Een maandelijkse Uitgave van deVereniging Nederlandse CementindustriePostbus 3011,5203 DA 's-Herthogenbosch januari 1986Vacuumbehandeling vanbetonEen bekend gegeven in de betonpraktijk is dat dekwaliteit van het betonoppervlak achterblijft bij dekwaliteit van de rest van de constructie. Deoorzaak hiervan is dat tijdens het storten,verdichten, afwerken en nabehandelen, de water-cementfactor van de specie aan het oppervlaktoeneemt. Dit verschijnsel wordt sedimentatiegenoemd en is nog niet zo lang geleden inBetoniekbesproken (zie nr. 6/25).De mate waarindit watertransport in jong beton optreedt, is afhan-kelijk van de plasticiteit van de verse betonspecie.Hoe hoger de zetmaat, hoe groter de kans opproblemen. Een hoge water-cementfactor in debovenlaag vergroot het risico van een ontoelaat-baargrote porositeit van het betonoppervlak.Vooral de wat dikkere betonvloeren vertonen eenextra neiging tot sedimentatie. In de praktijk heeftmen het dan over na-zakken. In eerste instantiemanifesteert dit zich in de vorming van bleeding-water op het stortvlak. Tegelijkertijd afkort daarnakunnen zgn. na-zakscheuren ontstaan boven dewapeningsstaven.Voordat men kan beginnen met het dichtschurenvan deze scheuren, moet het beton voldoendeopstijven (of 'aantrekken') om het te kunnenbehandelen. Vooral in dewinterperiode kan heturen duren voordat met het naschuren kan wordenbegonnen. Vijf à zes uren wachttijd is vaak meerregel dan uitzondering.De nabehandeling en afwerking van betonopper-vlakken is dus zowel een duurzaamheidsprobleemals een uitvoeringsprobleem.Zijn er uitvoeringstechnieken die deze problemenkunnen helpen oplossen?Bij de voorbereiding van de prefabricage voor destormvloedkering in de Oosterscheldeis dezevraag ook gesteld. In dat kader is door middel vaneen literatuurstudie nagegaan welke mogelijk-heden er zijn om de kwaliteit van bovenvlakkenvan betonconstructies te verbeteren. Een interes-sante mogelijkheid leek de vacuumbehandelingvan beton.Vacuumbehandeling van betonVooral in Zweden is veel ervaring opgedaan metvacuumbehandeling van betonoppervlakken.lnNederland is in 1973 een onderzoek gedaan naarvacuumbehandeling ten behoeve van monoliet-afgewerkte vloeren (zie Iit. 1). In de betonwegen-bouw wordt het systeem met succes toegepastvoor de uitvoering van bijvoorbeeld reparaties aanwegdekken. Uitgebreid onderzoek naar de kwalita-tieve en kwantitatieve verbetering van boven-vlakken van betonplaten door middel van devacuummethode is verricht in de Bondsrepubliek(Iit. 2). Het onderzoek is uitgevoerd door deTechnische Universiteit van Hannover; het verslaggeeft een schat aan gegevens over de resultatendie men van de vacuummethode heeft waar-genomen. Uit het rapport blijken gunstige effectenop zowel de druksterkte als splijttreksterkte, eenhogere slijtweerstand en vorst- en dooizout-bestandheid en een geringere krimp enpermeabiteit. (fig 1).Principe van de vacuumbehandelingZonder al te diep op de materie in te gaan, is hetgoed om eerst het principe te bekijken waarop het'vacumeren' berust. In het plastische stadium van1.. .(filte.rmatl.....:....... :'grindkorrel... .... _ ........2Tijdens de vacuumbehandeling wordt 'vrij' water uit decapillairen geperst en aan het oppervlak afgezogen14 28tijd (dagen)5 71 22040150E1Effect van vacuumbehandeling op de druksterkte-ontwikkeling in een vloer (in een labatorium-onderzoek)bron: /it. 2beton heeft men te maken met een korrelstapelingvan grind, zand en als kleinste korrel cement. Ditgeheel heeft ten gevolge van zijn opbouw eenporiënstructuur van capillairen met daartussenholle ruimten. In het plastische stadium vult hetaanmaakwater de capillairen en holle ruimten. Erbestaat dan een tamelijk instabiel fysischevenwicht.Bij de vacuumbehandeling wordt een poreuze matOphet beton oppervlak gelegd en