5 T C H T N G BETONPR 5 M AWaterbehoefte Mengselontwerp en water-behoefteVerwerkbaarheidBetontechnologen weten het: water en beton hebben ietsmet elkaar. Je zou het een soort verhouding kunnennoemen, maar dan wel één die erg nauw luistert. Ubegrijpt, het is zoals bij de meeste verhoudingen: te veelmaar ook te weinig geeft problemen. Voor de verhoudingtussen beton en water geldt dat zowel bij te veel, als bij teweinig water, het beoogde resultaat niet wordt bereikt.Toch kunnen beton en water niet buiten elkaar. Wespreken dan ook over de waterbehoefte van beton. Dezeaflevering van Betoniek behandelt de waterbehoefte, demogelijkheden om deze te beïnvloeden en de rol vanwater in hetmengselontwerp.Water iswellicht de meestondergewaardeerde grondstof inbeton. Toch zijnvrijwel alleeigenschappen van beton enbetonspecie, zoals bijvoorbeeldverwerkbaarheid, druksterkte enduurzaamheid direct of indirectgekoppeld aan de water-cementfactor en daarmee aan dehoeveelheid water. We sprekenvan de 'waterbehoefte' vanbetonspecie. Daarmee bedoelenwe de hoeveelheid water die in debetonsamenstelling nodig is voorhet bereiken van een bepaaldeconsistentie.Het is belangrijkte weten welkefactoren van invloed zijn op dewaterbehoefte van betonspecieom zodoende optimale betonsa-menstellingen te kunnenontwerpen. Die betonsamenstel-lingen moeten zowel voldoen aaneisen van verwerkbaarheid als aaneisen van sterkte en duurzaamheid.De koppeling tussen de consisten-tie van betonspecie en dewaterbehoefte is vanzelfsprekend.Ook getalsmatig is deze relatieeenvoudig te benaderen.Voor beton met een grootstekorrelafmeting van 32 mm in deconsistentiegebieden 2 en 3 geldtde vuistregèl dat per 10mmverschil in zetmaat het verschil inwaterbehoefte circa 1,5is. De stap van zetmaat 70 naarzetmaat 130 verhoogt dewaterbehoefte dus met ongeveer1011m3· Bij sterk afwijkendekorrelgroepen of graderingen kandeze relatie anders zijn.SterkteklasseDe relatie tussen druksterktebeton, normsterkte cement enwater-cementfactor kan wordenbenaderd met de formulef 0,8N + 25/wcf - 45.Het is duidelijk gegeven eenbepaalde normsterkte van hetcement, de water-cementfactorjanuari 1994uitgangspunt is voor de mengselbe-rekening. Op basis van degewenste consistentie enkorrelafmeting kunnen we dewaterbehoefte schatten en isvervolgens de benodigdehoeveelheid cement te berekenen.MilieuklasseVoor alle milieuklassenzijn in deVoorschriften Beton maximalewaarden vastgelegd voor dewater-cementfactor. Ook in ditgeval is de water-cementfactor hetuitgangspunt voor de mengselbere-kening.Op dezelfde wijze alshiervoor onder 'sterkteklasse' isaangegeven, kunnen we vervolgensop basis van consistentie enkorrelafmeting de waterbehoefteinschatten en daarna de benodigdehoeveelheid cement berekenen.Ook hier blijkt het cementgehalteafhankelijkvan de waterbehoefte.Hetis duidelijk dat bij zoweleenmengselontwerp op sterkteals opduurzaamheid de waterbehoefte eenwelzeer dominante rol speelt.Hierna volgt een inventarisatie vande factoren die de waterbehoeftebepalen en verder wordt bekekenwelke mogelijkheden we hebbenom het niveau van de waterbe-hoefte te beïnvloeden.