I IONDERZOEK IBETONTECBNOLOGIE IBETONPETROGRAFIEMICROSCOPISCH ONDERZOEKVANBETON.dr.E.Soers, en Uc M.Meyskens, GEOS Onderzoeks- en Controlelaboratorium, Wellen (Belgi?)Kwaliteitsverbetering op het gebied van duurzaam beton vereist multidisciplinaironderzoek. In deze bijdrage wordt een minder klassieke onderzoektechniek opverhard beton behandeld: de betonpetrografle ofhet microscopisch onderzoek vanbeton. Deze is afgeleid van de petrografie van de natuurlijke verharde gesteenten. InBelgi? wordt sinds een paarjaar de betonpetrografie aangewend in het onderzoekvan betonschade en in de kwaliteitscontrole. Enkele voorbeelden uit de praktijkworden gegeven. Met name voor het herkennen van de alkali-silicareactie blijkt demethode zeer geschikt.Beton is een kunstmatig conglo-meraat, samengesteld uit mine-? ralen en gesteenten die bewezenhebben in hun natuurlijke omgevingeen goede tot uitstekende weerstand te~gen verwering te bezitten. Ze wordenaan elkaar gekit door een hydraulischbindmiddel (cement), eveneens van mi-nerale oorsprong. De duurzaamheidvan hetverharde betonzal bepaald wor-den door de weerstand van deze beidehoofdbestanddelen tegen fysisch-che-mische invloeden(spanningen,vochtig-heid, agressieve omgeving, temperatuure.d.) maar ook aan eventuele inwerkingop elkaar.Aangezien beton weinig verschilt vaneen natuurlijk gesteente wat betreft li-thologische samenstelling en de verwe-ringsprocessen vergelijkbaar zijn, is hetvoor de hand liggend dat onderzoek-technieken uit de geologie ook op ver-hard beton toegepastworden. E?n daar~van is de petrografie. De petrografie isde wetenschappelijke discipline die desystematische beschrijving van de na-*Bij het gebruikvan deze microscopische tech-niek spelen kleur en kleurschakeringen eengrote rol. De zwart~witopnamen die bij dezebijdr?ge horen, geven derhalve niet steeds per-fect de visuele waarnemingen weer.Enkele op-namen met de fluorescentie-microscoop zijngeselecteerd voor het gebruik van eensteunkleur, waarmee deweergave al aanzienlijkwordt verbeterd.** In dejaren '70 is in Nederland deze methodedoor BNC gebruikt, met name voor het vast-stellen van het luchtgehalte van beton, onderandere ten behoeve van onderzoek naar schadeaan betonwegen (Redactie).16tuurlijke gesteenten als onderwerpheeft. Deze beschrijving is gebaseerd opmacroscopische waarnemingen envooral op onderzoek door middel vande polarisatiemicroscoop.*OntwikkeUng van de betonpetro-grafieWellicht omwille van de grote litholo-gische diversiteit van gesteenten die be-staat in de Verenigde Staten, werdendaar reeds veertigjaar geleden [1, 2] pe-trografische richtlijnen voor het onder-zoekvan aggregaten enbeton geformu-leerd. Later kwamen ook ASTM-nor-men [3,4] totstand.InEuropawordtde-ze onderzoekmethode nog niet alge~meen toegepast. In Zwitserland [6] enDenemarken [7] waar zich specifiekeproblemen in verband met duurzaam-heid van beton voordeden (vorstschade,alkali-silicareactie), werd sinds meerdan eendecennium debetonpetrografieals een belangrijk hulpmiddel in dekwaliteitscontrole ontwikkeld**. Ookin Belgi? wordt sinds 1986 betonpetro-grafie aangewend in het onderzoekvanbetonschade en in kwaliteitscontrole.Een petrografisch onderzoek kan wor-den uitgevoerd op monsters van geringeafmetingen; een klein handstuk of eenboorkern met diameter 5 ? 6 cm kanvolstaan. De afmetingen van de mon-sters en de daaruit vervaardigde slijp-plaatjes (zie verder) zouden aanleidingkunnen geven tot kritische bedenkin-gen omtrentde representativiteitvan deconclusies uiteen microscopischonder-zoek afgeleid. Om tot representatieveonderzoekresultaten te komen, zekerwanneer hetgaatomeenschadediagno-se, is het bij de monstername noodzake-lijk op een oordeelkundige wijze reke-ning te houden met- de zichtbare of gekende ruimtelijkedifferentiaties in kwaliteit van het be-ton;- de informatie verstrekt door bouw~kundigen verantwoordelijk voor ont-werp, constructie en onderhoud;- de microklimatologische omstandig-heden (neerslag, relatieve vochtig-heid, blootstelling aan vorstwerking)waaraan de betonconstructie of be-paalde delen ervan zijn onderworpen;- de eventuele invloed van aantastingdoor chemicali?n of luchtverontrei-mgmg.Het aantalproefstukkenen microscopi-sche preparaten hieruit vervaardigd isuiteraard afhankelijk van velerlei facto-ren.Twee?drieslijpplaatjesblijkenech-ter een minimum te zijn.Bijvoldoende grote afmetingen van hetproefstuk, omvat een petrografisch on-derzoek zowel een macroscopische alseen microscopische analyse. Beide ana-lyses hebben uitsluitend te maken metvisuele waarnemingen en vertonen eendrievoudig aspect:a. kwalitatieve bepaling en omschrij-vingvan deverschillende componen-ten en microstructuren;b. kwantitatieve bepaling volgens stan-daardprocedure van hun relatievehoeveelheid en frequentie;c. interpreteren en relateren van dewaarnemingen onder a. en b. in func-tie van fysisch-chemische omstan-digheden en mechanische invloeden.Cement 1987 nr. 11I IONDERZOEK IBETONTECBNOLOGIE IBETONPETROGRAFIEMICROSCOPISCH ONDERZOEKVANBETON.dr.E.Soers, en Uc M.Meyskens, GEOS Onderzoeks- en Controlelaboratorium, Wellen (Belgi?)Kwaliteitsverbetering op het gebied van duurzaam beton vereist multidisciplinaironderzoek. In deze bijdrage wordt een minder klassieke onderzoektechniek opverhard beton behandeld: de betonpetrografle ofhet microscopisch onderzoek vanbeton. Deze is afgeleid van de petrografie van de natuurlijke verharde gesteenten. InBelgi? wordt sinds een paarjaar de betonpetrografie aangewend in het onderzoekvan betonschade en in de kwaliteitscontrole. Enkele voorbeelden uit de praktijkworden gegeven. Met name voor het herkennen van de alkali-silicareactie blijkt demethode zeer geschikt.Beton is een kunstmatig conglo-meraat, samengesteld uit mine-? ralen en gesteenten die bewezenhebben in hun natuurlijke omgevingeen goede tot uitstekende weerstand te~gen verwering te bezitten. Ze wordenaan elkaar gekit door een hydraulischbindmiddel (cement), eveneens van mi-nerale oorsprong. De duurzaamheidvan hetverharde betonzal bepaald wor-den door de weerstand van deze beidehoofdbestanddelen tegen fysisch-che-mische invloeden(spanningen,vochtig-heid, agressieve omgeving, temperatuure.d.) maar ook aan eventuele inwerkingop elkaar.Aangezien beton weinig verschilt vaneen natuurlijk gesteente wat betreft li-thologische samenstelling en de verwe-ringsprocessen vergelijkbaar zijn, is hetvoor de hand liggend dat onderzoek-technieken uit de geologie ook op ver-hard beton toegepastworden. E?n daar~van is de petrografie. De petrografie isde wetenschappelijke discipline die desystematische beschrijving van de na-*Bij het gebruikvan deze microscopische tech-niek spelen kleur en kleurschakeringen eengrote rol. De zwart~witopnamen die bij dezebijdr?ge horen, geven derhalve niet steeds per-fect de visuele waarnemingen weer.Enkele op-namen met de fluorescentie-microscoop zijngeselecteerd voor het gebruik van eensteunkleur, waarmee deweergave al aanzienlijkwordt verbeterd.