POSTBUS 3011. 5203 DA -s HERTOGEN BOSCHDe opbouwvan beton arbeid. Dekeuzevandebetonsamen-stellingmoetechter, rekeninghoudende met alle omstandigheden,steedsgericht blijven ophetverkrijgenvan eenbetonvan zo groot mogelijkedichtheid.'In BETONlEK wordt regelmatig verwezen naar resultatenvan onderzoek en regelgeving in CUR-verband. CUR-voluit Stichting Civieltechnisch Centrum UitvoeringResearch en Regelgeving - vierde in 1992 haar veertigjarigbestaan. Dit jubileum stond tevens voor 40 jaarkennisontwikkeling op het gebied van de betontechnologie.Jubilea zijn goede gelegenheden tot een terugblik, totbeschouwing van de verrichte inspanningen. Wat heeft 40jaarkennisontwikkeling opgeleverd? In deze aflevering eenterugblik met verrassende conclusies.CUR-rapport I was gewijd aan deopbouw van beton. Daarin werdennu nog steeds geldende wetmatig-heden van de mengselopbouw methet oog op sterkte èn duurzaam-heid alsvolgt vastgelegd:'Demeestdichte betonisde beste,zowelwatdesterkteals deaantast-baarheid van hetbetonen debescher-mingvanhetwapeningsstaalDewatertoevoegingmoettothetstriktnoodzakelijke worden beperktIndien betonzodanig verdicht wordtdater geenporiën meer aanwezig zijn,zullen dedruksterkte en deandereeigenschappen vandeverharde betononafhankelijk zijnvan degradering, demethodevan verdichting en de plastici-teitvanhetmengsel.Indepraktijk iseendergelijke betonniette verwezenlijken. Daar moetrekeninggehouden worden met allerleiomstandigheden, zoalsdeaardvanhette makenwerk, dete verkrijgentoeslagstoffen, dewijze waarop hetbetontransport kangeschieden en devoordeverdichting opte brengenVoorwaar een les die anno 1992met alle veranderingen in beschik-bare grondstoffen en toevoegingennog steeds actueel is.Hetmateriaal betonDe eigenschappen vanbetonvloeien voort uit zowel de eigen-schappen van de samenstellendebestanddelen als uit de onderlingeverhouding waarin deze bestand-delen voorkomen. Daarnaast speeltde hechting tussen cementsteen entoeslagmateriaal een belangrijkerol.Deze principes gelden net zo zeervoor het traditionele grindbeton alsvoor de nieuw ontwikkelde beton-soorten, zoals colloïdaal beton,schuimbeton en beton met hogesterkte.Juistbij deze betonsoortenworden de mogelijkheden van demoderne betontechnologie volledigbenut.januari 1993=Oms{agCUR-rapport 1,1955De eisen, waaraan de diverseaspecten moeten voldoen, zijnvast-gelegd in NEN-normen en CUR-Aanbevelingen. De normen wordenin nauwe samenwerking tussenCUR en het Nederlands Normali-satie Instituut - NNI opgesteld. Debasisnorm voor de betontechno-logie is de welbekende VBT 1986(NEN 5950), waarop enige tijdgeleden een aanvullingisverschenen.Plet CUR-Aanbeve-Iingenwordtsnel ingespeeld opnieuwe ontwikkelingen, zoals denieuwe betonsoorten. Met dezespelregels worden de randvoor-waarden voor verantwoordetoepassing in een vroeg stadiumvastgelegd. Nadat hiermee ervaringisopgedaan, worden de Aanbeve-lingengetransformeerd naarnormen.ToeslagmateriaalAllerlei steenachtige materialen dieinovervloed in de aardkorstaanwezig zijn,komen in aanmerkingvoor het maken van beton. Dezematerialen vertonen zoveel over-een komst in elgenschappen dat degrondslagen van de betontechno-logie overal ter wereld bruikbaarzijn.De keuzevan het toeslagmateriaalwordt in de eerste plaats bepaalddoor het natuurlijke voorkomenvan het materiaal op niet te groteafstand van de plaats waar hetgebruikt zalworden. Transportovergrotere afstanden isgewoonlijk niet