&E N M A A N 0 K S u T G A V E V A N oVERENIGING NEDERLANDSE CEMENTINDUSTRIEPOSTBUS 30111 5203 DA 's HERTOGENBOSCHAndertoeslagmateriaal (I)Riviergrind als toeslagmateriaal voor beton zal dekomende jaren geleidelijk vervangen worden doorgebroken gesteenten en zeegrind. Voordebetontechnoloog heeft dat belangrijke consequenties.Deze en de komende aflevering van BETONlEK zijn er aangewijd. Eerst aandacht de herkomst van het 'andere'toeslagmateriaal en de daarmee samenhangendeeigenschappen. Achtergrondinformatie dus. Daarnavolgen de praktische, betontechnologische aspecten.Inde Nederlandse betonwereld isde laatste jaren veel veranderd.Inde betonvoorschriften werdenmilieuklassen geïntroduceerd.Er kwamen vulstoffen in beton ennieuwe hulpstoffen. Zelfs compleetnieuwe cementgebonden produk-ten als schuimbeton en colloïdaal-beton verschenen op de markt.Voor de betontechnoloog staatechter nog meer op stapel, namelijkde geleidelijke vervanging van hetzo vertrouwde riviergrind doorandere grove toeslagmaterialen.InBETON/EK 8/11'Grind-vervangend toeslagmateriaal' isaleen beeld geschetst van de verande-ring in het aanbod van toeslagmate-rialen. De nu voor u liggendeaflevering behandelt de verschil-lende alternatieven van natuurlijkeherkomst diepgaand. Wat isdeherkomst van deze materialen, hoezijnze ontstaan en wat zijn huneigenschappen?Hierbij betreden we voor demeeste betontechnologen eenonbekend vakgebied, namelijk degeologie. Het is daarbij onvermij-delijkdat onbekende woorden enuitdrukkingen worden gebruikt.Laat uzich daardoor echter nietafschrikken. De moeite wordtbeloond met inzicht.Daarmee verrijkt gaan we in hetvolgende artikel verder met deregelgeving, keuring en betontech-nologlsche consequenties bijhetwerken met de verschillende mate-rialen.Welke alternatieven?Voor het vervaardigen van beton istoeslagmateriaal onmisbaar.Tot voor kort werd in Nederlandvrijwel uitsluitend riviergrind alsgroftoeslagmateriaal gebruikt. Ookandere materialen kunnen in prin-cipe als toeslagmateriaal wordentoegepast. Het omschakelen vangrind naar deze materialen zalstudie, onderzoeken aanpassingvan voorschriften vergen maar is inprincipe uitstekend mogelijk. DeNederlandse betontechnoloog zaldaar aan moeten wennen maar inde rest van de wereld maakt menaltijd al beton met andere toeslag-materialen.februari 19922Tabel IAandeelenchemische formule vanmineralen inde aardkorstIndeling van gesteentensamenstellingeen zeerbepaalde chemischesamenstelling en, mede afhankelijkvan zijn ontstaanswijze, eenbepaalde kristalvorm.I73912125535%(VN)I. stollingsgesteenten.2. afzettingsgesteenten.3. metamorfe gesteenten.Tabel 2geeft de relatieve verdelingover deze hoofdgroepen.StollingsgesteentenStollingsgesteenten worden ookwel magmatische gesteentengenoemd, ze ontstaan door stollingvan magma. Dit magma isdegloeiend-vloeibare gesteentemassawaaruit onze aarde (op het korstjena!) bestaat.De snelheid waarmee het magmaafkoelt heeft grote invloed op destructuur van het gesteente datdaarbij ontstaat. De afkoelingssnel-heid hangt vooral afvan de dieptewaarop afkoeling plaatsvindt. Menonderscheidt uitvloeiings-gesteenten, dieptegesteentenen ganggesteenten (fig. I).Bij uitvloeiingsgesteenten is hetmagma aan het aardoppervlak rela-tief snel afgekoeld. Hierdoor was deperiode waarover kristallen kondengroeien beperkt en ontstond eenzeerfijnkorrelige structuur.Een bekend voorbeeld van een uit-vloeiingsgesteente is basalt.mengreeks tussen NaAISi30s enCaAI2Si 20sKalSi3030s en NaAISi30sSi02(Na, Ca, Mg,Fe,AI,Ti) (Si,AI)0 3(Ca,Mg, Fe, Na, -(AI, Si)4 011 (OH)K (Mg,Fe,AI,rn,Si3, AIOIO(OH,(Mg,Feh Si0 405' (OH)4De hoofdindeling van gesteenten isgebaseerd ophun ontstaanswijze.Inde geologie, dat isde