Vergelijking van de effecten van verschillende expansiemiddelen op alkali-geactiveerde snelreparatiemortels: verwerkbaarheid, mechanische eigenschappen, droogkrimp

Waarom het repareren van gescheurde wegen een upgrade krijgt

Van snelwegen tot bruggen: veel betonnen constructies verouderen en barsten sneller dan we ze kunnen repareren. Traditionele reparatiemengsels kunnen traag uitharden en gevoelig zijn voor nieuwe scheuren, vooral tijdens het drogen. Deze studie onderzoekt een nieuwere klasse van “groene” reparatiemortels gemaakt uit industriële bijproducten en stelt een praktische vraag: welke toevoeging voorkomt het beste dat reparaties krimpen en scheuren, terwijl ze toch snel genoeg verharden om wegen snel weer te kunnen openen?

Groenere reparatiemengsels uit industriële reststromen

De reparatiemortels in dit onderzoek zijn opgebouwd uit gemalen slak, vliegas en metakaolijn—poederige reststromen uit de staalproductie, kolenenergie en kleiverwerking. Wanneer deze poeders worden geactiveerd met een alkalische vloeistof, vormen ze een hard, steenachtig binder zonder veel traditioneel cement te gebruiken. Dat verlaagt de klimaatimpact en kan zeer snelle sterkteontwikkeling opleveren, ideaal voor nachtreparaties of reparaties binnen één dag. Deze alkali-geactiveerde mengsels hebben echter de neiging sterk te krimpen tijdens het drogen, wat fijne scheuren kan doen ontstaan en de hechting aan bestaand beton kan verzwakken.

Drie manieren om krimp tegen te gaan

Om deze krimp te beheersen vergeleken de onderzoekers drie expansiemiddelen in de mortel: één op basis van magnesiumoxide (MEA), één op basis van calciumoxide (CSEA) en één afgeleid van calcium-sulfoaluminaat (SEA). Elk werd in meerdere doseringen toegevoegd en getest op hoe goed de verse mortel vloeide, hoe snel hij afbond, hoe sterk hij werd in compressie en in hechting aan oud beton, en hoeveel hij in twee maanden krimpte. Ze gebruikten ook röntgentechnieken, thermische analyse en elektronenmicroscopie om te zien welke kristallen en gels zich vormden en hoe de microstructuur evolueerde.

Wat goed werkte en wat niet

Alle drie de additieven zorgden voor sneller afbinden van de mortel, wat nuttig is voor snelle reparaties maar binnen verwerkbaarheidsgrenzen moet blijven. MEA had in het algemeen het geringste effect: in het zeer alkalische mengsel dat hier werd gebruikt reageerde het magnesium nauwelijks, ontstonden er weinig zwelproducten die krimp compenseren en bleven sterkte en krimp vrijwel ongewijzigd. CSEA gedroeg zich heel anders. Bij hogere doseringen verkortte het de insteltijd sterk, verhoogde het de zeer vroege sterkte en verminderde het, cruciaal, de langetermijn droogkrimp met bijna de helft. Het verbeterde ook de hechting aan oud beton door dichtere bindingszones te vormen. De keerzijde was dat de snelle warmteontwikkeling en kristalgroei in de loop van de tijd fijne inwendige scheuren introduceerden, waardoor de 28-daagse druksterkte enigszins daalde vergeleken met mengsels zonder additief.

Vroege hulp die na verloop van tijd afneemt

Het SEA-additief leek aanvankelijk veelbelovend: het vormde expansieve naaldachtige kristallen die ruimte vulden, vroege krimp tegenwerkten en zowel vroege sterkte als vroege hechting aan oud beton verhoogden. Maar onder de sterk alkalische omstandigheden van deze mortels transformeerden die naalden geleidelijk naar plattere kristallen en andere gels. Terwijl de interne structuur zich herschikte en water vrijkwam, krimpte het materiaal op latere leeftijden meer dan het referentiemengsel. Die extra krimp leidde tot microbarsten en een duidelijke afname van zowel langetermijnsterkte als hechtingsprestatie, waardoor SEA minder geschikt is voor duurzame reparaties in dit type systeem.

Wat dit betekent voor toekomstige betonreparaties

Voor ingenieurs die snelle, duurzame en minder CO2-intensieve betonreparaties zoeken, toont de studie aan dat niet alle expansiemiddelen gelijk zijn bij gebruik in alkali-geactiveerde mortels. Magnesiumgebaseerde additieven deden weinig in deze sterk alkalische mengsels, en sulfoaluminaatgebaseerde additieven hielpen slechts tijdelijk voordat ze extra krimp en barstvorming veroorzaakten. Calciumgebaseerde CSEA bood de beste balans: het maakte zeer snelle sterkteontwikkeling mogelijk, sterkere hechting aan oud beton en veel lagere langetermijnkrimp, ook al daalde de uiteindelijke sterkte iets. In eenvoudige bewoordingen lijkt zorgvuldig afgestelde calciumgebaseerde expansie de meest veelbelovende weg naar scheurvaste, snel uithardende en meer duurzame materialen voor betonreparatie.

Bronvermelding: Luo, X., Xi, M., Huang, L. et al. Comparison of the effects of different expansion agents on alkali-activated rapid repair mortars: workability, mechanical properties, drying shrinkage. Sci Rep 16, 13791 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43508-6

Trefwoorden: betonreparatie, alkali-geactiveerde mortel, krimpbeheersing, expansiemiddelen, duurzaamheid van infrastructuur