Vervaardiging en verwerking van betondoor Ir. Robert I'HermiteDirecteur van de Laboratoires duB?timent et des Travaux publics, ParisIn deze tijd, nu verscheidene nieuwe toepassingen vanbeton voor de deur staan, lijkt het nuttig, eens vast teleggen, wat de moderne inzichten omtrent de vervaar-diging en verwerking van dit materiaal zijn.De vervaardiging van beton of gewapend beton omvateen aantal handelingen, die zo doelmatig mogelijk moetenworden verricht, wil men een gelijkmatig en duurzaamproduct verkrijgen. Deze handelingen zijn de volgende:1. keuze der grondstoffen,2. vaststelling van de samenstelling,3. menging,4. transport,5. storten,6. schokken of trillen,7. nabehandeling.1. KEUZE DER GRONDSTOFFENDe toeslagstoffen moeten uit inactief gesteente bestaanen mogen geen schadelijke bestanddelen (zoals kolen,slakken, klei of gips) bevatten. Het gehalte aan zwavel-zuuranhydride moet beneden 1,2 g/m3blijven voor hoog-waardig beton en beneden 1,5 g/m3voor gewoon beton.Organische stoffen moeten geheel afwezig zijn. Zeer fijnestoffen (zoals leem, slik en klei) zijn toelaatbaar tot eenhoeveelheid van 2 tot 5% van de totale toeslag, mits zezich niet aan de korrels hechten.De toeslagstoffen mogen niet poreus zijn. Voor water-dicht beton kan men een maximum porositeit van 3%aannemen, terwijl voor beton, dat tegen water is be-schermd, de porositeit 5% mag bedragen (Een uitzon-dering hierop vormen de toeslagstoffen voor licht beton).Platte of langwerpige stukken mogen niet voorkomen.Bij gebroken toeslagstoffen moet het stof worden ver-wijderd.Het cement moet van een voor het werk geschikte kwali-teit wezen. Het moet vers zijn en in afwachting van hetgebruik in een droge ruimte worden bewaard. Men ver-mijde het vermengen van cementen van verschillendeherkomst. Het verdient aanbeveling de kwaliteit regel-matig door laboratoriumproeven te controleren.Het water moet geheel vrij zijn van organische bestand-delen en mag slechts een zeer geringe hoeveelheid opge-loste en zwevende bestanddelen bevatten. Verontreini-ging door industri?le afvalstoffen moet eveneens wordenvermeden.2. VASTSTELLEN VAN DE SAMENSTELLINGDe samenstelling van een beton hangt af van de eigen-schappen, die men wil bereiken. Staat het bereiken vaneen hoge drukvastheid op de voorgrond, dan zal men dezezo kiezen, dat de massa zo dicht mogelijk wordt. Isdaarentegen de trekvastheid van meer belang, dan zalmen voornamelijk moeten letten op een goede aanhech-ting tussen de samenstellende bestanddelen en een vol-ledige omhulling van de korrels.Een zeer belangrijke eigenschap is de waterdichtheid,waardoor niet alleen het binnendringen van vocht wordtbelet, doch ook corrosie van de wapening wordt voor-komen. Evenals bij het bereiken van een hoge drukvast-heid is hier een grote dichtheid en het gebruik van weinigaanmaakwater van veel belang. Men dient er echter ookrekening mee te houden, dat de aanwezige pori?n nietmet elkaar in verbinding staan. Voor het vullen van deholle ruimten kent men verschillende methoden, waaropwe nog terugkomen, nl. krachtdadig in beweging houdenvan de mortel (geactiveerd beton) en het gebruik vaneen kleine hoeveelheid luehtmeevoerend materiaal. Ookin de handel zijnde waterafstotende middelen wordenwel toegepast. Zelfs het dichtste beton geeft echter geenbescherming tegen water, indien er scheuren in voor-komen. Men zal er dus naar moeten streven, deze te ver-mijden. Scheuren worden begrijpelijkerwijze veroorzaaktdoor een tekort aan innerlijke samenhang van het ma-teriaal; ze kunnen dikwijls worden vermeden door eenjuiste berekening en plaatsing van de wapening. Veelalechter ligt de oorzaak in de krimp van het beton d.w.z.het inklinken van de betonmassa tijdens de verharding.Men zou dus een beton moeten zoeken met een zo geringmogelijke krimp. Gedeeltelijk kan men dit bereiken doorde hoeveelheid cement niet te o\erdrijven, terwijl ookhier vermindering van de hoeveelheid aanmaakwatergunstig werkt. Men moet echter zorgen, dat het betoneen zekere mate van elasticiteit behoudt.Op grond van het bovenstaande is het wel duidelijk, dateen zo groot mogelijke dichtheid een eerste voorwaarde42is voor het verkrijgen van een beton met uitstekendemechanische eigenschappen.Vele onderzoekers hebben in deze richting gewerkt en debovenstaande overweging vormt de grondslag van het-geen men ,,granulometrische studie" noemt. Overigensheeft een beton met de grootst mogelijke dichtheid,die de hoogste vastheden geeft,, nog niet altijd de minsteneiging tot scheuren.Een paar punten van belang, die men in het oog moethouden, zijn voorts nog de vorstbestendigheid en debestendigheid tegen aantasting. Afgezien van chemischeoverwegingen, die de keuze van cement en toeslag be-palen op grond van bestendigheid tegen verschillendecorroderende invloeden (zuur, sulfaat- of magnesium-houdend water, enz.), zullen vorst en corrosie het minstinwerken, naarmate het beton dichter is en de holtengesloten zijn.Tenslotte kan het nodig zijn beton te vervaardigen, datmoet voldoen aan bepaalde eisen van lichtheid of isolatietegen warmte of eventueel geluid. Men kan licht betonop verschillende