5 T C H T N G BETONPR 5 M AHOOGOVENCEMENT52,5Met de toepassing van hoogovencementis in Nederland veel ervaring opgedaan.Het wordt zo breed toegepast, dat debenaming 'all purpose cement' op zijnplaats is. Als we echter de eigenschap-pen van hoogovencementen vergelijkenmet die van portlandcementen zien weenkele karakteristieke verschillen. Indezelfde sterkteklasse heeft hoogoven-cement een langzamere sterkteontwik-keling dan portlandcement, terwijl deduurzaamheidseigenschappen vanhoogovencement gunstiger zijn. Eris nueen hoogovencement dat deze gunstigeduurzaamheidseigenschappen combi-neert met de snelle sterkteontwikkelingvan een portlandcement. We hebbenhet over CEM lil/A 52,5, met deroepnaam: hoogovencementIndeze aflevering van BE.TON/E.K maaktu kennis met de eigenschappen van ditnieuwe cement.POSTBUS 35325203 DM 'S-HERTOGENBOSCHAls we portlandcement en hoogovencement indezelfde sterkteklasse met elkaar vergelijken, danheeft hoogovencement een langzamere sterkte-ontwikkeling dan portlandcement. Inde normeringen certificering vinden we dat terug, denk bijvoorbeeldaan portlandcement klasse 42,5 R en hoogovencementklasse 42,5. In de cementnorm NEN 3550 is persterkteklasse een onderscheid gemaakt tussen eennormale en een snelle sterkteontwikkeling.Met de toevoeging 'R' van 'rapld' wordt aangegevendat het cement een snelle sterkteontwikkeling heeftin de eerste dagen.Bovenvermelde verschillen in sterkteontwikkelingzijnook terug te vinden in de toepassingsgebieden.Zo is het aandeel hoogovencement in de beton-warenindustrie aanzienlijklager dan in bijvoorbeeld debetonmortelindustrie. Vanuit die betonwarenindustriewas herhaaldelijk te kennen gegeven dat er behoeftewas aan een hoogovencement met een snellesterkteontwikkeling. Of nog concreter geformuleerdeen hoogovencement met een sterkteontwikkelingongeveer vergelijkbaar met een portlandcement42,5 R.Voor het beïnvloeden van de sterkteontwikkelingbestaan twee mogelijkheden:· verhogen van de fijnheid. De fijnheidvan eencement, geproduceerd met normale cementmolens,is gelimiteerd tot circa 600 m2/kg. Daarnaast neemtbijgrotere fijnheid de waterbehoefte van het betonMaart 1997Tabel I sterkteontwikkeling gemeten aaneen normmortel vervaardigd met hoogovencement 52,5Tijdstip na aanmaak in Druksterkte in N/mm2 Eisenvolgens NEN 3550 Druksterkte in N/mm2dagen hoogovencement 52,5 voor klasse 52,5 portlandcement 42,5 RI 18 - 192 27 20 303 34 - 357 54 - 4828 73 52,5 61sterk toe. Dit heeft ook nadelige effecten voor deperformance van dat cement.· aanpassen van de klinker/slak-verhouding. Daarbijgeldt hoe hoger het klinkergehalte, hoe sneller desterkteontwikkeling.Daarnaast is de kwaliteit van het hoogovenslak vanwezenlijk belang. Door optimalisering van de slak-klinkerverhouding en de fijnheid was het mogelijk omeen hoogovencement te produceren dat de snelheidvan sterkteontwikkeHng van een portlandcementcombineert met de gunstige duurzaamheidseigen-schappen van een hoogovencement.SAMENSTELLINGBij het ontwikkelen van het 'snelle' hoogovencementmoest worden voldaan aan de volgende voorwaarden:· sterkteklasse 52,5 volgens NEN 3550;· een zo hoog mogelijk slakgehalte vanwege degewenste duurzaamheid;· een sterkteontwikkeling vergelijkbaar metportlandcement 