Ui".5 T C H T N G BETONPR 5 M AWINTER BETONBeton in de winter vraagt om extraaandacht. Als jong beton kan afkoelen tottemperaturen beneden het vriespunt kaner schade ontstaan waardoor het betonvolledig onbruikbaar wordt. Zelfs als dethermometer niet beneden de nul gradenzakt, heeft de lage temperatuur effect ophet beton. De sterkte-ontwikkeling zallangzamer verlopen dan bij hoge tempera-turen. Toch kan er zeer goed betonworden gestort in de winter. Met de juistemaatregelen, zoals een goed geïsoleerdebekisting ofverwarmd beton, kan onderwinterse omstandigheden een goedproduct worden verkregen.!!i POSTBUS 3532 ?5203 DM 's HERTOGENBOSCH "Lage temperaturen, in het bijzonder die onder hetvriespunt, hebben twee effecten op (zeer) jongverhardend beton: een tragere sterkte-ontwikkelingen kans op bevriezing. Beide kunnen schadelijkegevolgen hebben voor het beton of de constructieindien er geen rekening mee wordt gehouden.Wanneer richt vorst schade aan?Als vers gestort beton afkoelt tot temperaturenbeneden de nul graden zal het vrije water bevriezen.Daarbij zal het water tevens uitzetten, met ongeveer9% (we kennen toch allemaal de proef met hetjampotje van de lagere school?). Als dit gebeurtvoordat er sprake is van enig begin van het verhar-dingsproces is het allemaal niet zo erg. Zolang men ermaar aan denkt het beton opnieuw te verdichten alshet ontdooid is. Dat dit meer theorie dan praktijk is,zal iedereen duidelijk zijn. Veel beter is het om er voorte zorgen dat de betonspecie niet bevriest!Is er daarentegen al sprake van beginnende verharding,dan kan schade ontstaan als het beton onvoldoendesterkte heeft. Door de uitzetting zal de tere structuurvan het jonge beton worden verstoord, met blijvendeschade als gevolg. Door de volumevermeerdering vanhet bevriezende water loopt de hydraulische druk inde poriën op. Hierdoor raakt de cementsteenbeschadigd en worden ook de korrels van hettoeslagmateriaal uit elkaar gedrukt, met als resultaateen poreus beton. De hechting tussen cementsteen enbijvoorbeeld toeslagmateriaal en wapeningsstaal zalveel zwakker zijn. Dit alles resulteert in een lageresterkte en stijfheid, alsmede in een verminderdenovember/december 1997]ngJ J JJ J JJJfa JJJ JJJ JJduurzaamheid.Als het beton een zekere mate van sterkte heeftgekregen, is het bestand tegen bevriezen.Dus niet tegen een wisselende vorst-dooibelasting! Ditwordt niet alleen veroorzaakt door de weèrstand vanhet beton tegen uitzetting van het water, maar ookdoor het feit dat er minder water beschikbaar is alsgevolg van het hydratatieproces. Bovendien worden inde grote poriën vele nieuwe, kleine poriën gevormd.Als gevolg van het hydratatieproces zijn de poriën nietmeer volledig met water gevuld, waardoor expansie-ruimte beschikbaar is. Tevens ontstaat onderdruk inhet poriesysteem, doordat het water zich steedsverder terugtrekt in de kleinere poriën. Hierdoortreedt een verlaging van het vriespunt op.40ÈE-. 