? ? onderzoek ? betontechnologieprof.dr.ir.J.C.Wa/raven en drJr.G./.Pe/ova,Technische Universiteit Delft, sectie BetonconstructiesHet meten van deverwerkbaarheid van betonspecie op de bouwplaats metdegebruikelij-ke apparatuur levertslechts ??n parameter op, zoals bijvoorbeeld dezetmaat. Om hetge-dragvan betonspecie vast te kunnen leggen zijn echter twee parameters nodig, de vloei-weerstand en de relatieve viscositeit, te bepalen met een viscositeitsmeter. De invloedvan de mengselsamenstelling is experimenteel onderzocht door een aantal mengselpa-rameters te vari?ren.VERWERKBAARHEIDVAN BETONMENGSELSVerwerkbaarheid is een algemene termwaarmee wordt aangegeven hoe geschiktbetonmengsels zijn om te worden verdicht,verpompt of ge?xtrudeerd. Deze geschikt"heid heefttevens betrekKing op de stabiliteit(weerstand tegen bleeding en ontmenging).De achtergronden van het gedrag van betonin de vloeibare fase worden verklaard doorde reologie, de wetenschap die zich bezig-houdt met de vervorming en hetvloeigedragvan materialen, dus met de relaties tussenspanning, rek, reksnelheid en tijd.Op het gereedschap dat op de bouwplaatswordt gebruikt om de verwerkbaarheid vanbeton te meten, is het predikaat high-techniet echt van toepassing (foto 1). Men kanzich dan ook afvragen of ditgereedschap ge-schikt is voor het meten van de eigenschap-pen van bijzondere betonsoorten zoals zelf-verdichtend beton. Op foto 2 is duidelijk tezien dat dit materiaal zeervloeibaar is, maarhet resultaat van de meting zegt niets overde andere eigenschappen van het mengsel,zoals ontmengingsweerstand en vervorm-baarheid.Van fundamenteel belang is het feit dat be-tonspecie kan worden beschreven als eenzogenoemde Bingham-vloeistof. Om het ge-drag van een Bingham-vloeistof vast te leg-gen, zijn twee parameters nodig. Een ??n"parameter meting zoals bij de bepaling vande zetmaat of de vloeimaat het geval is, le-vert dus incomplete informatie. Natuurlijkgeeft de zetmaat of de spreidmaat voor veelgangbare klassieke betontoepassingen vol-doende informatie; zeker op de bouwplaatsis de eenvoud van handeling een belangrijkerandvoorwaarde. Voor een dieper inzicht inde complexe materie van de verwerkbaar-heid is echter een betere meetmethode ge-wenst. Zeker nu de ontwikkeling van 'betonop maat' in het middelpunt van de belang"stelling komt te staan, wordt het tijd de ei-genschappen van betonmengsels beter tebeschrijven.Principe van de viscositeitsmetingFoto 3 toont een viscositeitsmeter, de BML-Viscometer, voor de bepaling van de eigen-schappen van betonspecie. Het apparaatbestaat uit een cilindrisch vat met een dia-metervan 300 mm, een hoogte van 330 mmen een schoepenrad met een diameter vanQ) Klassiek gereedschap om de verwerkbaarheid van betonspecie @ Grote vloeimaat, voorkomend bij zeer vloeibaar betonte meten48 CEMENT1998j9200 mm, dat zich op de foto boven het vatbevindt. De cilinder kan met 20,5 liter be-tonspecie worden gevuld, waarvan zich 111i~ter in de ruimte tussen cilinderwand en bui-tenkant schoepenrad bevindt. Er zijn vierverschillende combinaties cilinder-schoe-penrad met verschillende afmetingen ont-wikkeld, voor species met verschillendegrootste korrelafmetingen.Nadat het vat met betonspecie is gevuld enronddraait (mogelijke draaisnelheid0,0022-0,85 omwentelingen perseconde),wordt het schoepenrad ingebracht. Door detraagheid van de vloeistof in het roterendevat wordt OP het schoepenrad een torsiemo-ment uitgeoefend, dat wordt gemeten(meetbereik 0-60 Nm). Daarna wordt de ro-tatiesnelheid stapsgewijs verminderd enwordt bij elke snelheid hettorsiemoment ge-meten, dat wordt uitgezet als functie van derotatiesnelheid. Hierdoor ontstaat een ka-rakteristiek diagram: voor een Bingham-vloeistofwordteen rechte lijn verkregen, diein het algemeen niet door de oorsprong zalgaan (fig. 4).De relatie luidt:? BML-viscometerfoto: Beeld en Grafisch Centrum TU DelttT = g+ hNwaarin:T is het torsiemoment;N is de rotatiesnelheid;g is de vloeiweerstand;h is de relatieve viscositeit.Om de invloed van de mengselsamenstel-ling te onderzoeken is een parameterstudieuitgevoerd [1], waarbij een groot aantalmengselparameters systE;!matisch is geva-rieerd (tabel 1).Zoveel mogelijk werd steeds ??n parametergelijktijdig gevarieerd. De invloed van hulp-stoffen is in deze proevenserie nog nietmeegenomen.EZI-. h=tgoc@ Relatie draaisnelheid-torsiemoment? Karakteristieke