dr.R.F.M.Bakker, Cementfabriek Umuidendr.W.M.M.Heijnen, TNO BouwH.H.M.Soen, Mebin afdeling Technologische Adviezen?ng,J. de Vries, Bouwdienst Rijkswaterstaat afdeling Bouwspeurwerk.De laatste jaren is veel geschreven over het fenomeen alkali-silicareactie(ASR), ook in dittijdschrift. Veel onrust is gezaaid, maar ook zijn nuttige adviezen gegeven. Een praktischeuitwerking ontbrak echter tot nu toe. Met het verschijnen van CUR-aanbeveling 38 heeftde bouwwereld een document gekregen waarin door middel van praktische richtlijnen desamenstelling van beton(specie) kan worden getoetst op het risico van schadelijke ASR.MAATREGELENOMDEALKALI-SILICAREACTIEIN BETON TE VOORKOMEN 8CUR onderzoekcommissie B56In maart 1991 is door CUR onderzoekcom-missie 56 'Alkali-silicareactie in beton' in-gesteld. Aanleiding tot deze activiteit washet gegeven dat in Nederland steeds meerandere toeslagmaterialen voor beton op demarkt kwamen zonder dat duidelijk was ofsommige van deze materialen aanleidingzouden kunnen geven tot het optreden vande alkali-silicareactie.De oorspronkelijke taak was als volgt gefor-muleerd:1. Door middel van literatuuronderzoek eninterviews nagaan welke toeslagmaterialen,mede afhankelijk van de wingebieden, onderNederlandse omstandigheden risico's ople-veren ten aanzien van alkali-silica schade inbeton.2. Opstellen van een procedure ter beoorde-ling van de gevoeligheid voor alkali-sili-careacties van in Nederland te gebruikentoeslagmaterialen voor beton.3. Opstellen van richtlijnen met betrekkingtot de wijze waarop duurzaam beton kan wor-den vervaardigd met toeslagmaterialen diegevoelig zijn voor alkali-silicareacties.4. Verzorgen van kennisoverdracht omtrenthet onder 1, 2 en 3 gestelde.Doordat in 1991 duidelijke gevallen van alka-li-silicareactie in Nederland bij de commissiebekend zijn geworden [1], heeft de commis-sie haar doelstelling en prioriteiten gewijzigden zich ten doel gesteld de volgende vragente beantwoorden:1. wat is de oorzaak van deze schade;2. hoe kan deze schade in de toekomst wor-den voorkomen.CUR-Aanbeveling 38 (bijlage bij dit nummervan Cement) geeft antwoord op de laatstevraag. Dit artikel gaat in op de achtergrondenen motivering van de aanbeveling.dig was. Ter plaatse van de kolommen loopthet gevelelement over de volle breedte dooren dit is het steunpunt voor de stapeling vande elementen op elkaar. Bij deze oplossing isgeen randkist voor de vloer nodig.De gevel heeft een stramien van 1,80 m, ter-wijl de breedplaat2,40 m breed is. Per gevel-element van 5,40 m kunnen twee rechtebreedplaten van 2,40 m worden toegepastmet een spieplaat die bij de gevel 0,60 mbreed is. De breedplaten zijn samen ook5,40 m breed, gelijk aan het gevelelement.Stap 5: de uitvoeringswijzeMet de hiervoor omschreven constructieva-rianten moet nu een draaiboek worden ge-maakt met als uitgangspunt dat een norma-le bouwlaag in een cyclustijd van 10 dagen isuit te voeren (fig. 11).In een cyclustijd van 10 dagen moeten zowelde verticale constructiedelen als de vloerworden geproduceerd. Daarvoor zijn tweeverschillende produktiestromen nodig, diecontinu kunnen werken. Dat is alleen moge-lijk als de vloer in verschillende delen wordtgestort. Een bouwlaag moet in ten minstetwee delen worden opgedeeld om zowel deproduktie van de vertikale als de horizontaledelen continu?teit te kunnen geven.Dit draaiboek is het uitgangspunt voor deverdere uitwerking van de uitvoeringswijzevan de verschillende constructiedelen. Bij dekeuze van de variantoplossingen moet deoptimale uitvoeringswijze taakstellend