30z.f:QJ..... 20-tQJ.....Vl"'"::J10c...."0i 1 3 7 14----7 ouderdom in dagen_____ (EM IJl I B_ _ (EMI28De benodigde sterkte waarbij beton 'vorstbestand' istegen eenmalig bevriezen, ligt ergens tussen de 2 en5 N/mm2(in de literatuur worden verschillendewaarden gevonden). In de Nederlandse voorschriftenworden eisen gesteld aan het werken met beton in dewinter. In de VBU (NEN 6722) wordt bij buitentem-peraturen beneden de 4°e een sterkte van ten minste5 N/mm2 aangehouden. Deze waarde geldt alleen alshet beton niet volledig met water is verzadigd.Algemeen kan worden gesteld dat hoe hoger desterkte en hoe meer cement er is gehydrateerd, hoegroter de bestandheid tegen vorst is. De actuelesterkte kan goed worden bepaald met behulp van de'gewogen rijpheid methode' of aan de hand vanproefstukken die onder dezelfde omstandigheden alshet constructiebeton zijn verhard.Maar ook als beton voldoende sterk is om bevriezingte doorstaan, zal de verharding bij lagere temperatu-ren veel langzamer verlopen (afb. I). Globaal zal desterkte van beton verhardend bij soe na zeven dagenongeveer de helft zijn dan dat van beton verhardendbij 20 oe. Hiermee moet tijdens de uitvoering terdegerekening worden gehouden. Het tijdstip van ontkistenzal moeten worden uitgesteld of er moetenaanvullende maatregelen worden getroffen. Hieropkomen we verderop nog terug.AI met al zijn er dus voldoende redenen om ervoor tezorgen dat het beton de gelegenheid krijgt deminimum sterkte te behalen voordat de temperatuurin dat beton beneden de nul graden zakt. Aardig om teweten, is dat het hydratatieproces nog doorgaat bijtemperaturen tot ongeveer -10 oe, zolang er nogmaar vrij water (dus niet bevroren) beschikbaar is![IJ Relatie tussen tijd en sterkte-ontwikkeling voor specietempe-raturen van 5, 10 en 20°C van beton met portlandcement enbeton met hoogovencement.Voorbereiding op 'winterwerk'Een goed begin is het halve werk, zo luidt hetspreekwoord. Maar vaak is ook een goede voorberei-ding het halve werk. Dat geldt zeker voor het stortenvan beton in de winter. De VBU geeft een aantalpraktische richtlijnen voor het werken met beton inde winter. Hierbij wordt gebruik gemaakt van eenzogenoemde 'weerfase-aanduiding' (zie kader opblz. 3). In de VBU zijn deze gerelateerd aan de nodigeaanwijzingen voor het storten van beton bij lagetemperaturen.Voor betonwerk omvat dit zaken als het ijs- ensneeuwvrij houden van de ondergrond en bekisting,maatregelen van betontechnologische aard, isolatieetc. Alle maatregelen vergen tijd. Maar wanneer opkomende vorst geanticipeerd wordt, is er voldoendetijd om de noodzakelijke maatregelen te nemen. Goedoverleg tussen aannemer en betoncentrale speeltdaarbij een belangrijke rol.We kunnen onderscheid maken tussen maatregelenop het werk en op de betoncentrale. Maar voor beidegeldt: Begint de buitentemperatuur de 5 oete naderen,dan is er atte reden om het weerbericht goed in de gaten tehouden. Naast het landelijk weerbericht geeft hetKNMI frequent regionale weerberichten speciaal voor.de bouw (zie kader op blz. 3).JJJJJJJJJffJJJJJJJJJbeneden 0 °C op de meeste plaastenniet meer dan 5°C vorstGemiddelde Temperatuur in de nachttemperatuur4°C of hoger op de meeste plaatsengeen vorst of niet meerdan IOC vorst4°C of hoger op veel plaatsen meerdan IOC vorstWeerfaseo234tussen 0 enplus 4 °ctussen Oenplus 4 °cop de meeste plaatsenniet meer dan rc vorstop veel plaatsen meerdan rCvorsteen hogere normklasse geeft ook een snellere bindingen sterkte-ontwikkeling. Vaak wordt in de winter eendeel van het cement vervangen door portlandcementCEM I52.5R.Het gebruik van hulpstoffen kan direct of indirectnodig zijn. Indirect om bij een lagere wcf deverwerkbaarheid op peil te houden door plastificeer-ders toe te passen en direct door versnellers toe tevoegen. Dit laatste heeft voor praktijk van gewapendbeton weinig waarde vanwege de kans op corrosie. Deeisen voor duurzaamheid van het beton zullen dangoed in de gaten