LUCHT IN BETONVOOR- OF NADEEL? door dr R. A. J. BosschartSAMENVATTINGDe moderne betontechniek geeft voorschriften, welke beogen dedruksterkte, de duurzaamheid en de vormstabiliteit zo hoog mogelijk opte voeren, door te streven naar een zo groot mogelijke dichtheid van hetvers gestorte betonmengsel. Het schijnt in tegenspraak hiermede, datnu door anderen wordt gestreefd naar nog verdere verbetering, dooropzettelijk het luchtgehalte in het beton op te voeren. Wanneer men derol, die de verschillende bestanddelen in het betonmengsel vervuilen;nader beschouwt, blijkt echter dat deze tegenspraak niet bestaat.De invloeden van ,,air-entraining agents" (,,A.E.A.")*) kunnen logischuit de invloed van oppervlaktespanningen worden verklaard.De schadelijke werking van luchtbellen in beton ontstaat door de groteoppervlaktespanning van deze bellen; toevoeging van een Air-hulpstofverlaagt deze oppervlaktespanning en doet de toeslagdeeltjesgemakkelijk in elkaar schuiven. Deze wijze van beschouwen maakt hetmogelijk de resultaten, die in verschillende landen met Air-hulpstoffenzijn bereikt, te vergelijken en de verschillen te verklaren. Zij geeft eenalgemene regel voor de vereiste vermindering van het zand-gehalte;daarbij kan de watercementfactor worden verlaagd, zonder deverwerkbaarheid te schaden. Veelal kan een aanmerkelijkesterkteverbetering worden bereikt. Doordat er minder ontmengingplaats vindt, ontstaat er een gelijkmatiger beton.1. Functie van toeslagstoffen in betonIn een vorig artikel (1)**) werd beton opgevat als een massavan toeslagdelen, die door cementmelk aan elkaar zijn gekit.Daaruit kon een formule worden afgeleid voor de berekeningvan de druksterkte van beton, welke overeenkomt met dedoor Graf, Z w o l s m a n e.a. experimenteel gevondenformules, maar die bovendien ook op zachte toeslagstoffen(houtmeel e.d.) bleek te kunnen worden toegepast.Vat men het maken van beton op als het aaneen-plakken vaneen legpuzzle, dan ziet men als regel:a. hoe groter de stukken zijn, des te minder lijm iser nodig (voorkeur voor grove toeslagstoffen);b. voor elk gat moet e?n zo goed mogelijk passendstukje aanwezig zijn (liefst de ,,ideale zeeffijn-heidskromme" van de toeslagstoffen);c. de puzzle moet zo zorgvuldig mogelijk worden gelegd,zodat elk stukje op zijn plaats schuift (stampen of trillen vande betonspecie).De cementmelk moet namelijk niet alleen alle toeslagdeeltjesbevochtigen, maar zij zal ook de resterende gaatjes op moetenvullen en omdat beton nu eenmaal geen legpuzzle is, zijn ergaatjes te over, die niet worden gevuld, terwijl het leggen ookaan het toeval wordt overgelaten.2. Luchtbellen in betonspecieEen druppel water op een vette plaat (tek. la) baltsamen: het oppervlak van het water spant zich omde druppel, alsof het een dun rubbervlies is en trachthet' aanrakingsoppervlak met de lucht of de vetteplaat zoveel mogelijk te verkleinen.Op een schone glasplaat (tek. lb) of tegen eengrindsteen aan (fig. le) vloeit een waterdruppeldaarentegen juist uit: het oppervlak tussen water englas, of tussen water en steen, trekt niet samen; hieris de oppervlaktespanning klein. Hetwateroppervlak tegen glas of steen tracht zich tevergroten. Luchtbellen of oliedruppels in een glaswater (tek. 2) trekken eveneens samen tot bolletjes;zij hebben een grote oppervlaktespanning. Wanneerzij elkaar te dicht naderen, dan breekt zelfs hetvliesje, dat hen scheidt, zodat twee luchtbellen zichtot een grote bel verenigen, waarbij het totaleoppervlak zich weer zoveel mogelijk samentrekt.De lucht gedraagt zich dus, alsof zij vettig is.Een luchtbel tussen grindkorrels in betonspecie (tek.3) drukt tegen de grindkorrels, die haar dwingenzich te vormen. Hoe kleiner de bel is, des te sterkerverzet zij zich*) Ter vervanging van de lange buitenlandse benaming wor tdvoorgesteld te spreken van Air-beton (eventueel Atmos-) enAir-hulpstof;A-beton, hetgeen de voorkeur zou hebben, kan aanleidinggeven, dat men denkt dat er cement klasse A voor dit betonis gebruikt. (Ked.)