=Invloeden op waterbehoefteIn beginsel wordt de waterbehoef-te van betonspecie bepaald doorde gewenste verwerkbaarheid vande betonspecie (het consistentie-gebied), de gradering engrootste korrelafmeting van hetgebruikte toeslagmateriaal,alsmede de hoeveelheid en desoort cement en eventuelevulstoffen.Uitgaande van deze variabelen ishet mogelijk richtwaarden voor dewaterbehoefte voor hetmengselontwerp vast te stellen.Uiteraard komen in de praktijkzowel hogere als lagere waardenvoor.De eigenschappen van deverwerkte grondstoffen spelendaarbij een grote rol. Deze invloedvan de grondstoffen kunnen wegedeeltelijk beheersen.Er zijn ook invloeden van buitenafwaarop we weinig grip hebben.We beginnen met deze laatstegroep.SpecietemperatuurDe betonspecietemperatuurwordt bepaald door de tempera-tuur van de grondstoffen. Vooralde temperatuur van hettoeslagmateriaal, dat immers zo'n70%van de massa vormt, heeft een...Consistentie ;sgekoppeld aanwaterbehoefie...grote Invloed.De temperatuur van hettoeslagmateriaal hangt vooral afvan seizoensinvloeden. Hierophebben we (gelukkig) geen invloed.De specietemperatuur is vaninvloed op de hydratatiesnelheiden de verdampingssnelheid vanwater uit het mengsel. Weonderscheiden een directe invloedop waterbehoefte bij aanmaak vande specie en een invloed als gevolgvan een snellere terugloop van deverwerkbaarheid.De directe invloed op dewaterbehoefte bedraagt per 5 oeverschil in specietemperatuur circaI liter per m',We kunnen maatregelen nemenom de specietemperatuur tebeperken door bijvoorbeeldovermatig opwarmen vantoeslagmateriaal te voorkomen(dit is mogelijkdoor de opslagbijvoorbeeld nat te houden).Onder extreem warme conditieswordt zelfs wel eens gekozen voorhet vervangen van een deel van hetaanmaakwater door ijsschilfersomde specietemperatuur te verlagen.GrondstoffenDe waterbehoefte van betonspeciewordt primair bepaald door desamenstelling en de eigenschappen...Tochkunnenbetonen waternietbuitenelkaar...van de toegepaste grondstoffen.Indien we kans zien de verschillen-de invloedsfactoren getalsmatig tebeschrijven kunnen we de eisendie we aan onze grondstoffenstellen aanscherpen of mogelijkvoor andere grondstoffen kiezen.Vanuit praktijkervaring enlaboratoriumonderzoek blijktdatvooral de volgende factoren vaninvloed zijn op de waterbehoeftevan betonspecie:Toeslagmateriaallvulstoffengrootste korrelafmetinggraderingkorrelvormoppervlaktestructuurwaterabsorptiecementhoeveelheidfijnheidsoortTransport:transportmiddel;transporttijd.Transporttijden transportmiddelzijn bepalend voor de terugloopvan de consistentie tussen hettijdstip van mengen en dat vanverwerken van de betonspecie.De verschillende invloedsfactorenworden hierna besproken endaarbij wordt - waar mogelijk- eengetalsmatige indicatie geven.eslagmateriaalGradering/korre/grootteDe invloed van de grootste kor-relafmeting is verwerkt in tabel I.Globaal kan worden gesteld dateen halveringvan de grootstekorrel (16 in plaats van 32mm of8 in plaats van 16 mm) dewaterbehoefte circa 10 IIm'verhoogt. Deze richtwaarde geldtvoor gebruikelijke graderingenbinnen het AlB-gebied en voorvergelijkbare toeslagmaterialen.De invloed van de gradering van dezandfractie komt in de meestetabellen met richtwaarden voor dewaterbehoefte niet tot zijn recht.Toch blijkt in de praktijk dat degradering van de fijnefractie eengrote rol speelt.Slecht gegradeerd of te fijn zandkan een aanmerkelijk hogerewaterbehoefte veroorzaken. Deverschillen kunnen voorzandsoortenmet verschillendekorrelgraderingoplopen tot wel101lm'.Korre/vorm/opperv/akte-struauurIn Nederland wordt steeds vakergebroken grof toeslagmateriaaltoegepast. Dit materiaal heefthulpstoffentype/specifieke werkinghoeveelheidOok het produktieproces en hettransport hebben invloed op dewaterbehoefte. De volgendefactoren zijnvan belang.Mengen:mengprocedure;intensiteit van mengen(mengertype, mengtijd).Tabel IRichtwaarden (uitde praktijk) voor de waterbehoefte vanbetonspecie met zand en grindalstoes/agmoterialen inlitersperm3 beton(gradering binnen AIB)grootste korrelafmeting 