Een ~~ uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht507 Amsterdamtelefoon 020-238531Mengselontwerp: de'Basic Mix' methodeEen goede speciesamenstelling is de basisvan een goede betonkwaliteit. Dat verklaartechter nog niet waarom zoveel methoden zijngepubliceerd om tot een goed mengsel tekomen.Zo op het eerste oog verwacht men nauwelijksproblemen. Specie bestaat uit grind, zand,cement en water. Weliswaar moet de meng-verhouding van deze vier bestanddelen wordengekozen, maar daar zijn wel handige vuist-regels voor. Denk maar aan 1-2-3 beton. Eénschep cement, twee zand, drie grind en zoveelwater dat een goed verwerkbare massa ont-staat. Een dergelijk recept is gemakkelijk teonthouden en voor bepaalde toepassingen ookgoed genoeg.Voor bepaalde toepassingen ... en daarmee iséén van de kernpunten van een goed mengsel-ontwerp genoemd. De kwaliteit van het meng-sel moet altijd worden gezien tegen de achter-grond van de toepassing. En toepassing wildan weer zeggen: aard van de constructie,transportmethode van de specie, verwerkings-mogelijkheden, eisen gesteld aan de kwaliteitvan het beton enz. Daarmee zijn dan enkelebelangrijke aspecten genoemd; de lijst isechter zeker niet volledig.Het hele complex van omstandigheden dat methet woord 'toepassing' wordt aangeduid, isnog maar één kant van de zaak. Los van detoepassing is een omschrijving als 1-2-3 geheelonvoldoende om een betonmengsel te karak-teriseren. Eén deel cement; maar dat is nietfebruari 1975altijd evenveel, zelfs niet als de hoeveelheidniet met een schop maar met een meetvatwordt afgemeten.In de VB 1974 (eflin de GBV 1962) staat daar-om dat de hoeveelheid cement, in een mengselgebruikt, door weging moet worden bepaald.lets dergelijks geldt voor zand en grind. Naastde korrelverdeling heeft hier het vochtgehalteeen grote invloed op het vulgewicht. In deVB 1974 staat dat de hoeveelheid toeslag-materiaal in het algemeen door weging moetworden bepaald. Volumetrische dosering is weltoegestaan, maar dan moet men door regel-matige controle kunnen aantonen dat dedoseernauwkeurigheid minstens zo goed is alsbij dosering door afwegen.Wegen dus, voor cement altijd, voor toeslag-materiaal in het algemeen. Maar ook daarmeezijn we er nog niet. De materialen moetenscherper worden gedefinieerd. Cement: welkeklasse (in verband met sterkte-ontwikkeling)en welke soort (in verband met prijs of bijzon-dere eigenschappen). Zand en grind: wat is hetwatergehalte (in verband met de nog toe tevoegen hoeveelheid), wat is de korrelverdelingen de korrelvorm (in verband met de verwerk-baarheid).Dit alles overwegende, is het toch niet zo ver-wonderlijk dat er zo'n groot aantal methoden isgepubliceerd om tot een optimale beton-samenstelling te komen. Sommige van diemethoden behandelen slechts een deel van hetprobleem, bij voorbeeld een gunstige ~grindverhouding. Andere zijn algemener enbestrijken het gehele gebied van beton- engrondstofeigenschappen.Eén van deze laatste is de in Engeland ont-wikkelde 'Basic Mix' methode. Op zichzelf isde methode niet beter of slechter dan eenaantal andere in gebruik zijnde methoden. Er isechter een aantal, betontechnologisch gezien,zeer gezonde principes ingebouwd, die eenintroductie via BETONlEK rechtvaardigen. Eenvolledige beschrijving is verkrijgbaar bij deCement andConcrete Association. De auteur,P. L. Owens, was onder meer werkzaam alsleraar bij het opleidingsinstituut van dezeorganisatie.Principes'Basic