42,5 R.Uit onderzoek en praktijkproeven bleek dat eenhoogovencement met de volgende kenmerken hieraanvoldoet:· fijnheid: 550 m2/kg;· slakgehalte: ca. 57%;· Na20 equivalent: 0,7 %;· begin binding: 120 min;· einde binding:280 min;· volumieke massa p: 2,95 kg/I.Vanwege het relatief hoge slakgehalte (57%) kan hetcement voldoen aan de eisen voor hoge duurzaamheiden hoge dichtheid. De grenswaarde voor hogesulfaatbestandheid 65% slak) wordt echter nietbereikt. De samenstelling van het cement is eenoptimalisatie tussen sterkte-ontwikkeling enduurzaamheid.NORMSTERKTEVolgens NEN 3550 moet de sterkteontwikkeling vaneen cement worden gemeten aan proefstukken van4 x 4 x 16 cm gemaakt met een zogenoemdenormmortel die bestaat uit I deel cement, 3 delenzand en een water-cementfactor van 0,50. Intabel Istaat een overzicht van sterkteontwikkeling na I, 2, 3,7 en 28 dagen gemeten aan een normmortel gemaaktmet het nieuwe hoogovencement.Op grond van de samenstelling en de sterkteontwik-keling is dit hoogovencement gecertificeerd als CEM!I1/A 52,5. Als we de waarden voor sterkteontwikke-lingin de eerste dagen vergelijken met een gemiddeldportlandcement 42,5 R dan zijn de verschillen gering.Na 7 dagen en zeker na 28 dagen zijn de verschillenechter groter. Nu zegt zo'n vergelijkingop basis vannormsterkte betrekkelijk weinig. In de praktijk makenwe beton, geen mortel en zijn de verhardingstempera-turen vaak heel anders. Pas door beton onderverschillende temperatuurregimes te laten verharden,is een echte vergelijkingtussen deze cementenmogelijk.BETONSTERKTETer illustratie beschrijven we in deze BETON/EKde resultaten van onderzoek aan vier betonsamenstel-Hngen met verschillende cementtypen en water-cementfactoren (wcfs). Het gingom:I. hoogovencement 52,5, wcf: 0,38;2. hoogovencement 52,5, wcf: 0,43;3. hoogovencement 52,5, wcf: 0,50;4. portlandcement 42,5R, wcf:0,43 (als referentie).Betondruksterkte bii 10 graden Betondruksterkte bij opwarmen tot 40 graden80704030201014 18 uur 1 dag 7 dagen 28 dagen807060.5 5040201014 uur 16 uur 18 uur 28 dagen.CEM I 42,5 RlIl/A wcfO,38CEM IWA 52,5CEMIIIJA52,5 wefD,SO· CEM I 42,5 R wef0,43lIl/A 52,5 wcfO,38UI/A wcfO,43CEM III/A 52;) wcfO,50Betondruksterkte bii 20 graden Betondruksterkte bii opwarmen tot 60 graden7060.5 5040oIq uur 18 uur 1 dag 7 dagen 28 dagen7060.5 5040302014uur 16uur 18 uur 28 dagen.CEM I 42,5 R wcfO,43lIl/A 52,5 wcfO,38CEM III/A 52,5CEM IIIJA 52,5 wcfD,5D.CEMI 42,5R wcf0,43IIIJA 52,5 wcfO,38III/A52,5 wcf0,43CEM III/A52,5 wcfü.SüSterkteontwikkeling bij de verschillende verhardingsregimes,Elkesamenstelling bevatte:· 340 kg cement per m3;· zand en grind als toeslagmateriaal, waarvan demengselgradering lagin gebied A-B (korrelgroep0-32),Inverband met de verwerkbaarheid (consistentie-gebied 2 à 3) bijde samenstellingen met wcf 0,38en 0,43 gebruikgemaakt van een superplastificeerderop naftaleenbasis. Deze heeft volgens opgaaf van deleverancier een licht vertragende bijwerking,Uit deze vier betonsamenstellingen zijn kubussengemaakt, die onder de volgende vier temperatuur-regimes zijn verhard:· isotherm 10°C;· isotherm 20°C;· verwarmen tot 40°C (dat is:eerste uur na aanmaak20°C,in 2 uur lineair opwarmen naar 40°C, 15 uurisotherm op 40°C, daarna geleidelijkafkoelen