** In dejaren '70 is in Nederland deze methodedoor BNC gebruikt, met name voor het vast-stellen van het luchtgehalte van beton, onderandere ten behoeve van onderzoek naar schadeaan betonwegen (Redactie).16tuurlijke gesteenten als onderwerpheeft. Deze beschrijving is gebaseerd opmacroscopische waarnemingen envooral op onderzoek door middel vande polarisatiemicroscoop.*OntwikkeUng van de betonpetro-grafieWellicht omwille van de grote litholo-gische diversiteit van gesteenten die be-staat in de Verenigde Staten, werdendaar reeds veertigjaar geleden [1, 2] pe-trografische richtlijnen voor het onder-zoekvan aggregaten enbeton geformu-leerd. Later kwamen ook ASTM-nor-men [3,4] totstand.InEuropawordtde-ze onderzoekmethode nog niet alge~meen toegepast. In Zwitserland [6] enDenemarken [7] waar zich specifiekeproblemen in verband met duurzaam-heid van beton voordeden (vorstschade,alkali-silicareactie), werd sinds meerdan eendecennium debetonpetrografieals een belangrijk hulpmiddel in dekwaliteitscontrole ontwikkeld**. Ookin Belgi? wordt sinds 1986 betonpetro-grafie aangewend in het onderzoekvanbetonschade en in kwaliteitscontrole.Een petrografisch onderzoek kan wor-den uitgevoerd op monsters van geringeafmetingen; een klein handstuk of eenboorkern met diameter 5 ? 6 cm kanvolstaan. De afmetingen van de mon-sters en de daaruit vervaardigde slijp-plaatjes (zie verder) zouden aanleidingkunnen geven tot kritische bedenkin-gen omtrentde representativiteitvan deconclusies uiteen microscopischonder-zoek afgeleid. Om tot representatieveonderzoekresultaten te komen, zekerwanneer hetgaatomeenschadediagno-se, is het bij de monstername noodzake-lijk op een oordeelkundige wijze reke-ning te houden met- de zichtbare of gekende ruimtelijkedifferentiaties in kwaliteit van het be-ton;- de informatie verstrekt door bouw~kundigen verantwoordelijk voor ont-werp, constructie en onderhoud;- de microklimatologische omstandig-heden (neerslag, relatieve vochtig-heid, blootstelling aan vorstwerking)waaraan de betonconstructie of be-paalde delen ervan zijn onderworpen;- de eventuele invloed van aantastingdoor chemicali?n of luchtverontrei-mgmg.Het aantalproefstukkenen microscopi-sche preparaten hieruit vervaardigd isuiteraard afhankelijk van velerlei facto-ren.Twee?drieslijpplaatjesblijkenech-ter een minimum te zijn.Bijvoldoende grote afmetingen van hetproefstuk, omvat een petrografisch on-derzoek zowel een macroscopische alseen microscopische analyse. Beide ana-lyses hebben uitsluitend te maken metvisuele waarnemingen en vertonen eendrievoudig aspect:a. kwalitatieve bepaling en omschrij-vingvan deverschillende componen-ten en microstructuren;b. kwantitatieve bepaling volgens stan-daardprocedure van hun relatievehoeveelheid en frequentie;c. interpreteren en relateren van dewaarnemingen onder a. en b. in func-tie van fysisch-chemische omstan-digheden en mechanische invloeden.Cement 1987 nr. 11Opnatne met fluorescentiemicroscoopvan een slijpplaatje vervaardigd uit eenmonster afkomstig uit een betonweg,met uiterlijk zichtbare vorstschade. Hettoevoegen van aanmaakwateronmiddel-lijkvoorhetstortenheeft de vormingvaneen heterogene cementsteen tot gevolggehad. Resten van de oorspronkelijke ce-mentpasta met lage water-cementfactor(C-) wisselen af met poreuze zones methoge water-cementfactor (C+). In dezezones metgeringere mechanische sterktezullen zich bij voorkeur eventuele mi-croscheurtjes ontwikkelen (pijltje).K == kwartszandkorrelsafmeting gefotografeerd oppervlak:1,4 x 0,9 mm2?Vervaardigen van een slijpplaatjeuit een monstervan 30 /lm(0,03 mm).Hetgeheelwordtafgedekt door een dekglaasje.3 Onderzoek met eenpolisarisatiemicroscoopEen slijpplaatje beton met eendikte van 30 !!m kan wordenbestudeerd met doorvallend lichtDe microscopische analysewordtuitge-voerd op slijpplaatjes door middel vaneenpolarisatiemicroscoop.Dezeonder-Macroscopische analyse zoektechniek wordt reeds sinds het ein-de van de vorige eeuw door geologengebruikt bij de studie van natuurlijkeIndien vorm en afmetingen van het gesteenten. Voor het vervaardigen van Hetbetonis nuhalf-transparantgewor-monster het toelaten, begint het petro- een slijpplaatje wordt uit het beton een den (foto 2) en kan in doorvallend lichtgrafisch onderzoek met een macrosco- blokje gezaagd met afmetingen 50 x bestudeerd worden. Het bekomen vanpische analyse van een (eventueel gepo- 30 mm en een dikte van ongeveer 10 ? een gelijkmatige dikte van 30 /lm islijste) doorsnede van het beton. Deze 15 mm.Ditblokjewordtondervacuum noodzakelijk omdat aldus de verschil-analyse bestaat uit een visuele waarne- ge?mpregneerd met een epoxyhars dat lende oorspronkelijke en secundair ge-ming met het blote oog of bij geringe drager is vaneen fluorescerende kleur~ vormde mineralen kunnen worden ge-vergroting doormiddelvaneenloupeof stof. Het ge?mpregneerde vlak wordt detennineerd aandehandvanhunopti-stereomicroscoop (10 tot 50 x). Om de verder gepolijst en op een draagglaasje sche eigenschappen.structuurkenmerken beter tot uiting te gelijmd. Vervol~ens wordt het door za- De microscoop die wordt gebruikt isbrengen, kan het oppervlak met fluo~ gen en slijpen (foto 1) teruggebracht tot een onderzoeksmicroscoop lfoto 3) uit-rescerende hars worden ge?mpreg- een schijfje met een uiteindelijke dikte gerust met twee polarisatoren. Deze be-neerd, en onder UV-lichtworden beke- .---~-----~-------r-~--~----~------lken. De informatie door deze analysevergaard zal bij de uiteindelijke inter-pretatie nuttig blijken te zijn.