wcf =Een uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht507 Amsterdamtelefoon 020"'238531Betonspecie-analyseInleidingIn het ontwerp Voorschriften Beton 1972 wordtals controlemethode voor betonklasse Heenbepaling van de water-cementfactor genoemd.Daarnaast nog een aantal andere proeven, zo-als bepaling van de consistentie, luchtgehalte,druksterkte en volumegewicht. Over de meesteproeven, die bij betoncontrole gebruikelijk zijn,bestaat voldoende literatuur, al is het aantalpublikaties in het Nederlands beperkt.Over de bepaling van de water-cementfactor isbetrekkelijk weinig gepubliceerd. In deze afle-vering van Betoniek zal kort worden ingegaanop de methoden, die in de VB '72 worden ge-noemd en op de betrouwbaarheid van deven.Meting water·cementfactorOm de water-cementfactor in een mengsel vastte kunnen stellen zal men zowel het cementge-halte als het watergehalte in de specie moetenbepalen. De water-cementfactor is immers hetgewicht van de totale hoeveelheid water ineenmengsel gedeeld door het gewicht van het ce-ment:totaal watercementgewichtVoor het bepalen van het cementgehalte en hetwatergehalte moet een specie-analyse wordenuitgevoerd. In de VB '72 worden hiervoor devolgende drie methoden genoemd:1. onderwaterweegmethode,2. pyknometermethode,3. droog- en uitspoelmethode.Het nog ontbreken van een universele methodevoor het analyseren van betonspecie is onge-juni 1971twijfeld de reden van het noemen van drie mo-gelijkheden in de VB '72. Zoals ook in de Toe-lichting van de VB '72 wordt gezegd, is de keu-ze welke van de drie methoden zal worden toe-gepast afhankelijk van de beschikbare labora-toriumapparatuur. Eigenlijk ook van de vaar-digheid van de aanwezige laborant. Methode 1is het meest nauwkeurig, maar vraagt ook spe-ciale apparatuur en een geoefende laborant.De voor methode 2 benodigde apparatuur ismeestal wel beschikbaar omdat hiervoor hetvat van de luchtmeter kan worden gebruikt. Hetresultaat kan zeer snel worden verkregen om-dat de uitwerking met behulp van diagrammenkan gebeuren. In dat geval wordtechter maarbeperkte informatie over de specie verkregen.Methode 3 vraagt weinig apparatuur, maar welvoldoende vaardigheid. De methode is mindernauwkeurig dan methode 1. Met de methoden1 en 3 wordt altijd een volledige specie-analyseuitgevoerd. Bij methode 2 beperkt men zichmeestal tot het vaststellen van de water-ce-mentfactor maar men kan de methode ook com-bineren met uitspoelen volgens methode 3.OnderwaterweegmethodeVoor deze proef heeft men aan apparatuurnodig:· een balans die zodanig is ingericht dat on-der water kan worden gewogen;· een zeef met maaswijdte 125,um uit de zeef-serie volgens NEN 2560. In de overgangs-periode kan ook zeef N 480 - d - 0,150 wor-den gebruikt (zie ook Betoniek 1/15).Van een monster betonspecie, dat volgens art.A - 605.1 bij voorkeur wordt genomen uit hetmidden van een lopende stroom betonspecietijdens het lossen van een betonmolen of truck-mixer, wordt na goed een deelmon-ster genomen van 3 tot 4 kg. Het monster wordteerst gewogen. Daarna wordt er wat waterdoor de specie heen geroerd tot deze goedplastisch is geworden. Dan wordt het emmertjemet het monster gevuld met water, terwijl doormiddel van roeren de lucht, die zich nog in despecie bevindt, wordt verdreven. Vervolgenswordt het emmertje onder water gebracht engewogen. Heeft men de beschikking over eendiepe wasbak, waar de balans overheen kanworden gezet, dan zal het wegen onder watervlot kunnen plaatshebben.Na het wegen wordt het emmertje weer uit hetwater gehaald en wordt de specie uitgespoeldover de bovengenoemde zeef. Het uitspoelenkan worden versneld als een zeef met diametervan 350 mm wordt gebruikt. Een goede