**) de tussen ( ) geplaatste cursieve cijfers verwijzen naar delitteratuuropgave aan het slot van dit artikel.INHOUD1. Functie van toeslagstoffen in beton2. Luchtbellen in betonspecie2.1 ongunstige bellenvorm2.2 ongunstige invloed op de pakking2.3 zwakke plaatsen2.4 vorstgevaar '3. Schuimbellen zijn anders dan luchtbellen4. Air-hulpstoffen (,,air-entraining agents")4.1 hogere zetmaat, lagere w.e.f., kortere triltijd4.2 schuimbellen zijn een goede toeslagstof4.3 het oppervlak van schuimbellen4.4 schuimbellen worden sterke holten4.5 niet vorstgevoelig4.6 waterdichtheid5. Aanpassing van de toeslag en van de samenstelling5.1 aanpassing (,,redesign"): minder zand5.2 minder ontmenging5.3 minder grindnesten5.4 betere transportmogelijkheid5.5 lagere zetmaat6. Invloed van Air-hulpstof opdruk-, trek- en buigsterkte6.1 druk- en treksterkte6.2 buigsterkte en elasticiteitsverdeling7. Litteratuurlijsttegen vergroting van haar oppervlak door het vervormen en des te meergeweld is er nodig om haar in twee belletjes te splitsen.tek. 32.1 ongunstigebellenvormZolang mogelijk blijft de luchtbel dus ??n geheel,ook al trachten de grinddelen haar in stukkpn tpkrtiinpn.luchtbellen in betonspecie hebben, door hun groteoppervlaktespanning, de neiging te blijven bestaan in een voor,,toeslagstoffen" ongunstige vorm en zijn dan ook een ,,slechtetoeslagstof".2.2 ongunstigeinvloed op depakkingMet grote kracht verzetten de luchtbellen zich ooktegen elke zandkorrel, welke de door hen ingenomenruimte tracht binnen te dringen.De luchtbellen verzetten zich dus bij het stampen of trillentegen het inpassen van de kleine korrels tussen de grote; zijbieden weerstand tegen het ontstaan van de ,,dichtste pakking"of inklinking.2.3 zwakkeplaatsenBij het persen van de luchtbellen tegen detoeslagkorrels doen zij de cementmelk stromen.Vermoedelijk blijven daarbij de ce-mentdeeltjes watachter, zodat op sommige plaatsen een hogere, opandere plaatsen een lagere watercementfactorontstaat.Luchtbellen vormen dus in velerlei opzichten zwakke plaatsenin de betonstructuur; het is begrijpelijk dat de TechnischeHochschule te Stuttgart rapporteert (8), dat 8% luchtgehalteeen sterktevermindering van 25 tot 35% kan geven.2.4 vorstgevaarbmge tijd na het storten gaat de betonspecie drogen;de inmiddels verharde cement-specie is dan nietmeer volkomen luchtdicht. Dit betekent dat hetoppervlak van de luchtbellen breekt. Evenals denauwe holte onder de steen van tek. lc zal deluchtbel van tek. 3 zich gaan volzuigen met water,zodra de lucht uit deze bel gelegenheid vindt naarbuiten te ontwijken. Dit doet n.l. elke nauwe(capillaire) holte, tenzij de wand van de holte vettigis.De capillaire holten van de luchtbellen zullen in het verhardebeton vochtaantrekkende pori?n achterlaten. In natte omgevingzuigen deze zich vol water; bij vorst ontstaan dan in hetomringende beton scheurtjes, die zelf ook weervochtaantrekkende capillairen zijn.18 Cement 3 (1951) Nr 1-23. Schuimbellen zijn anders dan luchtbellenLuchtbellen in zeepsop hebben veel minder neigingte springen; zij hebben een veel kleinereoppervlaktespanning en zij laten zich gemakkelijkvervormen of in kleinere bellen verdelen.De in het water opgeloste molekulen zeep zijn n.l.van nature vettig, maar zij hebben een ,,kop", dieerg goed in water oplosbaar is.Pe zeepmolekul?n in een glas zeepsop met eenluchtbel (tek. 4) verzamelen zich daarom aan hetoppervlak, waar zij alle hun Vette staarten in delucht en hun koppen in het water steken.De nog in het water rondzwevende zeep-deeltjestrachten telkens nog een vrij plaatsje in