moeten worden gehouden!Ook het verhogen van de specietemperatuur zorgt ervoor dat de sterkte-ontwikkeling sneller gaat. Tevenswordt hiermee bereikt dat beton pas later eentemperatuur krijgt van nul graden en lager.5 beneden 0 °c op veel plaatsen van 5tot 10°C vorst6 beneden 0 °c op veel plaatsen meerdan 10°C vorstAls het weerbericht voor de volgende 24 uur eenovergang naar een koudere weerfase verwacht,moet met die koudere weerfase worden gerekend.Van I november tot I april verzorgt het KNMI via deKNMI-weerlijn (0900 - 200 8003, ca. f 1,00 perminuut) een weerbericht met speciale informatievoor de bouwnijverheid. Het bouwweerberichtgeeft informatie voor zes regio's. Als vlakbij de grensvan een regio wordt gewerkt, verdient hetaanbeveling ook de informatie over de aangrenzenderegio te raadplegen.BetonsamenstellingDe betontechnoloog heeft verschillende mogelijkhe-den om er voor te zorgen dat het beton snel eenminimum sterkte krijgt waarbij (eenmalig) bevriezengeen kwaad kan. Hij kan:· kiezen voor een lage water-cementfactor;· een cement met een snellere sterkte-ontwikkeling(aangeduid als R-cement) of met een hogerenormsterkte toepassen;· hulpstoffen (versnellers) gebruiken;· de specietemperatuur verhogen.Een lagere water-cementfactor (wet) zorgt niet alleenvoor een hogere eindsterkte, maar ook voor eensnellere binding en sterkte-ontwikkeling. Cement uitVerhoging van de specietemperatuurHet verhogen van de specietemperatuur beginteigenlijk met twee simpele maatregelen in debetoncentrale:· isolatie van waterleidingen en opslagsilo's;· afdekken van toeslagmaterialen.Hiermee wordt de directe invloed van de buitentem-peratuur (deels) uitgesloten. Verdere verhoging van despecietemperatuur kan worden verkregen door hetaanmaakwater en/of het toeslagmateriaal teverwarmen. Afbeelding 2 geeft een indruk van deinvloed van deze temperaturen op de specietempera-tuur. In het kader geven we een voorbeeld van hoe ergerekend kan worden aan de specietemperatuur.60LJ°ïiî50roë::lJJQJ....roEOl30roViQJ.8 20eiEQJ.... 10i 00 10 20 30 lJJ 50 60 70 80temperatuur aanmaakwater (OC)mRelatie tussen de temperatuur van het toeslagmateriaal, hetaanmaakwater en de betonspecie (voor een hier niet nadergespecificeerde betonsamenstelling).JJJJJJJJJaJJJJJJJJJJ=· totaal betonspecie 2492 JrcWs x Ts =WcxTc+ Wwx Tw + WtxTtToeslagmateriaalHet is van belang om het toeslagmateriaal vorstvrij tehouden, want bevroren toeslag verlaagt de specietem-peratuur. Daarmee wordt tevens voorkomen datsamen met het toeslagmateriaal ijs wordt gedoseerd.Dit laatste is ongewenst omdat dit het watergehalte inde specie beïnvloedt. Tevens bestaat de kans dat grotestukken ijs niet smelten waardoor waterconcentratieskunnen ontstaan in het beton. Het smelten van ijs kostbovendien zeer veel energie, waardoor de tempera-tuur van de betonspecie verder zal dalen.Globaal zal een verhoging van de temperatuur van hetaanmaakwater met 10°C dus leiden tot een verhogingvan de specietemperatuur met 3°C (Iet op: hierbij is alhet water als aanmaakwater beschouwd). Verhogingvan de temperatuur van het aanmaakwater heeft eengrens, omdat bij hoge temperaturen (> 60°C) hetcement tot een zeer snelle binding zal komen.Voorkomen moet worden dat het hete water direct incontact komt met het cement. Het is daaromverstandig zeer warm aanmaakwater eerst tevermengen met het toeslagmateriaal, zodat het waterafkoelt en het toeslagmateriaal wordt opgewarmd, enpas daarna het cement te doseren.Ts = 5°C + 732 x 10 = 8 °C2492AanmaakwaterIndien op de betoncentrale een warmwatervoorzie-ning aanwezig is, zal het verhogen van de aanmaakwa-tertemperatuur de eenvoudigste oplossing zijn om eenhogere specietemperatuur te bereiken.Stel dat we de temperatuur van het aanmaakwater vanhet voorbeeldmengsel uit het rekenvoorbeeld met10°C verhogen, dan wordt de specietemperatuur:· cement: Wc =0,8 O/kg.