Een maandelijkse uitgave van deNederlandse Cementindustriecorrespondentie-adrespostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon (abonnementen 150231) maart 1980Druksterkte op langetermijnElke sterktemeting van beton is een moment-opname. Sterkte ontstaat als gevolg van eenreactie tussen cement en water, een proces dataanvankelijk vrij vlot en daarna steeds langzamerverloopt. Het werkelijke eindpunt van de reactiewordt eerst na verloop van jaren bereikt. Hethandboek 'Betontechnologie' (CB1) zegthierover:'Uit praktische overwegingen zijn omtrent ditproces dat continu verloopt vanaf het tijdstip vanaanmaken totdat de eindverharding is bereikt,bepaalde afspraken gemaakt' [1] (fig. 1).De belangrijkste afspraak in dit verband is determijn van 28 dagen, als één van de bepalingenvan de geconditioneerde proef waarmee 'de'betonsterkte wordt gemeten. In onze betonvoor-schriften VB 1974 wordtdit vertaald als dekarakteristieke kubusdruksterkte. Hieruit volgtweer de reken waarde voor de druksterkte, eenbelangrijke grootheid voor de betonconstruc-teur.Maar is deze termijn van 28 dagen wel altijd zologisch? Alvorens deze vraag te beantwoordenzullen we een aantal aspecten van dit onderwerpnader onder de loep nemen.Afnamecontrole - produktiecontroleHet meten van betonsterkte via de ingewikkeldeprocedure van monstername, proefstuk, gecon-ditioneerde verharding enz. heeft dikwijls eentweeledig doel.In de eerste plaats geeft deze meting eenmomentopname ineen produktieproces. Aan dehand hiervan kunnen we het proces eventueelbijsturen. We noemen ditproduktiecontro/e.In de tweede plaats verschaft het de afnemer eencijfer waarop hijin letterlijke en figuurlijke zinverder kan bouwen: de al genoemde reken-waarde voor de druksterkte. Dit is afname-controle.Ten aanzien van beide begrippen valt er over demeest wenselijke verhardingstermijn wel het eenen ander te zeggen.Voor produktiecontro/e is de termijn van 28dagen niet geschikt. Het zou er droevig uitzien alseen produktie alleen moet worden gestuurd opgegevens die eerst 28 dagen nadien beschikbaarzijn. Echte kwaliteitszorg maakt gebruikvan meergegevens, zoals resultaten van voorgaandeperioden en sterktegegevens op kortere termijn.De keuze van deze gegevens kan van produkt totprodukt sterk verschillen. We zullen er hier nietverder op ingaan. We wi llen slechts opmerken dateen betonvoorschrift zoals de VB 1974geenhandleiding voor kwaliteitszorg is, maar feitelijkalleen voorschriften voor de afnamecontrolegeeft. Het valt niet te ontkennen dat bij de uit-werking daarvan de VB nogal eens op tweegedachten hinkt; voor de goede verstaanderhoeft dat geen probleem te zijn.In de zin van afnamecontro/e hanteren we duseen cijfer dat het materiaal voor de gebruikerkarakteriseert. Het is logisch hiervoor eenzo langmogelijke verhardingstermijn te kiezen. Elkeverkorting leidt namelijk tot onderwaardering vanhet materiaal en dus niet tot de meest rendabeleoplossing. Globaal weten we wel dat na 28 dageneen aanzienlijk deel van de mogelijke sterkte isFeitelijk zijn alleen type I en Hlgoed met onzeWest-Europese cementen vergelijkbaar:type met ons pc klasse A en type 11I met pcklasse B of C.105 1090 180 1 290 180 1 228282-3Sterkte-ontwikkeling van portlandcement resp.hoogovencementLange-duur druksterkte van betonUiteraard hebben diverse onderzoekers zichbeziggehouden