naar20°C en tot 28 dagen isotherm op 20°C);· verwarmen tot GO°C (dat is: eerste uur na aanmaak20°C, in 4 uur lineair opwarmen naar GO°C, uurisotherm op GO°C, daarna geleidelijkafkoelen naar20°C en tot 28 dagen isotherm op 20°C).Hierbij is steeds de kubusdruksterkte bepaald na14 uur, IG uur, 18 uur en na 28 dagen. Bij deisotherme proeven is de kubusdruksterkte ook naI dag en 7 dagen bepaald.ResultatenIn de figuren len 2 zijn de resultaten op verschillendewijze geordend als staafdiagrammen. Infiguur I is desterkteontwikkeling weergegeven voor de verschillen-de verhardingsregimes. Figuur2 geeft desterkteont-wikkelingvoor de vier verschillende samenstellingenweer. Hierdoor is het effect te zien op de sterkte-ontwikkeling wanneer portlandcement 42,5 R wordtvervangen door hoogovencement 52,5 en wordt ookde invloed van de water-cementfactor zichtbaar.In de figuren is bij hoogovencement 52,5 de invloedvan de water-cementfactor (0,38, 0,43 en 0,50) op desterkteontwikkeling na te gaan. Alleen bijeen wcf van0,43 is een rechtstreekse vergelijkingmogelijktussenportlandcement 42,5 R en hoogovencement 52,5.Betondruksterkte CEMI 42,5 R met wcf 0,43807060.5 5040302010o14 uur 16 uur 18 uur I dag 7 dagen 28 dagen10 graden 20 graden graden .60 gradenBetondruksterkte CÈMIII/A 52,5 met wcf 0,38807060.5 50403020JO14 uur 16 uur 18 uur 1 dag 7 dagen 28 dagen10 graden 40 graden .60Sterkteontwikkeling inde vierverschil/ende betonsamenstellingenresultatenAanvangssterkteDe ontwikkeling van de aanvangssterkte (na 14, 16,18 en 24 uur) issterk afhankelijkvan het temperatuur-regime bij de verharding. Bij isotherme verharding bijIOae en 200e is de sterkte van het hoogovencement52,5 nog lager dan van portlandcement 42,5 R.Bij verwarmen tot 40°C zijn de resultaten vergelijk.baar, terwijl bij60°C de sterkteontwikkeling vanbeton met hoogovencement 52,5 duidelijksneller isdan van beton met portlandcement 42,5 R. Hiermeewordt bevestigd dat voor hoogovencement 52,5verwarmen een zeer effectieve methode is voorversnelde verharding.Inde figuren is ook duidelijkte zien dat er bij de28-daagse druksterkte sterkteverlies optreedt.Dit wordt veroorzaakt door verharding hij hogetemperaturen. Uit het onderzoek blijktdat hoogoven.cement voor dit overigens bekende fenomeen ietsgevoeliger is dan portlandcement.Betondruksterkte CEM111/A 52,5 ·met wcf807060.5 5040o14 uur 16 uur uur 1 dag 7 dagen 28 dagen10 graden .60gradenBetondruksterkte CEM111/A 52,5 met wcf 0,50807060.55020o14 uur 16 uur Lê uur 1 dag 7dagen 28 dagen10 graden graden 40 graden .60 graden28-daagse sterkteDe druksterkte na 28 dagen (bij20°C) is bepalendvoor de toe te passen sterkteklasse. Uit de resultatenblijktdat bijeen wcf van ca. 0,40 een sterkteklasse vanB65 realiseerbaar is. Dat is een wat hoger niveau danmet portlandcement 42,5 Rbereikt kan worden.Water-cementfaetorUit de resultaten blijktdat bij hoogovencement 52,5de invloed van de wcf op de sterkte ongeveerovereenkomt met de parameter:uit de bekende formule:B= 0,8N + - 45waarin:B= kubusdruksterkte van het beton.N = normdruksterkte van het cement.Bij de versnelde verharding is de invloed van de wcf opde aanvangssterkte en bijde 28-daagse sterktepraktisch gelijk.Tabel 2 Superplastificeerder opnaftaleenbasis (max.dosering volgens leverancier 1,5%)Totale dosering Hoogovencement 52,5 Portlandcement 42,5R(%op cementgewicht) zetmaat (mm) schudmaat (mm) zetmaat (mrn) schudmaat (mm)0,00 (blanco) - I) - I) - I) - I)0,55 30 270 30 2602)1,10 230 570 230 5701,65 _ 3) _ 3) _ 3)Tabel 3 Superplastificeerder opmelaminebasis (max. dosering volgens leverancier 2%)Totale dosering Hoogovencement.52,5 Portlandcement 42,5R(%op cementgewicht) zetmaat (mm) schudmaat (mm) zetmaat (mm) schudmaat (mm)0,00 (blanco) - I) - I) - I) - I)0,74 0 _ 2) 10 _ 2)40 270 50 2902,21 160 370 160 390I) de blanco specie is te stug om de zet- en schudmaat te bepalen2) de specie is zo stug dat de kegel tijdens het schokken uit elkaar valt3) de specie ontmengt volledigin de menger; de superplastificeerder is overgedoseerd.GEDRAG MET HULPSTOFFENOm een goed beeld te krijgen van hoe een cementzich in de praktijk gedraagt, is ook inzicht nodig in hetgedrag in combinatie met hulpstoffen.Omdat (super)plastificeerders de meest toegepastehulpstoffen zijn,beschrijven we hier de resultatenvan een oriënterend onderzoek hiermee. Met ditonderzoek werd tevens een indruk verkregen vande waterbehoefte van dit cement. Net als bijhetonderzoek naar de sterkteontwikkeling werd betonmet portlandcement 42,5 Rgebruikt als referentie.Zowel met het hoogovencement 52,5 als met hetportlandcement 42,5 R werd betonspecie gemaaktmet de volgende samenstelling:· 340 kg cement per m3;· watercementfactor 0,43;· toeslagmateriaal zand en grind;· mengselgradering ingebied A-B(korrelgroep 0-32).Achtereenvolgens is in drie stappen een hoeveelheidsuperplastificeerder door de specie gemengd.Daarbij is gebruik gemaakt van twee typen super-plastificeerders:· één op basis van gesulfoneerd naftaleenformalde-hydecondensaat;· één op basis vangesulfoneerd melamineformalde-hydecondensaat.De verwerkbaarheid van de specie isvastgesteld doorde zetmaat en/of de schudmaat te meten.ResultatenIntabel 2 en 3 zijn de doseringen superplastificeerderen de aan de specie gemeten zet- en schudmatenweergegeven. De resultaten laten zien dat deeffectiviteit van de twee toegepastesuperplastificeer-ders niet afhangt van de keuze voor hoogovencement52,5 of portlandcement 42,5 R. Hoewel hetonderzoek slechts beperkt van opzet was, recht-vaardigt dit toch de verwachting dat overstappen vanhet ene cement op het andere nauwelijksgevolgenheeft voor de effectiviteit of de dosering vanvergelijkbare superplastificeerders...454035302520tiid (uren)- CEMI 42,5 R wcfo.43 CEM III/A 52,5 Rwcfo.43CEM lIl/A R wcfO.38 CEM lIl/A wcf ü.Sü807060.5 504030201014 uur Ió uur· CEM I 42,5 Rwcf 0.43IIlfA 52,518 28 dagenIII/A52,5 wcf0.43CEM HIlA 52,5 wefD.SOTemperatuurverloop bijsemi-adiabatische verhardingOpmerkingenUit het onderzoek kunnen geen algemeneconclusies worden getrokken over de invloed vanhetcementtype op de waterbehoefte van hetdaarmee vervaardigde beton of over de effectiviteitvan het ene type superplastificeerder ten opzichtevan het andere type.Aangezien de volumieke massa van hoogovence-ment lager is dan die van portlandcement, heefteenzelfde massa cement bij hoogovencement eeniets groter volume. Voor species die wat schraalzijn, kan het vervangen van portlandcement doorhoogovencement bijeen gelijkedosering