Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriecorrespondentie-adrespostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon 073-150150 (abonnementen 150231)ISSN 0166-137xoktober 1982ENelPortlandvliegascementRuim twee jaar geleden sneden wij in BETON/EK5/7 het onderwerp vliegas aan. Dit oriënterendeartikel werd besloten met de volgende zinsnede:'Hoe het ook zij, in de nabije toekomst zalNederland en vooral de bouwwereld, meer enmeer met dit voor velen misschien nieuweprodukt te maken krijgen'.De verwachtingen die hierbij werden uit-gesproken voor de vliegasproduktie in dekomende twintig jaar, kunnen we ook nu volledigonderschrijven. De stroom van publikaties die delaatste jaren over vliegas en de toepassingenervan is verschenen, houdt nog steeds aan; eensamenvatting van deze literatuurbeslaat alleen alvele boekwerken!Dit bewijst niet alÎeen het grote maatschappelijkebelang van het onderwerp. Hetbewijst ook dat wenog niet van alle mogelijke toepassingen hetnaadje van de kous weten en dat we zeker oververfijning van onze kennis over reactie-mechanismen, kwaliteitskenmerken, kwaliteits-beheersing enz. nog jarenlang zullendiscussieren.Inmiddels is er, naast alle discussie, toch over-eenstemming over belangrijke gebieden vantoepassing van vliegas in beton, waar het zonderrisico voor constructieve eigenschappen ofduurzaamheid kan worden ingezet. We moetendaarbij niet vergeten dat al veel ervaring isopgedaan. Zoals wij in Nederland tientallen jarenervaring hebben met hoogovencement als alter-natief van het veel energie vragende portland-cement, zo heeft menin de Verenigde Staten veelervaring met vliegas in beton. Een boeiendoverzicht hiervan wordt gegeven in een artikelvan Berry en Malhotra(zielit. 1).Vliegas in betonspecieDe uitgangspunten mogen zo langzamerhandwel als bekend worden verondersteld: een voordeze toepassing geschikte vliegas heeftpuzzolane én plastificerende eigenschappen.Puzzoleniteit is de mate waarin de vliegas eenbijdrage kan leveren in de sterkteontwikkelingdoor de reactie van actieve kiezelzuurbestand-delen met vrije kalk in beton.Dep/astificerende werking berust op de ronde,gladde vorm van de deeltjes, die de onderlingewrijving van despeciebestanddelenverminderen.De toevoeging van vliegas aan betonspecie kanop twee principieel verschillende manierenplaatsvi nden,1. Als component van het cement. Ver-antwoordelijkheid voor kwaliteit en eigen-schappen berust bij de cementfabrikant.2. Rechtstreeks door de betonproducent alsextra bestanddeel vanbetonspecie. Daarbijkan de nadruk liggen op vervanging van eengedeelte van het cement of op aanvulling vande fijne zandfractie.Kenmerkend voor de puzzolane reactie is dat hetproces traag verloopt: bij normale temperaturenmag tot bijvoorbeeld 28 dagen nauwelijks op eenbijdrage in de sterkteontwikkeling wordengerekend, zelfs niet met 'goede' vliegas. In destroom van buitenlandse gegevens herkennen1Aanvoer en opslag van kolen voor de Amercentrale teGeertruidenbergwe dan ook steeds de twee volgende kernpunten:1. Vliegas in betonspecie (hetzij als vliegas-cement, hetzij als extra bestanddeel vanbetonspecie ter vervanging van cement) leidttot beton met een lagebeginsterkte en eenrelatief grote naverharding.2. De betrouwbaarheid van de betonproduktiestaat of valt met de gelijkmatigheid van dekwaliteit van de vliegas.Dit laatste argument is daarom zo opmerkelijkomdat in het buitenland meestal wordt uitgegaanvan een gunstige situatie: verwerking van vliegas,afkomstig van één elektriciteitscentrale die vanbrandstof wordt voorzien door één lokale steen-kolenmijn, met dus een produkt van centstantesamenstelling. De situatie in Nederland is indubbel opzicht verschillend:kolengestookte centrales zijn voor brandstof-toevoer afhankelijk van geïmporteerde kolenvan verschillende en zelfs per centralewisselende herkomst;- energie-arm cement in de vorm van hetslakrijke hoogovencement heeft in Nederlandreeds een dominerende