I IONDERZOEK IBETONTECHNOLOGIEDE ZWAKSTE SCHAKEL INBETON].A.Larbi, M.Sc., TU Delft, faculteit der Civiele Techniekprof.drJ.Bijen, TU Delft, faculteit der Civiele Techniek/Intron BV, SittardEen ketting is niet sterker dan de zwakste schakeL In beton is dat de overgangszonetussen portlandcementsteen en toeslagmateriaal. Verbetering van dezeovergangszone kan worden bereikt door een betere korrelopbouw waarbij de ruimtetussen de cementkorrels wordt opgevuld door fijne stoffen, vooral als deze stoffenlatent hydraulische eigenschappen hebben, zoals gegranuleerde, gemalenhoogovenslak ofpuzzolane eigenschappen zoals vliegas en silica fume. Van degunstige effecten van hoogovenslak en vliegas wordt gebruik gemaakt bij deproduktie van hoogovencement en portlandvliegascement. Ook de toevoeging vaneen polymeerdispersie is in dit opzicht gunstig. In dit artikel wordt aangetoond hoemet deze middelen de sterkte- en duurzaamheidseigenschappen van beton wordenverbeterd.D. e betonwereld is voortdurend?. op zoek naar verbeteringenvan haar produkten. Ten aan-zien van het materiaal beton zelfbetrefthet vooral het zoeken naar beton metzeer hoge sterkte en beton met een hogemate van dichthe?d tegen agressievestoffen. Het laatste is de sleutel tot hetverhogen van de levensduur onder nor-male gebruiksomstandigheden.Bij voorgenomen inspanningen om de-ze verbeteringen te bereiken ligt hetvoor de hand te beginnen bij de zwaksteschakel. Deze zwakste schakel wordtheel duidelijk gevonden bij de over~gangszone tussen toeslagmateriaal encementsteen en bij de overgangszonemet andere invoegingen in het materi-aal beton, zoals wapeningsstaal en ve~zels. In de sectie Materiaalkunde vandevakgroep Mechanica en Constructiesvan de faculteit der Civiele Techniekvan de TU Delft vindt een onderzoekplaats naar deze zwakste schakel in be-ton [1 t.m. 6]. Een aantal technieken istoegepast om de aard van deze. over-gangszone en de totstandkoming hier-van te doorgronden. Onderzochtword.verder op welke wijze de overgangszonekan worden verbeterd.De overgangszoneDe foto's 1 tot en met 7, gemaakt meteen scanning-electronenmicroscoop(SEM-foto's), tonen de micromorfolo-gie van de overgangszone tussen de ce-mentsteen en invoegingen. Hieruit blij-ken de volgende kenmerken van deovergangszone:- in alle gevallen is er sprake van veel-vuldig voorkomen van calciumhy-droxide-(CH)-kristallen in de over-gangszone tussen cementsteen ensubstraat (toeslagmateriaal en derge-lijke). In sommige gevallen (fOto's 3 e.n6)zijn de kalkkristallen in direct con-tact met het substraat. De SEM-waar~nemingen zijn een aanwijzing dat on-geacht het type substraat, calcium-hydroxide-kristallen neerslaan op hettoeslagmateriaal;- de overgangszone is relatiefporeuzerdan de bulk van de cementsteen, er isminder cementsteen maar er zijnmeer calciumhydroxide-kristallen(fOto's 1, 6 en 7),- de dikte van de overgangszone is on-1 SEM-foto van een breukvlak van een ??n dag oudeportlandcementmortel, welke de microstructuur aanhet oppervlak van een zanddeeitje toont1 = zanddeeitje2 ~ calc?umhydroxide-(CH)-kristallen3 = cementsteenps = pori?nruimteCement 1990 nr. 102 SEM-foto van een breukvlak van een zeven dagen oudeportlandcementmortel, welke de microstructuur aaneen micadeeltje toont1 = micadeeltje2 = CH-kristallen3 = cementsteen13IONDERZOEK IBETONTECHNOLOGIE3SEM-foto van een breukvlak van een zeven dagen oudeportlandcementmortel, welke de microstructuur aanhet oppervlak vaneen zanddeeltje toont1 = zanddeeitje2 == CH-kristallen3 = cementsteenps = pori?nruimte4SEM-foto van een breukvlak van een 28 dagen oudeportlandcementmortel, welke de microstructuur aanhet oppervlak van een zanddeeitje toont1 = zanddeeitje2 = CH-kristallenP = cementsteenF= ruimte tussen zanddeeitjes en CH-kristallen als gevolgvandroogkrimpgeveer 50 tot 100 flm, afhankelijk vande water-cementfactor en de leeftijd(foto's 2, 6en 7},- de hechting (binding) tussen cement~steen