cement(in kg/m3) een gunstig effect hebben op deverwerkbaarheid.WARMTEONTWIKKELINGBij de reactie van cement met water komt warmtevrij. Dit kan bijgrote massaconstructies leiden totscheurvorming, maar het kan ook de sterkteont-wikkelingin positieve zin beïnvloeden. Dit isbijvoorbeeld het gevalals in een betonwarenfabriekproducten verharden zonder dat extra warmte wordttoegevoegd.Om de invloed van de warmteontwikkeling na te gaan,is oriënterend onderzoek uitgevoerd naar desterkteontwikkeling van beton onder zogenoemdesemi-adiabatische omstandigheden. Daarbij zijndezelfde vier betonsamenstellingen gebruikt als voorhet onderzoek naar de sterkteontwikkeling. Om semi-Betondruksterkte bij verhardingadiabatische omstandigheden na te bootsen, isspecie gestort in een polystyreen mal (afmetingen150 x 150x 150 rnm3, dikte polystyreen 40 mm).Door een thermokoppel in te storten, is hettemperatuurverloop in de specie geregistreerd.Een waterbad, met daarin kubussen uit dezelfdespecie, is op dezelfde temperatuur gestuurd als detemperatuur-ontwikkeling onder semi-adiabatischeverhardingsomstandigheden. De kubusdruksterkteis dan gemeten na 14, 16 en 18uur verharden. Na18uur is het waterbad langzaamafgekoeld naar 20°C.De overgebleven kubussen zijn tot 28 dagen bewaardbij20°C en vervolgens ook beproefd.ResultatenFiguur3 laat het temperatuurverloop van de viersamenstellingen zien. De sterkteresultaten zijnweergegeven in figuur 4.Als we infiguur 3 de resultaten van portlandcement42,5R,wcf 0,43 vergelijken met die van hoogoven-cement 52,5,wcf 0,43 zien we (en dat was teverwachten) dat de warmteontwikkeling bij hethoogovencement wat achterblijft ten opzichte van hetportlandcement. Voor een productieproces waarbijdie eigen warmteontwikkeling nodig is,zal dit verschileen rol kunnen spelen. De maximale temperaturendie worden bereikt, liggen niet ver uit elkaar.De verschillen manifesteren zich vooral gedurende deeerste 10tot 12 uur.De bijbehorende sterkteontwikkeling (figuur4)bevestigt de hogere reactiviteit van het portland-8 -7 -8020 40 60Slakgehalte (%m/m)o1 -Oekleurnanegenmaanden expositie aande buitenlucht.(links plaatmet hoogovencement 52,5, rechtsmet portland-cement52,5 R)Oiffusiesnelheid vancr inhoogovencement met een wc(van0,6cement. Bij opwarmen tot 40°C zagen we dat detwee cementen bijeen wcf van 0,43 vergelijkbareaanvangssterktes hadden (figuur len 2). Op eigenkracht, dus zonder opwarmen, is het hoogoven-cement wat trager (figuur4). Er wordt minder snelrijpheid opgebouwd, waardoor de sterkte-ontwikke-lingwat achterblijft. De eindsterkte van beton methoogovencement 52,5 is onder semi-adiabatischeomstandigheden iets hoger dan van beton metportlandcement 42,5 R.De invloed van de wcf op het temperatuurverlooponder semi-adiabatische omstandigheden is voorbeton met hoogovencement 52,5 te verwaarlozen;alleen de sterkteontwikkeling verschilt.KLEURFoto 5 geeft een beeld van de kleur van beton gemaaktmet hoogovencement 52,5. De platen op deze fotohebben afrnetingen van 600 x 300 x 75 rnrnêen zijn inhet laboratorium gemaakt. Eén dag na aanmaak zijnzebuiten opgesteld. De foto isgemaakt op het momentdat de platen circa negen maanden oud zijn. Hetgefotografeerde zichtvlak was bijstorten hetondervlak. Hoogovencement 