Een maandelijkse Uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203DA 's-Hertogenbosch oktober 1986 L111Het ontwerpen van eenbetonsamensteUingEen aflevering van BETON/EK over dit onderwerplijkt op het eerste gezicht op het intrappen van eenopen deur. Het ontwerpen van een beton-samenstelling is immers een bezigheid die debetontechnoloog praktisch dagelijks uitvoert.Bij nadere beschouwing blijkt echter dat hetontwerpen zich veelal beperkt tot het samenstellenvan een gradering van hettoeslagmateriaal, dieaan de voorschriften voldoet. Dit geldt met namevoor betonsamenstellingen die worden toegepastin klasse I.In zijn algemeenheid kan verder worden gestelddat bij het ontwerpen van samenstellingen voor-namelijk wordt uitgegaan van eisen dieworden gesteld aan de druksterkte van het beton.De belangrijkste eisen waar een betonsamen-stelling aan moet voldoen, zijn:- eisen gesteld door de uitvoering (betonspecie);- eisen gesteld aan het gerede produkt (beton).In de huidige voorschriften, maar ook in dekomende voorschriften, zijn de eisen voornamelijktoegespitst op gewenste eigenschappen van hetbeton. Uitvoeringseiseri komen echter nauwelijksaan de orde. Dat is vrij logisch, omdat de eisen aanhet gerede produkt in feite maatgevend zijn.De uitvoering moet een zekere mate van vrijheidhebben om tot het gewenste resultaat te komen.Daarnaast moet ook bedacht worden dat bijvoor·beeld het aspect verwerkbaarheid in feite nauwe-Iijks meetbaar is. Om toch enig houvast te geven,worden betonspecies dan ook geclassificeerd inde bekende consistentiegebieden. Dat beton-species met gelijke consistentie toch een verschilin verwerkbaarheid kunnen geven, is een aspectdat voor de uitvoering van belang kan zijn en waar-mee een technoloog zeker rekening moet houden.Over het verstandig combineren van soms tegen-gestelde eisen, gaat deze aflevering. Meestal in debeschouwende zin, met de bedoeling richting tegeven hoe een oplossing moet worden gevonden.Dit laatste geldt vooral voor verwerkbaarheids-aspecten. Bij gemakkelijker meetbare eigen-schappen, zoals bijvoorbeeld druksterkte, wordtschematisch aangegeven welke weg kan wordengevolgd.DruksterkteBij het ontwerpen op een gewenst niveau vandruksterkte, moeten de volgende stappen wordendoorgelopen (schematisch):a. keuze grootste korrelafmeting;b. berekening van de benodigde gemiddeldekubusdruksterkte uit de vereiste karakteristiekekubusdruksterkte;c. de gemiddelde kubusdruksterkte bepaalt de toete passen water-cementfactor;d. de vereiste consistentie bepaalt de gemiddeldewaterbehoefte betonspecie;e. keuze van het toe te passen cement;f. uit c, d en e volgt het toe te passen cement-gehalte;g. vaststellen van de gradering van het toeslag-materiaaI.Een dergelijk schema geldt niet alleen voor de28-daagse kubusdruksterkte, maar evenzeer vooreen sterkte-eis, die door de uitvoering wordtgesteld. Hierbij kan gedacht worden aan aan-vangssterkte na bijvoorbeeld 1 dag of de1........:: .'.. ". :NE.é 42z 40.2! 38"""....2! 36111""" 34 JJ|32J:J30r28HJHJJHJJHJJHJJHJJJHJJJJJfJJJHJJHJJHJJfJJJJQUJJJ __4644okt nov decEen van de punten die uit het voorgaande naarvoren komt, is de noodzaak om niveauverander-ingen tijdig te onderkennen en er dan rekeningmaken krijgt, is de spreiding in resultaten. Dezespreiding maakt het vaak moeilijk om juiste conclu-sies te trekken. Maar wat is spreiding in resultateneigenlijk? Als men de individuele controleproef-resultaten van een bepaalde samenstelling ingrafiekvorm uitzet over een periode van bijvoor-beeld één jaar, krijgt men een beeld