en toeslagmateriaal blijkt in hetalgemeenzwak(foto's 1, 2, 4en 7).Breukdoor mechanische belasting en scheu-ren door droogkrimp, welke zich ver-moedelijk vormen gedurende hetdrogen van monsters ten behoeve vanhetSEM-onderzoek, blijken veelvul-dig aan het oppervlak van het toeslag-materiaal op te treden. Dit suggereertwederom dat de overgangszone ce-mentsteen-toeslagmateriaal de zwak~steschakelis.Daarbij dientwel tewor-den opgemerkt dat juist ook in dezezone de grootste spanningscon-centraties voorkomen!In figuur 8 is de microhardheidweerge-geven voor portlandcementsteen mettwee toeslagmaterialen:granieten kalk-steen. De figuur geeft aan datvoor beidesteentypen de overgangszone tot onge-veer 70 flm van het toeslagmateriaal,zachter is dan de bulk cementsteen.In figuur 9 is eensal)J.envattinggegevenvan eigenschappen van de overgangszo-ne, verkregen met r?ntgendiffra?tie-analyse en scanning-elektronen-microscopie met microanalyse. Er blij~ken in de overgangszone minder ce-mentdeeltjes te zijn dan in de bulkzone.Verder blijkt uit figuur 9 dat de kalk-kristallenin de overgangszoneeenvoor-keursorientatie hebben ten opzichtevandie in de bulk cementsteen (de voor-keursorientatie neemt toe met de getal-waarde, 1 = geen voorkeur). Dit wordtbevestigd bij bestudering van de positievan de kalkkristallen aan de hand van deSEM-foto's 2, 3, 6 en 7.Alle resultaten duiden erop datde poro-siteit aan het oppervlak van de onder-zochte invoegingen relatief hoog is enover een afstand tot 100 flm afneemt totop het niveau van de bulk cementsteen.De hier beschreven morfologie van deovergangslaag is in overeenstemmingmet de bevindingen van andere onder-zoekers.Opgemerkt moet worden dat dit beeldvoor toeslagmaterialen met een water-opzuigend vermogen en!ofreactiefop-pervlak anders kan zijn. Zo is van Lytagbekend dat er een dichte overgangszoneaanwezig is.5 SEM-foto van een breukvlak van een 180 dagen oudeportlandcementmortel met vliegastoevoeging, welke demicrostructuur rondom een vliegasdeeltje toontP =asdeeltje2 = CH-kristallen3 = cementsteen146SEM-foto van een breukvlak van twee dagen oudeglasvezelversterkt cement, welke de microstructuur aaneen glasvezel toont1 = glasvezel2 = CH-kristallen3 = cementsteenps = pori?nruimteCement 1990 nr. 103hulk cementsteen ~" ' ....................._---_._------""--------~-'--40- 70 .umovergangszone7 SEM-foto van een breukvlak van zeven dagen oudeportlandcementmortel met micadeeltjes, welke demicrostructuur aan het oppervlak in deze micadeeltjesweergeeft1 = micadeeltje2 = CH-kristallen3 = cementsteenps = pori?nruimte9" Enige eigenschappen van de overgangszone tegentoeslagmateriaal in gewoon portlandcement1 = percentage niet-gehydrateerd cement (linkerschaalverdeling)2 = ori?ntatiegraad CH-kristallen (rechter schaalverdeling)3 = porositeit (relatieve schaal)Effecten van de overgangszone opde eigenschappen van hetonDe duurzaamheid van betonconstruc~ties onder normale gebruiksomstandig-heden hangt in belangrijke mate afvande dichtheid van de cementsteen. Pro-cessen als indringingvan chlorideionen,carbonatatiesnelheid en sulfaataantas-ting worden in hoge mate bepaald doorde permeabiliteit. Belangrijke voorde-len die hoogovencement ten opzichtevan portlandcement biedt met betrek-king tot de indringing van zouten bijmarine constructies, kunnen wordentoegeschrevenaandelagerepermeabili-teit van hoogovencementbeton. De po~reuze overgangszone maakt ineen be-tonsamenstelling een belangrijkdeel uitvan de cementsteen. Zoals we hiervoorhebben gezien is deze laag aanzienlijkporeuzer en daardoor permeabeler dande bulk van de cementsteen. Het trans-port van agressieve stoffen zal dan ookhet snelst door deze laag plaatshebben.De aanwezigheid van deze overgangs-zone is er de belangrijkste oorzaak Vandat de permeabiliteit van pure port-landcementsteen wel een factor 100 la-ger kan zijn dan van beton met als ma-trix portlandcementsteen van