Een uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-2385 31 januariCementPortlandcementDefinitie en samenstellingHet Nederlands normblad N481 geeft als defi-nitie: 'Portlandcement is het produkt, verkregendoor fijnmalen van klinker, hoofdzakelijk be-staande uit hydraulische calciumsilicaten, waar-bij tijdens het malen niets anders is toegevoegddan water en (of) een de bindtijd regelendetoeslag.'Deze definitie zegt de goede verstaander ge-noeg, de leek op het gebied van hydraulischebindmiddelen maar weinig. Het kernpunt ligteigenlijk in het woord 'hydraulisch', want dithoudt in dat het gaat om een stof die kan rea-geren met water en daarmee een steenharde,waterbestendige massa kan vormen.Naast de in de definitie genoemde calcium-silicaten komen in cement nog enige anderemineralen voor, weliswaar in kleinere hoeveel-heden, maar niet zonder belang voor de eigen-schappenvan het cement. Een voorbeeld van desamenstelling van een cement wordt hierondergegeven:tricalciumsilicaat (C3S)dicalciumsilicaat (C2S) 24,4tricalciumaluminaat (C3A) 9,3%tetracalciumaluminaatterriet (C4AF) 7,9%overige bestanddelen 3,9%Dit :is slechts een willekeurig voorbeeld, bere-kend uit de chemische samenstelling van eenbepaald cementmonster.Er zijn vele variatiesmogelijk.Hydratatie van cementWanneer men de reactie van cement met waterbekijkt, zoals die plaats heeft in een pasta vancement met water, dan lijkt de reactie in tweefasen plaats te hebben. Direct na het aanmakenschijnt er nog in het geheel niets te gebeuren,hoewel een al heel spoedig optredende tem-peratuurverhoging wel bewijst dat er toch weleen reactie plaats heeft. Na enige uren begint demassa op te stijven. Het punt, waarbljde massaeen bepaalde weerstand tegen indringing heeftverkregen, duidt men als het begin van de bln-ding aan. Nog enige uren laterschijnt de bindingtot een eind te zijn gekomen: de massa is hard,maar heeft nog maar een geringe sterkte. Menspreekt dan van het eind van de binding en be-schouwt de in de loop van de volgende dagenen weken optredende toename van de sterkte'als de verharding.Uitvoerig onderzoek heeft geleerd, dat bindingen verharding feitelijk geen verschillende reac-ties zijn, doch slechts twee fasen van één door-lopende hydratatiereactie.Direct na het aanmaken reageren het C3S, hetC3Aen hetC4AF. Het C3S splitst hierbij kalk.afengaat over in een kalk-armer waterhoudend cal-ciumsilicaat. Het C3A lost OP en kristalliseertlater uit als een waterhoudend aluminaat, welkuitkristalliseren verantwoordelijk is voor heteerste opstijven van de massa.Hierbij speelt hetbij het malen toegevoegde ·gips een rol ('een debindtijd regelende toeslag'), doordat het met hetaluminaat een dubbelzout vormt: het calcium-sulfaataluminaat. Dit laatste vormt gemakkelijkoververzadigde oplossingen en belet hierdoorde uitkristallisatie van het aluminaat.Nadat alle gips verbruikt is, kan de kristallisatiedoorgaan. Het gedrag van het C4AF is niet ge-heel duidelijk; zeker is dat hetzelfde water-houdend aluminaat ontstaat als uit het C3A. HetC2Sten slotte reageert veel trager met waterdan de andere componenten, maar vormt uit-eindelijk hetzelfde waterhoudend calciumsili-caat dat boven reeds is genoemd als afkomstiguit het C3S.Fijnte van malin'gDe reactie van cement met water begint uit deaard derzaak aan het oppervlak van de korrels.Hoe groter dit oppervlak, hoe sneller de reactiezal verlopen. Dit grotere oppervlak wordt ver-kregen door een fijnere maling. Er is een duide-lijk verband tussen de fijnte van maling en desnelheid van verharden