- aggregaten: aard, overheersendevorm, hoeveelheid, homogeniteit vande steenfractie;- cementsteen: kleur, homogeniteit,carbonatatiediepte (bepaald doormiddel van phenolphtale?netest);- pori?n: de hoeveelheid visueel waar-neembare pori?n geeft een indicatiein verband met de verdichting;- scheuren: ori?ntatie en spreiding vande visueel waarneembare scheuren;~ zichtbare verweringsverschijnselen:oppervlakkige afschilfering, roestvor-ming aan wapening, tekenen van al-kali-silicareactie (gelvorming).Microscopische analyseCement 1987 nr. 11 17Opnatne met fluorescentiemicroscoopvan een slijpplaatje vervaardigd uit eenmonster afkomstig uit een betonweg,met uiterlijk zichtbare vorstschade. Hettoevoegen van aanmaakwateronmiddel-lijkvoorhetstortenheeft de vormingvaneen heterogene cementsteen tot gevolggehad. Resten van de oorspronkelijke ce-mentpasta met lage water-cementfactor(C-) wisselen af met poreuze zones methoge water-cementfactor (C+). In dezezones metgeringere mechanische sterktezullen zich bij voorkeur eventuele mi-croscheurtjes ontwikkelen (pijltje).K == kwartszandkorrelsafmeting gefotografeerd oppervlak:1,4 x 0,9 mm2?Vervaardigen van een slijpplaatjeuit een monstervan 30 /lm(0,03 mm).Hetgeheelwordtafgedekt door een dekglaasje.3 Onderzoek met eenpolisarisatiemicroscoopEen slijpplaatje beton met eendikte van 30 !!m kan wordenbestudeerd met doorvallend lichtDe microscopische analysewordtuitge-voerd op slijpplaatjes door middel vaneenpolarisatiemicroscoop.Dezeonder-Macroscopische analyse zoektechniek wordt reeds sinds het ein-de van de vorige eeuw door geologengebruikt bij de studie van natuurlijkeIndien vorm en afmetingen van het gesteenten. Voor het vervaardigen van Hetbetonis nuhalf-transparantgewor-monster het toelaten, begint het petro- een slijpplaatje wordt uit het beton een den (foto 2) en kan in doorvallend lichtgrafisch onderzoek met een macrosco- blokje gezaagd met afmetingen 50 x bestudeerd worden. Het bekomen vanpische analyse van een (eventueel gepo- 30 mm en een dikte van ongeveer 10 ? een gelijkmatige dikte van 30 /lm islijste) doorsnede van het beton. Deze 15 mm.Ditblokjewordtondervacuum noodzakelijk omdat aldus de verschil-analyse bestaat uit een visuele waarne- ge?mpregneerd met een epoxyhars dat lende oorspronkelijke en secundair ge-ming met het blote oog of bij geringe drager is vaneen fluorescerende kleur~ vormde mineralen kunnen worden ge-vergroting doormiddelvaneenloupeof stof. Het ge?mpregneerde vlak wordt detennineerd aandehandvanhunopti-stereomicroscoop (10 tot 50 x). Om de verder gepolijst en op een draagglaasje sche eigenschappen.structuurkenmerken beter tot uiting te gelijmd. Vervol~ens wordt het door za- De microscoop die wordt gebruikt isbrengen, kan het oppervlak met fluo~ gen en slijpen (foto 1) teruggebracht tot een onderzoeksmicroscoop lfoto 3) uit-rescerende hars worden ge?mpreg- een schijfje met een uiteindelijke dikte gerust met twee polarisatoren. Deze be-neerd, en onder UV-lichtworden beke- .---~-----~-------r-~--~----~------lken. De informatie door deze analysevergaard zal bij de uiteindelijke inter-pretatie nuttig blijken te zijn.- aggregaten: aard, overheersendevorm, hoeveelheid, homogeniteit vande steenfractie;- cementsteen: kleur, homogeniteit,carbonatatiediepte (bepaald doormiddel van phenolphtale?netest);- pori?n: de hoeveelheid visueel waar-neembare pori?n geeft een indicatiein verband met de verdichting;- scheuren: ori?ntatie en spreiding vande visueel waarneembare scheuren;~ zichtbare verweringsverschijnselen:oppervlakkige afschilfering, roestvor-ming aan wapening, tekenen van al-kali-silicareactie (gelvorming).Microscopische analyseCement 1987 nr. 11 17AggregatenHet bestudeerde oppervlak in een slijp-plaatje is te klein om een representatiefbeeld van desteetifractie te geven. Symp-tomen van bepaalde kwaliteitsgebrekenkunnen echter wel tot uiting komen,ondermeer krimp (foto 5)ofvorstschade(aanwezigheid van scheurtjes, klei- ofschieferlenzen in stenen).Van de zandftactie wordt een meer re-Hiernavolgt een overzichtvan de infor-matie die kan worden verkregen doorhet gecombineerd microscopisch on-derzoek (polarisatie + fluorescentie)zoals hierboven beschreven.~ANALYSATOR .inbouwen van geschikte filters kan depolarisatiemicroscoop eveneens voorwaarnemingen met fluorescentie wor-den aangewend.4Schema van eenpolarisatiemicroscoop5 Gebrekkige hechting vancementsteen aan een krimpendeaggregaatkorrel (A) zoals deze tot?.uiting komt onder deflnorescentiemicroscoopzitten de eigenschap licht door te latendat slechts in ??n vlak trilt. Het slijp-plaatje bevindt zich tussen deze tweepolarisatoren (polarisator en analysatorgenoemd) waarvan de trillingsvlakkenloodrecht op elkaar zijn geori?nteerd(foto 4). Waarnemingen kunnen gebeu-ren bij enkelvoudig gepolariseerd licht(alleen onderste polarisator ingescha-keld) ofbijgekruiste polarisatoren.Dezetwee belichtingswijzenstelleneengeoe-fend petrograaf in staat de mineralecomponenten te determineren aan dehand van hun kristallografische enopti-sche kenmerken (vorm, splijting, eigenkleur, pleochro?sme, interferentiekleur,e.d.).Niet alleen de mineralen van de aggre-gaatfractie kunnen met polarisatiemi-croscopie worden gedetermineerd,maar ook de cementcomponentenevenals de secundaire produkten dieontstaan door verwering of omzetting,zoalscalciumhydroxyde (portlandiet),calciet, ettringiet. De vergrotingen va-ri?ren 10 x tot 500 x, zodat zowel over-zichts-als detailwaarnemingen moge-lijk zijn.Door het onder vacuum impregnerenvan het proefstuk met fluorescerendepoxyhars worden microstructuren(holten, pori?n en scheurtjes) opgevuld.Deze worden duidelijk zichtbaar ondereen fluorescentiemicroscoop. Door hetL.,...,~~~~~~~~~....I_O_ND~E_RZ_~O_EK~~~~~~IBETONTECHNOLOGIE6 9 Beton met hoogovencement- in gewoon doorvallend licht.Bij geringe ver~oting(foto 6,vergroting 32 x) is geen differentiatie inde cementsteen zichtbaar. Bijtoenemende vergroting worden deniet-gehydrateerde portland- enslakkorrels zichtbaar (foto's 7-9,vergroting: 63 x, 200 x, 500 x).A = aggregaatkorrelsP = portlandklinkerS = hoogovenslakOok de componenten van deportlandklinker (hier C3S en C4AF)worden herkend18 Cement 1987 nr. 11AggregatenHet bestudeerde oppervlak in een slijp-plaatje is te klein om een representatiefbeeld van desteetifractie te geven. Symp-tomen van bepaalde kwaliteitsgebrekenkunnen echter wel tot uiting komen,ondermeer krimp (foto 5)ofvorstschade(aanwezigheid van scheurtjes, klei- ofschieferlenzen in stenen).Van de zandftactie wordt een meer re-Hiernavolgt een overzichtvan de infor-matie die kan worden verkregen doorhet gecombineerd microscopisch on-derzoek (polarisatie + fluorescentie)zoals hierboven beschreven.