manieren verkrijgen door:1. een beton met geringe dichtheid te maken door weg-laten van een deel van de toeslag, met name het zand.Men krijgt dan een poreus beton, waarvan de dichtheid30--90% van die van normaal beton kan bedragen. Devastheid neemt toe met de dichtheid.2. het gebruik van lichte toeslagstoffen, zoals puimsteen,puzzolanen, slakkenwol, gesinterde klei, enz.3. het maken van een poreus beton uit lichte toeslag-stoffen. Men verkrijgt dan inderdaad een zeer licht beton,maar dit heeft een geringere sterkte dan volgens de beideeerste methoden.Anderzijds is het probleem van de samenstelling onaf-scheidelijk verbonden met dat van de vervaardiging,want bij ieder beton, hoe juist de samenstelling uit theo-retisch oogpunt ook mag zijn, moeten de verwerkings-mogelijkheden in overeenstemming zijn met de samen-stelling.Cement 3 (1951) Nr 3-44. VERVAARDIGING VAN BETONBeton bestaat uit een mengsel van verschillende stoffen,die oorspronkelijk gescheiden zijn, hetzij op hopen, insilo's, in reservoirs, enz. Hun vermenging moet dus plaatshebben door ze samen te brengen in een waterdichte baken ze daarin, b.v. met ronddraaiende schoepen, dooreente mengen.Werking van de mengmachinesTengevolge van de traagheid krijgen de bewegende delenvan de menger een eenparig ronddraaiende beweging.De inwendige wrijving in de massa neemt af, naarmate hetbeton vochtiger is. Daarom moet men het water het eerstin de mengbak laten. Sommige bijzonder droge beton-soorten kunnen slechts in een mengmachine worden ge-mengd. Het materiaal verplaatst zich in de betonmolenonder invloed van de draaiende beweging loodrecht opde as. Onder invloed van spiraalvormig geplaatsteschoepen kan daarmee een beweging in de richting vande as samengaan. Aan de andere kant beweegt het ma-teriaal onder invloed van de zwaartekracht van bovennaar beneden. Het rechtstreeks verplaatsen van hetmateriaal is natuurlijk altijd het snelste en het zekerste,terwijl de verplaatsing in de richting van de draai?ngsashet moeilijkste is. Het kenmerk van een goede meng-machine is daarom de snelheid en volledigheid, waarmeehet materiaal van de beide uiteinden van de as naar detegenovergelegen zijde wordt verplaatst.Voor het verkrijgen van een goede en regelmatige mengingverdient het aanbeveling, de fijne materialen (cementen zand) niet afzonderlijk met het water in aanraking telaten komen doch hen gezamenlijk toe te voegen.Mengers met verticale asBij deze apparaten is de hoogte gering in verhouding totde doorsnede, zodat de verplaatsingen in de richting vande as practisch nul zijn. Daarom zijn deze mengers verre-weg de beste, mits de schoepen goed over de bodem enlangs de wanden strijken. De mengcapaciteit ervan isechter gering.Betonmolens met horizontale asHierbij zorgen de spiraalsgewijs geplaatste schoepen eneventueel de conische vorm voor een goed transportvanaf beide uiteinden in de richting van de as. Het ledi-gen geschiedt door kantelen van het vat dan wel dooromkeren van de draairichting, soms ook wel door middelvan een lepel. In het laatste geval heeft echter makkelijkontmenging plaats.Betonmolens met hellende asDeze hebben tegenover de molens met horizontale ashet voordeel van een hogere vullingsgraad. Daartegenoververplaatst het materiaal zich makkelijker naar benedendan naar boven. Daarom mag de helling van de as niette sterk zijn en moet zij tot 15?--20? beperkt blijven.Bovendien moet de grove toeslag het laatst worden inge-bracht, daar deze anders niet voldoende door de massawordt gemengd.DraaisnelheidVoor de mengers met verticale as moet de snelheid vol-doen aan de formule: D.n2= 200 -- 250, waarin D dedoorsnede is van het vat in meters en de draaisnelheidin toeren per minuut. De schoepen draaien ongeveer4 maal zo snel.Voor de betonmolens met horizontale of hellende as isD.n2= 350 -- 450.Duur van de mengingAlleen wanneer de beweging vanaf beide uiteinden vol-komen gelijk is, mag men de waarschijnlijkheidsrekeningtoepassen, die zegt dat bij oneindig lange menging demeest waarschijnlijke menging de homogene is. In ditgeval verkeren de mengers met verticale en diejmethorizontale as, indien de schoepen goed geplaatst zijn.Toch mag men niet te lang mengen voor het bereikenvan deze ideale homogeniteit, omdat men dan een ver-andering van de korrelsamenstelling kan krijgen dooreen zekere maalwerking. Vooral bij grove toeslag nzich dit gemakkelijk voordoen. Ook kan de samenstellingveranderen door verdamping van water. Bij de beton-43 Cement 3 (1951) Nr 3-4molens met hellende as heeft men een maximale mengtijd,die men niet mag overschrijden, omdat anders ontmen-ging optreedt door het bezinken van de grove toeslag.De voor de menging nodige arbeid moet evenredig zijnaan het volume van het mengsel. Anderzijds leert deervaring, dat - bij gelijke vullingsgraad en samenstellingvan het beton - de arbeid per omwenteling evenredig ismet het volume. Indien dus twee molens van hetzelfdetype onder dezelfde omstandigheden met hetzelfde betonwerken, moet dezelfde mate van homogeniteit wordenbereikt met hetzelfde aantal omwentelingen. Hieruitvolgt, dat de duur van de menging moet veranderen metD. Bij