Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenbosch september 1985Een wolk stofZorg voor het milieu, zuinig beheer van natuurlijkegrondstoffen, energie-besparing, hergebruik vanbouw- en sloopafval: trefwoorden met vandaag dedag een algemene maatschappelijke betekenis.Trefwoorden die ook kenmerkend zijn voor eengroot aantal activiteiten in de moderne beton-technologie.Voorbeelden in eigen land zijn delntroductie vanvliegas en portlandvliegascement alsmedebetonpuin- en metselwerkpuingranulaten.In deze processen wordt kwarts (Si02) samen metkoolstof (C) in elektrische ovens verhit tot eentemperatuur van rond de 2000 oe. Bij die tempera-tuur wordt het kwarts ontleed waarna het siliciumals een vloeistof uit de oven wordt afgevoerd.De van deze smelt opstijgende rook (Engels:fume), bevat uiterst fijne siliciumdeeltjes die weermet zuurstof gaan reageren tot kiezelzuur. Bijafkoelen van deze rook in speciale filters slaan dekiezelzuurdeeltjes neer in de vorm van uiterst fijneglasachtige bolletjes.Silica fume als eindprodukt, gereed voor verderetoepassing, bestaat in de regel voor meer dan 90%uit amorf silicium-dioxyde (Si02) . Verder komen erin voor ijzer, kalk, koolstof, magnesium en zwavel.Eén van de meest kenmerkende eigenschappenvan het materiaal is de extreem hoge fijnheid. Ditvalt des temeer op wanneer we silica fume verge-lijken met een aantal andere stoffen en dan kijkennaar het specifieke oppervlak:Het is de combinatie van dit grote specifiekeoppervlak en het hoge gehalte aan amorf Si02waardoor silica fume zulke duidelijke puzzolaneeigenschappen heeft. Toepassing van hetmateriaal in beton of andere cementgebondenmengsels lijkt derhalve voor de hand te liggen. Hetis dan ook niet vreemd dat deze toepassing delaatste jaren veel belangstelling ondervindt.In deze aflevering van BETON/EK aandacht vooreen alternatieve grondstof die om zijn zeer speci-fieke eigenschappen veel belangstelling ontmoetmaar waarover ook veel misverstanden bestaan.We bedoelen sillca fume (spreek uit: fjoem). Eengoed Nederlands woord voor dit produkt is ereigenlijk niet. Maar ook onze collega's die zich vanhet Angelsaksische idioom bedienen hebbenenige problemen met de naamgeving. Zo kan menin de literatuur naast silica fume ook de volgendeaanduidingen tegenkomen: silica dust, condensedsilica fume, silica powder en microsilica.Wat is silica fume?Silica fume is een restprodukt dat ontstaat bijfabricageprocessen voor de commercièle berei-ding van het element silicium en de zogenaamdeferro-silicium legeringen.materiaalsilica fumetabaksrookvliegascementspecifiek oppervlak in m2per kilogram2000010000400 -700300 - 400Eigenschappen betonspecie en betonIn ons land bestaat nauwelijks ervaring met betonwaarin silica fume is toegepast. Kengetallen voorde mate waarin deze toevoeging eigenschappenvan betonspecie en beton beïnvloedt, zijn vooronze omstandigheden dan ook niet beschikbaar.We moeten ons daarom beperken tot een globalesamenvatting van resultaten uit andere landen.Een belangwekkend naslagwerk!n dit opzicht ishet verslag van een internationale conferentie overalternatieve grondstoffen voor beton zoals vliegas,2Toepassing in betonEvenals bij vliegas of andere puzzolane materialenkan sillca fume vanuit twee oogmerken interessantzijn voor de toepassing in beton: puur als vulstofvooral ter verbetering van de dichtheid of alsgedeeltelijke vervanging van cement. In beidegevallen spelen naast technisch-kwalitatieveaspecten uiteraard ook financieel-economischefactoren een fOI. Wat dit laatste betreft zijn vanbelang de beschikbaarheid van het materiaal ende prijs.Exacte cijfers omtrent de jaarlijkse