Een maandelijkse uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-238531november/december 1974Beton in de winterHoewel de vorstverletkas door de voorgaandezachte winters niet armlastig zal zijn en menigbouwvakker een paar weken vorstverlet nietversmaadt, bestaat toch op veel bouwwerkende noodzaak om in de winter door te werken.Deze aflevering van Betoniek is gewijd aan desnelle afkoeling die in de winter kan optredenen aan de maatregelen die genomen kunnenworden om te voorkomen dat beton schadeondervindt door vorst.In BETON/EK 1/9 werd voor de eerste maalaandacht aan dit onderwerp besteed. :Er werduiteengezet hoe vorstschade ontstaat en inwelke omvang beton kan worden beschadigd.Voorts werd vermeld dat beton met een kubus-druksterkte van ongeveer 5 N/mm2(50 kgf/cm2)voldoende weerstand tegen een eerste vorst-aanvalbezit. Omdat in die tijd nog de kubusmet een ribbe van 20 cm als proefstuk vankracht was en het beproeven met tussenlagenvan karton gebeurde, moet thans een correctieop deze waarde worden aangebracht. Voorhet kleinere proefstuk met 15 cm ribbe en eenbeproeving zonder karton kan als richtwaardevoor vorstbestandheid een kubusdruksterktevan ongeveer 6 N/mm2(60 kgf/cm2) wordenaangehouden. Een dergelijke waarde wordtook in de VB '74 genoemd.De belangrijkste maatregelen die ter versnel-ling van de verharding en daarmee ter ver-mindering van het risico van vorstschadegenomen kunnen worden, zijn:1. het verlagen van de water-cementfactor;2. het verhogen van de specie- resp. beton-temperatuur;3. toepassing van sneller cement.Een lagere water-cementfactor geeft nietalleen een kortere bindtijd maar bovendieneen aanzienlijk hogere begin- en eindsterkte.Ook het afwerken van het betonoppervlak kanveel sneller plaatsvinden, wat van groot belangis omdat meteen daarna een isolatie aange-bracht kan worden. Door een hogere specie-temperatuur komt het verhardingsproces metde daarmee gepaard gaande warmte-ontwik-keling eveneens sneller op gang, terwijl ook deverdergaande verharding in een redelijk tempokan blijven plaatsvinden als voorkomen wordtdat het beton te veel afkoelt.Verwarmde betonspecieDe eerste klap is een daalder waard! Die klapis bovendien vaak eenvoudig uit te delen, om-dat bij veel betonmortelbedrijven de mogelijk-heid bestaat verwarmde betonspecie te leve-ren. De Stichting Verletbestrijding Bouwnijver-heid beschikt over een lijst van bedrijven diezijn uitgerust met apparatuur voor het leverenvan verwarmde betonspecie (telefoon SVB:010 -124619).De eenvoudigste manier om verwarmde beton-specie te fabriceren is verwarmen van het aan-maakwater. Vaak zal daarmee een voldoenderesultaat behaald kunnen worden.Verwarming van cement komt om praktischeen economische redenen niet in aanmerking.Wel kan :in het geval dat verwarming van hetaanmaakwater niet voldoende resultaat op-levert het toeslagmateriaal worden verwarmd.Daarvoor is echter gewoonlijk meer apparatuurnodig dan voor het verwarmen van het aan-maakwater op de meeste bedrijven beschik-baar is. Een efficiënte methode om betonspeciete verwarmen, is het inspuiten van stoom inde menger tijdens het mengen. Daarvoor be-staan speciale mengers.Als de betonsamenstelling en de temperaturenvan de grondstoffen bekend zijn, kan despecietemperatuur precies worden uitgere-kend. Eenvoudiger is echter het hanteren vaneen paar vuistregels, die een voor de praktijkvoldoende nauwkeurige schatting van despecietemperatuur mogelijk maken.Voor een gemiddelde betonsamenstelling zal:· verhoging van de cementtemperatuur met10°C de specietemperatuur doen stijgen met1oC;· verhoging van de watertemperatuur met10°C de specietemperatuur