11II11IIII. - - - - - - -. .- -5 T C H T N G BETONPR 5 M A/ I l POSTBUS 3532, ' 5 2 0 3 DM 's HERTOGEN BOSCHTEMPERATUUR ENSTERKTEDe temperatuur waarbij beton verhardt,beï....vloedt de sterkte-ontwikkeling vandat beton. Een hoge verhardingstempe-ratuur geeft bij dezelfde betonsamen-stelling een snellere sterkte-ontwikkelingen kan een invloed hebben opde 28-daagseVoor u als BET -lezer is dit beslisteen open deur. Maar waarom geeft eenandere temperatuur-een andere sterkteen hoeveel anders is die sterkte? Vooraldat laatste is belangrijk. Wanneer unamelijk weet hoe groot het tempera-tuureffect is, kunt u er gebruik vanmaken. Bijvoorbeeld om de aanvangs-sterkte te beïnvloeden door het betonprecies zoveel te verwarmen dat devereiste sterkte op het gewenste tijdstipwordt bereikt. In deze aflevering van8ETONIEK krijgt u inzicht in het effectvan temperatuur op sterkte.De sterkte-ontwikkeling van beton berust op dechemische reactie tussen cement en water.De producten van deze reactie kitten het toeslag-materiaai aan elkaar, waardoor een sterk en samen-hangend geheel ontstaat. Nu gaat elke chemischereactie sneller bij hogere temperaturen. Een vuistregeldie in de chemie wel wordt gehanteerd, is dat elke100extra een verdubbeling van de reactiesnelheidgeeft. Om in het verlengde hiervan te zeggen dat een100hogere temperatuur twee keer zoveel sterktegeeft, is echter te simpel.In het algemeen is wel duidelijk dat een hogeretemperatuur tijdens het verharden een snelleresterkte-ontwikkeling geeft, maar uiteindelijk resulteertin een lagere sterkte (zie fig. I). Dit komt niet alleendoordat de reactie tussen cement en water snellerverloopt, maar ook door een wat ander verloop vande reactie. De reactieproducten die worden gevormdbij hoge verhardingstemperaturen hebben een andereopbouw, populair gezegd: minder zorgvuldig. Ze zijndaardoor niet in staat op lange termijn evenveelsterkte te geven als reactieproducten gevormd bij lagetemperaturen. Een hogere temperatuur geeft dus eensnellere sterkte-ontwikkeling en een lagere eindsterkte. 'Hoe kunnen we daarmee in de praktijk omgaan?Wat zijn de consequenties van temperatuurverhogin-gen voor de sterkte? Daarvoor moeten we de invloedvan temperatuur op sterkte kwantificeren.augustus/september 1996xJa J7 pWCOI UZ iHDe C-waarde is een factor die de temperatuurgevoe-ligheid van het cement in rekening brengt. Hoe hogerde C-waarde, hoe meer de sterkte-ontwikkelingwordt versneld of vertraagd als de temperatuur hogerc.q. lager is. Wanneer een cement een C-waarde van1,65 heeft, is het hehoorlijk gevoelig voor tempera-tuur. De sterkteontwikkeling van beton met cementmet een C-waarde van 1,25 reageert niet zo sterk opeen andere verhardingstemperatuur.heidoals gezegd, is het belangrijk te kunnen voorspellenhoeveel hoger of lager de sterkte wordt bij eenandere temperatuur. Vanwege de complexheid van dereactie van cement met water is het niet mogelijk eenalgemeen geldend, altijd kloppend model te maken,dat aangeeft hoe groot de invloed van de verhardings-temperatuur op de aanvangssterkte precies is. Omdathet economisch van groot belang is orn die invloed tekwantificeren, hebben verschillende onderzoekers opproefondervindelijke basis een methode opgesteld.In Nederland wordt gewerkt met de methode'gewogen rijpheid' volgens De Vree. In .BETON/EK 6/20is deze methode beschreven; CUR-Aanbeveling 9geeft aan hoe er in de praktijk mee moet wordengewerkt. Gewogen rijpheid (Rg) is een getal,samengesteld uit de verhardingstijd en de verhardings-temperatuur. Daarbij is rekening gehouden met deternperatuurgevoeligheid van het toegepaste cement.De eenheid van gewogen rijpheid is graad Celsius uur(OCh). BETON/EK 6/20 en CUR-Aanbeveling 9bevatten een tabel waarin staat hoeveel rijpheid éénuur verharden geeft bij een bepaalde temperatuur eneen hepaalde C-waarde.Hoge temperatuurD?If van temperatuur op sterkte.zijn veel situaties waarbij het effect van