nlEigenschappenVerwe r kb a a r h e i dMeten verwerkbaarheidAlle beton begint als specie. In deze verwerkbare fase wordt de beton-specie van de menger naar de bekisting getransporteerd, verdicht enafgewerkt. Om de verwerkbaarheid van betonspecie te meten, zijn inde loop der tijd verschillende beproevingsmetheden ontwikkeld.De zetrnaat, schudmaat en verdlchtlngsrnaat zijn daarvan de meestbekende.Voor veel nieuwe betonsoorten lijken de bestaande metho-den minder geschikt. Deze betonsoorten vertonen vaak een sterkafwijkend verwerkingsgedrag. Daarom wordt wereldwijd gezocht naarnieuwe meetmethoden. Een ding is zeker: ze leveren allemaal meet-waarden op in de vorm van getallen. Maar wat zeggen deze getallenover de kenmerkende eigenschappen van het verwerkingsgedrag.Een Bet 0 n i e k over verwerkbaarheid en meetmethoden.De VET(Voorschriften Beton) onderscheidt voorbetonspecie vier consistentiegebieden. Als meetmethoden horen daar de verdichtingsmaat, de zet-maat en de schudmaat bij. Vooral bij vloeibarespecies wordt de laatste tijd ook gewerkt met devloeimaat. De bepaling van de vloeimaat lijkt op debepaling van de schudmaat, maar dan zonder tienkeer schudden. De diameter van de uitgevloeidemassa is de vloeimaat. Deze is overigens nog niet ineen norm vastgelegd.Via deze meetmethoden komen bij veel nieuwebetonsamenstellingen verschillen in verwerkingsge-drag niet tot uiting. Zo kan colloïdale betonspecieof specie voor hogesterktebeton vrijwel dezelfde zet-maat en vloeimaat hebben als normale betonspeciemaar toch een totaal ander verwerkingsgedrag ver-tonen. Kijken we bijvoorbeeld naar het gedrag bijmei 1998verdichten, dan zien we dat hogesterktebeton encolloïdaal beton een grote samenhang vertonenen nauwelijks reageren op het inbrengen van eentrilnaald. Normaal beton met een zeer hoge consis-tentie is daarentegen juist heel gevoelig voor demanier en mate van verdichten en kan daarbij snelontmengen.In de betontechnologie zien we ontwikkelingen omhet verwerkingsgedrag van betonspecie vergaand tebeïnvloeden met speciale vulstoffen, hulpstoffen enaangepaste betonsamenstellingen. Daarbij groeit debehoefte om ook de eerdergenoemde verschillen inverwerkingsgedrag meetbaar te maken. Alleen opdie manier kunnen we het verwerkingsgedrag vandeze nieuwe betonspecies getalsmatig beschrijvenen vergelijken.h·,· · ··· ·· · · · · ·. ·· · · ···.. · \ ·· ···· · ·· ·· ·····Deze weerstand kunnen we meten. Bij toenemenderotatiesnelheid meten we een toenemende weer-stand, ofbeter gezegd een toenemend torsieme-ment. Bij 'Newtonse-vloeistoffen' neemt de weer-stand vanafhet begin geleidelijk toe. Wanneer wedeze relatie in een grafiek uitzetten, zien we datdeze door het nulpunt gaat (afb. 2).Bij 'Bingham-vloeistoffen'moeten we eerst een zekere krachtuitoefenen voor het roerwerk gaat draaien. Deze'drempelwaarde' is de al eerder genoemde vloei-grens ofzwichtspanning (afb.draaisnelheid (rpm)11 Relatie tussentorsiemoment endraaisnelheid voorNewtonse-vloeistoffenh hellingshoek (relatieve viscositeit)Ia Schematische voorstelling van eenviscositeitsmeteraak denken we bij verwerkbaarheid het eerst aanvloeibaarheid van betonspecie. Bij