zijn.ConclusieAan de hand van het PTT-Telecom-gebouw isde uitvoeringstechniek van het betonskeletin vijf stappen onder de loep genomen. Ver-duidelijkt is welke rol het bedrijfsbureau ineen bouwbedrijf vervult bij het zoeken naarhet optimum tussen bouwkosten en bouw-tijd waar het gaat om de uitvoering van hetbetonskelet.In volgende uitgaven van Cement komt het-zelfde probleem bij andere projecten aan deorde.BetrokkenenArchitect: AGS architecten, HeerlenConstructeur: Raadgevend Bureau ir.Buis-man i.s.m. Adviesbureau D3BN civiel inge-nieursAannemer: Nelissen van Egteren BouwHoofddorp i.s.m. Amsterdam57Het ASR-schademechanismeDe alkali-silicareactie is een reactie van be-paalde, uit reactief silica bestaande, be-standdelen van toeslagmateriaien met inhet poriewater van het beton aanwezige al-kali?n. Deze reactie leidt tot de vorming vangelvormige reactieprodukten. De reactiepro-dukten kunnen water absorberen en daar-door zwellen met als gevolg dat drukspan-ningen in het beton worden opgebouwd. In-dien de drukspanning in het beton te hoogwordt, zal het beton gaan scheuren. Dan is ersprake van schadelijke ASR.Schadelijke ASR kan alleen optreden als aande volgende drie voorwaarden tegelijkertijdis voldaan:? in het beton moeten voldoende alkali?naanwezig zijn;? er moet blijvend of intermitterend voldoen-de water aanwezig zijn;? het gehalte aan reactieve bestanddelen inhet toeslagmateriaal moet in het kritischegebied liggen.Deze randvoorwaarden bepalen de maatre-gelen die genomen moeten worden voor be-ton in de diverse milieuklassen.De rol van het toeslagmateriaalIn sommige toeslagmaterialen is amorf ofslecht-kristallijn silica aanwezig dat op grondvan zijn minder geordende kristalstructuuren/of zijn groter specifiek oppervlak snellermet alkali?n reageert dan grofkristallijnkwarts. In dit verband bekende reactieve be-standdelen zijn opaal, chalcedoon, cristoba-liet, tridymiet en cryptokristallijn kwarts.Alleen indien het gehalte aan amorf ofslecht-kristallijn silica in het toeslagmate-riaal tussen bepaalde grenswaarden ligt,kan schadelijke ASR optreden mits ookwordt voldaan aan randvoorwaarden metbe-trekking tot de aanwezigheid van alkali?n enwater.Hetgebied tussen deze grenswaarden wordtaangeduid als het kritisch gebied (ook wel'Pessimum').Zowel onder dit gebied ('onderkritisch') alserboven ('bovenkritisch') kan geen schade-lijke ASR optreden (fig. 1).De ligging van het kritisch gebied hangt sterkaf van de mineralogische samenstelling vande reactieve bestanddelen. Bij opaal is eengehalte van y2 tot 10% (m/m) kritisch; bijcryptokristallijn kwarts praten we over tien-tallen procenten.Veel uit zee en rivieren gewonnen grind enzand bevatten vuursteen (in het Engels cherten/of flint genoemd), dat uit een mengselvan slechtkristallijne silicaverbindingen be-staat.Meestal bevat het grind meervuursteen danhet zand. Door verschillen in de mineralogi-sche samenstelling en de porositeit vanvuursteen kan de ASR-gevoeligheid van toe-slagmaterialen, die een gelijke hoeveelheidvuursteen bevatten, sterk verschillen. Bo-vendien is de ligging van het kritische gebiedafhankelijk van het cementgehalte, het alka-ligehalte en de water-cementfactor van hetbeton en de korrelgrootte van het reactievetoeslagmateriaal.De beoordeling van de ASR-gevoeligheid van(mengsels van) toeslagmaterialen is danook een zeer complexe aangelegenheid. De-ze beoordeling wordt nog eens extra be-moeilijkt door het ontbreken van algemeentoepasbare bepalingsmethoden. De inde-lingvan toeslagmaterialen op ASR-gevoelig-heid gebeurt daarom