produktievan silica fume zijn niet beschikbaar maar naarschatting ziet het beeld er wereldwijd als volgt uit:Tot voor een jaar of 10 was sillca fume een afval-produkt dat nauwelijks enige waarde vertegen-woordigde. In de Scandinavische landen metname Noorwegen is de belangstelling voor hetprodukt vanuit betontechnologisch oogpuntontstaan. Vooral gedurende de laatste paar jaarwordt sllica tume op zijn ware merites beoordeelden gewaardeerd. Prijsconsequenties blijven dan(uiteraard) niet uit.Afhankelijk van de beschikbaarheid die van landtot land sterk kan verschillen zien we vandaagprijzen die varieëren tussen de helft en hetdubbele van de cementprijs.Alleen om die redenen al zal de toepassing vansilicafume in beton beperkt blijven tot incidentele,speciale toepassingen.landVerenigde StatenRuslandNoorwegenJapanSpanjeFrankrijkIJslandZwedenCanadaBraziliëAustraliëItaliëVenezuelaWest-Duitslandproduktie perjaar in tonnen300000150000120000700003000020000200001500015000130001200010000100006000silica fume, hoogovenslak en andere mineralen.Deze conferentie vond plaats in Canada in 1983.WaterbehoefteDoor de enorme fijnheid van silica fume zal dewaterbehoefte al bij geringe hoeveelhedenaanzienlijk toenemen met alle gevolgen van dien.Dit kan gedeeltelijk worden ondervangen doornaast silica fume tevens een superplastificeerdertoe te passen.VerwerkbaarheidBetonspecie met silica fume vertoont een merk-baar grotere samenhang dan gewone specie. Bijgelijke zetmaat is de verwerkbaarheid slechter, despecie is stugger, plakkeriger. De cohesie is zeergroot, ontmenging treedt niet op, zelfs water-afscheiding komt vrijwel niet voor. Er is dan ooknauwelijks een waterfilm aanwezig op versafgewerkte oppervlakken.Betonspecie met silica furne is om die reden uiterstgevoelig voor plastische krimp. Snelheid bij hetafwerken en nabehandelen is derhalve geboden.KleurDe kleur van betonspecie met silica fume kan sterkuiteenlopen van bijna zwart, donker grijs totnauwelijks enig verschil ten opzichte van blancospecie. Dit hangt vooral samen met het koolstof-en ijzergehalte in de silica furne; hoe meer vandeze stoffen aanwezig zijn des te donkerder wordtde kleur.Bij verhard beton hangt de kleur sterk af van devochtigheidsgraad van het beton. In uitgedroogdetoestand is er niet veel kleurverschil tussen betonmet silica fume en beton zonder. Wordt het betonechter nat dan wordt het verschil opvallend; silica-houdend beton wordt donkerder van kleur.SterkteontwikkelingNa een trage start (de sterkte na één daq blijft in deregel achter bij die van het blanco beton) geeftbeton waarin cement gedeeltelijk is vervangendoor silica fume een snelle sterkteontwikkeling tezien.De puzzolanltelt en ook de grote fijnheid van sillcafume speelt hierbij een belangrijke rol.Onderzoekingen in Noorwegen en Canada wijzenuit dat bij doseringen van 0 -10% silica fume tenopzichte van het cementgewicht, 1 kg silica fume3 tot 4 kg cement kan vervangen zonder nadeligeinvloed op de sterkte na 28 dagen .Porositeit en permeabiliteitDe permeabiliteit van mortels en beton neemt af bijtoepassing van silica fume. Dit komt door eenduidelijke verlaging van het aantal grovereporieënin de cementsteen, terwijl de totale porositeitongeveer gelijk blijft. (In dat opzicht heeft silicafume een zelfde werking alshooqovenslak.)Zie figuur 1.De verbetering van de mechanische eigen-schappen door het gebruik van silica fume wordtConclusieSilica fume is een materiaal met, vanuit betontech-nologisch standpunt bezien, uitermate interes-santeeigenschappen en mogelijkheden. Beschik-baarheid, prijs alsmede consequenties verbondenaan het gebruik ten aanzien