~ANALYSATOR .inbouwen van geschikte filters kan depolarisatiemicroscoop eveneens voorwaarnemingen met fluorescentie wor-den aangewend.4Schema van eenpolarisatiemicroscoop5 Gebrekkige hechting vancementsteen aan een krimpendeaggregaatkorrel (A) zoals deze tot?.uiting komt onder deflnorescentiemicroscoopzitten de eigenschap licht door te latendat slechts in ??n vlak trilt. Het slijp-plaatje bevindt zich tussen deze tweepolarisatoren (polarisator en analysatorgenoemd) waarvan de trillingsvlakkenloodrecht op elkaar zijn geori?nteerd(foto 4). Waarnemingen kunnen gebeu-ren bij enkelvoudig gepolariseerd licht(alleen onderste polarisator ingescha-keld) ofbijgekruiste polarisatoren.Dezetwee belichtingswijzenstelleneengeoe-fend petrograaf in staat de mineralecomponenten te determineren aan dehand van hun kristallografische enopti-sche kenmerken (vorm, splijting, eigenkleur, pleochro?sme, interferentiekleur,e.d.).Niet alleen de mineralen van de aggre-gaatfractie kunnen met polarisatiemi-croscopie worden gedetermineerd,maar ook de cementcomponentenevenals de secundaire produkten dieontstaan door verwering of omzetting,zoalscalciumhydroxyde (portlandiet),calciet, ettringiet. De vergrotingen va-ri?ren 10 x tot 500 x, zodat zowel over-zichts-als detailwaarnemingen moge-lijk zijn.Door het onder vacuum impregnerenvan het proefstuk met fluorescerendepoxyhars worden microstructuren(holten, pori?n en scheurtjes) opgevuld.Deze worden duidelijk zichtbaar ondereen fluorescentiemicroscoop. Door hetL.,...,~~~~~~~~~....I_O_ND~E_RZ_~O_EK~~~~~~IBETONTECHNOLOGIE6 9 Beton met hoogovencement- in gewoon doorvallend licht.Bij geringe ver~oting(foto 6,vergroting 32 x) is geen differentiatie inde cementsteen zichtbaar. Bijtoenemende vergroting worden deniet-gehydrateerde portland- enslakkorrels zichtbaar (foto's 7-9,vergroting: 63 x, 200 x, 500 x).A = aggregaatkorrelsP = portlandklinkerS = hoogovenslakOok de componenten van deportlandklinker (hier C3S en C4AF)worden herkend18 Cement 1987 nr. 1110 11Opnamen met- fluorescentie vanbetonmonsters met water-cementfactor0,40 (foto 10) en 0,55 (foto 11). Detoename in capillaire porositeit komttot uiting in de sterkere fluorescentievan de cementsteen (C).K == kwartszandkorrelpresentatief beeld verkregen. Men be-paalt de mineralogische aard, de over-heersende korrelvorm endehomogeni-teit. Ook de korrels die gevoelig zijnvoor alkali-silicareactie kunnen, mitsenige ervaring, herkend worden: hetgaat hier om bepaalde microkristallijneof amorfe vari?teiten van Si02 (silex,calcedoon, opaal).CementsteenTijdens de hydraulische reactie wordende cementcomponenten omgezet toteen gel dat door middel van klassiekeoptische microscopie weinig differen-tieerbaar is. zelden echter is de hydrata-tie volledig; de niet gehydrateerde kor-rels blijven zichtbaar, zodat men in hetslijpplaage een idee verkrijgtvan de hy-dratatiegraad en van het type cement(foto's 6-9). Het is inderdaad mogelijk,bij voldoende vergroting, verscheideneminerale componenten van port-landklinker te herkennen: C3S (aliet),C2S (beliet), C4AF (ferriet) evenalshoogovenslak en vliegas. Ook het doorCement 1987 nr. 1112 13Beton met? - niet-homogenecementsteen als gevolg van laattijdigtoevoegen van aanmaakwater. Bijgewoon licht (foto 12) kan men eendic~tere, minder sterk gehydrateerdezone (in het centrum) onderscheidenvan een lichtere (aan de randen). Dehydratatie gevormde calciumhydroxide(portlandiet) en zijn omzetting tot cal-ciet in de carbonatatiezone is duidelijkzichtbaar.Met behulp van de fluorescentiemi-croscopie kan men tot een vrij nauw-keurige bepaling van de water-cement-factor in een verhard beton komen. Eentoenemende hoeveelheid aanmaakwa-ter veroorzaakt immers een recht even~redige toenamevan de capillaire porosi-teit van de cementsteen. De waargeno-men intensiteit van fluorescentie is eenmaat voor de hoeveelheid fluoresceren-de epoxy die in de capillaire pori?n isge-drongen, en dus ook voor de water-ce-mentfactor (foto's 10-11). Door vergelij-king met standaardmonsters kan de wa-ter-cementfactor worden bepaald inbeton van onbekende samenstelling. Inhet bereik 0,35-0,65 kan deze bepalinggeschieden met een nauwkeurigheidvan +/- 0,03. Bij hogere water-ce-mentverhoudingen neemt de nauw-keurigheid enigszins af.opname met fluorescentie (foto 13)toont duidelijk de overeenstemmendedonkere zone met zeer lage (W-) enlichtere zone met ho~ewater-cementfactor (W+).K == kwartszandkorrelHomogeniteitDe fluorescentiemicroscopie stelt onsbovendien in staat de homogeniteit vande cementsteen te controleren. Kwali-teitstekorten, zoals gebrek aan homoge-niteit veroorzaakt door onvoldoendemengtijd ofdoor laattijdig toegevenvanaanmaakwater, worden zichtbaar (fo-to's 12-13).MicroscheurenDe fluorescentiemicroscopie maaktmicroscheuren tot een breedte van en-kele micron waarneembaar (foto 14).Hun morfologie en verloop kan eenaanwijzing geven voor hun ontstaan.Scheuren die door cementsteen en ag-gregaatkorrels lopen, wijzen op eenont-staan in een verhard beton. Wanneer zedaarentegen worden gevormd in jongbeton (ten gevolge van krimp ofuitdro-ging) lopen ze om de korrels heen. Viascheuren loodrecht op het betonopper~vlak (dikwijls onzichtbaarvoor hetbloteoog) bemerkt men vaak dat de carbona-1910 11Opnamen met- fluorescentie vanbetonmonsters met water-cementfactor0,40 (foto 10) en 0,55 (foto 11). Detoename in capillaire porositeit komttot uiting in de sterkere fluorescentievan de cementsteen (C).K == kwartszandkorrelpresentatief beeld verkregen. Men be-paalt de mineralogische aard, de over-heersende korrelvorm endehomogeni-teit. Ook de korrels die gevoelig zijnvoor alkali-silicareactie kunnen, mitsenige ervaring, herkend worden: hetgaat hier om bepaalde microkristallijneof amorfe vari?teiten van Si02 (silex,calcedoon, opaal).CementsteenTijdens de hydraulische reactie wordende