52,5 geeft in vergelijkingmet portlandcement beton met een egale lichte kleur.van 57%voldoet hoogovencement 52,5 niet aan ditcriterium. Uit onderzoek is inmiddels gebleken datde sulfaatbestandheid van beton met dit cement beteris dan dat van beton met portlandcement. Op ditmoment loopt er een onafhankelijk onderzoek omdit te bevestigen.Zoals eerder gezegd, is het slakgehalte een dominantefactor voor de dichtheid van de cementsteen.Dit wordt goed geïllustreerd door figuur 6, die deindringingvan chloriden toont als functie van hetslakgehalte. Uit de figuur blijktdat bijeen slakgehaltegroter dan 50% het beton practisch ondoorlatend isvoor chloriden. Dit is met name van belang bijtoepassingen in of aan zee.Om te voorkomen dat de schadelijke alkali-silicareactie in beton optreedt, worden in CUR-Aanbeveling 38 eisen gesteld aan het cement.Bij een slakgehalte tussen 50 en 65% dient het Na20-equivalent kleiner te zijn dan I, I%.Met een slakgehaltevan 57% en een Na20-equivalent van 0,7%voldoetCEM IIIIA 52,5 aan deze eis. Bij gebruik van dit cementhoeven dus geen extra maatregelen genomen teworden ter voorkoming van schade door deze reactie.DUURZAAMHEIDDe cementnorm, NEN 3550, geeft aan dat eenhoogovencement met meer dan 65% slak een hogebestandhield tegen sulfaten bezit. Met een slakgehalteTOEPASSINGSMOGELIJKHEDENVanwege zijn eigenschappen is dit cement goedtoepasbaar in de betonwarenindustrie. Productenwaarbij hoge eisen aan de duurzaamheid wordengesteld, zoals betonpalen, buizen en putten, kunnen- - - - - - - - - - - - 0 - - - - - - - - - - - -uitstekend met dit cement worden vervaardigd.Het cement wordt bijvoorbeeld ook gebruikt voor deelementen voor de geboorde TweedeHeienoordtunnel. Deze worden gemaakt met eenmengsel van 75% hoogovencement 52,5 en 25%portlandcement 52,5 R.Vanwege de lichte kleur van beton dat met dit cementwordt gemaakt, zijngevelelementen en andereelementen in schoon beton een belangrijktoepassings-gebied. Gezien de relatief hoge 28 daagse druksterkteis toepassing van dit cement voor hogere sterkteklas-sen en voor het zogenoemde hogesterktebeton (HSB)een aantrekkelijke optie. Met name voor de hogeresterkteklassen is dit cement een optie zeker alsduurzaamheid en eventuele kleur een rolspelen.LiteratuurCUR-Aanbeveling 38,'Maatregelen om schade aan beton door alkali-silcareactie (ASR) te voorkomen'. CUR Gouda, 1995.ROBUR hoogovencement 52,5 CEM lil/A 52,5,Eigenschappen en prestaties. Uitgave van ENCI N.V.,Technische Voorlichting.ColofonBETONlEKis een praktijkgericht voorlichtingsbladop het gebied van de betontechnologie en verschijnt10 keer per jaar.Inde redactie zijn vertegenwoordigd: de Nederlandsecementindustrie, MEBIN, CUR en de BouwdienstRijkswaterstaat.Uitgave:Stichting BetonPrismapostbus 3532, 5203 DM 's-HertogenboschRedactie: 073 - 6 40 12 22Abonnementen: 073 - 6 40 12 3 IBetonPrisma is een initiatief van de VerenigingNederlandse Cementindustrie (VNC).Overname van artikelen en illustraties is toegestaan,onder voorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen:Nederland f 28,50België f 29,50andere landen f 45,-Abonnementen lopen per kalenderjaar en wordenautomatisch verlengd, tenzij voor I decemberschriftelijkwordt opgezegd.ISSN 0166-137x