van het produktie-proces zullen de toepassingsmogelijkhedenbeperken tot die gevallen waar sprake is vanbijzondere omstandigheden.Bijzonder in die zin dat zonder gebruik van sillcafume een oplossing in beton of mortel nauwelijksmogelijk is.De gezondheidsaspecten verbonden aan hetwerken met silica fume zijn nog niet helemaal inkaart gebracht. Vast staat dat er geen gevaarbestaat voor de gevreesde longziekte silicoseomdat het materiaal niet kristallijn maar amorf is.Dat neemt niet weg dat maatregelen moetenworden genomen om de hoeveelheid silica-deeltjes in de lucht van werkruimten te beperken.Ook maatregelen in de personele sfeer ominhaleren te voorkomen zijn zeer noodzakelijk.Bij de bespreking van de eigenschappen vanbetonspecie en beton met silica fume is alopgemerkt dat de verwerkbaarheid nadelig wordtbeïnvloed. Vooral het risico van zeer sneloptredende plastische krimpscheuren mag nietworden onderschat.Om te beginnen is het volumegewicht bijzonderlaag, een tankwagen die 35 ton cement kanvervoeren neemt hoogûit9 ton silica fume mee.materiaal laat zich bovendien moeilijk trans-porteren. Het lossen van deze 9 ton silica fumevraagt 50% meer tijd dan de 35 ton cement.Dit betekent meer energie en slijtage.Factoren waarmede ook rekening moet wordengehouden bij het verdere interne transport tijdensde betonproduktie, met name opslag in silo's,transport door schroeven of leidingen, vullen enledigen van weegbunkers alsmede de handling inrnenqers en truckmixers.LiteratuurProceedings of the Canmet/ACI First InternationalConference on the use of fly-ash,silica fume, slagand other mineral by-products in Concrete, 1983,Montebello, Canada; American Concrete InstitutePublication SP-79101,00,10,01----/Iportlandcement +/ portlandcementsilica fume /////II///.:o0,001208060Problemen en voorzorgenVanwege de enorme fijnheid van het materiaalkunnen bij het gebruik enige problemen ontstaan.algemeen toegeschreven aan deze verandering inde aard van de porositeit.1Porieverdeling in cementpastaUitdrogingskrimpHierover zijn nog niet veel gegevens beschikbaar.De meeste rapportages van onderzoekingen op ditgebied betreffen vergelijkingen tussen beton metsilica fume en blanco na 28 dagen verharding. Inhet algemeen zijn de verschillen klein en zonderpraktische betekenis.Waaromsilica fume?In de snel groeiende hoeveelheid buitenlandseliteratuur komt men de volgende argumententegen om silica fume als toevoeging in beton toe tepassen:- besparing op cementDoor de hoge puzzolaniteit is silica fumegeschikt om cement gedeeltelijk te vervangen.In hoeverre dat zinvol is moet blijken uit eenafweging van alle technische en financiëleconsequenties;- verkrijgen van zeer hoge sterkteDiverse onderzoekers hebben de combinatiesilica fume - superplastificeerder toegepast ombeton met zeer hoge druksterktes te vervaar-digen. Druksterktes van 100 N/mm2 en meerzijn mogelijk. Dit is uiteraard alleen zinvol voorbijzondere en beperkte toepassingen.- tegengaan van chloridepenetratiesDe vele schades door dooizouten aan bruq-dekken en in parkeergarages vragen omgerichte betontechnologische maatregelen.Beton met silica fume kan door de grote matevan impermeabiliteit een oplossing voor ditprobleem bieden.3BETONlEK verschijnt 10 x per jaar.Abonnementsprijzen pèr jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen 5% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 17,-overige landen f 27,-ISSN 0166-137x4administratie:postbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon (073) 401231Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlengd, tenzij het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opgezegd.