positie.Het eerste argument maakt hetkwaliteits-probleem dat in het buitenland reeds zo wordtbenadrukt, nog dringender. Het tweede leidt totde overweging dat het geen zin heeft omhoogovencement te vervangen door vliegas-cement. Daarom is de meest zinvolle toepassingvan Nederlandse vliegas in beton, met het oog op- besparing van energie en grondstoffen,- bijdrage in de verwerking van afvalprodukten,en- betrouwbare betonproduktie,een vliegascementtervervanging van hethuidigeportlandcement.2In BETON/EK5/7 werd nog gesproken over'studie in Nederland'. De ontwikkeling isinmiddels zo snel voortgeschreden datnu, ruimtwee jaar later, door de Nederlandse Cement-industrie deze toepassing van vliegas wordtgerealiseerd. Oaarbij is niet alleen gebruikgemaakt van reeds bekende gegevens; hetprodukt is bovendien afgestemd op de Neder-landse markt.Portlandvliegascement klasse ADe cementnorm NEN 3550 kent als natuurlijkepuzzolane stof reeds tras. Inmiddels is eenaanvulling voorgesteld, waarbij ook kunstmatigepuzzolanestof een plaats in de norm zal krijgen.Van de wijziging kan meteen gebruik wordengemaakt om de norm op enkele punten :inover-eenstemming te brengen met internationalerichtlijnen. De benaming portlandtrascement(ptc) zal volgens hetvoorstel worden gewijzigd intrascement (te) met een toegelaten trasgehaltevan 20 - 40% in gewichtsdelen (rn/m, zoals deofficiële aanduiding voor gewichtsdelen thansluidt). Het nieuwe portlandvliegascement (pvlc)zal 10 - 30% rn/m vliegas mogen bevatten. Naarhet zich laat aanzien zal deze norm nog in 1982zijn beslag krijgen.Door ENCI wordt thans een portlandvliegas-cement klasse A vervaardigd. Uitgangspunthiervoor is een basiskarakter dat overeenkomtmet het huidige pc-A. Dat wil zeggen een norm-sterkte die tot en met 28 dagen verharding gelijkis aan die van pc-A. Dit wordt bereikt door fijneremaling van hetklinkerbestanddeel (75%). Na noglangere verhardingstijdenlevert ook het vlleqas-bestanddeel (25%) een bijdrage en worden dushogere normsterkten dan met pc-Abereikt(tabe/1).Tabel 2 geeft nog enige andere kenmerken van2Vliegasdepot op het terrein van de Amercentrale,Geertruidenbergduur van deverhardingnormdruksterkte(N/mm2)ENGI ENGIpvlc-A pc-A11 1018 1722 2132 3244 4458 55na 1 dagna 2dagenna 3dagenna 7dagenna 28 dagenTabel 1 na 90 dagenNormdruksterktecijfers van ENGI pvlc-A en ENGIpc-A _Tabel 2Enkele eigenschappen van ENGI pvlc-A, vergelekenmet ENGI pc-AeigenschappenENGIpvlc-AENGIpc-AENGI pvlc-A, Ter vergelijking zijn ook hier deovereenkomstige waarden voor ENGIpc-Aopgegeven.specifiekoppervlakstortgewichtvolumiekemassabegin bindingeinde binding380m2/kg1,10kg/dm32,95kg/dm3175min210min300m 2/kg1,25kg/dm33,15 kg/dm3165min210minBij lagere temperaturen dan de gebruikelijke20 °Gvan de normbeproeving gedraagt ENGIpvlc-A, althans tot 28 dagen, zich geheel als pc-Ain dezelfde omstandigheden; alleen het klinker-bestanddeel speelt immers een rol.Bij een temperatuur van 30 °Gblijkt pvlc tot enmet 7dagen iets achterte blijven, maar desterktena 28 dagen is reeds aanzienlijk hoger (tabel 3).warmte-ontwikkelingna 7 dagenvormbesten-digheid (proefLe Ghatelier)280J/ggeenexpansie280J/ggeenexpansie33Laden van een binnenvaarttanker met vliegas voortransport naar de cementfabriekDe ideale, vochtige bewaaromstandigheden vandeze proef geven niet altijd de praktijk-omstandigheden goed weer. Daarom is van eenenkele serie (consistentiegebied3) nog deinvloed nagegaan van opslag bij 65% relatievevochtigheid na een voorverharding gedurendedoor ENGI pvlc-A leidt tot beton meteen hogere beginsterkte,een iets grotere controleproefsterkte, eneen grotere naverharding.De verschillen nemen toe naarmate het con-sistentiegebied lager is, dus in het algemeen bijde lagere water-cementfactoren.Dat de puzzolaniteitsreactie sterk wordtgestimuleerd door hogere temperaturen, blijkt uitalle onderzoekingen op dit punt. Het karaktervande sterkteontwikkeling op korte termijn blijktovereen