Duurzame verbetering van chemische duurzaamheid en microstructurele stabiliteit in cementmortel met natriumsilicaat–silicafume-behandelde gerecyclede fijnere granulaten

Waarom het omzetten van oud beton naar nieuw ertoe doet

Wereldwijd leveren gesloopte gebouwen enorme hoeveelheden kapot beton op. Veel van dit materiaal belandt op stortplaatsen, terwijl het zand en steengruis bevat die opnieuw gebruikt zouden kunnen worden in nieuwe constructies. Het probleem is dat fijnere deeltjes die uit oud beton zijn gerecycled vaak nieuw mortel verzwakken en kwetsbaarder maken voor agressieve omgevingen, vooral daar waar rioleringen, industrie of zoute bodems constructies aantasten. Deze studie onderzoekt een eenvoudige behandeling die deze problematische gerecyclede deeltjes kan omvormen tot betrouwbare bouwingrediënten, waardoor steden duurzamer kunnen bouwen zonder in te boeten op duurzaamheid.

Van sloopafval naar fijn bouwzand

Als oud beton wordt vermalen, ontstaat gerecycled fijn aggregaat—korrels ter grootte van zand die nog bedekt zijn met resten van verouderde cementpasta. Deze korrels nemen meer water op en bevatten veel kleine poriën en barstjes. Daardoor is mortel gemaakt met deze deeltjes doorgaans meer doorlatend en minder bestand tegen schade door zuren en zouten dan mortel met natuurlijk rivierzand. De auteurs wilden nagaan of een korte voorspoeling met twee wijdverbreide materialen—natriumsilicaat (vloeibaar “waterglas”) en silicafume (een ultrafijn mineraalpoeder)—deze aangehechte mortellaag kon versterken en de prestaties van gerecycled aggregaat in nieuwe mengsels kon verbeteren.

Een eenvoudig bad dat de poriën afsluit

De onderzoekers verzamelden bouw- en sloopafval, vermalen het en scheidden de fijne fractie. Zij weken deze gerecyclede fijne deeltjes vervolgens 24 uur in waterige oplossingen met verschillende doses natriumsilicaat en silicafume. Na droging vervingen de behandelde deeltjes al het zand in standaard cementmortels, die vervolgens in kleine blokjes werden gegoten. Vijf mengsels werden vergeleken: één met natuurlijk zand, één met onbewerkt gerecycled fijn zand en drie met behandelde gerecyclede deeltjes bij toenemende chemische doseringen. Nadat het mortel was uitgehard, werden de blokjes maandenlang ondergedompeld in sterke zwavelzuur- en magnesiumsulfaatoplossingen—omstandigheden bedoeld om ernstige riolerings- en sulfaatrijke bodemomgevingen na te bootsen. Op intervallen maten de onderzoekers gewichtsverlies, sterkte, wateropname en interne samenhang met ultrasonische pulsen, en onderzochten ze de interne structuur met geavanceerde beeldvorming en spectroscopie.

Bestand tegen zuur en zouten

Onbehandelde gerecyclede deeltjes presteerden het slechtst onder zowel zuur- als sulfaatblootstelling. Hun mortels verloren het meest aan massa, leden de scherpste sterktedaling, namen het meeste water op en vertoonden de grootste afname in ultrasone pulssnelheid—tekens van uitgebreide scheurvorming en interne schade. Mortels met natuurlijk zand deden het beter, maar toonden nog steeds zichtbare oppervlakte-erodering en geleidelijke verzwakking in de tijd. Ter vergelijking weerstonden mortels met behandelde gerecyclede deeltjes schade veel effectiever. Het mengsel dat werd geweekt in een bad met middelhoge sterkte, met 20% natriumsilicaat en 2% silicafume, sprong eruit: in zuur verloor het ongeveer 40% minder massa en behield het ongeveer 30% meer sterkte dan het onbehandelde gerecyclede mengsel, en in sulfaatoplossing beperkte het op vergelijkbare wijze gewichtsverlies en sterktedaling terwijl hogere ultrasone snelheden behouden bleven.

Wat er binnenin het materiaal verandert

Microscopische en chemische tests verklaarden waarom de behandeling werkte. In onbehandelde gerecyclede mortels drongen agressieve oplossingen makkelijk door, losten calciumrijke verbindingen op en vormden uitzettende kristallen van gips en ettringiet die de microstructuur uit elkaar duwden. Beelden toonden poreuze contactzones rond de gerecyclede korrels en wijdverspreide scheurvorming. Na behandeling was de aangehechte mortel rond elke korrel merkbaar dichter en steviger gebonden aan de nieuwe pasta. De natriumsilicaatoplossing was in de poriën doorgedrongen en reageerde met calcium om extra bindingsgel te vormen, terwijl de silicafume los calcium verder opnam om een meer silicaatrijke, stabiele netwerkstructuur te bouwen. Röntgen- en infraroodanalyses bevestigden dat schadelijke bijproducten sterk waren verminderd en dat de belangrijkste bindingsfase beter intact bleef, zelfs na langdurige blootstelling.

Een praktische route naar groener, taaier mortel

Voor niet-specialisten is de belangrijkste conclusie dat een relatief eenvoudige, laag-energetische weekstap problematische gerecyclede betonfijnen kan omzetten in een hoogwaardig ingrediënt voor nieuw mortel. Door poriën te verzegelen en de chemie van de oude cementbekleding te herschikken, maakt het gecombineerde natriumsilicaat–silicafumebad het mogelijk dat 100% gerecycled fijn aggregaat kan concurreren met, en in sommige opzichten de boventoon voeren boven, natuurlijk zand onder zeer agressieve chemische omstandigheden. Deze aanpak biedt een realistische manier om meer sloopafval te recyclen tot duurzame bouwmaterialen, waardoor de druk op rivierzandbronnen afneemt en de levensduur van betonnen constructies in agressieve omgevingen wordt verlengd.

Bronvermelding: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

Trefwoorden: gerecycled beton, cement duurzaamheid, duurzame bouw, aggregaatbehandeling, zuur- en sulfaataantasting