van een cement; het isdusvan belang deze fijnte van maling te kennen.Het is nog niet zo veel jaren geleden, dat menhiervoor feitelijk geen andere maat had dan derest op een of andere zeef. Ons normblad N 481kentook nog steeds de eis, dat de rest op dezeef N480- d - 0,090 niet meer dan een bepaaldewaarde mag bedragen. Deze :is 15%voor port-landcement klasse A, 10%voor klasseB en 5%voor klasse C. Bij de normale handelscementenis deze rest overlqens een stuk onder dit maxi-mum.Het zal duidelijk zijn, dat deze meting slechtsweinig zegt. Niet alleen meet men minder dan10% van de hele massa (en dan nog niet zo ergnauwkeurig), maar het is bovendien nog hetgrofste en daardoor minst reactieve deel. Eigen-lijk bepaalt men alleen maar welk deel van het'cement door zijn te geringe oppervlakte niet ofnauwelijks waarde voor de hydratatie heeft.Beter is de bepaling van de specifieke opper-vlakte van cement, dat is de totale oppervlaktevan de korrels, uitgedrukt in cm? per gramcement.Wanneer men een hoeveelheid cementpoedersamenperst tot een bepaalde poreusheid is ver-kregen en er dan onder een bekend drukverschillucht door laten stromen, dan is de snelheidwaarmee die lucht stroomt een maat voor de2Elektronenmicroscopische opname van eenbreukvlak van cementlijm (links)De nieuwste oven bij ENCI te Maastricht waardagelijks 2500 ton portlandcementklinker wordtgeproduceerd (rechtsboven)Cementmolen (rechtsonder)specifieke oppervlakte van het cement. Met hettoestel van Slaine kan deze bepaling snel enbehoorlijk nauwkeurig worden verricht.Ook het toestel van Blaine geeft geen volledigeinformatie. Weliswaar bepaalt men hiermee dezeer belangrijke specifieke oppervlakte, maarover de korrelverdeling van het fijne materiaalkomt men niets te weten. Deze kan ook welworden bepaald, doch de daarvoor benodigdeingewikkelde en kostbare apparatuur kan alleenworden gehanteerd door geroutineerde specia-listen. Overigens is over de rol van de verschil-lende korrelgrootten bij de verharding nog teweinig met zekerheid bekend, zodat voor denormale bouwpraktijk deze apparaten (nog)geen betekenis hebben.Water-cementfactor en sterkteWanneer men op grond van de hydratatie-reacties de theoretische hoeveelheid water be-rekent, die door cement bij volledige hydratatiekan worden gebonden, dan komt men tot ca.28% van het cementgewicht.Nu is de hydratatie van cement zelfs na maan-den nog verre van volledig en men kan veiligaannemen dat de hoeveelheid water die in deeerste weken wordt gebonden, de 10% niet teboven gaat. Daarnaast wordt nog een hoeveel-heid water door oppervlakteadsorptie als zgn.gelwater'gebonden; dit is ca. 15'%. De con-clusie hieruit is dat een water-cementtactor 0,25ruim voldoende water biedt om de hydratatie totna het ontkisten ongestoord te laten verlopen.In werkelijkheid werkt men met water-cement-factoren, die beduidend hoger liggen. Dezeovermaat aan water vervult bij de verhardinggeen enkele functie en dient uitsluitend om debetonspecie de gewenste verwerkbaarheid teverlenen. Direct na het storten en eventueelverdichten heeft het nog enig nut omdat het een3__Ol0,7o.e1o Verband tussen water-cementfactor en druk-water-cementfactor sterkte voor resp. cementklasse A, B en Cwaarborg biedt dat voldoende water voor deverharding beschikbaar is. Het helpt dus hetbeton nathouden tijdens het begin van de ver-harding.Naarmate echter de verharding voortschrijdtheeft de overmaat aan water zijn taak vervulden kan verdwijnen. Dat doet het dan ook; hetverdampt na de nabehandelingsperiode. Maarwaar eerst water