Betoniek114|25 Betoniek juni 2009B A N D U I T G AV E14 25juni 2009 V a k b l a d V o o r b o u w e n m e t b e t o nVerborgen verklaringenBouwen met beton is niet echt moeilijk. Tenminste, als je afgaat op de beton-kennis van mensen buiten het vakgebied. Als lezers van Betoniek weten wij na-tuurlijk wel beter: zo simpel is het allemaal niet. Het lijkt soms wel een doolhof.In deze Betoniek verklaren we de uitweg.In de afgelopen twee jaar is er in Betoniek een beetje verborgen gewerkt aaneen reeks over de vorming van cementsteen. Door de puzzelstukjes die we ineerdere nummers hebben klaargelegd, kunnen we nu een aantal eigenschap-pen of verschillen in prestaties tussen betonsoorten verklaren. Aan het eindvan deze Betoniek kunt u zelf bepalen of u nog vastzit in het doolhof of dat ude uitweg hebt gevonden.2 14|25 Betoniek juni 2009Betoniek114|11 Betoniek januari 2008B A N D U I T G AV E14 11januari2008V A K B L A D V O O R B O U W E N M E T B E T O NFijn gemalen`Oh, en ook een pak koffie', roept mijn vrouw mij na als laatste opdracht voormijn boodschappenlijstje. In de supermarkt aangekomen heb ik de keuze uiteen wand vol koffie: grof gemalen, fijn gemalen, snelfiltermaling, koffiebo-nen... of zou ze toch die nieuwe `pads' bedoelen?Net zoals bij koffie worden de eigenschappen van cement bepaald door demaalfijnheid en de samenstelling (het soort koffiebonen). Wist u bijvoorbeelddat er binnen de vijf hoofdgroepen van cement in de NEN-EN 197-1 in totaal 27categorie?n van cement gedefinieerd zijn? En dat daarbinnen nog allemaalvariaties mogelijk zijn. Deze aflevering van Betoniek gaat over cement, maardaarvan zijn er te veel soorten. We duiken daarom alleen maar in de zak vanportlandcement. Wat zit daar nou in en wat doet het?Betoniek114|21/22 Betoniek maart 2009B A N D U I T G AV E14 21/22maart 2009V a k b l a d V o o r b o u w e n m e t b e t o nkopje onderBij het uitleggen wat beton is stoppen we vaak bij het noemen van de ingre-di?nten: water, cement, zand en grind. Vergelijk dit eens met cake. Als je opdezelfde manier uitlegt wat een cake is kom je op ingredi?nten: melk, eieren,suiker, bloem en boter. Maar eigenlijk zegt dat nog niet zoveel. Zo missen wenog het beslag maken en het afbakken in de oven. Pas dan heben we een cake.In deze Betoniek kijken we naar het eindproduct cementsteen, de afgebakkencake in ons vorige voorbeeld. We springen daarbij als cementkorrels in hetdiepe om te ontdekken wat cementsteen precies is. Het wordt een lange zwem-les (daarom `Dubbeldik'), waarbij u soms kopje onder zult gaan. Maar hou vol:met deze Betoniek gaat er ook onder water een wereld voor u open.DubbeldikIn de afgelopen twee jaar is er in de uitgave vanBetoniek sprake geweest van een serie met als titel`Cementsteen ? Basis voor ons Beton'. Doelstellingvan deze serie was het eenvoudig maar gedegenuitleggen hoe beton gevormd wordt, om daarmeemeer inzicht te krijgen in de eigenschappen enverschillen van diverse betonsoorten. Met deze afle-vering van Betoniek sluiten we de serie af.een korte terugblikIn deze Betoniek blikken we nog een keer terug op debelangrijkste puzzelstukjes die we hebben behan-deld. Met die puzzelstukjes kunnen we vervolgenseen serie verschijnselen verklaren op het gebied vanbijvoorbeeld sterkte, en duurzaamheid van beton.Eerst lichten we de nummers met de bijbehorendeonderwerpen in deze reeks nog eens kort toe.14/08 - Heet gebakkenIn nummer 14/08 `Heet gebakken' zijn we begon-nen met de productie van portlandcementklinker.Hierbij is de kalkdriehoek uitgelegd, zijn we doorhet ovenproces van een cementklinkerfabriek ge-gaan en hebben we als belangrijkste puzzelstukneergelegd dat cementklinker eigenlijk niet ??nmateriaal is, maar is opgebouwd uit vier chemischehoofdgroepen: C3S, C2S, C3A en C4AF.14/11 - Fijn gemalenIn nummer 14/11 `Fijn gemalen' hebben we de stapgemaakt van portlandcementklinker naar portland-cement. Daarbij is duidelijk geworden dat het ver-schil tussen bijvoorbeeld CEM I 32,5 R enCEM I 52,5 R van dezelfde fabriek, uitsluitendbepaald wordt door de maalfijnheid. Ook is er indit nummer gekeken naar de reacties tussen debelangrijkste hoofdgroepen van cement en