De bebouwde wereld zoals we die nu kennen begon met een bloempot. Een bloempot in het Louvre.
Het is 1846 als Joseph Monier, zesde kind uit een arme boerenfamilie uit Saint-Quentin-la-Poterie, gaat werken in de tuinen van het Franse paleis. Hij is nooit naar school geweest – niet nodig volgens zijn moeder, hij was slim genoeg.
Monier is regelmatig bezig met het verpotten van planten – de houten potten die gebruikt worden in de koninklijke tuinen rotten namelijk als een gek. Is er geen beter materiaal te verzinnen dat langer meegaat, vraagt Monier zich af.
Hij begint te experimenteren. Klei blijkt niet veel beter: breekt te snel en barst bij grote temperatuurwisselingen. Beton lijkt een goede optie, maar om de potten sterk genoeg te maken worden ze zo dik dat ze nauwelijks nog te verslepen zijn. Het houdt Monier jaren bezig.
Dan heeft hij een idee. Wat als hij nu een ijzeren raster verwerkt in het beton? Daarmee zijn de potten een stuk lichter én blijven ze heel wanneer het onverwacht vriest in het voorjaar. Zonder de wetenschap erachter te begrijpen, ontdekt Monier dat beton en ijzer een match made in heaven zijn. De twee materialen zetten gelijkmatig uit, terwijl de combinatie oersterk en toch relatief licht is.
In 1867 vraagt hij patent aan.
En daarmee verandert de tuinman Joseph Monier de manier waarop iedere moderne stad op aarde is gebouwd. Wat begon met zijn bloempotten in het Louvre, is nu de basis voor al onze hoogbouw, voor viaducten, tunnels, moderne architectuur.
Monier ontdekt gewapend beton. Het materiaal waarin de moderne tijd vorm heeft gekregen.
Gewapend beton heeft ons veel gebracht. Tegelijk is het een extreem problematisch materiaal. De productie ervan stoot een hoeveelheid CO2 uit waar zelfs de luchtvaart niet aan kan tippen. Maar zouden we ooit nog zonder kunnen?
De eerste wolkenkrabber van gewapend beton
Lang voordat Monier begint te experimenteren met zijn potten, is beton al bekend als nuttig materiaal. De Romeinen bouwen er een imperium mee. Opus caementicium wordt gebruikt voor de bouw van aquaducten, het Colosseum, een Europees wegennet van zo’n 85.000 kilometer en natuurlijk het Pantheon in Rome, met 43 meter doorsnee nog altijd de grootste koepel van niet-gewapend beton ter wereld.
Beton is een combinatie van 60 tot 75 procent zand en grind, 15 tot 20 procent water en 10 tot 15 procent bindmiddel, het cruciale ingrediënt om het geheel bij elkaar te houden. De Romeinen gebruikten daarvoor vulkanische as: puzzolaan. In modern beton is dat bindmiddel portlandcement.
Beton is enorm sterk onder druk, maar kan nauwelijks trekkracht weerstaan. Je kunt er dus perfect de pilaren van een brug mee maken, maar niet de verbindende delen tussen de pilaren. De zwaartekracht trekt aan zo’n overspanning en daardoor scheurt het beton. Om die reden zitten er zo veel bogen in een Romeins aquaduct: die zetten de trekkracht van de overspanning om naar drukkracht op de pilaren. Bij een moderne brug is dat niet nodig. Door de toevoeging van wapening, tegenwoordig voornamelijk van staal, kan beton zowel drukkracht als trekkracht opvangen.
Gewapend beton is daarmee een ideaal constructiemateriaal.
Desondanks is er de nodige scepsis wanneer in 1903 de eerste wolkenkrabber van gewapend beton de hoogte in gaat: het zestien verdiepingen tellende Ingalls-gebouw in Cincinnati, Ohio.
Een jaar eerder is de vergunning nog geweigerd omdat de bouwinspecteur het ontwerp te experimenteel acht en daarom twijfels heeft over de veiligheid. Velen zijn ervan overtuigd dat het gebouw binnen no time weer naar beneden zal storten. Een verslaggever zou zelfs bij het gebouw gekampeerd hebben tijdens de bouw om het moment vast te leggen. Wanneer het hoogste punt dan toch wordt bereikt en een vlagceremonie volgt, schrijft The Cincinnati Enquirer: ‘It is now assured that the building is a success.’
En inderdaad: het gebouw staat nog steeds overeind.
Edisons droom: betonnen huizen
Een van de eersten die gewapend beton wél volledig omarmt is de Amerikaanse uitvinder Thomas Edison. ‘Betonnen huizen zijn de toekomst’, beargumenteert hij al in 1906. ‘Beton is bestand tegen vuur, termieten, meeldauw, rot en weerstaat natuurrampen.’