vervolgens deluchtdruk boven de mat verlaagd. Hierdoor wordtde mat met grote kracht tegen het beton gedrukt;bij een onderdruk van 0,5 atmosfeer met eenkracht van 5 ton/m 2· Deze druk verstoort hetfysisch evenwicht van de betonspecie. Het vrijewater wordt uit de capillairen geperst en door deweggezogen tot een nieuw evenwicht isbereikt. Er vindt een herschikking plaats van dekorrels tot een dichtere structuur. Dit resulteert ineen volumevermindering van de betonspecie totmaximaal 3%.Betonfabriek te KatsOp grond van de positieve ervaringen die erblijkens de literatuur met de toepassing van hetvacumeren zijn opgedaan, is bij directie Sluizen enStuwen van Rijkswaterstaat besloten de vacuum-behandeling toe te passen voor de prefabricagevan de verkeerskokers ende bovenbalken voor destormvloedkering in de Oosterschelde.2Er bestonden goede verwachtingen omtrent deverbetering van de duurzaamheid van hetbetonoppervlak, die met deze methode te behalenzou zijn. En duurzaamheid is voor dit project eeneerste vereiste.Een tweede belangrijke reden was de geringeproduktietijd die voor de prefabricage van deelementen beschikbaar was. De bovenbalken vande stormvloedkering alsmede de verkeerskokersvoor de brug over de kering moesten wordengemaakt op het bouwterrein van de CombinatieOosterschelde te Kats, Uit de planning van debouw van de stormvloedkering volgde dat deverkeerskokers moesten worden geproduceerdmet een opleveringsinterval van 1 element per 5werkbare dagen en voor de bovenbalken 1element per 3 werkbare dagen. Deze produktie-snelheid betekende dat versnelde verharding doormiddel van stomen noodzakelijk was. Het tijdstipwaarop met stomen kon worden gestart, wasechter afhankelijk van het moment waarop deafwerking van het bovenvlak van het element, hetstortvlak, gereed was. Vooral in de winterperiodezouden aanzienlijke wachttijden kunnen ontstaan.Dan blijkt dat in een fabrieksmatig produktieproceseen aaneensluitende cyclus van werkzaamhedenvan het grootste belang is voor het halen van krapgestelde produktietijden.Uitvoeren van de vacuumbehandelingIn samenwerking met de leverancier van hetZweedse systeem Tremix, is de uitvoeringswijzevan de vacuumbehandeling uitgewerkt. Wanneerhet element is gestort en verdicht en het stortvlakonder de rij is afgewerkt, wordt een geperforeerdeondermat over het beton uitgerold. De bovenzijdevan de mat is voorzien van nopjes. Dit uitrollenmoet vanaf een soort loopbrug gebeuren, omdathet verse betonoppervlak niet kan wordenbetreden. Over de geperforeerde ondermat wordteen luchtdichte bovenmat uitgerold. Deze is aanalle zijden 10 tot 15 cm groter dan de ondermat.De over de ondermat uitstekende randen wordenvoorzichtig aangedrukt op de verse betonspecie.Hierna wordt de luchtdruk door middel van eenaan de bovenmat gekoppelde vacuumpomp syste-matisch verlaagd.De afmetingen van de matten waren zodaniggekozen, dat de volle breedte van de kokers in éénkeer werd overspannen. Boven het oppervlakuitstekende obstakels, zoals stekken, ontluch-tingspijpjes van voorspankanalen, schroefhulzenetc., moesten worden vermeden. Hiervoor kondenaanvaardbare oplossingen worden gevonden.Ook doorkoppelingen van de bekistingen over hetstortvlak heen zijn hindernissen voor een vacuum-behandeling van het oppervlak. Bij de produktievan de verkeerskokerskonden deze wordenNa het betonstorten en afreien wordt een ondermat(geperforeerd, met noppen) uitgerold. Vervolgens debovenmat, voorzien van een zuigslang voor devacuumpompvermeden door de spatkrachten in de zijkisten viaeen zware schoorconstructie naar de bodem af tevoeren. Bij de bovenbalken was een koppeling vande zijkisten wel noodzakelijk. Deze is zo hoogboven het stortvlak aangebracht, dat zonder al teveel problemen de vacuummatten konden wordenuitgelegd.VacuumprogrammaTeneinde het