water.Daarbij bleek dat C3S en C2S belangrijk zijn voor desterkteopbouw terwijl C3A vooral onder controlemoet worden gehouden met de juiste doseringenmateriaal vanuit de gipsfamilie.14/14 - Puzzolane partnersIn nummer 14/14 `Puzzolane partners' zijn we depuzzolane reactie ingedoken met silica fume enpoederkoolvliegas als voorbeelden. We hebbendaar de begrippen kristallijn en amorf uitgelegd,die betrekking hebben op de mate van ordeningvan deeltjes. Verder is de zogenaamde pH-schaarge?ntroduceerd: een hogere pH geeft een scherpereschaar waardoor S-bouwstenen makkelijker uitde amorfe structuur zijn te knippen en ze snellerbeschikbaar komen voor de puzzolane reactie. Wehebben ook gezien dat het enige tijd kan durenvoordat een hoge pH is opgebouwd.Betoniek114|08 Betoniek oktober 2007B A N D U I T G AV E14 08oktober 2007 V A K B L A D V O O R B O U W E N M E T B E T O NHeet gebakkenBakkers draaien er hun hand niet meer voor om: elke ochtend opnieuw heerlijkwarme bolletjes en ovenvers brood. En dat natuurlijk met een bekende smaaken een vertrouwde kwaliteit. Maar, zou een bakker dit ook nog kunnen als deingredi?nten dagelijks een beetje wisselden van samenstelling? Zou ons brooddan nog steeds elke dag hetzelfde smaken?Bij ons cement, of beter het halffabrikaat portlandcementklinker, wisselen degrondstoffen wel dagelijks. Toch produceren klinkerovens 24 uur per dag eenvertrouwde kwaliteit portlandcementklinker, het basismateriaal voor bijna alonze cementen. Maar wat weten we nu precies van dit bakproces? Hoog tijdom hier eens goed naar te kijken.Betoniek114|18 Betoniek november 2008B A N D U I T G AV E14 18november2008 V a k b l a d V o o r b o u w e n m e t b e t o nover: slakAls we over beton praten, dan hebben we het meestal over gewapend beton.De wapening, het staal, speelt een belangrijke rol bij het succes van betonals bouwmateriaal. Als we over cement praten, dan bedoelen we wereldwijdimpliciet bijna altijd portlandcement. Toch wordt in Nederland in plaats vanportlandcement vaak hoogovencement gebruikt. Laat hoogovencement nuvoor een belangrijk deel bestaan uit een slakproduct dat overblijft bij het ma-ken van ruwijzer dat wordt gebruikt voor de productie van staal. In dit num-mer van Betoniek kijken we eens nadrukkelijker naar hoogovenslak, die anderecomponent van het hoogovenproces en hoe deze slak samenwerkt met deportlandcementklinker in het hoogovencement.Betoniek114|14 Betoniek mei 2008B A N D U I T G AV E14 14mei2008 V A K B L A D V O O R B O U W E N M E T B E T O NPuzzolane PartnersOns vertrouwde 1-2-3 beton wordt steeds meer een smeltkroes vol nieuwekostgangers. Er worden steeds meer nieuwe materialen in beton verwerkt. Zo-veel zelfs, dat er in de normen vulstofcategori?n zijn bedacht om alle vreemdevogels die vulstoffuncties in beton kunnen vervullen een plek te geven. In dezebroeierige smeltkroes staat ons portlandcement nog steeds zijn mannetje.Er ontluiken partnerschappen met eigen omgangsvormen. In deze Betoniekdaarom maar eens een eerste partneronderzoek. Onze eerste vrijers zijn devulstoffen type II met een puzzolane functie. Waar komen deze puzzolanenvandaan en hoe zijn ze in de omgang?Betoniek114|25 Betoniek juni 2009B A N D U I T G AV E14 25juni2009V a k b l a d V o o r b o u w e n m e t b e t o nVerborgen verklaringenBouwen met beton is niet echt moeilijk. Tenminste, als je afgaat op de beton-kennis van mensen buiten het vakgebied. Als lezers van Betoniek weten wij na-tuurlijk wel beter: zo simpel is het allemaal niet. Het lijkt soms wel een doolhof.In deze Betoniek verklaren we de uitweg.In de afgelopen twee jaar is er in Betoniek een beetje verborgen gewerkt aaneen reeks over de vorming van cementsteen. Door de puzzelstukjes die we ineerdere nummers hebben klaargelegd, kunnen we nu een aantal eigenschap-pen of verschillen in prestaties tussen betonsoorten verklaren. Aan het eindvan deze Betoniek kunt u zelf bepalen of u nog vastzit in het doolhof of dat ude uitweg hebt gevonden.314|25 Betoniek juni 200914/18 - Over: slakIn nummer 14/18 `Over: slak', is hoogovenslakonder de loep genomen. We zagen daarbij dathoogovenslak niet slechts een bijproduct is bijde