Hoogovenslak

Bovenop het vloeibare ruwijzer drijft in de hoogoven een gloeiende laag vloeibare gesteentemassa. Dit is de slak. Door deze massa direct met een enorme hoeveelheid water te koelen, ontstaat gegranuleerde hoogovenslak. Dit snelle afkoelen voorkomt kristallisatie en creëert een glasachtige structuur die essentieel is voor de latente hydraulische werking. Zonder activator doet het materiaal niets. Maar zodra het in contact komt met de calciumhydroxide uit hydraterend portlandcement, begint de reactie. Het vormt een uiterst dichte matrix. Beton met een hoog aandeel hoogovenslak is hierdoor veel beter bestand tegen indringing van schadelijke stoffen zoals chloriden of sulfaten uit zeewater of vervuilde grond. Voor de betontechnoloog is het een cruciaal instrument om de levensduur van infrastructuur te verlengen terwijl de CO2-voetafdruk omlaag gaat.

De vloeibare reststroom verlaat de ovenmonding bij temperaturen boven de 1500 graden Celsius. Directe behandeling met een overmaat aan water onder hoge druk is de standaard. Dit proces, de granulatie, verbrijzelt de vloeibare massa tot kleine glasachtige deeltjes. Snelheid is hierbij allesbehalve bijzaak. Na mechanische afscheiding van het proceswater volgt intensieve droging in thermische installaties. Het droge granulaat wordt vervolgens getransporteerd naar kogelmolens voor de uiteindelijke fijnmaling. Hierbij wordt gestuurd op een specifieke oppervlakte, de Blaine-waarde. Deze waarde is bepalend voor de latere reactiviteit in de betonmatrix.

In de betoncentrale vindt de feitelijke integratie in het mengsel plaats. Het poeder wordt via pneumatisch transport vanuit silo's gedoseerd naar de weger. Menging met toeslagstoffen en de noodzakelijke activator geschiedt meestal in dwangmengers. Pas bij contact met aanmaakwater start de chemische interactie. De mengtijd wordt in de praktijk vaak aangepast aan de specifieke fijnheid van de slak. Dit waarborgt een volledige spreiding binnen de cementpasta. Een homogene verdeling is het resultaat van deze mechanische handelingen.

Niet elke vloeibare massa uit de oven mondt uit in een bindmiddel. De thermische geschiedenis bepaalt alles. Wanneer de slak langzaam afkoelt aan de open lucht, ontstaat een kristallijn, steenachtig materiaal. We spreken dan van luchtgekoelde hoogovenslak. Het is hard en vormvast. Ideaal als wegfunderingsmateriaal of toeslagstof, maar chemisch gezien is het dood. Er zit geen reactiviteit meer in de kristalstructuur. De actie zit in de gegranuleerde variant. Door de brute schrikreactie met water krijgt de slak geen tijd om kristallen te vormen. De amorfe, glasachtige structuur die dan ontstaat, vormt de basis voor de latente hydraulische eigenschappen waar de betonwereld op bouwt.

In de praktijk kom je hoogovenslak meestal tegen in de vorm van hoogovencement, aangeduid als CEM III. De verhouding tussen de portlandcementklinker en de slak is hierbij de doorslaggevende factor voor de toepassing.

• CEM III/A: Bevat tussen de 35% en 65% hoogovenslak. Een allrounder voor de woning- en utiliteitsbouw.
• CEM III/B: Hier stijgt het slakaandeel naar 66% tot 80%. Dit type is de standaard voor waterbouw en funderingen vanwege de lage hydratatiewarmte en hoge chemische resistentie.
• CEM III/C: Met een slakaandeel tot 95% is de klinkercomponent minimaal. Dit mengsel reageert traag maar biedt een extreme dichtheid.

Soms wordt de slak als los poeder geleverd (GGBS). De betonmortelfabrikant doseert het dan zelf aan de mengunit. Dit vereist nauwkeurige controle op de activatie.

Terminologische verwarring ligt op de loer bij de term staalslak. Hoewel beide uit de staalindustrie komen, zijn ze niet uitwisselbaar. Staalslak (vaak LD-slak genoemd) ontstaat bij de omzetting van ruwijzer naar staal. Het bevat vaak vrije kalk of magnesiumoxide. In beton kan dit leiden tot expansie en scheurvorming. Hoogovenslak daarentegen is volumevast. Ook de vergelijking met vliegas wordt vaak gemaakt. Vliegas is pozzolaan en heeft de kalk uit het cement nodig om überhaupt te reageren. Hoogovenslak is latent-hydraulisch; het heeft alleen een zetje (activator) nodig om vervolgens zelfstandig hydraulische verbindingen te vormen die lijken op die van portlandcement.

In de havenbouw is het materiaal onmisbaar. Een kademuur krijgt te maken met agressieve chloriden uit het zeewater. Gebruik je hier beton met een hoog slakgehalte, dan blijft de wapening decennia langer beschermd tegen corrosie. De matrix is simpelweg te dicht voor indringers. Het zout komt er niet doorheen.