rendabel. Inonsland lijkthier de laatste jaren doorde beperking van grindconcessiesmin of rneer noodgedwongenverandering te komen.Eenandere belangrijke ontwikke-ling,die vooral de laatste jaren isdoorgezet, is de toepassing vanvulstoffen en hulpstoffen.Vulstoffen, zoals vliegas en silicafume, bieden een welkome aanvul-lingals extra fijnmateriaal. Daar-naast komt in bepaaldeomstandigheden de puzzolanewerking van sommige van dezevulstoffen goed van pas.De toepassing van hulpstoffenmaakt de vergaande ontwikkelingvan nieuwe betonsoorten, zoalsbeton met hoge sterkte, mogelijk.Ten opzichte van veertig jaargeleden kunnen de vulstoffen enhulpstoffen thans als basisgrond-stoffen voor beton worden aange-merkt.De ontwikkeling van de betontech-nologie in diverse landen istraditio-neel sterk bepaald door de aard enbeschikbaarheld van het natuurlijketoeslagmateriaal. In Nederland is dithet door de grote rivieren afgezetteen overwegend uit kwartsbestaande zand en grind. InZwit-serland bijvoorbeeld gebruikt mengebroken granietachtig materiaal. Ingrote delen van Engelandwordtgebroken kalksteen toegepast.De genoemde beperking van debeschikbaarheid van riviergrind inons land heeft er toe geleid dat delaatste jaren naarstig isgezochtnaargrindvervangende toeslagmate-rialen. Deze materialen, veelal in devorm van gebroken natuursteen,moeten noodgedwongen wordengeïmporteerd. Dit geldt ook voorhet steeds meer toegepastezeezand en -grind dat uit deNoordzee wordt gebaggerd.Intoenemende mate wordt gebruikgemaakt van granulaten van beton,eventueel gemengd met baksteen-granulaat. Dit levert tevens eenbijdrage aan de vermindering dehoeveelheid puin, die bijsloop isvrijgekomen.Voor de betontechnoloog vergt hetgebruik van deze andere toeslagma-terialen wel enige gewenning. Deeisen die aan de verschillendegebroken toeslagmaterialenworden gesteld, zijnopgenomen ineen reeks van CUR-Aanbevelingen,zoals voor harde kalksteen, graniet,porfier en harde zandsteen.Indit verband kunnen ook de zoge-noemde secundaire materialen,zoals Lytag, Aardelite en een grootscala van slakachtige produktenworden genoemd. Vooral dezetoeslagmaterialen is in CUR-verband onderzoek uitgevoerd enverschijnen binnenkort CUR-Aanbevelingen, opdat verant-woorde toepassing kan gesebieden.De verschillen tussen de diversetoeslagmaterialen komen bijvoor-beeld tot uitdrukking in een verschilin hechting van cementsteen aaneen natuurlijke of een gebrokenkorrel en aan een grotere waterbe-hoefte bijgebroken rnaterialen.Eenbelangrijk kenmerk vannatuurlijk, dicht toeslagmateriaalisde grote druksterkte. Daarnaastbiedt het ook grote weerstand""'wcf relatieve sterkteInvoed van de water-cementfactorfabel IRe/atie tussenwater-cementfaaor en rela-tievesterkte(bij 100%hydratatie)De sterkte van cementsteen isvanoverheersend belang voor de tebereiken sterkte van normaalbeton. Een hogerewcfgeeft als hetware een verdunning van decementpasta, respectievelijkcementsteen. Het meerdere wateris daarbij aanwezig in poriën dieniettot de sterkte bijdragen. Intabel I isde relatie tussen water-cement-factor en de relatieve sterkte aange-geven.0,870,740,600,500,420,350,300,260,330,400,450,500,550,600,650,70Hetzelfde 'verdunningseffect'treedt op wanneer het percentageporiënvolume wordt vergrootdoor de aanwezigheid van lucht.Innormaal verdicht beton bevindtzich altijd nog wel I à 2 %luchtpo-riën, zo'n 10à 20 liter per m3. Iederprocent lucht, dat door onvolledigverdichten