Betoniek13|17 Betoniek juli 2005 1Examen BetontechnoloogDe wereld om ons heen verandert in een razend tempo en soms gaat allesons een beetje te snel. Dan trekken we aan de noodrem en stemmen weals Nederlanders met grote meerderheid tegen de voorgestelde Europesegrondwet. Maar uiteraard is de Europese invloed al veel langer merkbaar.Dit heeft onder andere geresulteerd in veranderingen op het gebied vanregelgeving voor betonmortel en diverse betonproducten. Voor het examenbetontechnoloog dienden examenkandidaten wel degelijk van deze nieuweEuropese regelgeving op de hoogte te zijn. Kwam men goed beslagen tenijs of zakte men er krakend door?B A N D U I T G AV Ejuli 2 0 0 5 V A K B L A D V O O R B O U W E N M E T B E T O N13 17In hoeverre bent u, als lezer, reeds op de hoogtevan de voorgenomen wijzigingen? Is deze nieuweregelgeving, die per 1 juli aanstaande definitief vankracht wordt, voor u gesneden koek of waagt u zichliever nog niet op glad ijs? Geldt het laatste voor u,dan is de aanstaande zomervakantie wellicht hetuitgelezen moment om in de zon, aan het strand,onder het genot van een drankje u te verdiepen indeze aflevering van Betoniek.Dit examen was voor de eerste keer geënt op denieuwe Europese Betonnorm NEN EN 206 en deNederlandse aanvulling NEN 8005. Het examenbevatte dit jaar 8 open vragen waarvoor een maxi-male score kon worden behaald van 100 punten.Aan het examen namen 53 kandidaten deel.Daarvan behaalden 22 kandidaten het deelcerti-ficaat Betontechnoloog. De leerstof voor hetexamen is tegenwoordig vastgelegd in het dictaatBetontechnoloog van de Betonvereniging. Nog steedswaren het gebruik van programmeerbare reken-machines en/of schriftelijke naslagwerken niet toe-gestaan. Wel kreeg elke kandidaat, zoals inmiddelsgebruikelijk, een setje algemene gegevens uitgereikt.Vraag 1Voor een opslagplaats bij een chemische fabriekworden betonnen wanden gemaakt. Dit beton wordtblootgesteld aan het volgende milieu: er is gemid-deld sprake van een beperkte verzadiging met wateren er kunnen dooizouten worden gestrooid.Verder wordt de constructie regelmatig blootgesteldaan afvalwater met een pH = 5 dat 300 mg/l sulfaatbevat.a) Welke milieuklasse(n) is(zijn) hier vantoepassing?b) Welke eisen dienen aan de betonsamenstellingte worden gesteld?Benodigde gegevens:Betoniek 13/03 Van 8 naar 18, over de milieuklassen.Antwoord op vraag 1Het antwoord op deze vraag kon bijna volledig wordenafgelezen van de bijgeleverde algemene gegevens. De enigemoeilijkheid was de gecombineerde eisen te formulerenzoals die gaan gelden voor een samenstelling die aan devan toepassing zijnde milieuklassen moet voldoen.a)De wanden zijn verticale betonoppervlakken dieworden blootgesteld aan vorst en verstoven dooi-zouten. Het milieu 'beperkt verzadigd met watermet dooizouten' levert op milieuklasse: XF2.Uit de tabel `Agressiviteit van waterige oplossingen'volgt dat de agressiviteit van het afvalwater `matig`is. Dit resulteert in milieuklasse XA2.Beide milieuklassen XF2 en XA2 zijn van toepassing.b)Vanuit beide milieuklassen worden eisen gesteld aande betonsamenstelling.Milieuklasse XF2 stelt:· wcf < 0,45; min 300 kg cement per m3, of· wcf < 0,55; min 300 kg cement per m3, met eenminimum luchtgehalte, afhankelijk van de groot-ste