8 16 32consistentiegebied I 185 170 160zetmaat < 40 mmconsistentiegebied 2 195 185 170zetmaat 70± 20 mmconsistentiegebied 3 205 180zetmaat 130 ± 20 mmdoor zijnvorm een groterehaakweerstand wat van invloed isop de consistentie. Daarnaastheeft het korreloppervlak meestaleen ruwere structuur. Beideeigenschappen veroorzaken eenhogere waterbehoefte.Door een juiste breekmethodekan zo 'kubisch' dobbelsteen-vormig) mogelijk materiaal wordenvervaardigd. Daarmee wordt deronde vorm van het riviergrind zodicht mogelijk benaderd en blijftdeverhoging van de waterbehoeftebeperkt.Niettemin blijktdat zelfs indienuitsluitend in de grove fractie rondmateriaal wordt vervangen doorgebroken materiaal de waterbe-hoefte gemiddeld 10Ilm' toeneemt.Bedenk dat tussen verschillendegebroken gesteenten aanzienlijkeverschillen kunnen voorkomen.Ook bouw- en sloopafval(bsa-granulaten) zijngebrokenenkunnen daardoor de waterbehoef-te verhogen.Inde praktijk blijktechter datindiende dosering van bsa-granulaatbeperkt blijfttot de in deVoorschriften Beton toegestanevervangingvan 20% (VIV), dewaterbehoefte nauwelijkswordtbeïnvloed.WaterabsorptieDe waterabsorptie van toeslagma-teriaal heeft wel invloed op detotale hoeveelheid water ineenbetonsamenstelling en daarmeemogelijkook op de hoeveelheidaanmaakwater.Toch hoort de waterabsorptie vantoeslagmaterialeneigenlijk niet indit rijtje thuis. Geabsorbeerdwater behoort immers niet tot heteffectief watergehalte waarmee dewater-cementfactor wordtberekend.Voor de mengselberekening is hetbelangrijkom het absorptiegedragvan de te verwerken toeslagmate-rialen zo nauwkeurig mogelijktekennen.Zo varieert de waterabsorptie vande bekende 'harde dichtetoeslagmaterialen' tussen ca. O,S enl,S %(mlm). Eén kubieke meterbeton bevat ongeveer 1800 kgtoeslagmateriaal, dus ongeveer 151absorptievocht. Helaas is het voorveel, vooral fijne materialen bijnaonmogelijk de waterabsorptiebetrouwbaar te bepalen.Bij licht toeslagmateriaalligt hetabsorptievermogen beduidendhoger dan bij harde dichtetoeslagmaterialen. Bij het werkenmet licht toeslagmateriaal dient hetabsorptiegedrag goed te wordenbeheerst.CementHoeveelheidHet is moeilijkde invloed van dehoeveelheid cement op dewaterbehoefte nauwkeurig in eengetal aan te geven. Deze invloed isbijvoorbeeld mede afhankelijkvande reeds aanwezige hoeveelheidfijn materiaal in het mengsel.Inde praktijk blijktde invloed vanhet cementgehalte op dewaterbehoefte, bijcementgehaltestussen circa 280 en 330 kg/m', ergklein. Bij hogere cernentgehaltesontstaat een toenemende invloedop de waterbehoefte....Gebroken groftoes/agmateriaal verhoogtde woterbehoefi:e met gemiddeld 101/m'......Een coJtoido/e hulpstofmaakt hetmogelijk betononder waterte stortenzonderontmenging...FijnheidDe invloed van de fijnheidvan hetcement op de waterbehoefte hangtsterk af van de gradering van hettoeslagmateriaal in het fijnegebied.Bij een tekort aan fijn kan een fijncement de gradering zodanigaanvullen dat zelfs een verlagingvan de waterbehoefte optreedt.SoortDe invloed van de cementsoort opde waterbehoefte heeft vooral temaken met het teruglopen van deconsistentie ten gevolge vanbindingsreacties. Hierdoor zal bijhet vervaardigen van debetonspecie op een hogereconsistentie worden gestuurdhetgeen uiteraard meer watervraagt.TemperatuurUit onderzoek is gebleken dat decementtemperatuur geen directeinvloed heeft op de waterbehoefte.Warmer cement geeft wel eenhogere specietemperatuurwaardoor de waterbehoefte kantoenemen. Eenverschil van 10°Cin cementtemperatuur zal despecietemperatuur ongeveer I oeveranderen.HuIpstoffenHulpstoffen vormen