nlEigenschappenkMeten aan aardvochtigespeciesIn een tijd dat veel aandacht naar het ontwikkelen van hoog-voleibare,zelfverdichtende betonmengsels, zou je haast vergeten dater in de betonproductenindustrie en de betonwegenbouw veel wordtgewerkt met aardvochtige betonmengsels. ln tegenstelling tot zelf-verdichtende mengsels is voor aardvochtige betonmengsels zeer veelverdichtingsenergie nodig om de gewenste verdichting te bereiken.Voor.zelfverdichtende betonmengsels zijn nieuwe meetmethodenontwikkeld om het Verwerkingsgedrag te kunnen kwantificeren.Voor.aardvochtige reeds lang be-staande, eenvoudige meetmethoden de verwerk-baarheid in het wordt vaakop het gevoel lnhetgeval er problemen zijnmet de verwerkbaarheid bemoeilijkt dit het overleg en de uitwisselingvan informatie.Aardvochtig betonAardvochtige betonspecies worden gebruikt voortoepassingen die direct na het vormen worden ont-vormd. De producten moeten dus direct een hogemate van vormvastheid bezitten. Dit wordt groenesterkte genoemd. Bij de toepassing van aardvochti-ge species in de betonproductenindustrie valt tedenken aan rioleringsbuizen, tegels- en banden,klinkers, kanaalplaatvloeren en dakpannen.Voor deaanlegvanvoertuigkeringen wordtgebruikgemaaktvan aardvochtige species.november/december 2000Aardvochtig beton in NederlandIn 1999 werdNederland ruim 16 miljoenkubieke meterbeton-specie verwerkt. Meer dan de helft daarvan, bijna9 miljoenkubieke meter; is geleverdals betonmortel. Deoverige 7 miljoenkubiekemeteris geproduceerd en verwerktin de prefab-sector.Ruim 4 miljoenkubiekemeterhiervanhad eenaardvochtigeconsistentie. Datis duszo'n 25%van het totaalverwerktevolumebetonspecie enzo'n60% vanhet volumedat is verwerktin de betonproductenindustrie.In de wegenbouw wordt aardvochtige betonspeciegebruikt voor het maken van wegen en voertuig-keringen.Kenmerkend voor aardvochtige species is dat ze vrijdroog en stug zijn. Dit komt door het relatieflagewatergehalte in de mengsels. Voordat ze verdichtzijn, vertonen de mengsels weinig samenhang.De mengsels ogen als een rul en los materiaal.Na verdichting bezit een goed samengesteld meng-sel direct een zekere samenhang: groene sterkte.De mengsels worden samengesteld uit natuurlijketoeslagmaterialen. cement en water. Soms wordendaarnaast nog vul-, kleur- en hulpstoffen toegepast.Achter dezelfde definitie voor aardvochtige beton-species kunnen zeer verschillende betonmengselsschuilgaan. Dit komt door de zeer verschillendeproductiemethoden. Zowel het uiteindelijke pro-duct als de betreffende productiemethoden stellenDeaardvochtige specie wordtvoorde slipformpaveraangebracht.Bet 0 n i e k november/december 20002specifieke eisen aan de mengsels. In de praktijkwordt het betonmengsel afgestemd op de aanwezi-ge stort- en verdichtingsapparatuur,Het verdichten van aardvochtige species gebeurtmet verschillende technieken. Zo worden straat-stenen, tegels en banden geproduceerd met zeerdroge mortels die gedurende enkele secondenworden verdicht onder een hoge drukbelastinggecombineerd met een zeer intensieve trilling. Voorde productie van kanaalplaten bestaan twee manie-ren. De eerste is de extrusiemethode waarbij de aard-vochtige specie onder invloed van trilling en drukdoor een vorm wordt geperst. De tweede methodegebruikt voornamelijk trillingsenergie om de speciete verdichten. Ook dakpannen worden geproduceerdvolgens de extrusiemethode. Rioleringsbuizenworden verdicht met zeer veel trillingsenergie. Deuiteinden van deze buizen worden verdicht en afge-werkt met een combinatie van trilling en bovendruk.Zoals aangegeven vragen de verschillende produc-ten en productiemethoden verschillende beton-samenstellingen. Voor de bovengenoemde produc-ten leidt dit tot mengsels waarvan het watergehaltevarieert van 110 tot 170 11m3en het cementgehaltevan 260 tot 450 kg/m3·Water in betonspecie heeft twee functies. In de plas-tische fase geeft het water de specie een zekere ver-werkbaarheid. Tijdens het opstijven en verhardenNahetgladstrijken met de afrijbalkvan de slipformpavertekentde wegzichduidelijkaf Dankzijdegroene sterkteblijft de betonspecie in vorm.wordt het water geheel ofgedeeltelijk chemisch enfysisch gebonden aan het cement. Er wordt cement-steen gevormd.De verwerkbaarheid van een betonspecie wordt inbelangrijke mate bepaald door de het watergehaltein het mengsel. In het algemeen geldt: hoe lagerhet watergehalte, hoe lager de verwerkbaarheid.In aardvochtige betonspecies is het watergehalterelatieflaag. Vaak