Een maandelijkse uitgave van deNederlandse CementindustrieredactieuadresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020·238531 september 1976VacuümbetonMinder water · hogere sterkteVoor de trouwe lezers is het zeker geen geheimmeer dat de water-cementfactor een door-slaggevende invloed heeft op de sterkte vanbeton. Beperken van de wcf door het makenvan drogere mengsels gaat echter gepaardmet verminderen van de transporteerbaarheiden de verdichtbaarheid. Dit leidt lang niet altijdtot economisch verantwoorde oplossingen.Bovendien bestaat het gevaar dat bij stuggemengsels de verdichtbaarheid al te veel in hetgedrang komt. een verhoogd luchtporie-gehalte door onvolledige verdichting leidtevenzeer tot sterkteverlies als een verhoogdewater-cementfactor dat doet. Een betonpro-duktie die zich op het randje van een nog juistverdichtbare betonspecie beweegt, wordt welerg gevoelig voor kleine variaties in het water-gehalte. Deze leiden dan tot juist wel of juistniet verdichtbare species met daardoor forsespreiding in luchtporiegehalte en sterkte-resultaten,Verhogen van het cementgehalte is een voorde hand liggende mogelijkheid om een lagewcf te handhaven met behoud van een goedeverwerkbaarheid. De meerdere kosten hiervanzijn eenvoudig te overzien. Daarnaast moetrekening worden gehouden met de kans opverhoging van de krimp.Een andere mogelijkheid is het gebruik vanhulpstoffen zoals plastificeerders en zelfssuperplastificeerders om bij een beperktwatergehalte van betonspecie toch een rede-lijke of zelfs goede verwerkbaarheid te ver-krijgen.1Ten slotte is er dan nog de mogelijkheid ombetonspecie met voldoende water voor eenvlotte verwerking nà dat verwerken te ont-wateren. In hoofdzaak kunnen daarbij eendrietal systemen worden onderscheiden.1. Centrifugeren. De normale zwaartekracht isal voldoende om de vaste, zwaardere delenvan een zeer plastische betonspecie te doenuitzakken. Het lichtere water scheidt zichdaarbij af aan de bovenzijde: bleeding. Decentrifugaalkrachten bij snel ronddraaienleveren versnellingen op die vele malen groterzijn dan de zwaartekracht. Hiervan wordt ge-bruik gemaakt bij de fabricage van betonnenbuizen. Betonspecie wordt rondgeslingerd ineen om zijn lengte-as roterende stalen mal.Het zeer compact verdichte beton vormt dewand van de buis, de overmaat water loopt viade binnenzijde weg. Met dit slingerbeton zijnzeer hoge dichtheden en sterkten bereikbaar;de wcf bedraagt bij voorbeeld 0,30.2. Persen. Het verwijderen van water doormiddel van een persprocédé kan het bestworden geïllustreerd met de produktie vanasbestcement. Hierbij ontstaat uit een vloei-baar mengsel van cement, asbestvezels enwater het zeer dichte asbestcement met zijnkenmerkende eigenschappen.3. Vacuûmmethode. Daarbij wordt het over-tollige water uit reeds gestort en verdicht betonverwijderd door middel van onderdruk. Alsenige van deze drie mogelijkheden hoeven detoepassingen niet beperkt te blijven totspeciale fabrieksprocédés. Een wat uitgebrei-dere bespreking van dit systeem in BETON/EKleek ons daarom wel op zijn plaats.E 0__o 20duurIs vacuümbeton iets nieuws?De gedeeltelijke ontwatering van vers gestortebetonspecie door middel van een vacuüm-procédé is zeker niet nieuw te noemen. Heteerste patent dateert uit 1935 in de VerenigdeStaten. Na een groot aantal toepassingen in deveertiger jaren is de belangstelling voor hetproces echter toch weer afgenomen. In dena-oorlogse jaren is ook de toepassing indiverse Europese landen op gang gekomen.Tot een echte doorbraak, zoals velen destijdsverwachtten, is het echter nooit gekomen. Delaatste jaren is de belangstelling in Nederlandduidelijk weer toegenomen.Het heeft weinig zin naar de oorzaken vandeze wisselende belangstelling te zoekenzonder ons eerst eens te verdiepen in de aardvan het proces en de gevolgen ervan voor deeigenschappen van beton.Hoe maken we vacuümbeton?Normaal verdichte, verse betonspecie wordtplaatselijk blootgesteld aan een onderdruk.Meestal