I IONDERZOEK IDUURZAAMHEID IVORST- EN DOOIZOUT-BESTANDHEID VAN BETON METVLIEGAS EN BETON METPORTLANDVLIEGASCEMENTirJ.G.Wiebenga, IBBC-TNO, rapporteur werkgroep 1 'Vliegasbeton' van CUR-onderzoekcommissie B33'Vliegas ?n beton'.Heeft het gebruik van vliegas in beton invloed op de bestandheid van beton tegenvorst en dooizouten? Wat is in .dit opzicht het verschil tussen enerzijds beton waarineen deel van het cement is vervangen door vliegas en anderzijds beton waarinportlandvliegascement is toegepast? Een laboratoriumonderzoek bij mBC-TNOheeft deze vragen beantwoord. De vorstbestandheid vermindert niet, maar devorst-dooizoutbestandheid wordt nadelig be?nvloed.Het gebruik van vliegas en vanportlandvliegascement in be-?? ton is tegenwoordig een alge-meen geaccepteerde zaak. In 1983kwam CUR~Aanbeveling1 uit, getiteld'Toepassing van portlandvliegascementen vliegas in beton'. Daarinworden aan-vullende regels gegeven ten opzichtevan de toen nog geldende VoorschriftenBeton 1974. Voor beton waaraan hogeeisen worden gesteld ten aanzien van devorstbestandheid,wordtnaastdeVB-eisom een luchtbelvormer te gebruiken, indeze aanbeveling gesteld dat bovendiende water-cementfactor niet hoger magzijndan 0,55. Indien geengebruikwordtgemaaktvaneenluchtbelvormer,wordtaanbevolen de water~cementfactorniethoger dan 0,45 aan te houden. Er wordtthans gewerkt aan een nieuwe aanbeve-ling voor vliegas in beton, in een logi-sche samenhang met de inmiddels ver-schenen VBT 1986. CUR-Aanbeveling1 zal daarmee achterhaald zijn.In het kader van het Nationaal Onder-zoekprogramma Kolen is in opdrachtvan de Stichting Projectbeheer Energieen Onderzoek (PEO) en in samenwer-king met CUR een onderzoek uitge-voerd naar de vorstbestandheid en debestandheid tegen vorst en dooizoutenvan beton met vliegas en beton metportlandvliegascement, in vergelijkingmet alleen portlandcement en alleenhoogovencement. Dit betrof een labo-ratoriumonderzoek uitgevoerd bijIBBC~TNO. In dit onderzoek is geengebruik gemaakt van een luchtbelvor-mer, ten einde de mogelijke verschillen48tussen beton zonder en met vliegas(ce-ment) zo zuiver mogelijk te kunnenaantonen. De resultaten van het onder-zoek worden in dit artikel besproken.Onderzochte betonsamenstellin-genEr werden tien betonsamenstellingengemaakt, alle met een totale hoeveel-heid cement plus (eventueel) vliegas van320 kg per m3 beton. Het betrofachter-eenvolgens portlandcement klasse A(pc-A), hoogovencement klasse A (hc-A), respectievelijk portlandvliegasce-ment klasse A (pvle-A) ten opzichte vanhet toevoegen van drie kwaliteitenvliegas genoemd A, B en C in een hoe-veelheid van 40 kg/m3met een gelijkevermindering van het cementgehalte.Ookwerd voor ??n van de vliegaskwali-teiten (A) een hoeveelheidvan 80 kg/m3toegevoegd, met een gelijke verminde-ring van het gehalte portlandcement.Voorelkvan de samenstellingenwerdenzand en grind met een zelfde korrelver~deling gebruikt. De totale korrelverde-ling was volgens NEN 3532 'Hulpstof-fenvoor mortel enbeton' metmaximalekorrelgrootte 31,5 mmoDe consistentie werd voor elke samen-stelling zo goed mogelijk gelijk gehou-den door hetwatergehalte aan te passen.De zetmaat was 110 ? 