E N A A N D K S E G A V E V A N DVERENIGING NEDERLANDSE CEMENTINDUSTRIEPOSTBUS 30115203 DA 's HERTOGENBOSCHDe kvan vliegasVliegas heeft dankzij z'n puzzolane eigenschappen eenpositieve invloed op de sterkte-ontwikkeling van beton.Tot voor kort mocht dit effect niet worden meegenomenin de bepaling van het minimum cementgehalte en demaximum water-cementfactor. Met de introductie vanCUR-Aanbeveling 26 is dat inmiddels wel toegestaan. In ditartikel een toelichting en een rekenvoorbeeld.Sinds het midden van de jaren '70zijn de elektriciteitscentrales inNederland intoenemende matefijngemalen steenkool (poeder-steenkooi) als brandstofgaangebruiken. Poedersteenkool bevatnaast kool 10-15%onbrandbarebestanddelen. Doordat de kolenvooraf zijnvermalen tot poeder-kool, bezitten deze onbrandbarebestanddelen (asdeeltjes) eenkarakteristieke korrelverdeling, dieverregaand overeenkomt met dievan cement.Tijdens het verblijfin de ketelsmelten deze asdeeltjes groten-deels in de vuurhaard. Het smeltenen vervolgens snel afkoelen vandeze asdeeltjes heeft tot gevolg dateen deel van de asdeeltjesbolvormig is (foto Ia).Deze asdeeltjes worden poeder-kooivliegas (kortweg vliegas)genoemd, omdatze zo fijnzijn datze met de rookgassen wordenmeegenomen.Ineen elektrofilter worden dezevliegasdeeltjes opgevangen, omuitstoting via de schoorsteen tevoorkomen.Circa 80%van de asdeeltjes wordtopgevangen als vliegas.De overige20%smeltgeheel en wordt alsbodemas afgevoerd.Samenstelling vliegasDe chemische samenstelling van deasdeeltjes in de poederkool en debrandomstandigheden in de ketelbepalen in belangrijke mate demineralogische samenstelling vande vliegasdeeltjes.Vliegasbestaat uit:60-80%gesmolten materiaal, datodor de snelle afkoelingamorfblijft(glasfase). Deze fractie geeftaan vliegaspuzzolane en tevensplastificerende eigenschappen; .- 15-35%uitgekristalliseerd mate-riaal. Dit is in de ketel nietgesmolten geweest en heeft geenpuzzolane eigenschappen;- circa 5%niet-verbrande kool-deeltjes.Intabel I ister vergelijkingdesamenstelling weergegeven vanvliegas,hoogovenslak en port-landklinker. Kenmerkend voorvliegasis het lagegehalte aan cal-ciumoxide. Om deze redenen kanvliegasook uitsluitend in aanwezig-heid van cement (kalkbron) inbeton worden toegepast.januari 1992In Nederland zijn momenteel vijfelektriciteitscentrales die poeder-kooi als brandstoftoepassen. Decentrales Buggenum, Geertruiden-berg en Nijmegen zijn uitgerust metconventionele verbrandingstech-nieken; de twee nieuwste met kolengestookte centrales (Borssele enMaasvlakte) hebben technieken omde emissie aan stikstofoxiden(NOx) via de schoorsteen tebeperken. Onderdeel van dezetechniek istoepassing van eenlagere keteltemperatuur. Hierdoorzal het aandeel gesmolten asdeeltjesafnemen en dus een geringeraandeel van de vliegas in de glasfaseaanwezig kunnen zijn (foto/b).Bovendien is het gehalte aan kool inde vliegasgemiddeld hoger.Opnamen vanvliegas, gemaaktmeteenscanner-eleetronenmicroscoop(vergroting 200x)a. vliegas uitconventionele centralesb.vliegas uitcentrales met lagere keteltemperatuur terbeperking vanBijdrage vanvliegas aandesterkte-ontwikkelingvanbetonTabel/Chemische