zoalsgeschetst in figuur 1.We zien dan dat de totale spreiding in feite bestaatuit een spreiding van het niveau en daarbovenopeen spreiding rond het niveau. Beide gegevenszijn belangrijk voor het ontwerpen van een nieuwebetonsamenstelling.Stel dat de r.esultaten uit het voorbeeld een jaar-gemiddelde hebben van 38 N/mm2 en eenstandaardafwijking van 5 N/mm2· Dat wil duszeggen dat individuele resultaten in dat jaarvarieerden tussen 48 en 28 N/mm2. Moeten we bijhet ontwerpen vaneen nieuwe samenstellingrekening houden meteen dergelijke spreiding?Ja, als blijkt dat wijzigingen in niveau willekeurigen dus onvoorspelbaar zijn; nee, zoals in hetvoorbeeld, waar niveauwijzigingen vooral een sei-zoensinvloed zijn.Onder andere in BETON/EK 6/2 'Seizoen-invloeden' is uitvoerig op de invloed van tempera-tuur op het druksterkteniveau ingegaan. Uit hetvoorbeeld in figuur 1 blijkt dat de standaard-afwijking van het niveau 1,5 N/mm2 is. Datbetekent dus dat het gemiddelde varieert tussen41 N/mm2 en 35 N/mm2·Uit het voorgaande kunnen we afleiden dat despreiding op korte termijn, zeg maar de produk-tiespreiding, een standaardafwijking van3,5 N/mm2 heeft.Als gemiddelde waarde wordt meestal gebruikt:SpreidingEen van de problemen, waar men dan mee te25B = 0,8 N + -- - 45wcfwaarin:B kubusdruksterkte betonN = normsterkte cementa en b = factoren afhankelijk van de cementsooortc = factor onder andere afhankelijk van hetsoort toeslagmateriaal, beproevings-omstandigheden, specie temperatuurenz.Het meest interessante deel van deze formule isde invloed van de water-cementfactor, namelijkdeterm:CfIn de praktijk is het immers zo dat bij hetb van een nieuwe samenstelling gebruikkan worden gemaakt van reeds eerder verkregenge!gel/erls van andere samenstellingen. Het voort-durend interpreteren van verkregen resultaten isvan de belangrijkste taken van de praktizerendbetontechnoloog!febr mrt mei juni juli K sept1 -----7 tijdVerloop van de kubusdruksterkte, gemeten volgens decontroleproef, over de periode van een jaar. De totalespreiding bestaat uit een spreiding van het niveau én eenspreiding rond het niveaudruksterkte na 16 uur bij een gietbouwproject.Nagegaan zal dan moeten worden welke eis maat-gevend is.Het toe te passen cementgehalte is dus voor-namelijk afhankelijk van de keuze van de water-cementfactor. Het algemene verband tussendruksterkte van beton en de water-cementfactorwordt vastgelegd in de bekende formule:2XJKlIQJJ"""'"--r----r--O,5..--....D 0,6..;-- ?J 070,8cement pcBOl....-'"20....VI-'"::J'"-""0 0o 200 400 600 800 1000hoeveelheid cementlijm (lIm3)2 00Invloed van de hoeveelheid cementlijm op de druksterkte ivan betonc:;- 60EE.......QMmee te houden. Het verwerken van resultaten alseen voortschrijdend gemiddelde of het werken meteen cumulatieve somtechniek zijn nuttige hulp-middelen om tendenzen te kunnen onderkennen.Resultaten uit het verleden geven dus de mogelijk-heid om voor een bepaalde samenstelling hetalgemene verband tussen water-cementfactor endruksterkte vast te stellen. Voor een nieuwesamenstelling kan het effect van een veranderingin water-cementfactor worden ingeschat door defactor blwcfOp grond van de actuele resultaten kan wordengezien ofhet huidige niveau normaal dan wel hoogof laag is. Voor de toekomstige leverantie zal eenkeuze gemaakt moeten worden welk niveau wordtaangehouden. Rekening houdend met de normaleproduktiespreiding, wordt dan het gemiddeldesterkteniveau bepaald en hieruit de gemiddeldewater-cementfactor.Gezien het feit dat druksterkteresultaten op zichvrij grote spreiding te