betonspecieemen we dat consistentie, bij andere (vloei-)stof-viscositeit. Maar het begrip verwerkbaarheidomvat bij betonspecie veel meer. Het kanbetrekking hebben op mengbaarheid, vloeigedrag.transporteerbaarheid, samenhang, homogeniteit,stortbaarheid en verdichtbaarheid. Aspecten dieallemaal thuishoren binnen de reologie, de weten-schap die zich bezighoudt met verschijnselen dieoptreden bij de 'vervorming' ofstroming van vloei-stoffen.Het mechanisme dat uiteindelijk de verwerkbaar-heid van betonspecie bepaalt, is ingewikkeld. Het isvooral een krachtenspel tussen deeltjes, waarbij deeigenschappen van de deeltjes (grootte en vorm)een belangrijke rol spelen. We komen hierop terugbij 'Invloed van de betonsamenstelling' op blz. 6Wat is verwerkbaarheidBetonspede: reologie intheoriebeginnen met wat theorie over reologie.blijkt dat er verschillende vormen van vloei- envervormingsgedrag bestaan. Er zijn vloeistoffen dieinvloed van een kracht altijd vervormen.Deze vloeistoffen noemen we Newtonse-vloeistof-fen. Bij andere vloeistoffen moet de kracht eerst eenzekere drempelwaarde overschrijden voordat ver-vorming optreedt. Deze waarde heet ook wel devloeigrens ofde zwichtspanning. Bijdeze vloeistof-fen hebben we minimaal twee meetpunten nodigom het vloeigedrag te karakteriseren. We noemenze 'Bingham-vloeistoffen'. naar de onderzoeker diedit vloeigedrag voor het eerst in modellenbeschreef. Het vloeigedrag van beton- en mortelspe-cie past het best in het Bingham-model.We kunnen het vloeigedrag meten met een viscosi-teitsmeter, een soort vat met daarin een roerwerk,bijvoorbeeld een staaf, een cilinder ofeen schoe-penrad (afb. 1).Wanneer we het roerwerk latendraaien, ondervindt het enige weerstand.Bet 0 n jek mei 19982hdraaisnelheid (rpm)11 Relatie tussentorsiemomentendraaisnelheid voorBingham-vloeistoffenh =hellingshoek (relatieve viscositeit)g = vloeigrens (zwichtspanning)Meten van deHet begrip 'verwerkbaarheid' heeft bij betonspeciebetrekking op zo veel aspecten, dat het ondoenlijkis ze allemaal in één meetwaarde te vangen. Het isdaarom handig om verschillende meetmethodente combineren. Dat doen we in de praktijk bijvoor-beeld als we zowel de zetmaat als deschudmaatmeten. Eigenlijk voeren we dan een 'statische' eneen 'dynamische' meting uit.Bij een statische meting wordt geen extra energietoegevoegd. Een voorbeeld is de bepaling van dezetmaat, de uitvloeimaat en de verdichtingsmaat.Natuurlijk werken er wel krachten op de betonspe-cie, want door het eigen gewicht wil ze uitzakken.Bij een dynamische meting wordt wel energie toe-gevoegd, bijvoorbeeld het 'schudden' van de plaatvoor het meten van de schudmaat.Steeds meer onderzoekers pleiten ervoor om de ver-werkbaarheid van betonspecie te beschrijven metviscositeitsmetingen passend bij het Bingham-model. De afgelopen jaren zijn daarvoor verschil-lende meetapparaten op de markt gebracht. Ze kun-nen meer inzicht geven in de invloed die de beton-samenstelling, hulpstoffen en speciale toevoegin-gen hebben op het reologisch gedrag van betonspe-cie. Ze zijn vooral zinvol voor wetenschappelijkonderzoek. De inzetbaarheid van deze apparaten inde dagelijkse praktijk is