cementcomponenten omgezet toteen gel dat door middel van klassiekeoptische microscopie weinig differen-tieerbaar is. zelden echter is de hydrata-tie volledig; de niet gehydrateerde kor-rels blijven zichtbaar, zodat men in hetslijpplaage een idee verkrijgtvan de hy-dratatiegraad en van het type cement(foto's 6-9). Het is inderdaad mogelijk,bij voldoende vergroting, verscheideneminerale componenten van port-landklinker te herkennen: C3S (aliet),C2S (beliet), C4AF (ferriet) evenalshoogovenslak en vliegas. Ook het doorCement 1987 nr. 1112 13Beton met? - niet-homogenecementsteen als gevolg van laattijdigtoevoegen van aanmaakwater. Bijgewoon licht (foto 12) kan men eendic~tere, minder sterk gehydrateerdezone (in het centrum) onderscheidenvan een lichtere (aan de randen). Dehydratatie gevormde calciumhydroxide(portlandiet) en zijn omzetting tot cal-ciet in de carbonatatiezone is duidelijkzichtbaar.Met behulp van de fluorescentiemi-croscopie kan men tot een vrij nauw-keurige bepaling van de water-cement-factor in een verhard beton komen. Eentoenemende hoeveelheid aanmaakwa-ter veroorzaakt immers een recht even~redige toenamevan de capillaire porosi-teit van de cementsteen. De waargeno-men intensiteit van fluorescentie is eenmaat voor de hoeveelheid fluoresceren-de epoxy die in de capillaire pori?n isge-drongen, en dus ook voor de water-ce-mentfactor (foto's 10-11). Door vergelij-king met standaardmonsters kan de wa-ter-cementfactor worden bepaald inbeton van onbekende samenstelling. Inhet bereik 0,35-0,65 kan deze bepalinggeschieden met een nauwkeurigheidvan +/- 0,03. Bij hogere water-ce-mentverhoudingen neemt de nauw-keurigheid enigszins af.opname met fluorescentie (foto 13)toont duidelijk de overeenstemmendedonkere zone met zeer lage (W-) enlichtere zone met ho~ewater-cementfactor (W+).K == kwartszandkorrelHomogeniteitDe fluorescentiemicroscopie stelt onsbovendien in staat de homogeniteit vande cementsteen te controleren. Kwali-teitstekorten, zoals gebrek aan homoge-niteit veroorzaakt door onvoldoendemengtijd ofdoor laattijdig toegevenvanaanmaakwater, worden zichtbaar (fo-to's 12-13).MicroscheurenDe fluorescentiemicroscopie maaktmicroscheuren tot een breedte van en-kele micron waarneembaar (foto 14).Hun morfologie en verloop kan eenaanwijzing geven voor hun ontstaan.Scheuren die door cementsteen en ag-gregaatkorrels lopen, wijzen op eenont-staan in een verhard beton. Wanneer zedaarentegen worden gevormd in jongbeton (ten gevolge van krimp ofuitdro-ging) lopen ze om de korrels heen. Viascheuren loodrecht op het betonopper~vlak (dikwijls onzichtbaarvoor hetbloteoog) bemerkt men vaak dat de carbona-19'--__~ ~I~O~ND~~E_RZ__O_E-K-_-~~~IBETONTECHNOLOGIE14 Microscheuren gevonnd in jongbeton. Opname metfluorescentieC = cementsteenK = kwartszandkorrel15 Beton met een dunnecarbonatatiezone aan hetoppervlak (Cat), zichtbaar als eendoukere verkleuring vandecetnentsteen. Langs een scheur dringtde carbonatatie (Ca2) echter vrij diepdoor. Opname met gekruistepolarisatorentatie lokaal vry'i' diep in het beton door-dringt (foto 15 .Macropori?nElk beton bevat pori?n. Ze geven eenbeeld van de verdichting van het mate-riaal. Naast deze compactiepori?n treftmen vaak in waterrijke mengsels 'wa-terpori?n' aan, waar de overvloed aanaanmaakwater zich concentreerde. Zezijn ..duidelijk te onderscheiden doorhun wazige randen. Wanneer pori?nkunstmatig zijn ingebracht door toe-voeging van een luchtbelvormer, kanmicroscopisch een kwalitatieve enkwantitatieve controle worden uitge-voerd. Deze methode wordt uitvoerigbeschreven in ASTM 457 [5].Secundaire omzettingsproduktenDe produkten die door hydratatie ofverwering worden gevormd, komendikwijls fyn verdeeeld voor in de ce-mentsteen. Wanneer de relatieve voch-tigheid in het beton echter voldoendehoog is, kunnen ze in opgeloste vormliligreren naar open ruimten en spletenwaar ze rekristalliseren. Dit is ondermeer het geval met calciumhydroxide,ettringiet lfoto 21) en gips.ToepassingenSchadediagnoseDe betonpetrografie leent zich uitste-kend voor routineonderzoek van betondatzichtbare schadeenkwaliteitsgebre-ken vertoont. De microscopische analy-se in het bijzonder verschaft informatiemet betrekking tot de kwalitatieve as-pecten van samenstelling, produktie enverwerking van een betonmengsel. Bijschadeverschijnselen zoals abnormalescheurvorming, oppervlakkige afschil-fering, sterke verwering al dan niet ver-gezeld van wapeningscorrosie, is het inde eerste plaats van groot belang dekwaliteitsgebreken te kennen die alsoorzaak kunnen worden aangewezen.20Hetrelaterenvande onderzoeksresulta-ten van de microscopische analyse metde macroscopische waarnemingen enmet de fysische en chemische invloedenwaaraan het materiaal is blootgesteld,verschaft inzicht in het verweringspro-ces, wat bij een verantwoorde herstel-ling ofrenovatie onontbeerlijk is.KwaliteitscontroleOp basis van ervaring en systematischonderzoek volgens standaardprocedu-res is het mogelijk de betonpetrografiein te schakelen als routinematige kwali-teitscontrole vanjong beton (enkele da-gen oud), complementairaandeklassie-ke proefmethodes. Criteria zoals:- kwaliteit van de aggregaten,- frequentie van microscheuren,- structuur van het pori?nsysteem,- hechting cementsteen - aggregaten,- capillaire porositeit en homogeniteitvan de cementsteen,leveren een waardevolle bijdrage omkwaliteit en te verwachten duurzaam-heid van klassieke of speciale beton-mengsels te evalueren.Een aantal petrografische analyses vanmonsters beton, op basis van klassiekeen speciale cementsoorten, heeft aange-toond dat in de meeste gevallen een vrijnauwkeurige bepaling van de cement-hoeveelheid mogelijk is.De nauwkeurigheid van de klassiekechemische analyse laat dikwijls te wen-sen over,zeker wanneer cemJ~ntmengsels op basis van vliegas worden ge-bruikt. De petrografische methode be-staat uit een kwantitatieve bepaling vanhet volume aan aggregaten en cement-steen op macroscopische en microsco-pische doorsneden. Indien de water-ce-mentfactor kan worden bepaald, is hetook mogelijk de volumeverhouding ce-ment - inerte aggregaten tot een ge-wichtverhouding om te zetten. In demeeste gevallen werden de cementhoe-veelheden gevonden die minder dan 5%afweken van de re?el gedoseerde hoe-veelheden. De grote