??__~~__~__~ ?__-=o..:..:n.::.de.::.r.::.z.::.oe:::.:k":"' --J.betontechnologieing.A. de Jong, ENCI betononderzoekEen nieuwe ontwikkeling in de betonindustrie ishoogvloeibaar beton. Voortgekomen uithet hogesterktebeton biedt deze nieuwe betonsoortvele voordelen ten opzichte van hetnormale beton, zoals verbetering van de arbeidsomstandigheden op de bouwplaats enverbeteringvan de productieomstandigheden. Omdat het hoogvloeibaar beton zo nieuwis, bestaan er nog geen regels voor het ontwerpen van mengselsamenstellingen. Doormiddel van 'trial and error' worden momenteel de mengselparameters ontworpen. Omhierin eniginzichtte krijgen, is onderzoekverricht naarde invloed van de mengselsamen-stelling van hoogvloeibaar beton op de verwerkbaarheid.HOOGVLOEIBAARBETONOm toch de verwerkbaarheid vanhoogvloei-baar beton goed te kunnen meten, is een in-ventarisatie gemaakt van meetmethodendie speciaal voor het hoogvloeibaar betonzijn ontwikkeld. Deze methoden zijn grofwegin te delen in twee groepen: de viscosi-teitsmeters en de methoden afgeleid vanuitde praktijk.De viscositeitsmeters worden veel in de ma-teriaaltechnologie gebruikt voor het bepa"gene verdichte massa.De nuttige inwendige arbeid is een fysischegrootheid en voor betonspecie kan dezeworden omschreven als de arbeid of energiedie nodig is om de inwendige wrijving tussende individuele deeltjes in de betonspecie opte heffen. Praktisch gezien is meer energievereist, omdat ook de oppervlaktewrijvingtussen beton en bekisting, respectievelijkwapening moet worden opgeheven. Ookgaat er energie verloren door het trillen vande bekisting en het trillen van beton dat alverdicht is. In de praktijk is het dus moeilijkom de verwerkbaarheid te meten zoals dezehierboven is gedefinieerd.De methoden die worden gebruikt zeggeniets over een bepaald deelgedrag van ver-werkbaarheid. De zetmaat geeft bijvoor-beeld alleen aan hoe de specie zich statischgedraagt, maar zegt minder hoe de speciezich dynamisch (bijvoorbeeld tijdens hettransporteren) gedraagt. Species met de-zelfde zetmaatkunnen toch een heel ver-schillend gedrag vertonen.Het meten van de verwerkbaarheid vanhoogvloeibaar beton is met de huidigemeetmethoden nietgoed uitte voeren; dezezijn ontwikkeld voor de gewone en stuggerebetonspecies. Alleen de van de zetmaat af"geleidevloeimaatis een enigszins bruikbaremethode.Hoogvloeibaar beton is, zoals de naam alzegt, een betonspecie met een hoge ver-werkbaarheid. Normaal beton is over het al-gemeen vrij stug en dientmetveel energie teworden verdicht. Hoogvloeibaar beton is zovloeibaar dat (vrijwel) geen verdichtings-energie nodig is om de specie te kunnen ver-werken. De hogevloeibaarheid wordt bereiktdoor het toevoegen van hulp- en vulstoffen.Hulpstoffen, in de vorm van plastificeerdersen superplastificeerders, zorgen ervoor datde specie meer vloeibaar wordt. Vulstoffenworden toegevoegd om de stabiliteit van despecie te verhogen. Door de hoge vloeibaar-heid zal de specie zonder toevoeging vanvulstoffen eerder ontmengen. Een veel ge-bruikte vulstof is vliegas.Verwerkbaarheid en het meten ervanHet begrip verwerkbaarheid is veelomvat-tend. Het bestrijkt het gebied van mengentoten metverdichten. Door NeviHe [1] isdanook de volgende definitie gegeven:Verwerkbaarheid is de hoeveelheid nuttigeinwendige arbeid die nodig is om de be-tonspecie te verwerken (dit is mengen,transporteren en verdichten) tot een homo-rr--""7"'~--;7'""-----r"'--- schuif/r-_'"---->'-- wapeningsrekr---Tf---~ sensorennaderingsschakelaar'( 100 '(/' '300J~_"~k 2=00""-0_~~ J1,1)0@ Afmetingen vloeigoot16 CEMENT1998j5.....