? ? onderzoek ? betontechnologieir.N. De Belie, aspirant NFWO, Universiteit Gent, faculteit Landbouwkundige en Toegepas-te Biologische Wetenschappen *)Het milieu in stallen en voedersilo's is dikwijls agressief voor beton. Zo vertonen bijvoor-beeld de betonvloeren in vleesvarkensstallen, vooral rond voeder- en drinkinrichtingen,vaak al snel een zichtbare aantasting [1] (foto 1). Deze wordt veroorzaakt door devormingvan melkzuur en azijnzuur in gemorste voer-watermengsels en door de pH-daling die hier-mee gepaard gaat; dikwijls tot pH-waarden lager dan 4,5 [2].Melkzuur en azijnzuur vormen met de vrije kalk van het beton zeer oplosbare calciumzou?ten. De inwerkingvan organischezuren op beton is sterk afhankelijkvan de oplosbaarheidvan deze zouten, zelfs meer dan van de pH-waarden van hun oplossingen [3]. Melkzuur enazijnzuur zijn dus zeer schadelijk voor beton [4].Om versneld de invloed te onderzoeken van een aantal variabelen in de betonsamenstel?ling op de aantasting van het beton door deze voederzuren, zijn simulatieproeven uitge?voerd.BETONDEGRADATIEINVEESTALLENONDERINVLOEDVANVOEDERZURENSIMULATIEPROEVEN'l Onder begeleiding van prof.dr.ir.M.Debruyckere,prof.dr.ir.D. Van Nieuwenburg, ir.B. De Blaere.52Als proefstukken voor de simulatieproevenwerden prisma's van 40 x40 x 160 mm3 ver-vaardigd, voor de aantastingsproeven ver-zaagd tot 40 x40 x80 mm3. Er werd gewerktmet microbeton: granulaatgrootte 2-4, mas-saverhouding zand/granulaten 0,5 en wa-ter-cementfactor 0,45.De volgende factoren werden gevarieerd,waardoor acht combinaties werden verkre-gen, gemerkt zoals in tabel 1 is aangegeven:? cementsoort: P40 en HK40 (de proevenvingen aan voor de nieuwe norm in werkingtrad; P40 en HK40 komen ongeveer over-een metrespectievelijk GEM 142,5en GEMlil/A 42,5);? cementgehalte: 300 kg/m3en 350 kgjm3;? granulaten: kalksteen en niet-gebrokengrind.De monsters werden zo goed mogelijk ver-dicht met schoktafel en stamper en 28 da-gen bewaard bij 20 ?G en 90% relatieve voch-tigheid. Bij deze ouderdom werden op drieproefstukken van elke reeks drukproevenuitgevoerd.SimulatievloeistofIn voorafgaand onderzoek [2] werd de verzu-ringvan mengsels van varkensmeel en watergevolgd als functie van de tijd. In de na vierdagen afgecentrifugeerde vloeistof kwamenconcentraties voor van ongeveer 350 flmolmelkzuur en 65 flmol azijnzuur per mi, het-geen leiddetot een pH tussen 3,8 en4,5. De-ze concentraties werden aangehouden voorde bereiding van een simulatievloeistof.Wanneer zodoende 31, 5 g melkzuur en 3,9 gazijnzuurworden samengevoegd en verdundmet leidingwatertot 1 liter, wordt echter een.pH gemeten van 2 ? 2,2. Deze lagere waardeis hetgevolgvan hetoplossen van zuivere zu-ren in water, zonder bestanddelen uit hetvoeder.Omdat deze waarde in de meeste gevallenweinig re?el is (ze kan wel worden bereiktwanneer bijvoorbeeld wei bij het drinkwaterwordt gevoegd), werden naast deze eerstesimulatievloeistof ook twee buffers aange-maakt: simulatievloeistof 2 met pH = 3,7 ?3,8 en simulatievloeistof 3 met pH = 4,4 ?4,5. De drie simulatievloeistoffen zullen ver-der worden aangeduid als SV1, SV2 en SV3.De pH-waarde 3,8 is de laagste gemeten pHbij de laboratoriumproeven op voederverzu-ring. De pH-waarde 