Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenbosch april 1984 rnI14Examen BetontechnologieCB11984Dit jaar hebben 138 personen deelgenomen aanhet examen van de cursus BetontechnologieCB1.Uit de resultaten bleek dat veel deelnemersmoeite hadden met de beantwoording van devragen 11 en 12. Bij nadere beschouwing van deexamens over de afgelopen jaren, constateertmen een geleidelijke verschuiving in de soortopgaven. Voorheen werd veel aandacht besteedaan rekentechnische zaken, terwijl nu meervragen worden gesteld die gericht zijn op hettoetsen van inzicht in het vak betontechnologie.EERSTE GEDEELTEHiervoor was één uur beschikbaar; gebruik vanhet cursusboek was niet toegestaan. Totaal tebehalen punten SO.Algemene gegevens:volumieke massa hoogovencement:Ps = 29S0 kg/m3volumieke massa portlandcenient:Ps = 31S0 kg/m3volumieke massa zand en grind:Ps = 26S0 kg/m3Vraag 1 (S punten)Welke soorten porien kan men in betononderscheiden?Antwoorda. GelporienDe gemiddelde doorsnede hiervan is 10---6 mmoVochttransport in deze porien is vrijwelonmogelijk.b. Capillaire poriënHierin bevindt zich het water wat niet of nogniet aan de reactie met cement heeft deel-genomen. Capillaire porien kunnenafhankelijk van de omstandigheden uitdrogenof zich weer met water vullen. De gemiddeldedoorsnede is circa 10--4 mmoc. LuchtbellenDeze kunnen zijn ontstaan door het mengen ofverwerken van de betonspecie. Luchtbellen,die zijn ingebracht door middel van eenluchtbelvormer, vallen eveneens onder dezecategorie.d. Toevallige holtenDeze kunnen achterblijven bij onvoldoendeverdichting.Vraag 2 (5 punten)Wat kunnen de gevolgen zijn van indringing vankoolzuurgas uit de lucht in gewapend beton?AntwoordIndien koolzuurgas uit de lucht in de capillaireporien kan dringen, reageert het met het aldaaraanwezige calciumhydroxyde tot calcium-carbonaat. Dit proces noemt men carbonatatie.Vindt de reactie aan het oppervlak plaats, danmanifesteertzich dat als de bekende witte uitslag.Hetgevolg van deze carbonatatie is dat dealkaliteit van het beton daalt van een pH van 12 à13 tot een waarde van 8 à 9. Door deze daling gaatde passivering van het staal gedeeltelijk verloren.Het gevolg hiervan kan corrosie van hetstaal zijn.Voor het instandhouden van het corrosieprocesis echter ook de aanwezigheid van zuurstof enwater noodzakelijk.Vraag 3 (S punten) .Een monster van 2000 g vochtig toeslag-materiaal, met een vochtgehalte van S,O% tenopzichte van nat materiaal weegt onder water1196g.Wat is de volumieke massa Ps van dit toeslag-materiaal?capillaire poriën. Hierdoor zal minder ~opbouw in dieporiën optreden, waardoorschadedoor bevriezing wordt vermeden. Voorwaardevoor het goed functioneren is dat de luchtbellenop de juiste onderlinge afstand liggen; datbetekent dat de luchtbellen voldoende kleineafmetingen moeten hebben.Rekeninghoudend met het luchtgehalte van 1%,is dan 2,873X = 990AntwoordStel het gewicht van de hoeveelheidcement X kg/m3. Dan wordt de uitlevering:Vraag 6 (S punten)Noem een vijftal karakteristieke verschillentussen hoogoven- en portlandcement.Vraag 7 (10 punten)Van een betonmengsel is het absolute volumevan de toeslagmaterialen zes maal zo groot alshet absolute volume van het toegepastehoogovencement. De ~~ is 0,50terwijl de betonspecie 1% (v/v) lucht bevat.Hoeveel kg weegt 1 m3 van deze specie?2,:S = 0,339X liter6 x 0,339X = 2,034X liter0,5X = O,SOOX litertotaal 2,873X litercementtoeslagmateriaalwaterAntwoordDe