zien geven, moet men zichrealiseren dat er ook duidelijke veranderingen inwater-cementfactor nodig zijn om significanteverschillen in druksterkte op te leveren. Als erbijvoorbeeld een mengsel wordt ontworpen,waarvan de water-cementfactor 0,02 afwijkt vaneen bekende samenstelling, dan zal dit gemiddeldnog geen 2 N/mm2 sterkteverschil opleveren. Ditverschil zal door de normale produktiespreidingveelal niet worden opgemerkt. Hieruit volgt dat ertenmin.ste een gemiddeld verschil van 0,05 inwater-cementfactor moet zijn om van een anderesamenstelling te spreken! Hetverschil indruksterkte is dan circa 5 N/mm2, hetgeenovereenkomt met de stapgrootte tussen de beton·kwaliteiten.CementgehalteBovenstaande heeft ook consequenties als mennaar de invloed van het cementgehalte op dedruksterkte kijkt. Als men uitsluitend de water-cementfactor wil wijzigen door verhoging ofverlaging van het cementgehalte, dan moet hetverschil in cementgehalte tenminste 30 kg/m3 zijn!Deze stelling wordt in de praktijk in hoge matebevestigd door de verschillen in druksterkte-resultaten van klasse I beton met 320 kg/m3 en340 kg/m3 cement in het consistentiegebied 3.Alhoewel bij een groot aantal meetresulaten eenmerkbaar verschil is te constateren, zal bij eenbeperkt aantal waarnemingen nauwlijks een effectte zien zijn (mede als gevolg van de spreiding).Betontechnologisch is echter nog meer te zeggenomtrent de invloed van het cementgehalte op dedruksterkte. Afhankelijk van de maximale korrel·grootte van het mengsel blijkt dat boven eenbepaalde hoeveelheid cement het opvoeren vanhet cementgehalte minder effectief wordt (fig. 2).Dit wordt veroorzaakt door de nadelige invloed vande dikkere cementsteenlagen om het toeslag-materiaal. Tevens wordt het reduceren van dewater-cementfactor door verhoging van hetcementgehalte steeds minder effectief doorstijging van de waterbehoefte van het mengsel. Deconclusie die hieruit kan worden getrokken, isduidelijk:Wijziging in de water-cementfactor moet in eersteinstantie geschieden door wijziging in het water-gehalte. Met name als men de water-cementfactorwil of moet verlagen. Plastificerende hulpstoffenkunnen hierbij een belangrijke hulp zijn.Nog een laatste aspect over het ontwerpen opdruksterkte van een mengsel. In de huidige voor-schriften wordt voor beton in klasse 11 eventueeleen geschiktheidsproef voorgeschreven. Men kanzich in alle redelijkheid afvragen wat de waardevan zo'n éénmalige proef is, indien men over resul-taten van andere samenstellingen beschikt. Het343-4Verschillende werkmethoden stellen heel specifiekeeisen aan de verwerkbaarheid van betonspecie. Er zijngeen meetmethoden die zulke verwerkbaarheids-aspecten eenduidig vastleggen. De betontechnoloog zalnaar het gedrag van de specie in de praktijk moetenkijken en op grond daarvan met de gradering, hetcementgehalte en eventueel hulp- en vulstoffen moeten'spelen' om het gewenste resultaat te bereikenantwoord is dat men de resultaten van eengeschiktheidsproef te allen tijde moet toetsen aande verwachting die men theoretisch uit reedsaanwezige resultaten kan trekken. Eenéénmaliguitgevoerde geschiktheidsproef kan toevallig eente optimistisch of een te pessimistisch beeldgeven. Mede doordat de controleproef altijd maat-gevend blijft, zullen in de komende VBT geenkeuringseisen meer worden opgenomen voor degeschiktheidsproef. Wel kan uit een dergelijkeproef zeer zinnige informatie worden verkregenomtrent de waterbehoefte en de verwerkbaar-heidsaspecten van het mengsel.VerwerkbaarheidWellicht het minst concrete en daardoor