gebeurt dit door middel van een soortzuignappen in de vorm van rondom met rubberstroken afgedichte matten of platen. Inwendigzijn deze voorzien van een fijn filterdoek vanbij voorbeeld nylongaas. De onderdruk wordtverkregen door een vacuümpomp die bijvoorbeeld 80% vacuüm levert. Dat wil zeggendat het drukverschil ten opzichte van de rond-om heersende atmosferische druk 0,8 at-mosfeerbedraagt.Onder invloed van dit drukverschil wordt hetvrije water in de capillaire poriën weggezogen.Deze poriën vernauwen zich daardoor zodatde weerstand tegen verder ontwateren groterwordt. Tevens zal het beton door de heersendebuitendruk inklinken. Op deze wijze krijgt meneen beton met een lagere wcf, met alle ge-21Ontwatering van een 200 mm dikke betonp/aatbij éénzijdige vacuümbehandelingvolgen van dien voor de groene sterkte, desterkte-ontwikkeling enz. De snelheid van ont-wateren hangt af van de grootte van het druk-verschil, van de dikte van het beton, van degrootte van de poriën en daarmee van debetonsamenstelling. Figuur 1 geeft een typischvoorbeeld van de snelheid waarmee water werdonttrokken aaneen in dit geval 200 mm dikkebetonplaat. samengesteld met een wcf van 0,72en 300 kg cement per m3in een 200 mm dikkebetonplaat.Is elk beton geschikt voor vacuümbehandeling?Er zijn enkele punten die aandacht verdienenbij het ontwerpen van een betonsamenstellingvoor een vacuümbehandeling. Men denkt weleens dat het er niet toe doet hoe nat deoorspronkelijke specie is. Het overtollige waterwordt er immers toch uitgehaald? Maar in deeerste plaats vergt een behandeling die de wcfverlaagt van 0,8 naar 0,4 meer tijd en energiedan een behandeling die slechts tot een ver-laging van 0,6 tot 0,4 hoeft te leiden. En tijd enenergie kosten allebei geld. In de tweedeplaats leidt een te natte uitgangsspecie totontmengen tijdens transport en verdichten.De cementrijke, poreuze oppervlaktelaag diehieruit resulteert, leidt tot scheurgevoeligheiden geringe slijtweerstand : bekende verschijn-selen na het optreden van bleeding. Daarkomt nog bij dat een door bleeding ontmengdbeton wel eens problemen oplevert voor deerop volgende vacuüm behandeling. De boven-ste laag (met de overmaat fijn materiaal) slaatdan dicht waardoor het eronder gelegen betonniet meer voldoende kan ontwateren; er ont-staat 'korst'-vorming.Het uitgangspunt moet dus altijd zijn eenbetonspecie die zich zonder ontmenging laattransporteren en verdichten. Zelfs valt hetgebruik van een plastificeerder te overwegenom de hoeveelheid aanmaakwater te beperken.Het beslist ook niet waar dat voor vacuüm-beton geen normale verdichtingsapparatuur,zoals trilnaalden of kisttrillers, zouden wordengebruikt. Alle normaal gebruikelijke middelen,eventueel in combinatie, komen in aanmerking;èök bij het maken van vacuümbeton. Uiter-aard moet daarbij worden gestreefd naar eenzorgvuldige afweging van de kosten. Deze af-weging vraagt niet alleen theoretisch inzichtmaar ook en vooral een goede praktische kijkop de zaken.Een factor die daarbij zeker niet over het hoofdmag worden gezien, is de korrelopbouw vanhet mengsel. Optimale verwerkbaarheid steltaltijd al eisen aan de korrelopbouw van zand engrind en aan de totale hoeveelheid fijn in hetmengsel. Zijn er daarnaast nog speciale eisenmet het oog op de vacuümbehandeling?Jawel. En die betreffen twee punten.3Vacuümmatten van verschillende grootte voorhet ontwateren van een ter plaatse gestortev/oerVacuümbekisting voor betonwanden (foto links)Ten eerste de korre/opbouw van de fijnerefractie van het toeslagmateriaal. Deze moeteen behoorlijk percentage zeer fijne delenbevatten. Wanneer onvoldoende fijn in dezandfractie aanwezig is, worden er vrij grovekanalen gevormd tussen de korrels onderling.Het risico bestaat dat dan niet alleen waterwordt weggezogen, maar een suspensie vanwater met cement. Dat geeft niet alleencementverlies, maar ook het gevaar van ver-stoppen van het doek.Het tweede punt hangt hier nauw mee samen.Het meesleuren