Prestatieoptimalisatie van ultra-lichtgeschuimd beton met een dimethicone-gevuld organosiliciumverbinding

Bouwen met lichtere, slimmer ontworpen wanden

Moderne gebouwen hebben muren nodig die niet alleen sterk zijn, maar ook licht, brandveilig en goed in het vasthouden van warmte. Ultra-lichtgeschuimd beton biedt al een lage massa en uitstekende isolatie, maar is vaak te zwak en neemt te veel water op voor veeleisend gebruik. Deze studie onderzoekt hoe een veelgebruikt siliconenbestanddeel dat dimethicone heet de kleine luchtbelletjes in geschuimd beton kan afstemmen, zodat het zowel lichter als sterker wordt, en beter bestand is tegen water en zwaar weer.

Waarom poreus beton ertoe doet

Geschuimd beton wordt gemaakt door cement, zand, water en een schuim vol luchtbelletjes te mengen. De belletjes maken het materiaal veel lichter, wat aantrekkelijk is voor hoge gebouwen en energiezuinige wanden. Wanneer de belletjes echter groot en ongelijkmatig zijn, verliest het beton aan sterkte en ontstaan er doorgangen die water en zouten laten binnendringen. Ingenieurs willen een variant die de voordelen van luchtgevuld beton behoudt — lage massa, goede isolatie, brandweerstand — zonder het materiaal in een breekbare spons te veranderen.

Een siliconenwending in het recept

De onderzoekers testten het toevoegen van kleine hoeveelheden dimethicone, een siliconenverbinding die veel wordt gebruikt in alledaagse producten, aan ultra-lichtgeschuimd beton. Ze bereidden verschillende mengsels met dezelfde streef­dichtheid maar verschillende dimethiconegehaltes, van 0,5% tot 2,5% van het cementgewicht. Door dimethicone zorgvuldig in water te dispergeren en het vervolgens in een schuimrijk cementmengsel te mengen, wilden ze de manier waarop belletjes zich vormen en behouden veranderen en kijken hoe dit de verwerkbaarheid, de standtijd, het watergedrag, de sterkte en de warmteoverdracht beïnvloedde.

Wat er gebeurt in de kleine poriën

Gedetailleerde tests toonden aan dat dimethicone tegelijk als schuimstabilisator en waterafstotend middel werkt. Het verlaagt de oppervlaktespanning van het water in het mengsel, waardoor belletjes gemakkelijker ontstaan en gescheiden blijven in plaats van samen te smelten tot grote holtes. Microscopische beelden en poriemetingen lieten zien dat het beton met dimethicone veel meer kleine, goed gevormde poriën en veel minder grote, verbonden holten bevatte. Deze verfijnde interne structuur verminderde hoe snel water kon intrekken of lucht kon doorstromen, en verminderde de doorgang van schadelijke chloridezouten met ongeveer een derde vergeleken met het onbehandelde beton.

Sterker, droger, en toch licht

Deze micro-niveau veranderingen leidden tot verrassend grote prestatieverbeteringen. Bij de beste dosering, rond 2% dimethicone, verdubbelde het ultra-lichtgeschuimde beton meer dan zijn stijfheid en druksterkte en verdrievoudigde zijn weerstand tegen scheurvorming onder trekbelasting, terwijl het extreem licht bleef, met een droge dichtheid rond 450 kilogram per kubieke meter. Het materiaal krimpte minder tijdens het drogen, nam aanzienlijk minder water op en toonde een lagere totale verbonden porositeit. Het thermische gedrag veranderde ook: omdat het poriënnetwerk nauwer werd en de vaste matrix dichter, stegen thermische geleidbaarheid en thermische diffusiviteit licht, maar bleven binnen het bereik dat geschikt is voor isolatiematerialen.

Het vinden van de juiste balans

Door alle mengsels te vergelijken, vond de studie dat ongeveer 2% dimethicone de beste balans bood: het behoudde het ultra-lichte karakter van het beton terwijl het veel hogere sterkte en duurzaamheid leverde en de weerstand tegen vocht- en zoutindringing sterk verbeterde. Hogere doses brachten slechts kleine extra voordelen en begonnen de verwerkbaarheid te verminderen. In praktische termen betekent dit dat een relatief eenvoudig siliconenadditief broos geschuimd beton kan veranderen in een robuuster, waterafstotend en nog steeds goed isolerend bouwmateriaal, waardoor het geschikter wordt voor energie-efficiënte, duurzame wanden en andere lichte constructie-elementen.

Bronvermelding: Othuman, M.A.O., Tobbala, D.E., Omar, R. et al. Performance optimization of ultra-lightweight foamed concrete using dimethicone-infused organosilicon compound. Sci Rep 16, 8108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39334-5

Trefwoorden: geschuimd beton, lichte bouwmaterialen, siliconenadditieven, poriënstructuur, thermische isolatie