Mix' zou men kunnen vertalen met uit-gangsmengsel. De naam geeft de kern van demethode aan: op grond van de beschikbaregegevens over de grondstoffen komt men mettabellen tot een eerste proefmengsel. Dit wordtvervaardigd en op eigenschappen beoordeeld.Op grond van de bevindingen kunnen op aan-gegeven wijze correcties worden aangebracht,waardoor men tot het uitgangsmengsel komt.Dit mengsel wordt, samen met twee afgeleidemengsels geproduceerd en beoordeeld. Deresultaten worden op een mengselkaart aan-gegeven. Met deze kaart kan gemakkelijk dedefinitieve samenstelling worden gekozen enworden tevens eventuele latere correcties inverband met wijziging van grondstofeigen-schappen aangegeven.De tabellenBij de methode behoort een vijftal tabellen,voor maximale korrelgrootten van resp. 10, 15,20,30 en 40 mmo Per tabel moet een keusworden gemaakt uit drie verwerkbaarheids-gebieden (aardvochtig, halfplastisch en plas-tisch), vier fijnheden van het zand (ongeveerNF van resp. 2,0 - 2,5 - 3,0 en 3,5) en drie korrel-vormen van het toeslagmateriaal (rond, on-regelmatig en hoekig). Dat laatste onderscheidis in Engeland wel nodig in verband met de2grote verscheidenheid van het daar toegepastetoeslagmateriaal. Het meeste in Nederlandgebruikte toeslagmateriaal kan men in dit op-zicht rond tot onregelmatig noemen.Voor elke combinatie van maximum korrel,verwerkbaarheid, fijnheid zand en vorm grindwordt aangegeven hoeveel kg water, cementen toeslagmateriaal (gesplitst in meerderefracties) men moet mengen om 1 m3van heteerste proefmengsel te krijgen. Hierbij wordtuitgegaan van een water-cementfactor van 0,55.Nu is het gebruik van tabellen erg gemakkelijk,maar ze hebben het bezwaar dat de gebruikergeen inzicht krijgt in de samenhang van deverschillende factoren. Niets belet onS echterom de tabellen zelf te vervaardigen in plaatsvan te kopiëren naar het Engelse voorbeeld.VerwerkbaarheidHet eerste waar naar gekeken moet worden, isde gewenste verwerkbaarheid, omdat deze ingrote lijnen de waterbehoefte van het mengselbepaalt. In het boek Betontechnologie (zieliteratuuropgave) wordt op pagina 101 eenindicatie gegeven van de waterbehoefte alsfunctie van ondermeer de nominale korrel enhet consistentiegebied.Voor een nominale korrel 31,5 wordt voor deconsistentiegebieden 1 t/m 4 aangegeven resp.145, 155, 175, 190 I. De basic mix methodegeeft 140, 160 en 170 I voor de consistentie-gebieden 1 t/m 3, wat een bijzonder goedeovereenkomst is. Voor een kleinere nominalekorrel is de overeenkomst niet zo mooi. Debasic mix methode verwacht daar een belang-rijkgrotere waterbehoefte dan in het boekBetontechnologie wordt aangegeven. Voor eengrotere nominale korrel is de verwachte water-behoefte daarentegen wat kleiner. Zoiets be-hoeft geen onrust te wekken. De aangegevenwaterbehoefte is niet meer dan een indicatie.Een proefmengsel zal moeten uitmaken of hetook inderdaad klopt.Voor de te ontwerpen tabel zullen we onsbeperken tot een nominale korrel van 31,5 ende consistentiegebieden 1 tlm 4, waarbij aan-genomen wordt dat de waterbehoefte resp.145, 160, 175 en 190 zal bedragen.CementgehalteNa het watergehalte dient het cementgehaltete worden gekozen. De basic mix methodegaat voor de basissamenstelling uit van eenwater-cementfactor van 0,55. Op de mengsel-kaart wordt dit uitgebreid tot ongeveer 0,45aan de ene kant en ongeveer 0,70 aan deandere kant, waardoor een groot stuk van dein de praktijk gebruikte