vooral op grond vanpraktijkervaringen en kan worden onder-steund door laboratoriumproeven. Bij het op-stellen van richtlijnen hierover worden in hetalgemeen zeer conservatieve eisen gesteld,zeker in gevallen waar deze in de praktijk re-latief eenvoudig te realiseren zijn. Zo is in En-geland in de regelgeving opgenomen dat hetgehalte aan reactieve bestanddelen vanvoor de Engselse zuid-oostkust gewonnenzeezand en -grind bovenkritisch is, indien hetmeer dan 60% (m/m) chert en/of flint bevat;een aanvullende voorwaarde is dat de frac-tie < 5 mm ten minste 5% (m/m) cherten/of flint dient te bevatten.Wanneer het gehele toeslagmaterialen-mengsel uitzeezand en-grind bestaat, wordtin zuid-oost Engeland gemakkelijk aan dezeeis voldaan. In de praktijk is zeer veel betongemaakt met dit zeemateriaal. Schade doorASR aan dit beton is in Engeland nooit opge-treden. Het kritische gebied voor deze cherten/of flint ligt echter aanzienlijk lager, waar-schijnlijk in de buurt van 15-20% (m/m). Hetgebruik van toeslagmaterialenmengsels inhet 'grijze gebied' tussen 20 en 60% (m/m)chert en/of flint zou waarschijnlijk in demeeste gevallen geen aanleiding geven tot(?) Schematisch diagram van het pessi-mumgebied waarin ASR destructief kan zijn[21A: wel reactie, geen scheurvorming; er wor-den ' slechts weinig reactieprodukten ge-vormd omdat er weinig reactief silica aanwe-zig is; in het beton is voldoende expansie-ruimte aanwezigB: reactie en scheurvorming; hoeveelheidreactief silica is beperkend; overschot aanalkali?n; lokaal is er onvoldoende expansie-ruimteC: reactie en scheurvorming; beschikbaar-heid alkali?n beperkend; overschot aanreactief silica aanwezig; er /'s lokaal onvol-doende expansieruimteD: wel reactie, geen scheurvorming; er is zoveel reactief silica aanwezig dat ASR zeersnel en op veel plaatsen tegelijk optreedt,waardoor lokaal voldoende expansieruimteaanwezig is.het optreden van schadelijke ASR. Hierbijwordt opgemerkt dat in dit 'grijze gebied' dekans op schadelijke ASR afneemt bij een toe-nemend gehalte chert en/of flint. Meer ge-detailleerde voorschriften werden in Enge-land echter niet opportuun geacht.N.B.Materiaal dat op andere locaties in deNoordzee wordt gewonnen kan een sterk af-wijkende mineralogische samenstelling heb-ben! Daardoor kan ook de gevoeligheid voorASR van zeemateriaal van eenandere her-komst dan de Engelse zuid-oostkust aan-zienlijk anders zijn.58Toeslagmaterialen kunnen op grond van hunmineralogische samenstelling In relatie totASR als volgt worden ingedeeld:? toeslagmaterialen met een zodanig laaggehalte aan reactieve bestanddelen datgeen schadelijke ASR kan optreden ('on-derkritisch');? toeslagmaterialen met een zodanig hooggehalte aan reactieve bestanddelen, datze bij toepassing als enig toeslagmateriaalin beton geen risico geven op het optredenvan schadelijke ASR ('bovenkritisch');? toeslagmaterialen met een gehalte aanreactieve bestanddelen binnen het kri-tisch gebied.Als voorbeeld van een materiaal met een on-derkritisch gehalte aan reactief Si02 geldtgebroken graniet uit Glensanda Schotland.Als voorbeeld van een materiaal waarbij re-kening moet worden gehouden dat het ge-halte binnen het kritisch gebied ligt, geldtDoornikse kalksteen.Als voorbeeld van een toeslagmateriaal meteen onbekend gehalte aan reactief Si02 zou-den we betongranulaat kunnen noemen.N.B.Toeslagmaterialen, waarvan bekend is datze elkeen onderkhtisch gehalte aan reactiefSi02 bevatten, kunnen zonder risico op scha-delijke ASR in alle mengverhoudingen wor-den toegepast in beton. Wanneer een