°C) x 350 (kg) =280 Jrc· toeslag: Wt =0,8 x 1850 = 1480· water: Ww =4,18x 175 = 732Als we nu de warmtecapaciteit van betonspecieweten, kunnen we de temperatuur uitrekenen. Dewarmtecapaciteit wordt bepaald door de soortelijkewarmte en de hoeveelheid in kg van dat materiaal perm3 betonspecie. (De soortelijke warmte is dehoeveelheid warmte in Joule nodig om I kg van een1graad in temperatuur te laten stijgen).I m3 betonspecie bestaat uit 350 kg5 literwater en 1850 kg toeslagmateriaal.iteit van de samenstellendeMet deze gegevens kan de specietemperatuurworden berekend indien we de temperatuur van deafzonderlijke materialen weten.Stel dat we de temperatuur van het toeslagmateriaalvan het voorbeeldmengsel uit het rekenvoorbeeldmet 10°C verhogen dan wordt de specietemperatuur:Voorbeeld: De temperatuur van het cement is 20°C,van het toeslagmateriaal rc en van het water 5 oe.De specietemperatuur wordt dan:Ts=5°C+ 1480x 10= 11°C2492Ts =280x 20 + 1480 x 2 + 732 x 5 =5°c2492Een verhoging van de temperatuur van het toeslagma-.teriaal met 10°C leidt tot een verhoging van despecietemperatuur met ca. 6°e.J J J J J J J J J J J J J J J J. ._ _ "'''''' 2 IKKIKKIKKaT|D???DDDDDD?IKK~ ,_ ..w__,""", _"",,..??|?D "'''''''mlli''''''=__''HW_l , ""'"',.."'.""__"6"'2&"'__.""__>>?e??|?I??De temperatuur van toeslagmateriaal kan opverschillende manieren worden verhoogd.Betrekkelijk eenvoudig is het gebruik van stoom. Doorstoominjecties, al dan niet van onder af, kunt u hettoeslagmateriaal opwarmen. Nadeel van dezemethode is de introductie van extra vocht in hettoeslagmateriaal. Vaak leidt deze methode ook totsterk wisselende vochtgehaltes. Levering op water-cementfactor ofvaste consistentie wordt hierdoorzeer lastig. Om problemen te voorkomen, is een zeerfrequente meting op vochtgehalte noodzakelijk.Andere methoden zijn het gebruik van verwarmings-buizen, hete luchtkanonnen of zelfs elektrischedekens.U kunt er ook voor kiezen de temperatuur Van eendeel van het toeslagmateriaal te verhogen, bijvoor-beeld alleen die van het zand.In de winter van 1996/1997 is het verwarmen van zandvoor de productie van hogesterktebetonzeer effectiefgebleken. Het zand werd in een asfaltcentraleverwarmd tot 150°C. Zand met deze temperatuurwerd gemengd met koud zand, Want anders werd detemperatuur van de betonspecie wel erg hoog(> 30°C). Na één week was het zand in de opslagafgekoeld tot ca. 100 oe, waarmee nog een specie-temperatuur van 18°C kon worden bereikt.Bijkomend voordeel was dat in de centrale nu droogzand kon worden gedoseerd, waardoor de water-cementfactor en de consistentie zeer nauwkeurigkonden worden geregeld.CementOok de temperatuur van het cement heeft natuurlijkinvloed op de specietemperatuur, zij het beperkt.Stel dat we cement gebruiken meteen temperatuurdie 20°C hoger is dan het voorbeeld uit hetrekenvoorbeeld. De specietemperatuur wordt dan:Ts =soe + 280 x 20 =7 oe2492Een verhoging van de cementtemperatuur met 10°Cverhoogt de specietemperatuur dus circa I oe.l1itvoeringDoor een goede xb kan