samenstelling van vliegas, hoogovens/ok en portlandklinkeroxiden gemiddelde chemische samenstelling (%m!m)vliegas hoogovenslak portlandklinkersiliciumoxide (Si02) 50 36 21aluminiumoxide (AI203) 26 10 5ijzeroxide (Fe203) 7 0,5 3calciumoxide (CaO) 2,5 40 66magnesiumoxide (MgO) l,S II 2kool (C) 5 - -56 90tijd (dagen)puzzolane reactie(kwartsmeel ) ·diverse kwaliteiten vliegas282 7Vliegasbezit puzzolane eigen-schappen. Dit betekent dat vliegasmet kalkhydraat, vrijkomend bijdehydratatie van cement, en waterkan reageren tot cementerendeverbindingen. De puzzolane activi-teit van vliegas iste danken aan hetaanwezig zijn van een glasfase. Debelangrijkste bouwstenen in hetnetwerk van de glasfase zijn alumi-niumsilicaten. De glasfase bevindtzich vooral aan de buitenzijde vande ronde vliegasdeeltjes. Dit is eengevolg van het afkoelingsproces inde verbrandingsketel.In Nederland wordt van deze eigen-schap van vliegas gebruik gemaaktbijde toepassing van vliegas in port-landvliegascement, zoals geprodu-ceerd door ENCI, en bij het gebruikvan vliegas direct in beton.Puzzolane werking vliegasDe puzzolane bijdrage van vliegasaan de sterkte-ontwikkeling vanmortel en beton isweergegeven infiguur 3. De cement/vliegas-verhou-ding bedraagt 0,32 en de water!.. m(cement + vliegas)-verhouding isconstant.Normering vliegasSinds 1987 wordt voorde toepas-sing van vliegas in beton in Neder-land CUR-Aanbevelingl2'Poederkoolvliegas als vulstof inmortelen beton' gehanteerd. Totdat moment werd invoorkomendegevallen verwezen naar de Duitsenorm DIN 1045. Zoals uit de titelvan deze aanbeveling blijkt,geeftdeze alleen regels voor detoepassing van vliegas in betonindien vliegasals vulstof wordtbeschouwd.Door zijnpuzzolane werking geeftvliegas ook een positieve bijdrageaan de sterkte-ontwikkeling inbeton. Voor deze andere belang-rijke functie, de bindmiddelfunctie,is destijds binnen CUR onderzoekgestart om hiervoor eveneens totregelgeving te komen.Inseptember 1991 iseen herzieningvan CUR-Aanbeveling 12gereedgekomen, namelijk CUR-Aanbeve-Iing26 'Poederkoolvliegas in mortelen beton'.Deze herziening was noodzakelijkomdat:- het onderzoek in Nederland naarde bindmiddelfunctievan vliegasin een dusdanig stadium wasgekomen, dat tot een eersteregelgeving met betrekking totdit aspect kon worden overge-gaan;- de Europese norm voor vliegas(ENV450) gereed gekomen wasen dit vroeg om aanpassing vande te stellen eisen aan vliegas.Intabel 2 iseen overzichtgegevenvan de eisen, die momenteel aanvliegasworden gesteld bijeendirecte toepassingin beton.Tabel 2Eisen aanvliegas voortoepassinginbeton, volgens CUR-Aanbeveling 12,eUR-Aanbeveling26 ende Europese voornorm ENV450CUR- ENV450 CUR-Aanbeveling 12 Aanbeveling 26(1987) (1989) (1991)vocht (%m/m) < 1,0 droge opslag < 1,0CaO (%m/m) < 5,0 - -MgO (%m/m) < 4,0 - < 4,0S03 (%m/m) < 2,5 < 3,0 < 3,0vrij CaO (%m/m) - < 1,0 < 2,0chloride (%m/m) < 0,10 < 0,10 < 0,10glasfase (%m/m) > 70 - -reactiefkiezelzuur (%m/m) - > 25 > 25kool (%m/m) < 5,0 < 5,0 < 5,0zeefrest > 0,032 mm (%m/m) < 40 - -zeefrest > 0,045 mm (%m/m) - < 40 < 40spreiding ;nde doorleveranciers opgegevenwaarde:zeefrest > 0,032 mm (%m/m) z± 5 - -zeefrest >0,045 mm (%m/m) - - z± 5volumieke massa (kg/m3) y± 100 y± 150 y± 150gehalte aan kool (%m/m) x± 0,5 - x± 0,5uitzetting (mm)conform EN 196-3aan pasta .cement/vliegas (80/20) < 10 - -cement/vliegas (50/50) - < 10 < 10bindingvan pasta vanmengsel cementlvIiegas80/20begin binding (uren) > I - > Ibegin binding (uren) < 12 - < 12activiteitsindexwaterbehoefte endruksterkte beton, waar-in cement/vliegas (80/20)t.O.V. cement/vliegas(100/0)waterbehoefte < 100 - < 100druksterkte na: 7 dagen 70 - 7028 dagen 80 - 80waterbehoefte endruksterkte mortel,waarin cement/vliegas(75/25)t.O.V. cement/vliegas(100/0)waterbehoefte - - -druksterkte na:90 dagen - 85 -K-waarde van vliegasInde Nederlandse norm 'Voor-schriften Beton, Technologie (VBT1986)' (NEN 5950) en de Europesevoornorm 'Concrete-Performance,production, placingand compliancecriteria' (ENV 206) worden, inrelatie met milieuklassen. maximagesteld aan de toe te passen water-cementfactoren en minima aan detoe te passen cementgehalten.Gebruik van vliegas met uitsluitendeen vulstoffunctie heeft geeninvloed op deze grenswaarden.Toekenning van een bindmiddel-functie aan vliegas heeft daaren-tegen wel invloed op de bepalingvan minimum cementgehalte enmaximum water-cementfactor. Demate waarin de vliegasals bind-middel mag worden meegerekendwordt uitgedrukt in een k-waarde.Bijhet vaststellen van het minimumcementgehalte of de maximumwater-cementfactor magwordenuitgegaan van het cementgehalteplus k-maal de hoeveelheid vliegas.InCUR-Aanbeveling 26 is dek-waarde voor vliegasvastgelegd,namelijk 0,2. Toepassing geldt(voorlopig) alleen voor gewapenden ongewapend beton met port-landcement.Het in rekening te brengen gehalteaan vliegas mag niet meer dan 1/3van het cementgehalte bedragen.De eventueel meerdere hoeveel-heid vliegas heeft uitsluitend eenvulstoffunctie (k = 0).Inplaats van de traditionele water-cementfactor moet nu de water-(cement +vliegas)factor wordengebruikt.De water-(cement + vliegas)factoris:WC+k.Vwaarin:W= watergehalte (kg/m3)cementgehalte (kg/m3)V=vliegasgehalte (kg/m3)k = bindmiddelfactorVoor het minimum cementgehaltemag C+0,2Vworden aangehouden.Aan vliegas in beton met hoogoven-cement mag op dit moment noggeen bindmiddelfunctie wordentoegekend. Onderzoek naar hetcarbonatatiegedrag van beton methoogovencement en vliegas is eind1991 afgerond. Naar verwachtingzal voor vliegas in beton met hoog-ovencement ook een k-waarde van0,2 worden toegestaan.In mei 1990 is men in Europeesverband gestart met regelgevingomtrent de bindmiddelfunctie vanvliegas. Het streven iste komenmet een eindvoorstel vooreind1992.ktische betontechnologieNa deze beschrijving van hetontstaan van vliegas,de eigen-schappen en de theorie achter hetbegrip k-waarde bent u ongetwijfeldtoe aan een stukje praktijk. Welkeaanwijzingen geeft CUR-Aanbeve-ling26 ons voor de praktijk en watzijn bijhet ontwerpen van beton-mengsels de overwegingen al danniet vliegastoe te passen?In CUR-Aanbeveling 26 'Poeder-kooivliegas voor mortel en beton'zijn naast de aan vliegaste stelleneisen ook eisen opgenomen tenaanzien van de prestatie van