ir.M.LeewisStichting Betonresearch NederlandseCementindustrie?n (BNC), Maastricht!De tussen haakjes geplaatste cijfersverwijzen naar de litteratuur op blz. 283Cement XXV (1973) nr. 7Toeslagmateriaal uit deNoordzee voor betonSamenvattingUit zee gewonnen toeslagmateriaal wordt in Nederland nog betrekkelijk weinig toegepastvoor het vervaardigen van beton. Nu echter blijkt, dat niet alleen het grind, maar ook hetzand uit zee zeer geschikt kan zijn voor beton, neemt de belangstelling sterk toe. Het isdaarom noodzakelijk, dat de eigenschappen van dit materiaal in bredere kring bekendheidkrijgen. Met het doel zich te ori?nteren op de toepassingsmogelijkheden van zand en grinduit de Noordzee voor beton, is daarom door de Stichting Betonresearch van de NederlandseCementindustrie (BNC) litteratuur over dit onderwerp verzameld en een onderzoek ingesteld.Ten behoeve van het onderzoek is in 1971 over een periode van vier maanden, op diverseplaatsen een aantal monsters zeezand en zeegrind getrokken. Van dit toeslagmateriaal zijnde petrografische en fysische eigenschappen, het schelp- en zoutgehalte, alsmede het slib-gehalte bepaald.Vervolgens is met zee-en riviertoeslagmateriaal van gelijke korrelopbouw beton vervaar-digd. Nagegaan zijn de gevolgen voor de consistentie van betonspecie en het druksterkte-verloop van beton, wanneer rivierzand en -grind worden vervangen door zeezand en -grind.Steunend op de bevindingen en-resultaten van deze proeven, alsmede op gegevens vanelders uitgevoerde proeven is dit artikel geschreven. Het beoogt. een inzicht te geven inde toepassingsmogelijkheden van toeslagmateriaal uit zee voor constructief beton, en tewijzen op de gevaren die bij onvoldoende controle kunnen optreden.1.'InleidingHet zand en grind, dat in Nederland wordt gebruikt voor het vervaardigen van beton, IS Inveel gevallen afkomstig uit bestaande of. vroegere beddingen van de Rijn en de Maas. Ditriviermateriaal wordt door baggermolens en zuiginstallaties naar boven gebracht, daarnagewassen en door zeven in enkele fracties verdeeld alvorens het in de handel komt. Deeconomisch winbare hoeveelheden nemen echter langzamerhand af, omdat het vaak proble-matisch is concessies voor nieuwe winningen te krijgen. Daarbij komt, aldus Cobouw (4)*,dat ook het transport in de toekomst problemen zal gaan opleveren. Weliswaar wordt viade Maas nog jaarlijks tien miljoen ton grind en vrijwel dezelfde hoeveelheid industriezanduit Limburg afgevoerd, maar dit transport is de laatste vijftien jaar zo sterk gestegen, datde verwachting bestaat, dat diverse sluizen overeen aantal jaren hun maximale capaciteitzullen hebben bereikt, ondanks de nieuwe sluizen, die binnen enkele jaren gereedkomen.Het gevolg hiervan is dat stagnatie in het transport niet kan uitblijven.Door deze oorzaken lijkt toeslagmateriaal uit zee en riviermondingen meer mogelijkhedenvoor de toekomst te hebben. Tot voor kort had alleen zeezand toepassingsmogelijkheden,namelijk voor het opspuiten van terreinen, terwijl zeegrind nauwelijks interessant leek. Delaatste jaren is daarin verandering gekomen, aangezien zowel zeezand als zeegrind geschiktis voor verwerking in gewapend beton. Hiertoe hebben verbeteringen van de wlnnlnqs-techniek en het wasproc?d? stellig bijgedragen.Het toeslagmateriaal uit zee, dat in Nederland wordt gebruikt, wordt gebaggerd onder deEngelse kust of zelfs in Engelse rivieren nabij zee, waar het