Een maandelijkse uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-238531 september 1975Is analyse van verhardbeton mogelijk en zinvol?Bij de levering van betonspecie door bij voor-beeld een betonmortelcentrale kan de samen-stelling reeds tijdens het storten door middelvan een specie-analyse worden gecontroleerd.Blijkt later dat het beton in een of anderopzicht niet aan de verwachtingen voldoet,dan kan dit aanleiding zijn om achteraf nog tewillen nagaan of de samenstelling wel juist isgeweest. Bij levering op samenstelling doet ditals vanzelfsprekend aan. Bij levering op sterkteligt deze zaak misschien iets minder duidelijk,maar wanneer de proefkubussen de vereistesterkte niet hebben gehaald, kan er weldegelijk reden zijn om te onderzoeken ofmisschien fouten in de samenstelling voor dezete geringe sterkte verantwoordelijk zijn.We moeten ons hierbij wel realiseren wat desamenstelling van beton is en in hoeverre dieverschilt van die van betonspecie. Het ver-harde beton bestaat uit cementsteen (cement+ gebonden water), toeslagmateriaal (inNederland meestal zand en grind), ingeslotenluchtholten tengevolge van niet volledige ver-dichting en al of niet met water gevuldecapillaire poriën.1Belangrijk voor de sterkte zijn vooral hetcementgehalte en de water-cementfactor.Doordat de korrelverdeling van de toeslaginvloed heeft op de bij het aanmaken benodig-de hoeveelheid water en op de bereikbareverdichting van het beton, is ook deze vanbelang. Is het nu mogelijk om aan de verhardemassa te bepalen wat het cementgehalte, dewatercementfactor en de korrelverdeling vande toeslag waren?Ja, het is mogelijk, maar niet zonder problemenen van de nauwkeurigheid van de uitkomstmoeten we ons geen overdreven voorstellingmaken. De problemen zijn, hoewel niet geheeldezelfde, toch verwant aan die van de analysevan verse specie. Ook hier moeten we bepaal-de zaken aannemen, die meestal niet helemaalwaar zijn ensorns helemaal niet.Bepaling van het cementgehalteVerhard cement lost op in zoutzuur. Nu ja,'lost op' is eigenlijk niet helemaal waar. Onderinvloed van zoutzuur ontstaat uit cementgedeeltelijk een oplossing van zouten enverder blijft er een slijmerige, vlokkige massakiezelzuur over. Het feit dat zowel bij portland-ais bij hoogovencement een, gelukkig klein,gedeelte niet door zoutzuur wordt opgelost,verwaarlozen we gemakshalve maar. Slaan wehet te onderzoeken monster beton in stukkenen overgieten we een afgewogen hoeveelheidervan met zoutzuur in een porseleinen schaal,dan zorgt het zoutzuur in ieder geval voor eenontbinden van de massa. Nadat de reactie :isafgelopen, vinden we in de schaal zand, grinden de al genoemde vlokkige kiezelzuurmassa.De vloeistof bevat de opgeloste zouten. Eenvoorlopige mogelijkheid tot onderzoek vindenwe door in deze oplossing het kalkgehalte tebepalen. In verband met het grote verschil inkalkgehalte tussen portland- en hoogoven-cement spreekt het vanzelf dat we moetenweten welke cementsoort is gebruikt. Hetbekende kalkgehalte van het cement maakt hetons mogelijk Om te berekenen hoeveel cementin het beton aanwezig was.Hier stormen echter al meteen de moeilijk-heden op ons af, want hoeveel is dat kalk-gehalte van cement? Bij portlandcementvarieert het binnen nauwe grenzen,en weltussen 63% en 66%. Bij hoogovencement ligtde zaak wat moeilijker. Afhankelijk van deslak-klinkerverhouding kan het gehalte aankalk (CaO) hier variëren van 40 - 55%!Als het exacte kalkgehalte niet bekend is, kanmeer dan een aanduiding dat er cement inzatniet uit deze analyse worden verwacht.Altijd bruikbaar is het afslibben van het kiezel-zuur