wetenschapdie de aardkorst bestudeert,worden in de regel drie hoofd-groepen onderscheiden:We zien dat zuurstof (0) en silicum(Si)veruit de belangrijksteelementen zijn.Ze komen dan ookinzeer veel mineralen voor. Nietalleen in de vorm van het mineraalkwarts (Si02) maar vooral ook inde vorm van andere silicaten.Tabel Ibevat een overzicht van hetaandeel van de verschillende mine-ralen in de aardkorst. Inde aard-korst komen we vooral de volgendeoxiden tegen:Si02 (ca. 60 %),Al20 3 (ca. 15%)en verder nog CaO, FeO, MgO,Na20, K20 enz.naamplagioklaas-veldspaatalkaliveldspaatkwartspyrosceenamfiboolglimmer (bioliet)olivijnkleimineralen(kouliniet)calcietoverigeEengesteente kan wordenbeschouwd als een natuurlijkmengsel van mineralen. Mineralenvormen de vaste bouwstenen vanallegesteenten.Een mineraal kan worden gedefi-nieerd als een in de natuur ontstaanbestanddeel van de aardkorstmetAlles wat wij in ons vakjargon'natuurlijktoeslagmateriaal'noemen isgesteente, afkomstig vanhet oppervlak van de aardkorst datindien nodig door bewerkingen alsbreken, zeven en wassen geschikt isgemaakt voor het gebruik in beton.De vaste aardkorst is relatief nietdikker dan de schaal van een ei enneemt slechts ongeveer 11/2%vanhet totale aardvolume in beslag.Dedikte van deze aardkorst bedraagtenkele tientallen kilometers.Inde aardkorst komen ruim 2000verschillende mineralen voor.De kenmerken van een gesteenteworden behalve door de mineralo-gische samenstelling vooral bepaalddoor de omstandigheden waar-onder het is ontstaan. Hierbij moetworden opgemerkt dat eengesteente ook tijdens de verdere'levensloop' vaak nog veel verande-ringen door invloeden vanbuitenondergaat.Onstaan/herkomstDeze toeslagmaterialen hebben eenandere herkomst en zijn op eenandere manier ontstaan. Ze kunnenin meerdere opzichten afwijken vanhet ons bekende riviergrind.Verschillen veroorzaakt door demineralogische samenstelling en deinwendige structuur, maar ookdoor vorm en oppervlaktetextuur.Om ons een beeld te vormen vandie verschillen is het noodzakelijkeerstte kijken naar hetontstaanvan de verschillende gesteenten.=Schematische weergave vanstollings-gesteentenTabel 2Aandeelnaargesteentesoort În deaardkorstsoort gesteente %(V/V)stollingsgesteente 65waarvan:graniet 10%grandioriet, dioriet I 1%basalt 43%afzettingsgesteente 8metamorfgesteente 27Bij dieptegesteenten vindt het stol-Iingssproces op grote diepte (meerdan I km) plaats; de afkoelingverloopt langzaam(enkelehonderden tot duizenden jaren).Hierdoor ontstaan gesteenten meteen grovere kristal-structuur.Voorbeelden hiervan zijngraniet,dioriet en gabbro.Eentussenvorm zijnde zoge-naamde ganggesteenten waar hetvloeibare magma in spleten enbreukvlakken opsteeg en afkoelde.Deze gesteenten tonen vaak eencombinatie vangrove en fijnkorre-ligestructuren. Porfier behoort totde ganggesteenten.AfzettingsgesteentenAfzettingsgesteenten worden ookwel sedimentaire gesteentengenoemd. Sediment betekentbezinksel. Sedimentaire gesteentenzijnontstaan door bezinken vanmateriaal dat vaakvan anderegesteenten afkomstig is.Dat mate-riaal bestaat soms uit vaste deeltjesen soms uit opgeloste mineralen.Eensediment kan ook van plant-aardige herkomst zijn;zo issteen-kool onder hoge druk ontstaan uitplanten resten.Bij de zogenaamde klastische sedi-menten zijnde bestanddelen alsvaste deeltjes getransporteerd.Sedimentgesteenten die uit eenoplossing zijn neergeslagen of orga-nisch zijnontstaan noemt men niet-klastisch.Tot de klastische sediments-gesteenten behoren:I. zandstenen en conglomeraten.Deze gesteenten zijngevormddoordat vaste deeltjes vanoudere gesteenten ná hetbezinken door de afzetting vanopgeloste mineralen aan elkaarzijngekit. Ook arkose en grau-wacke behoren tot de zand-stenen;2. kleien en kleischalies.