water brak is. In Engeland,waar de voorraden zeer groot zijn, bedraagt het totale verbruik aan zeezand en -grindreeds 10%. Hoewel Nederland dit percentage nog niet haalt, lijkt dit binnen enkele jarenzeker mogelijk te worden. Toepassing op grote schaal zal echter afhangen van de kwaliteiten de prijs. Wat het eerste betreft, zal evenals bij riviermateriaal blijvende aandacht moetenworden besteed aan zuiverheid, terwijl bovendien het schelp- en zoutgehalte aandachtverdienen. De prijs zal wellicht geheel uit kosten en concurrentie-overwegingen wordenbepaald.2. Eigenschappen van toeslagmateriaal uit zeeZeematertaal onderscheidt zich wat herkomst betreft weinig van riviermateriaal. Beide zijnafkomstig van rotsgesteente, dat door klimatologische invloeden uit het hooggebergte islosgebroken en door gletsjers naar lagere streken is gevoerd. Beide materialen zijn voor-namelijk samengesteld uit kwartsieten en vuursteen, maar het aandeel van elke steensoortis verschillend. Dit aandeel is afhankelijk van het milieu waarin het materiaal tijdens de2761Zee- en riviertoeslagmateriaal, fractie2,8-5,6mmSea- and rtver aggregate, fraction2,8-5,6mm! winning wordt aangetroffen. Het verschil tussen zee- en riviertoesJagmateriaal komt dusvoomarnelijk voort uit de samenstelling van het materiaal en de eigenschappen van dedaarin voorkomende gesteenten (petr,ografie).Voorts onderscheidt zeetoeslagmateriaal zich van riviertoeslagmateriaal door de aanwezig-heid van schelpen en zouten,alsmede aan het milieu van de vindplaats inherente verentrel-nigingen (foto 1).2Verdeling van het aantal korrels per fractietoeslagmateriaal naar steensoortDivtsion ofthe partieles per ?rectionaggregate into type of stone2.1 PetrografieHoewel de petrografische samenstelling varieert met de vindplaats, bevat zeetoeslag-materiaal, afgezien van het gehalte aan schelp, in het algemeen veel meer vuursteen dankwartsieten en andere steensoorten. Bij riviermateriaal is het juist andersom, daar over-heersen steeds de kwartsieten. Schelp komt hierin vrijwel niet voor. is geconstateerd doormonsters zee- en riviermateriaal te fractioneren en van elke fractie het percentage vuur-steen, kwartsiet en schelp door telling te bepalen. Voor de fUnere fracties is hiertoe eenbinoculaire microscoop gebruikt. De resultaten van dit onderzoek zijn weergegeven in deblokdiagrammen van figuur 2. Hieruit blljkt, dat zeezand hoofdzakelijk bestaat uit stukjesschelp en vuursteen, en rivierzand voornamelijk uit kwartsieten en zandsteen. Zeegrindbevat veel minder schelp dan zeezand, maar meer vuursteen. Kwartsieten komen bi] zee-grind weinig voor. Riviergrind bestaat voornamelijk uit kwartsiet en zandsteen en bevatweinig vuursteen.r-I II I I! I II I I I II I I I II I I III I II I I I 1I I I I II I I I II I I I II I I I II I I I II I I I II I I I II I I I II I I II I II I II70605040I30IL ?oII 10I80riviermateriaal.%100601030Bo40zeemateriaal .0/010. I zeven N- 480zandla0,3 0,6Cement XXV (1973) nr. 7 2771030riviermateriaalequidimensionaal3040z a n driviermateriaalplat400,3 o/?3Korre/vorm van toes/agmateriaa/ per fractiePartiele shape of aggregate per fraction!Vuursteen onderscheidt zich van kwartsiet door de fijn-kristallijne structuur en komt voorin twee modificaties, namelijk als flint, ook wel silex genoemd en als chert. Flint dat ookin het Maasgrind wordt aangetroffen, is veelal zeer donker gekleurd en bezit vrijwel geenstructuur. Het