@ Schuif, waarboven naderingsschakelaar; wapeningsrek en Sensorenlen van het reologisch gedrag van vloeistof-fen en pasta's. Het zijn geavanceerde me-ters, die vaak computergestuurd worden.Anders dan bij homogene stoffen kunnen bijeen heterogene stof als betonspecie geenmateriaaleigenschappen worden gerneten,met andere woorden de resultaten van demetingen met verschillende viscositeitsme-ters kunnen niet naast elkaar worden ge-legd. Wel kan een zelfde trend worden be-paald. Bij homogene stoffen heeft de stofeen viscositeitswaarde die niet afhankelijkis van het apparaat waarmee gemeten is.Enkele viscositeitsmeters voor beton zijn deBML-Viscometer [2] en de BT-RHEOM [3].De werking is als volgt:Het verticale gedeelte wordt met 12 liter ? Schuif wordt opgetrokken en raakt naderingsschakelaar; specie gaat vloeienspecie gevuld, waarna de schuif omhoogwordt getrokken en de specie kan vloeien(foto 3). Bij hetomhoogtrekken van de schuifwordt de naderingsschakelaar aangespro- @ Afstand uitgestroomde specie wordt gemetenken, waardoor het meetsysteem begint temeten. Gemeten worden de tijdstippen datde specie de sensoren passeert. Zo kan desnelheid Vvan het speciefront worden bere-kend. Tevens wordt de afstand X gemetenwaarover de specie is uitgestroomd (foto 4).Het effect van wapening wordt gemetendoor een wapeningsrek in de bak te plaat-sen.Nade inventarisatie is uit oogpunt van prijs-kwaliteitverhouding gekozen voor de L-Flowmeter, waarbij als Nederlandse naam vloei-goot is gekozen. De vloeigootis weergege-ven in figuur 1 en foto 2. De vloeigoot be-staat uit:? L-vormige bak met ondersteuning;? wapeningsrek;? meetsysteern.ProefopzetOnderzocht is de invloed van de mengver-houding van een vast stel grondstoffen opdeverwerkbaarheid. Het onderzoek is uitge-voerd met behulp van een Full Factorial De-sign (FFD). Dit biedt het beste resultaat bijeen zo min mogelijkaantal proeven. ~De methoden afgeleid vanuit de praktijk zijnpraktijksituaties die min of meer naar labo-ratoriumschaal zijn vertaald. Dit soort me-thoden is vooral in Japan ontwikkeld. Despecie wordt in een compartiment gescheptom daarna in een ander gedeelte uit te kun-nen vloeien/stromen. Twee van deze me-thoden zijn de L-Flow meter [4] en de Vul-lingsratio [5].CEMENT:l.998/5 17? ? onderzoek ? betontechnologie? Schema samenstelling betonspeciemet benaming factorenBij een FFD worden k factoren op twee ni-veaus gevarieerd: een hoog en een laag ni-veau. Metdeze methode is hetookmogelijkinteracties tussen de factoren te onder-scheiden. Voor hetonderzoek zijn grondstof-fen gekozen die normaal in de praktijk wor-den gebruikt. De resultaten van dit onder-zoek hebben alleen betrekking op dezegrondstoffen. Andere soorten en/of typenkunnen een ander verwerkingsgedrag verto-nen.Gebruikt zijn:? cement: CEM IH/B 42,5;? vulstof: vliegas;? toeslagmateriaal: gedroogd rivierzand en-grindmetgrootstezeefmaatD = 16mm;? hulpstof: superplastificeerderopbasis vannaftaleensulfonaat.Voor het kiezen van de factoren voor het be-palen van de invloed op het verwerkingsge-drag van hoogvloeibaar beton is de samen-stelling van de betonspecie in een schemagezet (fig. 5). De verhoudingen van de ver-schillende materialen ten opzichte van el-kaar kunnen worden gevarieerd door eenvijftal verhoudingsgetallen (factoren). Tabel1 geeftde omschrijvingen de niveausvan defactoren.Tabel 1Factoren met laag en hoog niveauOp de species zijn de volgende metingenverricht:? Verwerkbaarheid direct na mengen en