diagrammen voor ver-schillende betonspeciesa. klassieke betonspecie uit consistentiege-bied 3 of meerb. stijve betonspecie die na mechanischebehandeling snel uitvloeitc. zelfverdichtende betonspecie met hoog'stroperigheidsgehalte'c.................... b.... ------_._-----~N(omw/s)~ N(omw/s)E:zI-.Op het eerste gezicht tonen de lijnen uit fi-guur 6 geen duidelijke tendens. De verkla-ring voor het verschillende gedrag kan wor-den gevonden in defijnheidsverschillen vande gebruikte cementsoorten. De waarden gen h nemen toe indien de specifieke opper-vlakte van het cement toeneemt (fig. 7). Ditis logisch, omdat een groterspecifiekopper-vlak betekent, dat dewaterlaagjes om de ce-mentkorrels dunner zijn, waardoor de ce-mentpasta een grotere interne wrijving ver-toont.ExperimentenInvloed van de cementsoortFiguur 6 toont de T-N-relaties voor verschil-lende cementsoorten. Alle beschouwdemengsels waren samengesteld uit 320 kgcement per m3en hadden een water-ce-mentfactor van 0,60. Het toeslagmateriaalbestond uit 57% grind (4-16 mm) en 43%zand (0,125-4 mm)De waarden g en h zijn de karakteristiekewaarden, waarmee de relatie wordt gekwali-ficeerd; deze hangen af van de mengselsa-menstelling. Invloedsfactoren zijn de meng-procedure, dehoeveelheid ensoortcement,de water-cementfactor, de soort, vorm, af-meting en zeefkromme van het toeslagma-teriaal en de hoeveelheid en aard van detoegevoegde vul- en hulpstoffen (silica fu-me, vliegas,hoogovenslak, kalksteenmeelen superplastificeerders).Figuur 5 toont een aantal karakteristiekediagrammen. Betonspecie a is een voor-beeld van klassiek beton. Betonspecie bheeft een bijzondere eigenschap: de vloei-weerstand g is relatief hoog, zodat het veelmoeite kost de specie in beweging te bren-gen. Vloeit de specie eenmaal, dan is sprakevan snel uitvloeien met een lage viscositeit.Betonspecie c is een voorbeeld van een zelf-verdichtende beton: de vloeiweerstand gisvrijwel Oen de relatieve viscositeit h is rela-tief groot. Dit is een vloeistof met een watstroperig karakter, die langdurig uitvloeit.CEMENT1998/9 49.l.-.,~~~~~~~~_.__..:::o.:..:n.:::.de::::r:..::;z..:::o.:::.e",k~~~~~...11.__.,.::b~e:..::.to:::.:n.:.:t..:::e::.ch:.:;n.:.:o::..:l"",og""i..:::e~~----1Tabel 1Parameters testprogrammaonontbeerlijk. Hierop zal in een volgend arti-kel worden ingegaan.Invloed van de cementhoeveelheidFiguur 9 toont de T-N-relaties voor een vari?-rende hoeveelheid cement per m3 beton.Hierbij is uitgegaan van GEM 111/42,5 LH HS(ENGI) en een constante water-cementfac-tor van 0,6. Het cementgehalte werd geva-rieerd tussen 260 en 475 kg per m3beton.De mengsels met 260 en 280 kg cementwaren te stijf en konden niet worden getestmet de viscometer. Voor de andere meng-sels werd een waaier van lijnen verkregen,waarbij de verwerkbaarheid blijkt toe te ne-menmettoenemende hoeveelheid cement.Dit is logisch, omdat bij toenemende hoe-veelheid cement en een constant water-ce-mentgehalte het volume van hettoeslagma-teriaal moet afnemen. De laagjes om de kor-rels worden dus steeds dikker. De eigen-schappen en dus ook het smeervermogenvan de cementpasta, blijven daarbij gelijk(dezelfde water-cementfactor).Krell [2] ontwikkelde een modelvoor de ver-werkbaarheid van betonspecie, waarin hijtwee fasen onderscheidt, de vullende en desmerende cementpasta (fig. Sa-b). De gro-ve toeslagkorrels worden omhuld door eenlaagje cementpasta, dat als smeermiddelwerkt. De laag moet eenminimale dikte heb-ben, opdat de korrels loskomen van elkaar.De eigenschappen van de cementpasta zelfzijn ook van belang. Krell verklaart dit op de-zelfde manier: de cementkorrels moetenomhuld zijn met een laagje water met eenminimumdikte om vrij van elkaar te kunnenbewegen en zo als smeermiddel optimaal tekunnen werken (fig. 8c).Natuurlijk kan het 'smeervermogen' ookworden verbeterd door het gebruik van su-perplastificeerders. Deze hulpstoffen zijnvoor het maken van zelf-verdichtend betonInvloed van de zeefkrommeIn een serie proeven is de invloed van dezeefkromme op de verwerkbaarheid onder"zocht, waarbij steeds van hetzelfde toeslag-materiaalwerd uitgegaan. Devolgendezeef-krommen werden gebruikt:? B-krommevolgens NEN5950, artikel 6.3;? Fuller-kromme;? discontinue zeefkromme zonder fractie3,5 73 0 63~2,5 4 5o 0?2 ? 46 5 21,5??03 lilE EZ z2l:)) ~r0,5 .groh0 0200 300 400 500 600~ specifiek oppervlak { m2/kgJ0,60,50,40,33, _?---~?