belangrijkste verschillen tussencement en portlandcement zijn:1. Invloed van de temperatuur op de hydratatie-snelheid. Deze invloed is tweeledig, namelijkbijlage temperatu ren is de hydratatie en dusde sterkteontwikkeling van hoogovencementtrager dan van portlandcement. Bij hogetemperaturen, bijvoorbeeld bij versneldeverharding, is desterkteontwikkeling vanhoogovencement sneller dan van portland-cement.2. Beton met hoogovencement is beter bestandtegen sulfaataantasting dan beton metportlandcement. Volgens de Nederlandsenorm NEN 3SS0 wordt hoogovencement metmeer dan 6S% slak aangemerkt als ~~bestand cement.3. Bij de hydratatie van hoogovencementontstaat minder zgn. vrije kalk dan bijportlandcement.4. Verse breukvlakken van beton metcement of juist ontkiste vlakken vertonen eentypisch blauwe kleur. Het wegtrekken vandeze kleur, onder invloed van de buitenlucht,is afhankelijk van de porositeit van het beton.S. De warmteontwikkeling van hoogovencementis belangrijk lager dan van portlandcement.AntwoordMaatregelen, die in aanmerking kunnen komen,zijn:1. Beperken van de hoeveelheid verdampbaarWater. Dat wil zeggen een lagere zetmaat of,indien dit niet mogelijk is, het reduceren vande hoeveelheid water door toepassing van eengeëigende hulpstof of verbeteren van dekorrelopbouw.2. Verkorten van de tijd, waarin plastische krimpkan optreden door het toepassen van eensneller cement of door gebruik van eenversnellende hulpstof.3. Beschermen tegen voortijdige uitdrogingdoor afdichten met plastic folie., aanbrengenvan een curing compound of onder waterzetten.Bij de laatste oplossing moet ervoor wordengewaakt dat geen temperatuurgradiëntenontstaan door koud water aan te brengen opwarm, verhardend beton.4. Na enig opstijven van de betonspecie eenoppervlakteafwerking toepassen doormechanisch of met de hand te schuren.Eventueel reeds opgetreden plastischekrimpscheuren worden hierdoor weergedicht. Na deze afwerking moet uiteraard dehierboven omschreven nabehandelingworden toegepast.Vraag 5 (S punten)Verklaar de werking van een luchtbelvormer metbetrekking tot de vorstbestandheid van beton.AntwoordDit op de wet van Archimedesgebaseerdevraagstuk, kan gemakkelijk worden opgelostomdat via weging onderwater het volume van hettoeslagmateriaal kan worden bepaald. Dus:2000 x 0,9S-1196 = 704 mi1900Ps= 704 = 2,7 kg/I.AntwoordBij toepassing van een luchtbelvormer wordt hetdoorlopende, met water gevulde, capillaireporiënsysteem plaatselijk onderbroken doorkleine luchtbelletjes. Deze luchtbellen vormen deexpansieruimte voor bevriezend water in deVraag 4 (S punten)Welke maatregelen kan men nemen om bij warm,drogend weer het risico van plastische krimp-scheuren te voorkomen?2x = 345 kg/m30,5 x 345 = 172 kg/m3cementwatertoeslagmateriaal2,034 x 345 x 2,65 = 1859 kg/m3totaal 2376 kg/m3Vraag 8 (10 punten)Twee betohmengsels meteenzelfde cement-gehalte en water-cementfactor worden metelkaar vergeleken. Het ene mengsel issamengesteld met hoogovencement klasse A, hetandere met portlandcement klasse B. Als menaanneemt dat beide mengsels volledig wordenverdicht, wat is dan het te verwachten verschiI in:- volumieke massa van de specie,- verwerkbaarheid,- controleproefsterkte,- waterafscheiding,- uitdrogingskrimp na drie dagen verharding.AntwoordVolumieke massa.Er is een verschil in volumieke massa Ps tussen detwee cementen. Bij gelijk cementgehalte neemthoogovencement klasse