of anderszins in hetbeton achterblijft, gaat gepaard metsterkteverlles, Het sterkteverliesper procent lucht isongeveer evengrootals hetsterkteverlies doorverhogen van het watergehalte met10liter per m3·De overheersende invloed van dewcf op de sterkte van beton onderoverigens gelijkeomstandigheden,wordt wel genoemd de 'wet van dewater-cementfactor'.Resumerend zijnvoor de druk-sterkte van beton van belang:een rol. Zelfs de natuurlijke, zoge-naamde dichte toeslag heeft eenzekere, zijhet zeer geringe porosi-teit. Dit spreekt echter duidelijkerbijlichte toeslagmaterialen.Wanneer deze in niet-waterverza-digde toestand worden gedoseerd,zal de binnendringende cement-pasta na verharding voor innigverband zorgen.In normaal beton is cementsteenaltijd, en meestal aanzienlijk,zwakker dan het toeslagmateriaal.Bij lichtbeton en beton met hogesterkte is de zwakste schakel nietde cementsteen, maar hettoeslag-materiaal. Bij hoge-sterktebeton,ook als dit issamengesteld methoogwaardig natuurlijk toeslagma-teriaal, wordt dit al enigszins merk-baar vanaf sterkteklasse B75. Eenbelangrijk aspect in de ontwikkelingvan beton met hoge sterkte is danook de vergaande optimaliseringvan de samenwerking tussencementsteen en toeslagmateriaal.Elementen hierin zijn de afstemmingtussen de sterkte van de cement-steen en van het toeslagmateriaal,de grootste korrelafmeting, dekorrelvorm en de oppervlakte-structuur van het toeslagmateriaal.In de volgende aflevering van BErO-NlEKzal hier uitgebreid op wordeningegaan.de sterkte van cementsteen;- de hechting tussen cementsteenen toeslagmateriaal;- de dikte van de laagcementsteentussen de korrels toeslagmate-riaal;en door de technologische entwik-kelingen thans sterker dan voor-heen:- de druksterkte van het toeslag-materiaal.enwerking cementsteenen toeslagmateriaalHechting tussen cementsteen en deafz:onderlijke korrels van hettoeslagmateriaal speelt een belang-rijke rol in het samenspel van beidecomponenten. Het blijktook eenzeer moeilijk meetbare invloed tezijn.Om steeds opnieuw beton teproduceren met eenzelfde sterkte-niveau, moet men streven naargelijkmatige hechting tussencementsteen en toeslagmateriaal.Verstoring hiervan kan optredendoor bijvoorbeeld een laagjeleemop de grove toeslagkorrels, zoals bijslechtgewassen of ongewassentoeslagmateriaal kan voorkomen.De hechting kan overigens voorverschillende toeslagmaterialen eenanderkarakter tonen. Een ruwoppervlakgeeftbetere hechting daneen glad oppervlak, terwijl ook demineralogische samenstelling vanhet toeslagmateriaal een rol speelt.Gebroken harde kalksteen is indeze aspecten een positiefvoor-beeld.De moderne betontechnologiespeelt hier op in. De ontwikke-lingen op dit gebied richten zichonder meer op verbeteringvan hetaanhechtingsgedrag tussen cementen toeslagmateriaal.Ook de porositeit van het opper-vlakvan de toeslagkorrels speelttegen vervormen. Deze vervorm-baarheld wordt uitgedrukt als elas-ticiteitsmodulus. Ook in dezeeigenschappen kunnen materialenvan diverse herkomst nog wel vrijsterk verschillen. Om de gedachtente bepalen, het inons land gebruiktezand en grind heeft een druksterktetussen 150en 200 N/mm2bijeenelasticiteitsmodulus van ongeveer6 x 105N/mm2·sn70E... ...