Dit is dé Edison inderdaad, van de gloeilamp, en tevens directeur van de Edison Portland Cement Company.
Edison heeft grootse plannen met beton, zoals het in serie produceren van huizen. In zijn toekomstvisie zou er maar één mal en één gieting nodig zijn om een huis van twee verdiepingen te maken; inclusief meubilair, dat ook uit beton zou bestaan.
Die massaproductie komt nooit van de grond – Edisons ontwerp is te complex. De uitvinder wilde met zijn huizen ‘de sloppenwijkbewoner redden’, maar dat was precies de reden dat maar weinigen erin wilden wonen: een betonnen huis was de belichaming van het proletariaat.
Ondanks dat slechte imago kreeg Edison wel gelijk. Geen enkel ander materiaal heeft zo veel mensen een degelijk dak boven hun hoofd gegeven.
Beton heeft namelijk heel veel voordelen: in een woning van beton is het aangenaam koel onder de hete zon en blijft het warm in een koude winter. Met slechts een betonmolen en wat hulp bouw je in een handomdraai je eigen huis, want beton is ook een eenvoudig materiaal. Zand en grind zijn altijd wel voorradig en cement is met een prijs rond de 10 dollarcent per kilo betaalbaar voor vrijwel iedereen. En het is enorm lang houdbaar, een claim die vroege voorstanders van beton ondersteunen met verwijzingen naar de Romeinse bouwwerken.
Het meestgebruikte constructiemateriaal ter wereld
Toekomstige archeologen zullen gewapend beton als geologische scheidslijn gaan gebruiken om het begin van de moderne tijd aan te geven.
Want anno 2020 staat gewapend beton met stip op één als meestgebruikte constructiemateriaal ter wereld. De helft van alle gebouwen is gemaakt van dit materiaal en meer dan 70 procent van de wereldbevolking woont in een gebouw waarin gewapend beton is verwerkt. We bestraten er het landschap mee en overgieten hele bergen met het spul. 27 miljoen kubieke meter beton, gewapend met 500.000 ton staal, blokkeert de rivier de Yangtze in de grootste betonnen structuur ter wereld: de Drieklovendam in China.
Alleen al in de VS is de betonindustrie goed voor 37 miljard dollar en zorgt voor werkgelegenheid voor meer dan 2 miljoen mensen. De waarde van de wereldwijde cement- en betonmarkt wordt geschat op 439 miljard dollar in 2018 en zal naar verwachting groeien naar 652 miljard in 2022.
De economie van ontwikkelende landen kan gemeten worden aan de hoeveelheid gegoten beton.
China heeft alleen al tussen 2008 en 2010 meer beton gegoten dan de VS in de gehele twintigste eeuw. En het einde is niet in zicht. Met de hoeveelheid beton die er jaarlijks in China bij komt, kun je heel Nederland bedekken met een betonplaat van 15 centimeter dik.
En gewapend beton is niet alleen goed voor massaproductie: het geeft architecten ongekende mogelijkheden. In tegenstelling tot de gevleugelde uitdrukking ‘in beton gegoten’ is de meest kenmerkende kwaliteit van beton zijn vloeibaarheid. Wat je kunt bedenken en waar je een mal van kunt maken, dat kun je bouwen. Of je nu een exorbitante nieuwigheid wilt of een kopie van het Parthenon, het kan met beton en het kan tegen een fractie van de kosten van elk ander materiaal. Voor architecten betekent beton vrijheid.
Beton ís modernisme en modernisme ís beton. Het Sydney Opera House, Frank Lloyd Wrights Guggenheim-museum in New York: alleen dankzij gewapend beton kunnen ze bestaan. De viering van het materiaal kent zijn architectonische climax halverwege de twintigste eeuw in het werk van Le Corbusier, Béton brut en het brutalisme.
En dan beginnen de problemen.
Goedkoop is duurkoop
Langzamerhand beginnen de betonnen gebouwen uit de twintigste eeuw af te brokkelen. In plaats van de beloofde eeuwige houdbaarheid, gebaseerd op de Romeinse bouwwerken die na twee millennia nog overeind staan, blijkt modern gewapend beton helemaal niet zo duurzaam.
Het versterken van beton met wapeningsstaal maakt het sterk op de korte termijn, maar gevoelig voor betonrot op de lange termijn. Wapening van ijzer of staal roest namelijk, ook als het ín beton zit. Die corrosie groeit en drukt het beton langzaam uit elkaar, waardoor, in tegenstelling tot beton zonder wapening, continu onderhoud nodig is. Vaak tegen vele malen de kosten van de originele bouw. Doe je er niks aan, dan gaat gewapend beton maar dertig tot vijftig jaar mee.