water-cementfactorenwordt bestreken.Als we in ons voorbeeld ook uitgaan van eenwcf = 0,55, dan wordt de tabel:verwerkbaarheidsgebied1 2 3 4water (I) 145 160 175 190cement (kg) 265 290 320 345Hoeveelheid toeslagmateriaalDe hoeveelheid toeslag voor 1 m3 specie kannu op de bekende manier worden berekend.265 kg cement met een soortelijke massa vanbij voorbeeld 2,95 (hoogovencement) heeft eenvolume van265 .2,95 = 90 liter.3De drie verwerkbaarheidsgebieden: aard-vochtig (links), halfplastisch (midden) en plas-tisch (rechts)Hierbij opgeteld 145 I voor het wateren 15 litervoor ingesloten lucht laat 1000 - 90 - 145-15 = 7501 over voor het toeslagmateriaal. Bijeen soortelijke massa van 2,65 betekent dit750 X 2,65 = 1990 kg. Voor de andere con-sistentiegebieden geeft dezelfde berekening1925 kg, 1S60 kg en 1795 kg. De tabel wordt nudus:verwerkbaarheidsgebied1 2 3 4water (I) 145 160 175 190cement (kg) 265 290 320 345toeslag (kg) 1990 1925 1860 1795GraderingEr zijn verschillende methoden om tot een zogoed mogelijke gradering te komen. In zijneenvoudigste vorm is gradering de zand/grind-verhouding, en voor dat geval geeft het hier-voor genoemde boek Betontechnologie deformule volgens Rengers-Antonisse:Pz = 10 NFz - o,ose + 2 c.g. + 27.Pz is hierbij het percentage zand ten opzichtevan de totale hoeveelheid toeslag, NFz denieuwe fijnheidsmodulus van het zand (terherinnering: de som van de cumulatieve pro-centuele zeefresten op de zeven 125 .um, 250.um, 500 .um, 1 mm, 2 mm, C4, CS, C16 enC31,5, gedeeld door 100). C geeft de hoeveel-heid cement (in kg/m3) in het mengsel aan,terwijl tenslotte c.g. hetconsistentiegebied is.De formule is het aankijken waard en is veelinstructiever dan een tabel met berekendehoeveelheden zand en grind.Allereerst blijkt dat het aanbevolen zandper-centage afhankelijk is van de fijnheid van hetzand. In Engeland wordt het zand in vier fijn-heidsklasseningedeeld, zone 1, 2, 3 en 4genoemd. Deze zones komen ongeveer over-een met NF-waarden van 3,5 - 3,0 - 2,5 en 2,0.De formule geeft aan dat hoe fijner het zand is,hoe minder ervan gebruikt moet worden. Over-gang van een zone naar de naast fijnere be-tekent een reductie van het aanbevolen zand-percentage met 5[)/o. Ook bij een toename vande hoeveelheid cement dient volgens deformule het zandpercentage te worden ver-laagd. 25 kg cement komt overeen met 2%ofwel ongeveer 40 kg zand. Men zou kunnenzeggen dat het ene fijne materiaal wordt ver-vangen door zoveel ander fijn materiaal dat deverwerkbaarheid ongeveer gelijk blijft.Tenslotte wordt voor een beter verwerkbaarmengsel dat dus meer water bevat iets meerfijn materiaal gevraagd, omdat anders desamenhang van de specie achteruitgaat.Een verschuiving van 1 consistentiegebiedkomt in principe overeen met 2% zand, maarwordt in ons geval geheel gecompenseerd doorde eveneens veranderde hoeveelheid cement.Dat blijkt ook uit de op deze mahier berekendepercentages zand:percentage zand t.o.v. toeslagmateriaalconsistentiegebiedNF 1 2 3 42,0 27,8 27,8!27,4 27,4I2,5 32,8I32,8 32,4 32,43,0 37,8 37,8 37,4 37,43,5 42,8 42,8 42,4 42,44Met de tot nu toe verzamelde gegevens is hetmogelijk tabel 2 verder uit te splitsen voor devier typen zand en de afzonderlijke zand- engrindhoeveelheden.consistentiegebiedNF grondstof 1 2 3 4water 145 160 175 1902,0cement 265 290 320 345zand 555 535 510 490grind 1435 1390 1350 1305water 145 160 175 1902,5cement 265 290 320 345zand 655 630 600 580grind 