een plastisch beton wordt de maximale homo-geniteit verkregen bij de volgende mengtijden:mengmachine met verticale as: ongeveer 8 omwentelingen,d.w.z. ca 30 sec voor een trommel van 1 mdiameter, waaruit volgt, dat t = 30 D;betonmolen met horizontale as: ongeveer 30 omwente-lingen, d.w.z. ca 90 sec voor een trommel vanl mdiameter, waaruit volgt, dat t -- 90 D;betonmolen met hellende as: ongeveer 40 omwentelingen,d.w.z. ca 120 sec voor een trommel van 1 mdiameter, waaruit volgt, dat t = 120 D.Wanneer de mengmachine niet goed werkt (versletenmenger, versleten schoepen, slechte lading, enz.), danmoet de mengtijd worden verlengd.Analyse van het verse betonEen beton is homogeen, als iedere hoeveelheid die meneraf neemt, dezelfde samenstelling heeft. Men beoordeeltde homogeniteit daarom door vergelijking van verschil-lende monsters. De eenvoudigste analyse is de bepalingvan de korrelsamenstelling door zeven in stromend water.(foto 1). De vier bestanddelen: grove toeslag, zand, ce-ment en water bepaalt men als volgt: = gewicht van het monster in lucht,p = gewicht van het monster in water,P1 = gewicht van de grove toeslag (rest op zeef metmazen van 6,3 mm) in water,p2 = gewicht van het zand (rest op zeef met mazen van0,2 mm) in water,Met behulp van de soortelijke gewichten d1 d2 en d3 vanresp. grove toeslag, zand en cement kan men hieruit ge-makkelijk de gehalten P1, P2, P3 en P4 van de verschillen-de componenten berekenen. Men krijgt dan:Noodzakelijkheid van een homogeen mengselVoor constructies van geringe doorsnede (balken, kolom-men, wegdekken) spreekt deze noodzakelijkheid vanzelf.Evenals een ketting op de zwakste schakel breekt, is voorde vastheid zo goed als voor andere eigenschappen eenslechte plek van doorslaggevende betekenis. Ook bij mas-sievere constructies is echter een homogene massa vanveel belang. Hier is het vooral de noodzaak een door degehele massa geUjke elasticiteit en krimp te verkrijgen.Slechts in enkele bijzondere gevallen kan men de homo-geniteit verbeteren door trillen.foto 1. Apparaat van Joisel voor de analyse van beton-mortel, bestaande uit een cylindrische metalen buswaarin 3 zeven worden geplaatst.4. EIGENSCHAPPEN VAN VERS BETONVerwerkbaarheidBehalve de reeds besproken homogeniteit en korrelver-deling zijn nog andere eigenschappen van beton van be-lang, voornamelijk met het oog op transport en storten.Denken wij ons een bakje, dat horizontaal in twee delenis verdeeld volgens de lijn A--B (tek. 2). De onderste helftis onwrikbaar op een tafel bevestigd. Wanneer we nuhet bakje vullen met vers beton, dan is de druk op hetvlak A--B gelijk aan het gewicht van het erboven aan-wezige beton, al of niet vermeerderd met een in het bakjebewegende zuiger. Laten we nu op het bovenste deel vanhet bakje een horizontale kracht F werken, dan wordt ophet beton daardoor een snijdende werking uitgeoefend.De kracht per eenheid van doorsnede neemt toe toteen zekere waarde fm, waarna de snijdende bewegingtoeneemt en fm constant blijft. We hebben het betonin twee?n gesneden en kunnen de formule K = f/popschrijven. Deze K is de co?fficient van inwendige wrij-ving, ook wel stijfheidsco?fficient genoemd. In de praktijkkan deze op verschillende manieren worden gemeten.Tek. 3 geeft een dergelijk apparaat weer, waarin eengeribde cylinder in de massa wordt rondgedraaid. Hettorsiekoppel kan worden gemeten en indien men dituitzet als functie van de verplaatsing, dan kan men dekromme construeren, die een beeld van de afschuivinggeeft (tek. 4). Deze kromme stijgt eerst met de afschuiving om daarna een maximum te vertonen en vervolgenste dalen tot een constante waarde fi. Het maximum fmkomt overeen met het begin van afschuiving aan hetcylinderoppervlak. Zodra de breuk volledig is, wordt demassa verdeeld in twee delen langs het oppervlak C,waarlangs een wrijving optreedt (tek.3). Tussen C en C'bevindt zich een gedeeltelijk in beweging zijnde laag,waarvan de dikte wordt bepaald door de afmeting vande grove toeslag. De verrichte arbeid vanaf = 0 totzij wordt gemeten uit het oppervlak van de kromme = (), welke in tek. 4 is getekend. Tot aan m isdeze arbeid nodig om de stijfheid te overwinnen en vanm tot voor het overwinnen van de inwendige wrij-ving. We nemen als eenheid van vervorming =D,waarbij D de diameter is van de cirkel C; we bepalendan de overeenkomende arbeid Wt. Dit cijfer maakt hetons mogelijk aan het beton een bepaalde waarde toe tekennen. De factor Q = l/W-1 is de verwerkbaarheid.Bij verhoging van de draaisnelheid v =d dt blijkt W1 toete nemen met v. Dit is te danken aan de inwendigewrijving en men kan dit schrijven in de vorm van de for-mule dU = dW/dv; de wrijvingsco?fficient van het versebeton.Er bestaan verschillende meer empirische methoden omde verwerkbaarheid te bepalen, die echter alle feitelijkzijn gebaseerd op het bepalen van een vervormingsarbeid.Hieronder behoort de methode van de ,,slump-test" vanAbrams, waarbij een conische bus wordt gevuld met beton.De conus rust met het brede ondervlak op een plaat ;neemt men de vorm weg, dan zakt de massa in. Dedaling van het zwaartepunt van de massa is een maatvoor de