werk-wijze voor het uitspoelen is het steeds oproerenvan de specie in een laag water, zodat het ce-mentwater kan worden afgegoten over dezeef. Bij voldoende behendigheid blijft al hettoeslagmateriaal in de emmer en giet men nasteeds weer oproeren zolang af tot het spoel-water helder is. Aangenomen wordt dan dat alhet cement is weggespoeld en er alleen schoonzand en grind is overgebleven. Er zal natuurlijkook wel fijn zand, kleiner dan 125,um wor-den weggespoeld, maar deze hoeveelheid iszo klein, dat ze kan worden verwaarloosd. Terbescherming van de fijne zeef is het verstandighet grovere materiaal op te vangen op een zeefC 5,6 mmo Het gedeelte dat bij het uitspoelenop de zeef 125,um en eventueel op de 5,6 mmis blijven liggen, is ook toeslagmateriaal enmoet daarom weer van de zeef worden afge-spoeld in de emmer. Het materiaal in de emmerwordt daarna weer onder water gewogen.De samenstelling van het monster kan dan alsvolgt worden berekend:2Bijvullen met water vóór het wegen onder waterHet uitspoelen van het cement ... .totdat het spoelwater helder isgewicht speciemonster = gewicht cement +gewichttoeslag + gewicht water (1)Zoals bekend is het gewicht van een materiaalgelijk aan het absoluut volume x het soortelijkgewIcht. Het absoluut volume is het volume dateen stof inneemt bij volledigè verdichting, duszonder dat enige lucht wordt ingesloten.Ten gevolge van de opwaartse druk bij het we-gen onder water moet men rekenen met hetsoortelijk gewicht mln dat van water (= 1):portlandcement: 3,1 - 1 = 2,1hoogovencement: 3,0 1 = 2,0toeslagmateriaal : 2,65 - 1 = 1,65Het gewicht van het water vervalt daarbij uiter-aard.Het gewicht van het monster onder water isdan:absoluut volume toeslag X 1,65 + absoluut vo-lume cement X 2,1 (of 2,0) (2)Het gewicht onder water van het uitgespoeldezand en grind is:absoluut volume toeslag X 1,65 (3)Uit deze laatste vergelijking kan het absoluutvolume van het toeslagmateriaal worden be-paald, waarna achtereenvolgens kunnen wor-berekend: absoluut volume cement uit (2) endaarna de gehele samenstelling uit (1).VoorbeeldHet gewicht van het monster betonspecie is 3,617 kg.Er is hoogovencement toegepast.Het gewicht van de specie onder water is 2,117 kg.Na het uitspoelen blijkt het gewicht van het zand en grind onder water 1,787 kg te bedragen.Uit vergelijking (3) volgt:onderwatergewicht toeslag = absoluut volume toeslag X 1,651,787 = absoluut volume toeslag X 1,65absoluut volume toeslag = 1,083 Igewicht toeslag = 1,083 X 2,65 = 2,870 kgUit vergelijking (2) volgt:onderwatergewicht specie = absoluut vol. cement X 2,0 + absoluut vol. toeslag X 1,652,117 = absoluut volume cement X 2,0 + 1,083 X 1,65Hieruit volgt: absoluut volume cement = 0,165 I,zodat: gewicht cement = 0,165 X 3,0 = 0,495 kgDe samenstelling van het monster betonspecie is:3,365 kg cement + toeslagmateriaalaan water is er dus: 3,617 kg - 3,365 kg = 0,252 kg. 0,252Dan IS de water-cementfactor = --9.- = 0,510,4 5De samenstelling kan ook worden uitgerekend voor een hoeveelheid van 1 m3 = 1000 I.Het absoluut volume van de specie is immers: 0,1651 cement1,0831 toeslag0,252 I water1,500 IDoor de gevonden gewichten te vermenigvuldigen met 1000 wordt de samenstelling per m31,5verkregen: 330 kg cement, 168 liter water, 1913 kg toeslagmateriaaL30,450,500,55s.g.:T=. 2,65g:r0,70:::-J:J"..:U\IYWKKKJHJHJJ 0.65 i0,60...... 