1335 1295 1260 1215water 145 160 175 1903,0cement 265 290 320 345zand 750 730 695 670grind 1240 1195 1165 1125water 145 160 175 1903,5cement 265 290 320 345zand 850 825 790 760grind 1140 1100 1070 1035Wanneer dit resultaat wordt vergeleken met dedoor de Cement and Concrete Associationgegeven tabel, dan blijken er vrij grote ver-schillen te bestaan in de geadviseerde zand-percentages. Voor de combinatie grof zand -lage zetmaat moet minder zand worden ge-bruikt: 35 in plaats van 43[)/o, bij het fijnstezand en hoge zetmaat echter méér: 31,5 inplaats van 27,5iJ/o. Daar tussenin klopt het watbeter.Zoiets doet misschien een beetje vreemd aan.Je zou zeggen dat zeker een van de twee erflink naast moet zitten. Maar dan wordt ver-geten dat alle methoden niet anders zijn daneen eerste aanwijzing om tot een proefmengselte komen. En dat is dan ook exact de volgendestap.Het eerste proefmengselRekening houdend met de inhoud van demenger (de hoeveelheden uit de tabel geven1 m3specie), wordt de benodigde hoeveelheidzand en grind afgewogen en in de mengergebracht en gedurende een halve minuut ge-mengd met ongeveer 3/4 deel van de benodigdehoeveelheid water. Vervolgens wordt het ce-ment toegevoegd en nog eens een halve minuutgemengd. Tenslotte wordt nog zoveel watertoegevoegd dat naar schatting de gewensteverwerkbaarheid bereikt is en nog één minuutgemengd. Het mengsel blijft nu 4 minutenrusten. Vervolgens worden de zetmaat, desamenhang en de dichtheid (volumieke massain kg/m3) van de specie bepaald.Voor dit laatste wordt een meetvat van bij voor-beeld 101 inhoud op een triltafel geplaatst,gevuld, afgestreken en gewogen. Uit hetspeciegewicht blijkt de dichtheid van hetmengsel. Uit de afgewogen hoeveelhedengrondstoffen en de toegevoegde hoeveelheidwaterkan de verwachte dichtheid wordenberekend. Gemeten en berekende dichtheidhoeven niet gelijk te zijn door fouten in de aan-genomen soortelijke massa's van toeslag-materiaal en cement. Voor zo'n eventueel ver-schil moet uiteraard worden gecorrigeerd om-dat anders bij de werkelijke produktie meer ofminder specie wordt gemaakt dan bedoeldwordt. Bij kleine afwijkingen (minder dan ±5Het in Engeland gehanteerde onderscheid inkorrelvorm: rond (links), onregelmatig (midden)en hoekig (rechts)10 kg/m3) kan de correctie plaatsvinden doorverhogen of verlagen van de hoeveelheid grind.Bij wat grotere afwijkingen (tot ±25 kg/m3)is het verstandig ook de hoeveelheid zand inde juiste verhouding te corrigeren. Bij noggrotere afwijkingen dient het gehele mengselnaar verhoudill9 te worden aangepast.VoorbeeldStel dat voor het proefmengsel ongeveer 40liter specie moet worden gemaakt met zetmaat6. De fijnheidsmodulus van het zand is 2,5. Erwordt afgewogen (zie tabel 4) 0,04 x 290 =11,6 kg cement, 0,04 X 630 = 25,2 kg zand en0,04 X 1295 = 51,8 kg grind (aangenomenwordt dat zand en grind droog zijn).Volgens de tabel zou 0,04 x 160= 6,4 I watermoeten worden toegevoegd. Voor het proef-mengsel wordt echter zoveel water toegevoegddat naar schatting de vereiste consistentiebereikt wordt. In dit voorbeeld blijkt dit 6,6 I tezijn. Het veronderstelde specievolume is dus40,2 I bij 11,6 + 25,2 + 51,8 + 6,6 =95,2 kggrondstoffen. Dit geeft een verondersteldesoortelijke massa van95.2 , b I40,2 = 2,368 nfX de ta e,zodat voor 1 m3specie 2368 kg grondstoffennodig zo zijn. 10 liter verdichte specie blijktechter 23,83 kg te wegen. De werkelijke soorte-lijke massa van de specie