staalproductie, maar een belangrijke stuur-parameter voor de kwaliteit van het uiteindelijkestaal. Ook bleek duidelijk de invloed van hetamorfe gedeelte van de slak: hoe meer amorf deslak, des te hoger de druksterkte van het uiteinde-lijke beton.14/21-22 - Kopje onderIn nummer 14/21-22: `Kopje onder', zijn we meteen dubbeldiknummer diep de geheimen vancementsteen ingedoken. Belangrijke stappenom nog eens terug te halen zijn dat er tweeknoppen zijn die de uitgangssituatie van decementlijm bepalen: de water-cementfactor ende cementfijnheid. Verder blijkt de opbouwvan cementsteen vooral een opbouw op veelverschillende schaalniveaus te zijn. Hier pakkenwe de draad op voor het laatste nummer van dezeserie.beton als korrelstapelingIn de reeks tot nu toe hebben we ons geconcentreerdop cementsteen. Voor de bespreking in deze Betoniekis het voldoende als we de cementsteen benaderenop het schaalniveau van een gelnetwerk, een net-werk van matrixdeeltjes. Maar beton is nadrukkelijkmeer dan cementsteen alleen. We hebben ook nogte maken met zand en grind. Als we zand en grindin eerste benadering als bollen beschouwen, en ce-mentsteen als kleine gelnetwerkbollen, dan kunnenwe het gehele beton opgebouwd denken uit korrel-stapelingen op verschillende niveaus. Een samenvat-ting hiervan is gegeven in figuur 1.Kijken we naar de Nederlandse situatie dan kunnenwe rivierzand en -grind als inerte toeslagmaterialenbeschouwen. Als we met dezelfde inerte toeslag-materialen verschillende betonsoorten maken, danzullen die verschillende betonsoorten verschillendeeigenschappen hebben. Doordat we dezelfde inertetoeslagmaterialen hebben gebruikt, moeten deverschillen dus voor een belangrijk deel het gevolgzijn van verschillen in de cementsteen. Vandaar datwe ons bij de verklaringen van eigenschappen vanbeton toch vooral richten op cementsteen.1 Het beton is opgebouwd uit korrelstapelingen op verschillende niveaus4 14|25 Betoniek juni 2009Verborgen verklaringen rondom sterkteIn dit eerste gedeelte van de Betoniek richten wij onsspecifiek op een aantal verklaringen rondom de sterk-te van beton. Aangezien sterkte alles te maken heeftmet het doorgeven van krachten van korrel naar kor-rel is de stapeling daarvan ons uitgangspunt.Invloed van de temperatuurLaten we meteen maar eens de proef op de somnemen met het verklaren van verschillen insterkte door korrelstapelingen. In figuur 3 is eenbekend effect van de temperatuur op de verhar-ding gegeven. Bij hoge temperatuur hebben weeen snelle sterkteopbouw, bij lage temperatuureen langzame. Kijken we echter naar de sterkteop termijn, dan blijkt het beton dat is verhard bijlage temperatuur een hogere eindsterkte te gevendan het beton dat bij hoge temperatuur is verhard.Hoe kan dat nu?01 6 1 7 28 90402060(uren)5?C20?C50?C80?Cdruksterkte(N/mm?)tijd (dagen)3 Invloed van de temperatuur op de verharding2 Beton is meer dan cementsteen alleen514|25 Betoniek juni 2009Om dit duidelijk te maken springen we even terugnaar de kennis die we hebben opgedaan over amor-fe en kristallijne structuren in Betoniek 14/14. In datnummer over de puzzolane reactie hebben we ge-zien dat de reactiviteit van poederkoolvliegas of si-lica fume afhangt van de stapeling van de atomen.Hebben we een hele nette stapeling, een kristallijnmateriaal, dan reageert het materiaal bijna niet.Het goed geordende materiaal is eigenlijk te sterkom uit elkaar te halen. De atomen houden hunburen te goed vast. Hebben we daarentegen eenslecht geordende stapeling, een amorf materiaal,dan reageert de poederkoolvliegas of silica fumeveel beter. Uit zo'n bouwvallig gestapeld netwerk ishet veel makkelijker onderdelen te verwijderen. Webereikten zo'n amorfe structuur door het materi-aal bij hoge temperatuur heel snel af te koelen. Desnelheid van afkoelen ligt zo hoog dat de atomenniet de tijd krijgen om netjes in een geordende sta-peling te gaan zitten.Precies hetzelfde speelt eigenlijk als we gaan spelenmet de temperaturen tijdens de betonverharding.Als voorinformatie is daarbij wel noodzakelijk datscheikundige reacties sneller gaan bij hogere tem-peraturen. Als we de vorming van cementsteen zienals het stapelen van de gelnetwerkdeeltjes, dan