is geweest, kunnen geencement- of toeslagdeeltjes zitten. Het verdamp-te water laat slechts open ruimten na: poriën.Deze hebben uiteraard geen sterkte en men kandaarom zonder voorbehoud stellen, dat de be-reikte sterkte geringer is naarmate de water-cementfactor hoger was.Blijkens figuur 1 hebben proeven dit ook vol-ledig bevestigd.De prijs voor een gemakkelijke verwerkbaar-heid is dus hoog: een slecht beton!HoogovencementDefinitie en samenstellingDe definitie van hoogovencement in het Neder-landse normblad N 484 luidt: 'Hoogovencementis een hydraulisch bindmiddel, dat bestaat uitten minste 15 en ten hoogste 69 gewichtspro-centen portlandcement, alsmede ten hoogste 85en ten minste 31 gewichtsprocenten gegranu-leerde basische hoogovenslak. Het wordt ver-vaardigd door de grondstoffen al dan niet meteen de bindtijd regelende toeslag tezamen fijnte malen en hierbij inni'g te mengen. De vervaar-diging moet geschieden onder voortdurendechemische controle. Het bij de vervaardiginggebruikte portlandcement moet voldoen aan deeisen volgens N481.'Het normblad geeft ook nog een eis ten aanzien4van de chemische samensteHing van de slak.Hoewel inderdaad het voldoen aan die eis eenaanwijzing geeft over de bruikbaarheid van deslak, is er een andere eigenschap, die veel be-langrijker is. De slak moet nl. grotendeels glas-achtig zijn; zodra een belangrijk gedeelte vande slak is uitgekristalliseerd, neemt de hydrau-liciteit sterk af, ook al voldoet de chemischesamenstelling nog zo mooi aan een bepaaldeformule.Als toeslag voor het regelen van de bindtijdwordt, evenals bij portlandcement, calciumsul-faat (gips) gebruikt.Hydratatie van hoogovencementDe hydratatie van hoogovencement verloopt ingrote trekken gelijk aan die van portlandcement.De aanwezige portlandklinker zorgt daarbijhoofdzakelijk voor het snel op gang komen vande reactie, terwijl de slak wat langzamer rea-geert en eerst tijdens het verloop van de verhar-ding steeds meer gaat meewerken. In verbandmet een en ander komt ook de hydratatie-warmte in een wat langzamer tempo vrij.Ten gevolge van het lager gehalte aan calcium-verbindingen komt bij de hydratatie van hoog-ovencement aanzienlijk minder kalk vrij dan bijportlandcement.Fijnte van malingTen aanzien van de fijnte van maling zou kun-nen worden herhaald, wat reeds bij het port-landcement hierover is gezegd. Als regel wordthoogovencement iets fijner gemalen dan port-landcement uit dezelfde sterkteklasse.Water-cementfactor en sterkteWat hierover bij het portlandcement is gezegd,geldt zonder meer ook voor het hoogoven-cement.Gebruik van cementKeus van soort en klasse cementHet zou misschien wel aantrekkelijk zijn, wan-neer men een voorschrift kon opstellen betref-fende de keus van het type cement voor bepaal-de omstandigheden. Een soort tabel, die preciesaangaf in welk geval hoogovencement klasse Amoest worden gebruikt en voor welk bouwwerkportlandcement klasse :C het aangewezen typewas. Zo eenvoudig ligt de zaak helaas niet, alwas het alleen maar omdat de plaatselijkeomstandigheden bij een bouwwerk een groterol spelen. Enige richtlijnen zijn echter wel tegeven.De eigenschappen van portland- en van hoog-ovencement lopen niet zo ver uiteen, dat daaruit5Granulatie van hoogovenslakscherp afgebakende gebieden van toepassingkonden ontstaan.in zeer veel gevallen zal het erweinig toe doen of men het een of het andergebruikt.Hoogovencement is, voornamelijk door zijnlager kalkgehalte, na verharding wat beter be-stand tegen verschillende chemische invloedendan portlandcement. Dit betreft