adequaat wordeningespeeld op winterse omstandigheden. Daarbij moetworden gedacht aan het op het werk aanwezig zijn vande juiste hulpmiddelen en een goede instructie van hetpersoneel. Op deze wijze wordt voorkomen dat dewinter voor verrassingen zorgt die tot ongewenstevertragingen leiden.Het begint met het afdekken van bekisting enwapening bij lage temperaturen. Bij temperaturenonder nul moeten zij ook tegen de vorst wordenbeschermd. Gebeurt dit niet, dan zal de betonspeciehierdoor versneld afkoelen. Tevens dienen dematerialen en de ondergrond te worden vrijgehoudenvan sneeuwen ijs.Om snelle afkoeling van het beton, zeker bij dunneconstructiedelen, te voorkomen, moet de bekistingworden geïsoleerd. Een houten bekisting heeft zelf een(beperkte) isolerende werking, staal nagenoeg niet.Met een houten bekisting kan een lichte nachtvorstgoed worden doorstaan. Bij strenge of langdurigevorst is hout alleen niet toereikend. Aanvullendeisolatie van de bekisting is dan noodzakelijk. Ook debovenvlakken van het beton moeten worden afgedekt,bij voorkeur met isolatiedekens. Dit geldt zeker voorgrote oppervlakken als vloeren etc. De verdampingvan vocht kost veel warmte. Deze wordt aan debetonspecie onttrokken, hetgeen weer tot een lagerebetontemperatuur leidt. Door isolatie wordt ook dewarmte die vrijkomt bij de hydratatie van het cementlanger vastgehouden.Betontransport en stortenAfkoeling tijdens het transport van de betonspecienaar de bouwplaats en tijdens het verwerken, kan nietworden voorkomen. Door vooraf rekening te houdenmet dit temperatuurverlies hoeft dit geen probleem tezijn. Bij 5 graden vorst moet worden gerekend op eenverlies van ca. soe (zie tabel). Het is dus zaak detemperatuur van de betonspecie hiermee te verhogenteneinde de gewenste temperatuur na (!) het stortente verkrijgen.Om ook tijdens het storten warmteverlies tevoorkomen, dient het beton direct en vlot te wordenverwerkt zodra het op de bouwplaats aankomt.Wachttijden van volle truckmixers moeten wordenvoorkomen. Een goede logistiek is noodzakelijk.JJJJJaJJJJJJJTabel. De temperatuur waarmee de betonspecie bij debetoncentrale moet worden weggestuurd om na I uur transport ineen truckmixer een specietemperatuur van 15°C over te houden.Buitentemperatuur in°e Aanmaaktemperatuur in oe15 1510 16,25 17,3o 18,55 19,6-10 20,8-15 21,9NabehandelingBetonoppervlakken moeten ook 's winters wordennabehandeld. Voordeel van een lage temperatuur isdat de lucht minder vocht kan bevatten waardoor hetbeton minder snel uitdroogt, tenzij er wind staat.Na het betonstorten, dient het oppervlak direct teworden afgedekt en zonodig te worden geïsoleerd.Het kan nodig zijn het beton na het storten teverwarmen. Dit kan worden gedaan met bijvoorbeeldwarmtekanonnen. Daarbij moet worden voorkomendat de hete lucht direct over het betonoppervlakwordt geblazen, anders leidt dit tot sterke uitdrogingen daarmee scheurvorming. Een meer drastischemaatregel is een tent te bouwen om het betonstort,waarbinnen de temperatuur constant op ten minste8°C wordt gehouden. Wel zo comfortabel voor demensen op de bouwplaats!Bij vorst mag de nabehandeling niet plaatsvinden metwater, want dat is 'de kat op het spek binden'. Zoalswe hebben kunnen lezen, droogt het beton intern eenbeetje uit door de hydratatie. In geval van vorst is diteen belangrijk voordeel. Water dat er niet is, kan nietbevriezen. Gaan we echter water toevoeren voor denabehandeling, dan schieten we ons