De verwerking van aluminiumcement start met een uiterst nauwkeurige dosering van de water-cementfactor. Men hanteert doorgaans lagere waterhoeveelheden dan bij Portlandcement om de latere effecten van conversie te minimaliseren. De reactiviteit is hoog. Direct na het mengen begint de verwerkingstijd te lopen; deze is aanzienlijk korter dan bij conventionele bindmiddelen. Dit dwingt tot een snelle plaatsing en mechanische verdichting. Men stort het mengsel bij voorkeur in één ononderbroken gang. Koude lassen ontstaan sneller door de rappe opstijving van het materiaal.
Tijdens de eerste uren van de verhardingsfase treedt een krachtige exotherme reactie op. Veel hitte. De temperatuur in de kern van de massa stijgt explosief, een proces dat in de praktijk nauwgezet wordt gemonitord om thermische spanningen te voorkomen. Bij massieve gietingen past men vaak actieve koeling toe of beperkt men de storthoogte tot dunne lagen. De nabehandeling is intensief en cruciaal. Het verzadigd houden van het oppervlak met waternevel gedurende de eerste 24 uur waarborgt een volledige hydratatie en voorkomt dat het oppervlak vroegtijdig 'verbrandt' door eigen warmteontwikkeling.
In de specialistische ovenbouw of bij vuurvaste toepassingen volgt na de initiële uitharding een gecontroleerd droogproces. Het materiaal wordt volgens een specifiek opstookschema geleidelijk aan hitte blootgesteld. Hierdoor ontsnapt het resterende hydraatwater langzaam uit de matrix. Geen haastwerk. Dit voorkomt dat stoomdruk de inwendige structuur van het beton beschadigt voordat de volledige hittebestendigheid is bereikt.
De kern van het technische risico bij aluminiumcement schuilt in een onvermijdelijk chemisch proces: conversie. Bij de initiële hydratatie vormt het bindmiddel metastabiele calciumaluminaathydraten, voornamelijk in de vorm van CAH10-kristallen. Deze kristallen hebben een relatief groot volume. Ze zorgen voor de aanvankelijke, extreem hoge sterkte die dit cementtype zo aantrekkelijk maakt. Ze zijn echter thermodynamisch instabiel. Onder invloed van tijd, vochtigheid en vooral omgevingstemperatuur transformeren deze hexagonale kristallen naar de stabiele, kubische vorm (C3AH6). Dit proces is onomkeerbaar.
De gevolgen voor de constructieve integriteit zijn aanzienlijk. Omdat de nieuwe kristalstructuur een compacter volume inneemt, ontstaat er inwendige ruimte binnen de cementmatrix. Er vormt zich extra porositeit. De interne structuur wordt opener en brosser. Dit resulteert direct in een forse afname van de druksterkte. In sommige gevallen halveert de draagkracht van het materiaal. Het beton verliest zijn dichtheid en wordt een soort microscopische spons.
Door deze verhoogde porositeit verliest de betonbedekking haar beschermende functie voor de aanwezige wapening. Indringing van kooldioxide en vocht verloopt vele malen sneller dan bij Portlandcement. De alkaliteit neemt af. De pH-waarde daalt rap onder de kritieke grens. Zodra de passiveringslaag rond het staal verdwijnt, treedt corrosie op. Het expanderende roestproduct veroorzaakt vervolgens enorme splijtkrachten van binnenuit. Betonspatting is het resultaat. In extreme gevallen leidt dit tot het onverwacht bezwijken van constructieonderdelen, zoals bekend bij diverse verouderde vloersystemen in de woningbouw.
De variëteiten binnen het spectrum van aluminiumcement worden primair bepaald door het gehalte aan aluminiumoxide (Al₂O₃). Dit gehalte dicteert de uiteindelijke hittebestendigheid en de chemische inertie van het materiaal. In de praktijk onderscheiden we drie hoofdcategorieën:
IJzer bepaalt de kleur. Hoe zuiverder het cement, hoe lichter het oogt en hoe hoger het smeltpunt ligt. De standaard varianten zijn commercieel vaak bekend onder de naam 'Smeltcement' of de merknaam 'Ciment Fondu'.
