Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenbosch mei 1985Jong beton,een kritieke faseInleidingEen van de meest voorkomende problemen in depraktijk van het .bouwen in beton is nog altijdongewenste scheurvorming. Dit verschijnsel wordtveelal geconstateerd direct nadat de constructie isontkist. Ook in een later stadium treedt nog dikwijlsscheurvorming op.Over de oorzaak van dit probleem vinden tallozemalen uitvoerige discussies plaats, al of nietgevolgd door uitgebreid onderzoek. Veelal ligt deoorzaak in het vroegste stadium van verharden,namelijk in de periode die volgt onmiddellijk na hetstorten tot aan het tijdstip waarop het beton alenige sterkte bezit. In de terminologie van detechnoloog is dit 'jong beton'.Vanaf het moment dat cement met water inaanraking komt,spelen er zich processen af diezich grotendeels aan onze visuele waarnemingenonttrekken. Op het bouwwerk lijkt de rust te zijnteruggekeerd na het storten en verdichten van debetonspecie.ln het zojuist gestorte beton is echterhet tegendeel waar. Een indruk hiervan kanworden verkregen door beton te storten achter eenglasplaat en het gebeuren gedurende een aantaluren te observeren. Zichtbaar is dan het procesvan sedimentatie. Er is duidelijk een voortdurendverticaal watertransport waar te nemen, soms zosterk dat ook cement en fijn toeslagmateriaal wordtmeegevoerd.Het gevolg van ditsedimentatieproces iswateruitstoting, ook wel bleeding genoemd.Het resultaat is ook in de praktijk zichtbaar:het oppervlak van de betonspecieis korte tijd nahet storten bedekt met een laagje bleedingwater.Er gebeurt in het jonge beton echter nog veel meerdat niet direct zichtbaar is. Voor het verkrijgen vanmeer inzicht in het fenomeen van scheurvorming ishet noodzakelijk de verschillende mechanismendie met vormveranderingen te maken hebben, tekennen.Van betonspecie naar betonHet opstijvings- en verhardingsproces vanverhardendecementpasta wordt gekenmerkt dooreen gigantische toename van het specifiekoppervlak. Een portlandcement klasse A heeft inonverharde toestand een specifiek oppervlak vancirca 300 m2/kg. Na volledige hydratatie, waarbijcirca 25% water wordt gebonden, is het oppervlaktoegenomen tot ongeveer 200 000 m2/kg. Na 1 à 2dagen verharding neemt het oppervlak al toe van300 m2/kg tot ca. 50 000 m2/kg. Het is duidelijk datdeze zeer snelle toename van het oppervlak grotegevolgen heeft voor de vervormbaarheid van decementpasta en dus van het beton.Het ontstaan van scheuren is een wedloop tussenoptredende vervormingen en de vervormbaarheidvan het verhardende beton.In min of meer chronologische volgorde zullen devormveranderingen in verhardende betonspecieworden besproken.Volumeverandering door binding van water(chemische krimp)Per gram chemisch gebonden water ontstaat ereen volumevermindering van ca. 0,25 cmë.De volumeverandering uit zich niet ineenuitwendige vermindering, maar als een vergrotingvan de porositeit van de cementsteen. Ze is alsH=speciehoogtec:1Sedimentatiesnelheid2Invloed van de speciehoogte op het sedimentatieprocesIzodanig dus niet van belang voor het fenomeenscheurvorming, maar kan worden gebruikt om dehoeveelheid gebonden water op een bepaaldtijdstip vast te stellen.Wateruitstoting door sedimentatie (bleeding)Een belangrijke factor bij het optreden van scheur-vorming in verhardend beton is sedimentatie.Dit verschijnsel vindt gedurende de eerste urenhet storten plaats. Het principe van sedimentatiewordt weergegeven in figuur 1. Hieruit blijkt dat desnelheid waarmee de wateruitstoting plaatsvindtaanvankelijk constant is en dan als functie van detijd tot nul afneemt. Op dat tijdstip wordt de totalewateruitstoting gevonden. Deze wordt de capaci-teit genoemd. De waarde van de capaciteit wordto.a. bepaald door de hoogte van de speciekolom.Sedimentatie als zodanig veroorzaakt geenscheurvorming. Scheuren kunnen echter ontstaanals boven de wapening de sedimentatie stoptterwijl daar vlak naast de sedimentatie nogdoorgaat. Hierdoor ontstaan schuifspanningen inhet beton. Het gevolg hiervan is de karakteristiekescheurvorming ter plaatse van de wapenings-staven, zoals deze vaak te zien is in vloeren bovende bovenwapening en in balken en kolommen terplaatse van de beugels.Om dit verschijnsel nader te kunnen verklaren isindertijd door een CUR-commissie een onderzoekuitgevoerd. Dit