In Amerika krijgt vrijwel ieder stuk infrastructuur waar gewapend beton in zit een slecht tot zeer slecht onderhoudsrapport: bruggen een zesje, dammen, dijken, scholen, vliegvelden en afvalwaterfaciliteiten een vier. Onderhoud loopt in de biljoenen dollars. Problemen waar China na 2030 in nog veel extremere mate mee te maken zal krijgen.
Europa krijgt haar waarschuwing in 2018. In 1967 was de Italiaanse Morandi-brug in Genua nog een van de langste bruggen ter wereld gemaakt van gewapend beton. 51 jaar later, op 14 augustus 2018, stortte diezelfde brug in wegens gebrekkig onderhoud.
Goedkoop is duurkoop.
Cement is de grootste vervuiler
Die duurkoop beperkt zich niet tot onze portemonnee. De echte schade is voor het klimaat.
Door ons grootverbruik zijn er problemen met vrijwel ieder ingrediënt van gewapend beton. Er is een tekort aan geschikt zand, wat leidt tot zandmaffia’s die hele stranden ‘stelen’. De staalproductie voor wapening is een al evenzeer vervuilende industrie. Maar het meest problematische en vervuilende aspect van beton is de productie van cement.
De cementindustrie is grootverbruiker van water. Maar liefst 9 procent van het wereldwijde industriële waterverbruik (ofwel 1,7 procent van ons totale waterverbruik) is voor rekening van de cementindustrie. Die brengt daarmee in veel landen de waterbronnen in gevaar.
En: om cement te maken moet kalksteen lange tijd verhit worden tot 1.500 graden Celsius. Daar komen grote hoeveelheden CO2 bij vrij. Zo’n 80 procent van de CO2-uitstoot van de productie van beton komt voor rekening van cement. Vanwege de fossiele brandstoffen die gebruikt worden om die temperatuur te bereiken (2 tot 3 procent van de totale jaarlijkse energieconsumptie gaat naar de productie van cement), maar meer nog door het chemische proces zelf.
Voor iedere 1.000 kilo aan cement gaat 822 kilo CO2 de lucht in. De opgetelde uitstoot van cementproductie in negentig jaar (1928 tot 2018) wordt geschat op ruim 38 miljard ton, waarvan 71 procent werd uitgestoten na 1990. In 2019 werd 4,1 miljard ton cement geproduceerd. China neemt daarvan 2,2 miljard ton voor zijn rekening. Volgens een recent artikel in wetenschappelijk tijdschrift Earth System Science Data is de cementindustrie verantwoordelijk voor niet minder dan 8 procent van de mondiale CO2-uitstoot.
Betonschaamte
De huidige hoeveelheden beton zijn onhoudbaar als we structureel minder CO2 willen uitstoten en torenhoge onderhoudskosten willen vermijden. Architecten kijken daarom steeds vaker naar alternatieven, zoals hout. Het probleem is: die alternatieven hebben niet dezelfde combinatie van kwaliteiten: goedkoop, sterk, veilig, brandwerend, rampenbestendig – mits goed onderhouden – en vooral: vloeibaar.
Dorien Staal introduceerde in 2019 het woord betonschaamte. Nogal verrassend, want ze is de voorzitter van de Nederlandse betonvereniging.
In een gesprek maakt ze echter meteen duidelijk dat ze zich niet voor beton schaamt. ‘Natuurlijk niet; het was bedoeld om de sector wakker te schudden.’ Er mag dan wel een Betonakkoord liggen, waarin de Nederlandse overheid in 2018 met de betonsector afspraken maakte over verduurzaming, Staal vindt dat er nog te weinig gezamenlijke actie wordt ondernomen, ondanks de beschikbare kennis in de sector.
Er zijn wereldwijd wel wat initiatieven om beton duurzamer te maken: de wapening kun je bijvoorbeeld vervangen door koolstofvezel, waardoor het materiaal écht onderhoudsarm wordt. Of je kunt beton van zeer hoge sterkte gebruiken waardoor er veel minder van nodig is, zoals bij de bouw van het nieuwe One World Trade Center in New York City, waarvan ook nog een groot gedeelte is gerecycled.
Maar de kennis over duurzame ontwikkelingen wordt in de betonwereld maar mondjesmaat tussen bedrijven gedeeld. Dorien Staal doet met haar eigen betonbedrijf een voorzet voor hoe het anders kan. In samenwerking met ingenieursbureau ABT en de TU Eindhoven test ze verschillende mengsels om beton te verduurzamen. Alle opgedane kennis deelt ze met de hele sector.
Juist voor cement is dat belangrijk. Want, zegt Staal: ‘De grootste sleutel is een duurzame lijm tussen de steentjes.’
