POSTBUS 30115203 DA 's HERTOGENBOSCHE.igenschappen vanbeton (11)waardoor wordt de meet-waarde in hoofdzaak beïnvloeden welke mogelijkheden zijner de eigenschap te sturen;getalsmatige indicatie.Dit is het tweede deel van een serie artikelen, die tezamen een klein vademecum zullen verschaffen overeigenschappen van beton. Hiermee wordt voorzien inde behoefte aan compacte, snel te raadplegeninformatie over het gedrag van beton.Indeze aflevering aandacht voor de thermischeeigenschappen.InBETON/EK 8/13 isgestart methet onderwerp 'Eigenschappenvan beton'. Daarbij werd opge-merkt dat het vanwege deomvang noodzakelijk was debehandeling te splitsten overtwee afleveringen. De eersteaflevering was gewijd aan mecha-nische eigenschappen; de tweedezou worden 'fysische eigenschap-pen'. Bij nadere uitwerking vande fysische eigenschappen blijktopnieuw een splitsing noodzake-lijk. De thermische eigenschap-pen leveren voldoende stof voordeel 2.Daarna volgen nog dehygrische eigenschappen enenkele aspecten van duurzaam-heid.Ook in deze aflevering zullen wehet in BETON/EK 8/ I3gehan-teerde stramien aanhouden. Pereigenschap wordt aangegeven:Watverstaan we onder dezeeigenschap;waarvoor en voor wie isdezeeigenschap van belang;hoe wordt deze eigenschaponderzocht;hedenIndeze aflevering komen weveelvuldig enkele eenhedentegen die bijalle thermischeeigenschappen een rol spelen.Ineerste plaats de Joule deeenheid voor energie:IJ =0,239.10-3 kcal.De temperatuur wordt in hetnieuwe eenhedenstelsel uitge-drukt in de absolute temperatuur,Kelvin(K):K = 273 + "C,Een temperatuur uitgedrukt in Kisdus 273 hoger dan dezelfdetemperatuur in"C,Een stijging of dalingvan eentemperatuur met I °C komtovereen met een stijging ofdalingvan I K.Tenslotte de eenheid voorvermogen, Watt (W):IW =1 Jlsmei 1990rmische eigenschappenOnder de thermische eigen-schappen van een materiaalverstaan we alle eigenschappendie te maken hebben metwarmte zoals bijvoorbeeldwarmtegeleiding en -isolatie enhet vermogen om warmte op teslaanen weer afte staan.De meest bekende groothedenzijnde warmtegeleidingscoëffi-ciênt, de uitzettingscoëfficiënten de soortelijke warmtecapaci-teit.Alleen enige kennis van dezeeigenschappen en enig inzicht inhun onderlinge samenhang maakthet ons mogelijk uitspraken tedoen over het uiteindelijk gedragvan constructies bijtemperatuur-wisselingen.Inde eerste levensfase van betonmoeten we echter ook rekeninghouden met een heel bijzondereeigenschap, namelijkde warmte-ontwikkeling tijdens het verhar-den.Deze bijzondere eigenschapzullen we als eerste bespreken.rratatiewarmteDefinitieBij de chemische reactie tussencement en water, hydratatiegenoemd, komt warmte vrij, dehydratatiewarmte.BelangltoelichtingDoor vrijkomende hydratatie-warmte kan de temperatuur vanverhardend beton stijgen. Inzware betonconstructies kandeze temperatuur tot forsewaarden oplopen.Inveel gevallen komt dezewarmteontwikkeling ons goedvan pas:vooral in de wat kouderejaargetijden zorgt de tempera-tuurverhoging in het verhardendbeton ervoor dat de sterkte-eigenschappen zich nog in eenacceptabel tempo ontwikkelen.De temperatuurstijging kanechter ook een zeker risico metzich meebrengen. Zowel in hetontwerp alstijdens de uitvoeringdient hiermee rekeninggehouden te worden. Tengevolge van de temperatuurstij-ging en naderhand de afkoelingzal het beton willen uitzetten enkrimpen. Indien 'nieuw' betontegen 'oud' beton wordt gestort(bijvoorbeeld een wand op eenreeds verharde vloer), wordt terplaatse van de aansluitingdevervorming verhinderd. Metname in de afkoelingsfaseontstaan dan spanningen, die totscheurvorming kunnen leiden.Beperking van deze risico's ismogelijk door: vermindering vande warmteproduktie (cement-gehalte en cementsoort) ofextra afvoer van warmte (koe-Ien).Eenjuiste keuze van het bekis-tingsmateriaal en het tijdstip van..ontkisten kunnen ook helpen omonnodig grote temperatuurver-schillen in de constructie tevoorkomen.