gaatdie stapeling bij hogere temperatuur dus sneller.De sterkte wordt dus sneller opgebouwd. Maar ookslordiger! Immers als we sneller moeten bouwen, iser steeds minder tijd om netjes te bouwen en wordtde stapeling steeds slechter. Het effect daarvan zienwe pas na langere tijd. Het kalm opgebouwde nettegelnetwerk bij 5 ?C blijkt uiteindelijk sterker danhet haastwerk bij hogere temperaturen.Het wandeffectWe hebben tot nu toe voornamelijk gekeken naarde cementsteen, maar in beton hebben we ook temaken met de overgang tussen het cementsteenen het toeslagmateriaal. Daar is namelijk iets bij-zonders aan de hand. Door het grote verschil indeeltjesgrootte tussen cementdeeltjes en zand- ofgrindkorrels, ziet een enkele cementkorrel eentoeslagkorrel eigenlijk als een gigantisch grotewand. Proberen we naast die wand nu een nettekorrelstapeling aan te leggen, dan zien we dat datniet goed gaat (fig. 4). Het past niet goed. Hierdoorhebben we langs de wand een tekort aan materiaalom een mooie nette gelmatrixstapeling te maken.De effecten hiervan zijn zo duidelijk terug te vin-den in de uiteindelijke microstructuur van hetverharde beton, dat er zelfs een speciale naam aanis gegeven: overgangsgrenslaag (Eng.: InterfacialTransition Zone).4 Hechting van cementsteen aan een toeslagkorrel wordt be?nvloed door het wandeffect6 14|25 Betoniek juni 2009Door de wat mindere stapeling langs toeslagkor-rels is dit ook een iets zwakkere zone in het beton.In alledaags beton onder normale belastingen isdeze zone sterk genoeg, maar als we het beton dooroverbelasten breken, blijkt dit vaak het zwakkepunt: de scheuren verlopen langs de oppervlak-ten van de toeslagkorrels door deze overgangs-grenslaag.Als we nu naar veel sterker beton willen, bijvoor-beeld hogesterktebeton, dan is de normale sterktevan de overgangsgrenslaag niet meer voldoende.Om een hogere sterkte te bereiken moeten we depakking met kleinere toegevoegde deeltjes verbete-ren, bijvoorbeeld met silica fume. Daarom komenwe silica fume zo vaak tegen in hogesterktebeton.Natuurlijk verbeteren de kleine deeltjes niet alleende pakking van de grenslaag, maar door de helecementsteen heen (fig. 4).Verborgen verklaringen in de cementsteenTot nu toe hebben we vooral gesproken over destapeling van gelmatrixdeeltjes. Dit is onderdeelvan het vaste deel van cementsteen. Vullen we eenvolume met vaste gelmatrixdeeltjes, dan blijft ernog heel veel ruimte over. Dit zijn de pori?n in decementsteen. Deze twee zijn natuurlijk aan elkaargekoppeld: hoe dichter we de vaste gelmatrixdeel-tjes op elkaar stapelen, hoe minder ruimte we over-houden en hoe kleiner de pori?n dus zijn.De pori?n in cementsteenPori?n kunnen ook worden voorgesteld als de pa-den in een doolhof. Brede pori?n zijn te vergelijkenmet brede paden, smalle pori?n met smalle paden.Met een beetje fantasie valt dit ook te zien in foto5a. Dit is een foto van de cementsteen van een achtjaar oude C-S-H-structuur van een portlandcement-vorm.De doolhofstructuur wordt heel anders als wehoogovencement in plaats van portlandcementgebruiken. Een voorbeeld van een ??n jaar oudeC-S-H-structuur van hoogovencement is gegevenin foto 5b. Duidelijk te zien is dat de cementsteen-structuur van hoogovencement veel dichter is danvan portlandcement. In doolhoftermen gesteldkunnen we zeggen: per oppervlakte eenheid heb-ben we bij een hoogovencementdoolhof veel meermuurtjes dan bij een portlandcementdoolhof. Daar-door is automatisch de gemiddelde padbreedte inhet hoogovendoolhof ook veel smaller dan in hetportlandcementdoolhof.Het poriewaterNu we via een doolhofvergelijking het poriesysteemin cementsteen hebben ge?ntroduceerd is het dehoogste tijd om het over het poriewater te hebbendat de paden in het doolhof bezet. De samenstellingvan het poriewater is namelijk verschillend als weeen portlandcement vergelijken met hoogovence-matrixdeeltjevan Powers2500 500 nm2500 500 nmAcht jaar oude C-S-H-structuur van een portlandcementvorm. ??n jaar oude C-S-H-structuur vanhoogovencement5a 5b714|25 Betoniek juni 2009ment of samengestelde cementen. In dit verhaalletten we vooral op het calciumgehalte, de pH en dealkali-ionen.IJsschotsen van