Er ontstaat vaak verwarring tussen aluminiumcement en andere snelle bindmiddelen. Het is essentieel om deze scherp te houden. Aluminiumcement is geen versneld Portlandcement. Waar Portlandcement (CEM I t/m V) vertrouwt op de hydratatie van calciumsilicaten, draait het bij aluminiumcement om calciumaluminaten. Dit is een fundamenteel ander chemisch proces.
| Kenmerk | Aluminiumcement (CAC) | Snelhardend Portlandcement (CEM I .. R) |
|---|---|---|
| Basis | Bauxiet en kalksteen | Klinker (kalk en klei) |
| Sterkte na 24u | Zeer hoog (>40 MPa) | Matig tot hoog |
| Hittebestendigheid | Tot 1600°C (zuivere types) | Beperkt (verliest sterkte bij >300°C) |
| Chemische resistentie | Hoge sulfaatbestendigheid | Varieert (vaak speciale toevoegingen nodig) |
Verwar het ook niet met zogenaamde 'snelcementen' uit de bouwmarkt. Die bestaan vaak uit een mengsel van Portlandcement met versnellers of een combinatie van verschillende bindmiddelen. Aluminiumcement is een puur, technisch bindmiddel. De toepassing ervan in constructieve betonvloeren is in Nederland sinds de jaren '70 sterk aan banden gelegd door de bekende conversieproblematiek bij de zogenaamde Kwaaitaal- en Mantavloeren. Destijds werd het gepromoot als een wondermiddel voor snelle woningbouw. Een inschattingsfout met grote gevolgen.
Een reparatieploeg werkt aan een defecte voegovergang in een drukke verkeerstunnel. De tijdspanne is uiterst kort; de tunnel moet voor de ochtendspits weer open. Men kiest voor een mortel met aluminiumcement. Binnen zes uur is de druksterkte zodanig hoog dat zware vrachtwagens de voeg zonder schade kunnen passeren. Snelheid boven alles.
In een afvalverbrandingsinstallatie moet de binnenbekleding van een verbrandingsoven worden vernieuwd. Extreme hitte. Het beton op basis van hoog-alumina cement wordt hier als een gietmassa aangebracht. Het materiaal moet niet alleen de vlammen weerstaan, maar ook de mechanische impact van het vallende afval en de schurende werking van rookgassen bij 1200 graden Celsius.
Een betoninspecteur kruipt door een vochtige kruipruimte van een woningcomplex uit 1974. Hij schijnt zijn zaklamp op de onderzijde van de vloerelementen. De kleur valt direct op: diepbruin tot antraciet, afwijkend van het gebruikelijke lichtgrijs. Bij een lichte tik met een beitel vallen er schilfers af en komt de roestige wapening bloot te liggen. Hier is de beruchte conversie in volle gang. De porositeit is voelbaar. Een typisch schadebeeld van oude prefabvloeren waarbij de snelle uitharding destijds belangrijker werd geacht dan de stabiliteit op lange termijn.
Bij de aanleg van een chemische opslagplaats wordt de vloer blootgesteld aan agressieve vloeistoffen. Geen gewone betonvloer houdt hier stand. De aannemer verwerkt een toplaag van calciumaluminaatbeton. De chemische resistentie tegen zuren en sulfaten is hier de doorslaggevende factor, waardoor de vloer niet erodeert onder invloed van gemorste chemicaliën.