(Dit onderwerp isuitgebreiderbesproken inBETONlEK 6/ I0)BeproevingDe bepaling van de hydratatie-warmte van cement isgenormali-seerdin NEN 3550. De vrijko-mende energie wordt uitgedruktin kj/kg cement. De meting vindtplaats bijeen constant gehoudenverhardingstemperatuur (iso-therme meting).Deze methode is in de eersteplaats bedoeld om cementenmet een verschillende hydratatie-warmte van elkaar te kunnenonderscheiden.Isotherme meetwaarden zijnniet zonder meer in de praktijkte gebruiken. Inde praktijk iserimmers vrijwel nooit sprake vanisotherme omstandigheden. Dewarmteontwikkeling zal inpemeeste gevallen leiden tot eentemperatuurstijging.De zogenaamde adiabatischetemperatuurmeting sluit beteraan bijhet gedrag ingrote beton-constructies. Bij deze meting vande ontwikkelde hydratatie-warmte wordt het temperatuur-verloop gemeten zonder dat erwarmte wordt afgevoerd.Met behulp van speciale reken-modellen kan met deze meet-waarden het temperatuurver-loop in een verhardende beton-constructie worden voorspeld.InvloedsfactorenDe hoeveelheid vrijkomendewarmte isafhankelijkvan decementsoort, de cementhoeveel-heid en de reactiesnelheid. Dezelaatste wordt vooral bepaalddoor de omgevingstemperatuurTabel IHydratatiewarmte voor verschillende cementen(inJlgram), bepaald onderisothermeomstandigheden bij20 oewaarbij de reactie plaatsvindt.De warmteontwikkeling inbeton kan worden beperkt doorte kiezen voor een cementsoortmet geringe warmteontwikke-ling,zoals bijvoorbeeld hoog-ovencement, en een zo laagmogelijk cementgehalte.Bij lagere aanvangstemperaturenverloopt de hydratatie langzamer;de warmte komt meer geleidelijkvrij ende temperatuurstijgingblijft beperkt.Soms wordt dan ook bewust despecietemperatuur laaggehou-BeproevingMetingen van warmtehoeveel-heden worden uitgevoerd in eenBelangltoelichtingDe soortelijke warmtecapaciteitvan beton komt globaal overeenmet die van de meeste anderesteenachtige bouwmaterialen.Echter de volumieke massavanbeton is beduidend hoger. Ditbetekent dat de volumiekewarmtecapaciteit ook beduidendgroter is.De volumieke warmtecapaciteitishet produkt van de soortelijkewarmtecapaciteit en de volu-mieke massa en wordt uitgedruktinj/(rn! K).Een en ander betekent dat betoneen geschikt materiaal isomwarmte in te accumuleren.Hiervan wordt een dankbaargebruik gemaakt insystemen diewerken met 'passieve zonne-energie'. Door hier slim mee omte gaan, kan men fors besparenop kosten voor verwarming vangebouwen.Ook helpt deze eigenschap omgrote temperatuurschomme-Iingenin gebouwen (barakken-klimaat) te voorkomen.DefinitieDe soortelijke warmtecapaciteitvan een materiaal isde hoeveel-heid warmte die nodig isoméén kg van dat materiaal Ioe(= I Kelvin) intemperatuur teverhogen (of uiteraard dehoeveelheid warmte diebij IOCtemperatuurverlaging vrijkomt).De soortelijke warmtecapaciteitwordt aangegeven inJoule perkg per graad Kelvin:j/(kg.K) bij 20 oe.rtelijkewarmtecapaciteit90ISO235hcA230 270310 370355 395den, bijvoorbeeld door metgekoeld aanmaakwater tewerken en alle grondstoffen bijeen zo laagmogelijke tempera-tuur te bewaren.CijferwaardenIntabel I isde hydratatiewarmte(in kj/kg cement) gegeven vooreen aantal cementsoorten opverschillende tijdstippen, bepaaldmet de isotherme meting bij20°e.Voor berekening van de tempera-tuurstijging in massabeton opeen bepaald moment na hetstorten, wordt wel alsvuistregelgehanteerd dat deze stijgingovereenkomt met de hydratatie-warmte bijdie bepaalde ouder-dom, gedeeld door 8.Indien bijvoorbeeld op eenbepaald moment 235 j/gramhydratatiewarmte zou zijnvrijgekomen zou de temperatuur-toename 235/8 =circa 30°Cbedragen.Gezien alle invloedsfactorenmoet deze vuistregel welworden gezien alseen grovebenadering.cementsoort en -klassepcB pcehydratatiewarmte (inJ/gram)pcA180270330I dag3dagen7 dagentijdstip nastortenDe uiteindelijke temperatuurstij-ging