Verduurzaming in de cementindustrie
Sinds 1990 hebben de grootste cementbedrijven hun uitstoot al weten te verminderen met 20 à 25 procent. Die winst is vooral geboekt op efficiënter brandstofgebruik en het gebruik van vliegas en hoogovenslak om portlandcement gedeeltelijk te vervangen. Vliegas komt vrij bij het verbranden van steenkool. Hoogovenslak is een bijproduct van ijzerproductie. Een win-winsituatie: het afval van de ene industrie wordt de grondstof voor een andere.
Daarnaast investeert de EU in projecten om de cementindustrie verder te verduurzamen. Bijvoorbeeld de ontwikkeling van een technologie waarbij 95 procent van de CO2-uitstoot van cementfabrieken wordt afgevangen en onder de grond wordt opgeslagen. 99 procent van de CO2 blijft voor duizend jaar onder de grond.
Maar hoe eerlijk zijn we met deze oplossingen? Zowel vliegas als slak zijn restproducten van andere vervuilende industrieën die we liever zien verdwijnen. En is CO2 onder de grond opslaan niet gewoon een grootse variant van stof onder het tapijt vegen?
De enige oplossing lijkt een écht alternatief voor portlandcement.
Vakkennis van de Romeinen
Daarmee zijn we terug bij de Romeinen. Zij gebruikten vulkanische as in hun cement en veel minder kalk. Het beton dat ze daarmee creëerden werd volgens Plinius de Oudere ‘met de dag sterker’. Dat blijkt. Kijk naar de Romeinse bouwwerken die nu, 2.000 jaar na dato, nog grotendeels overeind staan. Vakmanschap is geen belofte, maar een tastbaar resultaat.
De laatste paar jaar is er veel onderzoek gedaan naar dit Romeinse ‘cement’, met name de variant waarmee de Romeinen hun havens bouwden. Zelfs in zout zeewater staan de fundamenten daarvan nog steeds overeind.
Het is een complex verhaal. De vulkanische as die de Romeinen door hun beton mixten, blijkt het mineraal phillipsiet te bevatten. In contact met zeewater ontstaat een chemische reactie en vormt er een nieuw, zeldzaam mineraal: tobermoriet. Langzaam groeien er lange, platte kristallen die het beton bij elkaar houden en tegelijkertijd wat flexibiliteit geven. Niet alleen wordt het beton inderdaad met de dag sterker, dit lijkt verdacht veel op een natuurlijke variant van wapening.
Wisten de Romeinen dit? Zeker niet, maar voor vakwerk is het niet nodig om precies te snappen waarom een materiaal bepaalde kwaliteiten heeft – denk aan de ongeschoolde Monier en zijn plantenbakken. Wat ertoe doet is dat die kwaliteiten herkend en gebruikt worden.
Nu we het recept van Romeins beton ontrafeld hebben – en dat is pas in de afgelopen tien jaar stap voor stap gebeurd – is het wel een stuk gemakkelijker om een eigen duurzame versie te maken. Daar wordt druk aan gewerkt. Er zijn testen met verschillende vulkanische assen, maar bijvoorbeeld ook met de as van hazelnoten.
Dit soort alternatieven zijn hard nodig. Het ziet er namelijk niet naar uit dat we beton binnen aanzienlijke tijd vaarwel kunnen zeggen.
Beton is de mentaliteit van onze moderne tijd in materiële vorm: vloeibaar, goedkoop, veel en groots, maar broos.
Het past ons te goed.
Meer lezen?
De materialen waarmee we onze beschaving bouwen, maken die beschaving ook kapot. Maar zijn er alternatieven?
Materialen als beton, staal, plastic en kunstmest vormen de wereld om ons heen, maar ze zijn ook extreem vervuilend. Willen we naar een duurzame samenleving, dan helpt het om te leren kijken als een archeoloog. Hoe is onze relatie met die materialen? En zijn er wel alternatieven?
Dit verhaal heb je gratis gelezen, maar het maken van dit verhaal kost tijd en geld. Steun ons en maak meer verhalen mogelijk voorbij de waan van de dag.
Al vanaf het begin worden we gefinancierd door onze leden en zijn we volledig advertentievrij en onafhankelijk. We maken diepgravende, verbindende en optimistische verhalen die inzicht geven in hoe de wereld werkt. Zodat je niet alleen begrijpt wat er gebeurt, maar ook waarom het gebeurt.
Juist nu in tijden van toenemende onzekerheid en wantrouwen is er grote behoefte aan verhalen die voorbij de waan van de dag gaan. Verhalen die verdieping en verbinding brengen. Verhalen niet gericht op het sensationele, maar op het fundamentele. Dankzij onze leden kunnen wij verhalen blijven maken voor zoveel mogelijk mensen. Word ook lid!