stijfheid. Voor de vloeiproef wordt dezelfdekegelmantel gebruikt, maar hierbij brengt men de massadoor schokken van de plaat tot inzakken; men meet deverbreding van het grondvlak.CohaesieEen andere belangrijke eigenschap is de cohaesie, d.w.z.de eigenschap van de massa om samen te hangen en niettijdens de bewerking te ontmengen. Het is het verschiltussen weke klei en zand, het ene plakt aaneen, het andereniet. Men moet dit niet verwarren met de adhaesie, d.w.z.de aanhechting van beton of mortel aan andere materialen.In sommige gevallen kan de adhaesie groter zijn dan decohaesie.De cohaesie kan op zeer eenvoudige wijze worden be-paald met het apparaat van tek. 5, dat bestaat uit tweesamengevoegde bakken, die van elkaar worden getrokken.De op deze wijze bepaalde cohaesie varieert van 20 tot200 g/cm2. Voor mortels kan de cohaesie gemakkelijkerworden bepaald met behulp van de pipetmethode. Menlaat een buis in een bak met mortel zakken tot op een44bepaalde hoogte h vanaf de bodem. Dan sluit men de buisvan boven af en trekt haar met behulp van een dynamo-meter omhoog. Bij een kracht F breekt de massa af.Wanneer men -F berekent onder aftrek van het eigen ge-wicht van de buis, dan wordt de cohaesie:Hierin is r de straal van de buis, het soortelijk gewichtvan de mortel en K de wrijvingsco?fficient van de mortellangs de buis.BleedingEen laatste belangrijke eigenschap is het zweten van demortel (,,bleeding"). Men zegt dat een mortel zweet, in-dien deze bij rustig staan wordt bedekt met een laagjeaanmaakwater. Dit is gewoonlijk het geval bij een tegrote hoeveelheid aanmaakwater en hangt af van deaard van het gebruikte cement. Het is feitelijk een ont-menging door bezinken, die sneller gebeurt naarmate demassa meer doorlaatbaar is.Het vervoer van beton -- ontmengingBij het vervoer van het beton van de betonmolen naarde stortplaats kan onder verschillende invloeden ont-menging ontstaan. De ontmenging is het bezinken vande grofste delen onder invloed van de zwaartekracht; zijis gemakkelijk te verklaren, indien men weet dat het s.g.van het grind D groter is dan het gemiddeld s.g. d vanhet beton (behalve voor lichte toeslag, waar de ont-menging tegen de zwaartekracht in kan gaan). WanneerV het volume is van een steen en S het oppervlak, werkter een kracht gelijk aan (D -- d). g. V naar beneden op.Als tegenkracht werkt de stijfheid, die gewoonlijk vol-doende is om het evenwicht te bewaren, doch -- zoals naderverklaard zal worden -- kan afnemen onder invloed vantrillingen en vooral van schokken, terwijl de versnelling7 toeneemt. De enige kracht, die zich dan nog tegen debeweging verzet, is de viscositeit . Als de valsnelheidvoorstelt, is:De snelheid is dus evenredig met het kwadraat van degemiddelde straal en neemt af met toenemende viscositeit.De meting van de ,,ontmengbaarheid" kan gebeurendoor een cylindrische vorm, waarvan de hoogte een veel-voud is van de diameter, met beton te vullen. Stel PmCement 3 (1951) Nr 3-4het gewicht van de vorm en Pb het gewicht van het betondat de vorm tot een hoogte H0 vult. Het zwaartepuntligt op een hoogte h0 van de bodem. Plaatsen we nu hetgeheel op een schudtafel, dan is na een bepaald aantalschokken, de hoogte geworden Ht en die van het zwaarte-punt h1,. De totale arbeid is (Pm + Pb)-(ho --h1). Trekt menhiervan de arbeid voor het inzakken af: Pb ? (H0 -- Hj),dan blijft voor de ontmengingsarbeid:De gemiddelde verplaatsing per lengte-eenheid wordt dan is een maat voor de ontmenging; dank zij deze co-efficient kan men verschillende betonmengsels verge-lijken.Om de ontmenging Ws te verkrijgen moet men een ener-gie Wi toevoegen, evenredig met het gewicht van hetbeton, gedurende een tijd .. Zo vindt men een ontmengingsco?fficient 'zonder dimensie:De verplaatsing h -- ? voor een beton met s.g. dkomt voor de toeslag met een s.g. D overeen met eenverplaatsing: K is een constante, die afhankelijk is van het apparaat.5-6. HET STORTEN EN HET TRILLEN VAN BETONDe mechanische eigenschappen van een verse beton-massa moeten zodanig zijn, dat ze gemakkelijk en ho-mogeen storten mogelijk maken. De gebruikelijkstehandelwijze bij het storten is het prikken, waarmee menbij goede uitvoering alle hoeken van de bekisting goedkan vullen. Het droogste en beste beton is tevens het moei-lijkst, want het heeft een hoge inwendige wrijving, die zichtegen verplaatsing verzet; de co?fficient van verwerkbaar-heid hiervan is gering. De uitvoerders hebben daardoorde neiging de verwerkbaarheid te verhogen door ver-groting van de hoeveelheid aanmaakwater. Op die manierkan men de bekisting makkelijker vullen, maar dit gaatten koste van de vastheid. De constructeur moet trachtenhier het juiste compromis te vinden. De overmaat water,die heeft gediend om het storten te vergemakkelijken,kan later worden verwijderd door het beton door af-zuigen te verdichten. Dit proced? is in de VerenigdeStaten bekend als ,,vacuum concrete" en in Frankrijk als,,b?ton au vide"*). Op het vrije oppervlak van het betonen aan de binnenkant van de bekisting plaatst men grotezuigdoppen van metaalgaas, bedekt met katoen en om-geven door een ring van rubber. Men