vanwege de hoge kosten, deingewikkelde bediening en de kwetsbaarheid voor-alsnog beperkt. Daarbij moeten we ook beseffen dathet resultaat van deze metingen nooit alle verwerk-baarheidsaspecten afdekt. Verwerkbaarheid isimmers meer dan viscositeit. Het heeft ook betrek-Icing op bijvoorbeeld stabiliteit, verpompbaarheid,vullingsgraad in een bekisting met dichte wape-ning en het risico op brugvorming.Naast deze ingewikkelde apparaten komen er steedsmeer 'meetmethoden' die wat dichter bij de prak-tijk staan. Daarbij wordt bijvoorbeeld gemeten hoever en hoe snel betonspecieuitvloeit in een goot ofU-vormige buis, al dan niet gehinderd door wape-ningsstaven.ln de literatuur zijn talloze variantenvan 'praktijkgerichte' meetmethoden beschrevenen hun aantal groeit nog elke dag.Huidige meetmethodenEen inventarisatie van de momenteel gebruiktemeetmethoden levert een zeer gevarieerd beeld. Omte beginnen de meetmethoden die zijn beschrevenin de VET. Om de consistentie van betonspecie in devier consistentiegebieden te bepalen, noemt de VETde volgende meetmethoden: de verdichtingsmaat,de zetmaat en de schudmaat (zie tabel en kader).Tabel: Consistentie en meetmethode (Voorschriften Beton. Technologie. VET1995)Consistentie-gebied: Verwerkbaarheid1 aardvochtig2 half-plastisch3 plastisch4 vloeibaarVerdichtingsmaat in mm1,26(1,25 t(m 1,11)(1,10 t(m1,04)Zetmaat in mm40)50 t(m 90100t(m 150160)Schudmaat in mm(250t(m 350)(360t(m480)490 t(m 600Tenzij vooraf een bepaalde meetmethode is over-eengekomen, geldt in twijfelgevallen:Bet 0 n i e k mei 19983· voor consistentiegebied 1 de verdichtingsmaat;· voorconsistentiegebied 2 en 3 de zetmaat;· voor consistentiegebied 4 de schudmaat.Deze bepalingen zijn beschreven in NEN5956(zetmaat), NEN5957 (schudmaat) en NEN5958dichtingsmaat). Niet beschreven in de VET is de Vélsé-test. Deze test lijkt voor consistentiegebied 1 en 2bruikbare informatie te leveren over de verdichtbaar-heid, maarwordt in Nederland vrijwel niet gebruikt.Hoogvloeibare betonspecies vallen buiten deze tabel.Een uitbreiding met consistentiegebied 5 en wellichtZetmaatDezetmaat wordtbepaaldvolgens NEN5956.Werkwijze: dekegel in drielagenvan gelijke hoogte vullen, elkelaag tienmaalporren. Vul de kegel aan met betonspecie tot ietsboven derand.Strijkde bovenkantglad af Wacht30seconden enhaal dekegelmantel in circa 5 seconden gelijkmatigenrechtstandigomhoog. Deinzakking van despeciekegel ten opzichte van deoorspronkelijke hoogte (in mm) is de zetmaat.Hetmetenvan de zetmaat is deeenvoudigste en overde helewereld waarschijnlijk de meesttoegepaste manierom dever-werkbaarheid te meten.Hetis eenstatische methode. Dedoorporren verdichte speciekegel zakt in onderinvloed van dezwaartekracht. Eennadeel is dat dezetmaat nietszegtoverdereologie. Betonspecies met eentotaal verschillend reologischkarakterkunnen dezelfde zetmaat hebben.Bet 0 n i e k mei 19984consistentiegebied 6 is dan ook gewenst. Natuurlijkmoet er dan ook een bijbehorende geschikte meet-methode voorhanden zijn. Vooralbij deze zeer vloei-bare species missen we veel informatie als we alleennaar het vloeigedrag kijken.Op vragen als: is de specie stabiel? en bestaat er