in relatie totde waterbehoefte een wel heelaparte categorie grondstoffen. Metwaterreducerende hulpstoffen kande waterbehoefte vergaandworden beïnvloed.De betontechnoloog dient zichdaarbij goed te realiseren wat despecifieke eigenschappen zijn vande produkten die hijverwerkt. Erwordt een groot scala waterredu-cerende hulpstoffen aangeboden,elk met eigen specifieke vóór- ennadelen.De mogelijkheden van hulpstoffenzijn niet onbegrensd. In hetalgemeen geldt: overdaad schaadt!Bij (te) hoge doseringen kunnen bijsommige hulpstoffen storendebijwerkingen als verhoging van hetluchtgehalte of vertraging vanbindingoptreden. Ook kan de methoge hulpstofdoseringenverkregen verwerkbaarheid ergsnel teruglopen.De optimale doseringsgrootteverschilt per hulpstof en isafhankelijkvan de erin verwerktewerkzame stoffen en het vastestofgehalte. Een betrouwbare engoed geïnformeerde leverancier,geschiktheidsonderzoek en depraktijkervaring van de betontech-noloog zijn hierbij waardevolleinformatiebronnen.Inde praktijk blijktmet een goedesuperplastifièeerder de waterbe-hoefte met ongeveer 20 I per m3te kunnen worden verlaagd.Met een plastificeerder is dewaterbehoefte met maximaal I0tot 15 liter terug te brengen.Bedenk dat dit globale richtwaar-den zijn die sterk wordenbeïnvloed door de mengselsamen-stelling en de eigenschappen vande verwerkte grondstoffen.VuIstoffenOp dit moment worden inhoofdzaak vliegasen, in minderemate, kalksteenmeel, tras ensilicafumeals vulstof in beton spe-cies toegepast.Deze vulstoffen kunnen dewaterbehoefte in zowel positieveals negatieve zin beïnvloeden.In principe gelden dezelfdeinvloedsfactoren als bijtoeslagma-terialen. Korrelgradering,korrelvorm en oppervlaktestruc-tuur zijn belangrijk.Een praktisch probleem is dat dezevulstoffen zo fijn zijn dat zelfs ineen goed geoutilleerd betonlabo-ratorium deze eigenschappen nietgoed zijn vast te stellen.Ervaringspeelt eenbelangrijke rolen het is belangrijkom voortdu-rend attent te blijven op mogelijkeverschillen tussen de aangevoerdepartijen.In het algemeen zal bijtoepassenvan kalksteenmeel de waterbe-hoefte wat hoger worden. Vliegaskan, onder meer als gevolgvanverschillen in samenstelling,korrelopbouw en korrelvorm eensterk wisselende invloed op dewaterbehoefte hebben.Silicafume wordt uitsluitend incombinatie met superplastificeer-ders toegepast omdat deze uiterstfijne stof anders een te negatieveinvloed op de waterbehoefte zouhebben.Voor al deze fijnetoevoegingengeldt dat naast de eigenschappenvan de vulstof zelf juist deaansluiting met de mengselgrade-ring een grote rol speelt tenaanzien van hun uiteindelijk effect.ProduktieprocesDit onderwerp lijkt na allevoorgaande factoren een watvreemde eend in de bijt. Tochspelen ook hier factoren een roldie een aantoonbare invloed op dewaterbehoefte hebben. Hetmengproces en daarbij vooral dedoseervolgorde van grondstoffenen met name hulpstoffen heeft eengrote invloed op de waterbehoef-te. De werking en werkingsduurvan superplastificeerders wordtduidelijk beïnvloed door hettijdstip van doseren. Doorplastificerende hulpstoffen tedoseren ingemengdebetonspeciewordt het effect ervan vergroot enwordt de werkingsduur verlengd.Ook de intensiteit van mengen, dievooral afhangt van het typemenger en de mengtijd heeftinvloed op de waterbehoefte.Voorkom onnodig langemengtijden en probeer grondstof-fen zoveel mogelijk'voorgemengd'in de menger te doseren. Hierdoorzal de benodigde mengenergieafnemen.TransportHet tijdstip van verwerken vanbetonspecie of, bijtransportbeton,het tijdstip van afleveren op debouwplaats is bepalend voor devereiste