A een groter absoluutvolume in dan portlandcement klasse B. Bijoverigens gelijke water-cementfactor resulteertdit in een kleiner volume in te nemen door hettoeslagmateriaal bij gebruik van hoogoven-cement. Wanneer de volumieke massa van hettoeslagmateriaal groter is dan van de cement-pasta, dan zal de volumieke massa van debetonspecie met hoogovencement klasse A lagerzijn dan die met portlandcement klasse B.Verwerkbaarheid.Gezien het feit dat de hoeveelheid water in beidemengsels gelijk is, zal de verwerkbaarheid ookongeveer gelijk zijn. Nietondenkbaar is echterdat, indien het portlandcement klasse Baanzienlijk fijner is dan het hoogovencementklasse A, de waterbehoefte van het portland-cement groter zijn en dus de verwerkbaarheidlager. Ook zal bij het sneller reagerendeportlandcement klasse B de verwerkingstijdkorter zijn dan bij hoogovencement.Controleproefsterkte.De normsterkte van een klasse B cement is circa20% hoger dan van een klasse A cement. Dedruksterkte van beton is direct afhankelijk van denormsterkte en dus zal de controleproefsterktevan hetbeton met portlandcement klasse Bhogerzijn.Waterafscheiding.Uitgangspunt is ook hierbij de gelijke hoeveel-heid water in beide mengsels. Verschillen tredenechter op door twee aspecten, nl. door hetverschil in fijnheid en door het verschil in bindtijd.Het fijnere cementhoudt meer water vast en dooreen korterebindtijd is de tijd waarin water-afscheiding kan plaatsvinden ook korter. Opgrond hiervan mag men verwachten dat dewaterafscheiding bij het portlandcement klasse Bgeringer zal zijn dan bij het hoogovencementklasseA.Uitdrogingskrimp.De uitdrogingskrimp is afhankelijk van dehoeveelheid verdampbaar water. Na drie dagenverharding zal bij het snellere portlandcement dehydratatie aanzienlijk verder zijn gevorderd danbij het hoogovencement. De hoeveelheidverdampbaar water is Op dat tijdstip niet meergelijk. Ten gevolge van de verder voort-geschreden hydratatie is ook de weerstand tegenvervormen, de elasticiteit, bij beton metportlandcement groter dan bij hoogovencement.Op grond hiervan kan men stellen dat deuitdrogingskrimp na drie dagen bij hoogoven-cement groter zal zijn dan bij portlandcement.TWEEDE GEDEELTEHiervoor was twee uur beschikbaar. Gebruik vanhet cursusboek was toegestaan; totaal te behalenpunten 50.Algemene gegevêns:volumieke massa hoogovencement:Ps = 2950 kg/m3volumieke massa portlandcement:Ps = 3150 kg/m3volumieke massa zand en grind:Ps = 2650 kg/m3volumieke massa basalt:Ps = 3000 kg/m3Vraag 9 (10 punten)Een constructie moet worden uitgevoerd volgensde eisen van de VB 1974 klasse I, consistentie-gebied 3, betonkwaliteit B 22,5, hoogovencementklasse A, normsterkte na 28 dagen 45 N/mm2 ,korrelverdeling tussen de lijnen A en B voornominaal 31 ,5 mmoGeef een schatting van de te verwachtencontroleproefsterkte.Geef vervolgens een beredeneerde schatting vande mogelijke besparing aan cement wanneer hetwerk in klasse 11 zou worden uitgevoerd en meteen werkelijke standaardafwijking van decontroleproef van 3 N/mm2 mag wordengerekend. (Overige gegevens onveranderd).Welke controleproefsterkte is nu te verwachten?3Tabel 1Berekening van het minimaalpercentage zand(bij vra8g 10)zeefrestzeef eisVB 100% zand 0% zand minimaal % zandC63 1 0 0C 31,5 33 0 35 2/35 = 6%C 16 54 0 58 4/58 = 7%C 8 70 0 80 10/80 = 12%C 4 81 4 99 18/95 = 19%2 mm 89 15 100 11/85 = 13%1 mm 94 30 100 6/70 = 8%250 Ilm g8 89 100 2/11 = 