met het verloop van betonsterkteop lange termijn. Het meest uitgebreide onder-zoek werd uitgevoerd in de Verenigde Statendoor de Portland Cement Association. Hetonder-zoek werd gestart in 1940.Niet alleen diversebetonsamenstellingen werden onderzocht; ooktrachtte men bij diverse bewaarcondities eenindruk te krijgen van het lange-duur gedrag vanbeton onder min of meer agressieve omstandig-heden. Over dit onderzoek, of eigenlijk reeksonderzoeken, verschenen van tijd tot tijd publi-katies [2, 3]. Helaas betreft het alleen de inAmerika gebruikelijke typen portlandcement, nl.:type I normaal pctype 11 pc met matige sulfaatbestandheid enmatige warmte-ontwikkelingtype 111 snelverhardend pctype IV pc met lage hydratatiewarmtetype V pc met hoge sulfaatbestandheid80l/mm270605040302010.1dag 38070650403020103 7Lange-duur normsterkte van cementDe Nederlandse Cementindustriebeproeft opuitgebreide schaal normproefstukken volgensNEN3072. Met een veel kleinere frequentie wordtdesterkteontwikkeling op langere termijngevolgd. Uit het lange-duur onderzoek blijkt (endit wordt bevestigd door literatuurgegevens) datde normdruksterkte van alle cementen nog aan-zienlijk toeneemt tot 1 à 2 jaar na aanmaken. Nadeze periode is de sterktetoename afhankelijkvan de cementsoort. Bij cementen die wordengekenmerkt door een trage beginverharding,zoals hoogovencement, neemt de sterkte ookdaarna nog toe. Bij portlandcement is na tweejaar het beeld wat minder duidelijk. Portland-cement A blijft, evenals hoogovencement, nogwel stijgen. Bij portlandcement B en C blijkt eengeringe daling op te treden (fig. 2 en 3).1Algemeen karakter van de sterkte-ontwikkelingvan cementSamengevat:Produktiecontrole is niet in een allesomvattendvoorschrift te vangen. Elke betonproducentmaakt gebruik van de voor hem belangrijkegegevens om te komen tot een juiste afstemmingvan produktiekosten en risico van afkeuring.Afnamecontrole van beton gebeurt via eengestandaardiseerde controleproet. Dit leidtechter tot onderwaardering van de feitelijkegebruikswaarde omdat na de gekozen termijnvan 28 dagen de sterkte nog toeneemt.Om een indruk te krijgen van deze onderwaar-dering zullen we eerst de naverharding voordiverse cementen nader bekijken.ontwikkeld (fig. 1).Daarna neemt de druksterktenog maar zeer langzaam toe. Een geringeverlenging van de controleproeftermijn totbijvoorbeeld 6 weken heeft dan ookweinig tebetekenen. Verlenging tot 90 of 180 dagen stuitpraktisch echter op grote bezwaren.27d. 2Sd. gOd 1 3 1 7d. 28d. soe. 1 36Sterkte-ontwikkeling van beton in relatie tot dewatercementfactor10 2528 dagen203010Een korte samenvatting is van zo'n uitgebreidonderzoek niet te geven. De figuren 4 en 5 geveneen beeld van de sterkte-ontwikkeling vanstandaardbeton met alle genoemde cementen enbij twee verschillende water-cementfactoren. Ditbeeld is duidelijk. Het snellere portlandcement(type 111) is eerder uitgehard dan normaal port-landcement (type I).Dit laatste wordt in denaverharding weer overtroffen door hettrageretype IV (Iow-heat pc) dat in zijn verhardlnqs-karakteristiek goed vergelijkbaar is met hoog-ovencement. Dit komt overeen met de algenoemde gegevens over normsterkte vancementen. Tevens blijkt de invloed van de wcf:het afvlakken van de naverharding treedt eerderop bij hogere wcf.tSterkte-ontwikkeling van beton met diverse cementen(I =normaal pc, 11 =snelpc, IV =traag pc); 6 N/mm'watercementfactor 0,43 resp. 0,55In 1941 werd in Duitsland begonnen aan eenonderzoek met hetzelfde doel. Ook hier moetvoor een overzicht worden verwezen naar eenpublikatie [4]. Figuur 6 is een weergave van debelangrijke samenvattingen van dezepublikatie.In deze figuur is de gemiddelde naverhardingweergegeven van een groot aantal betonsoorten,gekenmerkt door hun 28-daagse druksterkte of'B-waarde', in relatie tot de wcf.Voor een leeftijd tot circa 25 jaar is de relatievenaverharding groter naarmate de wcf hoger is. Ditblijkt uit de vrijwel gelijke hellingen van deverschillende evenwijdige lijnen. Een stijging van10 naar 30 N/mm 2wil zeggen een naverhardingvan 200%; een stijging van 30 naar 50 N/mm 2slechts 67%.Verder blijkt uit alle publikaties het grote belangvan de omstandigheden waaronder het betonverkeert en dan met name van de vochtcondities.Vooronder-water-bewaard beton is de naverhar-ding vergelijkbaar met de naverharding vancementnormproefstukken die immers perdefinitie in een waterbad worden opgeslagen. Demeeste lange-duur gegevens zijn echterverkregen onder opslagcondities die de praktijkmeer benaderen, dus bij blootstellen aan debuitenlucht of in de geconditioneerde atmosfeervan een laboratorium.3Normdruksterkte in N/mm 2'eindsterkte'na 28 dagen na 90 dagen na 10jaarhcA 47 (62%) 57 (75%) 76 (100%)pcA 46 55 (80%) 69 (100%)pcB 58 66 (96%) 69 (100%)Tabel 1Sterkte-ontwikkeling van verschillende cementen,uitgedrukt in procenten van de eindsterkteUit de veelheid van gegevens springen twee con-clusies duidelijk naar voren:· De invloed van de water-cementfactor. Derelatieve naverharding is groter naarmate dewcf hoger is. Aan de andere kant treedt bij ditmeer poreuze beton nazeer lange tijd weer eensterktedaling op.· Invloed van de cementsoort. De naverhardingis niet alleen relatief groter naarmate hetcement in aanvang trager is; ook in absolutezin scorende trage cementen op den duur hethoogst.Wat doen we ermee?De belangrijkste conclusie is dat het hanteren vande controleproefsterkte na 28 dagen als belang-rijkste materiaalkenmerk een veilig uitgangspuntis.Maar dat wisten we allang.Wat we ook al wisten: druksterkte is niet de enigebelangrijke eigenschap van beton. Duurzaam-heid is minstens even belangrijk. Daarvoor geldtzoals bekend: zorg voor een goed en dichtbeton.Uit alle onderzoeken blijkt nu juist voor dit dichterbeton (met lagere wcf) op zeer lange termijn denaverharding, de relatieve sterktetoename, deextra veiligheidsfactor, of hoe we het verder ookwillen noemen, het grootst te zijn.De nadruk willen we hier eigenlijk leggen op deinvloed van de cementsoort op de naverharding.Bij trage cementen is de naverharding aanzienlijkgroter dan bij snellere cementen. Voor Neder-lands cement volgt dit uit normsterktegegevenswaaruit tabel 1 is afgeleid. Als voorbeeld van eensnel cement is hier gekozen voor pc-B: isuiteraard aanzienlijk minder snel;hc is weer ietsminder snel dan pc-A.We zien dat deportlandcementen onder overeen-komstige omstandigheden (volgens de norm-beproeving) na 10 jaar verharden eenzelfde4'eindsterkte' behalen: 69 N/mm2· Hoogoven-cementklasseA bereikt na 10jaareen circa 10%hogere 'eindsterkte', namelijk 76N/mm2·Als we die 'eindsterkten' op 100% stellen, volgenhieruit interessante conclusies voor de sterktenop