onttrekken van water op een juistemanier op gang te brengen, is het van zeer grootbelang de onderdruk geleidelijk te vergroten.Wordt het vacuumtrekken boven het betonopper-vlak te snel naar het maximum gebracht, dan kanzeer snel een dichte bovenlaag ontstaan van circa5 cm dikte, die het onderliggende beton als hetware afsluit, zodat het proces zich niet goed kandoorzetten. Het toegepaste programma voor hetvacuumzuigen was als volgt:3pomp starten op 75% vacuum om de aansluitinggoed te kunnen verzorgen, daarna met de beluch-tingsknop zo snel mogelijk regelen naar:50% vacuum gedurende 5 minuten;- 60% vacuum gedurende 5 minuten;70% vacuum gedurende 5 minuten;- 80-85% vacuum gedurende 30 minuten ofmeer.Deze cijfers gelden als richtgetallen. In de winter-periode moet langer op eenzelfde oppervlakgepompt worden dan in een zomerperiode. Detemperatuur beïnvloedt namelijk de viscositeit vanhet water en daarmee de snelheid van hetwatertransport.Als er vrijwel geen water meer uit de afvoerslangkomt, kan de vacuumpompworden uitgeschakelden kunnen de matten worden weggenomen enverplaatst naar het aansluitende veld. Hetbehandelde betonoppervlak is direct beloopbaar,zodat met de afwerking kan worden begonnen.Met de hand afwerken is niet meer mogelijk. Deconsistentie is dermate verlaagd, dat alleenmachinaal schuren nog het gewenste effectsorteert. Hiervoor is een zgn. vlinder, eenmechanische afwerk- c.q. doorschuurmachine hetaangewezen apparaat. Het oppervlak wordthiermee dicht en glad afgewerkt.Een vaak gehoorde misva.tting is dat ten gevolgevan het vacumeren cement wordt onttrokken aanhet betonen dat een zeer cementrijk mengsel inde bovenste centimeters beton ontstaat. Hetwatertransport gaat echter dermate langzaam, datgeen cement wordt meegenomen. Dit is eenvoudigbij de afvoerslang te controleren. Het enige dat4OnmÎddelijk na de vacuumbehandeling kan het afwerkenmet een vlinder starten. Het beton is dan nog slechts1 à uur oud!wordt afgepompt, is praktisch helder water. Alleentijdens hetstarten van de vacuumbehandeling kanmen zien dat de op het beton liggende cementhuidwordt afgevoerd.Wat in feite heeft plaatsgevonden is niets andersdan het drastisch verlagen van de water-cementfactor. Zozeer dat beton van hooguit 1 à1V2uur oud al beloopbaaris.Voorzichtigheid blijft evenwel geboden, omdat hetoppervlak op eenvoudige wijze nog ernstig kanworden beschadigd. Het is dan ook verstandig bijhet afvlinderen in achterwaartse richting tewerken, dat wil zeggen steeds te lopen op hetgedeelte wat nog afgewerkt moet worden. Het isnamelijk ondervonden dat door het betreden aanhet oppervlak liggende grindbiggels kunnenworden verplaatst, waardoor plaatselijk de dichtestructuur wordt verbroken.Ook een goede nabehandeling blijft van zeer grootbelang. Dit geldt voor elke betonsoort en elkebetonkwaliteit, ook voor gevacumeerd beton.Natuurlijk is door de drastische verlaging van dewater-cementfactor de gevoeligheid voor krimp-scheuren minder geworden, maar voortijdigeuitdroging van het oppervlak blijft mogelijk.Bij de produktie van de verkeerskokersls datduidelijk ondervonden. Het bleek dat de stoom-behandeling van maximaal 2 uur onvoldoende was3Resultaten van een praktijkonderzoek bij de betonfabriekte Kats naar de verbetering van de druksterkte in devacuum-behandelde vloer. Ter vergelijking zijn(met onderbroken lijnen) ook de /iteratuurgegevensvermelduitdroging te voorkomen. Het beton bevond zichdan nog in de eerste uren van het verhardings-proces.Waterindringingsproeven toonden uitdrogings-verschijnselen aan in de bovenste 20 tot 40 mmoEen analyse van het probleem leerde hetvolgende:Gedurende de opwarmtijd was de omgevings·temperatuur hoger dan de temperatuur van hetbeton en voldeed het stoomproces volledig aande eisen van een goede nabehandeling. Nabeëindigen