Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenbosch oktober 1987Hoogwaardig betonDe laatste jaren is er, voornamelijk vanuit deoffshore-industrie, een belangrijke ontwikkeling totstand gekomen, namelijk naar hoogwaardig beton.Deze ontwikkeling, die internationaal 'HighStrength Concrete (HSC)' wordt genoemd, speeltin op de behoefte aan hogere sterkte en grotereduurzaamheid van beton voor een aantalspecifieke toepassingen. De vertaling van 'HighStrength Concrete' in 'hoogwaardig beton'isdoel-bewust gekozen, omdat in deze benaming beideaspecten, te weten sterkte en duurzaamheid, betertot uiting komen.Wat verstaat men eigenlijk onder hoogwaardigbeton? Een feitelijke definitie is er eigenlijk niet.Een goed hanteerbaar criterium is de verhoudingtussen druksterkte en volumieke massa. Als deverhouding groter wordt dan 2500 m spreekt menvan hoogwaardig beton. Voor normaal betonbetekent dat een druksterkte van minimaal60 N/mm2 en voor constructief lichtbeton eendruksterkte van minimaal 50 N/mm2 .OntwikkelingDit artikel is voornamelijk gebaseerd op deinternationale ervaringen, die recentelijk zijnverzameld en gerapporteerd tijdens een sympo-sium 'Utilization of High Strength Concrete' inStavanger, Noorwegen.Zoals gezegd, is de ontwikkeling van hoogwaardigbeton voor een belangrijk deel afkomstig uit deoffshore-industrie. Noorwegen heeft hierin eenzeer dominante rol gespeeld. De eerste boor-platforms werden in 1972 ontworpen en gebouwdmet een sterkteklasse van 40 N/mm2· In de loopder jaren is dat op grond van research enervaring -geleidelijk verhoogd tot een sterkte-klasse van 70 N/mm2· Deze op zich spectaculairestijging in sterkte krijgt nog een extra dimensie alsmen bedenkt dat dit werd gerealiseerd zonderenige concessie te doen aan de verwerkbaarheid.Integendeel, de sterkteklasse van 70 N/mm2 werdgerealiseerd meteen gemiddelde zetmaat van200 mm, terwijl indertijd desterkteklasse van40 N/mm2 met eenzetmaat van 100 mm werdbereikt.Het zal duidelijk zijn dat in deze ontwikkeling detoepassing van hulp- en vulstoffen een zeerbelangrijke rol heeft gespeeld. Voor hetverhogen van de sterkte is het verlagen van dewater-cementfactor de belangrijkste maatregel.Zonder toepassing van hulp- en vulstoffen wordt ervrij snel een praktische grens bereikt op grond vande verwerkbaarheid en reële cementgehaltes.Het verleggen van deze grens is in veel gevallenuitsluitend mogelijk met behulp van deze stoffen.Vanzelfsprekend moet ook extra aandachtworden besteed aan de eigenschappen van detraditionele grondstoffen: het cement en detoeslagmaterialen.In dit artikel wordt een overzicht gegeven van detechnologische en de mechanische aspecten vanhoogwaardig beton.Technologische aspectenUit de inleiding blijkt dat de probleemstelling infeite neerkomt op de vraag 'Welke maatregelenmoeten er worden genomen om een hoogwaardigbeton te verkrijgen met een op de praktijkafgestemde verwerkbaarheid?'(geschematiseerd) tussen druksterkte en water- 90cementfactor voor verschillende toeslagmaterialen 80e7060230200,30 0.50 0.60De volgende maatregelen komen in aanmerking:- water-cementfactor 0,40;- toepassing superplastificeerder;- toepassing silica-fume;- cementkeuze;- selectie toeslagmaterialen.De eerste drie maatregelen hebben betrekking opversterking van de matrix. De laatste beïnvloedt dewaterbehoefte en is van invloed op de hechting.Sterkte matrix / sterkte toes/agmateriaa/Voor het verhogen van de druksterkte is in eersteinstantie het opvoeren van de sterkte van hetbind-middel (matrix) van belang, omdatdit bij normaaltoeslagmateriaal maatgevend voor de sterkte is.Bij hoge sterkteniveaus (groter dan 60 N/mm2)gaat de hechting tussen de matrix en het toeslag-materiaal een steeds belangrijkere rol spelen.Deze hechting is in belangrijke mate afhankelijkvan de oppervlaktetextuur van het toeslag-materiaal en mogelijke interactie tussentoeslagmateriaal en de matrix. Op grond hiervanis voor verschillende toeslagmaterialen schema-tisch het verband aan te geven tussenwater-cementfactor en druksterkte (fig. 1).In deze grafiek zijn de korrelopbouw en de water-behoefte voor de verschillende toeslagmaterialengelijk. Uit deze grafiek mag niet direct de conclusieworden getrokken, dat bijvoorbeeld beton metgraniet altijd een hogere druksterkte geeft danbeton met grind als toeslagmateriaal. Deze hogerepotentie kan worden benadeeld door een hogerewaterbehoeftealsgevolg van korrelvorm en/ofoppervlaktetextuur.Gradering toes/agmateriaa/Onafhankelijk van het soort toeslagmateriaalspeelt bij hoogwaardig beton de gradering eenbelangrijke rol. De korrelopbouw moet gebaseerdzijn op maximale dichtheid en beperking van de2waterbehoefte. Mede gezien het in het algemeenvrij hoge gehalte aan bindmiddel is er een tendensom de maximale korrelgrootte te beperken tot ca.25mm.CementkeuzeVoor wat betreft de cementkeuze ligt het voor dehand om cementen toe te passen met een hoge28-daagse normsterkte.lndien bij grote construc-ties de warmteontwikkeling een rol kan spelen,mag de normsterkte niet verder worden opgevoerddoor verhoging van de fijnheid van het cement.Silica·fumeIn BETON/EK 6/28 is reeds over silica-fumegesproken. het vervaardigen van beton meteen zeer hoge druksterkte is de toepassing vansilica-fume bijna altijd noodzakelijk. Het is eenextreem fijne vulstof met sterk puzzolane eigen-schappen. Deze puzzolane werking is aanzienlijkgroter dan van bijvoorbeeld vliegas. Gezien degrote fijnheid (ca. 2000 m2/kg) is de waterbehoeftezeer groot. Mede hierdoor wordt silica-fume altijdin combinatie met een superplastificeerdertoegepast.Niveau van de water-cementfactorHet effect van silica-fume op de sterkte en dicht-heid is onder andere afhankelijk van het niveauvan de water-cementfactor. Dit is te verklaren doorhet feit dat silica-fume een grote invloed heeft opde opbouw van het poriën systeem. Hettotaleporiënvolume wordt slechts in geringe matebeïnvloed, maar de grovere worden verdeeld inkleinere. In de figuren 2 en 3is het effectweergegeven van de dosering silica-fume op desterkteontwikkeling bij water-bindmiddelfactorenvan 0,48 en 0,28. Hieruit blijkt dat bij een water-cementfactorD,48 een belangrijke stijging indruksterkte wordt verkregen tot ca. 15% vervan-3030gehalte silica-fume (%)5 10 15 20 25 30gehalte silica-fume (%)o0= 3dagen7+= 14lC= 28= 56e= 910=180 dagenwaterI cement + silica - fume = 0,48t I I t I I f I 0wa er I cemen + SI Jca- urne e : ,