hetluchtoppervlak te vinden: er ontstaat een gedrang,dat het oppervlak tracht te vergroten, wat dus deoppervlaktespanning doet verminderen.Zeepsop heeft dus een veel lagere opper-vlaktespanning; schuimbellen laten zich ge-makkelijk vervormen en gemakkelijk in kleinerebellen verdelen. Desnoods gaan de zeepmolekul?nook wel tegen de glaswand of tegen een steenliggen; daarom vloeit zeepsop nog beter danschoon water over deze oppervlakken uit.In dezelfde situatie als onze luchtbel van tek. 3 zoueen schuimbel tussen grindkor-rels (tek. 5) zich erniet tegen verzetten, dat de steentjes dichter ineenzouden schuiven; de schuimbel zou zich zonodig invele kleine bellen verdelen (waarbij het oppervlakvan de lucht dus groter wordt en er meer plaatsvoor zeepmolekul?n vrijkomt). De zeepmolekul?nverzetten zich tegen het samenvloeien van tweeluchtbellen, want daartoe moeten de zeepmolekul?nuit het oppervlak worden weggedrongen. Evenzoverzetten zij zich tegen een directe aanraking vantwee steentjes tegen elkaar. Er is zelfs zoveelkracht nodig om twee steentjes in zeepsop tegenelkaar te drukken, dat men met de hand duidelijkvoelt, dat het zeepsop de steentjes ,,glibberig"maakt! Gewone zeep kan echter in cementspeeieniet als smeermiddel worden gebruikt, omdat zijmet de kalk uit het cement reageert tot eenonoplosbare kalkzeep, die niet als zeep werkt.Bovendien wordt de verharding van cementbedorven en vertraagd door het onttrekken vankalk.4. Air-hulpstoffen (,,air-entraining agent", ,,A.E.A.") Er zijnechter verschillende stoffen bekend, die -- evengoed alsgewone zeep -- de oppervlaktespanning verlagen, maar nietgevoelig zijn voor kalk. Deze kunnen dus worden gebruikt omhet glijden van de toeslagdelen in betonspecie te bevorderen,d.w.z. om de zetmaat of slump te verhogen zonder toevoegingvan meer water en om de hinderlijke oppervlaktespanning vanluchtbellen in het beton weg te nemen.Door de American Society for Testing Materials(A.S.T.M.) (2 en 6) zijn reeds vier Airhulpstoffen erkendals nuttig voor het verkrijgen van de gewensteverbeteringen, zonder de overige eigenschappen van hetbeton te benadelen, n.l.:Darea; A.E.A. (Dewey & Almy Chem. Co.);Vinsol Resin (Hercules Powder Co.);N-Tair (Newport Industries Inc.);Airalon (Dewey & Almy Chem. Co.).Dit zijn alle vette of harsachtige stoffen, die met loog zijn,,verzeept" of die -- zoals Vinsol Eesin -- bij het gebruik(door loog-toevoeging) verzeept moeten worden; zijwerken alle schuimverwekkend, d.w.z. zij verlagen deoppervlaktespanning.Er is van een Air-hulpstof altijd maar heel weinig nodig, wantzij verzamelt zich, zoals tek. 4 deed zien, vanzelf in hetoppervlak, waar maar een laagje van ??n molekuul dikte nodigis en plaats kan vinden.4.1 hogere zet-w.c.f., korteretriltijdDoor Lem (5) e.a. wordt de ,,smerende" werkingvan Air-hulpstoffen toegeschreven aan een soort,,kogellagerwerking" van de kleine schuimbellenin Air-betonspecie. Volgens vorenstaande zijndeze schuimbel-letjes echter juist veel mindersterk dan maat, lagere luchtbellen in speciezonder Air-hulpstof, terwijl de Air-hulpstof zelfnoodzakelijk tere tnltija tevens een smerendewerking moet hebben.Tabel I, overgenomen uit een rapport dd. 10 Juli 1950 van hetlaboratorium van de Belgische bedrijfsgroep vanPortlandcementfabrikanten (4), toont het effect van detoevoeging van 0,4 1 Darex per 1000 kg cement. In de eerstekolom is de normale samenstelling weergegeven.Toevoeging van Darex all??n zou het luchtgehalte na hetmengen doen stijgen, zodat het volume met ca. 4,5% zoutoenemen; om dit te compenseren is inkolom b niet alleen Darex toegevoegd, maar tevens zijn er 58kg zand (= 22 1) en 22 kg water weggelaten; samen dus 44 1 of4,4%.TABEL IBelgische proevenzonder met Darex A.E.A.koloma b dporphyr-steenslag kg 1215 1215 1215 1215Bijnzand kg 