onderzoek had tot doel omenerzijds een aantal wetmatigheden van hetsedimentatieproces vast te stellen en anderzijdsscheurvorming als gevolg van sedimentatie ingewapend-betonplaten te reproduceren en te ana-lyseren (zie lit. 1).In figuur 1 is de sedimentatie getekend als functievan de tijd. Het blijkt echter dat de sedimentatie-snelheid afhankelijk is van de betonsamenstelling,2terwijl de capaciteit of totale sedimentatie en de tijdwaarop deze wordt bereikt recht evenredig is metde hoogte van het constructie-onderdeel of despeciehoogte. Hierdoor kan het sedimentatie-proces grafisch worden vastgelegd door tweelijnen: de sedimentatiesnelheid Ven de zgn.secantsnelheid V' (fig. 2).Met deze laatste lijn wordt de schijnbare snelheidaangegeven, berekend uit de tijd die nodig is voorhet gehele sedimentatieproces, dus tot op hettijdstip waarop V nul geworden is. Zoals uit figuur 2al min of meer blijkt is V' onafhankelijk van despeciehoogte, wat uit het onderzoek is bevestigd.Door deze wetmatigheid is het mogelijk om desedimentatietijd S uit te drukken in de specie-hoogte H. Het blijkt dan dat min of meer onafhan-kelijk van de water-cementfactor en cementsoort,voor gebruikelijke cementhoeveelheden van300-350 kg/m 3, de sedimentatietijd circa 1/4 vande speciehoogte (in mm) aan minuten duurt. Dit iseen praktische vuistregel, geldend voor specie-temperaturen tussen tü en 20°C.Met deze vuistregel kunnen we de eerdervermelde gevaren voor scheurvorming bijgewapend-betonconstructies nader toelichten.Bij betondekkingen (in het horizontale vlak) tussende 15 en 40 mm stopt boven de wapeningsstavende sedimentatie na 4 tot 10 minuten. Naast dewapening verloopt het sedimentatieproces echternog met dezelfde snelheid als in het begin.Hiermee wordt duidelijk dat de verhouding van dedekking (d) ten opzichte van de dikte van de vloerof constructie (H) een sterk bepalende factor isvoor het risico van scheurvorming. Het is geblekendat bij een verhouding dlH < 0,3 scheurvormingoptrad. De scheurwijdte nam toe naarmate deverhouding dlH kleiner werd.Uit bovenstaande vuistregel voor de sedimentatie-d/H = 0,15 d/H = 0,30 d/H = 0,503Verloop van de plastische krimp ten opzichte van dewaterverdampingtijd kan eveneens worden afgeleid dat scheur-vorming als gevolg van sedimentatie bij gangbareconstructies zal plaatsvinden binnen ongeveer2 uur na het storten.Plastische krimpZolang de wateruitstoting nog groter is danverdamping aan het oppervlak treedt geenplastische krimp op. Nadat het oppervlak droogwordt, ontstaat er krimp. De grootte ervan isafhankelijk van de verdampingssnelheid en :degeringe weerstand tegen vervorming van de nogplastische specie. Door de verdergaandehydratatie wint het jonge beton aan sterkte enstijfheid. Hierdoor wordt de weerstand tegen dekrimp, die optreedt als gevolg van de verder-gaande verdamping, steeds groter. Het resultaat isdat, ondanks gelijkblijvende verdampingssnelheidde grootte van de krimp afneemt (fig. 3).Als gevolg van de toenemende inwendigespanningen ontwikkelen zich microscheurtjes in decementsteen. In dit stadium wordt de maximalevervorming door plastische krimp bereikt, terwijl deverdamping nog praktisch in hetzelfde tempodoorgaat. Zoals naderhand bij de behandeling vande vervormbaarheid van de betonspecie zalworden aangetoond, zal scheurvorming als gevolgvan plastische krimp onder Nederlandse klimaat-omstandigheden niet eerder plaatsvinden dancirca 2 uur na het storten.121086------------waterverdampingtijd (uren) 4Scheurvorming boven de wapening in gewapend-betonplaten, als gevolg van een combinatie vansedimentatie en plastische krimp. Onder de foto is voorelk van de drie platen de verhouding betondekking/speciehoogte (d/H) aangegeven(overgenomen uit eUR-rapport 88 'Scheurvorming injonç beton')34Vervormbaarheid als functie van de ouderdomUit temperatuurmetingen in verhardend beton isgebleken dat onder zomerse omstandighedenonder invloed van uitdroging in de buitenste laagvan circa 10 mm lagere temperaturen aanwezigzijn dan in het direct daaronder gelegen beton. De-ze temperatuurgradiënt veroorzaakt trek-spanningen :in het oppervlak die een bijdragekunnen geven aan het optreden van scheuren;vooral in combinatie met plastische krimp is eraanleiding tot scheurvorming. Een soortgelijkeffect wordt veroorzaakt door daling van