uit de in de porseleinen schaal achter-gebleven massa. Laten we een langzamestroom water door de schaal vloeien,danworden de opgeloste zouten en de vlokkigekiezelzuurmassa meegesleept. Na afloop vanhet uitspoelen en drogen van het achter-gebleven toeslagmengsel kunnen we dit weger)en kennen dan de gewichtsverhoudingtussen cement + gebonden water + koolzuurenerzijds en toeslagmateriaal anderzijds.Ook hier doen zich weer allerlei problemenvoor. Zoals boven al eerder gezegd, is cementom te beginnen niet volledig oplosbaar inzoutzuur. Dit is geen groot probleem omdat hetin zoutzuur onoplosbare gedeelte van cementmeestal maar zeer klein is.Ten tweede gaan we uit van de veronder-stelling dat door de langzame waterstroom devlokkige kiezelzuurmassa volledig wordt1Het uitspoelen van de toeslagmaterialenuitgewassen en niets van de toeslag, ook nietvan het fijnste zand. Vooral om te beletten dateen deel van het zand wordt meegesleept, iszeer zorgvuldig werken absoluut noodzakelijk.We hebben tot nu toe geen rekening gehoudenmet het feit dat het verharde beton tamelijkwat koolzuur uit de lucht kan hebben op-genomen, zeker wanneer het beton poreus is.Dit koolzuur ontsnapt tijdens de behandelingmet zoutzuur en we hebben geen enkelepraktisch bruikbare methode om te bepalenhoeveel het is.Het niet volledig oplosbaar zijn van het cementhebben we reeds genoemd, maar we zijn stil-zwijgend voorbijgegaan aan een andereveronderstelling, namelijk dat de toeslaghelemaal niet door zoutzuur wordt aangetast.Voor de in Nederland het meest gebruiktetoeslagmaterialen zand en grind klopt dat ookwel. Het percentage daarvan dat in zoutzuuroplost, is meestal verwaarloosbaar.In menig ander land is de situatie heel watanders. Dikwijls genoeg wordt bij voorbeeldgebroken kalksteen als toeslag gebruikt, eenstof die oplosbaar is in zoutzuur. De inter-nationale organisatie op cementgebied, Cem-bureau, heeft zich jaren geleden over ditprobleem gebogen en door samenwerkingtussen cementchemici uit vele landen is naareen analysemethode gezocht, die volkomenwaterdicht zou zijn en die juiste resultaten zougeven, wat ook de aard van cement en toeslagwas. Wij zullen niet nader ingaan op debijzonderheden van deze zeer ingewikkeldeanalysemethode. Wel kunnen wij vertellen datna ontwikkeling van de methode een aantalgerenommeerde Europese cementlaboratoria2Een monster verhard beton voor de analysezich heeft gewijd aan de taak om alle een-zelfde monster beton te onderzoeken. Ver-schillende laboratoria kwamen tot zeer redelijkeresultaten, maar andere, toch echt nietbemand door kwajongens, vonden zulke groteafwijkingen van de (bij de samenstellers be-kende) samenstelling, dat toch wel enigevragen over de 'waterdichtheid' van demethode rezen. Bij meer routine in dezeanalyse zal het ongetwijfeld wel beter gaan,maar het :is wel duidelijk, dat dit geen onder-zoekmethodeis die je zo maar even :in eenlaboratorium en zeker niet in een bouwkeetkunt uitvoeren.Korrelverdeling van het toeslagmateriaalWanneer we eenmaal na het afslibben delaatste resten van het 'opgeloste' cementhebben verwijderd, is het bepalen van dekorrelverdeling van de toeslag geen moeilijk-heid meer. Hier kan werkelijk een kind de wasdoen. Natuurlijk schuilt ook hier nog wel eenaddertje onder het gras, want we nemenrustigweg aan dat we bij het in stukken brekenvan het ontvangen brok beton niet ook toeslag-korrels in stukken hebben gebroken. Wanneerwe het beton voorzichtig met een hamerhebben stukgeslagen, valt dit als regel nog welmee, zodat we het resultaat van de zeving vande toeslag in verschiIlendekorrelfracties