vooral debestendigheid tegen zuren en tegen sulfaten(zeewater). Heeft men met een dergelijke agres-sie te maken, dan verdient ongetwijfeld hoog-ovencement de voorkeur. Men bedenke hierbijoverigens wel dat cement maar één van de com-ponenten is, waaruit een beton wordt samen-gesteld. Voor de weerstand tegen chemischeinvloeden is met name de dichtheid van hetbetonoppervlak minstens zo belangrijk als deeigenschappen van het gebruikte cement. Hetis daarom ook heel goed mogelijk om met port-landcement een beton te vervaardigen met eenbehoorlijke bestendigheid tegen genoemdeinvloeden en bijna nog gemakkelijker om, op-danks het gebruik van hoogovencement, eenbeton te produceren dat de gewenste besten-digheid mist.Het begin van de verharding verloopt bij port-landcement iets sneller dan bij hoogoven-cement. Heel groot is hetverschil niet en naenige dagen is het verdwenen. Maar toch is hetwel zo, dat overal waar snel ontkisten vanbelang is portlandcement in het voordeel is.Hetzelfde doel wordt overigens gediend doorde toepassing van cement klasse B of C.Zoals alle chemische reacties verloopt ook deverharding van cement langzamer naarmate detemperatuur lager is. Daarbij is hoogovencementwat gevoeliger voor temperatuurveranderingdan portlandcement, zodat voor werken bij lagetemperaturen portlandcement aanbeveling zouverdienen. :In hetzgn. 'wintercement', dat doorde Nederlandse cementfabrieken in het koudejaargetijde wordt gefabriceerd, is het verschilechter grotendeels gecompenseerd.Het voordeel van het gebruik van de klassen Bof C is al even aangestipt. gaat er hierbijniet om of de eindsterkten veel hoger liggendan bij klasse A, want naarmate de verhardingvoortschrijdt worden de verschillen in sterktetussen de klassen minder belangrijk. De snel-lere verharding maakt echter een vlugger ont-kisten mogelijk. Of dit voordeel opweegt tegende hogere prijs van deze cementen moet na-tuurlijk van geval tot geval worden beoordeeld.Een typisch voorbeeld van de voordelen vandeze cementen levert de fabricage-van beton-waren en geprefabriceerde bouwelementen.Het weer snel ter beschikking komen van demeestal vrij dure mallen is hier een levens-belang en oorzaak van een toenemend gebruikvan cementen met hoge en zeer hoge aan-vangssterkten in deze industrie.Vanzelfsprekend heeft ook deze medaille zijnkeerzijde. Het snellere verloop van de verhar-dingsreactie heeft ook tot gevolg dat de daarbijoptredende hydratatiewarmte sneller vrijkomt.Speciaal in grotere betonmassa's, waar dewarmte niet zo gemakkelijk wordt afgevoerdkan dit aanleiding geven tot temperatuursstij-gingen van enige tientallen graden. De hierdooroptredende temperatuursspanningen kunnenheel gemakkelijk tot scheuren leiden. Voormassabeton zijn deze cementen dus mindergeschikt.Het bovenstaande kan uit de aard der zaak nietmeer dan een aantal algemene richtlijnen geven.Bijzondere omstandigheden van een bepaaldwerk kunnen altijd een reden vormen om juistin dit geval een cementtype te gebruiken, dat er6in het algemeen beschouwd minder geschiktvoor lijkt.Opslag van cementDank zij de vrij heftige reactie van cement metwater is het ook hygroscopisch, d.w.z. het trektwater aan uit de lucht. Aan de lucht opgeslagencement wordt dientengevolge langzamerhandbedekt met een laagje gehydrateerd materiaal.Hierdoor gaat niet alleen de reactiesnelheidsterk achteruit, maar ook de eindsterkte neemtsteeds meer af.De beste manier om cement te bewaren is ineen silo. Hierin is het cement vrijwel volledigafgesloten van de lucht en daardoor zeer langhoudbaar. Moet