700 642 642 642Portlandcement kg 350 350 350 350water kg 188 166 156 151Darex A.E.A. 1 0,14 0,14 0,14w.cf. 0,537 0,474 0,445 0,431zetmaat 1,35 1,37 1,20 1,23triltijd sec 60 20 45 40soortelijk gew. kg/l 2,390 2,375 2,450 2,457Ondanks de lag ere w.cf. blijkt specie van kolom fo in veelkortere triltijd zelfs eigenlijk dichter in elkaar te zijngeschoven, want de luchtbellen alleen zouden het soortelijkgewicht van 2,39 op ca 2,34 verlagen. Er kan dus nog water ophet mengsel b worden bespaard zonder de verwerkbaarheid teschaden. Bij de samenstellingen en d is dan ook nogmaalsresp. 10 en 15 1 water weggelaten. In kortere triltijden dan bij aworden nu steeds nog aanmerkelijk hogere dichtheden bereikt:de toeslagdelen zijn dus met de kleinere hoeveelheden cement -melk toch gemakkelijk langs elkaar geschoven tot de meestdichte pakking of inklinkins.4.2 schuimbellen zijn'n goede toeslagstofOvereenkomstig het in sub 3 beschrevene zijn detoeslagdelen dichter opeengeschoven; de cementmelkbehoeft slechts dunnere laagjes om de korrels te vormen, deopen gaten er tussen zijn kleiner en de schuimbelletjesnemen er genoegen mede alleen die gaatjes te vullen, dietoch open zouden blijven, d.w.z. die veel cementmelkzouden opnemen.De schuimbellen hebben dus alle eigenschappen vaneen ideale toeslagstof:a) zij zijn vanzelf altijd juist zo groot als nodig isvoor een ,,ideale zeefkromme", b zij kruipen altijd in hetgrootste gat, dat ze kunnenvinden, c) zij trachten hun oppervlak wel klein te makenmaar hinderen de andere toeslagdelen niet in hunbeweging.4.3 het oppervlak vanschuimbellen4.4 schuimbellenworden sterke holtenZoals in tek. 4 en 5 aangeduid, bestaat het oppervlak vaneen schuimbel uit een laagje ,,zeep"-molekulen, die alle hunvetstaart in de lucht steken en hun wateraantrekkendekoppen in het water houden. Deze koppen trekken decementdeeltjes in het water naar zich toe, m.a.w.: de bellenworden omgeven door een bijzonder sterk cementgeraamte.Zij houden het water ook zo lang mogelijk vast, zodat bijhet beginnende uitdrogen van het beton niet zo lichtverbindingskanaaltjes voor de lucht door het oppervlakheen ontstaan.Na het verharden van het beton vormen de schuimbellen duskleine afgeronde holten met een in zekere zin versterkte wand,zodat zij de materiaalsterkte zo min moeeliik benadelen.4.5 niet vorst-gevoeligHet naar de lucht toegewende oppervlak van de schuimbellenbestaat geheel uit vetmole-kulen en is dus sterkwaterafstotend. Een dergelijk bijna bolvormig holletje metvettige wand is zeker niet vochtaantrekkend.De luchtbellet jes in Air-beton blijven natuurlijk wel holten,maar deze trekken geen vocht aan, blijven zelfs onder watermet lucht gevuld en belemmeren dus juist het transport vanwater. Uit zeer uitvoerige proeven, genomen door de A.S.T.M.-keuringscommissie Ci (7) nemen wij tabel II en tek. 6 (beidez.o.z.) over. In vergelijking tot een serie proef balkjes en proefcylinders van normale beton-samenstelling (kolom A) werdenvier gelijke series doch met verschillende Air-hulpstoffenonderzocht. Ook hier werd het zandgedeelte in de toeslag ver-minderd om de vermeerdering van het luchtgehalte door Air-hulpstoffen te compenseren. De balkjes werden aan herhaaldebevriezingsproeven blootgesteld, waartussen regelmatig deelasticiteits-modulus E voor elk balkje werd gemeten; het ver-loop van E geeft een indruk omtrent het verloop van druk- enbuigsterkte.Cement 3 (1951) Nr 1-21?TABEL IIA.S.T.M.-proevenkolomA D EAir-hulpstof .............................................................. -- geen N-Tair Vinsol R. Darex *)droog percentage ervan ............................................ % 0,006 0,010 0,010 *)zandgehalte in procenten v. d. toeslag . . . . % 43 39 39 39 39Eigenschappen van het gestorte beton6,65 5,89 5,94 5,94 6,16zetmaat 1" 2 5 2 2 2 4 2 4 25151,4 148,0 148,3 147,5 147,7cementgehalte ........................................... sack/cu.yd 4,99 5,01 5,02 4,99 4,99luchtgehalte ...................................................... vol.-% 1,6 4,3 4,3 4,3 4,2Druksterkte, gemeten aan proef cylinder s van 6" 12"1060 1 190 1 160 1230 1050na 7 dagen ..................................................... lb/sq. 1" 3140 3 030 3 160 3 170 2 8504 860 4 640 4 805 4 730 4 665na 1 jaar ......................................................... lb/sq. 1" 6 865 6 160 6 390 6 025 6 045Buigsterkte, gemeten aan proefbalkjes van 4" 6" 24"512 546 518 511 513na 28 dagen ................................................... lb/sq. 1" 718 707 750 673 687883 864 880 879 856Bevriezingsproeven met balkjes van 3" 4" 16"100 100 100 100 10035 110 100 110 11069 16 24 11 11druksterkte (4" kubus) ................................... lb/sq. 1" 3 365 3 645 3 405 3 490 3 090buigsterkte (3" 4" 16" balk) .... lb/sq. 1" 357 536 340 532 542*) Voor de proefbalkjes van de serie E werd cement gebruikt, waaraan door de fabrikant bij het malen reeds een Air-hulpstof wastoegevoegd.Na 100 proeven van bevriezen in lucht en ontdooien onderwater (2 cycli per dag) bleek de E van de balkjes niet te zijn af-, maar zelfs iets te zijn toegenomen (linker helft van tek. 6).Zodra men echter begon met de balkjes onder water te doenbevriezen, nam de E van d? balkjes zonder Air-hulpstof zo snelaf, en toonde ook het oppervlak een zodanig afschilferen, datmen deze serie A niet meer dan 35 maal durfde bevriezen. Deserie met Vinsol Resin (kolom C) werd na 100 proevengestaakt; Darex A.E.A. en N-Tair hielden 110 proevenruimschoots uit.4.6 waterdichtheidOmtrent de doorlaatbaarheid van Air-beton rapporteert dewegens haar betononderzoekingen bekende TechnischeHochschule te Stuttgart (8): Twee gelijke betonplaten vangelijke samenstelling, doch met en zonder Air-hulpstof, werdenaan ??n zijde blootgesteld aan water onder druk, eerst 1 envervolgens 7 atmosfeer.Tabel III toont de gevolgen aan de rugzijde, waarbij de metDarex gemaakte plaat aanmerkelijk beter waterdicht blijkt tezijn.tek. 6De na de proeven bepaalde druk- en buigsterkten kunnen nietdirect worden vergeleken met de erboven vermelde metingenaan proefstukken van andere afmetingen (Om dezelfde redenwas het ongewenst de Engelse maten te herleiden in die van hetContinent). Wel is ongetwijfeld de druksterkte van kolom A na35 bevriezingsproeven in water sterker gedaald dan die van deoverige na 100 en meer proeven, overeenkomstig het verloopvan de E.TABEL IIIDuitse proevenkolomzonder Darex met Darex1 atm gedurende 5 uren vochtig droog1 atm gedurende 20 uren druppels droog1 atm gedurende 2e dag 30 cm3 vochtig7 atm gedurende 4 dagen 800 cms 1 druppel5. Aanpassing (,,redesign") van de toeslag ensamenstelling5.J aanpassing(,,redesign") :minder zandZowel bij de Belgische als bij de A.S.T.M.-proeven, die eerder geciteerd werden, is een deelvan het zandgehalte uit de toeslag weggelaten omde volumevermeerdering door Air-toevoeging tecompenseren. Het motief daartoe was vooral, datmen het cementgehalte per cm.3 beton gelijk wildehouden. Volgens de boven ontwikkelde zienswijzevervullen de schuimbelletjes inderdaad voor-treffelijk de rol, die aan de zandkorrels wastoegedacht: zij vullen de gaatjes tussen degrindkorrels. Boven het zand hebben ze zelfs hetvoordeel, dat ze nooit groter zijn dan de gaatjes endus zuiniger zijn in het gebruik.Overigens bleek de aanwezigheid van een Air-hulpstof ook het glijden van de steentjes overelkaar te bevorderen, zodat slechts een dunnerelaag cementmelk met Air-hulpstof als smeermiddelom de grind- en zanddeel-tjes nodig is. Ditbetekent: dichtere toenadering van alle delen totelkaar, dus iets kleinere holten, zodat ook hieromeen deel