4,5 is de grens tussen'sterk' (milieuklasse 5c) en 'zeer sterk' (mi-lieuklasse 5d) agressief zijn van de vloeistofvoor beton [5,6]. De buffers werden bereidCEMENT1.995/4doortoevoegingvan een hoeveelheid NaOH,volgend uit de vergelijking van Henderson-Hasselbach:pH = pKa + log([A-l/[HA])waarin Ka de zuurdissociatieconstante isvan het zwak zuur HA (HA.,. W + A-) enpKa = -log Ka metvoor melkzuur pKa = 3,86en voor azijnzuur pKa = 4,74.Als referentievloeistof werd leidingwater ge-nomen (aangeduid als SVO). Voor elke be-tonsamenstelling waren er dus vier behan-delingen (SVO, SV1, SV2, SV3) en werden erdrie prisma's ingezet per behandeling.ProefuitvoeringMet de aantastingsproef werd gestart bij 35dagen ouderdom. De aantasting was hierbijtweeledig: door inwerking van de zuren werdhet beton aan de oppervlakte verweekt endoor mechanische inwerking (borstelen)werd de weke betonlaag verwijderd.De aantastingsproef bestond uit twee cycli:Cl en C2. Tijdens Cl bevonden de monsterszich 17 of 18 dagen in de simulatievloeistof-fen, tijdens C2 20 of 19 dagen, in totaal dus37 dagen. Voor de proef en na elke cyclusTabel 1BetonsamenstellingenG: grindK: kalksteenCEMENT1995/ 4werd het volume van de monsters bepaalddoor hydrostatische weging. Bij het beginvan een cyclus werden de genummerdemonsters per drie in een vat geplaatst, volle-dig ondergedompeld in 600 mi van de res-pectievelijke simulatievloeistoffen.Na een vierde van een cyclus werd, na verwij-dering van de monsters, de pH van de simu-latievloeistoffen gemeten en werden devloeistoffen (met uitzondering van de refe-rentievloeistof) aangezuurd tot de oorspron-kelijke pH voor SV2 en SV3 en tot pH = 3,5voor SV1.Na een halve cyclus werd opnieuw de pH ge-meten en werd het losgekomen materiaalG) Betonrooster in een vleesvarkensstaluitdroging en na elke halve cyclus aan eenmechanische inwerking (borstelen), het-geen de aantasting versnelt [7].Procentuele volumeverminderingAls maat voor de aantasting werd de procen-tuele volumevermindering genomen als ge-middelde van drie prisma's (tabel 2). VoorClen het totaal (Cl +C2) werd de volumever-mindering uitgedrukt als percentage van hetstartvolume, voor C2 als percentage van hetrestvolume na Cl. Met behulp van t-toetsenwerd getestoftwee berekende gemiddeldensignificant van elkaar verschilden.verzameld door filtratie van de simulatie- Invloed van de simulatievloeistofvloeistof. De monsters werden dan enkeledagen aan de lucht gedroogd, waarna ze elkgedurende twee minuten werden geborsteldom het loszittend materiaal te verwijderen.Ook dit materiaal werd per drie prisma's op-gevangen. Daarna werden de prisma's in ver-se simulatievloeistof geplaatst.Na drie vierde van een cyclus werd opnieuwaangezuurd.Na elkvierde deel van een cyclus zijn de mon-sters dus onderworpen aan (gedeeltelijke)reeksnumm?r G2 I K2Op enkele uitzonderingen na is er een signifi-cantverschil tussen de invloeden van de ver-schillende simulatievloeistoffen bij een een-zijdige t-toets met onbetrouwbaarheid a =0,05. In SVl is de aantasting 1,1 tot 1,6 (ge-middeld 1,3) keergroterdan in SV2 en in SV21,3 tot 4,0 (gemiddeld 2,2) keer groter danin SV3. In de referentievloeistof kan de volu-mewijziging zowel positief als negatief zijn,maar ze blijft in de meeste gevallen vrij klein.G4'1 K4 G6. I K6 G8 I K8.cementtype P40 HK40cementgehalte (g) 300 350 300 350wafEl!' (g) 135 .. 