portlandietIn het poriewater kunnen portlandiet deeltjesdrijven. Portlandiet staat ook wel bekend als calci-umhydroxide (Ca(OH)2) en wordt gevormd door eencombinatie van calciumionen en OH- ionen. Zoalswe uit Betoniek 14/08 weten bestaat portlandcement-klinker uit vier hoofdklinkergroepen die allemaaleen kalkrijke (dus calcium) basis hebben. Wan-neer portlandcement met water reageert, lossendeze hoofdklinkergroepen eerst met verschillendesnelheden op in het poriewater, voor hun volgendereactiestap. Dit betekent dat er heel snel heel veelcalciumionen in het poriewater terecht komen. Datkan nooit lang goed gaan. Er zit namelijk een grensaan wat je in een vloeistof kunt oplossen.Vergelijk dit maar met een kopje thee waar je suikerin gooit. De eerste paar scheppen lossen keurig op,maar op een gegeven moment is er zoveel suikertoegevoegd, dat het gewoon als vaste stof op de bo-dem blijft liggen. De oplossing is dan oververzadigd.Dit gebeurt ook met het calcium. Op het momentdat de oplossing oververzadigd raakt, kristalliseerthet calcium uit als calciumhydroxide (portlandiet).Je kunt je dit voorstellen als de vorming van groteijsschotsen die in het poriewater drijven. Dit pro-ces kan ook weer teruggaan. Als er om wat voorreden dan ook calcium uit de poriewateroplossingverdwijnt, dan kan dit worden aangevuld via hetafsmelten van de ijsschotsen van portlandiet.Oud portlandcementsteen Hoogovencementsteen Cementsteen op basis van portlandcementmet silica fume en/of poederkoolvliegaskader 1 ? Cementsteen op atomair niveauDe foto's in figuur 5a en 5b laten de dichtheidvan het gelmatrixdoolhof zien voor verschillendecementen. Maar als we nu nog een schaalniveaudieper gaan, dan blijkt ook daar een verschil instapeling te zijn.Uit Betoniek 14/21-22 weten we dat de C-S-H struc-tuur van portlandcement in eerste instantie bestaatuit afwisselende lagen jennite (rode kaarten) en14? tobermorite (zwarte kaarten). De atomairestructuur van 14? tobermorite is dichter gestapelddan de atomaire structuur van jennite. Wanneerportlandcementsteen ouder wordt (in een procesvan jaren) zet een deel van de 14? tobermoritestructuur zich om in jennite (fig. 6a). De stapelingop atomair niveau wordt dan minder dicht.Voor hoogovencementen met een hoog slakgehalteblijkt de cementsteen al in een vrij vroeg stadiumvoornamelijk uit zwarte 14? tobermorite kaartente bestaan (fig. 6b). De stapeling op atomair niveauis dus relatief dicht. Deze structuur lijkt vervolgensniet veel meer te veranderen in de tijd. Door hettoevoegen van silica fume of poederkoolvliegas aanportlandcement blijkt een cementsteenstructuur teontstaan die erg veel lijkt op de cementsteenstruc-tuur van hoogovencement (fig. 6c).6b 6c6a8 14|25 Betoniek juni 2009odieksysteem der elementen stuwen de pH nog watverder op. Als we dus iets willen zeggen over de pHvan het poriewater kunnen we een eerste indrukkrijgen door te kijken naar de hoeveelheden calci-um, natrium en kalium. Deze laatste twee wordenvaak onder ??n noemer geschoven en omgerekendnaar het Na2O-equivalent. Omdat hoogovencementmeestal een lager Na2O-equivalent en een lagercalciumgehalte heeft dan portlandcement, is de pHvan het poriewater in hoogovencement vaak ietslager dan bij portlandcement. De hoogte van de pHspeelt een rol bij de bescherming van de wapeningtegen corrosie (zie hiervoor Betoniek 8/22 - Carbona-tatie en corrosie.Verborgen verklaringen rondom duurzaamheidMet het beeld dat we tot nu toe hebben opgebouwdvan beton en cementsteen in het bijzonder, blijkenwe heel wat zaken van beton te kunnen verklaren. Indit laatste deel van deze Betoniek richten we ons spe-cifiek op een aantal verklaringen op het gebied vanduurzaamheid.Aangezien duurzaamheid vaak gepaard gaat met hetbinnendringen van agressieve stoffen, stellen we ons-zelf voor als een agressieve stof die samen met zijngroep het cementsteendoolhof wil binnendringen.Wat voor effecten komen we dan allemaal tegen?Onder normale omstandigheden is poriewater altijdverzadigd met calcium. Omdat er echter veel meercalcium in portlandcement zit dan in hoogovence-ment, zijn de ijsschotsen bij portlandcement groteren talrijker. Dit verschil speelt onder