van het fiinste zand weer overbodigwordt.Niet alleen mag voor Air-beton zoveel zand minder wordengenomen als gelijk staat met het volume van de20 Cement 3 (1951) Nr 1-2ingebrachte lucht, maar vermoedelijk mag bovendien nog eengedeelte, liefst fijn zand, worden weggelaten resp. door grindworden vervangen. Bij de geciteerde proeven is echter,arbitrair, slechts ongeveer half zoveel zandvolume weggelatenals het luchtvolume bedroeg. Aan de hand van de resultatenvan metingen van de druk-, trek- en buigsterkte zal onder sub 6te toepassing (,,redesign") nader ter sprake komen.5.2 minderontmengingWelhaast vanzelfsprekend heeft de smerendewerking van de Air-hulpstof een iets andere invloedop het glijden van de deeltjes dan een groterwatervolume: De dunnere laagjes eementmelktussen de toeslagdelen ,,smeren" wel evengoed dankzij de oppervlaktelaagjes Air-hulpstof, maar hetwater in deze laagjes (die trouwens een hogercementgehalte bevatten; lagere w.c.f.) kan veelminder stromen.Inderdaad constateren zowel Lern (5) als het HighwayResearch Board (6), dat Air-betonspecie, van gelijke zetmaatals een gewone specie, minder neiging heeft tot ?ntmengen; inde bekisting vloeit er minder water uit en bij het stampen oftrillen komt er niet zo spoedig water op te staan.5.3 mindergrindnestenDaardoor bestaat er ook minder gevaar, d?t b.v.zwaardere stenen bezinken en zand-deeltjes met hetwater omhooggesleurd worden; er is dus minder kansop ontmengen van de toeslagdelen.Dit verminderde gevaar van het ontstaan van grindnesten iswelhaast het belangrijkste voordeel van Air-beton: de groteregelijkmatigheid -- ook daar waar nog geenszins sprake is vantypische grindnesten -- draagt buitengewoon veel bij tot deeffectieve sterkte van de gehele betonconstructie.5.4 beteretransport-moaeliikheidTypisch is dus voor Air-betonspecie, dat het minderontmengt dan gewone betonspecie van eelilkevloeimaat. of m.a.w.:Air-betonspecie kan -- veel beter dan specie zonder Air-hulpstof -- van de menginstallatie naar de stortplaats wordenvervoerd in stortgoten of zelfs over grotere afstanden, in openlaadbakken, zoals door Lem (5) werd vermeld.Tevens volgt hieruit, dat de zetmaat of devloeimaat, niet langer als betrouwbare maatstafvoor de verwerkbaarheid kan dienen.Bij de Belgische proeven, Tabel I, is inderdaad ge-bleken, dat Air-beton een lagere zetmaat behoefde om tochbinnen kortere triltijd zelfs tot hogere dichtheid te komen.De verwerkbaarheid van de specie neemt door Air-hulpstoffendus in hoger mate toe dan de zetmaat of de vloeimaat.6. Invloed van Air-hulpstoffen ondruk-, trek- en buisrsterkte6.1 druk- entreksterkteIn mijn vorig artikel (1) werd de formule voor dedruksterkte van beton afgeleid uit het oppervlak vanalle toeslagdeeltjes; dit bleek practisch hetzelfde tebetekenen als de fijnheidsmodulus.Het inbrengen van schuimbelletjes door Air-hulpstoffen betekent een vergroting van hetdeeltjesoppervlak, of anders gezegd: toevoeging vanmeer fijne toeslag.Bij de Amerikaanse proeven (Tabel II) is 4% van de toeslagweggelaten, d.w.z. ca 2% van het volume van het nattemengsel. Inplaats van 1,6% lucht (vrij grove toeslag) kwamener 4,3% schuimbellen (fijnste toeslag) bij; het totale gehaltefijne toeslag is dus zeker toegenomen. Ondanks de iets lagerewatercement-factor is dan ook de druksterkte iets afgenomen.Het zelfde geldt voor de Belgische proeven (Tabel I, kolom aen b). Tabel IV toont de druksterkte van de proeven van TabelI.TABEL IV (voortzetting van Tabel I)Belgische proevenkoloma b ddruksterkte na 7 dagen kg/cm2 2525 230 290 3325druksterkte na 28 dagen kg/cm2 3365 337 390 400Bij kolom heeft de lagere watercementfactor ondanks hetvermeerderde gehalte ,,fijn" (zand + schuimbellen) pas eenhogere druksterkte doen ontstaan; in kolom d is dit nog sterker.M.i. zou