doen stijgenmet 3°C;· verhoging van de temperatuur van het toe-slagmateriaal met 10°C de specieternpera-tuur doen stijgen met 6°C.Verwarming van toeslagmateriaal levert dushet meeste resultaat op maar kost ook demeeste energie. Verwarming van aanmaak-water is het eenvoudigste en bovendien vaakvoldoende. Het is geen bezwaar als aanmaak-water wordt verwarmd tot 90oC, als dit hetewater maar niet direct met het cement in aan-raking komt. Daarom moet men in een dergelijkgeval eerst het water voormengen met het toe-slagmateriaal.AfkoelingVanaf het moment van aanmaak van de beton-specie tot het moment waarop de betonspecieverdicht en wel in de bekisting zit, treedt er inde winter voortdurend afkoeling van de specieop, vooral bij verwarmde betonspecle.De eerste afkoeling treedt op in het transport-middel. Bij vervoer in een truckmixer is het danook zaak de specietemperatuur direct na hetlossen te meten en op grond daarvan te beoor-delen of de temperatuur waarmee de specieis weggestuurd voldoende was.2Toeslagmateriaal moet ijsvrij zijn, dus afdekkenen stomenDraaien van verwarmde betonspecieTabel 1 Tabel2buitentem peratu ur aanmaaktemperatu ur1510 16,25 17,30 18,5- 5 19,6- 10 20,815 21,9materiaalk-waarde inkcal/oC m2uurstalen bekisting 17vochtige, houten bekisting19 mm 6goed geïsoleerde,stalen bekisting 2geen afdekking, wind 25dekzeil met luchtlaagtussen betonoppervlaken afdekking 44 cm droge rietplaten invochtdichte omhulling 25 cm mineraalwol invochtdichte omhulling 1In tabel 1 is aangegeven met welke temperatuurbetonspecie van een betoncentrale moet wor-den weggestuurd om na 1 uur transport ineen truckmixer een temperatuur van 15°C overte houden.Bij transport en verwerking van betonspecie opde bouwplaats kan uiteraard een enorme af-koeling optreden als er geen maatregelen zijngetroffen om de specie zo snel en efficiëntmogelijk te verwerken. Gevaarlijke punten tenaanzien van de afkoeling zijn:· overslag van de specie, bijv. van de truck-mixer in een kubel;· tijdelijke opslag in een silo (indien mogelijkvermijden) ;· niet geïsoleerde pompleidingen;· sneeuw of ijs in de bekisting (altijd van tevoren verwijderen, bijv. met stoom);· langzaam storten en verdichten;· langer wachten met afdekken van de speciena het afwerken dan noodzakelijk is (hoesneller afdekken, hoe beter).De mate waarin het beton na verdichting enafwerking zal afkoelen is afhankelijk van debegintemperatuur, de warmte die door dehydratatie van het cement ontstaat, het verschiltussen betontemperatuur en buitentemperatuuren de isolatiewaarde van bekisting en afdek-king.De factor a is daarbij een waarde die afhanke-lijk is van de isolatiewaarde van de bekisting,de isolatiewaarde van de afdekking, het volumebeton en het afkoelend oppervlak.Een bezwaar van bovenstaande formule is datnooit een betrouwbaar getal voor de ontwikkel-de hydratatiewarmte kan worden ingevuld.Vandaar dat het regelmatig meten van debetontemperatuur eigenlijk de enige methodeis voor het vaststellen van het temperatuur-verloop in een gestorte constructie.Voorverhardingstijd en afkoelingstijdOm ervoor te zorgen dat beton geen vorst-schade ondervindt, moet men het zolang optemperatuur houden totdat het vorstbestandis. De tijd nodig voor het verkrijgen van vorst-bestandheid, de voorverhardingstijd genaamd,zal dus beschikbaar moeten zijn voordat hetbeton afkoelt tot het vriespunt. Hoe lager debetontemperatuur des te langzamer gaat deverharding, en des te groter is het risico. Van-daar dat eigenlijk alleen efficiënt in de wintergewerkt kan worden als er betonspecie gestortwordt met een flinke aanvangstemperatuur.Hoe warmer hoe beter. Zoals