diversiteit in ce-mentmengsels vergtechter nog eenver-der uittesten van deze kwantitatievemethode.Andere bouwmaterialenAlle bouwmaterialen uitsluitend ofvoor het grootste deel samengesteld uitnatuurlijke mineralen en gesteenten,zijn afhankelijk van hun samenstellingmicrostructuur en porositeit, onderhe-vig aan verwering. De onderzoeksme-thode zoals in deze bijdrage beschreven,kan bijgevolg ook toegepast worden opnatuursteen, mortels, grofkeramischematerialen, enz.Voorbeelden uit depraktijkEen aantal schadegevallen aan beton-constructies inBelgi? werden petrogra-fisch onderzocht en ge?nterpreteerd.Ookin het kader van kwaliteitscontrolewerd de methode aangewend.Cement 1987 nr. 11'--__~ ~I~O~ND~~E_RZ__O_E-K-_-~~~IBETONTECHNOLOGIE14 Microscheuren gevonnd in jongbeton. Opname metfluorescentieC = cementsteenK = kwartszandkorrel15 Beton met een dunnecarbonatatiezone aan hetoppervlak (Cat), zichtbaar als eendoukere verkleuring vandecetnentsteen. Langs een scheur dringtde carbonatatie (Ca2) echter vrij diepdoor. Opname met gekruistepolarisatorentatie lokaal vry'i' diep in het beton door-dringt (foto 15 .Macropori?nElk beton bevat pori?n. Ze geven eenbeeld van de verdichting van het mate-riaal. Naast deze compactiepori?n treftmen vaak in waterrijke mengsels 'wa-terpori?n' aan, waar de overvloed aanaanmaakwater zich concentreerde. Zezijn ..duidelijk te onderscheiden doorhun wazige randen. Wanneer pori?nkunstmatig zijn ingebracht door toe-voeging van een luchtbelvormer, kanmicroscopisch een kwalitatieve enkwantitatieve controle worden uitge-voerd. Deze methode wordt uitvoerigbeschreven in ASTM 457 [5].Secundaire omzettingsproduktenDe produkten die door hydratatie ofverwering worden gevormd, komendikwijls fyn verdeeeld voor in de ce-mentsteen. Wanneer de relatieve voch-tigheid in het beton echter voldoendehoog is, kunnen ze in opgeloste vormliligreren naar open ruimten en spletenwaar ze rekristalliseren. Dit is ondermeer het geval met calciumhydroxide,ettringiet lfoto 21) en gips.ToepassingenSchadediagnoseDe betonpetrografie leent zich uitste-kend voor routineonderzoek van betondatzichtbare schadeenkwaliteitsgebre-ken vertoont. De microscopische analy-se in het bijzonder verschaft informatiemet betrekking tot de kwalitatieve as-pecten van samenstelling, produktie enverwerking van een betonmengsel. Bijschadeverschijnselen zoals abnormalescheurvorming, oppervlakkige afschil-fering, sterke verwering al dan niet ver-gezeld van wapeningscorrosie, is het inde eerste plaats van groot belang dekwaliteitsgebreken te kennen die alsoorzaak kunnen worden aangewezen.20Hetrelaterenvande onderzoeksresulta-ten van de microscopische analyse metde macroscopische waarnemingen enmet de fysische en chemische invloedenwaaraan het materiaal is blootgesteld,verschaft inzicht in het verweringspro-ces, wat bij een verantwoorde herstel-ling ofrenovatie onontbeerlijk is.KwaliteitscontroleOp basis van ervaring en systematischonderzoek volgens standaardprocedu-res is het mogelijk de betonpetrografiein te schakelen als routinematige kwali-teitscontrole vanjong beton (enkele da-gen oud), complementairaandeklassie-ke proefmethodes. Criteria zoals:- kwaliteit van de aggregaten,- frequentie van microscheuren,- structuur van het pori?nsysteem,- hechting cementsteen - aggregaten,- capillaire porositeit en homogeniteitvan de cementsteen,leveren een waardevolle bijdrage omkwaliteit en te verwachten duurzaam-heid van klassieke of speciale beton-mengsels te evalueren.Een aantal petrografische analyses vanmonsters beton, op basis van klassiekeen speciale cementsoorten, heeft aange-toond dat in de meeste gevallen een vrijnauwkeurige bepaling van de cement-hoeveelheid mogelijk is.De nauwkeurigheid van de klassiekechemische analyse laat dikwijls te wen-sen over,zeker wanneer cemJ~ntmengsels op basis van vliegas worden ge-bruikt. De petrografische methode be-staat uit een kwantitatieve bepaling vanhet volume aan aggregaten en cement-steen op macroscopische en microsco-pische doorsneden. Indien de water-ce-mentfactor kan worden bepaald, is hetook mogelijk de volumeverhouding ce-ment - inerte aggregaten tot een ge-wichtverhouding om te zetten. In demeeste gevallen werden de cementhoe-veelheden gevonden die minder dan 5%afweken van de re?el gedoseerde hoe-veelheden. De grote diversiteit in ce-mentmengsels vergtechter nog eenver-der uittesten van deze kwantitatievemethode.Andere bouwmaterialenAlle bouwmaterialen uitsluitend ofvoor het grootste deel samengesteld uitnatuurlijke mineralen en gesteenten,zijn afhankelijk van hun samenstellingmicrostructuur en porositeit, onderhe-vig aan verwering. De onderzoeksme-thode zoals in deze bijdrage beschreven,kan bijgevolg ook toegepast worden opnatuursteen, mortels, grofkeramischematerialen, enz.Voorbeelden uit depraktijkEen aantal schadegevallen aan beton-constructies inBelgi? werden petrogra-fisch onderzocht en ge?nterpreteerd.Ookin het kader van kwaliteitscontrolewerd de methode aangewend.Cement 1987 nr. 1116 Bleeding rondotnaggregaatkorrels. De wittezotnen (p) rond Otn de aggregaatkorrelszijn portlandiet kristallen(calciutnhydroxide) dieuitkristalliseerden in de ruwten waarzich oorspronkelijk het overtolligewater had geconcentreerd. Opnatnetnet gekruiste polarisatoren17 Microscheurvortningsub-parallel aan het oppervlak,ontstaan in een uitgehard beton onderinvloed van vorstwerking. Menbetnerkt het verloop van de scheurendoor de zandkorrels. Opnatne tnetfluorescentieVorstschadeBeschadigingenvastgesteld in ter plaat-se gestort beton (watergreppels, kant-stroken, voetpaden) vertoonden de vol-gende gemeenschappelijke kenmerken:- een intense plaatselijke verbrokkeling(soms overdevolledige dikte)wisseldeafmetzones waar minder ofhelemaalgeen schade zichtbaar was.- de cementhoeveelheden, chemischbepaald, bleken meestal voldoende.