Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus.3011, 5203DA 's-Hertogenbosch mei 1983Hydratatiewarmte vancementZoals bij veel chemische reacties, komtbij dehydratatie van cement warmte vrij. Een dergelijkereactie noemt men exotherm. Dit verschijnselwordt in de praktijk als normaal ervaren en in veelgevallen maakt men zich er weinig zorgen over.Er zijn echteromstandigheden waarbij dewarmteontwikkeling wel degelijk van belang is,zoals:-het ontstaan van zgn. temperatuurspanningen;- het effect van de warmteontwikkeling op desterkteontWikkeling.Het eerste aspect is vooral van belang bijconstructies met grote afmetingen. Bij hettweede aspect wil men gebruik maken van deontwikkelde hydratatiewarmte ten behoeve vande aanvangssterkte van beton. In beide gevallenis sprake van het temperatuurverloop in hetverhardende beton. Hiermee komt men aan dekern van de zaak, namelijk hoe bei'nvloedtde vrij-komende hydratatiewarmte de temperatuur-ontwikkeling van beton?TemperatuurverloopHet temperatuurverloop in verhardend beton isafhankelijk van de warmteproduktie en hetwarmteverlies. Zo geformuleerd lijkt hetprobleem eenvoudig; bij nader inzien is hetechter zeer gecompliceerd. Dit wordt veroorzaaktomdat verschillende factoren elkaarbeïnvloeden, Als de warmteproduktie groter isdan het warmteverlies, zal de temperatuurstijgen. Door die temperatuurstijging wordt deverhardingsreactie versneld waardoor weer meerwarmte wordt geproduceerd enz. Hettemperatuurverloop in verhardend beton isafhankelijk van:- de hydratatiewarmte van cement;- het cementgehalte;- de soortelijke warmte van het beton;- de water-cementfactor;- de aanvangstemperatuur van de betonspecie;vorm en afmetingen van de constructie;- isolatie van de bekisting;het tijdstip van ontkisten;- de omgevingstemperatuur.In deze aflevering zal nader worden ingegaan opde hydratatiewarmte van cement. Zoals uit hetoverzicht blijkt, is dit slechts één gegeven datnodig is om de temperatuurontwikkeling vanbeton te bepalen. In een volgende aflevering zalop dit laatste worden ingegaan. Een waar-schuwing wat dat betreft is op zijn plaats. Geziende complexheid van hetprobleem, is het eenillusie om te veronderstellen dat het teverwachten temperatuurverloop exact teberekenen zal zijn. De bedoeling is om aan dehand van een aantal verantwoorde aannameneen voor de praktijk betrouwbare schatting vanhet temperatuurverloop te krijgen.Hydratatiewarmte (isotherm)De bepaling van de hydratatiewarmtevan cementis genormaliseerd. In NEN 3550 'Cement' staantwee methoden vermeld:a. bepaling van de hydratatiewarmtevan cementmet behulp van de oplosealorimeter;b. bepaling van de hydratatiewarmte met behulpvan de isotherme geleidingscalorimeter.11Opstelling van de opJoscaloriemeter(overgenomen uit NEN 3550 'Cement')2Warmtestroom ten gevolge van hydratatie van ver-schillende cementen, bil 20°C36uurDe eerste methode is vooral geschikt voor hetbepalen van de hydratatiewarmte gedurende deeerste 7 dagen; de tweede methode is meergeschikt voor de bepaling van de hydratatie-warmte gedurende de eerste 3dagen.Kenmerkend voor beide methoden is dat dehydratatie bij constante temperatuur plaatsvindt,ofwel onder isotherme omstandigheden (fig. 1).Op deze wijze kunnen verschillende cernent-soorten naar hun warmteontwikkeling wordengekarakteriseerd. In de cementnorm wordt'cementmeteen lage hydratatiewarmte'aangeduid als een speciale eigenschap. De totalewarmteontwikkeling (bij 20°Chydratatie-temperatuur) gedurende de eerste 7 dagen magdan niet meer dan 270 J/g bedragen.Met name met de isotherme geleidings-calorimeter is het mogelijk om inzicht teverkrijgen in het karakter van de warmte-ontwikkeling.Gemeten wordt de warmtestroomin J/sec of Watt, die op een bepaald tijdstip wordtafgegeven.In figuur 2 is schematisch van een aantalcementen de warmtestroomin J/sec weer-gegeven. Deze warmtestroom is o.a, afhankelijkvan:- samenstelling. Bij portlandcement o.a. demineralogische samenstelling en bij hoog-ovencement o.a. de klinker-slak verhouding;- fijnheid. Het specifiek oppervlak van hetcement bernvloedtin sterke mate de reactie-snelheid en dus de snelheid waarmee warmtevrijkomt;temperatuur tijdens hydratatie. Zoals bij iederechem ische reactie wordt ook de hydratatiebeïnvloed door de temperatuur. In figuur 2 is dewarmtestroom gegeven bij de genormali-seerde temperatuur van 20°C. Metingen bijhogere of lagere temperatuur geven een2statiefmotorafsluitingzuurmengselpropellerwarmtè- isolerende houderondersteuninginzicht in de