van de cementkorrels zal deste gemakkelijker gaan naarmate deze korrelsfijner zijn. Bij gebruik van fijnere cementendient de hoeveelheid en de opbouw van dezandfractie nog meer aandacht te krijgen. Doorde samenhang van beide factoren is hetmoeilijk exacte richtlijnen te geven. De aller-fijnste cementen blijken toch nogal snel pro-blemen op te leveren en zijn dus mindergeschikt voor vacuümbeton.Welke betonsterkte levert het op .Uit het bovenstaande valt af te leiden dat nahet ontwateren en het gelijktijdige inklinkenvan het verse beton een beton resulteert metwederom een gesloten structuur en een lagerewcf. Zo simpel is het echter ook weer niet.Vele metingen hebben aangetoond dat de in-klinking niet volledig is. Dat wil zeggen dat deporositeit van het behandelde beton wel watgroter is dan valt af te leiden uit de resterendewaterhoeveelheid.Een voorbeeld. De wcf wordt door vacuüm-behandeling verlaagd van 0,50 tot 0,35. Desterkte-ontwikkeling van dit beton, met wcf 0,35en een verhoogd luchtporiegehalte, blijkt over-een te komen met die van een volledig verdichtbeton met een wcf van ca. 0,40. Dus in elkgeval een aanzienlijke winst in sterkte endichtheid, maar minder groot dan door hetwerkelijke waterverlies wordt aangegeven....... en wat zijn de overige gevolgen?Naast de betonsterkte, die meestal een cen-trale rol speelt bij de beoordeling van 'kwali-teit', zijn er andere eigenschappen die deaandacht verdienen. De groene sterkte wordtaanzienlijk verhoogd. Vacuümbeton kan na debehandeling direct worden belopen. De af-werking van vloerplaten kan direct na debehandeling ter hand worden genomen. Ditkan tot aanzienlijke tijd- en dus kosten-besparing leiden. Ook de omlooptijd van vaakkostbare mallen kan worden bekort.Het krimp- en kruipgedrag van vacuümbetononderscheidt zich zeer gunstig van dat vannormaal beton. De krimp wordt uiteraard aan-zienlijk verminderd door de geringere hoeveel-heid verdampbaar water die het beton bevat.Ten aanzien van de kruip is het belangrijk dathet dragende toeslagmaterialenskelet tijdensde vacuümbehandeling reeds onder spanningwordt gezet. De daarbij optredende vorm-verandering (ook een soort kruip) kan laterniet meer plaatsvinden en de eigenlijke kruipvan het verharde beton is daardoor geringer.4Vacuûmbehandeling van een verdiepingsvloerDit leidt bij voorbeeld tot minder verlies aanvoorspanning in voorgespannen beton.Door de verlaging van de effectieve wcf heeftvacuümbeton een hogere dichtheid ten op-zichte van het uitgangsbeton. Dit leidt totgrotere waterdichtheid, tot betere vorst-dooi-zoutbestandheid enz. Kortom tot een duur-zamer beton.Ter voorkoming van een misverstand nog eenenkele opmerking. Vacuümbeton dient directna de behandeling precies zo te worden na-behandeld als elk ander beton onder vergelijk-bare condities. Dus afhankelijk van weer enwind beschermen tegen voortijdige uitdrogingdoor nathouden, afdekken, curing compoundof iets dergelijks. Voor de tijdsduur van na-behandeling blijft de stelregel gelden: na-behandelen tot voldoende sterkte is bereikt.En dan blijken we met vacuümbeton met zijnlagere wcf toch sneller klaar te zijn dan b.v.met een normaal in het werk gestorte vloer.Het aantonen van de betonkwaliteitDe meest gebruikelijke methode voor hetmeten van de betonkwaliteit is de controle-proef. Daarmee krijgt men druksterktegegevensvan nauwkeurig omschreven engeconditio-neerde proefstukken, vervaardigd van eenmonster van de oorspronkelijke betonspecie.Het prefabriceren van éénzijdig gekromdewandplaten met behulp van een grotevacuümmatTunnelbekisting in gebruik bij een flatgebouw;door het toepassen van een vacuümbehande-ling op de bovenkant van de vloer, kon de om-klstinçsiijd aanmerkelijk worden teruggebracht5Hoe moet dat bij vacuümbeton?Een goede benadering is het vacuümbehan-delen vaneen monsterplaatje van het betref-fende beton onder zo goed mogelijk nageboot-ste cóndlties. Na verharden kunnen hieruitproefstukken worden geboord of gezaagd. Dejuiste