(40... ...B30 Alaag wcf hoog0,3 0,4 0.5 0.6 0,7Relatie tussenwater-cementfador en druksterkte Relatie tussenwater-cementfadoren druksterkte, voorverschillende cementklassenFiguur2 geeft de relatie tussen wcfen druksterkte weer (op basis vande toen beschikbare grondstoffen).Gaande van hoge naar lagewcf vindtmen steeds hogere sterkten. Ditwordt weergegeven door degetrokken lijn.Inde praktijk zal bijsteeds verder verlagen van de wcfeen punt worden bereikt, waaropde betonspecie zich niet meer laatverdichten. De dan achtergeblevenlucht leidt, ondanks lagere wcf,totgrotere porositeit en daarmee totlagere sterkte. Dit wordt weerge-geven door de stippellijn; hiermeewordt de praktisch bereikbarebetonsterkte aangegeven.De ligging van het punt waar deverdichtbaarheid wordt over-schreden, zal vangeval tot gevalverschillen. Onder andere omstan-digheden, bijvoorbeeld een anderesamenstelling of een andere wijzevan verdichten zal dit omslagpuntbijeen andere wcf liggen.Het voorgaande iseen typischvoorbeeld van de 'traditionele'betontechnologie. De huidigetech-noloog gebruikt waterreducerendeofwel plastificerende hulpstoffenom deze problematiekte onder-vangen.Hierbij is het mogelijk met zeer lagewatergehalten en daardoor lagewater-cementfactoren, toch eengemakkelijk verdichtbare beton-specie te maken. Met als illustratiefvoorbeeld: een sterkteklasse B 100met een verwerkbaarheid inconsistentiegebied 4.Meestal wordt het verband tussenwcf en betonsterkte gegeven voornormaal verdicht beton. Men vindtdan een vloeiende kromme metsteeds toenemende sterkte naar-mate de wcf lager is. Interessant ishet om het gebruik van cementenvan verschillende klassen metelkaar te vergelijken.Dit isweergegeven in figuur 3.Dit verband wijkt niet wezenlijk afvan dat uit figuur 2. De drie lijneninde grafiek zijn in prjnclpe het gevolgvan verschillen in hydratatiegraadna 28 dagen verharding. Als desituatie na 365 dagen verhardingzou worden bekeken, dan wordt deoorspronkelijke figuur 2 weerzichtbaar.Overigens leidt bovenstaande rede-nering tot een interessanteconclusie, namelijk dat bijtoepas-singvan een klasse A cement er infeite meer 'sterktereserve'aanwezig is dan bijde klasse Ben Ccementen.Hiermee wordt indirect bevestigddat Ben C cementen eigenlijkuitsluitend op hun aanvangssterkteworden bekeken ten behoeve vansneller ontkisten of belasten. Hunhogere 28-daagse sterkte isgoedbeschouwd een tijdelijk voordeeldat op langere termijn wegvalt.zeefopening (mm)Voorbeeld vaneendiscontinue korrelverdeling vaneen mengseltoeslagmaterialenIIII/IV125 0,500 1 2 4 8 16Gradering toeslagmaterialenBij het streven naar economisch entechnisch verantwoorde betonspe-ciesamenstellingen moet de totalekorrelopbouw van het mengsel inaanmerking worden genomen.Zoals eerder aangehaald speelthierin ook het aandeel fijn materiaalin het gebied < 125p.rneen belang-rijke rol.De eerste studies naar de optimalekorrelopbouw dateren uit deperiode 1890 - 1895. De FransmanFéret hield zich toen bezig metonderzoeken naarmetselspeciesamenstellingen, die inhet kort hierop neerkwamen datmen de poriën tussen de grovekorrels moest opvullen met fijnekorrels en het geheel aan elkaarmoest kitten met cement en water.Féret leidde een eerste formule af,waarin de druksterkte kon wordenberekend uit de verhouding tussenhet volume cement ten opzichtevan de hoeveelheid water en holleruimten.Inhet begin van de twintigste eeuwbegon Fuller een serie proeven inde VSom te trachten factoren tevinden die de sterkte en de dicht-heid van beton bepalen. Hij kwamonder andere tot de conclusie dater één gradering van toeslagmate-rialen bestaat die de hoogstesterkte geeft. De zeefkromme diezo'n ideaal