Kijk naar de fundering van een zware machinekamer. Bij dergelijke massieve betonstorten is thermische scheurvorming een reëel risico. De hydratatiewarmte moet omlaag. De betontechnoloog kiest dan voor een mengsel met CEM III/B. De reactie komt langzamer op gang. De kern van het beton raakt niet oververhit. Spanningsverschillen tussen binnen- en buitenkant blijven beperkt.

Niet elk korreltje eindigt in cement. De luchtgekoelde variant kom je tegen als funderingsmateriaal in de wegenbouw. Het oogt als een hoekige, grijze steenslag. Het biedt een stabiele basis voor asfaltlagen. Hier telt de mechanische sterkte, niet de chemische reactiviteit.

In de prefab-industrie zie je het bij de productie van duikers of rioolbuizen. Deze elementen moeten bestand zijn tegen zuren en sulfaten in het grondwater of rioolwater. De chemische resistentie van de slak-matrix voorkomt dat het beton wordt aangetast. De levensduur van de infrastructuur onder de grond wordt zo gegarandeerd.

Zonder certificering is hoogovenslak juridisch gezien slechts een industriële reststroom. De Europese norm NEN-EN 15167-1 trekt die grens vlijmscherp. Het reguleert gemalen gegranuleerde hoogovenslak (GGBS) voor gebruik in beton, mortel en injectiespecie. De eisen zijn bikkelhard. Het magnesiumoxidegehalte en het glasgehalte moeten binnen strikte marges vallen om de latente hydraulische werking te garanderen. In de Nederlandse betonpraktijk fungeert NEN 8005 als de onmisbare leidraad. Deze norm regelt het gelijkwaardigheidsprincipe en bepaalt exact in welke mate de slak mag worden meegeteld als bindmiddel bij het vaststellen van de water-cementfactor. Het is een rekensom die de constructieve veiligheid en de duurzaamheid van de matrix direct dicteert.

Het Besluit Bodemkwaliteit (Bbk) is de wetgevende macht zodra slakken ongebonden worden toegepast in de civiele techniek. Denk aan wegfunderingsmateriaal of ophooglagen. Uitloging is hier het sleutelwoord. Fabrikanten moeten met een milieuverklaring bodemkwaliteit aantonen dat zware metalen en zouten niet in het omliggende grondwater terechtkomen. Geen certificaat, geen toepassing. Voor de cementindustrie zelf blijft NEN-EN 197-1 het fundament. Hierin staan de definities van de verschillende CEM III-varianten vastgelegd. De wetgever eist onverbiddelijk een CE-markering voor elk type bindmiddel dat op de markt verschijnt. Geen sticker op de silo betekent simpelweg geen constructief gebruik. De regels laten weinig ruimte voor interpretatie.

In de vroege negentiende eeuw gold hoogovenslak als een blok aan het been van elke ijzergieterij. Men dumpte het. Enorme slakkenstortplaatsen ontsierden het landschap rondom industriële centra, simpelweg omdat niemand raad wist met dit stenige bijproduct. Dat veranderde radicaal in 1862. De Duitser Emil Langen ontdekte toen dat het vloeibare materiaal, mits geforceerd en razendsnel afgekoeld met water, veranderde in een zanderig granulaat met verborgen krachten. De techniek van granuleren was geboren. Dit markeerde het kantelpunt waarbij de staalindustrie onbedoeld een bondgenoot werd van de cementsector. De commerciële doorbraak liet niet lang op zich wachten. Rond 1888 startte de eerste grootschalige productie van hoogovencement. In Nederland duurde het tot de oprichting van de Cementfabriek IJmuiden (CEMIJ) in 1930 voordat de lokale bouwsector de waarde ervan echt begon in te zien. Het bleek een schot in de roos voor de Nederlandse waterbouw. Waar puur portlandcement soms bezweek onder de invloed van agressief zeewater, hield beton op basis van hoogovenslak stand. Tijdens de wederopbouw na de Tweede Wereldoorlog versnelde de acceptatie. De focus verschoof van loutere afvalverwerking naar gerichte technische optimalisatie. De introductie van de NEN-normen in de jaren vijftig en zestig van de vorige eeuw verankerde de status van de slak als hoogwaardig constructiemateriaal. Wat begon als een lastige reststroom, is tegenwoordig de primaire methode om de CO2-intensieve kalksteencomponent in cement te reduceren zonder in te boeten op sterkte of duurzaamheid.

• https://www.cementbouw.nl/en/division/aggregates/foundation-materials/
• https://www.febelcem.be/fileadmin/user_upload/factsheet/nl/FACT_SHEET_-_Hoogovenslak.pdf
• https://www.tatasteelnederland.com/staal-maken/staalslakken
• https://nl.wikipedia.org/wiki/Hoogovencement
• https://www.cementbouw.nl/cms/wp-content/uploads/2019/01/Brochure-Lidomix-Hoogovenslakmengsel_Cementbouw-Zand-Grind-1.pdf
• https://libstore.ugent.be/fulltxt/RUG01/001/418/650/RUG01-001418650_2010_0001_AC.pdf
• https://zoek.officielebekendmakingen.nl/stcrt-2005-128-p19-SC70607.pdf
• https://abt.eu/nieuws/hoogovenslak-in-beton-en-duurzaamheid-hoe-zit-het-nou-echt/