ge-deelte van de toeslagmaterialen een boven-kritisch gehalte aan reactief Si02 bevat, kanhet toeslagmaterialenmengsel als geheelbinnen het kritische gebied komen te liggen.De toepassingsmogelijkheden van dergelij-ke mengsels moeten per geval worden beke-ken.Men dient erop bedacht te zijn dat de eigen-schappen van toeslagmaterialen, zelfs bijkleine wijzigingen van winlocatie, verschil-lend kunnen zijn. Bij wijzigingen c.q. verschui-vingen in winlocatie dient dan ook door mid-del van een geologisch/petrografisch onder-zoek te worden getoetst of de mineralogi-sche eigenschappen anders zijn.De ASR-gevoeligheid van toeslagmateriaalkan worden beoordeeld op grond van de vol-gende informatie:? langdurige ervaring met het gebruik vanhet materiaal in beton;? petrografisch onderzoek;? versnelde proeven ter bepaling van de ex-pansie door ASR van met het betreffendetoeslagmateriaal vervaardigde mortel-balkjes en/of betonprisma's;? resultaten van een chemische bepalingvan de reactiviteit.De beoordeling van de ASR-gevoeligheid vanonbekend toeslagmateriaal zal van geval totgeval moeten worden bekeken, op basis vande informatie verkregen via de hier vermeldewegen. Gebruik kan worden gemaakt van hetdocument dat opgesteld is doorCEN/TC104/SC1/TG9 - Regional Specifica-tions and Recommendations for the avoi-dance of damaging alkali silica reactions inconcrete.De thans in Nederland van kracht zijndenorm (NEN 5925) met betrekking tot de be-paling van de gevoeligheid voor ASR van toe-slagmaterialen voor beton, voldoet niet. Opinitiatief van onderzoekcommissie 56 zalCUR bij het NNI aandringen op terugtrekkingvan deze norm. Aanbevolen wordt onder-zoek naar onbekende toeslagmaterialen viaCUR ter discussie te stellen teneinde de rele-vante voorschriftencommissies in overlegmet deskundigen een uitspraak te latendoen.De rol van het cement en de water-cement-factorNaast de drie voorwaarden waaraan tegelijkmoet worden voldaan wil expansie en der-halve scheurvorming optreden, is er nog eenvierde voorwaarde: in het beton moet vol-doende mobiliteit mogelijk zijn van alkali-io-nen. Met andere woorden, zij moeten bij dereactieve bestanddelen kunnen komen,waarna ASR kan optreden.Omgekeerd betekent dit dat bij een slechtemobiliteit van alkali-ionen de ASR slechtsheel beperkt lokaal kan optreden. Een lagepermeabiliteitof, anders uitgedrukt, een ho-ge diffusieweerstand van het beton zal dusde ASR kunnen beperken of voorkomen. Hoekan deze hoge diffusieweerstand wordenbereikt?Uit onderzoekingen is gebleken dat een ho-ge diffusieweerstand wordt verkregen doorhettoepassenvanhoogovencementofport-landcemenvliegascement, mits wordt vol-daan aan de later vermelde eisen. Door dezeer hoge diffusieweerstand van beton metdeze cementen verloopt het transport vanlonen zo langzaam dat binnen de levensduurgeen expansie optreedt [3]. Deze hoge dif-fusieweerstand wordt weer veroorzaakt doorde dichtere structuur van de desbetreffendecementen [4]. Mits aan bepaalde rand-vooorwaarden wordt voldaan (zie verder)heeft toevoegen van vliegas aan beton een-zelfde effect.Uit het bovenstaande zou men kunnen con-cluderen dat ook een lage water-cementfac-tor (wcf) gunstig moet zijn voor het tegen-gaan van de schadelijke expansie. De verla-ging van de wcf heeft echter lang niet het dif-fusieweerstand verhogende effect als hettoepassen van de genoemde cementen. Bo-vendien zal bij een lagere wcf minder expan-sieruimte aanwezig zijn door afname van decapillaire pori?n en zullen het cementgehal-te en dus ook het alkaligehalte per m3in hetalgemeen toenemen. Door