Labo Magnel, de testvloer waar innovaties ontstaan

Van nanoschaal tot grote opstellingen, testen kunnen hier op verschillende schalen worden uitgevoerd. (vergrote weergave)

Van nanoschaal tot grote opstellingen, testen kunnen hier op verschillende schalen worden uitgevoerd.

(05-02-2020) 94 Jaar na de opstart van Labo Magnel smelt het samen met andere UGent labo’s en wijzigt de naam. Tijd om polshoogte te nemen bij professor De Schutter!

Verschillende UGent vakgroepen en de bijbehorende labo's smelten samen tot het nieuwe Laboratorium Magnel-Vandepitte voor Bouwkundige Constructies & Bouwmaterialen – een mondvol! Hoog tijd om te ontdekken welke innovaties hier gerealiseerd zijn doorheen de jaren, wie de mannen zijn achter deze dubbele naam en waar onderzoekers vandaag van wakker liggen!

 

De godfathers van het labo

Gustave Magnel (1889-1955) was een specialist in gewapend beton en voorgespannen beton, en geldt als pionier in het proefondervindelijk onderzoek van betonconstructies in België. ‘Dat was ook een van de redenen waarom hij het Labo Magnel oprichtte.’ Aan het woord is professor Geert De Schutter, voorzitter van de vakgroep Bouwkundige Constructies & Bouwmaterialen. ‘Beton is op zich een ‘oud’ materiaal, dat al bekend was bij Romeinen, Grieken en Egyptenaren – ongewapend beton uiteraard. Maar in de 19e eeuw werd beton als het ware herontdekt, en werden vele stappen vooruit gezet op technisch vlak. Begin 20e eeuw was er dus een grote nood aan verder betononderzoek, waar Magnel met dit labo op wou inspelen.’

 

Vanwaar dan de naam Vandepitte? ‘Daniël Vandepitte (1922-2016) was in vele opzichten de opvolger van Gustave Magnel. Ook hij richtte een labo op, het Laboratorium voor Modelonderzoek, en net als Magnel heeft hij een vooraanstaande rol gespeeld in het ontwerp van merkwaardige bruggen. De eerste brug in doorlopende voorgespannen betonliggers is ontworpen door Magnel, Vandepitte creëerde zelfverankerde betonnen hangbruggen. Allebei erg vernieuwende methodes in hun tijd!’

 

De kern van het verhaal

Wat is nu de core van het labo, de kern waar ze hier mee bezig zijn? ‘Ons motto is “Building[for]Humanity”, of in het Nederlands “Mens[en]Bouw”. We willen bijdragen tot een duurzame en veilig bebouwde omgeving en samenleving. Dit omvat onder meer “Durability en sustainability”. Dat lijken misschien twee gelijkaardige termen, maar duiden toch verschillende zaken aan. Met durability bedoelen we vooral de technische duurzaamheid van materialen en constructies. Met andere woorden, in hoeverre zijn materialen bestand tegen agressie van de omgeving, zoals bijvoorbeeld aantasting door zeewater. Sustainability wijst dan weer op de milieu-impact van materialen. Zo ontstaat bij de productie van Portlandcement veel CO2 en willen we dus mogelijke alternatieven in kaart brengen. Zijn er andere materialen die we kunnen gebruiken om de milieu-impact van beton te reduceren? Of, kunnen we, omgekeerd, ook bijvoorbeeld nieuw cement en beton creëren uit bouw- en sloopafval? Een andere pijler binnen ons labo is ook risico-analyse van constructies. Wat gebeurt er als een deel van een constructie wegvalt? Door een ongeval, door hevige weersomstandigheden,… Ontstaat er een herverdeling van krachten, of stort de constructie in? Hoe kunnen we constructies meer robuust maken en instortingen vermijden? En, wat is de minimumhoeveelheid aan materiaal dat we moeten gebruiken opdat de constructie de voorziene belasting op een veilige manier kan dragen?’

 

Daarnaast zijn er niet alleen verschillende spin-offs voortgevloeid uit de vakgroep ‘Bouwkundige constructies en bouwmaterialen’, het labo Magnel is ook vrijwel het enige universitaire labo in de bouwsector dat geaccrediteerd is om proeven uit te voeren voor industrie en overheid. Denk onder andere aan proeven op herstelproducten, het kalibreren van machines, en binnenkort ook het testen van verankeringen in beton,… ‘Met de inkomsten uit deze dienstverlening kunnen we de laboapparatuur onderhouden. In onderzoeksprojecten vind je daar weinig budget voor.’

 

Van nanoschaal tot ware grootte, testen van klein naar groot

Constructies en materialen kun je hier testen, vanop nanoschaal tot grote opstellingen, en dat zie je meteen als je het labo binnenwandelt. Een gigantische ruimte van 60 m diep, 15 m breed en 8 m hoog. ‘Het is lange tijd een van de grootste proefvloeren ter wereld geweest, maar nu bestaan onder andere in China veel grotere exemplaren, met indrukwekkende shaking tables om het effect van aardbevingen na te bootsen. Grandioos om te zien!’