breukvlak is glasachtig. De tweede vuursteenmodificatie is vaak bruineren lichter van kleur en is opgebouwd uit verschillende gekleurde lagen. De breukvlakkenzijn hoekiger en de poreusheid is' iets g.roter dan die van flint. Door de taaiheid en dede grotere weerstand tegen desintegratie en oplossing, is het percentage vuursteen in deafzettingen, in vergelijking met andere gesteenten, hoger naarmate het materiaal verdergetransporteerd is. Vandaar dat nabij riviermondingen in het zeegrind vooral granietenvoorkomen en verder van de kust vrijwel alleen vuursteenmateriaal wordt aangetroffen.Het schijnbaar soortelijk gewicht van vuursteen en kwartsiet is vrijwel gelijk en bedraagtca. 2,6. De waterabsorptie van zeetoeslagmateriaal is minder dan 1%'2.2 Korre/vorm en graderingOok wat betreft de korrelvorm bestaan er verschillen tussen zee- en riviertoeslagmateriaal.Dat geldt speelaal voor de zandfractie. Door het hoge per?entage schelp bevat zeezandveel platte delen. Bij zeegrind, dat veel minder schelp bevat, wijkt dekorrelvorm weinigaf van riviergrind. Figuur 3 geeft de resultaten van een zevental steekproeven, die genomenzijn bij diverse betonmortelcentrales (5).De steekproeven toonden voorts aan, dat het zeezand in het algemeen fijner is dan hetrivierzand: de zeefrest op zeef d-O,300 bleek zelfs te laag volgens de eisen van de VB '72voor beton met een grootste korrelafmeting van 31,5 mmo De zeefanalyse gaf waardentussen 65 en 76%, terwijl volgens de VB '72 het percentage moet liggen tussen 78 en 92%.Door mengen met enkele zandfracties kon het echter welaan de eisen voldoen. Zeegrindbleek in sommige gevallen een fijnere, in andere gevallen een grovere gradering tebezitten dan het onderzochte riviermateriaal. In diverse gevallen was het zeegrind ietsgrover dan het ontwerp VB '72 verlangt. Hier werd niet altijd voldaan aan de eis, dat dezeefrest op d-5,6 moet liggen tussen 80 en 96%. Gevonden werden waarden tussen 90 en100%. De korrelverdeling van een aantal monsters zeemateriaal is gegeven in figuur 4.4Korrelverdeling van enkele monsters zee-en riviermateriaa/Grading of some samples of sea- andriver materia/40302 010o010, //1// i ({.1///1/1. 'I./'tl.lil//1.. // .. 1I 7?/ JIJ 80/ .. r> 1/,/ ..?>?>Cement XXV (1973) nr. 7 278Tabel 1% CaC03 van zeezandfractieontwerp NEN 3542>0,619,10,6 - 2,852,52,8 - 5,643,4totale zandfractie33,0255Schelpgehalte van zeezand van drieverschil/ende vindplaatsenShell percentage in sea sand from threedifferent find-spotsICement XXV (1973) nr. 72.3 SchelpenEvenals de petrografische samenstelling van zeetoeslagmateriaal vari?ren de vorm en deafmetingen van de schelpen met de plaats waar het materiaal wordt gewonnen. In demeeste gevallen zijn de schelpen plat; :in sommige gevallen hol. Hoewel schelpdelen inverschillende afmetingen en in sterk uiteenlopende hoev?elheden voorkomen, blijkenbepaalde fracties zeer veel stukjes schelp te bevatten. Figuur 5 toont dit aan voor zand,dat afkomstig is van drie verschillende plaatsen langs de zuid-oostkust van Engeland (1).In tabel 1 zijn de resultaten gegeven van enkele BNC-proeven met zand uit de Noordzee.Als maat voor het schelpgehalte is het CaC03-gehalte gegeven. Dit gehalte is bepaalduit de hoeveelheid kooldioxyde die vrijkomt wanneer het toeslagmateriaal met een overmaatzoutzuur wordt behandeld. Ter vergelijking 'is het toelaatbare percentage calciumcarbonaatgegeven, volgens NEN 