NEN-EN 14647 dicteert de technische kaders. Dit is de specifieke productnorm voor calciumaluminaatcement. Het valt expliciet buiten de algemene cementnorm NEN-EN 197-1. Een wezenlijk onderscheid. Voor constructieve toepassingen in de Nederlandse nieuwbouw is de inzet tegenwoordig uiterst beperkt door de Eurocodes. De nationale bijlage bij NEN-EN 1992 (Eurocode 2) stelt zeer strikte voorwaarden aan de rekenwaarden voor sterkte. Men moet rekenen met de reststerkte ná conversie. Dat maakt het voor reguliere betonconstructies vaak economisch en technisch oninteressant.
De juridische focus ligt vooral op bestaande bouw. Bezitters van vastgoed met oudere prefabvloeren, zoals de beruchte Kwaaitaal- of Mantavloeren, hebben een zorgplicht. Deze plicht is verankerd in het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL). De constructieve veiligheid mag niet in het geding komen. Punt. Bij verkoop of renovatie is een inspectie conform CUR-aanbeveling 79 de praktijkstandaard. Hoewel CUR-documenten technisch-inhoudelijk zijn en geen wetten, worden ze door de rechter en verzekeraars gehanteerd als de maatstaf voor 'goed onderhoud en onderzoek'.
Voor specialistische sectoren gelden afwijkende regels. In de vuurvaste industrie wordt het cement getoetst aan specifieke ISO-normen voor hittebestendigheid. Hier telt de draagkracht bij 1000 graden Celsius zwaarder dan de constructieve regels voor woningbouw. Bij toepassing in rioolstelsels moet het materiaal bovendien voldoen aan de eisen voor chemische resistentie zoals vastgelegd in nationale beoordelingsrichtlijnen voor betonproducten. Geen eenvoudige materie. De bewijslast voor duurzaamheid op lange termijn ligt altijd bij de voorschrijvende partij.
De zoektocht begon aan de voet van de Franse Alpen. Jules Bied, chemicus bij het bedrijf Lafarge, zocht aan het begin van de twintigste eeuw naar een oplossing voor beton dat wegrotte in sulfaatrijke bodems. Regulier Portlandcement hield daar geen stand. In 1908 leidde zijn onderzoek tot de patentering van 'Ciment Fondu'. Een revolutie voor de civiele techniek. De spoorwegbouw was de eerste grote afnemer. Tunnels in de Alpen bleven eindelijk overeind door de enorme chemische resistentie van dit nieuwe calciumaluminaatcement.
Tijdens de Eerste Wereldoorlog verschoof de focus radicaal naar snelheid. Militaire noodzaak. Het Franse leger gebruikte het materiaal voor geschutsopstellingen die binnen 24 uur volledig belastbaar moesten zijn. Snelheid betekende overleven. Na de oorlog volgde de commerciële expansie naar de zware industrie, waar de vuurvaste eigenschappen essentieel bleken voor de bekleding van hoogovens.
De jaren zestig en zeventig markeerden een onstuimige periode. De woningnood was hoog. Tempo was heilig. In Nederland en het Verenigd Koninkrijk werd aluminiumcement de motor achter de prefab-revolutie. Prefab-elementen zoals de Kwaaitaal- en Mantavloeren konden dankzij de snelle uitharding in een moordend tempo uit de mallen worden gehaald. Een economisch succesverhaal. Totdat het misging.
1974 werd een zwart jaar. Instortende dakbalken van een zwembad in het Engelse Stepney zetten de internationale bouwsector op scherp. De boosdoener was conversie. Wat een technologische sprong leek, bleek een tikkende tijdbom in warme, vochtige omgevingen. De constructieve veiligheid kwam wereldwijd ter discussie te staan. De regelgeving trok direct aan de handrem. In Nederland leidde dit tot een nagenoeg volledig verbod op het gebruik van aluminiumcement in dragende betonconstructies voor de woningbouw. Een pijnlijke les in materiaalkunde. Tegenwoordig heeft het materiaal zijn plek teruggevonden in de niche: specialistische reparaties, vuurvaste toepassingen en chemisch resistente lagen.