alseen behoorlijk betrouwbare analyse kunnenzien.Het desintegreren van het beton wordt echterook wel uitgevoerd door het te verhitten en dansnel af te koelen. Hierbij is het stukspringenvan toeslagkorrels vrijwel zeker en krijgen wedus beslist geen zuiver beeld van de oor-spronkelijke korrelverdeling. Een wel bruikbaremethode is het sterk afkoelen met behulp van3vast koolzuur, waarbij alleen de cement-steen wordt kapotgedrukt door bevriezen vanhet in de poriën aanwezige water.Bepaling van de watercementfactorBij de pepaling van het cementgehalte zijn weeigenlijk nog niet verder gekomen dan hetbepalen van het gehalte aan cement + ge-bonden water + koolzuur :in het beton. Kunnenwe nog iets verder komen? Natuurlijk kan dat,hoewel ook weer met enkele beperkingen.Door wegen in lucht en onder water kunnen wede hoeveelheid watertoegankelijke poriën teweten komen. Hierbij moeten we wel bedenkendat bij het verdichten van de specie altijd welenige lucht wordt ingesloten. Om uit dehoeveelheid poriën te berekenen hoeveel niet-gebonden water aanwezig is geweest, zoudenwe dus een correctie voor die ingesloten luchtmoeten toepassen, wat minder eenvoudig isdan het lijkt.We kunnen een ander afgewogen monster vanhet beton gaan uitgloeien bij ca. 1000 oe. Ookweer werk voor een geroutineerd laborant opeen goed ingericht laboratorium! Het verschilin gewicht voor en na het uitgloeien be-schouwen we dan als het gewicht van hetgebonden water. Dit gewicht, afgetrokken vanhet bij het afslibben bepaalde cement +gebonden water + koolzuur, geeft ons hetgewicht van het cement. De hoeveelhedengebonden en nietgebonden water samenvormen de oorspronkelijk aanwezige hoeveel-heid water. Hieruit en uit het cementgehaltekan dan worden berekend hoe groot dewatercementfactor is geweest.We hebben reeds aangestipt dat, zeker in eenporeus beton, een deel van de vrijgekomenkalk door het koolzuur uit de lucht zal wordengebonden tot calciumcarbonaat. Deze ver-binding ontleedt ook bij de bovengenoemdegloeitemperatuur en het dan ontwijkendekoolzuur geeft ook een gewichtsverlies. Ditgewichtsverlies tellen we als water, maar ishet beslist niet! Alle reden dus om de uitbovenstaande gegevens berekende water-cementfactor zeer kritisch te beschouwen.ConclusieSamenvattend kunnen we zeggen dat debovenbeschreven, betrekkelijk eenvoudigeanalysemethode ons inderdaad wel iets kanvertellen over de samenstelling van hetvervaardigde beton. We moeten echterrekening houden met een analysefout vanzeker Voor de bepaling van de water-cementfactor is deze fout zelfs nog groter. Wemogen ons dus niet verbeelden dat het onder-zoek ons uitsluitsel kan geven over de vraagof het beton 325 of 350 kg/m3cement bevatteen evenmin of de watercementfactor 0,55 in4plaats van 0,50 was. Uitsluitsel over de vraag ofbij de samenstelling van het beton grovefouten zijn gemaakt, is wel degelijk mogelijk.En daar gaat het meestal toch om.Een groot verschil in cementgehalteofinwatercementfactor tussen de voorgeschrevenen de werkelijke waarde speelt een belangrijkerol in de bereikte sterkte. Evenzo kan eenflagrante fout in de korrelverdeling van detoeslag door de veranderde waterbehoefte dewatercementfactor en daarmee de sterktebeinvloeden. Deze zaken kunnen we er met ditonderzoek uithalen ..., mits we maar allesomtrent de samenstellIng van het beton mogenaannemen, wat we dit hele verhaal doorhebben gedaan. Kan dat op een of anderemanier niet, dan zijn we met onze hele analysevan verhard beton nergens! Alles bijeen-genomen kunnen we dus beter het betonineens goed maken, dan is deze hele riskanteanalyse overbodig.o