- het gebruik van dooizouten was alge-meen.18 Schade aan een brugconstructie19 20 Zandkorrel (silex)- aangetast dooralkali-silica-reactie. Foto 19, bij gewoonlicht, toont het alkali-silica gel (AS) inde korrel en de scheuren gevortnd in deonrringende cetnentsteen, gevuld tnetettringiet (op deze foto uiet teonderscheiden). Met flnorescentie(foto 20) wordt de poreuse structuurvan de korrel zichtbaar, evenals deholten die door de reactie ontstaanCement 1987 nr. 11Het petrografIsch onderzoek bracht devolgende feiten aan het lichtHet beton uit de zwaar beschadigde zo-nes bezat een zeer hoge water-cement-factor: 0,65 en meer. Zeer dikwijls wa-ren duidelijke aanwijzingen aanwezigvoor het toevoegen van water kort voorhet storten (foto's 12-13). In de niet be-schadigdezoneswerdenwater-cement-factoren bepaald tussen 0,45 en 0,55.Andere criteria die wijzen op een over-maat van aanmaakwater zijn de aanwe-zigheid van waterpori?n, bleeding(fig. 16) en het veelvuldig voorkomenvan calciumhydroxidekristallen ver-spreid in de cementsteen en gekristalli-seerd in pori?n.De vorstschade wordt gekenmerktdooreen scheurpatroon dat subparallel methet oppervlak geori?nteerd is. Het ver-loop van deze scheuren door de aggre-gaatkorrels wijst op een ontstaan na eenvolledige verharding van het beton (fo-to 17). Dezescheurtjeszijn dikwijls reedsmicroscopisch zichtbaar alvorens de af-2116 Bleeding rondotnaggregaatkorrels. De wittezotnen (p) rond Otn de aggregaatkorrelszijn portlandiet kristallen(calciutnhydroxide) dieuitkristalliseerden in de ruwten waarzich oorspronkelijk het overtolligewater had geconcentreerd. Opnatnetnet gekruiste polarisatoren17 Microscheurvortningsub-parallel aan het oppervlak,ontstaan in een uitgehard beton onderinvloed van vorstwerking. Menbetnerkt het verloop van de scheurendoor de zandkorrels. Opnatne tnetfluorescentieVorstschadeBeschadigingenvastgesteld in ter plaat-se gestort beton (watergreppels, kant-stroken, voetpaden) vertoonden de vol-gende gemeenschappelijke kenmerken:- een intense plaatselijke verbrokkeling(soms overdevolledige dikte)wisseldeafmetzones waar minder ofhelemaalgeen schade zichtbaar was.- de cementhoeveelheden, chemischbepaald, bleken meestal voldoende.- het gebruik van dooizouten was alge-meen.18 Schade aan een brugconstructie19 20 Zandkorrel (silex)- aangetast dooralkali-silica-reactie. Foto 19, bij gewoonlicht, toont het alkali-silica gel (AS) inde korrel en de scheuren gevortnd in deonrringende cetnentsteen, gevuld tnetettringiet (op deze foto uiet teonderscheiden). Met flnorescentie(foto 20) wordt de poreuse structuurvan de korrel zichtbaar, evenals deholten die door de reactie ontstaanCement 1987 nr. 11Het petrografIsch onderzoek bracht devolgende feiten aan het lichtHet beton uit de zwaar beschadigde zo-nes bezat een zeer hoge water-cement-factor: 0,65 en meer. Zeer dikwijls wa-ren duidelijke aanwijzingen aanwezigvoor het toevoegen van water kort voorhet storten (foto's 12-13). In de niet be-schadigdezoneswerdenwater-cement-factoren bepaald tussen 0,45 en 0,55.Andere criteria die wijzen op een over-maat van aanmaakwater zijn de aanwe-zigheid van waterpori?n, bleeding(fig. 16) en het veelvuldig voorkomenvan calciumhydroxidekristallen ver-spreid in de cementsteen en gekristalli-seerd in pori?n.De vorstschade wordt gekenmerktdooreen scheurpatroon dat subparallel methet oppervlak geori?nteerd is. Het ver-loop van deze scheuren door de aggre-gaatkorrels wijst op een ontstaan na eenvolledige verharding van het beton (fo-to 17). Dezescheurtjeszijn dikwijls reedsmicroscopisch zichtbaar alvorens de af-21IONDERZOEK21? Secundaire opvulling van eenscheur door ettringiet (Et)herkenbaar als naaldvormige kristallenloodrecht op de wand gegroeid.Opname bij gewoon lichtschilfering macroscopisch tot uitingkomt.Alhoewel deze schadegevallenookzon~der petrografisch onderzoek aan vorst-werkingkondenworden toegeschreven,is het oorzakelijk verband met de hogecapillaire porositeit ~ees water-ce-mentfactor) duidelijk aangetoond.Luchtbelvormer werd in deze mengselsniet toegepast.Alkali-silicareactieAan enkele betonconstructies, waaron-der een brug van lichtbeton (fOto 18) eneen reeks prefab betonprodukten (on~der meer verlichtingsmasten) werd ab-normale scheurvorming vastgesteld.Microscopisch onderzoek toonde aandat deze gevallen van scheurvormingaaneenalkali-silicareactie tewijtenzijn.Deze is, voor zo verre ons bekend, inBelgi? nog niet beschreven. Het gaathier om een destructieve reactie die hetgevolg is vande inwerkingvanin hetbe-ton aanwezige alkali?n op bepaalde ag-gregaten, meer in het bijzonderzand ofsteen, opgebouwd uit amorfe ofmicro-kristallijne vari?teiten van Si02 (opaal,calcedoon en silex). Bij deze reactie, dieineenvochtig milieu plaatsvindt,wordtin de aggregaatkorrels een waterrijk gelgevormd dat door zijn volumevermeer-dering de korrels uit elkaar doet barstenen scheuren veroorzaakt in zijn omge-ving. De alkali-silicareactie, die vaakslechts na lange gebruiksduur zichtbaarwordt, kan tot ernstige beschadigingenleiden.De schadegevallen die bestudeerd wer-den in Belgi?, hadden betrekking opscheurvorming in gewapend ofvoorge-spannen beton, die tot corrosie van dewapening dreigde te leiden. In de on-22IBETONTECHNOLOGIEderzochte betonmonsters heeft dealka-li-silicareactie zich voltrokken in de be-paalde silex- en calcedoonkorrels beho-rend tot de zandfractie (fOto's 19-20).Hun expansie veroorzaakt barsten in deomringende cementsteen, die dikwijlsgedeeltelijk opgevuld zijn met ettrin-giet (fOto 21). Alhoewel ettringiet even-eens een expansief-schadelijk effect kanhebben, schijnt het in de onderzochtemonsters secundair te rekristalliseren inde ontstane spleten, zonder bij te dragentot hun verdere ontwikkeling. Slechtszeldzame waarnemingen wijzen in derichting van een mogelijk bijkomendeexpansie ten gevolge van de secundaireettringietvorming.Hier dient benadrukt te worden dat depetrografische onderzoeksmethode eenuitstekend middel is gebleken om de al-kali-silicareactie te herkennen. De on-derzoeker krijgt een overzichtsbeeldvan de ontstane microstructuur in rela-tie tot de aanwezige aggregaten en degevormde reactieprodukten. Andere(niet-rechtstreekse) detectiemethodenzijn hier minder geschikt. Zo zal menbijvoorbeeld door middel van r?ntgen-diffractometrie niet het amorfe silica-gel, maar wel het kristallijne ettringietdetermineren.BesluitBetonschade dient niet als een onaf-wendbaar of leidzaam te aanvaardenkwaad te worden ervaren. Het voorko-men of verminderen ervan begint metde kennis van de gebruikte basismate-rialen en hun gedrag in het beton. Hetstellen van een juiste en zo compleetmogelijke schadediagnose is bepalendvoor het uitvoerenvan een