Een uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 501 Amsterdamtelefoon 020-238531 juni 1970 TI111Verband tussen water-cementfactor endruksterkte voor resp. cementk/asse A, B en C:lage water-cementfactor geeft hoge sterktehoge water-cementfactor geeft lage sterkteS 0,7O,;l 0,4 qs0+--+---+--+--+--+--+-""';Cement en water in betonVoor normaalgrindbeton blijkt bij volledigeverdichting de hoeveelheid en de kwaliteit vande cementsteen doorslaggevend te zijn voor dete bereiken druksterkte. De kwaliteit vancementsteen wordt vastgelegd door detoegepaste water-cementfactor. Dit blijktduidelijk uit figuur 1, die u reeds in BETON/EK1/5 heeft gezien en waar, bij gebruik van eenbepaal'de klasse cement, de invloed wordtweergegeven van de water-cementfactor op de28-daagse sterkte van beton:Ilage water-cementfactor geeft hoge sterktehoge water-cementfactor geeft lage sterkteVoordat cement en water met elkaargereageerd hebben tot cementsteen, vervullenzij als cementpasta of -lijm nog een rol in deverse betonspecie. Betonspecie moet immersnog getransporteerd en verdicht worden.De mate, waarin een betonspecie zich laattransporteren en verdichten, wordt samengevatin het begrip 'verwerkbaarheid'.Meting van deze verwerkbaarheid is eenonderwerp dat in een van de volgendeafleveringen van BETON/EK aan de ordegesteld zal worden. Dan kan meteen aandachtworden besteed aan de meer of minder goedebruikbaarheid van dergelijke metingen. Vaststaat in elk geval dat de hoeveelheid water diebetonspecie bevat een grote rol speelt in dezeverwerkbaarheid. Tezamen met het fijnemateriaal (cement en het fijne gedeelte uit hetzand) wordt een pasta gevol'md ,die degrotere korrels omhult en als smeermiddelwerkt, waardoor deze 'korrels ziohgemakikelijker ten opzichte van elkaar kunnenbewegen.1In deze gedachtengang moeten enkele feitenduidelijk van elkaar worden onderscheiden:1 De aard van het smeermiddel (dus meer ofminder vloeibaar) wordt bepaald door dewater-cementfactor. Het zeer fijne zand latenwe hier gemakshalve even buiten beschouwing.Door verhogen van de water-cementfactorwordt een pasta met grotere vloeibaarheidverkregen.2 De hoeveelheid van het smeermiddel kan ookworden gevarieerd bij gelijkblijvendevloeibaarheid. Verhogen van het cementgehalteèn het watergehalte, zodanig dat daarbij dewater-cementfactor constant blijft, leidt tot eengrotere hoeveelheid smeermiddel met dezelfdevloeibaarheid.Met deze redenering zijn we direct aangelandbij de beide methoden die worden gebruikt omeen betonspecie een grotere verwerkbaarheidte geven:1 Meer water bij gelijkblijvend cementgehalteDit geeft meer smeermiddel met grotere'vloeibaarheid'. De aldus verhoogdewater-cementfactor leidt echter tot lageresterkte (fig. 2).Voorbeeld:Aan betonspecie met een cementgehalte van325 kg/'m3 en een water-cementfactor van 0,50voegt men ter verbetering van deverwerkbaarheid 12 liter water per m3 toe. Dewater-cementfactor stijgt daardoor met PR == 0,04 tot 0,54. Uit figuur 1 is af te lezen dat debereikbare betonsterkte volgens decontroleproef daardoor daalt met ca. 40kgf/cm2·2ii _5(_lO-___O+-I5O JJlDHJRRJJJJMJKSMJJtKJKKKWJWJJWWZWWWXXHWZWWZZ83)-.!l-"OMMJJHJJJ J JJJJJJJHJONMMJJH|JJJJ JJJJJ |HJJ'0O __KKiKJ| _ _J.._ K K K K K K K f |2Verband tussen betonsterkte,water-cementfactor en zetmaat; meer waterbij gelijkblijvend cementgehalte geefteen betere verwerkbaarheid maareen lagere sterkte2 Meer cement bij gelijkblijvendewater-cementfactorBij gelijkblijvende vloeibaarheid van decementpasta wordt door de grotere hoeveelheidtoch een betere verwerkbaarheid van debetonspecie verkregen.Deze methode wordt ook voorgeschreven doorde GBV 1962 (art. 13) ter verbetering van deverwerkbaarheid voor bepaalde gevallen.Voorbeeld:Dezelfde verbetering van de verwerkbaarheidal$ bij