mengsel zou opleverenwerd voorlopig als een paraboolaangenomen.Dit principe is nog altijd van toepas-sing, echter voor de praktiserendebetontechnoloog is het altijd devraag in hoeverre de werkelijkekromme mag afwijken van de ideale,zonder ernstige gevolgen voorverwerkbaarheid en de te bereikensterkte. Daarbij geldt dat afwij-kingen in het grove toeslagmateriaalvan minder belang zijn dan in hetfijne.Dit benadrukt wederom het belangvan de hoeveelheid fijnmateriaal.Bijhetgebruik van hulpstoffen omde verwerkbaarheid te verbeterenmoet extra aandacht wordenbesteed aan de mengselstabiliteit.Vooral zeer fijne fracties, < 125p.m,blijken hierin een belangrijke rol tekunnen spelen. Hiervoor komenonder meer in aanmerking sillca-fume, vliegas en kalksteenmeel.Er is tevens een bijkomend voor-deel. De toevoeging van dezestoffen is een welkome aanvulling inhet onderste gebied van de korrel-gradering. Dit komttot uitingin debereikbare druksterkte, terwijlverder een belangrijke bijdragewordt geleverd aan de verhogingvan de dichtheid en dus de duur-zaamheid van beton.Continue en discontinue opbouw vandetoeslagmaterialenRonde korrels toeslagmateriaal vangelijke afmeting kunnen in een zoge-noemde bolstapeling worden0,samengepakt. In de holle ruimtenvan deze bolstapeling passen weerbolletjes van een afmeting die theo-retisch eenvoudig iste berekenen.Inde resterende ruimte passenweer kleinere deeltjes. Om steedsweer de resterende ruimten tevullen zouden de middellijnen vande kleinere bollen ongeveer 1/7moeten bedragen van de grotere.Op deze manier kan een dichtepakking worden opgebouwd,waarbij cement als fijnste bestand-deel fungeert. Dit betekent dathiermee een zogenoemde discon-tinue opbouw wordt gerealiseerd.De korrels hebben immers groeps-gewijs duidelijk onderscheidenafmetingen.Weliswaar heeft toeslagmateriaalnooit deze geïdealiseerde vorm enafmetingen, maar ook fractiestoeslagmateriaal met nauwkeurigbegrensde afmetingen zijngoedbruikbaar. Een voorbeeld van een'drietraps-rnengsel isgegeven infiguur 4.Discontinue graderingen kunnenzeer goede mengsels opleveren meto1020305070 N80=een relatiefgeringe waterbehoeftevoor een bepaalde verwerkbaar-heid en een dienovereenkomstiglagecementbehoefte voor eenbepaalde sterkte. Het toepassenvan zulke mengsels wordt pas inte-ressant als men kan beschikkenover de benodigde fracties mate-riaal.Er moet nog wel wordengewezen op de grotere gevoelig-heid van discontinue graderingen.Hieronder verstaat men dat afwij·kingen van de vereiste korrel-grootten alsnel leiden tot ernstigeverstoring van de eigenschappenvan het mengsel. Het gevolg kan zijndat de kleinere fractie de structuurvan de grotere fractie uiteen druktmet ernstige gevolgen voor deverdichtbaarheld. Bij continuemengsels is dit inveel mindere matehet geval.Bij continue graderingen komenhiaten in de korrelopbouw nietvoor: het korrelverdelingsdiagramwordt als een vloeiende lijngete-kend. Theoretische benadering vaneen 'ideale' korrelopbouw, zoals inhet geval van de discontinue grade-ring, innauwelijks mogelijk. Doorhet vergelijken van gegevens uitzeer veel proefmengsels is hetdiverse onderzoekers geluktformules te ontwikkelen waaraande 'ideale' korrelopbouw zoumoeten voldoen. Deze eenvoudighanteerbare formules suggerereneen wetmatigheid. Het blijvenechter niet meer en niet minder danpraktisch bruikbare benaderingenvan een zeer gecompliceerdewerkelijkheid.De tegenwoordige toepassing vangebroken