uit het voorgaan-de blijkt, is de afkoelingstijd niet alleen sterkafhankelijk van de aanvangstemperatuur, maarook van de isolatiewaarde van bekisting enaangebrachte afdekking.IsolatieTer vergelijking worden :in tabel 2 enige warm-T; tedoorgangscoëfficiënten of k-waarden ge-W geven voor verschillende typen bekisting envoor diverse afdekkingsmogelijkheden. Deisolatiewaarde is aangegeven als k-waarde enuitgedrukt in m-uur, (Deze coëfficiëntgeeft de warmte aan in kcal die per uur dooreen oppervlak van 1 m2van een materiaal bijNoemen wij de temperatuur na tijdsduur t Ttde begintemperatuur (direct na het afwer-ken en het aanbrengen van een isolatie)de ontwikkelde hydratatiewarmteen het temperatuurverschil tussen betonen omgeving Tb- Tomgdan is de afkoeling weer te geven met de vol-gende formule:Tc == T; + W-a Tomg) t3een temperatuurverschil van 1°e wordt af-gegeven; hoe hoger de k-waarde hoe slechterde isolatiewaarde).Onder het hoofdstukje 'afkoeling' is uiteen-gezet dat de afkoeling afhankelijk is van dek-waarde en van het volume beton in ver-houding tot het afkoelend oppervlak.Deze factoren kunnen worden samengebrachttot één factor, die daarmee het vermogen vanTabel 3Hulpmaatregelen voordat met storten wordtbegonneneen gestort en eventueel afgedekt constructie-deel om warmte vast te houden weergeeft.Deze factor wordt tijdconstante genoemd. Intabel 3 wordt deze tijdconstante (aangeduidmet aangegeven voor een vloer in diktevariërend van 10 tot 20 cm, gestort op eenhouten bekisting, met resp. geen afdekking,een afdekking met een dekzeil vrij van hetbetonoppervlak en tenslotte een hoogwaardigetijdconstanten voor vloer gestort op 19 mm vochtige houten bekisting (k= 6)diktezonder dekzeil + vochtdichte steenwoldekenafdekking luchtlaag + luchtlaag10 cm 2 6 815 cm 3 9 1220 cm 4 12 16Tabel 4tijdconstanten voor vloer gestort op goed geïsoleerde stalen bekisting ( k = 2)diktezonder dekzeil + vochtdichte steenwoldekenafdekking luchtlaag + luchtlaag10cm 2 10 2015 cm 3 15 3020 cm 4 20 40Tabel 5tijdconstanten voor wanddiktestalen houten bekisting stalen bekistingbekisting vochtig 19 mm + isolatie10 cm 1 5 1515 cm 2 7 2220 cm 3 10 304100 00-10 -ee 0 -10Tom'3" oC.10 1000 00 -10 -ee 0 -10Tomg.,oc, Tomg .· oC.eo10ooA.· 01010-,Tom'3"OC.10o0T ,0c. -10° 0moe} +/I ./'1-11010A.eoo0o -100 0 -10o -10.. oe.min.Figuur 1 Figuur 2isolatie. Tabel 4 geeft de tijdconstante vooreen goed geïsoleerde stalen bekisting, terwijlin tabel 5 de r-waarden voor een zijnweergegeven.Wat kunnen we nu met al deze informatiedoen? Uiteraard iets praktisch, want daar ishet hele verhaal om begonnen.In een Zweedse publikatie 'Vintergjutning'heeft men de benodigde voorverhardingstijdvoor het verkrijgen van vorstbestand betongecombineerd met verschillendeisolatiemoge-lijkheden voor zowel vloeren als wanden. Hoe-wel in deze grafieken werd uitgegaan vanZweedse portlandcementen en daarnaastkwaliteitsaanduidingen zijn gebruikt die ietsvan de onze afwijken, blijken de grafieken tochbruikbaar te zijn als oriëntatie (fig. 1-2).5Op de horizontale as wordt in deze grafiekende buitentemperatuur aangegeven, op de verti-cale as de specietemperatuur na verdichten enafwerken en na het aanbrengen van deisolatie. Er komen in de grafieken drie ge-bieden voor, nl. een gebied links boven (grijs)waar met een betrekkelijk eenvoudige isolatiekan worden volstaan, een middengebied, waareen zeer goede isolatie vereist is en tenslotteeen gebied rechts onder waar bijverwarmingabsoluut noodzakelijk is (gearceerd).De grenslijn tussen het gebied links bovenen midden komt overeen met een tijdconstantevan 10.De grenslijn tussen het middengebied en