is dus 2,383 en 1 m3moet dus 2383 kg wegen. Dat betekent dat ietsmeer dan dein de tabel aangegeven grond-stoffen zullen moeten worden afgewogen om1 m3specie te verkrijgen.Om precies te zijn: er is 15 kg specie extranodig. Bij een dergelijk kleine hoeveelheidmag men stellen 15 kg specie = 15 kg toeslag-Figuur 1materiaal, dus ongeveer 5kg zand en 10 kggrind. De uitlevering zou dus worden: 25 x66 = 165 I water, 290 kg cement, 630 + 5 =635 kg zand en 1295 + 10 = 1305 kg grind.Correcties op verwerkbaarheidMet recht wordt bij de gecorrigeerde uitleve-ring gesteld 'zou worden', want behalvecorrectie op dichtheid kan ook een correctIeop verwerkbaarheid nodig zijn. Met ~K Kvaring is de juiste zetmaat meestal wel In eenkeer te bereiken. Voor kleine correcties magmen aannemen dat (voor een nominale korrelvan 31,5) elke liter water per m3specie over-eenkomt met ongeveer 112 cm in zetmaat. Voorgrotere correcties is het gewenst een nieuwemeting te doen. Bij een te laag uitgevallenzetmaat kan dat door de specie in de mengerterug te brengen (evenals de specie van dedichtheidsmeting), goed door te mengen enwat extra water toe te voegen. Bijeen te hogezetmaat zal het hele mengsel opnieuw gemaaktmoeten worden.Verwerkbaarheid is echter meer danzetmaatalleen. Het is daarom .aan te raden om naastde zetmaat ook de schudmaat te bepalen. Doordaarna met een troffel over het specie-opper-vlak te strijken, krijgt men een indruk over desamenhang van de specie. Als het oppervlakna het strijken nog korrelig is, is de samen-hang te gering. Een wat klei-achtig gedragdaarentegen wijst op een te grote samenhang.In de basic-mix methode wordt aangegevenhoe voor afwijkingen in samenhang moet wor-den gecorrigeerd. Bij een te geringe samen-hang wordt een deel van het gring vervangendoor zand en wel des te meer naarmate de NFzhoger is. Bij een te grote samenhang vindtprecies het omgekeerde plaats. De geadviseer-de hoeveelheden zijn:NFz kg2,0 302,5 503,0 703,5 906a:, +----..,----,..J-----,-----r-400Wanneer in ons voorbeeld de zetmaat niet 6maar 9 bleek te zijn, terwijl het mengsel teveelsamenhang vertoonde, moet de hoeveelheidwater met ca. 6 liter worden verminderd, terwijl50 kg minder zand en 50 kg meer grind moetworden gebruikt. De gecorrigeerde samen-stelling wordt hiermee 159 I water, 290 kg ce-ment, 585 kg zand en 1355 kg grind.Omdat er nogal wat correcties zijn aange-bracht, is het gewenst om nog eens een proef-mengsel te maken met deze nieuwe samen-stelling en hiervan opnieuw dichtheid enverwerkbaarheid te bepalen. Als alles nu kloptkan tot de volgende fase worden overgegaan.De mengselkaartWe hebben nu een mengsel met de juiste ver-werkbaarheid. Er is echter uitgegaan van eengeheel willekeurige water-cementfactor en datbetekent dat de sterkte-ontwikkeling alleen bijtoeval zal overeenkomen met onze wensen.Er zal dus op de een of andere manier eenmengsel moeten worden gevonden metde verwerkbaarheid en wel de gewenstesterkte-ontwikkeling. Een hulpmiddel hierbij isde mengselkaart.Hierop wordt de sterkte-ontwikkeling van hetbasismengsel en van twee hulpmengsels aan-gegeven als functie van de samenstelling. Dehulpmengsels worden verkregen door in hetbasismengsel 60 kg cement te vervangen door55 kg zand bij hoogovencement of 50 kg zandbij portlandcement. Bij deze verandering blijftniet alleen het specievolume constant, maarook de verwerkbaarheid. Door de veranderdewater-cementfactor wordt echter een geheelandere sterkte-ontwikkeling verkregen.Als het om 28-daagse sterkte gaat, kan dezedaadwerkelijk worden gemeten door de driemengsels inderdaad te vervaardigen en hiervanmen'3selka..K normale korrel 31? ?w ..al- 6.HfN "Zand ap. kg '3rincl 1*5.1Il;o lwa!