men door verdere verlaging van het zandgehalte noggunstigere waarden hebben bereikt. Bij proeven van deTechnische Hochschule in Stutt-TABEL VStuttgarter proevenPortlandcement uit een roterende oven schachtovenDarex cm3/kg cement A A B A A Btoeslagfijnheid (zie Tabel VI) 0 0,4 0,4 0 0,3 0,3Gemengde hoeveelhedentoeslag kg 1854 1819 1860 1847 1792 1855cement kg 265 260 266 264 256 265water kg 190 159 140 184 167 158Darex kg -- 0,1 -- 0,08 0,08totaal m 1 m3kg 2 309 2 238 2 266 2 295 2 215 2 278mengtijd mm 1,75 1,4 1,0 1,5 1,5 1,6luchtgehalte vol-% 1,4 5,1 4,5 2,4 5,6 5,5zetmaat 1" 2,3 1,5 10 3,2 6,7 3,3Druksterktena 28 dagen kg/cm2189 191 240 258 225 270na 90 dagen kg/cm2300 286 361 374 305 375Treksterktena 28 dagen kg/cm250 47 54 53 50 55na 90 dagen kg/cm251 49 57 55 57 57TABEL VIzeeffijnheid van de toeslag Rijnzand-Rijngrindzeefmaat ..................................................... mm 0,2 1 3 7 15 30 40doorvallend percentage:19 27 32 56 63 99 1001 15 25 44 52 98 100Cement 3 (1951) Nr 1-2 21gart (8), die in Tabel V zijn geciteerd, is dan ook het ,,gewone"beton (eerste kolom) enerzijds vergeleken met Air-beton meteen geringer gehalte toeslag van dezelfde zeeffijnheidskromme(Tabel VI, samenstelling A) en anderzijds met Air-beton metdezelfde hoeveelheid toeslag, waarin echter liefst 12% minderzand was gemengd (samenstelling B). Tevens is hetwatergehalte in de derde kolom dermate verlaagd, dat dezetmaat van 2,3" op 1,1" is gedaald, waarbij deverwerkbaarheid toch nog goed bleef.De druk- en treksterkte blijken liefst 15 tot 20% te zijntoegenomen bij gelijkblijvend cementverbruik! Bij de analogeproeven in de rechter kolommen is het watergehalteonvoldoende verlaagd; het luchtgehalte en de zetmaat zijn danook te hoog en de sterkte-eigenschappen zijn daardoor weinigof niet verbeterd. Van verschillende zijden is er dan ook telkensweer op gewezen, dat een luchtgehalte boven 5% vrijwel steedsnadelig is; tussen 4 en 5% zou het optimum liggen.In het licht van het voorgaande blijkt, dat dit optimaleluchtgehalte zeker wel in nauw verband zal staan met deaanpassing (,,redesign"): met de hoeveelheid zand, welke menheeft ,,weggelaten" t.o.v. de ideale fijnheidsmodulus.teie. 7 tek. S6.2 buigsterkte enelasticiteits-verde?ngBij de berekening van de druk- of treksterkte vaneen gemengd materiaal, zoals beton, zal menoverigens ook rekening moeten houden met de E-eigensehappen der bestanddelen. Denkt men zicheen blok rubber, waarin enkele stenen zijningesloten (tek. 7). Wordt het blok in lagen verdeelden bekijkt men wat deze zullen doen, als het blokwordt samengedrukt (tek. 8), dan ziet men dat dedunste rubberlagen verreweg het sterkst wordensamengeperst.De drukkracht wordt overwegend gedragen door dedunste rubberlaagjes. Het blok zal dus bezwijken,zodra deze laagjes het begeven bij een druk, dieveel hoger is dan de gemiddelde druk per vierkantecentimeter. Het zelfde geldt voor een trekkracht,.doch in beide gevallen zal de veerkracht van hetomringende rubber trachten, het materiaal van hetdunste laagje op zijn plaats te houden. Tek. 9 stelteen balk voor van rubber met stenen. De balk is opdoorbuiging belast; de pijltjes duiden in principeaan, waar de steentjes van elkaar afgetrokken oftegen elkaar aangedrukt worden. Het rubber in holteA wordt deels samen-gedrukt, deels iets gerekt; hetrubber bij wordt alleen gerekt. De dunnerubberlaag tussen A en wordt zeer sterk gerekt enwordt niet op zijn plaats gehouden door het rubbervan A en B.Een ongelijke elasticiteit van toeslag en bindmiddel(cementspecie) veroorzaakt ongelijkmatige verdelingschijnbaar lagere sterkte.Bij proefnemingen met kunststoffen, welke decementspecie buigzamer, elastischer maken, kondendan ook met zachte toeslagstoffen (hout- ofkurkmeel) mengsels worden gemaakt, die