andere een rolbij de effecten door carbonatatie (hier komen welater in deze Betoniek op terug). Uit Betoniek 14/14weten we dat er door de puzzolane reactie calcium-ionen verbruikt worden. Door de puzzolane reactiewordt dus indirect aan de ijsschotsen geknabbeld.Ook in hoogovencement treedt dit effect door depuzzolane reactie op.OH- en de pHAls de portlandiet ijsschotsen afsmelten of aan-groeien, veranderen we niet alleen de calciumcon-centratie, maar ook de corresponderende OH--con-centratie. In het dagelijkse spraakgebruik sprekenwe echter niet over OH--concentratie, maar over depH van de oplossing. Deze zijn 1 op 1 aan elkaargerelateerd: gaat de OH--concentratie in de poriewa-teroplossing omlaag, dan gaat ook de pH omlaag.De pH van een zuivere, verzadigde calciumhydroxi-deoplossing is 12,4. We weten echter dat de pH vanporiewater in beton hoger ligt. Dit komt doordat inhet poriewater ook Na+ en K+ ionen aanwezig zijn.Deze ionen uit de alkali-metalen groep van het peri-7 Opbouw van het doolhof door hydratatie. Hierdoor wordt het doolhof in de tijd steeds dichter en worden de paden smallerRichardvanderPol914|25 Betoniek juni 2009PermeabiliteitHet eerste punt waar we als agressieve groep stoffentegenaan lopen als we het doolhof van cementsteenwillen binnendringen zijn de breedte van de paden.Als we een jong portlandcementbeton willen bin-nendringen en we vergelijken die poging met hetbinnendringen van een ouder portlandcementbeton,dan zal dit in het laatste geval moeilijker gaan danin het eerste geval. Dit heeft alles te maken met hetopbouwen van het doolhof. Als de verharding pas netbezig is heeft er nog maar weinig cement gereageerden staan er nog niet zoveel muurtjes in het doolhof(fig. 7). We walsen er dus relatief makkelijk doorheen.Naarmate de tijd verstrijkt reageert er meer cementen worden er steeds meer muurtjes bijgeplaatst. Hetdoolhof wordt dus dichter en de paden smaller.Dit speelt natuurlijk niet alleen bij portlandcement,maar bij alle cementen. Als we een ander cement metportlandcement vergelijken, zoals hoogovencement,dan komt daar nog een tweede effect bij. Zoals we infoto 5a en 5b gezien hebben kan hoogovencement demuurtjes veel dichter bij elkaar zetten dan portland-cement. De paden in hoogovencement zijn dus nogsmaller. We moeten wel bedenken dat door de tragerereactiesnelheid van hoogovencement het opbouwenvan die dichte structuur iets langzamer gaat.Wat betekent dit nu? Stel wij zijn een agressievegroep ionen buiten de poorten van een cementsteen-doolhof. Bij brede paden kunnen we als groep naarbinnen marcheren. Als de gangen echter smal zijn,dan moeten we op elkaar wachten. Het duurt daar-mee dus langer voordat we als groep met voldoendemensen tot een bepaalde diepte het cementsteen zijnbinnengedrongen (fig. 8). Dit wordt meestal gezienals de hoofdreden voor de betere duurzaamheidsbe-standheid van hoogovencementbeton tegen het bin-nendringen van schadelijke stoffen.ChloridebindingAls de groep agressieve ionen bestaat uit chloride-ionen, dan speelt er nog een extra effect. Chloridekan zich namelijk ook binden aan de cementsteen.Stel je voor dat een groep chloride-ionen een port-landcementporiesysteem binnen marcheert. Dewanden van deze pori?n zijn bij het binnen mar-cheren nog onbezet. Het blijkt nu zo te zijn datwe bij elk nieuw stukje wand wat chloride aan dewand verliezen. Je kunt je dit voorstellen als eensoort bevochtigingseffect. Per saldo betekent ditdat de groep chloride-ionen uitdunt bij elk stukjenieuwe muur dat we passeren in het doolhof, om-dat we ionen langs de muren moeten achterlaten(fig. 9).8 Hoogovencementbeton is dankzij de smallere gangetjes (kleinere pori?n) beter bestand tegen het binnendringen van schadelijke stoffenRichardvanderPol14|25 Betoniek juni 200910Vergelijken we in dit beeldpatroon nu portland-cement met hoogovencement, dan volgt dat weals functie van de indringdiepte veel sneller ionenkwijtraken bij een hoogovencement dan bij eenportlandcement. Er zijn door de dichtere structuuren de smallere paden eenvoudig weg veel meermuren per oppervlakte eenheid in het hoogoven-cementdoolhof dan in het portlandcementdoolhof.Om het effect