oordeelkun-dige renovatie. De microscopische on-derzoekstechniek kan hier een belang-rijk hulpmiddel zijn.Op basis van kennis en ervaring opge-daan bij het onderzoek van verweerd enbeschadigd beton kan de betonpetro-grafiewordeningeschakeldin de kwali-teitscontrole van klassieke en nieuwebetonsoorten. Aldus kan een beter in-zicht groeien in de eigenschappen en deeventuele kwaliteitsgebreken van de re-gionaal aangewende basismaterialen envan de produkten die er uit vervaardigdworden.Literatuur1. Mather, B., Perrographic Idenrificarion ofReacrive Constituentlj in Concrete Aggregates,Proceedings ASTM, 1948, blz. 1120-11252. Mather, K. and MatherB., Methods ofPetro-graphic Exam?narion of Aggregates for Con-crete, Proceedings ASTM, 1950, Vol. 50, blz.1288-13133. ASTM C295-85, Petrographic ExaminarionofAggregates for Concretes4. ASTM C856-83, Petrographic ExaminationofHardened Concrete5. ASTM C457-82a, Microscopical Determi-nation ofAir-Void Content and Parameters ofthe Air-Void System in Hardened concrete6.Wilk, W, Dobrolubov, G. andRomer,B., TheDevelopment ofQuanritative and QualitariveMicroscopie Control ofConcrete Quality andDurability and of aFrost-Salt Resistance TestwithRapid Cycles. Proceedings ofthe Sixth In~ternarional Conference on Cement Microsco-py, Albuquerque 1984, blz. 309~3297.Gudmundsson, H., Chatterji, S.,Jensen, AD.,Thaulow, N. and Chtistensen, P., QuantitativeMicroscopyas aTooI for the QualityControl ofConcrete. Proceedings oftheThird Internatio-nal Conference in Cement Microscopy, Hous-ton, 1981, blz. 230-237.Cement 1987 nr. 11IONDERZOEK21? Secundaire opvulling van eenscheur door ettringiet (Et)herkenbaar als naaldvormige kristallenloodrecht op de wand gegroeid.Opname bij gewoon lichtschilfering macroscopisch tot uitingkomt.Alhoewel deze schadegevallenookzon~der petrografisch onderzoek aan vorst-werkingkondenworden toegeschreven,is het oorzakelijk verband met de hogecapillaire porositeit ~ees water-ce-mentfactor) duidelijk aangetoond.Luchtbelvormer werd in deze mengselsniet toegepast.Alkali-silicareactieAan enkele betonconstructies, waaron-der een brug van lichtbeton (fOto 18) eneen reeks prefab betonprodukten (on~der meer verlichtingsmasten) werd ab-normale scheurvorming vastgesteld.Microscopisch onderzoek toonde aandat deze gevallen van scheurvormingaaneenalkali-silicareactie tewijtenzijn.Deze is, voor zo verre ons bekend, inBelgi? nog niet beschreven. Het gaathier om een destructieve reactie die hetgevolg is vande inwerkingvanin hetbe-ton aanwezige alkali?n op bepaalde ag-gregaten, meer in het bijzonderzand ofsteen, opgebouwd uit amorfe ofmicro-kristallijne vari?teiten van Si02 (opaal,calcedoon en silex). Bij deze reactie, dieineenvochtig milieu plaatsvindt,wordtin de aggregaatkorrels een waterrijk gelgevormd dat door zijn volumevermeer-dering de korrels uit elkaar doet barstenen scheuren veroorzaakt in zijn omge-ving. De alkali-silicareactie, die vaakslechts na lange gebruiksduur zichtbaarwordt, kan tot ernstige beschadigingenleiden.De schadegevallen die bestudeerd wer-den in Belgi?, hadden betrekking opscheurvorming in gewapend ofvoorge-spannen beton, die tot corrosie van dewapening dreigde te leiden. In de on-22IBETONTECHNOLOGIEderzochte betonmonsters heeft dealka-li-silicareactie zich voltrokken in de be-paalde silex- en calcedoonkorrels beho-rend tot de zandfractie (fOto's 19-20).Hun expansie veroorzaakt barsten in deomringende cementsteen, die dikwijlsgedeeltelijk opgevuld zijn met ettrin-giet (fOto 21). Alhoewel ettringiet even-eens een expansief-schadelijk effect kanhebben, schijnt het in de onderzochtemonsters secundair te rekristalliseren inde ontstane spleten, zonder bij te dragentot hun verdere ontwikkeling. Slechtszeldzame waarnemingen wijzen in derichting van een mogelijk bijkomendeexpansie ten gevolge van de secundaireettringietvorming.Hier dient benadrukt te worden dat depetrografische onderzoeksmethode eenuitstekend middel is gebleken om de al-kali-silicareactie te herkennen. De on-derzoeker krijgt een overzichtsbeeldvan de ontstane microstructuur in rela-tie tot de aanwezige aggregaten en degevormde reactieprodukten. Andere(niet-rechtstreekse) detectiemethodenzijn hier minder geschikt. Zo zal menbijvoorbeeld door middel van r?ntgen-diffractometrie niet het amorfe silica-gel, maar wel het kristallijne ettringietdetermineren.BesluitBetonschade dient niet als een onaf-wendbaar of leidzaam te aanvaardenkwaad te worden ervaren. Het voorko-men of verminderen ervan begint metde kennis van de gebruikte basismate-rialen en hun gedrag in het beton. Hetstellen van een juiste en zo compleetmogelijke schadediagnose is bepalendvoor het uitvoerenvan een oordeelkun-dige renovatie. De microscopische on-derzoekstechniek kan hier een belang-rijk hulpmiddel zijn.Op basis van kennis en ervaring opge-daan bij het onderzoek van verweerd enbeschadigd beton kan de betonpetro-grafiewordeningeschakeldin de kwali-teitscontrole van klassieke en nieuwebetonsoorten. Aldus kan een beter in-zicht groeien in de eigenschappen en deeventuele kwaliteitsgebreken van de re-gionaal aangewende basismaterialen envan de produkten die er uit vervaardigdworden.Literatuur1. Mather, B., Perrographic Idenrificarion ofReacrive Constituentlj in Concrete Aggregates,Proceedings ASTM, 1948, blz. 1120-11252. Mather, K. and MatherB., Methods ofPetro-graphic Exam?narion of Aggregates for Con-crete, Proceedings ASTM, 1950, Vol. 50, blz.1288-13133. ASTM C295-85, Petrographic ExaminarionofAggregates for Concretes4. ASTM C856-83, Petrographic ExaminationofHardened Concrete5. ASTM C457-82a, Microscopical Determi-nation ofAir-Void Content and Parameters ofthe Air-Void System in Hardened concrete6.Wilk, W, Dobrolubov, G. andRomer,B., TheDevelopment ofQuanritative and QualitariveMicroscopie Control ofConcrete Quality andDurability and of aFrost-Salt Resistance TestwithRapid Cycles. Proceedings ofthe Sixth In~ternarional Conference on Cement Microsco-py, Albuquerque 1984, blz. 309~3297.Gudmundsson, H., Chatterji, S.,Jensen, AD.,Thaulow, N. and Chtistensen, P., QuantitativeMicroscopyas aTooI for the QualityControl ofConcrete. Proceedings oftheThird Internatio-nal Conference in Cement Microscopy, Hous-ton, 1981, blz. 230-237.Cement 1987 nr. 11
Reacties