is er onvoldoende water aanwezigvoor een volledige hydratatie. Bepalend voorhet watergehalte in aardvochtige betonspecie zijnde volgende randvoorwaarden:· de hoeveelheid water die minimaal nodig is omhet mengsel voldoende te kunnen verdichten;· de hoeveelheid water die maximaal kan wordentoegevoegd in verband met de vormvastheid vande verse producten.De bandbreedte tussen de minimale en maximalehoeveelheid water is smal en dat maakt de verwerk-baarheid van deze mengsels kritisch. De verwerkbaar-heid van aardvochtige betonspecies wordt afgestemdop de aanwezige stort- en verdichtingsapparatuur.Meten verwerkbaarheidVèrwerkbaarheid is een verzamelnaam vooryerschillende eigenschappen van de plastischebètonspecie. Het betreft aspecten als mengen,transporteren, storten, verdichten en afwerken.De verwerkbaarheid van betonspecie wordt inonze voorschriften (NEN5950 -VET)ingedeeldin vier zogeheten consistentiegebieden (zie tabel 1).De verwerkbaarheid van aardvochtige betonspecievalt in consistentiegebied 1. Om aan te tonen datde verwerkbaarheid van een betonspecie in ditconsistentiegebied valt, worden in de VET tweetestmethoden voorgeschreven: de verdichtings-maat, en de zetmaat. In geval van twijfel is deuitkomst van de verdichtingsmaat maatgevend.Tabel1: Consistentiegebieden (tabel5 -NEN5950-VET1995)Groene sterkteDirect na hetverdichten kan eengoedsamengesteldeaardvochtige betonspecie al een zekere 'sterkte' vertonen.Wespreken danvangroene sterkte. In dit stadiumspeeltdechemische verhardingsreactie vancement noggeen rol;dezelfde groene sterkte zouworden bereikt wanneer hetcement wordtvervangen door een chemisch inert materi-aalmet dezelfde korrelverdeling.Groene sterkte is eengevolg vandeaantrekkingskrachttussen watermoleculen eneenvastoppervlak (adhesie).Zolang deruimtentussen dekorrels toeslagmateriaalenhet cement in despecie nietvolledig metwaterzijngevuld, worden dekorrels naarelkaartoegetrokken.Hoe meer'bevochtigd' oppervlak eris,hoegroterdetotalekracht. Toevoegingen vanzeerfijn materiaal, zoalscement, tras, poederkoolvliegas ensteenmeel vergroten hette bevochtigen oppervlak enverhogen degroene sterkte.Groene sterkte wordtin belangrijke matebepaald doordekorrelverdeling vanhettoeslagmateriaal, dehoeveel-heidfijn materiaal « 250 enhetwatergehalte.Producten die met aardvochtige species wordengemaakt, worden direct ontvormd. Het resultaatvan het storten en verdichten is dan ook directzichtbaar. Indien het resultaat niet aan de ver-wachting voldoet, worden de mengselsamenstel-ling en/ofde instellingen van de stortmachineaangepast. In de praktijk gebeurt dit veelal proef-ondervindelijk en op basis van ervaring.Voor het vaststellen van bijvoorbeeld de geschikt-heid van andere grondstoffen of het doorvoerenvan aanpassingen in mengsels is proefondervinde-lijk onderzoek tijdens de productie vaak lastig entijdrovend. De mengseleigenschappen kunnenbeter op laboratoriumschaal worden onderzocht.Consistentiegebied123VerwerkbaarheidAardvochtigHalf-plastischPlastischVloeibaarVerdichtingsmaat1,26(1,25 t.m.t.m. 1,04)Bet 0 n jek november/december 20003Maar om onderzoek te kunnen uitvoeren, zijn meet-methoden nodig.De bestaande meetmethoden voor het karakteriserenvan de verwerkbaarheid van aardvochtige betonspe-cies in Nederland zijn: de zetmaat, de verdichtings-maat, en de Vébé-triltijd. Met meetmethodenkunnen verschillen in de verwerkbaarheid van aard-vochtige betonspecies onvoldoende wordengekarak-teriseerd.De betonproductenindustrie werkt vaak met zoge-heten 'zetmaat nul'-mengsels. Dit zijn zulke drogemengsels dat met de bestaande meetmethodenniet of nauwelijks een verschil in verwerkbaarheidkan worden gemeten. Zo kunnen mengsels meteen verschillend verwerkingsgedrag toch allemaalzetmaat nul hebben.Nieuwe meetmethoder de toepassingen van aardvochtige betonmeng-ls is verdichtbaarheid een zeer belangrijke eigen-hap. Een nieuwe testmethode voor het meten vane verdichtbaarheid van aardvochtige betonspeciesis wellicht de Intensive Compaction tester (IC-tes-ter). De IC-tester, ook wel Gyrator genoemd, isafkomstig uit de asfaltbetonindustrie (afbeelding 1).Ook kanaalplaatvloeren worden geproduceerdmet aardvochtige speciesHet apparaat is omstreeks 1930 ontwikkeld om hetverdichten van asfaltmengsels door middel vanwalsen te simuleren. Sindsdien is de IC-tester metname in Amerika, Frankrijk en Australië gebruiktvoor het onderzoeken en ontwerpen van asfalt-betonmengsels voor de wegenbouw. Eind