relatie met controleproefgegevens zoalsnodig voor het aantonen van een beton-kwaliteit volgens de Voorschriften Beton 1974,is echter niet bekend.In gevallen waar beton moet voldoen aansterkte-eisen enz. volgens geldende voor-schriften (dus meestal de VB '74), is dekeuringsprocedure voorlopig nog een onop-gelost probleem. Het is verstandig als partijenin zo'n geval van tevoren de koppen bij elkaarsteken en, in overeenstemming met de geestvan de voorschriften, tot duidelijke afsprakenkomen, bij voorbeeld met betrekking tot niet-destructief onderzoek. Dat vraagt nogal watvoorbereiding en wederzijds begrip.Toepassingen in de praktijk van het bouwenVacuümbeton schept de mogelijkheid tot hetbereiken van relatief hoge betonsterkten metnormaal cement, met een laag cementgehalte,met weinig kostbare verdichtingsapparatuur.Hier tegenover staan de kosten van hetvacuümproces, dus aanschaf en onderhoudvan de apparatuur en de energiekosten.Daarbij :is het nog de vraag of een afwegingvan deze factoren altijd ten gunste van vacuüm-beton uitvalt.Daarnaast komen dan nog de factoren als dekwetsbaarheid van de apparatuur, de ge-oefendheid van het personeel met nieuwetechnieken enz. Ditzelfde geldt overigens ookvoor speciale technieken voor versnelde ver-harding (stomen, warme specie), die dikwijls in6Havengebouw, Amsterdamde vergelijking met vacuümbeton worden be-trokken. Een aantrekkelijke bijkomstigheid kanzijn het gebruik van :de vacuümapparatuurvoor transport van betonelementen. Vooralgrote betonplaten lenen zich uitstekend voordergelijke hetapparatuur.Vacuümbeton heeft enkele bij uitstek sterkepunten. Dat zijn de hoge groene sterkte en hetgunstige krimp- en kruipgedrag. Het is devraag of deze bij een vergelijking met anderemethoden wel altijd voldoende worden ge-waardeerd.Overigens heeft het weinig zin hier mogelijk-heden voor praktische toepassing op te som-men. Die zijn namelijk vrijwel onbegrensd. Eenzeer goed overzicht van een aantal toepassin-gen is te vinden in het in het literatuuroverzichtgenoemde boekje van Brux, dat,hoewel da-terend uit 1966, nog lang niet is verouderd.Frapperend is ook het enthousiasme waarmeereeds in 1954 in het tijdschrift 'Cement' hetrepareren van platforms op vliegvelden metvacuümbeton werd beschreven. De auteur,ir. W. van der Schrier, voorzag op dat momentgrote mogelijkheden voor de methode.Een typisch voorbeeld waarbij gebruik werdgemaakt van het gunstige krimpgedrag is hetHavengebouw te Amsterdam. Met het oog opde stortnaden tussen vloer en balken moest dekrimp van dein het werk gestorte vloerenworden beperkt. Dit werd bereikt door eenvacuümbehandeling waarbij de wcf werdteruggebracht tot 0,35.7In hetzelfde gebouw zijn geprefabriceerdebetonelementen toegepast, die met tegels zijnbekleed. Ook hier heeft het vacuümprocédébijgedragen tot de oplossing van technischemoeilijkheden: door verbetering van het krimp-gedrag van het beton wordt het loskrimpen vande tegels voorkomen.ConclusieVacuümbehandeling is een procédé dat zekeraandacht verdient bij het afwegen van de velemogelijkheden voor het optimaliseren van eenbetonproduktie. Tegenover de gunstige eigen-schappen van vacuümbeton staan de directekosten, de kwetsbaarheid van de apparatuuren de dikwijls nog overwegend traditioneelingestelde uitvoering op het werk. Een directnadeel is de moeilijke aansluiting aan onzecontrole- en keuringsprocedures aan de handvan geldende voorschriften.Samenvattend kunnen we ons niet aan :deindruk onttrekken dat vacuümbeton niet altijdde aandacht krijgt die het op grond van zijnmogelijkheden en verdiensten toekomt.Literatuur1. Brux, G., 'Vacuum - Concrete - Verfahren',Beton-Verlag, Düsseldorf,2. 'Factors determining charactertsttcs andcomposition of vacuum dewatered concrete',AC/ Journet. maart 1975. '3. 'Die Wirkung einer Vakuumbehandlung aufdie Betoneigenschaften', Beton, mei 1975.Figuur 1 en de foto's op blz. 3, 4 en 5 zijn ont-leend .aan het boekje 'Vacuum-Ooncrete-Verfahren'.8