120 mmoGegevens over de mengverhoudingenen de eigenschappen van de specie zijnin tabel 1bijeengebracht. In tabel 2wor-den de analyses van de vliegassen gege-ven,diewerdenverstrekt door de Vlieg-asunie. De opzet was dat de vliegassen Aen B minder dan 5% (m/m) gloeiverlies(koolstofj zouden hebben en vliegas Cmeer dan 5% (m/m). Bovendien zouvliegas B grover zijn dan A en C. Ditlaatste bleek niette zijn gerealiseerd. Uittabel 2 blijkt ondermeer dat voor de sa~menstellingen met vliegas wat minderwater nodig wasom dezelfde zetmaat teverkrijgen. Ditverschijnselisvoorgoedevliegassen bekend.DruksterkteDe kubusdruksterkte (150 mm ribleng-te) werd bepaald na 7 en 28 dagen ver-harden. De kubussen werden verdichtop een triltafel en de volgende dag ont-kist. Tot 7 dagen ouderdom werden de-ze in een vochtkamer (20 0C) bewaarden daarna bij 20 ?C en 65% RV. In tabel 3zijn de gemiddelde druksterkten en devolumieke massa'sgegeven. Metbetrek-king tot de druksterkte kan het volgen-de worden opgemerkt:- De vervanging van 40 kg/m3cementleidde in het algemeen tot een reduc-tie in de druksterkte en wel na 28 da-gen tot maximaal 6%. Deze tendenswas voor pc envoor hc niersignificantverschillend.- Bij vervanging van 80 kg/m3doorvliegas nam desterktereductie toe tot12%;- Er was geen significant verschil tussende drie vliegassen met betrekking totde druksterkte;- Het pvlegaftenopzichtevan het pc na28 dagen verharding een hogeredruksterkte (105%).Cement 1987 nr. 9ITabel 1Samenstellingen en eigenschappen vande betonspecies: gemiddelden van dedrie charges per samenstellingvolgnummerbetonsamenstellingmengverhoudingen enbetonspecie"eigenschappen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10berekend cementgehalte (kg/m3)pc-AENCI 323 282 282 283 240hc-ACEMIJ - - - - 323 283 282 282pvlc-A - - - - - - - - 322berekend vliegasgehalte (kg/m3)type A - 41 - - 83 - 42 - - -typeB - - 41 - - - 41 - -typeC - - - 41 - - - - 41 -toeslagmateriaal (kg/m3) 1876 1878 1880 1882 1878 1876 1887 1879 1880 1875water (liter/m3) 165 158 160 162 156 165 159 162 162 161water-cementfactor 0,51 0,56 0,57 0,57 0,65 0,51 0,56 0,57 0,57 0,50water-(cement + vliegas)factor - 0,49 0,50 0,50 0,48 - 0,49 0,50 0,50 -zetmaat (m) 0,11 0,10 0,11 0,10 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11schudmaat (m) 0,42 0,41 0,41 0,39 ?,41 0,43 0,41 0,42 0,39 0,43volumieke massa (kglm3) 2364 2360 2363 2367 2357 2364 2370 2364 2365 2385luchtgehalte (%) 2,1 2,3 2,0 1,6 2,4 1,7 1,3 1,4 1,5 2,1Tabel 2Analyses van de vliegassenvliegastypen A B C vliegastypen A B Cchemische gloeiverlies %(rn/m) 1,2 2,9 7,4samenstelling %(rn/m)Si02 55,7 52,5 53,7 6jnheidAl20 3 28,8 . 28,3 23,6 < 32 Ilm %(mim) 69 72,7 73,4Fe20 3 5,5 8,6 8,4 < 64 Ilm %(m/m) 89 85,8 84,8CaO 1,1 2,2 3,0MgD 0,8 1,5 1,4 speciflek oppervlakNap 0,4 1,2 0,5 (cm2/g) - 3300 2920K20 1,9 3,2 2,8Ti02 1,6 1,2 1,2P20S - 0,2 0,2S03 - 0,5 0,4Cl - 0,02 0,03Tabel 3Gemiddelde kubusdruksterkte (150 mmriblengte) na 7 dagen in vochtkamer en21 dagen bij 65 %RV~emperatuur20?C)nummer betonsamenstelling 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10cementsoort1l/vliegas pc"A I vliegas hc-A I vliegas pvlc"Ahoeveelheid (kg/m3) 320/0 280/40A 280/40B 280/40C 240/8OA 320/0 280/40A 280/40B 280/+0C 3207 dagendruksterkte (N/mm3) 31,5 29,2 30,3 29,3 25,9 29,5 28,0 26,0 -,29,1 34,2druksterkte (%) 100 93 96 93 82 100 95 88 99 109volumieke massa (kglm3) 2376 