detemperatuur in een verhardende betonconstructiein de eerste nacht na het storten. Vooral bijconstructies met een groot afkoelend oppervlak(zoals vloeren) kan de temperatuurdalingaanzienlijk zijn.Vervormbaarheid van jong betonUit het voorgaande is gebleken dat verhardendbeton een aantal vervormingen kan of moet onder-gaan. Om de gevolgen hiervan te kunnen beoor-delen is het nodig inzicht te hebben in de vervorm-baarheid van het beton. Het meten van dezeeigenschap is bijzonder moeilijk, omdattijdens het uitvoeren van zo'n meting de eigen-schappen van het beton voortdurend veranderen.In tegenstelling tot de ontwikkeling van de sterkteen stijfheid heeft de ontwikkeling van de vervorm-baarheid geen regelmatig verloop (fig. 4). Duidelijkblijkt uit deze figuur dat tussen de eerste 4 en 8uur het beton in een kritiek stadium verkeert.De mogelijkheden tot vervormen zonder datscheuren ontstaan, zijn dan minimaal. Nadienneemt de vervormbaarheid weer iets toe.Het principe van figuur 4 wordt nauwelijksbeïnvloed door de betonsamenstelling. Deverhardingstemperatuurverschuift het diagram naar links of naar rechts bijhogere, respectievelijk lagere temperaturen.42 4 Buur 1dag 7ouderdom ( log.schaal)De kritische periode van minimale vervorm-baarheld komt dus na afloop van de sedimentatieen is daardoor vooral van belang met het oog ophet optreden van plastische krimpen temperatuur-krimp. Deze kritische periode van minimalevervormbaarheid wordt ook wel het 'deformatie-venster' genoemd.Om dit punt zonder scheurvorming te passerenzijn verschillende praktische maatregelenmogelijk. De belangrijkste worden hier genoemd.Praktische maatregelenIn het voorgaande zijn de vervormingen afzonder-lijk behandeld. In de praktijk is scheurvormingvaak het gevolg van verschillende, tegelijkertijdoptredende, soorten vervormingen. Uitvoerings-technische maatregelen kunnen ertoe bijdragendie vormveranderingen en de gevolgen ervanzoveel mogelijk te beperken.Storten in lagenBij dikke constructies kan het wenselijk zijn hetstorten in lagen uit te voeren. Bijvoorbeeld eeneerste laag tot onder het bovenwapeningsnet envervolgens in een tweede laag de constructieafstorten. Hierdoor wordt de verhoudingdekking/speciehoogte gunstig beïnvloed.OppervlakteafwerkingScheurvorming in vloeren ten gevolge vansedimentatie kan in belangrijke mate wordenvoorkomen door het vloeroppervlak na hetopstijven (aantrekken) mechanisch of met de handdicht te schuren. Reeds opgetreden scheurenboven de wapeningsstaven worden hierbij tevensweer gedicht. Deze bewerking dient bij voorkeur teworden uitgevoerd in de periode van nogafnemende vervormbaarheid. Daardoor zal ook hetrisico van plastische krimpscheuren wordenbeperkt.Dichtschuren van het betonoppervlak is een belangrijkemaatregel om scheurvorming in vloeren te voorkomen.Bij voorkeur uit te voeren in de periode van nogafnemende vervormbeemeid(de foto is genomen bij de betonfabriek te Kats, tijdensde produktie van kokerliggers voor de brugconstructie opde stormvloedkering in de Oosterschelde)NabehandelingEen goede nabehandeling voorkomt voortijdigeuitdroging van het betonoppervlak en vormt daar-door een zeer effectieve bescherming tegen derisico's van plastische krimp. Voor richtlijnenomtrent tijdsduur en wijze van nabehandelenwordt verwezen naar Betonlek 6/17.IsolerenAan het vermijden van ongewenste temperatuur-gradiënten en temperatuurdaling in jong betonmoet voldoende zorg worden besteed. Dit kanonder andere geschieden door het gebruik vaneen isolerende bekisting.Kritische perioden zijn vooral het voor- en najaar,waarin de verschillen tussen de dag- en nacht-temperatuur groot kunnen zijn. Het aanbrengenvan een isolerende afdekking over pas gestortebetonoppervlakken is dan noodzakelijk.literatuur1. CUR-rapport 88, Scheurvorming in jong beton2. Betonlek.4/1 maart 1978, Scheuren in jongbeton3. Betoniek 6/17 juli/augustus 1984,Nabehandeling als voorzorg5BETONlEK verschijnt 10 x per jaar.Abonnementsprijzen per jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 5% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 17,-overige landen f 27,ISSN 0166-137x6administratie:postbus 3011, 5203 DA 's-Hertoqenboschtelefoon (073) 401231Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlengd, tenzij het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opgezegd.