na45 minuten:- X en Vin de vloeigoot, zowel zonder alsmet wapening;- vloeimaat.? Bleeding en ontmenging:" visueel vastgesteld door het geven vaneen kwalitatieve beoordeling;- met een videocamera is het uitloopge-drag in de vloeigoot vastgelegd, zodat al-le mengsels ook achteraf objectief kun-nen worden beoordeeld.? Blokkering bij toepassing van wapening.De blokkering is ook visueel vastgesteld.Een blokkering ontstaat als de grindkor-rels een soort brug vormen tussen de wa"peningsstaven. De brugvorming blokkeertde specie om verder te stromen.ResultatenVoor het bepalen van de invloeden van defactoren zijn alle resultaten met behulp vanvariantieanalyse statistisch geanalyseerd.In tabel 2 is deze analyse samengevat: deresponsvariabele (de meting), het gemid-delde van de meting, de grootte van het ef-fectvan de factor of interactie op de metingen de determinatieco?ffici?nt. Deze laatstegeeft aan in hoeverre de gevonden resulta-ten overeenkomen met een rekenkundigmodel. Bij een waarde van 100% kunnen degevonden resultaten volledig in het modelverwerkt worden. Er bestaat dan een uitste"kende relatie tussen deberekende en de ge-vonden waarden. Komen de resultaten inhet geheel nietovereen met het model, danis de determinatieco?ffici?nt zeer laag. Erbestaat dan totaal geen relatie.In detabel zijn alleen de significante invloe-den vermeld.Verwerkbaarheid, X en VUit tabel 2 blijkt dat de factoren TIPt (A) enwbf (G) bij de meeste metingen invloed uit"oefenen.De factor wbfis een verhoudingsgetal datdehoeveelheid water aangeeft ten opzichtevan de poedermassa. Bij elke meting is deinvloed positief. Deze positieve invloed, eenverhoging van wbfgeeft een hogere waardevoor de meting, is het gevolg van de groterehoeveelheid water, waardoor de poeder-deeitjes op een grotere afstand van elkaarkomen. De deeltjes kunnen dan gemakkelij-kerlangs elkaar glijden. Het water dient alshet ware als smeermiddel. Uit het onder-zoek is naar voren gekomen dat hoofdzake-lijk het watergehalte, uitgedrukt in Ijm3, deinvloed van wbfveroorzaakt. Het poederge"halte (in Ijm3 ) heeft geen aantoonbare in-vloed. Dus bij een zelfde wbf heeft een spe-cie met meer water en poeder een betereverwerkbaarheid dan een specie met min-der water en poeder. De invloed van de fac-tor wbfwordt dan ook verklaard doordat viadeze factor de hoeveelheid water wordtbe?nvloed.Dezelfde verklaring is van toepassing op defactor TIPt. De deeltjes zijn nu de zand- engrindkorrels en de pasta is hetsmeermiddel.De invloed bij deze factor is echter negatief,een verhoging van TIPt geeft een lagerewaarde bij de meting. Bij een hogere TIPtisde hoeveelheid pasta kleiner. De korrels zui-len dus moeilijker langs elkaarglijden omdater minder smeermiddel aanwezig is. Ookhier is het effect van de factor toe te schrij"ven aan de hoeveelheid smeermiddel. Defactor ZjT, de hoeveelheid zand ten opzich-te van toeslagmateriaal, heeft immersgeeninvloed op de verwerkbaarheid.18De factoren CIPd en spI vertonen bij eenkleiner aantal metingen een invloed. Wat op-valt is dat beide factoren meer invloed uitoe-fenen op de afstand (X) dan op de snelheid(V). Ze zorgen ervoor dat de specie verderzal stromen, maar niet sneller. Materiaal-technisch wordt dan gesproken van verla-ging van de vloeigrens en het gelijkblijvenvan de viscositeit. Door andere onderzoe-kers is dit fenomeen ook geconstateerd [6,CEMENT1998/5Tabel 2Samenvatting statistische uitwerking7]. De invloed van beide factoren wordt ver-oorzaakt door de absolute hoeveelheid su-perplastificeerder, uitgedrukt