risi-co op ontmenging ofbrugvorming bij dichte wape-ning? geeft het vloeigedrag immers geen antwoord.SchudmaatDeschudmaatwordtbepaaldvolgens NEN 5957.Werkwijze:Kegel opeenschudtafel opdezelfde maniervullenenverwijde-renalsbij dezetmaat. Daarna het bovenraam tegendeaanslagoptillenen loslaten. Deze handelingtienmaaluitvoeren. Meetdemiddellijnvan despeciekoek in tweeloodrecht opelkaarstaan-delichtingen. Hetgemiddelde hiervan(inmm) is deschudmaat.De schudmaatis dus eendynamische meting.VloeimaatDeze meting is ontstaan uit debehoefte om ookzeervloeibarespecies te kunnen karakteriseren. De bepalinggaat hetzelfde alsbij deschudmaat. Alleenwordtna hetlichtenvan dezetmeur-kegel (dusvoorhet 'schudden' van detafel) de doorsnede van despeciekoek gemeten.VerdichtingsmaatDeverdichtingsmaat wordtbepaaldvolgens NEN5958.Werkwijze: vul met behulpvan eentroffelhet meetvatmetbetonspecie, doorspecie van de troffelte latenglijden. Als hetvat ruim gevuldis,hetteveel verwijderen zonderdat verdichtingoptreedt. Vervolgens de inhoudvan hetvat zovolledig mogelijkverdichten. Deverdichtingsmaat (v) is de verhouding tussendeinwendige hoogte van het meetvat(400 mm) enhet verschil tus-sen deinwendige hoogte en de gemiddelde inzakking (s).Dus v = 400(400 -si.Hetis dus eenstatische methode.Nieuwe meetmethodenDe nieuwe meetmethoden kunnen we onderverde-len in 'viscositeitsmetingen' en 'op de praktijk afge-stemde metingen'. Binnen de viscositeitsmetersonderscheiden we capillaire viscositeitsmeters enrotatieviscometers. De capillaire viscositeitsmeterszijn doorstroommeters en hebben meestal de vormvan een trechter (afb. 4). Nadat de afgesloten trech-ter met betonspecie is gevuld, wordt hij geopend.De tijd die nodig is voor het leeglopen wordt geme-ten. Deze viscositeitsmeters zijn er in verschillendematen. Ze worden gebruikt voor alle mogelijkesoorten vloeistoffen en bij geschikte afmetingenkunnen ze ook worden gebruikt voor cementpas-ta's, mortels enbetonspecie.e ton i e k mei 19985---- 515m75mm111 Een voorbeeld van eencapillaire viscositeitsmeter: deV-trechterDe rotatieviscometer hebben we op blz. 2 al kortbesproken. Er is een onvoorstelbaar groot aantalvarianten. We zien grote verschillen in de afmetin-gen en de vorm van het roerwerk. Er bestaan heelgeavanceerde apparaten waarbij de rotatieweer-stand en de roersnelheid zeer nauwkeurig kunnenworden ingesteld. Vaak worden de metingen directuitgelezen en bewerkt in een aan het meetapparaatgekoppelde computer. Ondanks deze techniek blijfthet lastig viscositeit te meten aan betonspecie. Datkomt door de invloed van vooral het grovere toeslag-materiaal. Vaak schuift het roterende deel het grindopzij en draait daarna alleen rond in de pasta.De eerste rotatieviscositeitsmeter voor waseen Hobart-kneedmachine waaraan een ampèreme-ter was gekoppeld. In de mengbak met betonspeciedraaide een haakvormige stang rond. De machinehad drie rotatiesnelheden. Het opgenomen vermo-gen kon van de ampèremeter worden afgelezen enop basis daarvan kon bij een constant ingesteldesnelheid het koppel worden berekend. Het apparaatis later verbeterd. Deze eerste viscositeitsmeter voorbetonspecie is ontwikkeld door