3542 (7).Uit tabel 1 blijkt, dat het schelpgehalte van zand bij de fractie 0,6 _ 2,8 het grootste is envoor de gehele zandfractie 33% CaC03 bedraagt. Dit percentage is volgens de normte hoog. Bij de Engelse proeven varieerde het CaC03-gehalte van 5 tot 42%, afhankelijkvan de vindplaats. In Nederland verkrijgbaar materiaal afkomstig van de Engelse rivier deStour blijkt veel minder schelp te bevatten. Volgens opgave (9) bedraagt het percentageschelp bij de fractie:o - 2 mm 1,4%2 - 5 mm 4 %5 - 30 mm 1 %Het schelpgehalte van grind :is in het algemeen laag, alleen de fijnere fracties bevatten nogenkele percentages CaC03. !?ij de BNC-proeven is voor grind gemiddeld 2% gevonden.De keuringseisen volgens NEN 3542 stellen voor grind een maximum van 10%. Schelpheeft een hoger soortelijk gewicht dan de andere componenten van het zand, namelijkgemiddeld 2,7, terwijl de waterabsorptie ca. 1% bedraagt. De hoekige Vorm waarborgteen goede aanhechting aan de cementsteen, terwijl de sterkte en stijfheid van het schelp-materiaal zodanig is, dat geen nadelige invloed op de sterkte van beton wordt ondervonden.De verwerkbaarheid kan door de hoekige vorm w?l nac!elig worden be?nvloed.2.4 Zout- en chloridegehalteHet zoutgehalte van toeslagmateriaal uit zee is afhankelijk van het vochtgehalte van hetmateriaal en het zoutgehalte van het vocht. Het zoutgehalte wordt uitgedrukt in qewlchts-proeenten van het desbetreffende toeslagmateriaal. Direct na het winnen :is het zoutgehaltevan zeetoeslagmateriaal evenredig aan het vochtgehalte. Daar zeewater ongeveer 3% NaCIbevat en het gebruikelijke vochtgehalte. van ongewassen zeegrind ongeveer 3% bedraagt,is het zoutgehalte maximaal 0,03 X 0,03 0,1 gew.%.Bij een vochtgehalte van 10 gew.%, is het zoutgehalte van ongewassen zeezand 0,3 gew.%.Beton met een cementgehalte van 350 kg/m3, een water-cementfactor van 0,50, een zandtgrind-verhouding van 40/60 en vervaardigd met ongewassen zeemateriaal met boven-genoemd vochtgehalte bevat dus ruim 3 kg NaCI per m", Dit is op basis van het cement-gewicht 0,9%. Dit gehalte kan worden teruggebracht door het zand en het grind te wassenmet zoet water. Het resterende zoutgehalte is afhankelijk van de effectiviteit van hetwassen en het vochtgehalte van het toeslagmateriaal.Voor de eigenschappen van betonspecie en beton is niet zozeer het zoutgehalte, doch meerhet chloridegehalte van belang. Vandaar dat in diverse voorschriften geen grenzen wordengegeven voor het zoutgehalte, maar voor het gehalte aan chloriden. Dit gehalte kan wordenbepaald volgens de methode Volhard. NaCl bevat 61% chloorionen, zodat het zoutgehaltedirect volgt uit het chloridegehalte.Uit een onderzoek van het Research Department of the Sand and Gravel Associationwaarbij 300 monsters van acht verschillende winplaatsen rondom Engeland werden onder-zocht - bleek het chloridegehalte van gewassen zeezand te liggen tussen 0,006 en 0,138gew.% en van grof materiaal tussen 0,006 en 0,061 gew.% (1). Het vochtgehalte varieerdebij dit zeezand van 5 tot 15 gew.% en bij het grove materiaal van 2 tot 4 gew.'%. Enkele279Tabel 2Chloride- en vochtgehalte van toeslag-materiaal uit zeePercentage of chloride and humidity insea aggregateherkomstEngelse proevenBNC-proevenontw. NEN 3542Engelse spec.chloridegehalte in gew.% vochtgehalte in gew.%zeezand zeegrind zeezand zeegrind0,006- 0,138 0,006 - 0,061 5 - 15 2-40,014 - 0,021 0,004 - 0,010 8 -10 1 -3< 0,1