-er1;0iiï) 160 1waterEl lwaterz::v '0Q)tIn....:J .30-0fJ>::J-ll1HJJJJJ?JqJJJJkg cement iilOO·. a 0 .300 3 0. JJJDJfJJJJJJ?JJK'3 z,md G40 681; 630Figuur 2cement/m3· Dit is 20 kg meer dan in de ~samenstelling. Het uiteindelijke mengsel zaldus ongeveer 20 kg zand minder moeten be-vatten. Dit mengsel wordt hiermee:watercementzandgrind1591310 kg565 kg1355 kgproefkubussen te maken. Het is echter ookmogelijk om de sterkte-ontwikkeling alleenmaar te schatten, bij voorbeeld met de formule25B = 0,8 N + W - 45,waarbij B de kubusdruksterkte, N de norm-sterkte van het cement en W de water-cement-factor is (zie BETON/EK 2.2).In het voorbeeld was de uiteindelijke basis-samenstelling 159 I water, 290 kg cement, 585kg zanden 1355 kg grind. De hulpsamenstel-lingen bevatten dus 230 kg cement met 640 kgzand en 350 kg cement met 530 kg zand. Ditgeeft water-cementfactoren van respectievelijk159 159 159230= 0,69, 290 = 0,55 en 350 = 0,45.De verwachtekubusdruksterkten worden daar-mee voor N = 45 N/mm2(een normale waardevoor cement klasse A) respectievelijk 27, 36en 46 N/mm2·Stel, dat een B-30 beton moet worden ver-vaardigd bij een geschatte standaardafwijkingvan 4 N/mm2· De gewenste eindsterkte is dan30 + 2,2 X 4 =39 N/mm2· Het getal 2,2 ishierbij een factor, waarmee de standaardaf-wijking moet worden vermenigvuldigd. Hetprodukt geeft aan hoe ver de nagestreefdebetonsterkte boven de vereiste karakteristiekesterkte moet liggen om op een redelijke manieraan d.e gestelde eisen te voldoen.De drie waarden 27, 36 en 46 worden op dekaart aangegeven (fig. 1).Door de drie punten behorende bij de basis-en hulpmengsels wordt een lijn getrokken,waarbij blijkt dat de gewenstekubusdruksterk-te van 39 N/mm2overeenkomt met 310 kg7Wanneer in de praktijk mocot blijken dat dekubusdruksterkte toch belangrijk hoger oflager uitvalt dan werd verondersteld, kan de-zelfde kaart gebruikt worden voor verderecorrecties. Hierbij wordt een lijn getrokkenevenwijdig aan de aanwezige die met de wer-kelijk bereikte druksterkte overeenkomt. Wan-neer bij voorbeeld 42 N/mm2wordt gevondenin plaats van de gewenste 39 N/mm2dan geeftde stippellijn aan dat met 290 kg cement en585 kg zand kan worden volstaan. Op dezelfdemanier kan de kaart worden gebruikt wanneerbij voorbeeld door gebruik van andere grond-stoften de verwerkbaarheid veranderd blijkt tezijn. In dat geval dient de water-cementfactorconstant te worden gehouden. Het veranderdewatergehalte geeft dus een nieuw cementge-halte, waar weer een evenwijdige lijn doorgetrokken kan worden voor toekomstige cor-rec,ties. Natuurlijk is het ook mogelijk om almeteen een aantal evenwijdige lijnen te trek-ken voor verschillende waterbehoeften.FigUur 2 geeft een voorbeeld van zo'n kaart,waar bovendien de andere ter zake dienendegegevens op zijn ingevuld.Bij het hanteren van een dergelijke kaart moeter wel rekening mee worden gehouden dat inde VB 1974 een minimum cementgehalte wordtvoorgeschreven van 280 kg/m3·literatuurP. L Owens, Basic Mix Method; Cement &Concrete Association, 52 Grosvenor Gardens,London SW1WOAQD. W. E. Smit, C. Souwerbren en A. P. van Vugt,Betontechn%gie; Nederlandse Cementindus-trie, postbus 10, Amsterdam8AS\cMP(o