van bovenstaande te illustreren iseen voorbeeld uitgewerkt in kader 2.Er moet hier overigens worden opgemerkt datchloridebinding noch bij portlandcement, noch bijhoogovencement permanent is. De binding moetveel meer als een soort buffer capaciteit gezienworden. Zakt de concentratie van chloride in degangen van het poriewater beneden een bepaaldewaarde, dan komt er chloride van de muren los omhet concentratieniveau in het poriewater weer aante vullen.CarbonatatieNaast chloride-indiringing is ook kooldioxide-indringing een aantastingsmechanisme voor beton.We spreken dan van carbonatatie. De aantastingverloopt hierbij in het nat/droog-front in het porie-systeem. Het binnendringende CO2 reageert daarmet de calciumionen uit het poriewater. In formulevorm kunnen we dit als volgt weergeven:Ca2+ + 2OH- + CO2 -> CaCO3 + H20Uit de formule kunnen we afleiden dat het aan-tal OH--ionen in het poriewater daalt door dereactie. Als het aantal OH--ionen afneemt, daaltde pH. Wanneer de pH te ver daalt dan valt de be-schermende werking van het poriewater voor dewapening weg. Als de bescherming wegvalt, is dewapening overgeleverd aan corrosieprocessen. Ditzijn in het kort de gevolgstappen voor carbonatatie-ge?nitieerde corrosie. Zie voor meer informatieBetoniek 8/22 ? Carbonatatie en corrosie.Verder blijkt uit de reactieformule, dat ook hetcalcium uit de poriewateroplossing betrokken isbij de reactie met CO2. Ook de concentratie van hetcalcium in de oplossing neemt dus af. Deze afnamewordt in eerste instantie gecompenseerd door hetafsmelten van de portlandietijsschotsen.Bij hoogovencement zijn er echter niet zoveelen niet zulke grote ijsschotsen van portlandiet.Hoogovencement schakelt na het uitputten van deijsschotsen daarom snel over op het volgende do-natiemechanisme voor calcium, te weten de C-S-Hmatrix zelf. Hierbij breken we niet echt laag voorlaag het C-S-H af, maar wordt calcium evenredig9 De groep chloride-ionen dunt uit omdat ionen langs de muren achterblijvenwatercalciumcarbonaatkooldioxideRichardvanderPol1114|25 Betoniek juni 2009Als we de hoeveelheid alkali-ionen verminderen,bestaat er minder kans op ASR. Hoogovencementheeft door de grote hoeveelheden slak minder alka-li-ionen dan portlandcement. Daar zit dus de eerstewinst. Vervolgens is de pH van hoogovencementlager dan van portlandcement. Daardoor is de pHschaar minder scherp en komt silica minder snelvrij uit het toeslagmateriaal. Dit is de tweede winst.Ten slotte is ASR alleen maar schadelijk als er vol-doende water bij de ASR-gel kan komen om deze tedoen zwellen. Verdwijnt het water weer, dan ver-dwijnt ook de zwelling. Door de dichtere cement-steenstructuur van hoogovencement kunnen stof-fen, en daarmee dus ook water, moeilijker door decementsteen heen stromen dan bij portlandcement.Dit is dus de derde rede waarom hoogovencementveel meer ASR bestand is dan portlandcement.kader 2 ? een voorbeeld: chloride-indringingEr zijn betonmengsels gemaakt met drie verschillen-de w/c-factoren, te weten: w/c = 0,50; w/c = 0,56 enw/c = 0,66. Binnen deze series is het beton gemaaktmet portlandcement, waarbij in verschillende seriessteeds meer portlandcement is vervangen doorhoogovenslak. De slakpercentages liepen van 0, 20,40, 60 tot 80 %. Vervolgens zijn de proefstukken eenjaar lang bewaard in een vloeistof met een hoogpercentage chloride. Na dat jaar is er gekeken hoeveelchloride in het beton aanwezig was op een dieptetussen 20 en 40 mm in het beton. Het resultaat isweergegeven in figuur 10.Uit figuur 10 komt het volgende beeld naar voren.Bij slakgehaltes beneden de 40% is er een duidelijkeffect te zien van de w/c-factor waarmee het betongemaakt is. Hoe hoger de w/c-factor, hoe breder depaden in het doolhof, hoe meer chloride makkelijkkan binnendringen. Verhogen we nu het slakper-centage tot waardes boven de 50% dan komt er eenander beeld naar voren. De invloed van de w/c-factoris hier bijna geheel genivelleerd. Kennelijk is in datgebied de breedte van het pad van ondergeschiktbelang geworden. De hoeveelheid muren peroppervlakte-eenheid is zo groot dat deze veel meerduurzaamheidsbepalend zijn.uit de locale C-S-H structuur gehaald. De matrixbalanceert