brengt na het stortende zuigdoppen onder vacuum en kan zo een deel van deovermaat water wegzuigen zonder cement mee af tevoeren. De zo ontstane samenpersing geeft inderdaadaan het beton een verbeterde dichtheid en samenhang,die niet te verwaarlozen zijn. Vanzelfsprekend kan menop die manier de vastheid verhogen en de krimp en dedoorlaatbaarheid verminderen.Ook kan men de verdichting van beton bevorderen doorcentrifugeren, trillen of persen. De laatste methode laatop zichzelf geen grote verdichting toe. De inwendigewrijving neemt te sterk toe en kan leiden tot een ver-gruizelen van de korrels, wanneer de druk te hoog wordt.Het trillen voldoet echter heel goed, al moet worden ge-zegd, dat de toepassing ervan uitsluitend op ervaringberustte, daar de gebruikers in de aanvang geen nauw-keurige kennis hadden van de wetten, die dit procesbeheersen.Wanneer we het apparaat van tek. 2 nog eens beschouwenen dit op een triltafel plaatsen, dan kunnen we weer vooriedere waarde van de druk p een afsehuifkraeut ondertrilling waarnemen, die in een grafiek kan worden onder-gebracht**) (tek. 6). Men ziet hieruit, dat de co?fficientvan inwendige wrijving practisch nul is tot een waardep1; daarna neemt ze snel toe. Dit komt overeen met eenknik in de lijn van afschuiving. Voor drukken kleinerdan p1 gedraagt het beton zich als een vloeistof; dezeverandering is te wijten aan de beweging van de deeltjesonder invloed van de trilling. Deze beweging is te ver-gelijken met door warmte veroorzaakte beweeglijkheiden veroorzaakt een ineenvloeien van het beton. Wanneermen de trilling stopzet en de proef opnieuw begint, vindtmen een nieuwe afschuivingskromme O'B', die even-wijdig loopt met de raaklijn aB aan het asymptotischverlopende deel AB van de kromme onder invloed vantrilling. De trilling veroorzaakt aldus een verplaatsingvan de eigenlijke kromme naar ??n onder een negatieve*) Ook in Nederland kent men vacuumbeton, maar dit wordtop een andere wijze verkregen; zie 1 (1949), Nr. 11-12, blz. 231(Red).**) L' H e r m i t e & Tournon, La vibration du b?ton frais.Ann. Inst. Techn. B?t. T.P., Serie B?ton, B?ton arm?, No 1 --Februari 1948.Cement 3 (1951) Nr 3-4druk O a, die expansiedruk wordt genoemd. Deze drukwordt veroorzaakt door de botsingen der korrels. Hetverschijnsel verloopt dus, alsof het beton is onderworpenaan een inwendige druk, die de massa doet uitzetten enzich verzet tegen de uitwendige druk p. Is p kleiner dande expansiedruk, dan heeft het beton geen inwendigewrijving en wordt vloeibaar. Wordt p groter dan de ex-pansiedruk, dan treedt de inwendige wrijving opnieuw op.Wanneer men het probleem van de trilling verder be-studeert, vindt men dat de expansiedruk evenredig ismet het volume van de holle ruimte en met de vierkants-wortel van de trillingsenergie. Overigens bewegen langniet alle deeltjes zich op gelijke wijze in de in trillinggebrachte betonmassa.Sommige korrels, die een voldoende samenhang en dege?igende massa bezitten, trillen in harmonie met detriller, doch met grotere amplitude; zij zijn door hun be-weging de oorzaak van de expansiedruk. De kleinere kor-rels hebben een geringere amplitude, die de neiging heeftgelijk te worden aan de gemiddelde beweging van demassa. Ook de grotere korrels hebben een geringere am-plitude, die hier echter de neiging heeft tot nul te naderennaarmate de grootte der korrels toeneemt. Men vindtdus in de korrelverdeling een bepaalde klasse, die hetmeest actief is en die men overgangsklasse noemt. Degemiddelde diameter van de korrels uit deze overgangs-klasse is kleiner naarmate de frequentie van de trillinghoger is.Het zoeken naar de geschiktste trilling komt dus neer ophet zoeken naar die trilling, waarbij een overgangsklassebehoort van voldoend groot volume om door zijn be-weging de samenhang tussen de grotere korrels te ver-breken. De trilling met zeer hoge frequentie (20 000 peri-oden per min) werkt op het cement en het zand, die metmiddelbare frequentie (8 000 per/min) werkt op demortel en die met lage frequentie (3 000 per/min) op hetgrove grind. In sommige gevallen kan het interessantzijn, verschillende trillingen gelijktijdig te laten werken,waardoor het in beweging gebrachte volume aanzienlijkkan stijgen en de regelmaat van het trillen wordt be-vorderd.Door het trillen wordt niet alleen de verwerkbaarheid ver-hoogd, maar wordt tevens de viscositeit verminderd. Ditbrengt gevaar voor ontmenging mee. De viscositeits-co?fficient verandert met de expansiedruk p1 en de uit-wendige druk volgens de formule:.tiet is aus van Delang de uitwendige druk te verhogen omde kans op ontmenging te verminderen. Is dit onmogelijk,dan moet men de viscositeit verhogen door de hoeveelheidaanmaakwater te verminderen, rekening houdend metde formule: log -- --b. / , waarin E ? de watercement-factor is. Aangezien overigens, dank zij de trilling, dedichtheid van het beton wordt vergroot, valt het gemak-kelijk in te zien, dat de snelheid van verdichting om-gekeerd evenredig is met de viscositeitsco?fficient, vol-gens de vergelijking:waarin e het volume van de holle ruimte is en Q een con-stante, die afhankelijk is van het