van het verse beton isookafhankelijkvan het warmteverliesdoor afkoeling en door de hoe-veelheid (massa) op te warmenmateriaal. Zo zal in normaalbeton de vrijkomende warmteeen geringere temperatuurstij-ging opleveren dan in schuim-beton met hetzelfde cement eneenzelfde cementgehalte.Behalve de geringere massaspeelt bijschuimbeton ook dehogere iso.latiewaarde nog eenrol.zogenaamde caloriemeterHierin is het mogelijk nauwkeurigvast te stellen welke tempera-tuurstijging bij een bepaaldewarmtetoevoer in een materiaaloptreedt.InvloedsfactorenDe soortelijke warmtecapaciteitvan beton wordt nauwelijksbeïnvloed door de samenstellingof de aard van de verwerktetoeslagmaterialen.Immers: cementsteen en allegangbare toeslagmaterialenhebben ongeveer dezelfdesoortelijke warmtecapaciteitOok de structuur en zelfs devolumieke massa hebben geeninvloed, omdat de soortelijkewarmtecapaciteit wordt uitge-drukt per kg materiaal.CijferwaardenDe soortelijke warmtecapaciteitvan beton, en trouwens ook vande meeste andere steenachtigematerialen, bedraagt circa 0,85kj/(kg.K) bij20 oe. Overigens isde praktische betekenis van devolumieke warmtecapaciteitgroter: hierin isde volumiekemassavan het materiaal verre-kend. Voor beton isde volumiekewarmtecapaciteit circa2350 x 0,85 =circa 2000 kj/(m3K).cement en toeslagmateriaal. Desoortelijke warmtecapaciteit vanbetonspecie isdan ook I,2 totl,S maal hoger dan die vanverhard beton.mtegeleidingscoëfficiëntDefinitieAls er een temperatuurverschiltussen twee punten bestaat,stroomt warmte van het puntmet de hoogste temperatuurnaar het punt met de laagstetemperatuur. De snelheid waar-mee dit gebeurt, hangt afvan hetwarmtegeleidingsvermogen.Het warmtegeleidingsvermogenvan materialen wordt aangegevenmet de zogenaamde warmtege-leidingscoëfficiënt (lambda),uitgedrukt inW/(m.K)Hoe hoger de À-waarde, hoekleiner de warmteweerstand endus hoe lager hetisolatiever-mogen van een materiaal is.Inbouwfysische berekeningenvan constructies rekent mendoorgaans met de R-waardewaarin ook de afmeting inaanmerking isgenomen: R =d/À(d =dikte)Een hogere R-waarde betekenteen betere warmteweerstand.(Men rekent ook wel met dek-waarde; dit isde reciproquewaarde van R:k = I/R).BelangltoelichtingDe warmtegeleidingscoëfficiëntvan materialen is bepalend voorde mate waarin een materiaalthermisch isolerend is.Normaalbeton heeft geen grote isole-rende waarde. Schuimbetondaarentegen wel. Schuimbetonwordt bijvoorbeeld op daken enin kruipruimten toegepast omzijn isolerende eigenschappen.BeproevingDe warmtegeleidingscoëfficiëntwordt bepaald door ineenopstelling van een materiaal metbekende dikte de warmtestroomte meten bij een bepaald tempe-ratuurverschil tussen de beidemateriaaloppervlakken.Voor deze bepalingverschillende meettechniekenworden toegepast.InvloedsfactorenDe warmtegeleidingcoëfficiëntvan beton isvooral afhankelijkvan de samenstelling en hetHet zal duidelijk zijndat hoewelde soortelijke warmtecapaciteitvan lichtbeton en schuimbetongelijk isaan die van beton, devolumieke warmtecapaciteit vandeze lichtere materialen lager is.Betonspecie neemt vanwege hetwatergehalte een wat afwijkendeplaats in:de soortelijke warmte-capaciteit van water is namelijkwel vijfmaal zo groot alsdie vanvochtgehalte.Gebruik van toeslagmateriaalmet een groot warmtegeleidings-vermogen (bijvoorbeeld stalenponsdoppen) zal de warmtegelei-ding verhogen.Lucht is een zeer slechte warmte-geleider; schuimbeton geleidtwarmte dan ook slecht.Een hoog vochtgehalte zal dewarmtegeleiding verhogenomdat water een goede warmte-geleider is.CijferwaardenDe relatie tussen volumiekemassa, vochtgehalte en warmte-geleidingscoëfficiënt blijkt duide-lijkuit tabel 2.De cijferwaarden 'droog' hebbenbetrekking op omstandighedenwaarbij het vochtgehalte overwe-gend wordt bepaald door hetbinnenklimaat.De cijfers voor 'nat' slaan opomstandigheden buiten waarbijop een gemiddeld