vliegasbij de verwerking in mortel enbeton (zie ook tabel 2).Kort samengevatgelden devolgende eisen en aanWijzingen:I. Het begin van de bindingvaneenmengsel, bestaande uit 80% cementen 20% vliegasmag niet liggenbinnen één uur na aanrnaak.jerwi]leinde binding binnen 12uur moetzijnbereikt.2. De waterbehoefte voor hetbereiken van een bepaalde consis-tentie van een betonspecie waarin20% van het cement wordtvervangen door vliegas mag niettoenemen ten opzichte van hetmengsel zonder vliegas.3. De kubusdruksterkte van betonwaarin 20%van het cement isvervangen door vliegas moet na7 dagen ten minste 70% en na28 dagen ten minste 80% bedragenvan de (gemiddelde) druksterktevan het oorspronkelijke mengsel bijdezelfde ouderdom.Verder wijst CUR-Aanbeveling 26erop dat bijtoepassen van vliegas incombinatie met hulpstoffen meteen mogelijke onderlinge beïnvloe-ding rekening moetwordengehouden. Bij de toepassing vanvliegas in combinatie met luchtbel-vormers inbeton of schuimbetonkan een aanzienlijk hogere doseringaan luchtbelvormer nodig zijn.Ookkan het luchtgehalte een groterespreiding vertonen indien het kool-gehalte invliegasrespectievelijktoeneemt of meer varieert.Kortom: het is niet allemaal roze-geur en maneschijn en het isdanook niet te verwachten dat dezebeschrijving de toepassing vanvliegasstimuleert. Toch leert depraktijkgelukkiganders; er zijnweldegelijk betonsamenstellingen entoepassingen van beton waar vlieg-astoepassing heel zinvol is.Zo blijktvliegasdoorgaans dewaterbehoefte van betonspecieenigszins te verlagen; je zou kunnenzeggen dat veel vliegassen een lichtplastificerende werking hebben.Inmengsels met een laagcement-gehalte kan de toepassing vanvliegas de stabiliteit van de speciesterk verbeteren.Binnen de randvoorwaarden vanCUR-Aanbeveling 26 en de VBT1986 kan hetgebruik van vliegasinbepaalde gevallen ook financieelvoordeel bieden.Rekenen met vliegasAan vliegas,welke voldoet aan de inCUR-Aanbeveling 26 genoemdeeisen, mag een bindmiddelfactor kvan 0,2 worden toegekend.Inplaats van de water-cementfactormoet nu de water-tcement + vlieg-as)factor worden gebruikt. Voor(cement + vliegas)mag, binnenrandvoorwaarden, wordengeschreven:C+0,2 Vwaarin Cstaat voorhet cementge-halte en Vvoor het vliegasgehalte.Mengselontwerp op water-cementfactorInveel gevallen is de vereiste maxi-male water-cementfactor bepalendvoor de betonsamenstelling en metname voor het cementgehalte.Bij toepassing van een vliegaswelkeeen reductievan de waterbehoefteoplevert, kan dit in de mengselbere-keningworden verwerkt. Uiteraarddient deze waterreducerendenevenwerking uit ervaring of uitgeschiktheidsproeven bekend tezijn.De oorspronkelijke samenstellingdiende, bijeen waterbehoefte vanbijvoorbeeld I781iter per m3eneen ontwerp water-cementfactorvan 0,53, een cementgehaltevanminimaal 178/0,53 = 336 kg/m3tehebben. Indien door de vliegas-toevoeging een waterreductie van8 liter bekend is,en met een bind-middelfunctie magworden gere-kend, dan geldt:C+0,2 V 0,53ofwel C+ 0,2 V= 320Indien de betontechnoloog een zolaagmogelijk cementgehalte en eenzo hoog mogelijkvliegasaandeel wiltoepassen dient hijrekening tehouden met de