deverhardingstemperatuur op de sterkte-ontwikkelingwordt benut. Denk bijvoorbeeld aan de verwarmingvan beton voor een snellere sterkte-ontwikkeling,zoals wordt toegepast in de betonwarenindustrie ennatuurlijk in de zogenoemde warme gietbouw. Daar-naast zijn er situaties waar door toepassing van isolatieheel bewust gebruik wordt gemaakt van de hydratatie-warmte om een hogere betontemperatuur endaarmee een snellere sterkte-ontwikkeling te krijgen.Ook de omgeving van het verhardende betonbeïnvloedt de verhardingstemperatuur,en daarmee desterkte. Hoe warm is het buiten? Staat de constructiein de zon? Wat doet de wind? Dezelfde betonsamen-stelling kan in de zomer voldoende sterkte-ontwikkeling geven voor het verloop van een werk,maar in de winter beslist te langzaam zijn.Tijd-"[JJ Invloed temperatuur op sterkte-ontwikkelingtHet effect van de verhardingstemperatuur op deeindsterkte wordt zichtbaar wanneer we de sterktevan een betonsamenstelling door het jaar heenbekijken. 's Zomers is despecietemperatuur een stukhoger dan 's winters. Dit, gecombineerd met detemperatuur in de kubussen tijdens het verharden, kaneen verlaging geven van de sterkteresultaten in dezomer. Om te weten hoe groot de invloed vantemperatuur op sterkte is, moeten we die invloedkwantificeren. Om de aanvangssterkte te hepalen,wordt hiervoor de methode gewogen rijpheidgebruikt. Deze methode zullen we met tweevoorbeelden toelichten. Daarna gaan we in op deinvloed van de temperatuur op de eindsterkte.Een voorbeeld. Stel dat de C-waarde 1,40 is en deverhardingstemperatuur 24°C. Volgens de tabel inBETON/EK 6/20 is de rijpheid na één uur verhardendan 29,9°Ch. Twee dagen (48 uur) verharden bij dietemperatuur geeft een rijpheid van (48 uur *29,9°C =)I435°Ch. Wanneer hetzelfde heton, met hetzelfdecement bij 15°C verhardt, is de rijpheid volgens detabel per uur 18,4°Ch per uur. Omdat bij dezelfdebetonsamenstelling geldt dat gelijke rijpheid ookgelijke druksterkte is, moet dit beton bij 15°C (1435:18,4 =) 78 uur verharden om dezelfde druksterkte tebereiken. Dus 48 uur verharden bij 24°C geeft voordit beton evenveel sterkte als 78 uur verharden bij15°C.JJJJJJJJJNafJJJJJJJJ4,010,713,417,021,31000014sterkteafgelezenuit ijkgrafiek(N/mm2)5401080130516202160rijpheidcumulatief2782183336557765918103011211193125513071354139814391000rijpCCh)2448587296O-l--...l..-............l..-.........-j-__'--'_........--...........-',J100tij(uren)tijd betontemperatuurgemiddeld overafgelopen uur(uren) Cc)Tabel I Verloop temperatuur en rijpheid in de constructie30 JJJJJ??D???y?||X|WJJJDWD???D?XJKKK[IJ ljkgrafiek van de gebruikte betonsamenstelling.C-waarde van het toegepaste cement 1,65.25 +---I--j--:-'+-+----f-+-t-+t-H+IoI 232 353 464 545 616 607 548 489 4410 40I1 3712 3413 3214 3115 30Wanneer we voor een bepaalde verhardingstempera-tuur het sterkteverloop van een betonsamenstellingkennen, kunnen we met rijpheid uitrekenen hoe hetsterkteverloop van datzelfde beton bij een anderetemperatuur is. Er zijn allerlei situaties te bedenkenwaarinwe rijpheid kunnen gebruiken: bepalen van hettijdstip van ontkisten, voorspannen of beïndigen van denabehandeling. Hierna volgen twee voorbeelden.2: Rijpheid in de werkvoorbereidingRijpheid kan ook worden gebruikt tijdens hetvoorbereiden van de uitvoering van een bouwproject.Bijvoorbeeld: in de winter moet een betonconstructieworden gemaakt die volgens opgaaf van de construc-teur bij een druksterkte van 18 N/mm2 in gebruik kanworden genomen. Maandagochtend vroeg zal wordengestort. Één week later, dus ook op maandag, wil mende constructie in gebruik nemen. Er zijn dus 7 ver-hardingsdagen beschikbaar. De verwachte specie-temperatuur is 12°C. Op basis van ervaring wordtingeschat dat het beton die temperatuur gedurende deeerste paar uur wel zal vasthouden. Daarna zal zijzakken naar circa 5°C. Figuur 3 geeft het verwachtetemperatuurverloop in het beton geschematiseerdweer (zie de lijn 'oorspronkelijk