korrelafmeting.Milieuklasse XA2 stelt:· wcf < 0,50; minimaal 320 kg cement per m3.Bovendien moet een cement met hoge bestand-heid tegen sulfaten worden gebruikt dat voldoetaan NEN 3550.Voor de betonsamenstelling kiezen we de maat-gevende eisen. Dit levert twee mogelijke combinatiesvan eisen op:· wcf < 0,45, minimaal 320 kg cement met hogebestandheid tegen sulfaten conform NEN 3550,zonder luchtof· wcf < 0,50, minimaal 320 kg cement met hogebestandheid tegen sulfaten conform NEN 3550,met een minimum luchtgehalte, afhankelijk vande grootste korrelafmeting.Vraag 2Een betonsamenstelling bestaat uit:330 kg CEM I 42,5 R;130 kg poederkoolvliegas;1685 kg droog toeslagmateriaal, waarvan 180 kgbetongranulaat;189 kg totaal water.Het betongranulaat heeft een absorptievermogenvan 5 % binnen een half uur.a) Maak een schatting van de gemiddelde kubus-druksterkte na 2 dagen verharding in de water-bak van het laboratorium.13|17 Betoniek juli 20052De water-cementfactor op basis waarvan we eeninschatting kunnen maken van de gemiddelde sterk-te na 2 dagen is dan 180 / 330 = 0,55De gemiddelde betonsterkte na 2 dagen bedraagt:fcm = 0,8 · N + 25 / wcf - 45 = 0,8 · 30 + 25 / 0,55 - 45 =24,5 N/mm2b)Voor bepaling van de sterkteontwikkeling na28 dagen dienen we de vliegas wel als bindmiddelin rekening te brengen. Het gedeelte van de poeder-koolvliegas dat als bindmiddel in rekening magworden gebracht is 1/3 · 330 = 110 kg.Bij toepassing van CEM I 42,5 R bedraagt de bind-middelfactor k = 0,4.De hoeveelheid bindmiddel is330 + 0,4 · 110 = 374 kgDe hoeveelheid aanmaakwater blijft 189 - 9 = 180 kgDe water-bindmiddelfactor wordt dan180 / 374 = 0,48De gemiddelde betonsterkte na 28 dagen bedraagt:fcm = 0,8 · 58 + 25 / 0,48 - 45 = 53,5 N/mm2Vraag 3Een producent van betonelementen vervaardigtbeton dat moet voldoen aan sterkteklasse C20/25.Na enige tijd verzamelt hij de resultaten van deonder controleproefomstandigheden gemetenkubusdruksterkten en het blijken er 334 te zijn.Uit deze resultaten berekent hij een standaard-afwijking van 3,4 N/mm2 en daarbij blijkt dat 0,6%van de resultaten kleiner is dan 25 N/mm2.Overige gegevens:· 2% lucht;· Consistentieklasse S3;· Dmax = 31,5 mm.a) Wat is de karakteristieke kubusdruksterkte vanhet beton gedurende de beoordeelde periode?De producent besluit dezelfde betonsamenstellingte gaan gebruiken voor een betonproduct dat vorst-bestand dient te zijn. Hij voegt daarom een lucht-belvormende hulpstof toe zodat het luchtgehaltemet 2% toeneemt.b) Wat is de goedkeurkans van de aangepastebetonsamenstelling, er van uitgaande dat destandaardafwijking niet wijzigt?13|17 Betoniek juli 2005 3b) Maak ook een schatting van de gemiddeldekubusdruksterkte na 28 dagen verhardingonder dezelfde condities.Benodigde gegevensCEM I 42,5 R Normsterktena 2 dagen 30 N/mm2na 28 dagen 58 N/mm2Antwoord op vraag 2Veel cursisten gingen er bij deze vraag vanuit dat vliegasmeegerekend kan worden voor het inschatten van debeginsterkte na 2 dagen. Het effect van vliegas wordt echterpas merkbaar na verloop van enkele weken. Voor eeninschatting van de 28 daagse sterkte kan men de vliegaswel meetellen.a)De sterkteontwikkeling na 2 dagen wordt volledigbepaald door de eigenschappen van het portland-cement. Voor berekening van de