Tattershall. Laterzijn meer speciale viscositeitsmeters voor betonontwikkeld. Het meest bekend zijn de BML-Viscometer en de BTRHEOM. In sommige van dezeviscositeitsmeters is het zelfs mogelijk het reolo-gisch gedrag tijdens het trillen te bepalen.Door de snel groeiende variatie in betonsamenstel-lingen, waarvan het verwerkingsgedrag in alleopzichten zeer sterk uiteenloopt, groeit ook debehoefte aan geavanceerdere meetmethoden snel.Het is niet eenvoudig om uit het snelgroeiende aan-bod een juiste keuze te maken. Voorbijna alle meet-methoden geldt dat het lastig is om het meetresul-taat te vertalen naar een betoneigenschap die voorde praktijk hanteerbaar is. De meeste meetmetho-den zijn ongeschikt als veldmethode, bijvoorbeeldvoor controle van de verwerkbaarheid op de bouw-plaats. En voor sommige apparaten is de aanschaf-prijs (tot circa f100.000,-!) een wel erg hoge drempel.Voor een brede acceptatie zal een nieuwe meet-methode ook gestandaardiseerd dienen te worden.Bet 0 n i e k mei 1998Eenvoudig hanteerbare en op de praktijk atgestem-de methoden lijken de meeste kans te maken.Daarbij kunnen we denken aan de eerder genoemdeV-trechter viscositeitsmeting voor pasta's,mortels en betonspecie. Maar ook vloeigoten (afb. 5),L-flow-meters en metingen waarbij de vullings-graad wordt bepaald, maken een goede kans. Deontwikkeling van species met een bijzonder verwer-kingsgedrag, zoals hoogvloeibaar beton, zougediend zijn met een snelle standaardisatie vanpassende meetmethoden.111 Vloeigootvan deBet 0 n i e k 10/28 'Vast en zeker' is uitgebreidingegaan op de krachten die deeltjes, dus ook deel-betonspecie, op elkaar uitoefenen. Vooral dekleine deeltjes zijn betrokken bij een ingewikkeldkrachtenspel. De aantrekkende krachten - de Vander Waalskrachten - zijn het belangrijkst, maar ookafstotende krachten spelen een rol. Voor deeltjesgroter dan circa 0,1 mm is de zwaartekracht over-heersend. Hierdoor willen ze naar de bodem zak-ken. Bijde grote deeltjes spelen naast de zwaarte-kracht nog meer factoren een rol. Zo zijn bij hetgrovere (toeslag)materiaal de oppervlaktestructuuren de korrelvorm van belang. Bij gebroken materi-aal zien we meestal een ruwe oppervlaktestructuuren een zekere 'haakweerstand' tussen de hoekigekorrels.6Vanuit de betonpraktijk zijn verschillende voorbeel-den te noemen waar de theorie over verwerkbaar-heid en reologie wordt gebruikt om betonspeciemet speciale prestaties te vervaardigen. Een heelduidelijk voorbeeld is colloïdaal beton. De hulpstof-fen die hierbij worden toegevoegd brengen uiterstfijne deeltjes in. Hierdoor krijgt de specie een zeergrote samenhang. De specie kan daardoor zelfsdoor het water heen worden gestort zonder noe-menswaardige ontmenging. Dit colloïdaal gedragzien we ook wanneer cementpasta's heel intensiefin speciale hoogtoerige mengers worden gemengd.Ook bij de toepassing van zeer fijne vulstoffen,zoals silicafume, zien we de samenhang van beton-specie sterk verbeteren.Bij 'standaardbeton', waarvan dagelijks bulkhoe-veelheden worden geproduceerd, wordt het steeds10gebruikelijker om bijvoorbeeld poederkoolvliegas,kalksteenmeel ofeen ldein beetje zeer fijn cement(bijvoorbeeld