verwerkbaarheid.De verwerkbaarheid vanbetonspecie loopt vanaf hetmoment van aanmaak langzaamterug. De snelheid waarmee ditgebeurt hangt af van onder meerspecietemperatuur, hulpstofeigen-schappen, absorptiegedrag vantoeslagmaterialen, de cementsoorten -klasse enz. Dit betekent dat bijzeer korte transporttijden hetverschil in verwerkbaarheid directna het mengen en bijverwerkenklein is.Bijlange transporttijdendient de verwerkbaarheid direct nahet mengen hoger te zijntercompensatie van de terugloop tothet tijdstip van afleveren enverwerken van de specie.De betonspecie moet dan met eenhogere consistentie wordenaangemaakt en dit betekent eenhogere waterbehoefte.Tot slotOmgaan met de waterbehoeftevan beton blijkt al met al eenbehoorlijk gecompliceerde materiedie veel aandacht van detechnoloog vraagt. De beloning iser naar: de gewenste sterkte- enduurzaamheidseigenschappen ineen goed verwerkbare beton spe-cie tegen een zo laagmogelijkekostprijs!.Een optimale afstemming van hetmengselontwerp op de gewenstebetoneigenschappen wordtimmers alleen bereikt wanneer werekening houden met deverschillende invloeden op dewaterbehoefte van betonspecie.Alleen dan worden grondstoffenen hulpstofmogelijkheden op dejuiste manier benut.- - - - - - - - - - - - 0 - - - - - - - - - - - -Aanbevelingen voor de praktijkBepaal regelmatig de waterbehoefte vaneen veel geproduceerdebetonsamenstelling. Een (bijvoorbeeld grafische) verwerking van demeetresultaten geeft een goed beeld van veranderingen in het niveau vande waterbehoefte.Bereken eens de consequenties van verschillen in waterbehoefte op dekostprijs van samenstellingen. Daarna zult u de waterbehoefte en deinvloeden daarop beslist kritisch gaan volgen!Hulpstoffen zijn een uitstekend hulpmiddel om de waterbehoefte teverlagen; de mogelijkheden zijn echter begrensd. Ook hier geldt: overdaadschaadt!. Sommige hulpstoffen hebben bij hogere doseringen storendebijwerkingen als vertraging of verhoging van het luchtgehalte.Met een (te) hoge dosering hulpstof verkregen verwerkbaarheid kanonverwacht snel teruglopen.De waterbehoefte van betonspecies kan worden beschouwd als deresultante van een aantal fysische invloeden.Door het kiezen van mengselopbouw, grondstoffen, hulpstoffen en hetproduktieproces. zijn we instaat de waterbehoefte te beïnvloeden. We zijnechter niet instaat de waterbehoefte vrij te kiezen. Dit betekent voor depraktijk dat bepaalde koppelingen tussen (lage)water-cementfactoreneneisen ten aanzien van (lage) maximale cementgehalten soms onmogelijkblijken....Tijdstip vanafleveren isbepalend voorde vereiste verwerkbaarheid...In onze volgendeuitgave:Beton voor vloerenVerreweg het grootstetoepassingsgebied van betonligt invloeren en verhardingen.Met het oog opde eisen vansterkteen duurzaamheid,alsmede de uitvoeringsaspeeten,is speciale aandacht opz'nplaats voor de toe te passensamenstellingen.Daar maak je 'tmee.BETONlEKis een praktijkgerichtvoorlichtingsblad op het gebiedvan de betontechnolgie enverschijnt keer per jaar.Redactie:tel. 073-401 222Abonnementen:tel. 073 -401 231 VAKTIJDSCHRIFfENUitgave:Stichting BetonPrisma,Postbus 3532,5203 DM 's-Hertogenbosch.De Stichting BetonPrisma is eeninitiatiefvan de VerenigingNederlandse Cementindustrie(VNC).Overname van artikelen enillustraties is toegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen:Nederland f 25,-, NederlandseAntillen en Belgiëf 26,- anderelanden f40,-Abonnementen lopen per kalen-derjaar. Aan het het eind van eenkalenderjaar wordt het abonne-mentautomatisch verlengd, tenzijvoor 1december schriftelijkwordt opgezegd.ISSN 0166-137x