toeslagmateriaal inverschillende fracties zou de indrukkunnen wekken dat met discon-tinue mengsels kan wordengewerkt. In het algemeen wordtechter door kundige samenstellingvan verschillende korrelgroepen infeite een zo veel mogelijke continuegradering nagestreefd.BesluitDe basisconclusies uit CUR-rapport I, uitgegeven in 1953,blijken in wezen nog steeds vankracht. Dit wil zeggen dat er nietsveranderd is. Bij nadere beschou-wing iser een aantal groteverschillen te constateren inhettechnologisch denken enontwerpen van nu en veertig jaargeleden.Allereerst bijhet samenstellen vanmengsels. Toen werd zeer uitvoerigaandacht besteed aan de graderingvan de toeslagmaterialenmengsels.Diverse min of meer complexesamenstellingsmethoden werdentoegepast, waarbij de indruk werdgewekt dat een procent meer ofminder zand van doorslaggevendbelang was voor de eigenschappenvan beton. Inde loop der jaren ismen daarvan teruggekomen.Tegenwoordig wordtgekeken ofeen mengsel binnen een beoogdgraderingsgebied valt. Deze bena-dering isvooral gebaseerd op hetbeheersen van de waterbehoeftevan het mengsel.Eentweede belangrijkverschiltussen vroeger en nu is de conse-quente scheiding tussen ontwerpenop sterkte en op duurzaamheid.Deze ontkoppeling is mogelijkgeworden omdat op hetgebied vande duurzaamheid een belangrijkeverdieping van kennis heeft plaats-gehad.Met name op hetgebied vancorrosie van wapening iser nu eenduidelijk beeld omtrent de invloedvan porositeit, permeabiliteit,carbonatatiefront en vochtgehaltevan Dit heeft ertoe geleiddat verantwoorde grenzen kondenworden gesteld aan bijvoorbeeldmaximale water-cementfactoren enminimale cementgehalten, incombinatie met minimum beton-dekking. Deze ontwikkeling inkennis heeft met name in de jarentachtig plaatsgehad en heeft ook zijnweerslag gevonden in BETON/EK.Resumerend kan worden gestelddat de conclusies omtrent deopbouw van beton, zoals die inCUR-rapportl werden geformu-leerd nog steeds van kracht zijn.Inde uitvoering en toepassing van dieprincipes gaan de mogelijkheden nuveel verder. Vooral dankzij debeschikbaarheid van hulpstoffenkunnen de eigenschappen vanbetonspecie sterk worden beïn-vloed en zijn nieuwe toepassingsge-bieden van beton mogelijkgeworden.Voor het beïnvloeden van bijvoor-beeld specifieke verwerkbaarheids-eigenschappen èn wanneer weworden geconfrqnteerd met geheelnieuwe toeslagmaterialen en grade-ringen lijkthet toch verstandig omde oude principes niet te vergeten.literatuurI. CUR-rapport I 'Literatuur-studie over de opbouw vanbeton', CUR, Gouda, 1942.2. Betontechnologie (CB I),Vereniging NederlandseCementindustrie, Den Bosch,1991.In volgende uitgave:Hoge-sterktebetonTechnologie eneigenschappen van hoge-sterktebeton, zowelgeprefabriceerdals terplaatse gestort. Resultaten vanpraktijkproeven.Daar maak je 't mee.ofonBETONlEKiseen praktijkgerichtvoorlichtingsblad op hetgebiedvan de betontechnologie enverschijnt 10keer per jaar.Redactie:tel. 073 - 40 I 225Abonnementen:tel. 073 - 40 I 23 IISSN 0166-137xAbonnementsprijzen voor 1993:Nederland f 24,-, NederlandseAntillen en Belgiëf 25,-andere landen fUitgave:Vereniging NederlandseCementindustrie (VNC),Postbus 30 I I,5203 DA 's-HertogenboschAbonnementen lopen perkalenderjaar. Aan het eind vaneen kalenderjaar wordt hetabonnement automatischverlengd, tenzij voor I decemberschriftelijkwordt opgezegd.Overname van artikelen enillustraties istoegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.