2380 2386 2389 2375 2377 2376 2371 2374 237728 dagendruksterkte (N/mm2) 46,7 44,7 44,7 43,8 40,9 42,2 39,7 39,6 42,3 49,0druksterkte (%) 100 96 96 94 88 100 94 94 100 1162)volumieke massa (kg/m3) 2348 2350 2343 2349 2335 2351 2360 2350 2348 2347I) Normsterkte cement, na 28 dagen verharding: pc-A 48,8 N/mm2; hc-A 50,1 N/mm2; pvcl-A 48,7 N/mm22) Ten opzichte van hc-A 320/0. Ten opzichte van pc-A 320/0 geldt 105 %Cement 1987 nr. 9 49IONDERZOEKVorstbestandheidDe vorstbestandheid is bepaald van ku-bussen (200 mm riblengte) nadat dezeover het afwerkvlak doormidden warengezaagd. (Deze kubussen waren op de-zelfde wijzeverdicht en nabehandeld alsdie voor de druksterkte.)Het betrof een zogenoemde eenzijdigevriesproef, waarbij het vorstfront vanaf??n zijde, bek?stingsvlak van 200 mm x200 mm, op het proefstuk inwerkte. D?proefwerd op zes weken ouderdom be-gonnen, door de proefstukken vanafdatmoment gedurende vier etmalen inwa-ter te plaatsen. E?n kubushelft werddaana aan de vriesproef onderworpenen de overeenkomstige andere helftwerd als referentie in water bewaard.Het vriezen vond plaats in circulerendelucht, waarbij in 1 ?2uureenluchttem-peratuur van -15?C werd bereikt. Hetdooienvond plaats door hetproefmate-riaal in water van ~15?C te plaatsen. Devriesfase duurde circa 16 uur, de dooifa-se circa 8 uur.Na 0, 6, 12 en 25 cyclussen werden vanalle proefstukkende massa en dezgn. re-sonantiefrequentie gemeten. Massaver-schillen geven het resultaat van vocht-veranderingen en materiaalverlies. Ditlaatste vond nagenoeg niet plaats. Uit deresonantiefrequentie kan de elastici-teitsmodulus ten opz?chtevan de begin-waarde worden berekend. Veranderin-gen daarin zijn het resulaat van verdereverharding, vochtverander?ngen eneventuele schade.Met de eenzijdige vriesproef kan hetvoor praktijkgevallen typische schade-beeld van afschilferen ofafzanden wor-den opgewekt. Na 25 cyclussen was ervrijwel geen schade z?chtbaar. Er wasslechts een zeer gering verl?es van ce-menthuid bij ??n van van de drie proef-stukkenvan samenstelling 4(280 kg/m3pc-A +40 kg/m3vl-C), alsmede verliesvan enkele scherfjes juist boven eengrindkorrel bij ??n proefstuk van sa~Tabel 4Gemiddelde resultaten na 2S cyclusseneenzijdig vriezen en dooienIDUURZAAMHEIDmenstelling 6 (320 kg/m3hc-A) en bijtwee proefstukken van samenstelling 9(280 kg/m3hc-A + 40 kg/m3vl-C).In tabel 4 wordt de relatieve elastici-teitsmodulus en de verzadigingsgraadna 25 cyclussen gegeven,gemiddeld vandrie proefstukken per samenstelling.H?eruit blijkt dat de verzadigingsgraadvan de niet-gevroren proefstukken inhet algemeen wat hoger was dan van degevroren proefstukken. Dit is verklaar-baargez?en het feit dat de niet-gevrorenproefstukken langer in water verblevendan de gevroren proefstukken, te weten24 uur ten opzichte van 8 uur per et-maal. De elasticiteitsmodulus was vanalle niet-gevroren proefstukken hogergeworden dan de beginwaarden, ten ge~volge van verdere verharding en water-opneming. Van de gevroren proefstuk-ken met pc en pvle was de elasticiteits-modulus eveneens toegenomen, maardie van de proefstukken met hoogoven-cement was iets afgenomen. Dit kanduiden op een zekere schade in het in-wendige van deze proefstukken. Er wasevenwel geen sprake van een.significantverschil tussen de drie typen vl?egas