eis dat de massa-verhouding vliegaslcement maxi-maal 0,33 mag bedragen.Inplaats vanC+0,2V=320mogen we dus ookschrijven:C+ 0,2 (1/3 = 320Hieruit volgt datC + 0,067 320C= 300 kg/m3Het bijbehorende vliegasgehalte isdan:1/3 x300 = 100kg/m3TWWWIndien méér dan 100 kgvliegaswordt gedoseerd, moet hetmeerdere als vulstof wordenbeschouwd.Indien 100 kgvliegasper m3wordttoegevoegd, bedraagt de cement-besparing 36 kg/m3·Het blijftuiteraard mogelijkvoortussenliggende waarden te kiezen,waarbij steeds moet gelden datC+ 0,2 V= 320 kg(in dit reken-voorbeeld).Indit voorbeeld is dus ook decombinatie 310 kgcement met50 kgvliegastoegestaan.Mengselontwerp opdruksterkteVoor een rekenvoorbeeld van eenmengselontwerp op druksterktehanteren we hier de basisformule:B= 0,8 N + 25/wcf - 45Bij een gewenstekubusdruksterktevan 41 N/mm2en een cement-normsterkte van 45 N/mm2(voorcement pc-A) blijkt uit,berekeningdat de watercementfactor 0,50dient te zijn.Bij een waterbehoefte van I70 literbetekent dit een cementgehalte van170/0,50=340 Indienwe nurekenen met een waterreductie van8 liter en als x-factor 0,2 dan geldt:C+ 0,2V= 324 kg.Analoog aan het voorbeeld bijhetontwerpen op water-cementfactor,is nu te berekenen dat het minimumcementgehalte hier:324/1,067 = 304 kg/m3bedraagt.Het hierbij behorende vliegas-gehalte is:1/3.324= 101 kglm3·Bij doseren van 101 kgvliegas perm3bedraagt de besparing opcement dus 36 kg/m3·Indien de betreffende vliegasnauwelijks of geen invloed op dewaterbehoefte heeft, verandert ditbeeld natuurlijk drastisch.Dan blijft:170C+0,2 0,50C+0,2 v=340 kg.Minimaalte doseren cement:340/1,067 = 319 kgfm3·Vliegasgehalte:1/3 19= 106kg/m3De cementbesparing bedraagt nu21 kg/m3bijdoseren van 106kgfm3vliegas.De uitgangspunten voor dezemengselontwerpenen met name deinvloed van de vliegas op de water.behoefte dientop basis van ervaringbekend te zijn. Indien deze ervaringniet beschikbaar is of indien eenvliegasvan een andere herkomst endus andere eigenschappen toege-past gaat worden, moet eengeschiktheidsonderzoekwordenuitgevoerd.Dit isook nodig indien vliegas incombinatie met hulpstoffen wordttoegepast.LiteratuurCUR-Aanbeveling 26 'Poederkoolvliegas voor mortel en beton'; CUR,Gouda, september I991.onze volgende uitgave:Door maak je ft mee.ColofonGrindvervangende toeslagmaterialen (I)Devervanging vangrind door andere grove toeslagmaterialen heeftgrotebetekenis voorde praktische betontechnologie. Een toelichting opdeontstaanswijze vangesteentendiegrind kunnen vervangen inbeton.BETONlEK is een praktijkgerichtvoorlichtingsblad op het gebiedvan de betontechnologie enverschijnt 10 keer per jaar.Redactie:tel. 073 - 40 I 225Abonnementen:tel. 073 - 40 I 23 IISSN 0166-137xAbonnementsprijzen voor 1992:Nederland, Nederlandse Antillenen België f23,-andere landen f 36,-Uitgave:Vereniging NederlandseCementindustrie (VNC),Postbus 30 I I,5203 DA 's-HertogenboschAbonnementen lopen perkalenderjaar. Aan het eind vaneen kalenderjaar wordt hetabonnement automatischverlengd, tenzij voor I decemberschriftelijk wordt opgezegd.Overname van artikelen enillustraties is toegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.