water-bindmiddel-factor wordt de poederkoolvliegas nog niet als bind-middel in rekening gebracht.Voor de bepaling van het effectief watergehaltehouden we er rekening mee dat het betongranulaateen deel van het water absorbeert.Er wordt 0,05 · 180 = 9 kg water door het beton-granulaat geabsorbeerd.Het effectief watergehalte is dan 189 - 9 = 180 kgDe normsterkte van cement wordt bepaald aan de hand vanmortelbalkjes13|17 Betoniek juli 20054De karakteristieke kubusdruksterkte van dit beton isdan: 33,5 - 1,64 · 3,4 = 27,9 N/mm2.b)Door de toename van het luchtgehalte zal de sterktevan het beton afnemen. We maken hier gebruik vande vuistregel dat 1 % lucht de sterkte met ca. 5%verlaagt. We moeten dus rekening houden met een10% lagere sterkte. De gemiddelde kubusdruksterktezal dus 0,90 · 33,5 = 30,2 N/mm2 worden.Volgens opgave verandert de standaardafwijking nieten blijft dus 3,4 N/mm2We moeten nu de excentriciteit (u) vaststellen omdaarmee het % resultaten te berekenen dat kleineris dan 25 N/mm2.u = (30,2 - 25,0) / 3,4 = 1,5. (zie grafiek)Bij een excentriciteit van 1,5 ligt 6,7 % onder de25 N/mm2.Benodigde gegevensAntwoord op vraag 3Statistiek blijft voor veel examenkandidaten toch eenmoeilijk te nemen horde. Het vraagstuk bleek dan ookvoor velen, zeker deel b van de vraag, een onoverkomelijkprobleem.a)Bij een aantal van 334 waarnemingen mag wordenaangenomen dat de daaruit berekende standaard-afwijking overeenkomt met de standaardafwijkingvan de populatie, te weten: 3,4 N/mm2 (\).De gemiddelde druksterkte kunnen we berekenendoor bij 25 N/mm2, u x \ op te tellen.De excentriciteit (u) die hoort bij een percentage van0,6 % is 2,5.De gemiddelde kubusdruksterkte is derhalve:25 + 2,5 · 3,4 = 33,5 N/mm2.Voor bepaling van karakteristieke kubusdruksterktemoeten we weten wat de excentriciteit is die hoortbij 5%. Tenslotte is 5% van de waarnemingen kleinerdan de karakteristieke kubusdruksterkte (u = 1,64).De gemiddelde sterkte vermindert met u x \ =, enlevert de karakteristieke kubusdruksterkte.Relatie tussen de excentriciteit u en het percentage van een normaalverdeelde populatie dat groter is dan u + u · \.excentriciteit (u) % groter dan u + u · \3,00 0,142,50 0,622,33 1,002,20 1,402,06 2,002,00 2,301,96 2,501,64 5,001,50 6,701,28 10,001,00 15,900,84 20,000,50 30,900,00 50,00BetonelementUit de grafiek van de keuringskarakteristiek blijktdat bij een ondeugdelijkheidspercentage van 6,7 %de bijbehorende goedkeurkans ongeveer 60 %bedraagt.KeuringskarakteristiekDe Europese regelgeving heeft er toe geleid dat mentegenwoordig de sterkte van beton beoordeelt opbasis van 15 kubussen. Hiermee is ook de keurings-karakteristiek gewijzigd.Vraag 4a) Noem drie verschillende materiaaleigen-schappen van lichtbeton?b) Met welke bijzondere aspecten moet debetontechnoloog rekening houden bij hetmengselontwerp en de productie van licht-beton?13|17 Betoniek juli 2005 5Antwoord op vraag 4Voor lichtbeton op zich mag dan mogelijk geen grotebelangstelling bestaan, het is wel in goede handen bijde meeste aankomende betontechnologen. Deze vraagis door de meesten dan ook goed beantwoord.a)Afwijkende eigenschappen van lichtbeton tenopzicht van een normaal beton zijn:· volumieke massa· breukgedrag· warmtegeleiding· krimpgedrag· kruipgedragb)Bijzondere aspecten bij ontwerpen en vervaardigen:· De relatie tussen wcf en druksterkte voor licht-beton is enigszins anders als die geldt voortraditionele betonsoorten· Door absorptie van water door de poreuze lichtekorrels dient extra water aan het mengsel teworden toegevoegd. Men kan er ook voor kiezende korrels vooraf te bevochtigen.