on-derling en tussen de proefstukken metvliegas ten opz?chte van de proefstuk-ken zonder vl?egas.Conclusie vorstbestandheidDe eindconclusie was daarom dat devervanging van een deel van het cementdoor de gegeven drie kwaliteiten vl?eg-as, alsmede hetgebru?kvan pvle, niet totvermindering in de vorstbestandheidheeft geleid ten opz?chte van de samen~stellingen zonder vliegas. Deze conclu-sie geldt zowel voor pc als he.Dooizout-vorstbestandheidDe weerstand tegen afwisselend bevrie-zen van een laagje leidingwater van2 mm dik op hetbetonoppervlakbij cir-ca -7 ?C en ontdooien daarvan bij dezetemperatuur door het opstrooien vankeukenzout (NaCl) in een hoeveelheidvan 550 gim2, werd bepaald voor het af-werkvlak van cilinders 0 150 mm x300 mm. Deze cil?nders werden op de-zelfdewijzeverdicht en nabehandeld alsde kubussen. Aan de afwerking van hette beproeven bovenvlakwerd echterbij-zondere aandacht geschonken. De bo-venvlakken werden 11/ 2 uur na het stor-ten afgewerkt met een plekspaan en na 2? 2t;2 uur vanafhet storten opnieuw, omde toen nog ontstane waterafscheidingte verwijderen.De vries-dooizoutproefwerd evenals devriesproef begonnen op zes weken ou-derdom, door de proefstukken eerst ge-durende vier etmalen in water te plaat-sen. Er werden vervolgens 25 cyclussenvolgens de boven omschrevenprocedu-re uitgevoerd. Per etmaal werd ??n cy-clus uitgevoerd. Het losgeraakte mate~riaal werd opgevangen, gedroogd en ge-wogen.De gemiddelde massaverliezen wordengrafisch voorgesteld in figuur 1voor pcen pvle en in figuur 2 voor he. Hieruitkan worden opgemaakt:- Zowel bij beton met pc als beton methc bleek het vervangen van een hoe-veelheid van 40 kg/m3cement doorvl?egas te leiden tot eerder optredenvan schade en na 25 cyclussen ookmeer schade dan bij het blanco beton.Diteffectwas echterhetduidelijkstbijhet beton met hc. Voorts was de scha-de door het vervangen van 80 kg/m3door vl?ega.s na 25 cyclussen groterdan bij 40 kg/m3vervanging.- De schade was bij het beton met hc na10 cyclussen groter dan bij het betonmet pc, echter na 25 cyclussen kleiner.- Het beton met pvle vertoonde onge~veer hetzelfde schadeverloop als hetbeton met pc, waarvan 40 kg/m3ce~ment was vervangen door vliegas.- Het massaverlies was van 20 naar 25cyclussen in het algemeen geringerdan van 10 naar 15, respectievelijk 15numm.er betonsamenstelling 1 2 3 4 S 6 7 8 9 10cementsoort/vUegas pc-A / vliegas hc-A / vliegas pvlc-Ahoeveelheid (kg/m3) 320/0 280/40A 280/40B 280/40C 240/80A 320/0 280/40A 280/40B 280/40C 320-,relatieve E-modules (%)gevroren proefstukken 1,02 1,02 1,02 1,02 1,03 0,99 0,99 0,99 0,98 1,02niet-gevroren proefstukken 1,04 1,05 1,04 1,04 1,05 1,03 1,03 1,03 1,02 1,04verzadigingsgraad 1)gevroren proefstukken 0,72 0,82 0,78 0,81 0,80 0,82 0,84 0,88 0,84 0,87niet-gevroren proefstukken 0,84 0,85 0,88 0,88 0,82 0,82 0,87 0,87 0,87 0,861) berekend met behulp van het pori?ngehalte dat aan aparte proefstukken met dezelfde samenstelling was bepaald50 Cement 1987 nr. 9255000cement vliegas(kg/m3) (kg/m3)4000320 he-A ~280 he-? 4IJA280 he-A 4IJB 1:.--4280 he-A 4IJC 0---0~ 3000-0\lil~2000'-QJ>rolillil~1000r20 25 0 5 10 15 20~aantal cyclussen15cement vliegasIkg/m3) Ikg/m3)320 pc-A----280 pc-A 4IJA X--x280 pc-A 4IJB ~!J.280 pc-A 40 C O--D240 pe-A 80 A 0----0320 pvle-A