hetgebied rechts onder komt overeen met eentijdconstante van 20.De werkwijze voor het aflezen van defieken ls nu als volgt: Bepaal de specietempe-ratuur na afwerken en aanbrengen van deisolatie op het beton (To) . Meet de buiten-temperatuur en informeer naar de te verwach-ten temperatuur via het weerbericht voor debouwnijverheid. Bereken daaruit degemiddel-de buitentemperatuur voor de komende et-malen (Tomg) . Beoordeel in welke kwaliteits-klasse het verwerkte beton valt. Valt diebetonkwaliteit niet direct uit een der figuren afte lezen, neem dan de figuur met de dichtst-bijzijnde lagere kwaliteit, dan blijft aan devei-lige kant.Bepaal aan de hand van een der tabellen detijdconstante van de in het geding zijnde con-structie. Lees tenslotte af of met deze tijdcon-stante verwacht mag worden dat bij degegeven temperaturen het beton tijdig vorst-bestand is. Bij een bepaalde specie- en buiten-Een mogelijkheid om in de winter probleemlooste kunnen werken is het bouwen van eenoverkapping over het gehele werk, waarbinnenmen door verwarmen de gewenste tempera-tuur kan handhavenAfdekken van een pas gestorte betonconstruc-tie door middel van zeilen die op een regel-werk zijn gelegd6gunstiger situatie veroorzaken dan aanvanke-lijk leek. Daarmee moet men dan ook terdegerekening houden.Afdekken van verse betonspecie met in plasticverpakte steenwoldekenstemperatuur is de benodigde tijdconstante uitde grafiek af te lezen. Komt de berekendetijdconstante hiermee niet overeen, dan zal àfde specietemperatuur verhoogd moeten wor-den, àf de isolatie alsnog verbeterd moetenworden. Komt men in het gebied rechts onderterecht, dan is ondanks de waarde voor detijdconstante, bijverwarming nodig.VoorbeeldEen vloer van 15 cm op een houten bekistingmet een hoogwaardige isolatie als afdekking,betonkwaliteit B 22,5, karateristieke sterkte De voornaamste te treffen maatregelen in de22,5 N/mm2(225 kgf/cm2) , buitentemperatuur winter zijn:-50C,portlandcementklasse A. · verlagen van de water-cementfactor doorUit tabel 3 is af te lezen, dat de tijdconstante verhogen van het cementgehalte en/of doorvoor deze combinatie 12 bedraagt. Omdat de verlagen van het watergehalte;toegepaste betonkwaliteit B 22,5 is, nemen we · toepassen van verwarmde betonspecie;de figuur voor B 20. Bij een buitentemperatuur · toepassen van versnellers, bij voorkeurvan -5°C blijkt het doel bereikt te kunnen chloridevrij, in verband met het gevaar vanworden als de specietemperatuur maar niet corrosie van de wapening en een stalendaalt onder +18°C. Wordt de buitentempera- bekisting;tuur gemiddeld dan redden we het niet 0 toepassen van een B- of C cement;niet meer zonder bijverwarming. · toepassen van portlandcement in plaats vanhoogovencement.BesluitBij het storten van beton is het zaak ervoor tezorgen, dat de betonspeciezo weinig mogelijkafkoelt.Zodra de constructie is gestort en het beton-oppervlak is afgewerkt, zal zo snel mogelijkeen goede isolatie moeten worden aange-bracht. Aan de hand van de gegeven figurenkan een indruk worden verkregen of in eenbepaald geval kans op succes aanwezig is.Gebruik de grafieken als oriëntatie. Toets inde praktijk in hoeverre de gekozen werkwijzevoldoet. Een aantal factoren zoals harde wind,niet goed sluitende isolatie, onnauwkeurigetemperatuurmetingen, kunnen een veel on-7Literatuur1. BETONlEK 1/92. 'Beton in de winter', door C. Souwerbrenen A. P. van Vugt; Cement en Beton nr. 103. 'Werken in het winterseizoen', door Arnmar,Dutron, Motteu, Dubois; Nat. Centrum voorWetenschappelijk en Technisch Onder"zoek der Cementnijverheid, Brussel4. 'Vintergjutning', Cementa Cement och Kalk-gruppen, Malmö