beton. De maximale45verdichtingssnelheid wordt bereikt bij = ? P, d.w.z.bij een druk gelijk aan de helft van de expansiedruk.In de practijk zal men dus moeten zoeken naar een com-promis tussen zo snel mogelijke verdichting en het gevaarvan ontmenging. We mogen als bekend veronderstellen,dat op de gebruikelijke triltafels P1 tussen 0,5 en 0,8kg/cm2ligt, waarbij we opmerken, dat de laagste vandeze beide waarden overeenkomt met een hoogte van2,50 m beton. Men waagt het in het algemeen niet omP> Pi te vinden.Het laatste punt van belang is de voortplanting van detrilling. De trillingsenergie komt in werkelijkheid vaneen bron, die kan worden gevormd door de bekisting ofdoor een trilnaald. Nu wordt een deel van die energiegeabsorbeerd door de betonlaag, die ze passeert; de am-plitude van de trilling neemt af, naarmate zevoortschrijdt.De verzwakkingsco?fficient, d.w.z. de verhouding tussende geabsorbeerde en de toegevoerde energie, veroorlooftons de werkingsfeer van de triller te berekenen. Voornormaal beton ligt deze co?ffici?nt tussen 5 en 15% percm; hij is evenredig met het volume van de holle ruimte(water inbegrepen).De bovenstaande grondbeginselen laten zich in eenvou-dige wetten en formules vastleggen. Hierdoor wordt hetmogelijk een getrild beton vooraf te berekenen. Men kanb.v. de druk op de bekisting uitrekenen. Voor de gedeeltendie vloeibaar zijn geworden door de trilling, is deze drukhydrostatisch; het s.g. is dat van vers beton. Voor hetoverige gedeelte kan de berekening worden gemaakt alsvoor een poedervormige massa met overeenkomstigewrijvingshoek. Na het be?indigen van de trilling blijftde druk op de bekisting bestaan en herneemt het betonzijn halfvloeibare vorm.Wij geven hieronder enige proefondervindelijk verkregencijfers.Wrijvingshoek voor een beton met gemengde toeslag,350 kg cement per m3en een watercementfactor 0,55.Wrijvingshoek op het beton zelf:v??r trilling = 30?na trilling = 50?Wrijvingshoek van hetzelfde beton op hout:v??r trilling -- 23?na trilling = 30?Wrijvingshoek van hetzelfde beton op niet gepolijstzacht staal:v??r trilling = 14?na trilling = 19?De viscositeitsco?fficient van hetzelfde beton ondertrilling als functie van de hoeveelheid aanmaakwater is:log = 4,83 -- 5,20 E/CE/C = de water-cementfactor; wordt uitgedrukt ing.cm/sec.Bijzondere methoden van verwerkingBehalve de klassieke methoden van verwerking alsstampen en trillen, bestaan er verschillende bijzonderemethoden, die ieder een aparte studie vereisen.Het pompen van beton bestaat uit het vervoer onderdruk door buizen over grote afstand. Hiervoor is een betonmet geringe wrijvingsco?fficient vereist. Bovendien zijneen geringe neiging tot uitzakken en een goede cohaesienoodzakelijk. Om de eigenschappen in dit opzicht te ver-beteren, voegt men in het algemeen een middel toe, datde samenhang verhoogt (zoals kiezelgoer of sommige or-ganische stoffen), waarvan echter eerst de invloed op devastheden moet worden nagegaan.Wij hebben reeds vroeger gesproken over beton, waaraanhet water werd onttrokken door middel van vacuum ofd??r centrifugeren. Men heeft ook wel voorgesteld (Freys-sinet) dit doel te bereiken voor dunwandige stukken doordeze onder druk te brengen met behulp van een omhullingmet rubberkern onder gelijktijdig trillen.Wij noemen ook-nog het ,,nagevulde" beton *), dat wordtvervaardigd door eerst een grove toeslag in de bekistingte brengen en dan na te vullen met een mortel, die bestemdis om de lege ruimten te vullen. Het storten van het ge-raamte kan door een trilling met lage frequentie wordenverbeterd. Om daarna de mortel goed te laten doordringenin alle nog open gebleven ruimten, moet hij aan ver-schillende voorwaarden wat betreft zijn vloeibaarheidvoldoen. De co?fficient van inwendige wrijving moetzeer gering of nul zijn, maar de mortel mag tijdens debewerking niet door de bekisting heen zweten.Er bestaan verschillende middelen om deze moeilijk-heid op te lossen.Het eerste is een versnelde trilling, die op de mortel werkten deze makkelijker laat vloeien. Indien het werk goedwordt uitgevoerd en de korrelverdeling goed is bestudeerd,zijn de resultaten uitstekend.-Men verkrijgt snel zeerhoge vastheden.Een tweede middel bestaat uit het verwezenlijken vaneen geactiveerde mortel door sterk roeren en kneden.Dit proc?d? is bekend onder de naam ,,Colorete"*) enmaakt het mogelijk de ingesloten lucht zeer innig doorde massa heen te mengen in de vorm van kleine belletjes,doordat de aan de vaste deeltjes hechtende luchtlaagjesworden verbroken. Het op deze wijze verkregen materiaalbezit een zeer geringe inwendige wrijving en wordtweinig doorlaatbaar. De gesuspendeerde kleine lucht-belletjes maken, dat de gevormde holle ruimten niet meerin aanraking met de buitenlucht zijn en dat de mortelonder water kan lopen zonder er zich te mee vermengen.Tenslotte veroorzaakt de thixotropie van de ge?mul-geerde pasta, dat deze na het gieten een zodanige stijfheidheeft, dat ze onder een tamelijk steile hellingshoek kanblijven staan. Het zo verkregen beton vertoont een op-merkelijke waterdichtheid.Het derde middel geeft de benodigde eigenschappen aande mortel door toevoeging van een chemisch product, datals bevochtiger optreedt. Dit proc?d? is in Amerika be-kend als ,,prepacked"*). De mortel kan hierbij echter nietonder druk worden ingevoerd.De geactiveerde mortel en de ,,prepack" lenen zich zeergoed voor injectie en kunnen door hun vloeibaarheidover grote afstand door buizen worden vervoerd. Hetgebruik van druk verschaft de mogelijkheid van het voor-af onder belasting brengen van bepaalde werken, zoalsb.v. de bekleding van tunnels, waar men op deze wijzeeen uitstekende contact krijgt met de omringende grond.