invloed van de temperatuur op dewarmteontwikkeling.Voor het schatten van het temperatuurverloop inbeton is de totale hoeveelheid geproduceerdewarmte van belang. In figuur 3 is een overzichtgegeven van de totaal geproduceerde warmteonder isotherme omstandigheden bij 20°C voorde in Nederland gebruikelijke cementen. Bijhoogovencement klasse Ais een onderscheidgemaakt in het slakgehalte groter of kleiner dan7tijd3Hydratatiewarmte onder isotherme omstandigheden,bil200Çt20 25 30 35hydratatietemperatuur (Oe)1510-or-,6020c>012028tijd400380e320300280260220200180160140120100806041 34Hydratatiewarmte onder isotherme omstandigheden,bij5°C5Invloed van de hydratatietemperatuur op de warmte-ontwikkeling6Temperatuurverloop verhardend beton65%. Hoogovencementen met meer dan 65%slak vallen vrijwel altijd in de categorie 'cementmet een lage hydratatiewarmte'Uit de grafiek blijken heel duidelijk verschillentussen de cementsoorten en -klassen. Bij deportlandcementen wordt na 3 dagen reeds 85%tot 95% van de totale hoeveelheid warmte na7 dagen bereikt. Bij hoogovencement is ditpercentage afhankelijk van het slakgehalte envarieërt tussen 60% en 80%.Zoals uit de grafiek reeds blijkt, wordt ook na7 dagen nog warmte ontwikkeld. Bij portland-cementen is dehoeveelheid warmte die de eerste7 dagen vrijkomt85% tot 95% van de hoeveelheidin 28 dagen. Bij hoogovencementen isditpercentage 85% à 90%.Temperatuur tijdens hydratatieZoals reeds eerder is vermeld, is de temperatuurtijdens de hydratatie van groot belang. De invloedhiervan wordt geïllustreerd in figuur 4, waar dewarmteproduktie wordt weergegeven bij eentemperatuur van 5°C.In figuur 5 is de temperatuurinvloed schematischweergegeven voor portlandcement en hoog-ovencement. Bij temperaturen lager dan 20 oeontwikkelt portlandcement meer warmte danhoogovencement; bij hogere temperaturen is ditjuist andersom (fig. 5).In de isotherme methode komt het effect van detemperatuurstijging niet tot uiting. Een indrukvan dit effect kan worden verkregen door dewarmteproduktie te meten onder zgn. adiaba-tische omstandigheden, d.w.z. een vollediggeïsoleerde situatie, zodat de warmte niet kanwegvloeien.Hydratatiewarmte (adiabatisch)Bepaling van de hydratatiewarmte onderadiabatische omstandigheden kan geschieden ineen zgn. adiabatische calorimeter. Met elek-tronische regelapparatuur wordt er voor gezorgddat de vrijgekomen warmte niet naar deomgeving afvloeit. De temperatuur van de teonderzoeken pasta of mortel stijgt, met als gevolgdat er sneller warmte wordt geproduceerd enz.Bij deze meting wordt zowel de vrijgekomenwarmte als de temperatuurstijging geregistreerd.Bepaling van de hydratatiewarmte met de adia-batische calorimeter is niet genormaliseerd enwordtdan ook slechts bij uitzondering toegepast.Een indruk van de adiabatische warmte-3ontwikkeling kan ook worden verkregen door detemperatuurontwikkeling te meten ingrote, goedgeïsoleerde betonblokken van tenminste1,00 x 1,00 x 1,00m3. Uit registratie van detemperatuur zal blijken dat na enige tijd detemperatuurstijging overgaat in een daling.Hieruit blijkt dat dus toch warmte wordtafgegeven aan de omgeving. Vandaar dat hetbeter is om bij dit soort proeven te spreken oversemi-adiabatische omstandigheden (fig. 6).Uit de gegevens van het gemeten temperatuur-verloopkan de geproduceerde hydratatiewarmteworden berekend. Overigens is dat eenbijkomend gegeven omdat men in eersteinstantiegeïnteresseerdisinde temperatuur-stijging van beton. Onder theoretische,adiabatische omstandigheden zal blijken dat deaanvangstemperatuur uitsluitend invloed heeftBETONlEK verschijnt 10 xper jaar.Abonnementsprijzen per jaar, inciusiefverzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 4% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, Belgiê f 15,-overige landen f 25,-ISSN 0166-137x4op het tijdstip waarop de maximum temperatuurwordt bereikt. Bij semi-adiabatische praktijk-omstandigheden heeft de aanvangstemperatuurechter een niet te verwaarlozen invloed op demaximum temperatuur die het beton zalbereiken.telefoonnummersMet ingang van 30 mei 1983 worden onzetelefoonnummers gewijzigd. Het algemenetoegangsnummer van het gebouw Cementrumwordt 401 (i.p.v. 150). Het nummer van deabonnementenadministratiewordt dan 401231(MarionBonte).oooadministratie:postbus 3011, 5203DA 's-Hertogenboschtelefoon (073) 150231 (m.i.v. 30-5-'83: 401231)Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlengd, tenzij het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opgezegd.
Reacties