0,TMDJfJDDDDDJDDDDDDDDJJJJJJDDDDJDZJDDD?IZJJDD?I....U3:10.65O,60---t--'»., JJ?JKXXJJIIWJD5,700 5,750 5,800 5,850 5,900--+onder-water gewicht in kgPyknometermethodeVoor het uitvoeren van deze proef kan gebruikworden gemaakt van het vat van de luchtmeter,al is dit door zijn grootte en zwaarte niet hetmeest geschikte vat. Daarnaast zijn nog nodigeen roerstaaf, een glasplaat en een balans.Men bepaalt eerst het nettogewicht van het vat,gevuld met water en afgedekt met de glasplaat.Het vat van de luchtmeter wordt nu gedeeltelijkgevuld met water, daarna wordt voorzichtig eenmonster betonspecie met een gewicht van 10kg in het vat gebracht. Na roeren om de luchtuit de specie te laten ontwijken, wordt het vattot aan de rand bijgevuld met water. Er zal zichdoor de ontwijkende luchtbellen een schuim-laag op het water vormen. Deze schuimlaagkan met de glasplaat worden afgeschoven. Nahet schoonmaken van de buitenzijde van hetvat wordt het totaal gewicht bepaald. De glas-plaat wordt daarbij als deksel gebruikt. Trek nuvan dit gewicht het tevoren bepaalde netto ge-wicht van vat + w.ater + glasplaat af. Het ge-vonden getal is het gewicht van de specie bijwegen onder water (gewicht min gewicht vanhet verplaatste water).1Verband tussen onderwatergewicht en water-cementfactor bij verschillende gewichtsver-houdingen tussen cement en toeslagmateriaalBepaling water-cementfactor volgens ThaulowVolgens Thaulow wordt deze methode zo uit-gevoerd, dat alleen de water-cementfactorwordt bepaald. Hierbij wordt aangenomen datde verhouding cement: toeslagmateriaal in hetmonster zo weinig van de oorspronkelijke zalafwijken, dat men deze oorspronkelijke verhou-4ding bij het berekenen van de water-cement-factor als gegeven mag gebruiken. Dit kan uitde aard van de zaak alleen maar als die oor-spronkelijke verhouding bekend is.Om verder al het rekenwerk te voorkomen heeftThaulow tabellen en grafieken opgesteld, waar-uit de gevraagde water-cementfactor direct kanworden afgelezen (fig. 1J.Stel dat de verhouding cement: toeslagmate-riaal = 325 : 1950 = 1 : 6 is. Uit het onderwater-gewicht kan nu direct de water-cementfactorworden bepaald. Is het onderwatergewicht bijv.5850 g, dan is de water-cementfactor = 0,55(bij C : T = 1 : 6). Deze grafiek is opgezet vooreen toeslagmateriaal met een soortelijk gewichtvan 2,65.Droog-en uItspoelmethodeZoals de naam van deze methode al min ofmeer aangeeft, wordt hierbij een gedeelte vanhet monster gedroogd en een ander gedeelteuitgespoeld. Het speciemonster wordt zo goedmogelijk gemengd en daarna worden tweedeelmonsters genomen van ieder 3 tot 4 kg.Voor het drogen van de specie heeft men nodigeen wijde, vuurvaste schaal met een ronde bo-dem, een metalen roerstaaf met een houtenhandvat; voor het uitspoelen, evenals bij metho-de 1, een zeef 125 ,um met een diameter van 200of 350 mmo Verder natuurlijk een balans, waar-op de nodige wegingen kunnen worden uitge-voerd.Het te drogen monster betonspecie wordt in devuurvaste schaal gemengd met ongeveer 1/4liter spiritus en daarna aangestoken. Ondervoorzichtig roeren laat men de spiritus geheeluitbranden. Meng daarna weer een zelfde hoe-veelheid spiritus door de specie en droog daar-me.e verder. Op het oog kan worden beoor-5Het vat wordt tot de rand bijgevuld met waterwaarna de glasplaat wordt aangebracht.Foto's: BETON/EK/a. J. de RuiterdeeId of de specie voldoende gedroogd is. Isdit nog niet hetgeval, droog dan nog een keer.Bij het roeren tijdens het drogen kan er gemak-kelijk stof wegstuiven. Omdat dergelijke ver-liezen tijdens de proef afwijkingen veroorza-ken in het eindresultaat is hetzaak bij het dro-gen zo weinig mogelijk te verstuiven.Het verschil tussen het aanvankelijk gewichtvan de specie voor het drogen en het gewichtna het drogen geeft het vochtgehalte van despecie:_na_t---,g"-.e_w_i_c_h_t|J||||J?IJJ?IJJJ||| X 100% = water-nat gewichtgehalte van de specie in OIo.Het andere deelmonster wordt, nagewogen tezijn, uitgespoeld over de zeef 125,u,m op dezelf-de wijze als bij de eerstgenoemde methode (be-schreven