Mechanische en duurzaamheidsevaluatie van beton met marmervijlsel en vezels ondersteund door ML-voorspelling

Bouwafval omzetten in een nuttige grondstof

Beton is de ruggengraat van moderne steden, maar de productie van zijn belangrijkste ingrediënt, cement, veroorzaakt grote hoeveelheden kooldioxide. Tegelijkertijd stapelen zich in de industrie enorme hoeveelheden marmervijlsel en kunststofafval op die moeilijk veilig te verwerken zijn. Deze studie onderzoekt of die twee problemen elkaar kunnen helpen oplossen: kunnen afvalmarmervijlsel en gerecyclede kunststofvezels in beton worden verwerkt om het niet alleen groener, maar ook sterker en duurzamer te maken, met behulp van moderne machinelearning-tools?

Steenpoeder en plastic draden in beton mengen

De onderzoekers richtten zich op twee afvalmaterialen. Marmervijlsel, een fijn poeder rijk aan calciumcarbonaat, ontstaat bij het zagen en polijsten van steen. Polypropyleenvezels zijn korte draadjes die worden verkregen uit weggegooide kunststofproducten. In de studie werd cement in een standaard constructief beton deels vervangen door marmervijlsel in hoeveelheden van 0 tot 20 procent, terwijl de vezels in kleine volumefracties van 0 tot 1 procent werden toegevoegd. Zo ontstonden 25 verschillende mengsels, allemaal bereid met dezelfde toeslagmaterialen en hetzelfde watergehalte, zodat gedragsveranderingen konden worden teruggevoerd op het vijlsel en de vezels.

Testen van sterkte, scheurvorming en waterbestendigheid

Elk mengsel onderging een volledige reeks tests die de werkelijke belastingen op een gebouw nabootsen. Het team mat hoe goed het verse beton in vormen vloeide, en controleerde vervolgens het gewicht en de compactheid. Na uitharding testten ze hoeveel druk het beton kon weerstaan voordat het verpletterde, hoe goed het bestand was tegen uitrekken of buigen, en hoe gemakkelijk water erin kon doordringen of erdoorheen kon stromen. Ook werden proefstukken blootgesteld aan zure oplossingen om te zien hoe snel ze degradeerden. Dit brede beeld stelde de auteurs in staat niet alleen de sterkste mengsels te herkennen, maar ook diegene die kracht, duurzaamheid en verwerkbaarheid in balans brachten.

Het vinden van het juiste prestatieniveau

De resultaten toonden aan dat marmervijlsel en kunststofvezels tot op zekere hoogte complementair kunnen werken. Een matig vijlselgehalte, rond 10 procent van het cement, hielp fijne deeltjes om kleine holtes in het beton op te vullen, waardoor het dichter pakte en de sterkte toenam. Tegelijkertijd fungeerden vezels van ongeveer 0,6 tot 0,8 procent in volume als kleine steken die microbarsten bij belasting bijeenhielden, waardoor zowel de splijt- als buigsterkte met grofweg een kwart tot een derde toenam vergeleken met gewoon beton. Deze combinaties namen ook minder water op en lieten het langzamer doordringen, wat wijst op een dichtere, duurzamere interne structuur. Wanneer een van de ingrediënten echter te veel werd toegepast, werd het mengsel moeilijker hanteerbaar, bracht meer lucht vast en nam de sterkte geleidelijk af.

Algoritmen gebruiken om groenere mengsels te ontwerpen

In plaats van alleen op proef en fout te vertrouwen, trainde het team verschillende machinelearning‑modellen op hun experimentele gegevens. Deze algoritmen leerden hoe veranderingen in marmervijlsel, vezelgehalte en andere mengvariabelen invloed hadden op sleutelkenmerken zoals sterkte, wateropname en permeabiliteit. De best presterende modellen, gebaseerd op kunstmatige neurale netwerken en random forests, reproduceerden de testresultaten zeer nauwkeurig. Ze werden vervolgens gebruikt in een optimalisatieroutine om het ontwerpgebied af te zoeken naar het meest gebalanceerde recept. Het door het model voorgestelde optimum — ongeveer 10 procent marmervijlsel en 0,6 procent vezels — kwam overeen met het experimenteel waargenomen “sweet spot” en bevestigt dat datagedreven hulpmiddelen toekomstige eco‑betonontwerpen betrouwbaar kunnen sturen zonder uitputtende laboratoriumcampagnes.

Wat dit betekent voor toekomstige gebouwen

Voor niet‑specialisten is de boodschap duidelijk: beton hoeft geen eenvoudige mix van steen, zand en cement te zijn. Door industriële reststromen zoals marmervijlsel en gerecyclede kunststofvezels op een slimme manier op te nemen, kunnen ingenieurs het cementgebruik verminderen, beter gebruikmaken van afval en tegelijk beton maken dat minder scheurt en water effectiever buiten houdt. Deze studie toont aan dat de beste resultaten komen uit zorgvuldig gebalanceerde verhoudingen, en dat kunstmatige intelligentie kan helpen die verhoudingen nauwkeurig vast te stellen. Bij brede toepassing zouden zulke geoptimaliseerde mengsels geleidelijk de milieuvoetafdruk van de bouw kunnen verlagen en tegelijk de weerbaarheid van de constructies waarop we dagelijks vertrouwen kunnen verbeteren.

Bronvermelding: Sai, A.N., Sakthivel, M., Arunvivek, G.K. et al. Mechanical and durability assessment of marble dust–fiber concrete supported by ML prediction. Sci Rep 16, 10106 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40874-z

Trefwoorden: duurzaam beton, marmervijlsel, gerecyclede kunststofvezels, duurzaamheid, machine learning