ook hetmoeilijkste onderwerp uit de betontechnologie, isde verwerkbaarheid. Vooral de directe verwerkersvan betonspecie hebben hier vaak een uitge-sproken mening over. Kreten als: 'schrale specie','vette specie', 'de specie plakt', 'het beton vloeitniet', 'de specie is goed of slecht af te werken' enz.enz. worden dagelijks op de bouwplaats gebruikt.Verder kan men opmerken dat een bepaaldesamenstelling in de ene toepassing als zeer goedwordt ervaren, terwijl er bij een andere toepassingzeer negatief over wordt geoordeeld.Dergelijke samenstellingen onderscheiden zichdan vaak niet in cementgehalte noch in zetmaat enniet of nauwelijks in gradering. Zoals gezegd, zijner dan op het eerste gezicht betontechnologischweinig aanknopingspunten. Het negeren vandergelijke opmerkingen uit de praktijk gaat echtervoorbij aan soms wezenlijke problemen.In het ontwerp van een samenstelling komen dezezaken niet aan de orde. Het toe te passen cement-gehalte wordt bepaald uit vereiste sterkte incombinatie met het watergehalte; de graderingwordt meestal zo gekozen dat deze binnen hetA/B-gebied valt. En dan moet dus een samen-stelling goed zijn!Zoals gezegd, zijn er geen meetmethoden om deeerder genoemde verwerkbaarheidsaspecten tekunnen vastleggen. Toch blijkt dat met de bekendeconsistentiemetingen wel enige indicatieverkregen kan worden. Als van twee beton-samenstellingen met een gelijke zetmaat vanbijvoorbeeld 120 mm de schudmaat wordtgemeten, dan kan deze bij de ene 460 mm en bijde andere 420 mm zijn. Bij het uitvoeren vandergelijke proeven blijkt de verhouding tussenzetmaat en schudmaat afhankelijk te zijn van hetcementgehalte en de fijnheid van de gradering.Een samenstelling met een kleine verhoudingzetmaatlschudmaat geeft dus een specie metmeer samenhangen dat is in de praktijk eenwezenlijk verwerkbaarheidsaspect. Het komt erdus op neer dat de betontechnoloog met cement-gehalte en gradering kan en soms moet spelen omhet gewenste effect in de praktijk te bereiken.De suggestie die soms door de VoorschriftenBeton wordt gewekt dat indien een graderingbinnen het AlB-gebied ligt, deze dan ook in depraktijk voldoet, is niet juist. Graderingsgebiedenin de voorschriften zijn voornamelijk opgenomenom de waterbehoefte te begrenzen; nietmet hetoog op verwerkbaarheid, maar met het oog op desterkte.De boodschap, die uit het voorgaande mag door-klinken,is dat de betontechnoloog meer naar hetverwerkingsgedrag van specie in de praktijk moetkijken en op grond daarvan met gradering,cementgehalte en eventueel hulp- en vulstoffenmoet 'spelen' om het gewenste resultaat tebereiken.Zoals reeds in het begin gezegd, is dit een watbeschouwende aflevering over het ontwerpen vaneen betonsamenstelling. Het totale onderwerp iszoveel omvattend, dat het een belangrijk gedeeltevan een boek over betontechnologie zou kunnenvullen. Achtergrond is echter om er reeds nu op tewijzen dat met de invoering van de VoorschriftenBeton Technologie (VBT) het ontwerpen van eensamenstelling met gewenste eigenschappen meerdan nu een gewone zaak zal worden. Bij de feite-lijke invoering van deze voorschriften komen wij erongetwijfeld in detail op terug.literatuurKwaliteitscontrole van beton;Cement + Beton reeks nr. 15,Vereniging Nederlandse Cementindustrie,'s-Hertogenbosch5BETONlEK verschijnt 10 x per jaar.Abonnementsprijzen per jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 5% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 18, -overige landen f 28, -ISSN 0166-137x6administratie: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.