plan')orbeeld ,: Ontldstingstijdstipijpheid wordt vaak gebruikt om te bepalen of alontkist kan worden. In dit voorbeeld wordt eenconstructie gestort, die volgens opgaaf van deconstructeur ontkist mag worden bij een sterkte van14 N/mm2. Om met rijpheid te werken, moet van hette gebruiken beton de sterkte-ontwikkeling wordenvastgelegd bij een bekende verhardingstemperatuur(20°C). Ook de C-waarde van het cement moetbekend zijn. Op basis hiervan kan een ijkgrafiek(zie kader Blz. 6) worden gemaakt voor de betreffendebetonsamenstelling waarin rijpheid tegen sterktewordt uitgezet. Figuur 2 geeft de ijkgrafiek van de voordit werk gebruiktebetonsamenstelling.ln de ijkgrafiekkan worden afgelezen dat voor een sterkte van 14N/mm2 een rijpheid vanl400°Ch nodig is. Doorthermokoppels in het beton in te storten, wordt detemperatuur van het beton tijdens het verhardengeregistreerd. Daaruit kan op elk moment de bereikterijpheid worden berekend (tabel I). In de grafiek (fig. 2)kan worden afgelezen en of de vereiste 14 N/mm2 al isgehaald.JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJIaJJJJJJJJJJJJJJJHfi , C>>o> iktR,m ti :u45 30i. -, i402535........ 20()30,0,---....::J 25 15::Ji i-(ti! !Ol.... 20 1ilCl)I ! .:c:100.. :;,,-\I-0E 15 i ' ICl)y,- I- 510\t, 1\5, 0,I 100 1000 1000000 10 20 30 40rijpheid (OCh)tijd (uren) tijduren32 755 6,5oorspr. plan 48 1130 10,0- - - alternatief 1 72 1690 14,8- - - - - . alternatief 3 96 2255 20,2120 2820 23,6[TI Geschat temperatuurverloop in de constructie, volgensoorspronkelijk plan, alternatief J en alternatief3[i] ljklijn van de oorspronkelijke samenstelling. C-waarde vanhet cement: 1,50Men wil gaan werken met een betonsamenstelling opbasis van een hoogovencement met een C-waarde van1,50 en eenijkgrafiek, zoals is weergegeven in figuur 4.Uit het temperatuurverloop van figuur 3 en deC-waarde van I,50 kan worden uitgerekend hoeveelrijpheid is bereikt na 7 dagen. Dit blijkt 1431oCh tezijn. De ijkgrafiek geeft aan dat de druksterkte danruim 12 N/mm2 bedraagt: 6 N/mm2 te weinig om deconstructie op maandag in gebruik te nemen!Er zijn nu verschillende maatregelen mogelijk, die welleiden tot de vereiste druksterkte, namelijk· een cement met een snelle beginverhardingtoepassen (= alternatief I);· de water-cementfaetor verlagen (= alternatief 2);· zorgen voor een hogere verhardingstemperatuur(= alternatief 3).Bij alternatief I en 2 wordt de betonsamenstellingveranderd. Daar hoort dus een andere ijklijn bij.Bij alternatief 3 wordt na 7 dagen verharden eenhogere rijpheid bereikt; de betonsamenstelling blijftgelijk, dus de ijklijn ook.Alternatief IWe kunnen cement met snelle beginverhardingbijvoorbeeld krijgen door een deel van het hoogoven-cement te vervangen door portlandcement CEM I52,5 R.De sterkte-ontwikkeling gaat dan sneller, zodat deijkgrafiek verandert. Ook de hydratatiereactieverloopt sneller waardoor sneller hydratatiewarmtevrijkomt. Op grond hiervan kunnen we tijdens deeerste uren een wat hogere temperatuur verwachten( fig. 3). Verder verandert de C-waarde, omdat naasthoogoven- ook portlandcement wordt gebruikt. In ditvoorbeeld wordt de C-waarde 1,35. Uit hettemperatuurverloop kan de rijpheid na 7 dagenworden berekend: I697"Ch. In de nieuwe ijkgrafiek(fig. 5) zien we dat daarbij een druksterkte van 19N/mm2 hoort. Deze samenstelling voldoet dus wel aande eis om na 7 verhardingsdagen een druksterkte van18 N/mm2 te bereiken. Uiteraard moet tijdens deuitvoering de temperatuur in het beton wordengeregistreerd om te controleren of het aangenomentemperatuurverloop (fig. 3) reëel was en of degewenste rijpheid na 7 dagen wordt bereikt.JJJJJ JJJJa J JJ100001 i1000rijpheid ("Ch)i i !i I: i' ,IIi: , !11i: 1i :"'Ij! I 'i" i' I:, i.:i 11' : I! , i ! ';,i i: iil'/ti;1! ,I, il :",.il,- --;--:, -t""Tt"!i-:,t"-l .j i : ; ! : I.i! 1 i !!i i i,· 'i 11,· ill.t : lij io JJDJJJJJJJDJ?D???JJIJJIJJIJJIJKXK> ..u....1.y,1003025Ë 20.ê6Ql15KQl«î-'" 102"C5302520.ê6-