steedssterker werden naarmate meer kunststof werdtoegevoegd. Wanneer men echter aan normalebeton-speeie met onelastische toeslagstoffen dezelf-de kunststoffen toevoegde, werd al spoedig eenmaximale druk- en treksterkte bereikt; toevoegingvan meer kunststof verlaagde de sterkte weer.Vooral grote buigsterkte zal men m.i. alleen kunnen bereikenmet mengsels, waarbij de elasticiteit van toeslagstoffen encementspecie gelijk is. De invloed van de schuimbellen in Air-beton zal ook in dit opzicht van belang kunnen blijken te zijn.7. Litteratuurlijst1. Portlandcement en Kunststoffen, Dr. R. A. J. Bosschart, Cement15--16, 1950, blz. 303.2. Air-entraining Portland Cement. Tentative specifications of the Am.Soc. for Testing Materials. A.S.T.M.-Designation: C175-48T.3. Portland-cement dispersion. Ernsberger & France, Jrnl Boston Soc.Civ. Eng., Oct. 1947 -- 263.4. Proc?s-verbal no 13.974 du Lab. de Recherches et de Contr?le duGroupement profess, des Fabricants de Ciment Por-land artif. deBelgique S.A., 10 Juin 1950.5. Lucht als vijfde bestanddeel in beton, J. L e m, Cement 11--12,1949 en 13--14, 1950.6. Use of air-entrained concrete in pavements and bridges. CurrentRoad Problems no 13-R, Highway Research Board,> Washington, May 1950.7. Tests for Air-Entraining Agents in cement and concrete, Washa,Scholer. Lewis & Withey, A.S.T.M.-Bull. no 163 (Jan. 1950)-61.8. Comments on tests made at the Technische Hochschule at Stuttgart.Bull, techn. du Dewalco S.A.R.L., Paris Mai 1950.Wat betekent...?Kop en staart van molekulen: z?e Oppervlak-actievestof.Luchtbel: Aangezien het mechanisch gedrag van eenmet lucht gevulde holle ruimte in een vloeistof vooralwordt beheerst door de oppervlaktespanning in hetgrensvlak, wordt onder een luchtbel verstaan: deingesloten lucht plus dit grensvak.Oppervlaktespanning. (O.S.) Het oppervlak van eenvloeistof, d.w.z. het grensvlak ervan tegen de lucht, hetvat of tegen een andere vloeistof, gedraagt zich als eenvlies, dat zich elastisch samentrekt, alsof 4iet gespannenstaat. Deze spanning ontstaat door 3e onderlingeaantrekkingskrachten tussen de vloeistof-molekulen; zij iskleiner, naarmate de vloei-stofmolekulen sterker wordenaangetrokkendoor de molekulen van het andere medium (wand ofvloeistof), zij is groter naarmate het oppervlak sterker isgekromd De O.S. wordt gemeten door te bepalen welkearbeid er verricht moet worden om het opper vlak 1 cm2te vergroten.In een nauwe buis (capillair) trekt de O S de vloeistofomhoog, als de O S tussen deze vloeistof en de luchtgroter is dan die tussen de vloeistof en de wand (b bijwater in een glasbuis) in het omgekeerde geval drukt ZIJde vloeistof juist omlaag (b kwik in een glasbuis).Oppervlak-actieve stof is een stof, welke in debeschouwde voeistof oplost, maar waar van demolekulen zich bij voorkeur in het grensvlak tussen dezevloeistof en de daaraan grenzende stof (gas vloeibaar ofvast) op ?amelen.Gewoonlijk zijn het stoffen met vrij lange molekulen,waarvan een gedeelte anders gebouwd is dan het andere deel, zodanig, dat het eerstedeel (door mij de kop genoemd) sterk door devloeistofmolekulen wordt aangetrokken, terwijl het andereeinde (de staart) weinig wordt aangetrokken en daardooreigenlijk moeilijk oplost.Doordat de vloeistofmolekulen elkaar aantrekken,trachten zij een molekuul of molekuul-gedeelte, datweinig wordt aangetrokken, weg te dringen uit deoplossing.Schuimbel. Een schuimbel is een luchtbel, waarvan deoppervlaktespanning duidelijk merkbaar is verlaagddoor de aanwezigheid van een oppervlak-actieve stof.Men verwarre dit niet met een ,,zeepbel", die bestaat uitingesloten lucht met een zeepsop-huidje er omheen: indit geval rekent men de gehele vloeistof en hetbuitenoppervlak van de vloeistof ook tot de zeepbel.dr R. A. 3. B.22 Cement 3 (1951) Nr 1-2
Reacties