kortere termijn. We zien dat pc-A na 90 dageneven véris als pc-B na 28 dagen. We zien ook datpc-B na 90 dagen vrijwel is uitgehard. Hc-A heeftna 28 dagen slechts 62% van zijn 'eindsterkte'bereikt. Na 90 dagen is dat gestegen tot 75%(tabel 1).De hoofdconclusie hieruit:hanteren van de 28-daagse sterkte als kwaliteits-kenmerk voor een bouwmateriaal met een zeerveel langere levensduur, leidt tot aanzienlijkeonderwaardering van 'normaal' (klasse A)cement, vooral van hoogovencement. Beoor-delen van A-cementen na 90 dagen geeft met80% (voor pc-A) respectievelijk 75% (voor he-A)van de 'eindsterkte' een wat reëler beeld.Praktisch is dit niet zo gemakkelijk te hanteren.Bij het handhaven van de verhardingstermijn van28 dagen zou men het verschil in naverhardingkunnen compenseren door een 'waarderings-factor': bij gebruik van cement met een aan-toonbaar grotere naverharding hoeft dan na 28dagen bijv. maar 80 of 90% vande vereiste sterktevoor een bepaalde betonkwaliteit te wordengehaald.Een extra krachtige stimulans om af te wijken vande standaardprocedure is zeker aanwezig bijmesseoeton. Om daarbij de temperatuur-gradiënten tengevolge van hydratatiewarmtebinnen de perken te houden moeten we ons inallerlei bochten wringen: keuze cementsoort,beperking cementgehalte, koelen betonspecie,Vooral bij massabeton (zoals hier bij de bouw van depijlers voor de stormvloedkering in de Oosterschelde)zou een meer reële waardering van de 28-daagsedruksterkte belangrijke economische voordelen gevenafvoeren warmte enz. Het gebruik van cementmet lage hydratatiewarmte (ook in de nieuwenorm NEN 3550 als zodanig omschreven) is daar-bij een vanzelfsprekend uitgangspunt. Dit zijnechter ook typisch cementen met een grotenaverhardingsfactor. Als we hier nu eens de'controleproefsterkte' zouden baseren op 3maanden geconditioneerde verharding, kunnenwe ook de daaruit resulterende verlaging van hetcementgehalte goed tot zijn recht laten komen,zonder concessie aan veiligheid of duurzaam-heid. Een zodanige aanpassing, ook in de voor-schriften, is voor massabeton technisch eneconomisch goed te motiveren.Nu is Nederland, dat 50% van zijn behoefte dektmet hoogovencement, altijd een koplopergeweest in het gebruik van 'versneden'cementen. Dat zijn cementen die niet alleenklinker bevatten maar ook zwakker hydraulischebestanddelen zoals slak, tras en vliegas. Dezecementen (hoogovencement, trascement) wor-den gekenmerkt door een grote naverhardings·factor.Gezien de snel wijzigende grondstoffen- enenergiemarkt neemt ookin het buitenland debelangstelling voor deze cementen toe. En daar-mee de belangstelling voor deze problematiek.Misschien leidt dit tot een kritische herwaar-dering van de normen voor beton, met name tenaanzien van de kenmerken van de afnamecon-trole. Zonder verstarring geen beton, maar wemogen niet verstarren in ons denken over beton.Literatuur1. Smit, D. W. E., C. Souwerbren en A. P. vanVugt, 'Setontechnologie' (CS1); 's-Hertogen-bosch, Nederlandse Cementindustrie, 1977.2. Klieger, P., 'Long-Time Study of CementPerformance in Concrete'; ACI JournalProceedings V. 54, nr. 6, dec. 1957.3. Washa, G. W. en K. F. Wendt, 'Fifty VearProperties ofConcrete'; ACI Journal, jan.1975.4. Walz, K., 'Festigkeitsentwicklung van Betonbis zum Alter van 30 und 50 Jahren'; Seton,1976 nr. 3 blz. 95-98, 1976 nr. 4 blz. 135-138.56