op blz. 2). Bij het uitspoelen blijft al-leen het materiaal grover dan 125,um over.Nadrogen kan het gewicht hiervan worden vastge-steld.De berekening van de samenstelling kan danworden uitgevoerd: uit de uitspoelproef volgthet gehalte aan toeslagmateriaal; uit de droog-proef kon het watergehalte in de specie wordenberekend. Het verschil tussen het oorspronke-lijk gewicht van het tweede deelmonster en desom van toeslag en water is gelijk aan het ce-mentgewichtin het tweede deelmonster. Desamenstelling per m3 en de water-cementfactorzijn te berekenen uit de vastgestelde samen-stelling van het monster.VoorbeeldVan een monster betonspecie met portlandcement worden twee deelmonsters genomen dieresp. 3,710 kg en 3,665 kg wegen.Het eerste gedeelte wordt gedroogd met spiritus, gewicht droog: 3,410 kg.300Vochtgehalte dus: --x 100% = 81%3710 'Het tweede deelmonster wordt uitgespoeld over de zeef 125,um, het overgebleven toeslag-materiaal wordt gedroogd, gewicht 2,850 kg.Het vochtgehalte was 8,1%, dus in het tweede deelmonster zit aan water:NU X 3,665 kg = 0,297 kg (= 0,297 I)Het verschil tussen het oorspronkelijk gewicht van het monster en de som van T + W isgelijk aan het gewicht in het monster:3,665 - (2,850 + 0,297) = 0,518 kg cement.Om de samenstelling weer per m3 te kunnen berekenen, moet eerst het absoluut volume vanhet monster worden berekend:van cement:toeslagmateriaal :water:0,5183,12,8502,65= 0,1671= 1,07510,29711,5391In één m3 is de samenstelling:10001,53910001,53910001,539x 0,518 = 337 kg cementX 0,297 = 193 I waterX 2,850 = 1850 kg toeslagmateriaal.Welke proef moet men kiezenAls men de beschikking heeft over een redelijkgeoutilleerd laboratorium, zoals de meeste be-toncentrales, dan zal de eerstgenoemde me-thode, met onder water wegen, de voorkeurverdienen. Vooral als het personeel ervaringmet de methode heeft opgedaan, kan een spe-cie-analyse worden uitgevoerd met een rede-lijke betrouwbaarheid.Zijn de laboratoriumomstandigheden mindergoed, beschikt men niet over een balans meteen onderwaterweegmogelijkheid en stelt mentoch prijs op een analyse van het gehele mon-ster dan verdient de derde methode de voor-keur. Het drogen met spiritus kan in principeoveral gebeuren, bij voorkeur echter buitens-huis op een windstille plaats. Ook het uitspoe-len vereist geen speciale apparatuur. Zonderervaring is ook deze methode echter onbe-trouwbaar. Heeft men enige ervaring opgedaandan kan met een redelijke betrouwbaarheid desamenstelling van een mengsel worden vast-gesteld. De methode is echter minder nauw-keurig dan de eerste.De eenvoudigste oplossing voor het controlerenvan de water-cementfactor is de pyknometer-methode in de vorm zoals Thaulow haar heeftgegeven. Een luchtmeter en een balans zijnveelal beschikbaar. Het grote voordeel van demethode is de snelheid. De nauwkeurigheidwaarmee de water-cementfactor kan wordenbepaald is ongeveer ± 0,03 (dus bijv. 0,470,53). De in dit nummer afgedrukte grafiekmaakt het aflezen van de water-cementfactorwel heel gemakkelijk. Een duidelijk nadeel vande proef is dat alleen informatie wordt verkre-gen over de water-cementfactor en niet over desamenstelling van de specie. Bij de uitwerkingis er immers van uitgegaan dat de verhouding7cement: toeslagmateriaal bekend is. Wil mentoch informatie over meer dan alleen maar dewcf dan zal de proef moeten worden voortgezetmet het uitspoelen van de specie, zoals dat bijde derde methode is beschreven.Literatuur1. Ontwerp Voorschriften Beton VB 1972, deelA, Gemeenschappelijk gedeelte; verkrijgbaarbij de Betonvereniging te Zoetermeer (01790-5944).2. K. Momber, 'Zur Frischbetonüberwachungdurch praxisnahe W/Z-Wert-Kontrolle nachThaulow'; Beton 1969, nr. 7.