jaren 80heeft men in Finland vastgesteld dat de IC-testerook gebruikt kan worden voor het onderzoeken vande verdichtbaarbeid van aardvochtige betonspecies.1a De rC-testerDe IC-tester is een hoogwaardig apparaat voor hettesten onder laboratorium-omstandigheden.In het apparaat wordt een speciemonster intensiefverdicht. De proefresultaten geven inzicht inde verdichtbaarheid van een aardvochtige specie.Deze resultaten betreffen het verloop van de hoogteen de volumieke massa van een specie monster enhet verloop van schuifspanningen in het monster.Het apparaat bestaat uit een stijfstalen frame metdaarin een mechanisme om een monster betonspe-cie intensiefte verdichten. In het frame wordt eenhard stalen cilinder geplaatst met een inwendigediameter van 100 of150 mmoDe cilinder wordtgevuld met een speciemonster. De hoeveelheidspecie wordt exact afgewogen. Na het inschakelenvan de IC-tester verloopt het verdichten van hetmonster automatisch.Bet 0 n jek november/december 20004VerdichtingsprincipeDe IC-tester verdicht een speciemonster door hetals het ware te kneden. Bij aanvang van een proefwordt een speciemonster direct onder een verticalebelasting geplaatst. Deze verticale belasting (P)blijft constant gedurende de proef. Daarnaast wordtde stalen cilinder in een roterende beweginggebracht. De cilinder kantelt daarbij over de gyra-torhoek De boven- en onderzijde van het specie-monster in de stalen mal zijn voorzien van stalenkopplaatjes. Tijdens de roterende beweging vande stalen cilinder blijven de kopplaatjes evenwijdigaan elkaar, maar ze komen daarbij niet haaks opde wand van de cilinder te staan.Door deze beweging worden er schuifkrachten inhet speciemonster geïntroduceerd, die er in com-binatie met de verticale belasting voorzorgen dathet monster wordt verdicht (figuur 2).111Verdichtingsprincipe van de IC-testerVolumieke massaTijdens het verdichten registreert een IC-testerhet verloop van de hoogte van het speciemonster.Met de bekende inwendige doorsnede van de stalencilinder kan het volume van het monster tijdensde proefworden bepaald. Omdat het speciemonsternauwkeurig is ingewogen, is de massa bekend.Uit het verloop van het volume en de bekendemassa, kan het verloop van de volumieke massatijdens de verdichting worden bepaald.SchuifspanningenTijdens het verdichten wordt de kracht, die nodigis om de stalen cilinder te laten bewegen, geregis-treerd. Met dit gegeven en de bekende doorsnedevan de cilinder, worden de schuifspanningenBet 0 n e k november/december 20005tijdens het verdichten in het speciemonsterbepaald. De hoogte en het verloop van :de schuif-spanningen geven een indicatie voor de weerstandvan de specie tegen verdichten.ProefstukNa de proefbevindt zich in de stalen mal een cilin-der van verdichte betonspecie. Deze cilinder kanin zijn geheel uit de mal worden gehaald. Hoewelhet proefstuk niet genormeerd is, kan het wel vooreventueel verder onderzoek worden gebruikt.Zo kunnen we aan het proefstuk de groene sterkteonderzoeken, ofna verharding de druk- of splijt-treksterkte bepalen.TestprocedureEen monster verse specie wordt nauwkeurig af-gewogen in de stalen cilinder. De stalen cilinderwordt in de IC-tester geplaatst. De IC-tester wordtgestart waarna het verdichten verder automatischverloopt. Het beproeven van een monster neemtenkele minuten in beslag.De IC-tester is zo uitgevoerd dat enkele instellingenaangepast kunnen worden. Zo kunnen de verticalebelastingen de hoek die de stalen cilindermaakt met de verticale as worden ingesteld. Ookhet aantal omwentelingen per minuut is variabel.Het apparaat kan zo worden ingesteld dat de ver-dichting op een bepaald moment stopt. Bijvoor-beeld na een ingesteld aantal omwentelingen,of na het bereiken van een ingestelde volumiekemassa. Zo kan worden bepaald welke volumiekemassa wordt behaald na 100 omwentelingen ofhoeveel omwentelingen nodig zijn om een volu-mieke massa van 2400 kg/m3 te realiseren. Aan dehand van deze gegevens kan de verdichtbaarheidvan verschillende mengsels vergeleken worden.Onderzoek naar de verdichtbaarheid van aard-vochtige betonspecies met een IC-tester is niet ge-normeerd. Wel is er een Finse richtlijn beschikbaar(NTBuild 427, 1994-11) voor onderzoek aan aard-vochtige betonspecie. Voor onderzoek aan asfaltzijn Amerikaanse normen (ASTM) voorhanden.Ook wordt er gewerkt aan een Europese norm vooronderzoek met de IC-tester aan asfaltmengsels(NEN-EN 12697-31).Enkele resultatenTabel 2. Beproefde115r-,r-,r-,'