bij dat doneren tussen het afstaan vancalcium en het overeind houden van de matrix-structuur. Het eindresultaat is natuurlijk wel dat deC-S-H structuur door de donaties poreuzer wordt.Dit proces treedt regelmatig op bij carbonatatie vanhoogovencementbeton, terwijl deze stap bij port-landcementbeton eigenlijk nooit bereikt wordt.ASR bestandheidHoogovencement heeft een goede naam als het gaatom ASR bestandheid. ASR staat voor Alkali-Silica-Reactie. Hierbij reageert een silicaat-toeslagmateri-aal met alkali-ionen, in dit geval met name natriumof kalium. De gevormde ASR-gel kan veel wateropnemen en gaan zwellen. Op deze wijze kan betonvan binnenuit kapot gedrukt worden.01220 40 60 803chloride[%vanmassacement]slak [%]? = 0,50wc? = 0,56wc? = 0,66wcJ Hoe hoger de w/c-factor, hoe breder de paden in het doolhof, hoe meer chloride makkelijk kan binnendringen.In onze volgende uitgaveAbonnementsprijzen 2009:Nederland 46 (excl. 6% btw)Belgi? 51 (excl. 6% btw)Kijk voor de mogelijkheden vanmeelees- en online abonnementenop www.betoniek.nl.Aanmeldingen/opzeggingen:Abonnementen kunnen op iedergewenst moment ingaan en wordenautomatisch voor een jaar verlengd,tenzij twee maanden voor de verval-datum schriftelijk wordt opgezegd.Overname van artikelen en illustra-ties (met uitzondering van foto's) istoegestaan onder voorwaarde vanbronvermelding.ISSN 0166-137xRedactie en uitgever stellen dezeuitgave zorgvuldig en naar besteweten samen. Zij aanvaarden echtergeen enkele aansprakelijkheid voorschade, van welke aard ook, diehet gevolg is van handelingen en/of beslissingen gebaseerd op deinformatie in deze uitgave. Niet altijdkunnen alle rechthebbenden vangebruikt beeldmateriaal worden ach-terhaald. Belanghebbenden kunnencontact opnemen met de uitgever.ColofonBetoniek is h?t vakblad over hetmateriaal beton en verschijnt 10 keerper jaar. Betoniek wordt uitgegevendoor ?neas in opdracht van hetCement&BetonCentrum. In de redactiezijn vertegenwoordigd: ENCI, MEBIN,CUR Bouw & Infra, Bam Infra enTU Delft.Uitgave:?neas, uitgeverij van vakinformatie bvPostbus 101, 5280 AC, BoxtelT: 0411 65 00 85E: info@aeneas.nlWebiste:www.betoniek.nlRedactie:T: 0411 65 35 84E: betoniek@aeneas.nlVormgeving:Twin Media bvAbonnementen/adreswijzigingen:Uitgeverij ?neasPostbus 101, 5280 AC, BoxtelT: 0411 65 00 85E: info@aeneas.nl14|25 Betoniek juni 20091214/26 ? Spelregels voor 100 jaarEen gezellig spelletje kan al snel uitlopen oponenigheid als vooraf de spelregels niet goedzijn afgesproken. Iedereen probeert het spel inzijn eigen voordeel uit te leggen en uiteindelijkkrijgt meestal degene die het hardste roeptgelijk. Spelen we de volgende keer in een andergezelschap, dan kan de discussie weer van vooraf aan beginnen. Zo is het eigenlijk ook metontwerpen op levensduur.Steeds vaker wordt voor betonconstructieseen levensduur van 80, 100 of zelfs 200 jaar ge-vraagd. Er zijn echter nog geen normen of richt-lijnen die aangeven hoe we op deze levensduurkunnen ontwerpen. Iedereen kan dus zijn eigenspelregels hanteren. Door de onlangs versche-nen leidraad van CUR-commissie VC81 lijkt erechter een einde te komen aan deze situatie.In de volgende Betoniek laten we zien wat despelregels uit deze leidraad inhouden en hoewe er in de praktijk mee aan de slag kunnengaan.tot slotIn de reeks, die met deze Betoniek wordt afgesloten,zijn we bewust wat dieper de cementsteenstructuuren de bijbehorende chemie ingegaan. We hebbendaarbij geprobeerd de best taaie, moeilijke en somszelfs nog niet helemaal begrepen materie zo een-voudig mogelijk voor te stellen. We hebben gepro-beerd handreikingen te doen, waarmee observatiesuit de praktijk door een groter publiek begrepenkunnen worden. We weten dat we nog lang niet al-les hebben verklaard, maar hopelijk wel een eerstebelangrijke stap. Als het goed is, is het doolhof vancementsteen voor u iets overzichtelijker.aanvullingbetoniek 14/24 `Hoera, mijn beton klust zelf!'Onderstaand dankwoord is helaas niet afgedruktin de vorige Betoniek.DankwoordDe redactie van Betoniek bedankt Henk Jonkersvoor het inbrengen van zijn kennis en expertisebij de totstandkoming van het vorige nummer,14/24 `Hoera, mijn beton klust zelf!'