doel voorbij. Hetbeton zal het water opzuigen, waarbij tevens debenodigde expansieruimte weer wordt gevuld, met alsgevolg dat het jonge beton alsnog kapot vriest!OntkistenDoor de lagere temperaturen zal de verhardinglangzamer verlopen. De sterkte nodig voor hetontkisten wordt dus ook later bereikt. Hiermee dientterdege rekening te worden gehouden met hetvaststellen van het ontkistingstijdstip. Daarnaast moetworden voorkomen dat het beton een temperatuur-schok ondergaat als het wordt ontkist. Is debuitentemperatuur op dat moment nog steeds laag,dan zijn er twee mogelijkheden: de bekisting langerlaten staan of, als dit niet kan, het zojuist ontkistebetonwerk direct afdekken met isolatiedekens.Ook bij prefab beton dient rekening te wordengehouden met lage temperaturen als de vaak nogjonge betondelen vanuit de productiehal naar buitenworden gebracht voor opslag. Bij lage buitentempera-turen zal ook dan een temperatuurschok plaatsvinden.Gevolg is trekspanningen in de betonhuid, die totscheurvorming kunnen leiden.Overigens moeten bij het plaatsen van prefabelementen ook maatregelen worden genomen. Dezogenoemde 'onderstopmortels' zijn kwetsbaar voorvorst. Als er wordt doorgewerkt bij vorst moeten ervoorzieningen worden getroffen. De te plaatsenelementen dienen voor het onderstoppen vorstvrij tezijn, net als de ondergrond. Na het onderstoppen vande elementen moet isolatie worden aangebracht omte voorkomen dat de mortel bevriest.Ook bij het plaatsen van prefab elementen moeten bij vorstmaatregelen worden genomen. (foto Heembeton)Wellicht overbodig op te merken, maar ook hetstooien van dooizouten op jonge betonoppervlakkenmoet worden vermeden.JJJJJJJJJaJJJJJJJJJJBesluitBetonstorten in de winter is goed mogelijk en behoorttot de normale bouwpraktijk. Afhankelijk van deweersomstandigheden kan het nodig zijn maatregelente treffen. Belangrijk daarbij is dat de maatregelenbetreffende de betonspecie in nauw overleg met debetonleverancier tot standkomen en dat isolatiemate-rialen tijdig op het werk aanwezig zijn.NormenNEN 6722 Voorschriften Beton. Uitvoering (YBU1989)LiteratuurNeville, A.M., Properties of concrete; 4e druk, Pitman,Londen, 1995Pink, Alan, Winter concretingConcrete on site no. I1 ,Winter working, BCA, 1993Riker, Rudolf, Machinentechnik im Betonbau, 1996Beton/ek 3/10, Beton in de winterBeton in de winter, infoblad 4, VOBNBeton in de winter, reeks Cement en Beton nr. 10,1966Betonstorten in de winter is goed mogelijk. Afhankelijk van de weersomstandigheden kan het nodig zijn maatregelen te treffen.JJJJJJJJJ?aJJJJJJJJDe volgendekeerheeftBETONlEKeen nieuwjasjelColofonBETONlEK is een praktijkgericht voorlichtingsbladop het gebied van de betontechnologie en verschijnt10 keer per jaar.In de redactie zijn vertegenwoordigd: de Nederlandsecementindustrie, MEBIN, CUR en de BouwdienstRijkswaterstaat.Uitgave: BetonPrismapostbus 3532, 5203 DM 's-HertogenboschRedactie: 073 - 6 40 12 22Abonnementen: 073 - 6 40 12 31BetonPrisma is een initiatief van de VerenigingNederlandse Cementindustrie (VNC).Daar maak je 't mee.Overname van artikelen en illustraties is toegestaan,onder voorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen:Nederland f 28,50België f 29,50andere landen f 45,-Abonnementen lopen per kalenderjaar en wordenautomatisch verlengd, tenzij voor I decemberschriftelijk wordt opgezegd.ISSN 0166-137x-h'edeUai'f'geversverbo ndGroep vaktijdschriftenJJJJJ JJJJJJNa DJJJJJ JJ JJJJ