*) Wie geeft hiervoor een goed Nederlands woord? f Red.)7. BETONNEREN EN BESCHERMING VAN BETON BIJ KOUD WEERHet kan gebeuren, dat men het beton wil beschermentegen de gevaren veroorzaakt door koude en vorst, diede verharding vertragen of zelfs beletten en soms on-herstelbare schade kunnen teweegbrengen. Voor hetvervaardigen van beton bij koud weer**) moet men devoorzorg nemen, het toeslagmateriaal te verwarmen totmeer dan -f- 2?C en het water evenzo tot een temperatuurtussen 20?C en 35?C; de menging moet plaats hebben ineen verwarmd lokaal met een temperatuur van ten min-ste + 5?C. Het warmteverlies tijdens het vervoer is groot.Wanneer de buitentemperatuur -- 3?C is en die van hetbeton + 20?C, dan gaat bij een transport over 15 m inopen wagens de temperatuur 12?C omlaag. Het stortendient te geschieden in bekistingen, die door verwarmingmet warm water of met stoom vorstvrij zijn gemaakt,Ieder spoor van sneeuw of ijs moet zijn verwijderd.Bij matige koude kan men , onder voorbehoud van een46contr?le van de temperatuur, zich beperken tot een op-pervlakkige verwarming van de bekisting. Voor tem-peraturen lager dan ?-- 3?C is beslist een kunstmatigeverwarming van het beton noodzakelijk. Hiertoe moethet gehele bouwwerk van een soort ombouw wordenvoorzien, waarbinnen men de verwarmingsapparatenplaatst. Men kan zowel van hete lucht als van stoom onderdruk gebruik maken of zelfs van electrische verwarming.In het algemeen worden zowel de binding als de verhar-ding bij temperaturen beneden 5?C vertraagd. Dezevertraging is het meest merkbaar bij cementen met lang-zame binding en zeer sterk bij cementen met hoog-ovenslak. Bij 0?C staan binding en verharding volkomenstil. Indien de binding ver genoeg is voortgeschredenvoor het invallen van de vorst, staan de reacties stil ombij normale temperatuur verder te gaan zonder noemens-waardig nadeel voor de eindkwaliteit.Cement 3 (1951) Nr 3-4Het gebruik van in het aanmaakwater opgelost natrium-earbonaat (10 gewichtsprocenten) maakt het ons moge-lijk, de mechanische inwerking van de vorst te vermijden,maar het belet niet, dat de verharding beneden 0?C stil-staat. Calciumchloride daarentegen werkt bij gewonetemperatuur als versneller van de binding en als anti-vries tot -- 5?C. De gebruikelijke hoeveelheid is 2% vanhet cementgewicht. In deze verhouding, die niet magworden overschreden, vermindert het de gevoeligheidvan het beton tegen lage temperaturen en maakt hetmogelijk, om bij 4- 3?C tot 4- 4?C te betonneren onderdezelfde voorwaarden als normaal. Beneden 4- 3?C wordenbinding en verharding sterk vertraagd, maar ze vinden nogplaats.Versnelling van de verharding door middel van verwarmingDe toenemende betekenis van de proc?d?'s van pre-fabricatie heeft de ondernemers voor nieuwe problemengesteld. Hieronder nemen het langdurig bezet zijn dervormen en de volte veroorzaakt door de opslag van ver-hardende stukken een eerste plaats in; het bleek daaromonvermijdelijk, de binding van het cement t? versnellen.Voor deze toepassing zijn de klassieke versnellers (zoalscalciumchloride) onvoldoende; slechts door verhittingkan men voldoende versnelling van de verharding ver-krijgen.De industrieel bruikbare proc?d?'s kunnen worden ver-deeld in de volgende groepen:1. verhitting door het Joule-effect;2. verhitting in water;3. verhitting met behulp van stoom bij normale druk;4. verhitting met behulp van stoom onder druk.1. Verhitting door het Joule-effectDe verwarming door middel van het Joule-effect is deeerste methode, die industrieel is gebruikt. Zij werd inde noordelijke landen bestudeerd met het oog op hetmogelijk maken van het uitvoeren van betonwerkenin de winter. Het proc?d? berust op het feit, dat versbeton een halfgeleider is; het bestaat eenvoudig daaruit,dat men dwars door de massa een electrische stroom vanlage spanning (40 V) laat gaan. Deze methode geeftuitstekende resultaten, maar ze is vooral van belang voorhet vervaardigen van grote betonmassa's en in het al-gemeen te duur voor de West-Europese landen in ver-band met de prijs van de electrische stroom en de hogearbeidskosten, die dit proc?d? meebrengt.2. Verwarming in waterDeze methode lijkt heel verleidelijk, omdat gedurendehet verharden geen uitdroging kan plaats hebben. Inde practijk zijn de resultaten maar matig, omdat velecementen bij verhitting in water een aanmerkelijkeuitzetting vertonen.Men heeft opgemerkt, dat de vastheden na korte ver-hardingstijden werden vermeerderd en dat de versnellingtussen 30?C en 75?C weinig uiteen liep. Eveneens heeftmen vastgesteld, dat de vastheden