in kg/m3? Defactor spi is namelijk het percentage super-plastificeerder ten opzichte van de cement-massa. Bij verhoging van de factor C/Pdwordt de hoeveelheid cement verhoogd en,bij gelijkblijvende factor spi, ook de absolutehoeveelheid superplastificeerder. Daardoorgeeft de factor C/Pd een zelfde effect als defactor spi.InteractiesInhetalgemeen zijn de effecten van de inter-acties kleiner dan bij de factoren. Ook is bijeen kleiner aantal metingen de interactiesignificant aanwezig. De interacties T/PtmetZjT (A-B) en wbf met C/Pd (C-E) verto-nen de meeste keren een invloed.A-BBij een hoog niveau van de factor ZjT geefteen verhogingvan de factor T/Pt eengrotereverlaging van de afgelegde afstand X dan bijeen laag niveau. Bij een hoogniveauZjTiserveel zand in de betonspecie. Door het velezand ontstaan meer holle ruimten, die doorde pasta moeten worden opgevuld. Verho-gingvan T/Ptgeeftminderpasta. Despeciezal daardoor een lagere verwerkbaarheidverkrijgen. De pasta moet bij een hoog ni-veau van ZjT niet alleen als smeermiddeldienen, maar ook als vulmiddel.C-EBij een lage wbf heeft de factor spi meer in-CEMENT1998/5vloed. Door de lage wbf is er minder wateraanwezig waarin de superplastificeerder isopgelost. De concentratie van superplastifi-ceerder in het water is dus hoger en de su-perplastificeerder heeft dan meer invloedop de verwerkbaarheid.Bij de metingen na 45 minuten blijkt dat na-genoeg dezelfde factoren een invloed uitoe-fenen. Alleen de verwerkbaarheid op zich isteruggelopen. Zowel de (gemiddelde) af-stand als snelheid zijn aanzienlijk afgeno-men.Effect van wapeningBij gebruik van wapening hebben de facto-ren C/Pd en spi een invloed op de verwerk-baarheid. Als er wapening wordt gebruiktzorgt de superplastificeerder bij een hogeredosering voor een relatief betere/snellerestroming. Zonder wapening maak het blijk-baar niet uitofwel ofgeen superplastificeer-der wordt gebruikt: de specie stroomt metdezelfde snelheid.MeetmethodeNaast het meten met de vloeigoot is ook devloeimaat gemeten. Gebleken is dat de af-gelegde afstand in de vloeigoot een lineairerelatie vertoont met de vloeimaat. Ook de-zelfde factoren hebben invloed. De snelheidin de vloeigoot kan echter zonder en metwa-pening worden gemeten. Aangezien de fac-toren C/Pd en vooral spi invloed vertonen opde snelheid indien wapening wordt toege-past, kan deze invloed niet worden bepaaldindien de vloeimaat wordt gemeten. Devloeigootis hierdus duidelijk in hetvoordeel.Bleeding en blokkeringZoals uit de lage determinatieco?ffici?ntvan de meting c.q. beoordeling blijkt, is ereen grote spreiding in de resultaten.Daaromisin de tabel alleen aangegeven ofde visue-le beoordeling significant is en niet de om-vang.Direct na mengen vertonen alle factoren eeninvloed op de bleeding, na 45 minuten al-leen de factor wbf. Hoe hoger de wbf is, deste groter is de kans op bleeding.De resultaten bij blokkering geven een dui-delijke aanwijzingoverhetgebruik van wape-ning. Alleen de factor ZIT vertoont een in"vloed, direct na mengen is ookeen zeerkleineffect van wbfwaarneembaar. Bij een hogerzandpercentage heeft er nagenoeg geenblokkering plaats. De specie heeft dan eengrotere samenhang zodat deze gemakkelij-ker langs de wapening stroomt. Bij een klei-nere hoeveelheid zand wordt de specieschraler en de grindkorrels worden als hetware uitgespoeld, vormen een brug tussende wapeningsstaven en houden de rest vande specie tegen.19?Praktische toepassingIn dit onderzoek is nietaangegeven bij welkewaarden van X en/of Veen goede