(bestanddelen voor het grootstedeel ontstaan bijde chemischeverwering of overgenomen vanvroegere sedimentsgesteenten).Tot de niet-klastische sediments-gesteenten behoren:I. carbonaten (direct neergeslagenof door organismen gevormd).Bekende voorbeelden uit dezegroep zijn kalksteen en mergel;2. evaporieten (door verdampingvanwater neergeslagen).Voorbeelden hiervan zijngips,anhydriet en steenzout;3. organische stoffenjo.a. veen ensteenkool);4. overige niet-klastische sedi-mentgesteenten zoals o.a. afzet-tingen van kiezelschaaltjes,fosfaten, ijzerverbindingen.Gesteenten die niet door bezinkingzijngevormd maar toch wel aan hetaardoppervlak zijnontstaan rekentmen ook tot de sedimentairegesteenten. Hiertoe behorenbijvoorbeeld grindafzettingenontstaan door het tot stilstandkomen van transport vangesteenteover de bodem van rivieren.Het Nederlandse grind dat groten-deels wordt gewonnen inhetMaasdalvan Midden-Limburg,bestaat voor het grootse deel(> 90 %)uit kwarts dat aanwezig isinde vorm van kwartsiet, zand-steen, gangkwarts en vuursteen.Metamorfe gesteentenOnder metamorfose vat men deveranderingen samen diegesteenten ondergaan door hogedruk en temperatuur of alleen doorhoge temperatuur. De combinatievan hoge druk en temperatuur kanoptreden op grote diepte in deaardkorst. Men spreekt dan vanregionale metamorfose.Onder deze omstandigheden blijktde mineraalstructuur te worden'gericht' waardoor deze gesteentenvaak een splijtbaarheid (schistosi-teit) vertonen, evenwijdigaan dezegerichtheid. Een voorbeeld hiervanlevert leisteen dat isgevormd uiteen oorspronkelijk kleiigsediment.Ookgneis behoort tot deze groepen isgevormd uit graniet.Andere voorbeelden zijnschist,amfiboliet en migmatiet.Kwartsiet iseen gerekristalliseerdezandsteen. Marmer isdoor meta-morfose ontstaan uit kalksteen.Tabel 3Schematisch overzicht vandeindeling vangesteentenvoorbeelden van voorbeton relevante gesteentenstollingsgesteentenI. dieptegesteenten granietdiorietgabbro2. uitvloeiings-gesteenten basaltandesietdiabaas3. ganggesteenten porfierafzettingsgesteentenI. verharde sedimentairegesteenten- klastische gesteenten zandsteengrauwackearkose- niet-klastische gesteenten kalksteendolomietIndienalleen een temperatuurver-hogingoptreedt, bijvoorbeeld doorde nabijheid van magmaspreektmen van thermometamorfose.Indeze groep vinden we geengesteenten die als toeslagmateriaalof anderszins bekend zijn.Of heeftu wel eens hoornrots of knoten-schiefer als toeslagmateriaal toege-Grote variëteitUit deze slechts summiere beschrij-vingvan het ontstaan van deverschillende gesteenten is bijuwellicht een beeld ontstaan van eengrote variëteit aan verschijnings-vormen en eigenschappen. Datbeeld iszondermeer juist;degeoloog of de verzamelaar vangesteenten en mineralen kan daarongetwijfeld treffende voorbeeldenvan laten zien. Deze verscheiden-2. onverharde sedimentenmetamorfe gesteentenheid wordt vanzelfsprekend al veelkleiner wanneer we ons beperkentot die gesteenten welke op grondvan eigenschappen en verkrijgbaar-heid in aanmerking komen voorgebruik als toeslagmateriaal inbeton (tabel 3).Inde praktijk zullen dat in Neder-land waarschijnlijk de volgendematerialen zijn:- zeegrind;- porfier;- kwartsiet;- graniet;harde kalksteen.kleizandgrindgneiskwartsietmarmerNatuurlijk hoort hetvertrouwderiviergrind ook nog in dit lijstjethuis; de vervanging daarvan zalimmers betrekkelijkgeleidelijkverlopen. We zullen er dus nog veelbeton mee maken en we zullenvoorlopig allealternatieven willenvergelijken met riviergrind.Alseerste kennismaking met de'andere' materialen zijn hierna pergesteente de belangrijkste karakte-ristieken gegeven.ZeegrindZeegrind dat inons land wordtaangeboden isvooral