het onder 1 genoemde voorbeeld wordtverkregen door verhogen van hetcementgehalte van 325 tot 350 kg/m3.Bij gelijkblijvende water-cementfactor van 0,50komt dit overeen met een hoger watergehaltein de specie van 25 x 0,5 = 12Iiter/m3· Debereikbare betonsterkte wordt hierdoornauwelijks beïnvloed.Toch moet niet al te lichtvaardig gedachtworden dat hi'ermee de oplossing van hetverwerkbaarheidsprobleem is bereikt. Hetopvoeren van het cementgehalte heeft namelijkook nadelen. Allereerst economische, wantcement is in normaal beton altijd nog hetduurste bestanddeel; echter ook technische.Het rechtstreekse verband tussen betonsterkteen water-cementfactor geldt feitelijk 'Slechtsbij een bepaalde dikte van de cementsteenlaagtussen de korrels van het zand en grind. Eengrotere dikte van deze cementsteenlaag (metdezelfde water-cementfactor, dus dezelfdekwaliteit) leidt echter tot lagere betonsterkte.In het 'krentenbrood'komen de afzonderlijkekrenten op grotere onderlinge afstand enleveren daardoor een geringere bijdrage aande totale bezwijksterkte.3Trouwens ook eigenschappen als krimp,bestendigheid e.d. kunnen door een hogercementsteengehalte nadelig worden beïnvloeq.Een gegeven speciesamenstel/ing heeft eenhoeveelheid water nodig voor een zekereverwerkbaarheid. Deze hoeveelheid bepaalt, incombinatie met het cementgehalte, dewater-cementfactor. Verhoging van hetcementgehalte is gemotiveerd wanneerdaardoor de water-cementfactor zover kanworden verlaagd dat de gewenste druksterktevan het beton wordt gehaald.Tot dusver is steeds uitgegaan van eenspeciesamenstelling die een bepaaldehoeveelheid water nodig heeft voor eengewenste verwerkbaarheid.Hoe groot is deze 'bepaalde' hoeveelheidwater?Dat blijkt vooral sterk af te hangen van dekorrelopbouw van het mengsel. We dienen erdaarom naar te streven dat de korrelopbouwvan een mengsel zoveel mogelijk de 'ideale'opbouw benadert. Onder 'ideale opbouw'verstaan we een zodanig mengsel dat degewenste verwerkbaarheid (dus ookverdichtbaarheid) met zo weinig mogelijk waterverkregen kan worden. In een van de volgendeafleveringen van BETONlEK zal de opbouw vanzand-grindmengsels nader worden bekeken.We zullen er nu slechts van zeggen dat vooreen optimale (dus zo goed mogelijke)betonsamenstelling eisen gesteld moetenworden aan de korrelopbouw van hettoeslagmateriaal, aan de totale hoeveelheid fijnmateriaal (cement + zeer fijn zand) en aan dewater-cementfactor voor de gewenste sterkte.Stapsgewijze kan men zich de opbouw van eenmengsel, dat een vooraf aangenomen sterktemoet bereiken, als volgt denken:4eerste stap:de korrelopbouw van hettoeslagmaterialenmengsel bepaalt dehoeveelheid water die nodig is voor deverwerkbaarheid onder de geldendeomstandigheden;tweede stap:afhankelijk van het -gekozen cement met eenbekende normsterkte mag de~ ~ een maX!imumwaardeniet overschrijden (fig. 1).Dit levert, in combinatie met de hoeveelheidwater van de eerste stap, hetcementgehalte;derde stap:de som van cement + zeer fijn zand moetbinnen bepaalde grenzen blijven. Dehoeveelheid zeer fijn zand is daardoorbegrensd. Overschrijding van deze grensheeft weer invloed op de benodigdehoeveelheid water.Voor het bereiken van een hoge sterkte -deovereenkomende lage water-cementfactor) kanbij gebruik van klasse A cement hetcementgehalte zo hoog blijken dat men bij dederde stap 'uitglijdt'. Een hogere klasse cementkan in dit geval de oplossing zijn. Ook debeschikbaarheid van meerdere fractiestoeslagmateriaal kan een goede benaderingvan de optimale samenstelling bevorderen.In het voorgaande is de functie van cement enwater uitvoerig besproken. In betonspeciedienen cement en water als smeermiddel; naverharding zijnde afzonderlijke zand-grind-korrels aan elkaar gelijmd terwijl cementsteende resterende holle ruimten tussen