· Lichte betonsamenstellingen worden eerst envooral ontworpen op een te realiseren volumiekemassa. Vervolgens kan de sterkteontwikkeling,binnen zekere grenzen, worden beïnvloed doorde cementkeuze en watercementfactor.· Men dient tijdens transport en verwerkingrekening te houden met het teruglopen van deverwerkbaarheid doordat de lichtgewicht korrelsnog water absorberen.00,10,20,30,40,5Kansdichtheid256,7%30,2kubusdruksterkteExcentriciteit Standaardafwijkingu x \u x \ = 30,2 - 25 (\ = 3,4)u = (30,2 - 25) / 3,4u = 1,50.10.10.51.02.05.010.020.030.040.050.060.070.080.090.095.098.099.099.599.9n = 150.5 1.0 2.0 5.0 6.7 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0Doorsnede lichtbeton13|17 Betoniek juli 20056· De lichte korrels hebben de neiging om te gaandrijven, we kunnen dit beperken door het beheer-sen van de consistentie en het aanpassen vande hoeveelheid fijn materiaal om samenhang teverbeteren.Vraag 5Bepaal de waterbehoefte Wßp van een CEM III/A52,5 N met behulp van de gegevens in de onder-staande tabel.Benodigde gegevens:SWp = (r / r0)2 ­1 (relatieve spreidmaat)r = (r1+r2) / 2r0 = 100 mmAntwoord op vraag 5Voor de doorgewinterde betontechnoloog was het directduidelijk dat het hier gaat over het ontwerpen van eenzelfverdichtende betonsamenstelling op basis van dezogenaamde Japanse methode. De berekeningen werdendoor de meeste cursisten goed uitgevoerd. Vervolgens blijktdan toch dat het tekenen van de regressielijn en hetbepalen van de Wßp een behoorlijke spreiding oplevert,iets wat door de examencommissie niet te zwaar werdaangerekend.De Wßp geeft aan bij welke volumeverhoudingwater/poeder de pasta in de kegel van Heagermannet niet vloeit. Voor het bepalen van de waterbehoef-te moeten we per proef de volumeverhouding vanhet water en het cement kennen en de bijbehorenderelatieve spreidmaat.Via de watercementfactor en de volumieke massavan het cement en water kan de verhouding Vw / Vcworden berekend. We hoeven alleen de massadelen (M) om te werken naar volume delen (V).wcf = Mw / McMw = 1000 · VwMc = 3000 · Vcwcf = 1000 · Vw / 3000 · Vc? Vw / Vc = wcf · 3,0Vraag 6In het kader van een productiecontrole van eenbetonkwaliteit in sterkteklasse C20/25 is door eenbetonmortelproducent gedurende een periode vanvier maanden een aanvangsonderzoek uitgevoerd.De daaruit berekende standaardafwijking \ is2,4 N/mm2. Het vervolgonderzoek levert de volgendereeks van 15 meetwaarden (kubusdruksterktevolgens de `controleproef' na 28 dagen verharden):30,4; 37,0; 28,8; 29,3; 32,8; 24,1; 30,6; 35,1; 33,9;29,0; 34,0; 33,3, 31,2; 25,9; 29,4.Toets of wordt voldaan aan de eisen voor de beoogdesterkte-klasse en geef aan welke vervolgstappen even-tueel genomen moeten worden.Benodigde gegevens:Betoniek 13/14 FamiliebandenAntwoord op vraag 6Een vraag die weer verdacht veel met statistiek te makenheeft en daardoor wellicht weer voor de nodige problemenzou zorgen. Toch bleef het