18%toeslagmateriaalzandbasaltAntwoordMinimaal vereist cementgehalte 340kg/m3.Geschatte waterbehoefte 175 11m3 .De te verwachten controleproefsterkte wordt dan:B = 0,8 x 45 + 25 x 340 : 175 - 45 = 40 N/mm2 .Bij uitvoering in klasse 11:Na te streven druksterkte22,5 + 2,2 x 3 = 29 N/mm2·29 = 0,8 x 45 + 25/wcf - 45-> wcf = 0,66.Cementgehalte 175: 0,66 = 265 kg/m3.Volgens de VB is echter 280 kg/m3 vereist.De mogelijke besparing aan cement is dus60 kg/m3.De te verwachten controleproefsterkte wordt dan:B= 0,8 x 45 + 25 x 280: 175 - 45 = 31 N/mm2·Vraag 10 (10 punten)Er moet beton worden vervaardigd volgens deeisen van de VB 1974, klasse I, B 22,5,consistentiegebied 1, met gebruik van portland-cement klasse A, en met als toeslagmateriaalbetonzand en basalt met de volgendeanalyse:zeefrest in %zeefzand basaltC 63 0C 31,5 35C 16 58C 8 80C 4 4 992 mm 15 1001 mm 30 100500 llm 74 100250 llm 89 100125 Ilm 99 1004Stel een mengsel samen met een minimalehoeveelheid betonzand.Teken een grafiek van de gradering van hettoeslagmateriaal ten opzichtevan de A- enB-Iijnen.Bereken de volumieke massa van de specie.AntwoordEen minimaal zandgehalte houdt in dat voor elkezeef de zeefrest van het mengsel zo weinigmogelijk boven deeisvoordeA-lijn ligt. In tabel 1wordt achtereenvolgens aangegeven:- zeef,- eisVB 1974 voor deA-lijn,- zeefrest bij 100% zand,zeefrest bij 0% zand,- hieruit berekend minimaal percentage zand.Uit de laatste kolom blijkt dat het mengseltenminste 19% zand moet bevatten. In figuur 1 isde gradering van het mengsel weergegeven. Desamenstelling wordt dan:cement 280 kg/m3 = 90 11m3water 135 11m3lucht 20 11m3245 11m3755 11m3145 11m3 = 385 kg/m3610 11m3 = 1830 kg/m3De volumieke massa is dus:280 + 135 + 385 + 1830 = 2630kg/m3 .Vraag 11 (10 punten)Bij de keuring van een partij betonspecie opsterkteontwikkeling volgens de controleproefvoor klasse 11 beton, aan de hand van eensteekproef van 12 kubussen uit die partij, zijn devolgende grootheden van belang:de gemiddelde sterkte van de partij, A/)/' /II B_lijnt W/ hV I/A_lijnmengsel: /". '---l-19°/. zand./f--"---- 81% KW://",,,,,' ...- ,./'""::- .---1Gradering van het toeslagmaterialenmengsel tenopzichte van de grenslijnen A en B (bij vraag 10)0t 10....20.......PMNr607080901001125 250 500 2 4 8 16 315 63zeven= 1de gemiddelde sterkte van de steekproef, Bde standaardafwijking van de partij, Cde standaardafwijking van de steekproef, 0de karakteristieke sterkte van de partij, Ede vereiste karakteristieke sterkte van de partij, Féén van de factoren 1;53, 1,64 of 2,20Geef, met behulp van telkens drie van devariabelen A tlm F en één van de drie genoemdefactoren aan:1. de karakteristieke sterkte van de partij2. de keuringseis volgens de VB 19743. de na te streven gemiddelde sterkte van departij, wanneer een producentenrisico van 5%wordt geaccepteerd.AntwoordDe bedoeling van deze vraag was om de kennisvan een aantal statistische begrippen te toetsen,die worden gehanteerd bij keuring en controle.1. E = A - 1,64 C2. B - 1,53 D;::; F3. A = F+ 2,20 CVraag 12 (10 punten)Een menger bevat 50 I portlandcementpasta,(geen ingesloten lucht), met een wcf = 0,45.Aan deze pasta wordt, al mengend, droog zand(Pm = 1250 kg/m3) toegevoegd.Bereken devolumieke massa van de pasta en vande mortelspecie na toevoeging van 100 resp. 400kg zand, wanneer steeds volledig wordt verdicht.Geef een korte verklaring van het verloop van deberekening.AntwoordDe kern van