verwerk-baarheid wordt verkregen. Dele streefwaar-den zullen via praktijkproeven moeten wor-den vastgesteld; per type toepassing eenandere streefwaarde van zowel X als V.Als de streefwaarden eenmaal vaststaan,kan via een geschiktheidsonderzoek de ver-werkbaarheid van een specie met behulpvan de vloeigoot f?n afgestemd worden.De methodiek van een geschiktheidsonder-zoek is als volgt:? aan de hand van de beschikbare kenniswordt een betonmengsel samengesteld;? van dit mengsel wordt een proefmengselvervaardigd en de verwerkbaarheid van despecie wordt gemeten met de vloeigoot;? afhankelijk van de gemeten X en Vkan metde resultaten van dit onderzoek de beton-samenstelling gevarieerd worden om totde juiste waarden van X en Vte komen.Ook kunnen de kwalitatieve aspecten alsbleedingen blokkering worden meegeno-men in hetfijn afstemmen vanhet mengsel.In tabel 3 is een overzichtgegeven van enke-le mogelijkheden.Opgemerkt wordt dat dit overzicht alleen be-trekking heeftop de verwerkbaarheid van debetonspecie. Voorwatbetreft de duurzaam-heid en sterkte moeten de VBT en de beton-technologische kennis in acht worden geno-men.Een ander feit waarop gelet moet worden ishetextrapoleren vande resultaten. Extrapo-latie moet met de nodige zorgvuldigheid ge-beuren. Interpoleren kan gemakkelijker, alservan wordt uitgegaan dat de resultaten al-leen betrekking hebben op een lineair ver-band tussen hoogen laag niveau van de fac-Tabel 3Overzicht mogelijkheden? betontechnologietor. Het is mogelijk dat de verbanden niet li-neair zijn.Het onderzoek is uitgevoerd met een vaststel grondstoffen ende resultaten hebbendan ook alleen betrekking op deze grond-stoffen. Andere soorten en/oftypen van eengrondstof hoeven niet tot dezelfde resulta"ten/effecten te leiden. Bijvoorbeeld een an-der merk of type superplastificeerder kaneen heel ander verwerkingsgedrag geven. Ingrote lijnen zullen de effecten bij anderegrondstoffen wel gelijk zijn.ConclusieDe vloeigoot is eenbruikbare meetmethodevoor het bepalen van de verwerkbaarheidvan hoogvloeibaar beton. Met de vloeigootkunnen de volgende parameters worden ge-meten:? kwantitatief- afstand die de specie aflegt in de goot;- snelheid van de specie;? kwalitatief- bleedinggedrag;- effect van wapening.Uit het onderzoek naar de invloed van demengselsamenstelling van hoogvloeibaarbeton is komen vast te staan welke factoreneen duidelijke{significante) invloed hebbenop de verwerkbaarheid, gemeten met devloeigoot.Literatuur1. Neville A.M., Properties of Concrete. Pit-man Publishing, 1970..2. Wallevik en Gjorv, Development of acoaxial cylinders viscometer for fresh con-crete. In Proceedings of Properties of freshconcrete, RILEM, London, 1990.3. De Larrard et al, Anew rheometerfor soft-to-fluid fresh concretes. Laboratoire Centraldes Ponts et Chaussees, 1994.4. Yonezawa et al, A studyon the flowabilityof high-strength concreteusing the L-Flowtest. Proceedings of Japan Conrete Institu-te, Vol. 11, 1993.5. Shindoh, Fundamental study on proper-ties of super workable concrete. Procee-dings Annual meeting of Japan Concrete ln-stitute, Vol. 18, 1991.6. Mork J.H., A presentation ofthe BML-Vis-cometer in practice.ln Production Methodsand Workability of Concrete, ed P.M.J. Bar"tos, E&FN Spon, London.7. De Larrard E, Sedran T., Hu C., SzitkarJ.C.,Joly M. and Derkx E, Evolution ofthe worka-biHty of superplasticised concretes: asses-smentwiththe BT-RHEOM rheometer.ln Pro-duction Methods and Workabilityof Concre"te, edP.M.J. Bartos, E&FN Spon, London.20?CEMENT1998/5
Reacties