 

We werken heel vaak samen met Tongji University in Shanghai. In China is dat de nummer 1-universiteit op vlak van civil engineering. Door de vele samenwerkingen is een groot wederzijds respect gegroeid. Chinezen hebben een slechte faam inzake het kopiëren van technologieën, design,…, en inzake vervuiling, maar ik zie dat ze heel veel inspanningen leveren, onder meer op vlak van duurzaamheid, en dat ze ook heel vernieuwend werken. Zo is het wijd bekend dat bij de Burj Khalifa, het hoogste gebouw ter wereld, beton gepompt werd tot ca. 600 m hoogte. In China hebben ze echter het beton al een stukje hoger gepompt, maar dat komt niet aan bod in onze media.’

 

Links en rechts van deze immense proefvloer bevinden zich tal van kleinere lokalen om metingen en testen uit te voeren. Van een chemielokaal voor chemische analyses, een klimaatzaal met een constante temperatuur en vochtigheidsgraad over een microscopielokaal om ragfijne ‘plakjes’ beton onder de loep te nemen tot ateliers om steen te bewerken, te zagen en te boren in beton,… Allemaal logisch voor een laboratorium, maar twee zaken vallen meteen op. Een maquette van een enorm kegelvormig gebouw, en een gigantische robot. ‘Die kegel is eigenlijk een alternatief ontwerp van Magnel voor Expo ’58. Hij stelde voor om een betonnen toren te bouwen in plaats van het Atomium. Inclusief antennes zou deze toren ca. 700 m hoog zijn, wat gigantisch was in die tijd. Het was de bedoeling om met deze ene antenne gans België te bestrijken. Zoals we allemaal weten, heeft zijn ontwerp het jammer genoeg niet gehaald. Het gerucht gaat dat het een strijd was tussen de staal- en de betonlobby, maar dat is een broodjeaapverhaal. Feit is dat deze kegel grotendeels hol is vanbinnen, en dus weinig nuttige ruimte bood, terwijl het atomium met zijn negen bollen meer functioneel was.’ En de robot? ‘Dat is eigenlijk een 3D-printer met een reikwijdte van wel 3m. 3D-printing is relatief nieuw in de bouwsector, maar biedt wel veel opportuniteiten voor verder onderzoek. Het grote verschil bij 3D-printen is dat het geprinte materiaal vrij snel stijf moet zijn omdat er snel nieuw materiaal volgt. We merken dat testen op deze 3D-printer heel vaak onderzoekers samen brengt. Als er testen worden uitgevoerd, zijn er altijd veel nieuwsgierigen, en dat is goed, want zo zien onderzoekers ook waar anderen mee bezig zijn, en creëer je een dialoog.’

 

Van theorie naar praktijk

Welke innovaties vinden nu hun oorsprong in dit labo? ‘Er zijn er te veel om op te sommen. Uiteraard liggen, zoals ik al aangaf, zowel Magnel als Vandepitte aan de basis van opmerkelijke vindingen en constructies. Vandaag proberen we vooral oplossingen te bedenken die de beperkingen van beton als materiaal kunnen inperken. Zo haalden we een ERC advanced grant binnen om het slim storten van beton verder te bestuderen, het zogenaamde ‘smart cast’. Als je beton gemengd hebt, is het mogelijk dat het niet vloeibaar genoeg is om verder goed te verwerken. Een goede verhouding tussen water, cement en hulpstoffen is cruciaal om beton van goede kwaliteit te verkrijgen. Maar die juiste verhouding vinden is niet eenvoudig, en hangt af van verschillende factoren, zoals het soort granulaten, bindmiddelen, … dat je gebruikt. Het probleem is dat eens beton gemengd is, je het niet opnieuw in de menger kunt gooien om het recept bij wijze van spreken nog wat verder aan te passen. Daarom zijn we nu aan het bestuderen hoe we nieuwe producten in beton kunnen mengen, zogenaamde responsieve polymeren, die zoals de naam al aangeeft, reageren op bijvoorbeeld elektromagnetische signalen om beton opnieuw vloeibaarder te maken. Dit heet Active Rheology Control. Maar ook het omgekeerde geldt, Active Stiffening Control. Je kunt polymeren toevoegen die het beton juist stijver maken als ze bepaalde signalen krijgen. Momenteel hebben we op kleine schaal aangetoond dat het werkt; verder onderzoek moet uitwijzen of we dit ook op grote schaal kunnen toepassen.’

 

‘Een ander probleem is dat er soms scheuren ontstaan in beton. Op zich is dat geen al te groot probleem voor de draagkracht van de constructie – de wapening neemt in gescheurd beton de krachtswerkingen nagenoeg volledig over – maar agressieve stoffen zoals CO2, chlorides,… uit de omgeving kunnen het beton verder aantasten en via de scheuren de wapening snel aanvallen. Bij zelfhelend beton zorgen bijvoorbeeld micro-organismen en superabsorberende polymeren voor een zelfdichting van ontstane scheurtjes. Zo kun je heel wat onderhouds- en herstelkosten vermijden.’

 

Een oudje van 94, of het begin van een nieuw verhaal?

Welke toekomst ziet de vakgroepvoorzitter nog voor dit labo na 94 jaar? ‘We hebben heel mooie vooruitzichten! Niet alleen werken we hier samen met fantastische onderzoekers, maar ik ben ook heel benieuwd welke innovaties nog allemaal zullen voortvloeien uit het vele onderzoek dat hier gevoerd wordt. Dankzij het vernieuwde labo Magnel-Vandepitte kunnen we ook sneller de stap zetten van theorie naar praktijk, en dat is juist de bedoeling, niet?’

 

Nog interessante verhalen op te pikken over onderzoek aan de UGent? Laat het ons weten via techtransfer@ugent.be!