deze vraag ligt in het inzicht dat als deuitlevering van een hoeveelheid materialen moetworden berekend, eerst met namebij mortel-species, moet worden nagegaan of deze welvolledig kunnen worden verdicht.De volumieke massa van de cementpasta is alsvolgt te berekenen:Stel X kg cement in 1 liter pasta, dan is:X3,15 + 0,45XX = 1,30 kg cement0,59 kg watervolumieke massa = 1,89 kg/IVerder moet nagegaan worden of bij toevoegingvan 100 kg resp. 400 kg zand wel een volledigverdicht mengsel is te maken.De holle ruimte in het zand is:(1 - WXF x 100% = 53%100 kg zand met Pm = 1,25 neemt een volume' invanNNI = 80 I. Hierin is 53% holle ruimte, dat wilzeggen 43 I. De hoeveelheid cementpasta van50 lis dus voldoende om alle holle ruimten inhet zand op te vullen.100zand: 2,65 = 381 = 100 kgpasta: 50 I x 1 89 = 94,5 kg88 I ' 194,5 kg. 1945volumieke massa = 88 = 2,21 kg/I400 kg zand neemt een volume in van XI = 320 I.Hierin is de hoeveelheid holle ruimte0,53 x 320 = 170 I.5Viaduct in de westelijke ringspoorbaan, over deBasisweg, te Amsterdamfoto's: VNC/Bob de Ruiter6Hieruit volgt dat 50 Icementpasta onvoldoende isom de holle ruimte in het land op te vullen.Het mengsel is daarom niet volledig teverdichten. 4945De volumieke massa is dus 320 = 1,54 kg/IVraag 13 (10 punten)Met een betonmengsel, waarvan de ~cementfactorO,52 is en dat320 kg/m3cement klasse A bevat, bereikt men een druk-sterkte van 40 N/mm2· Dit mengsel bevat 2% (v/v)lucht.Als men met een mengsel dat 5% (v/v) luchtbevatdezelfde druksterkte en zetmaat wil bereiken,hoeveel moet dan het cementgehalte gewijzigdworden?De toegevoegde luchtbelvormer geeft een water-besparing van 71/m3.AntwoordEr zijn drie oplossingen mogelijk:1. Er is circa4% sterkteverlies per procentingevoerde lucht (zie pag. 132 CB 1-boek).40 = a,8N + 25/0,52 - 45 N = 46 N/mm245 = 0,8 x 46 + 25C/159 - 45C = 337 kg/m3.Toe te voegen 17 kg cement per m3.2. Sterkte wordt bepaald door (W + L)/C.Uitgegaan wordt van 166 + 20 I water + luchten 320 kg cement, dus (W + L)/C = 0,58.Na toevoegen van de luchtbelvormer is W + L= 159 + 50 = 209 liter. Voor eenzelfde sterktewordt C = 290 : 0,58 = 360 kg.Toe te voegen 40 kg cement per m3.3. De sterkte werd gehaald bij een wcf van 0,52.Toegevoegd wordt 30 - 9 = 23 liter lucht +water. Totaal nu 159 + 30 = 189 liter.C= 189/0,52 = 363 kg.Toe te voegen 43 kg cement per m3.Binnen de nauwkeurigheid van de berekeningzijn de oplossingen 2 en 3 wel equivalent.Methode 1 geeft echter een wezenlijk anderresultaat. De vraag rijst wat het procentuelesterkteverlies per % lucht zou moeten zijn omeenzelfde resultaat te krijgen.Stel N = 45, C= 320,wcf = 0,55. Hieruitvolgteengeschatte betonsterkte van 36,5N/mm2·Toevoeging van 1% water geeft een wcf van 0,58en een geschatte betonsterkte van 34,1 N/mm2,dus een sterkteverlies van 2,4 N/mm2 =6,5%.Op grond van bovenstaande kan menconcluderen dat de in het boek vermeldevuistregel '1% ingevoerde lucht geeft 4%sterkteverl ies' een zeer voorzichtige benaderingis.7BETONlEK verschijnt 10 x per jaar.Abonnementsprijzen per jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 5% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 16,-overige landen f OSIISSN 0166-137x8administratie:postbus 3011 ,5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon (073) 401231Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlengd, tenzij het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opgezegd.