151 135 157zand 0/2 (g) 670 630 670 630granulaten 2/4 (g) G K G K G K G K'1340 .... 12)0 ~ 1340...1260?53? ? onderzoek ? betontechnologieTabel 2 Tabel 3Gemiddelde procentuele volumevermindering per behandeling (v) Significante verschillen tussen verschillende betonsamenstellingenen standaardafwijking (sv); voor Cl en totaal als percentage van het bij t-toets met a = 0,05.startvolume, voor C2 als percentage van het restvolume na Cl De meest resistente samenstelling is in de tabel opgenomenVergelijking van de twee cycliUiteen eenzijdige t-toetsmet a = 0,05 volgtdatde aantastingtijdens C21eidt tot een sig-nificant grotere volumevermindering dan tij-dens C1 voor SV1, SV2 en SV3: gemiddeld2,1 keer groter voor de G-reeks en 1,4 keergroter voor de K-reeks. Hieruit blijkt dat deaantastingssnelheid toeneemt in de tijd.Invloed van cementgehalte en cementsoortVoor de volumevermindering tijdens C1 en54:signlficahtversOhilalleen in hetgerniddelde massaverliesperC2 afzonderlijk en voor de totale volumever-mindering werden telkens vergeleken:? G2 metG4 en G6 metG8 (invloed cement-gehalte);? G2 met G6 en G4 met G8 (invloed cement-soort).Dezelfde vergelijkingen werden gemaaktvoor de K-reeksen. In tabel 3 is weergegevenwelke verschillen significantzijn bij een twee-zijdige t-toets met a = 0,05.Proefresultaten grindbetonHet cementgehalte (300 kgjm3 of 350kgjm3) be?nvloedt de aantasting (gemetenals volumevermindering van de monsters)niet significant gedurende de eerste cyclus.Tijdens de tweede cyclus is een verschilmerkbaar bij het gebruik van HK40 (G6 enG8): de monsters met 350 kgjm3cementbieden beterweerstand tegen de aantastingdan die met 300 kgjm3 , significant bij SV1(1,4 keer beter) en SV3 (1,9 keer beter), nietCEMENT1995j4significant bij SV2 (ook 1,4 keer beter, maargrotere spreiding). Het verschil is echter ner-gens voldoende .om voor de totale proef(Cl +C2) een significant verschil te geven.De cementsoort speelt een grotere rol. In-dien 350 kgjm3cement wordt gebruikt (G4en G8), presteert het beton metHK40 in allegevallen significant beter: 1,6 tot 2,2 keerminder aantasting voor Cl +C2 (foto 2). Bij300 kgjm3 (G2 en G6) is hetverschil kleiner(verhouding 1,2tot 1,8voor Cl +C2) en nietmeer significant voor SV3 tijdens Cl, C2 enCl +C2 en voor SVl tijdens C2.Hieruit zou blijken dat het gebruik van eenvoldoende hoog gehalte aan hoogovence-ment in de betonsamenstelling in elk gevaleen positieve invloed heeft op de weerstandtegen aantasting. Wordt een lager cement-gehalte toegepast, dan vermindert de aan-tasting door het gebruik van hoogovence-ment pas noemenswaardig als de omstan-digheden zeer agressief zijn (pH-waardenvan 3,8 of minder).Over het algemeen geeft het gebruik vanHK40 een kleinere volumevermindering invergelijking met P40. Dit verschijnsel is alsvolgt te verklaren: Bij de water-cementreac-tie komt Ca(OH)2 vrij tengevolge van de hy-drolysevan C2Sen C3Stotcalciumsilicaathy-draten. Dit Ca(OH)2 treedt op als activatorvoor de hydratatie van de slakken in hethoogovencement [8], bijvoorbeeld2 Si02+2 Ca(OH)2 +3 H20