te komen met dat van de versneldeverharding van beton met pc-A (van belang voorontkistingstijdstip of cyclusduur beton-produktie).Beton met ENClpvlc-ADe normsterktebeproeving wordt uitgevoerd meteen standaard water-cementfactor van 0,50. Deplastificerende werking van vliegas komt daarbijniet tot uitdrukking. Tabel 4 geeft de water-behoefte in liters per m3 voor standaardbeton-samenstellingen met ENGIpvlc-A resp.pc-Avoordrie consistentiegebieden en met cement-gehaltes van 280 resp. 325kg/m3.ln alle gevallenblijkt dewaterbehoefte bij gebruik van pvlc 5 10liter per m3 lager. Het verschil is groter naarmatehet consistentieqebied lager is, dus bij de drogerespecies. Globaal gesproken komt doorvervanging van pc doorpvlc de betonspecie inhet naastbijliggende hogere consistentiegebiedterecht.Het gevolg hiervan voor de sterkteontwikkelingblijkt uittabel5. Voor een bepaald cementgehalteis onder de omstandigheden van de controle-proef (20 °G,vochtige opslag) de sterkte-ontwikkeling van beton met ENGIpvlc en pcgevolgd. Hieruit blijkt dat vervanging van pc-ATabe/3Bindtijden en druksterktecijfers van nortnoroet-stukken, bij 3 oeen 30 oe4eigenschappenbegin bindingeinde bindingdruksterktena 2 dagenna 7dagenna 28 dagenbegin bindingeinde bindingdruksterktena 2dagenna 7dagenna 28 dagenENGIpvlc-Abij3°G280 min465 min7 N/mm224 N/mm242,5N/mm2115 min150 min21 N/mm237 N/mm263,5N/mm2ENGIpc-A325 min460 min7,5N/mm224 N/mm244 N/mm290 min140 min25,5N/mm242,5N/mm251 N/mm2Tabe/4Waterbehoefte van betonspecies met ENC/ pvlc-A enENC/pc-ATabe/5Kubusdruksterkte van beton met ENC/pv/c-A resp.ENC/pc-A7 dagen bij vochtige opslag. De sterkte na365 dagen bedroeg 58 N/mm2 voor en53 N/mm2 voor pc. Dus weliswaar mindernaverharding dan onder geheel vochtigecondities, maar het verschil tussen pvlc en pcblijft gehandhaafd.Ten aanzien van alle andere eigenschappen vanbeton met het nieuweENGI pvlc-A is het in debeperkte omvang van een BETON/EK-artikelonmogelijk een volledig overzicht te geven vanalle meetresultaten. Bovendien zijn er noggegevens uit de buitenlandse literatuur overvliegascemel'lt in het algemeen en van onder-zoekinstitutenin Nederland die tijdens deontwikkelingsfasevan ENGIpvlc-Aeveneens hunsteentje hebben bijgedragen.Als conclusie kan zonder voorbehoud wordengesteld dat bij vervanging van pc-A door ENGIpvlc-A een in alle opzichten gelijkwaardig betonwordt verkregen.Deze uitspraak zal op enkele punten wordentoegelicht. We denken dan aan eigenschappenwaarover misverstand dreigt te ontstaan, juistdoor buitenlandse gegevens over tragerevliegascementen. (Een voorbeeld van zo'nandere verhardingskarakteristiek is te vinden ineen artikel OVer portlandvliegascement inGement 1981 nr. 12, zie lit. 2.)Het gaat om warmteontwikkeling en vorst-bestandheid.WarmteontwikkelingBij de basiseigenschappen van ENGI pvlc-A intabel 2 werd reeds vermeld dat de hydratatie-warmte, na 7 dagen en bepaald volgens NEN3550,280 J/g bedraagt. Dit is gelijk aan dehydratatiewarmte van pc-A. Dat is ook teverwachten omdat de normsterktecijfers vanbeide cementen overeenkomen (zowel sterkte alsconsistentie- cementgehalte waterbehoeftegebied (kg/m3) (11m3)ENGI ENGIpvlc-A pc-A2280 147 157325 153 1643280 158 166325 165 173\4 280 167 174325 175 180consistentie- verhardings- druksterktegebied duur (N/mm2)indagen ENGI ENGIpvlc-A pc-A2 21 157 36 322 28 47 4690 58 53180 67 56365 69 572 17 137 31 2728 41 403 90 52180 62 55365 64 562 14 127 28 2428 38 384 90 52 50180 58 53365 59 53vrijkomendewarmte worden geleverd door hetklinkeraandeel).Hoogovencement bevat naast klinker ook slak alshydraulisch bestanddeel en bij een met pcovereenkomende sterkteontwikkelingis dehydratatiewarmte van hc geringer. De grootteervan wordt bepaald door de klinker/slakverhouding en door het karakter van de slak. Vande Nederlandse hoogovencementenklasse Abedraagt de 7-daagse hydratatiewarmte (volgensNEN 3550) circa 230J/g. Dit zijn dus echte 'Iow-heat' cementen; NEN 