deze korrelsopvult.Hoeveel cement is er eigenlijk nodig wanneerwe uitgaan van een goed opgebouwdzand-grindmengsel, dus met voldoende fijnekorrels ter beperking van de holle ruimte in hetzand-grind skelet?De belangrijkste factor is de omhulling: allezand- en grindkorrels moeten vertind wordend.w.z. omhuld met een laagje cementpasta. Nuheeft een grindkorrel een kleiner te omhullenoppervlak dan een hoeveelheid zandkorrels dietezamen hetzelfde volume als degrindkorrelsinnemen. Dus: grof materiaal vraagt mindercementpasta (en dus cement) ter omhulling.Zonder hier direct aan te gaan rekenen is dittoch wel op de volgende manier voor te stellen(fig. 3):Neem een bak van 1 m3inhoud met eennormale, goed samengestelde betonspecie,waarbij de maximale korrelafmeting van hetgrind ca. SO mm bedraagt. Het cementgehaltebedraagt SOOkg/m3· Na verharden zal dit eenbeton van behoorlijke kwaliteit opleveren.Neem nog eens dezelfde bak met dezelfdehoeveelheid betonspecie.Gooi hierin een rotsblok, dus een enormegrindkorrel, met een inhoud van 200 liter. Watzien we gebeuren? Het rotsblok verdringt 200liter van de oorspronkelijke betonspecie en dus5figuur 3Bij de bouw van stuwdammen gebruikt menveelal betonspecie waarvan het toeslag-materiaal een grote maximale korrelafmetingbezit, teneinde het cementgehalte (endaarmee de hydratatiewarmte) te beperkenook' N = +deelvanhet cement, ditis60 kg. Het cementgehalte bedraagt nog slechts300 - 60 = 240 kg terwijl de kwaliteit van hetbeton na verharden minstens gelijk is aan dievan het oorspronkelijke beton.Dit is verklaarbaar doordat het omhullendoppervlak van het rotsblok veel kleiner is danhet totale omhullend oppeivlak van de velekleine korrels die tezamen een even grootvolume innemen; hierdoor is mindercementpasta nodig.Conclusie:vergroten van de maximale korrelafmetingmaakt het mogelijk het cementgehalte teverlagen voor een gelijkwaardigebetonkwaliteit.Dit is natuurlijk allang bekend en voorbetonconstructies van zeer grote afmetingen,bijv. stuwdammen, wordt dan ook een grotemaxirnale korrelafmeting gekozen waardoor hetcementgehalte wordt beperkt tot bijv. 180 kg/m3voor hoogwaardig beton!Voor dergelijke zware betonconstructies geldtbovendien nog het volgende. De warmte diedoor het cement tijdens de verharding wordtontwikkeld, wordt slechts langzaam afgevoerd.Om de temperatuursstijging in het beton binnentoelaatbare grenzen te houden is het daaromnoodzakelijk deze totale zogenaamde6hydratatiewarmte te beperken. Behalve dekeuze van cementsoort (in Nederland met namehoogovencement) speelt ook de beperking vande cementhoeveelheid hier een grote roLMen vergeet echter dikwijls dat ook voor meeralledaagse constructies zoals funderingen,kelderwanden en dergelijke de maximalekorrelafmeting van het grind niet automatischtot de bekende 30 mm hoeft te worden beperkt.Aan de andere kant van de schaal zal blijkendat verkleining van de maximale korrelafmetingleidt tot een grotere cementlijmbehoefte, dustot een hoger cementgehalte. Bij voorbeeldvan 300 naar 350 kg cement per m3bijverkleining van de maximalekorrelafmetingvan 30 mm tot 12 à 15 mmo Bij nog kleinereafmeting van de maximale korrel spreekt menmeestal niet meer van het aantal kg cement perm3, maar van de verhouding cement: zand.Zoals bij voorbeeld 1 cement: 2,5 grof zandvoor de specie waarmee een tegelzetter werkt.Ook hier: geen onnodige beperking vande maximale korrelafmeting ! Dit houdt in datbij voorbeeld afwerkspecie voor een vloerof pleisterspecie moet worden samengesteldmet grof betonzand; daardoor kan 'schraal'worden gewerkt (1 : 3).Gebruik van metselzand (max. korrel 2 mm) zouin dezelfde gevallen leiden tot een 'vetter'mengsel en een we'inig krimpvaste afwerklaagmet grotere poreusheid.water toevoegen op de gis,gaat heel vaak mis.7