hoger vochtge-halte gerekend moet worden.ettingscoëfficiëntDefinitieDe lineaire uitzettingscoëfficiënt(alpha) geeft de specifiekelengteverandering aan van eenmateriaal bij een temperatuurstij-ging of-daling van I K (= I 0c)en wordt uitgedrukt in m/(m.K).Belang/toelichtingHet uitzetten en krimpen vanbeton bij temperatuurwisselingeniseen belangrijk gegeven.Dat begint al direct bij de uitvos-ring van betonwerk. Het nogjonge beton heeft als gevolg vande warmteontwikkeling bijdeverharding vaak niet over degehele doorsnede dezelfdetemperatuur. In de kern van hetelement of constructiedeel kaneen een aanmerkelijk hogeretemperatuur ontstaan dan aan debuitenzijde. Hierdoor wordenspanningen opgewekt. Bijdebespreking van de eigenschap'Hydratatiewarrnte' zijn enkelemaatregelen genoemd om tegrote temperatuurverschillen inde constructie te voorkomen.Ook in het gebruiksstadiurnwordt een betonconstructiesaan wisselende temperaturenblootgesteld. Vooral indien devervormingen geheel of gedeel-telijk worden verhinderd, zoalsbij monoliet betonconstructiesvaak het geval is,ontstaan hier-door hoge spanningen. Om metname de trekspanningen tekunnen opnemen moet hiermeebij het dimensioneren van dewapening rekening wordengehouden.Om ontoelaatbare scheurvor-ming tegen te gaan kan het nodigzijn dilataties aan te brengen.BeproevingDe lineaire uitzettingscoëfficiëntkan men afleiden uit meting vande lengte van een staaf/balk bijtwee temperaturen.De uitzetting van een vaste stofof vloeistof verloopt lineair metde temperatuur.InvloedsfactorenDe uitzettingscoëfficiënt vanbeton wordt vooral beïnvloeddoor de samenstelling. Met namehet toe te passen toeslagmate-riaal. Niet zo verwonderlijkoverigens, want circa 70% vanhet betonvolume bestaat uittoeslagmateriaal.Gesteenten met een hoogsilica-gehalte zoals kwarts en&kwartsiet blijken een wat grotereuitzettingscoëfficiënt op televeren dan gesteenten met eenlager silicagehalte of zonder silicazoals kalksteen.CijferwaardenDe lineaire uitzettingscoëffciëntvan normaal beton met uitkwarts of kwartsiet bestaandtoeslagmateriaal ligt tussen 8.10-6en 14.10-6 m/(m.K). Dit betekentdat bij 20° temperatuurstijging ofdaling een lengteverandering vanca. 20.12.106m. =0,24 mm permeter ontstaat.De lineaire uitzettingscoëfficiëntvan beton met kalksteen alstoeslagmateriaalligt circa 4.10-6lager.De lineaire uitzettingscoëfficiëntvan lichtbeton varieert globaalvan 6.10-6 tot 12.1O-6m/(m.K).rige fysischeeigenschappenNa de behandeling van desterkte-eigenschappen en hetvervormingsgedrag van beton inBETONlEK 8/1 3 en de thermischeeigenschappen in deze afleveringzijn nog steeds niet alle beton-eigenschappen besproken.Ineen volgende aflevering komenalle 'hygrische' eigenschappenaan bod. Onder hygrische eigen-schappen verstaan we alle eigen-schappen die met vocht, duswater of waterdamp te makenhebben, bijvoorbeeld water-indringing, waterdoorlatendheld.waterdampdiffusie en water-absorptie.Daarna rest nog een aantaleigenschappen die met de duur-zaamheid van beton te makenhebben zoals slijt- en slagvast-held, hittebestandheid en vorst-bestandheid.In onze volgende uitgave:Examen betontechnoloog BYI990Uitwerking vande vraagstukken voor het examen BetontechnoloogofonBETONlEK iseen praktijkgerichtvoorlichtingsblad op het gebiedvan de betontechnologie enverschijnt 10 keer per jaar.Redactie:tel. 073 - 40 I 225Abonnementen:tel. 073 - 40 IISSN 0166-1 37xAbonnementsprijzen per jaar,inclusiefverzamelband voor 3jaargangen:Nederland, Nederlandse Antillenen België f 20,50andere landen f 33,-Uitgave:Vereniging NederlandseCementindustrie (VNC),Postbus 301 I,5203 DA 's-HertogenboschAbonnementen lopen perkalenderjaar. Aan het eind vaneen kalenderjaar wordt hetabonnement automatischverlengd, tenzij voor I decemberschriftelijk wordt opgezegd.Overname van artikelen enillustraties istoegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.