dezelfdesamenstelling.De grote hoeveelheid calciumhy-droxide in de overgangszone van hettoeslagmateriaal is van groot belang tenaanzien van het gevaar voor alkali-sili-careactie [5]. Dit type reactie is in Ne-derland nog nauwelijks bekend, maar inhet buitenland volop. Bij de grotere va-ri?teit in toeslagmaterialen die ontstaatbij de afbouw van de grindwinning,waaronder import van toeslagmate-rialen uithet buitenland, is ditzeker eenaspect waar rekening mee moetwordengehouden. De aanwezigheid van eenkalkrijke laag om het toeslagmateriaalblijkteen belangrijkevoorwaarde te zijnvoor het optreden van expansie door al-kali-silicareactie. De porositeit van deaanwezige kalklaag is bovendieneenbe-langrijke factor in het transport van re-actiecomponenten naar envanhetreac-tieve toeslagmateriaal.Aanwezigheid van de poreuze kalkhou-dende laag is ook van belang voor hetoptreden van zogenaamde interne sul-faat-expansie, als gevolg van tempera-tuurbehandeling van portlandce-mentbeton boven 75?C [7].Verder is de poreuze zwakke overgangs-zone een niet onbelangrijke schakel metbetrekking tot de sterkte van beton.Door Goldman en Bentur [8] is aange-toond dat de positieve effecten van sili-cafume op beton nagenoeg geheel zijntoe te schrijven aan een verbetering vandeze overgangslaag. Bij glasvezelver-sterktcementis aangetoond dathetaan-groeien van calciumhydroxide-kristal-len in en omde glasvezelbundelleidt totverbrossingvan het materiaal en totver-laging van de treksterkte [9].Er zijn dus veel redenen om te strevennaar een verbetering van de overgangs-zone tussen toeslagmateriaal c.q. invoe-gingen en de cementsteen. Volledig-heidshalve moetworden opgemerktdatde aanwezigheid van een kalkrijke laagom invoegingen ook voordelen kanhebben. Zo zijn er bijvoorbeeld aanwij-zingen dat de corrosie van wapeningdoor chloride-ionenwordtvertraagd alsgevolg van de aanwezigheid van eengrote kalkbuffer in de zone direct aan-grenzend aan het staal [10].Oorzaken poreuze overgangslaagDe oorzaken van de aanwezigheid vaneen poreuze overgangslaag zijn twee?r-lei: er is een laag geadsorbeerd water8 Microhardheid vanportlandcementsteen als functievan de afstand tot graniet en kalksteen11000~E!: 800:z:"0"iO.c 600"E.:gob 400"?graniet ~ ~ kalksteen20040-70 um 40-70 pm~hulk cementsteen overgangszone overgangszone DuIk cementsteen ~Cement 1990 nr. 10 15IONDERZOEKaanwezig aanhetoppervlakvan toeslag-materiaal maar de belangrijkste oorzaakis toch wel het zogenaamde 'wand'-ef-fect. Het laatste is in wezen hetzelfdeversch?jnsel dat optreedt aan het opper-vlakvanbetonconstructies tegenhetbe-kistingsoppervlak, zij het meer op mi-croniveau. Het is het gevolg van de kor-relopbouw van beton en, op kle?nereschaal, van de cementpasta. Cementmag dan een f~nestofzijn, op m?cro-schaal is het altijd nog een reus onder dedeeltjes. De gemiddeld 30 Ilm groteportlandcementdeeltjes kunnen slechtsinc?dentele aanrakingspunten hebbenmetdetoeslagmateriaalkorrel.Daartus-sen bevindt z?ch dan water (fig. 10a). Ditleidt er dus toe dat zich op microschaalrelatiefveel waterverzamelt aan het op-pervlakvan het toeslagmateriaal; de wa-ter-cementfactor is hier hoger dan in debulk.Dit kan nog worden versterkt wanneerbij de verdichting toeslagmateriaal- encementdeeltjes in trilling verschillen,waardoor (verdere) micro-ontmengingoptreedt. Het laatste kan een toenamevan de diktevande overgangszone bete-kenen, vooral onder de korrels toeslag-materiaal (fig. lOb). Het is echter geenvoorwaardevoor de aanwezigheid daar-IBETONTECHNOLOGlEDe afzetting van de calciumhydroxide-ionen kan daarom plaatshebben in deverder van de cementdeeltjes afgelegenopen ruimte. zelfs blijken de thermo-dynamische condities voor kristallisatieaan het oppervlak van het toeslagma-teriaal gunstig te zijn voor calciumhy-droxide.Vandaar dat in de overgangszo-ne zoveel kalk wordt aangetroffen.Wanneer de overgangszone moet wor~den verbeterd zal, en dat is de moraalvan dit