3550 legt de grens immersbij 270J/g.Er dreigt een misverstand doordat in hetbuitenland vliegascementen meestal wordengemaakt door substitutie van een hoeveelheidklinker door vliegas in de normale A-cementen54VUegassi/o bij de cementfabriek van de ENe/ inMaastrichtwaardooreen trager cementmethet karakter vaneen 'Iow-heat' cement ontstaat. In Nederlandblijft in alle gevallen waar een lage hydratatie-warmte wordt gewenst, hoogovencement hetaangewezen bindmiddel.Vorst-dooizoutbestandheidDitis en blijft een moeilijk toegankelijk onder-werp. Voor onze lezers hebben wij in BETON/EK5/9 getracht de stand van zaken samen te vatten,vooral waar het betreft de keuze tussen portland-cement en hoogovencement. Deproblematiek iszo uitzonderlijk door aparte karakter vanhetverschijnsel: in tegenstelling metalIe andereduurzaamheidsproblemen kunnen we hier nietzeggen dat een grotere dichtheid van beton altijdbetere resultaten oplevert. Integendeel, eenzekere mate van porositeit kan gewenst zijn voorhet ontlasten van de hydraulische drukken dieontstaan bij bevriezen of bij de temperatuur-schokken doordooizouten. Webeschikkenhelaas ook nog steeds niet over internationaalgestandaardiseerde meetmethoden.Bij gebruik van een luchtbelvormer blijkt zoweluit Amerikaanse gegevens (voor toepassing vanvliegas in het algemeen) als uit ENCI-onderzoek(over pvlc-A) dat er geen verschil is tussen pc enpvlc ten aanzien van deze gevoeligheid. Ook deresultaten van het ENCI-onderzoek in het kadervan de produktontwikkeling wijzen voor toe-passing zonderluchtbelvormer in dezelfderichting; dus de gelijkwaardigheid vanbeton metpc-A en met ENCI pvlc-A, Over de eindresulatenvan dit langeduur onderzoek zal nog wordengepubliceerd.DuurzaamheidTenslotte nog de duurzaamheid als eigenschapdie moeilijk onder éénnoemer is te brengen maar6die langzamerhand de plaats begint op te eisendie haar toekomt, namelijk even belangrijk alsdievan de constructieve sterkte.Portlandvliegascement levert evenals hoogoven-cement een beton dat door zijn groterenaverharding op de lange duur wordt onder-gewaardeerd. Voor hoogovencement hebben wedat, zowel voor de constructieve sterkte als voorde duurzaamheid, aangetoond in BETON/EK5/3.Dit geldt ook voor portlandvliegascement waarhet vliegasbestanddeelimmers pas na 28 dagen,de peildatum voor onze beproeving op 'beton-kwaliteit', zijn sterktebijdrage gaat leveren.De aanzienlijke naverharding leidt tot toenamevan de dichtheid en dus afnemende permea-biliteit. Deze geringere doorlatendheid voorgassen en vloeistoffen is voor vrijwel allemechanismen die de duurzaamheid in gevaarkunnen brengen, een zeer positief punt. Hieroverbestaat, zelfs voor de gebruikelijke tragerevliegascementen, een grote eenstemmigheid inde internationale literatuur.Als conclusieten aanzien van duurzaamheidgeldt dat vervanging van pc-Adoor ENCl pvlc-Aminstens gelijkwaardig beton oplevert, terwijl opspecifieke punten, voornamelijk samenhangendmet de grotere waterdichtheid, duidelijk vanwinstkan worden gesproken.De eerste toepassing van ENCIpvlc-Aisinmiddels op bruikbaarheid getoetst. Een5Met deze kano, vervaardigd met ENGI pvJc-A, won hetBetondispuut de snelheidsprijs tijdens de betonkano-race 1982 te Hengelobetonnen kano van het Betondispuut (de studie-vereniging van de afdeling Civiele Techniek vande Technische Hogeschool Delft) werd met ditnieuwe cement vervaardigd. In de traditionelebetonkanorace die dit jaar in Hengelo werdgehouden, werd beslag gelegd op desnelheidsprijs.We rekenen ook verder op een behouden vaart!Literatuur1. Berry, E.en V. Malhotra, Fly ash tor use inconcrete; AC/ Journa/1980, maart-april2. Goessens, L. H.en S. J. P.Brouns, Portland-vliegascement, een alternatief metperspectief; Cement 1981,nr. 123. Vliegas in de bouw; rapport van het Ministerievan Volkshuisvesting en RuimtelijkeOrdening, directie bouwnijverheid, november19804. Vliegas in beton; rapport werkgroep Stutech(verschijnt binnenkort).7