een portlandcement in sterkteklasse52,5 R)toe te voegen om de speciestabiliteit te ver-beteren.Natuurlijk heeft de betonsamenstelling nog veelmeer 'knoppen' waarmee we het verwerkingsge-drag kunnen beïnvloeden. Om er een paar te noe-men: de aard van de gebruikte hulpstoffen, demaximale korrel, de vorm en oppervlaktestructuurvan het tceslagfnàteriaal, de korrelverdeling en hetaandeel fijn, de aanwezigheid van extreem fijnedeeltjes, het pasta-aandeel, enzovoort. Enkele voor-beelden van meetresultaten verkregen bij onder-zoek, uitgevoerd aan de TU Delft, zijn in afbeelding6 en 7 opgenomen.8646300 kg/m'320 kg/m'400 kg/m'475 kg/m'0,1· B-curveGradingx without I mm· Puller-curveo without 4-8 mm· Europack 1:70,2 0,3 0,4velocity N, [rps]Torsiemoment (T) -draaisnelheid (N) -relatievoorverschillende hoeveelhedencementin eenmengsel(naarPelova GJ en].C. Walraven)._ _ _ _ _ _ovelocity N, [rps]e ton i e k mei 1998711 Torsiemoment (TI draaisnelheid (N) -relatie voorverschillende zeefkrommen(naarPelova GJ enj.C, Walraven)BesluitHet is duidelijk dat de betontechnologie voldoendemogelijkheden heeft om het verwerkingsgedragvan betonspecie te beïnvloeden. Om die technolo-gie beter te leren toepassen en beheersen, wordt opdit moment op veel plaatsen onderzoek gedaan.Natuurlijk moeten die effecten dan wel meetbaarzijn gemaakt en kunnen worden vertaald in eengetal. De behoefte aan nieuwe, gestandaardiseerdemeetmethoden, die iets zeggen over het verwer-ldngsgedrag in de praktijk, is groot. Laten we opkorte termijn tot een keuze komen!· Bartos et al (ed) Special Concretes: Workabilityand Mixing. Proceedings ofthe internationalRILEM Workshop. March 1993· Bartos, P.J.M., D.L.Marrs and D.J.CIeland (ed.)Production Methods and Workability ofConcrete: Proceedings ofthe International RILEMConference, Paisly Scotland, [une 1996.· Jong, ing. A., Hoogvloeibaar beton, Cement 1998nr. 5 pp 16 - 20· Pelova G.l. enJ.e. Walraven, The influence ofmixture proportions on rheological characteris-tics offresh concrete, measured with BML-Viscometer, In Proceedings '13. InternationaleBaustofftagung (13 lbausil)', Band 1, pp 1-0285 :1-0300· Powers, T.e. The Properties of Fresh Concrete,1968· Tattersall, G.H.,Workability and Quality ControlofConcrete, 1991· Yurugi et al, Mix proportions for highIy workableconcrete, in Concrete 2000, edited by Dhir and[ones, Londen: E&FN Spon, 1993Daar maak je 'tmee.Bet 0 n i e k mei I 998Bet 0 n i e k is een praktijkgericht voorlichtingsblad op hetgebied van de betontechnologie en verschijnt 10 keer per jaar.In de redactie zijn vertegenwoordigd:de Nederlandse cementindustrie. MEBIN, CDRen deBouwdienst Rijkswaterstaat.Uitgave: Stichting BetonPrismapostbus 3532, 5203 DM's-HertogenboschRedactie: 073 640 12 22Abonnementen: 073 - 640 12 31BetonPrisma is een initiatiefvan de Vereniging NederlandseCementindustrie (VNC).Overname van artikelen en illustraties is toegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen:Nederland fBelgiëfAndere landenfAbonnementen lopen per kalenderjaar en worden auto-matisch verlengd, tenzij voor 1 december schriftelijk wordtopgezegd.ISSN0166-137xve rbo n dGroep vaktijdschriften8