bij deze vraag voor wat statistiekbetreft beperkt tot het bepalen van het gemiddelde en destandaardafwijking, iets wat eenvoudig met een reken-machine kan worden berekend.Proef wcf r1 r21 0,51 165 1722 0,54 175 1903 0,56 187 1964 0,58 200 203proefnr. Vw / Vc r = (r1 + r2) / 2 SWp1 0,51 · 3,0 = 1,53 168,5 1,842 0,54 · 3,0 = 1,62 182,5 2,333 0,56 · 3,0 = 1,68 191,5 2,674 0,58 · 3,0 = 1,74 201,5 3,06Ingevuld in de grafiek levert dit een Wßp = 1,22 op.0,50,60,70,80,911,11,21,31,41,51,61,71,80 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5SWpVw/VpWßp13|17 Betoniek juli 2005 7Aantal waarnemingen n = 15Gemiddelde ¯x15 = 31,0 N/mm2Standaardafwijking s15 = 3,46 N/mm2De processtandaardafwijking is gelijk aan destandaardafwijking van het aanvangsonderzoek.Of voldaan wordt aan de eisen voor de beoogdesterkteklasse moeten we op drie aspecten toetsen:toets 1: eis: (2x) ¯x15 = fck + 1,48 \31,0 = 25 + 1,48 · 2,431,0 = 27,4 N/mm2 ? Voldoettoets 2: eis: (2x) alle individuele meetwaardenfci = 25 ­ 4 N/mm2: ? Voldoettoets 3: is de processtandaardafwijking nogsteeds geldig? Om dit vast te stellen dientde standaardafwijking s15 te voldoen aanonderstaande eis:0,63 · \ = s15 = 1,37 · \0,63 · 2,4 = 3,46 = 1,37 · 2,41,5 = 3,46 = 3,3 ? Voldoet NIET!Vervolgactie: standaardafwijking s15 voldoet niet, deprocesstandaardafwijking \ dient opnieuw bepaaldte worden uit de laatste 35 meetwaarden.Vraag 7Als betontechnoloog van de betoncentrale heeft umet de aannemer afgesproken om voorafgaand aande levering van de betonspecie zes kubussen temaken voor het bepalen van een rijpheids-grafiek.De productinformatie van de cementleveranciergeeft aan dat het cement een C-waarde heeft van1,60.U beproeft de kubussen na 1, 2, 3, 4, 5 en 7 dagenmet de volgende resultaten:1 dag 6 N/mm22 dagen 14,5 N/mm23 dagen 22,5 N/mm24 dagen 23 N/mm25 dagen 28 N/mm27 dagen 27,5 N/mm2a) Maak een rijpheidsgrafiek.Teken hierin de ijklijn, door rekening tehouden met een spreiding (s) van 2,5 N/mm2en een verschuivingswaarde van a = 2.b) Geef een voorspelling van de gemiddeldekubusdruksterkte bij een gewogen rijpheidvan 2000 °Ch.Antwoord op vraag 7Voor velen vormde dit vraagstuk geen onoverkomelijkprobleem. Ook de voorspelling van de sterkte aan dehand van de gewogen rijpheid bleken de meesten goed tebeheersen, wat een geruststellende gedachte is wanneerzij dit in praktijk moeten brengen.De gewogen rijpheid van de kubussen wordtberekend door deze in een waterbak bij een tempe-ratuur van gemiddeld 20 °C te laten verharden.In de tabel lezen we bij een C-waarde van 1,60 en eenverhardingstemperatuur van 20 °C af dat per uur22,9 °Ch wordt opgebouwd.Dit levert een rijpheid op na1 dag 24 · 22,9 = 550 °Ch2 dagen 48 · 22,9 = 1100 °Ch3 dagen 72 · 22,9 = 1650 °Ch4 dagen 96 · 22,9 = 2200 °Ch5 dagen 120 · 22,9 = 2750 °Ch7 dagen 168 · 22,9 = 3850 °ChDeze waarden zijn in een grafiek gezet met op dehorizontale as een logaritmische verdeling.Vervolgens is evenwijdig aan de regressielijn deijklijn getekend, met een verschuiving naar benedenv = a · s = 2 · 2,5 = 5 N/mm2.Controle kubussena)b)Bij een gewogen rijpheid van 2000 °Ch kan men dusrekenen op een sterkte van 17,5 N/mm2.Vraag 8U, als betontechnoloog, wordt gevraagd een beton-samenstelling te leveren voor de aanleg