spoedig een constantehoogte bereikten en slechts zelden zo hoog werden als bijnormale verharding. De cementen met hoogovenslakgedragen zich zeer verschillend, waardoor hun gebruikbij dit proc?d? riskant wordt, terwijl gesulfateerd cementen aluminiumcement slechte resultaten geven.3. Verhitting met stoom bij normale drukHierbij wordt het beton tot 80?C verhit in een geslotenruimte, waarin men stoom blaast om uitdroging te voor-komen; Portlandcement geeft uitstekende resultaten, diein het algemeen veel regelmatiger zijn dan bij de ver-warming onder water. Voor metallurgische cementenzijn de resultaten verschillend naar gelang van het ge-halte aan hoogovenslak.Bij dit systeem moet men wel waken tegen condensatieop het verhardende beton, daar hier anders plaatselijkzwelling kan ontstaan met schadelijke gevolgen voor devastheden.4. Verwarming met stoom onder drukDe verwarming met stoom, onder druk in een autoclaafis de methode, di? uit een oogpunt van vastheden deinteressantste resultaten geeft. Met speciale toeslag-stoffen, waarbij een reactie tussen kiezelzuur en kalk kanoptreden, kunnen vastheden worden verkregen, die veruitgaan boven wat onder normale omstandigheden mo-gelijk is. Met dit proc?d? kan beton worden gemaaktmet een drukvastheid van ongeveer 1000 kg/cm2; menmoet hiertoe drukken gebruiken boven 6 kg/cm2, wat totkostbare installaties leidt. In de practijk gaat men, wan-neer geen uitzonderlijk hoge vastheden worden vereist,tot 2 kg/cm2, waarbij reeds na ongeveer ??n uur kanworden ontvormd.Normaal zowel als hoogwaardig Portlandcement voldoenbij deze methode uitstekend maar de cementen met hoog-ovenslak niet erg, daar de resultaten zeer onregelmatigzijn. Gesulfateerd cement en aluminiumcement gevenzeer slechte resultaten.SamenvattingDe proc?d?'s voor verhitting van het beton kunnen zeergoede resultaten geven, indien men ze met oordeel toe-past. Al naar het doel waarvoor de stukken beton moetenworden gebruikt, heeft men de keuze uit verschillendemethoden.Daar de verwarming door middel van het Joule-effectwegens te grote kostbaarheid uitvalt, kan men zeggen,dat de methode van verhitting in water de eenvoudigsteis en de minste voorzorgen vereist. Men verkrijgt hierbijversnelde verharding, maar de eindvastheden zijn ge-ringer dan normaal. Voor vervaardiging van beton-blokken is deze methode wel bruikbaar.Voor belangrijkere constructiedelen is de verwarmingmet stoom bij 80?C zeer geschikt. Men kan hierbij spoedigontvormen, terwijl de eindvastheden weinig wordenbe?nvloed.Wenst men grote versnelling van de verharding of hogevastheden, dan opent de verharding in een autoclaaftussen 2 en 10 kg/cm2grote mogelijkheden; de kostprijswordt er echter merkbaar door verhoogd,Al deze toepassingen zijn het belangrijkst voor Portland-cement, hetzij het normale, hetzij hoogwaardig- of super-cement. De metallurgische cementen geven onregelmatigeresultaten en lenen zich er daardoor minder voor. Ge-sulfateerd cement en aluminiumcement geven zeerslechte resultaten en zijn derhalve voor warmtebehan-deling ongeschikt. v. d. L.**) L ' Hermit e, B a s t i a n & F e r e t, La mise en oeuvrede certains mat?riaux par temps froid, C. R. Reeh. Lab. B?t.et T.P., 1945-1946, blz. 14-48.Octrooi-NieuwsOpenbaar gemaakte NederlandseoctrooiaanvragenDe volgende octrooiaanvragen zijn open-baar gemaakt d.d. 15 Januari 1951; zij lig-gen tot en met 15 Mei a.s. ter publiekeinzage.No. 137 807 Ned. 30-12-'47Voorrang 6-7-'43 FrankrijkGewapend betonnen balk, bestaande uittwee met elkaar verenigde elementairebalken met U-vormige dwarsdoorsnede,welke elementaire balken met de lijvennaar elkaar toe zijn geplaatst.Jean C e l e s t i n H i p p o l y t e La-c ha i s e , te Vitry-sur-Seine, Frankrijk.No 140 960 Ned. 12-6-'48Werkwijze voor het vervaardigen van eenmuur of muurgedeelte uit te metselenCement 3 (1951) Nr 3-4stenen, waarbij alle of een deel der stenentot muurstukken worden gemetseld, voor-dat de stenen een uiteindelijke plaats inhet bouwwerk innemen.H e e r e van der S c h a a r , te Amster-dam en Ir. L e e n d e r t van derS c h a a r , zich noemende Karel Leendertvan der Schaar, te Amstelveen.No. 137 567 Ned. 24-12-'47Voorrang 19-12-'45 OostenrijkWand, opgebouwd uit stenen of- blokkenmet van de boven- tot de onderzijdedaarvan doorgaande holten.J o s e f Altmann, te Salzburg, Oosten-rijk.No. 140 659 Ned. 27-5-'48Wand, bestaande uit een betonnen ge-raamte, waartegen wandplaten zijn be-vestigd met behulp van de stijlen van hetgeraamte.N.V. Raatbouw, te 's-Gravenhage.No. 125 089 Ned. l-5-'46Voorrang 21-9-'43 ZwedenHouten constructieplaat, in het bijzonderbekistingsplaat, bestaande uit een aantalevenwijdige, tot ??n geheel verenigdeplanken.Uno Ivan S a m u e l Edlund, teAkers Styckebruk, Zweden.No. 129 213 Ned. 9-12-'46Voorrang 23-3-'46 FrankrijkWerkwijze en wapeningsgeraamte ter ver-vaardiging van een werkstuk uit voor-gespannen beton.V i c t o r Weinberg, te Parijs.No. 139 048 Ned. 25-2-'48Menginrichting.J o h a n n e s Bakker, te Langeruige-weide en L o u i s F e i t z , te Baarn.Afschriften van deze aanvragen kunnenworden geleverd ? f 1,75 per stuk.47
Reacties