De toekomst van chape: geen zand (er)over?

De bouwsector staat op een kruispunt. Grondstoffen raken uitgeput, de CO₂-uitstoot moet drastisch omlaag, en circulair bouwen schuift naar het centrum van elk toekomstgericht project. Binnen deze problematiek wordt nagegaan of er een duurzamer alternatief voor traditionele chape kan worden gevonden door natuurlijk rivierzand te vervangen door puinmateriaal. 

Wat is ‘chape’?

Wat is ‘chape’? Het klinkt ons als traditionele bouwers in Vlaanderen als muziek in de oren, maar wat is het precies en wat zijn de functies? Chape is een cementgebonden dekvloer die als egale tussenlaag wordt aangebracht vóór de uiteindelijke vloerafwerking. Deze masterproef onderzoekt in hoeverre de fijne fractie van dat puin inzetbaar is als vervanger van natuurlijk zand in traditionele dekvloermengsels. 

Bouwen aan de vloer van morgen met het puin van gisteren

Een cementgebonden chape bestaat uit een mengsel van cement, water en traditioneel zand. Een belangrijk bestanddeel van chape is zand, dat vandaag vooral uit natuurlijke bronnen zoals rivieren wordt gewonnen en bijgevolg niet onuitputtelijk is. Door de druk op grondstoffen groeit de interesse in alternatieve materialen. Ook strengere milieuvereisten en de groeiende aandacht voor circulair bouwen zorgen voor een toenemende belangstelling voor gerecycleerde materialen. Concreet wordt in deze masterproef onderzocht of het natuurlijke zand kan worden vervangen door gerecycleerd puinmateriaal. De studie kadert binnen het Vlaamse onderzoeksproject ECO2Chape, dat inzet op duurzame vloeroplossingen. De vloer van morgen zou zo wel eens uit het puin van gisteren kunnen ontstaan.

Van rivierzand tot slooppuin: zandtypes onderzocht

Maar kan je zomaar zand vervangen door fijngemalen puin? Het antwoord is technisch complex en vergt een analyse op vlak van consistentie, verwerkbaarheid en sterkte.

Er worden 8 verschillende zandsoorten, waaronder twee rivierzanden ter referentie, onderzocht. De overige zes bestaan uit gerecycleerd betonpuin, gerecycleerd cellenbeton of een mengvorm. In een eerste fase werd elke zandsoort onderworpen aan fysische testen: korrelverdeling, fijnheidsmodulus, volumemassa, waterabsorptie en inwendige wrijvingshoek worden nagegaan. 

De resultaten toonden duidelijke verschillen. Rivierzand heeft een afgeronde vorm en is niet poreus, wat betekent dat zandkorrels geen water absorberen. Een microscoopbeeld van een zandkorrel wordt weergegeven in figuur 1. Dit staat lijnrecht tegenover de gevonden eigenschappen van puingranulaten. Deze zijn hoekiger en vertonen wel een poreus karakter. Dit poreuze karakter resulteert in inwendige poriën die wel wateropname toelaten. Dergelijke korrel wordt weergegeven in figuur 2, met name een gerecycleerde betonzandkorrel. 

Tenslotte dient er ook aandacht gespendeerd te worden aan de zogenaamde inwendige wrijvingshoek. Dit is een maat voor de interne wrijving van het zand en wordt verduidelijkt aan de hand van de figuur. Natuurlijk rivierzand heeft door zijn ronde vorm een lage interne wrijvingshoek. Sterk hoekige korrels, zoals gerecycleerd betonzand, vertonen daarentegen een hoge inwendige wrijvingshoek doordat deze korrels gemakkelijker in elkaar haken.

Kan je er een zandkasteel mee bouwen?

Na de analyse van de fysische eigenschappen, is het tijd voor de volgende cruciale vraag: hoe gedragen de verschillende zandtypes zich wanneer ze effectief verwerkt worden tot een dekvloermengsel?