van eendoorgaand gewapend betonnen wegdek.Daarbij wordt de eis gesteld een specifiek, gebrokentoeslagmateriaal toe te passen in verband met deslijtvastheid van de toplaag. U beschikt over eenaanvaardbaar toeslagmateriaal maar daarvan isbekend dat er schadelijke hoeveelheden opaal invoor kunnen komen.Het beton dient te worden uitgevoerd in sterkte-klasse C28/35 (gemiddeld 44 N/mm2) en consistentie-klasse C1.U hebt de volgende cementen op voorraad metonderstaande specificatie:CEM II/B-V CEM III/B CEM I32,5 R 32,5 N 42,5 RC3A-gehalte 6% 2% 3%AI2O3 gehalte 10% 13% 5%Na2O eq 0,6% 0,6% 0,8%Klinkergehalte 73% 25% 97%Het gebroken toeslagmateriaal dat wordt toegepastheeft een \a = 2800 kg/m3. Door toepassing vandit materiaal wordt de waterbehoefte van de samen-stelling 5 ltr per m3 hoger dan de richtwaarde uit detabel in de Algemene Gegevens. Het zand is eenrivierzand met een \a = 2650 kg/m3Op de centrale zijn de volgende hulpstoffenaanwezig:· plastificerende hulpstof; geeft bij juiste doseringeen waterreductie van 10%13|17 Betoniek juli 2005805101520253035100 1000 10000rijpheidsterkte500 2000V = a . sijklijnAanleg van een doorgaand gewapende betonwegGebroken toeslagmateriaalZeef Zeefdoorval in %[mm] Zand Gebroken toeslag31,5 100 10016 100 998 100 544 95 112 88 01 69 00,500 40 00,250 8 00,125 0 0vochtgehalte 4% 1%· luchtbelvormer, dosering volgens opgaveleverancierDe aannemer eist aanvullend, dat na 2 dagen verhar-den gemiddeld een sterkte van 30 N/mm2 (gemetenonder geconditioneerde omstandigheden) wordtbereikt.a) Welke milieuklasse is maatgevend en metwelke schademechanismen dient u rekeningte houden bij het ontwerp van de betonsamen-stelling? Verklaar uw antwoord.b) Welke maatregelen (in de keuze van grond-stoffen) moet u nemen om de risico's opdeze schademechanismen (van vraag 8.a)te beperken? Verklaar uw antwoord.c) Maak een uitleveringsberekening voor eenbetonsamenstelling die aan alle bovengenoem-de eisen voor sterkteontwikkeling, duurzaam-heid en verwerkbaarheid voldoet.Benodigde gegevensOpaal is een reactief toeslagmateriaal dat in betonkan leiden tot ASR. Regelgeving omtrent ASR isbeschreven in CUR-Aanbeveling 89 : 2005Antwoord op vraag 8Een uitgebreid vraagstuk dat ingaat op de cementkeuzewanneer kans bestaat op ASR. Het stroomschema `beoorde-ling van het risico op schadelijke ASR' uit CUR-Aanbeveling89 maakte deel uit van de algemene gegevens dat aan iederter beschikking is gesteld.a)Voor het wegdek gelden de volgende milieuklassenXC4, XD3, XF4. Milieuklasse XF4 en XD3 zijn in dezemaatgevend voor de omstandigheden waaraan hetwegdek wordt blootgesteld.De volgende schademechanismen kunnen een rolspelen:· Vorst in combinatie met dooizout schade hetgeenresulteert in een oppervlakte schade van hetwegdek.· Door de mogelijke aanwezigheid van schadelijkehoeveelheden opaal kan de constructie aangetastworden door alkali-silica reactie.· Corrosie van de wapening ingeleid door chloridenafkomstig van dooizouten.b)Maatregelen om het risico op bovengenoemdeschademechanismen te beperken zijn:· Eerst en vooral dient men zich te houden aan deeisen die gelden voor beton blootgesteld aanmilieuklasse XF4 en XD3. Dit houdt in dat de wcf_ 30 >_ 50 >_ 66vliegas of slak [% (m/m)]Na2Oe vliegas in cement 1,0 < x