Jones is vastge-steld dat ook bij de wcf het pessimum effectaanwezig is [5]. Bij een voldoend iage wcf zalde expansie niet optreden vanwege de hogediffusieweerstand; bij een hoge wcf evenminvanwege voldoende expansieruimte. Naar-mate er meer capillaire pori?n aanwezig zijn,is er meer ruimte om gelvorming te realise-ren zonder dat het beton uit elkaar wordt ge-drukt.Het pessimum dat is gevonden, lag om ennabij een wcf van 0,45. Het is niet ondenk-baar dat bij zeer lage wcf (0,40 en lager) hetrisico bij toepassen van portlandcementeveneens kan worden uitgesloten. Op grondvan de tot nu toe uitgevoerde onderzoekin-gen kan echter geen uitspraak worden ge-daan over de effectiviteit van een dergelijkemaatregel. Voor zover bekend heeft in dezerichting geen specifiek onderzoek plaatsge-had.CUR-Aanbeveling 38Deze CUR-aanbeveling geeft aan welke pro-cedure moet worden gevolgd bij het ontwer-pen van betonsamenstellingen om het op-treden van schade door ASR te voorkomen.CUR-Aanbeveling 38 bevat stroomschema'svoor de milieuklassen 2, 3 en 4, 5.In milieuklasse 1 (droog milieu) wordt nietaan randvoorwaarde 2 voldaan; er is onvol-doende water aanwezig. In deze milieuklas-se bestaat dus geen gevaar voor schadelijkeASR, onafhankelijk van het type toeslagma-teriaal en het alkaligehalte van het beton.59Wel dient men er op bedacht te zijn, dat geenfunctiewijziging van de constructie of hetconstructie-onderdeel tijdens de levensduurmag plaatsvinden, waardoor niet meer aandeze voorwaarde zou worden voldaan.In milieuklasse 2 wordt niet aan randvoor-waarde 1 voldaan indien het alkali-gehalte inhet beton minder is dan 3,0 kg Na20-equiva-lent per m3.In de praktijk is gebleken dat beton met min-der alkali?n nimmer aanleiding heeft gege-ven tot schadelijke ASR. Er wordt onvoldoen-de reactieprodukt gevormd om het betondoor opname van water door gel te latenscheuren.Het alkali-gehalte wordt uitgedrukt in hetNa2 O-equivalent, dit is de som van het natri-umoxydegehalte plus 0,658 maal het kali-umoxydegehalte. Deze co?ffici?nt hangt sa-men met het verschil in moleculair gewichttussen Na20 en K20.Het alkaligehalte in beton wordt berekend uitde som van het alkaligehalte van de samen-stellende delen met name uit de in water op-losbare alkali?n in de toeslagmaterialen enhet totaal alkaligehalte in het cement, dehulpstoffen, het aanmaakwater alsmedevan eventuele andere bestanddelen.Indien het alkaligehalte in het beton te hoogdreigt te worden, kan men hetgehalte beper-ken door voor ??n van de samenstellendedelen een ander materiaal te kiezen meteenlager alkaligehalte. Dit kan onder meer wor-den bereikt door gebruik te maken van laag-alkalisch portlandcement( < 0,60% m/m Na20 equivalent).In milieuklasse 3 en 4 heeft men de situatiedat alkali?n van buiten worden aangevoerd,via respectievelijk dooizouten en zeewater.Het criterium van onvoldoende alkali?n inhetbeton isdan nietgewaarborgd. Ookal be-vat het beton in het begin onvoldoende alka-li?n,-door diffusie en absorptie kan het alkali-gehalte in de loop der tijd zo hoog worden,dat schadelijke ASR kan optreden. Vandaardat in milieuklasse 3 en 4 eisen worden ge-steld aan de dichtheid van het beton voorvocht- en ionentransport.Een hoge diffusieweerstand kan worden be-reikt door gebruik te maken van de onder-staande cementen volgens NEN 3550:? hoogovencement met een slakgehalte >65% en een alkaligehalte < 2,0% (m/m);? hoogovencement met een slakgehalte >50% en een alkaligehalte < 1,1% (m/m);? portlandvliegascement met een vliegas-gehalte > 25% en een alkaligehalte