afkomstig vanwinplaatsen binnen het Engelsecontinentaal plat. Dit materiaal (enhet gelijktijdiggewonnen zeezand)behoort in Engelandal tientallenjaren tot de gangbare toeslagmate-rialen. Zeegrind bestaat overwe-gend uit flint (vuursteen) en kwarts.Vuursteen iseen zeer hard, grijs totzwart, gesteente met een glad, spin.terig-schelpvormig breekvlak datzeer scherp kan zijn. Kenmerkend isde witte licht poreuze oppervlakte-korst.Zeegrind is evenals riviergrindoverwegend rond van vorm enlevert dan ook een met riviergrindvergelijkbaar gedrag in betonspecie.ProfIerPorfier isin CUR-Aanbeveling 23als volgt gedefinieerd:'Porfier iseen hard dicht stollings-gesteente, opgebouwd uit grotekristallen (fenokristen of eerste-lingen)in een fijnkorrelige grond-massa. Onder porfier wordt in dezeaanbeveling ookporfieriet verstaan.Volgens de geologische definitie inNederland overheersen bijporfierde alkaliveldspaten bovenplagioklaas.Bijporfieriet is hetomgekeerde het geval'.Porfier heeft een roodbruin of grijsgenuanceerde kleur. Het iseenhard en slijtvast toeslagmateriaaldat vooral wordt toegepast inslijt-lagen van wegen.KwartsietKwartsiet wordt in CUR-Aanbeve-Iing17gedefinieerd als 'een hard,dicht metamorfgesteente, hoofd-Winning vankalksteen ineengroeve inBelgië. Op de achtergrond debreek-enzeefinsta/latieszakelijkbestaande uit gerekristalli-seerde kwarts.' Gebroken kwart-siet wordt in diverse korrelgroepengeleverd. Kwartsiet iseen zeerharde zandsteen die ook wordttoegepast als steenslag inde wegen-bouw.ln Nederland ishet nogweiniggebruikt alstoeslagmateriaalin beton.GranietGraniet wordt in CUR-Aaribeveling22 gedefinieerd als 'een grofkor-relig,hard en dicht dieptegesteente,dat grotendeels bestaat uit veld-spaten en kwarts'. Inons landwordt zowel graniet van Schotse alsvan Noorse herkomst aangeboden.Schots graniet isoverwegend rose-bruin gekleurd, het Noorse granietisoverwegend grijs.De naamgraniet komt van het Latijnsegranum wat korrel betekent enheeft dus betrekking op de korre-ligestructuur.Kalksteen Depotgebroken kalksteen, na een eerstebrekingKalksteen wordt inCUR-Aanbeve-Iing13gedefinieerd als 'een kalk-steen waarvan de volumieke massavan de droge korrels (Psr) bepaaldvolgens NEN 5926, ligttussen 2500en 2800 kg/m3· Kalksteen iseensedimentgesteente en bestaathoofdzakelijk uit calciumcarbonaat.Harde kalksteen isin Belgiëeen vrijgebruikelijk toeslagmateriaal inbeton dat indiverse korrelgroepenwordt aangeboden. De eigen-schappen van kalksteen kunnen perwinplaats sterk verschillen. De slijt-vastheid van harde kalksteen blijftenigszinsachter bijde anderemate-rialen. Daarentegen onderscheidenthermische eigenschappen alsuitzettingscoëfficiënt en hittebe-standheid van beton met kalksteenzich positief.nning en voorbewerkingvan materialenDe meeste gesteenten dienen nahet winnen nog een aantal bewer-kingente ondergaan om ze geschiktte maken alstoeslagmateriaal voorbeton. Deze bewerkingen kunnenbestaan uit breken, zeven, sorterenen eventueel wassen. Voor rivier-zand en -grind zijndeze bewer-kingen het eenvoudigst; hetmateriaal wordt opgebaggerd,gespoeld en door zeven op korrel-grootte gesorteerd. Bovenmaatsmateriaal wordt soms gebroken engedeeltelijk bijgemengd of er wordteen gebroken materiaal vangepro-duceerd dat als steenslag indiversekorrelgroepen wordt aangeboden.Voor zeezand en -grind is debewerking vrijwel gelijk;uiteraardvraagt hier het wasproces meeraandacht om het chloridegehalteonder de gestelde grenswaarden tebrengen.De winning van gebroken natuur-steen verloopt ineen aantalopzichten heel wat moeizamer.Ingroevesworden door springenstukken rots verkregen die totenkele tonnen zwaar kunnen zijnendie vervolgens inmeerdere etappestot de gewenste afmeting