cement in zakken worden op-geslagen, dan is het zaak deze te leggen in eengoed gesloten loods met een houten ofstenenvochtvrije vloer. Het verdient aanbeveling dedeur niet meer te openen dan onvermijdelijk is.Onderzoek van cementHet belangrijkste aspect van het kwalltelts-onderzoek van cement is de bepaling van desterkte. Voor het verkrijgen van vergelijkbarewaarden is het nodigde methode van onder-zoek te standaardiseren. In ons land wordtdaarbij gebruik gemaaktvan de zgn. RILEM-Cembureaurnethode 1), die ook door de ISO 2)als internationale norm wordt aanbevolen. Deuitvoering ervan is vastgesteld in normbladNEN3072, terwijl de sterkte-eisen zijn vermeldin normblad NEN 1741.In het kort komt de methode hierop neer, dateen mortel wordt vervaardigd uit 1 deel cementen 3 delen standaardzand, met een water-cementfactor 0,50.Het zand moet voldoen aanbepaalde, nauwkeurig omschreven eisen vanaard en korrelverdeling. De vervaardigde proef-In korte tijd zoveel mogelijk produceren (links)Opslag van cement in silo's (rechts)Sterkte-eisen volgens NEN 1741De sterkte van een mortel, vervaardigd volgensNEN 3072 moet ten minste bedragen:verharding indagen 1 3 7 28buigtreksterkte in kgf/cm2klasse A 22 33 44klasse B 30 40 50klasse C 25 40 50 55druksterkte lnkqf/cm?klasse A 90 150 250klasse B 125 225 325klasse C 100 250 350 450stukken hebben de vorm van prisma's met af-metingen 4x4x 16 cm3. Het vullen van de stalenvormen gebeurt onder schokken of trillen. Deverse proefstukken worden gedurende 24 uur invochtige lucht bewaard, daarna ontvormd enverder onder water bewaard tot een totale ver-hardingsduur van 3, 7 of 28 dagen.In verband met de vereiste apparatuur en op-slagruimte kan dit onderzoek niet plaats hebbenop het bouwwerk, doch dient uitsluitend te wor-den uitgevoerd in daartoe ingerichte laboratoria _7In de tabel is:klasse Agewoon portlandcement, ijzerportlandcement,hoogovencement, trasportlandcement of gesul-fateerd cement.klasseBportlandcement, ijzerportlandcement, hoog-ovencement, trasportlandcement of gesulfa-teerd cement met hoge aanvangssterkte.klasse Cportlandcement, ijzerportlandcement of hoog-ovencement met zeer hoge aanvangssterkte.Men heeft in deze norm uitdrukkelijk geen over-dreven hoge eisen willen stellen, doch uitslui-tend aangegeven welke sterkten een cement inieder geval moet kunnenbereiken om de naamvan een cement van redelijke kwaliteit te ver-dienen. De normaal in de handel verkrijgbarecementen bereiken meestal aanzienlijk hogeresterkten.1RILEM (Réunion Internationale des Laboratotresd'Essais et de Recherches sur les Matériaux etles Constructions) is de internationale vereni-ging van laboratoria voor materiaalonderzoek;Cembureau is een organisatie, waarin de ver-enigdecementindustrieën van West-Europa opbepaalde gebieden samenwerken. Beide orga-nisaties hebben samengewerkt bij het tot standkomen van genoemde onderzoekmethode.2ISO (International Organization for Standardl-zation) is de vereniging van normalisatie-insti-tuten en kan worden beschouwd als een inter-nationaal normalisatie-instituut.8Bepaling van buigtreksterkte (links) en druk-sterkte (rechts) van een normprismaaanbevolen litteratuur:Dip!. - Ing. W. Czernin, Cementchemie voorde bouwwereld; Amsterdam 1968, Verkoop-associatie CementENCI - CEMIJ - ROBUR N.V.Foto's:H. E. Schwiete - H. G. Kurzcyk, Aken; (blz. 2)ENCI. Maastricht; (blz. 3, boven; blz. 8, links)Hoogovens IJmuiden; (blz. 3, onder; blz. 8, rechts)CEMIJ, IJmuiden; (blz. 5)NSM, Alpen aid Rijn; (blz. 6)B. J. de Ruiter, Amsterdam; (blz. 7)