Elke zandsoort werd hiertoe individueel verwerkt in een dekvloermengsel. Hiervoor werd het zandtype gemengd met een vaste cementverhouding en een bepaalde waterverhouding. De invloed van de water/cement-factor op gedrag en sterkte wordt nagegaan door deze per zandsoort te laten variëren. 

In natte toestand dient een stabiel mengsel te worden bekomen. Dit wordt getest met de gestandaardiseerde mini-slump test, waarbij een rechtopstaande kegel wordt gevormd. Hierbij wordt als het ware een zandkasteeltoren gebouwd. Dergelijke kegel wordt hiernaast afgebeeld. Mengsels met gerecycleerde granulaten hebben beduidend meer water nodig om een stabiel geheel te vormen. Dit kan worden verklaard vanuit de vaststelling dat deze granulaten een bepaalde mate van wateropname bezitten. Hierdoor zal er pas bij hogere waterhoeveelheden water ter beschikking komen voor de stabiliteit in vergelijking met natuurlijk zand.

Voor mengsels waarbij een rechtopstaande kegel wordt gevonden, wordt de gestandaardiseerde vloeitafeltest uitgevoerd. Hierbij wordt de uitspreiding van het natte mengsel na enkele schokken gemeten aan de hand van de diameter.

Wie houdt stand onder druk?

De mengsels moeten in eerste plaats voldoen aan de vereiste sterkte voor een dekvloer. Hiertoe worden prismatische balkjes met afmetingen 16x4x4 cm geconstrueerd en getest op druk- en buigsterkte.

De Recycled Mix-zanden, een vorm van gerecycleerd bouwpuin van verschillende afkomst, vertoonden niet alleen een gunstige, eerder lage wateropname, maar ook opmerkelijke mechanische sterktes. Ze overtroffen in sommige gevallen zelfs de referentiemengsels op basis van rivierzand. Chapyt-zand, afkomstig van gebroken cellenbeton, scoorde hier het zwakst en vertoonde nauwelijks sterkte. Ook gerecycleerd betonzand vertoonde onvoldoende sterkte en bleef onder de norm. 

Voor het verklaren van deze grote onderlinge verschillen wordt gekeken naar de inwendige wrijvingshoek. Een hoge inwendige wrijvingshoek betekent een lage mate aan verdichting en resulteert in een broos materiaal. Voor een lage inwendige wrijvingshoek wordt een goede verdichting bekomen en zal het materiaal betere sterkte-eigenschappen bezitten. 

Al doende leert men

Uiteraard moet het mengsel ook conform de regels van de kunst kunnen worden geplaatst. Dit betekent vlot uitstrijkbaar zijn en bovendien een egaal oppervlak vormen. Bij het nabootsen van de praktijk, bleek het Recycled Mix-mengsel niet meteen te voldoen aan deze eisen. Er werden daartoe mengvormen van de zanden opgesteld met het oog deze verwerkbaarheid te verbeteren, zonder al te veel in te boeten op de sterkte. Combinaties met Chapyt en gerecycleerd betonzand presteerden opnieuw sterk onder de minimale vereisten. Combinaties tussen Recycled Mix en mengzand kunnen daarentegen wel een goed toekomstperspectief bieden. 

Een blik op de toekomst van de chape

Door het uitgebreide onderzoek dat werd gevoerd naar al deze puinmaterialen in zowel natte als geharde toestand, kunnen reeds enkele puinmaterialen uitgesloten worden voor verder onderzoek. Er kan in de toekomst gefocust worden op de Recycled Mix en Mengzand puinmaterialen. Er wordt bovendien aanbevolen om ook voor elke combinatie de inwendige wrijvingshoek te bepalen en daarbij te streven naar het bereik van de natuurzanden aangezien voor deze grootordes een goede verdichting kan worden bekomen, dewelke uiteindelijk resulteert in goede sterkte-eigenschappen.