wordengebroken. Hiervoor wordenverschillende brekertypen toege-past (foto's 2-3).Een belangrijkaspect van gebrokentoeslagmateriaal isde korrelvormdie bijvoorkeur kubisch moet zijn.Hoewel natuurlijk ook de gesteen-tesoort hierbij van invloed is kanhet breekproces zodanig wordeningericht dat het gehalte aan plattestukken zo klein mogelijk is. Dat ismogelijk door het verkleinings-proces inmeerdere stappen op tedelen. De op deze manierverkregen meer gedrongen korrelwordt wel aangeduid met'reconcessé',slagmateriaal voor betonverwerkingsgedrag kan ook een rolin het mengselontwerp spelen.De eigenschappen van de verschil-lende toeslagmaterialen van natuur-Iijkeherkomst en vooral deconsequenties van deze eigen-schappen voor de 'prestaties' vantoeslagmaterialen in betonspecie enratuurbeton zullen in de volgende afleve-ringvan BETON/EK uitgebreidworden behandeld.Daarbij zal ook worden ingegaanopde keuringvan materialen en deregelgeving welke bijwerken met'ander' toeslagmateriaal van belangis.Hoe interessant de voorgeschie-denis van de meeste gesteentenook is, uiteindelijk zal de betontech-noloog gesteente alleen beoor-delen op zijngeschiktheid alstoeslagmateriaal voor beton.Daarbij komt enige kennis over vanontstaan en bewerkingstechniekennatuurlijk wel vanpas: immers, deeigenschappen van deze materialenen de vorm waarin wij ze aange-boden krijgenzijn terug te voerenop de oorspronkelijk eigen-schappen van het gesteente en debewerkingen die zijn uitgevoerd omhet geschikt te maken voor toepas-sing in beton.De directe gevolgen van hetverwerken van ander toeslagmate-riaal in betonspecie zijnvooralafhankelijkvan korrelvorm, opper-vlaktetextuur. korrelopbouw en dekorrelgroep.De betontechnoloog zal bijzijnmengselberekening rekeningmoeten houden met bijvoorbeeldeen andere volumieke massa vanhet toeslagmateriaal en soms ookeen ander absorptiegedrag.De korrelopbouw kan afwijken vande voor riviergrind gebruikelijkeopbouwen bijgebroken grof mate-riaal dient soms het zandpercentagein het toeslagmengsel te wordenverhoogd. De verhoging van dewaterbehoefte van de specie voorhet verkrijgen van een bepaaldI. Pannekoek. A.J.en L.M.J.V. vanStraaten, Algemene geologie, WoltersNoordhof, 19842. Walter Schuman, Stenen en Mineralen; Thieme3. Walter Schuman, Elseviergids van stenen en mineralen; Elsevier4. Souwerbren, c, Betontechnologie; VNC, 's-Hertogenbosch, 19915. Neville, A.M.,Properties of Concrete; Pitman Londen, 1981In onzevolgende uitgave:Ander toeslagmateriaal (11)Fysische eigenschappen grindvervangende toeslagmaterialen. Betekenis voorde praktische betontechnologie. KwaliteitscontroleBijlage: TrefwoordenregisterBETONlEK 1970-1991Alsbijlagebijdeze afleveringontvangt het trefwoordenregister op alleafleveringenvan BETON/EK die zijnverschenen inde periode 1970tot enmet 1991.Dit register isook verschaft bijBETONlEK 8/30.Toen isechterhet register niet, zoals de bedoelingwas, losgehouden maar vastgemaaktaan aflevering8130.Voor een handzaam gebruik kan deze bijlagevoorin band VIII wordenopgenomen.Daar maak ie ft mee.ofonBETONlEK iseen praktijkgerichtvoorlichtingsblad op het gebiedvan de betontechnologie enverschijnt 10keer per jaar.Redactie:tel. 073 - 401 225Abonnementen:tel. 073 - 40 I 2JIISSN0166-137xAbonnementsprijzen voor 1992:Nederland, Nederlandse Antillenen Belgiëf 23,-andere landen f 36,-Uitgave:Vereniging NederlandseCementindustrie (VNC),Postbus 30 I5203 DA 's-HertogenboschAbonnementen lopen perkalenderjaar. Aan het eind vaneen kalenderjaar wordt hetabonnement automatischverlengd, tenzij voor I decemberschriftelijkwordt opgezegd.Overname van artikelen enillustraties istoegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.JJJJJJJJJJJJJJNxgfJJJJJJJJJJJJJJ