van het stomen werd tamelijk snel hetmoment bereikt waarop de omgevingstemperatuurlager wordt dan de betontemperatuur. De relatieveluchtvochtigheid daalt boven het betonoppervlakdan zeer snel. Er zijn zelfs waarden lager dan 20%gemeten. Op dat moment was het beton 6 tot 8 uuroud. Het cement is dan nog onvoldoende qehydra-teerd om voortijdige uitdroging van de buitenhuidte voorkomen.Opspuiten van een curingsmiddel voor het beginvan het stomen heeft het probleem opgelost.ResultatenHet toepassen van vacuumbehandeling heeft decontinuïteit van het produktieproces aanzienlijkverbeterd. Ook in de koudere jaargetijden kon,ondanks de zeer krappe planning, de beoogdeproduktie worden gehaald.De verbetering van de mechanische eigen·schappen van het beton was minder dan op grondvan de literatuur werd verwacht.Als belangrijkste oorzaak hiervoor kan wordengewezen op de lagere water-cementfactor van hetuitgangsmengsel voor de stormvloedkering tenopzichte van het betonmengsel in de Duitseproeven. De mengselsamenstelling voor de beton-produktie te Kats was vooral gunstig op het puntvan de dichtheid c.q. waterindringing van hetbeton. Het vacumeren leidde op dit punt niet totverbetering. Wel werd een verbetering van dedruksterkte gevonden, alleen niet zo overtuigendals in de bestudeerde literatuur. In de literatuurspreekt men van een sterkte-toename van circa30%. In het eigen praktijkonderzoek is eentoename van de druksterkte geconstateerd vancirca 10%. (figuur 3).In dit verband moet worden opgemerkt dat het voorde betonfabriek van de Combinatie Oosterscheldede eerste keer was dat de vacuummethode istoegepast. En het werken met vacuumbeton blijktgeen uitzondering te zijn op de regel dat alles moetworden geleerd.In het praktijkonderzoek is ook de verhoging vanhet droge volume-gewicht nagegaan. Er is eenverhoging in de orde van 1 à 2% gevonden. Er zijngeen metingen gedaan naar de invloed van devacuumbehandeünqop de splijttreksterkte, slijt-vastheid, krimp en vorst- en vorsUdooizout-bestandheid.ConclusiesHet toepassen van een vacuumbehandeling bij deprefabricage van de betonelementen voor destormvloedkering Oosterschelde heeft tot positieveresultaten geleid. Met name in de koudere jaarge-tijden kon dankzij het vacumeren het produktie-proces continu doorgaan. Ondanks de zeer krappe5planning is de beoogde produktie behaald. Decontinuïteit in het produktieproces weegtruimschoots op tegen het extra werk dat hetgebruik van de vacuumapparatuur met zichmeebrengt.Verbetering van mechanische eigenschappen vanhetbeton was minder dan op grond van de litera-tuur werd verwacht. Dit is grotendeels toe teschrijven aan de gekozen mengselsamenstellingmet een zeer lage water-cementfactor.Bondig gezegd: vacuumbehandeling van beton iseen produktieproces dat meer aandacht verdientdan het thans krijgt.Literatuur1. Onderzoek naar de mogelijkheid van toepassingvan monoliet afgewerkte vloeren in combinatie metvacuumbeton. Praktijkonderzoek kantoorgebouwWibautstraat. Bredere Bouwbedrijf, 19732. Test to ascertain the effect of the Tremixvacuum trestment on the concrete quality. Institutfür Baustoffkunde und Materialprüfwesen derTechnischen Universität Hannover, 19743. Nachverdichten von Beton; Vakuum-Verfahrenfür bessere Betonflachen. Beton 1982, nr. 94. Vacuumbehandeling van beton in de weqen-bouw. Betonwegennieuws nr. 52, juni 1983.BETONlEK verschijnt 10 x per [aar.,Abonnementsprijzen per jaar, incluslét verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 5% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 18,-overige landen f 28,ISSN 0166-137x6administratie:postbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon (073) 401231Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlend, tenzij het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opgezegd.