verhaal, moeten worden begon~nen met de deeltjesopbouw te verbete-ren. Dat wil zeggen dat de open ruimtetussen de cementdeeltjes kleiner moetworden. Immers dan wordt de openruimte in de overgangszone verkleind.Wanneer deze betere korrelopbouwwordt bereikt door toepassen van zeerf~ne inerte deeltjes die tussen de ce-mentdeeltjes inpassen, zonder dat dezeverder bijdragen tot de structuuront-wikkeling, dan is het effect in het alge-meenbeperkt. Nochtans kanookbij de-ze f~ne inerte deeltjes een bijdrage aande sterkteontwikkeling en permea-biliteit worden waargenomen. Wan-neer deze deeltjes tevens onderdeel uit-maken van het bindmiddel, kunnengrotere effecten worden bereikt.Hiernazal deinvloedvanhetverbeterenof f~n gemalen gegranuleerde hoog-ovenslak met calciumhydroxide tot ce-mentachtige verbindingen.pe resultaten geven aan dat de tOevoe-ging van puzzolanen aan portlandce-mentbeton in het algemeen leidt tot hetvormen van een dichtere overgangszo~ne, die bovendien veel minder dik is.Verder is eensterke reductievande hoe-veelheidkalkwaargenomen, waarbij demate van voorkeursori?ntatie van dekalkkristallensterk wordt verminderd.Het wordt benadrukt dat deze effectenslechts ten volle worden bereikt als degemiddelde deeltjesgrootte van de puz~zolanen c.q. gemalen gegranuleerdehoogovenslak significant kleiner is dandie van de oorspronkelijke portlandce-mentdeeltjes, zodat de dichtere korrel-opbouw in de overgangszone wordt be-reikt.Overigens wordt opgemerkt dat doorBakker voor hoogovenslak 111] en laterdoor Praay en Bijen ook voor poeder~koolvliegas [12] een model is voorge-steld,waaruitvolgt dat bij hoogovenslakenvliegas ook afzettingvancalciumsili-caathydraten op grotere afstand Vanportlandklinkerdeeltjes plaatsheeft. Deauteurs zijn echter van mening dat in de10 Schematische voorstelling vande microstructuur-ontwikkelingvan de overgangszonea = gebrekkige deeltjesopbouwb = ontmeuging1 = betouoppervlak2 .= wapening3 = bleeding water4 = cementsteen5 = cementkorrels6 ""' pori?nruitnte7 = toeslagmateriaal33234van. Het wandeffect is daar op zichzelfvoldoende voor.Wanneer portlandcementdeeltjes hy-drateren doen ze dat als het ware vanuithet oppervlak van de deeltjes. De calci-umsilicaathydraten groeien om dedeeltjes heen totdat ze elkaar raken. Ditcementhydratatieproces heeft als ge-volg dat de ruimte tussen de cement-deeltjes voor gebruikelijke betonsa-menstellingen niet geheel d?chtgroeit.Deze openblijvende ruimte vormt dande capillaire pori?n. Het is duidelijk datin de overgangszone het aandeel aan ca-pillaire ruimte groot zal zijn. Er is eenuitzondering op het groeiproces vanhydratatieprodukten en dat is calcium-hydroxide. De calcium- en hydroxide-ionenwelke calciumhydroxidevormen,zijn relatief gemakkelijk transpor-teerbaar en calc?umhydroxide heeft eenrelatiefhoog oplosbaarheidsprodukt.16van de korrelopbouw door reactievedeeltjes die met kalk reageren tot ce-mentsteenachtige verbindingen, maarook van deeltjes die van zichzelf eenbindmiddel kunnen vormen, wordenbesproken.Puzzolane en latent hydraulischestoffenAan de TU Delft is aangetoond dat metbehulp van puzzolanen zoals poeder-koolvliegas, silicafume en metakaoli-niet en van latent hydraulische stoffenzoals gemalen gegranuleerde hoog-ovenslak, met betrekking tot de over-gangszone grote verbeteringen kunnen_worden bereikt ten opzichte van port-landcementsteen. Deze verbeteringenzijn op de eerste plaats het gevolg van deverbeterde deeltjesopbouw in de over-gangszone, met gereduceerde micro-bieeding en op de tweede plaats het re-sultaat van reactie van deze puzzolanenovergangszone de effectenvan de beterekorrelopbouw bepalend zijn.Inde figuren 11 tot enmet 13 is heteffectvandeversch?llende toevoegingen op deori?ntatie van calc?umhydroxide-kristallen in de overgangszone weerge~geven. Uit de resultaten blijkt dat vlieg-as, silicafume en gemalen gegranuleer~de hoogovenslak een sterk effect op demicrostructuur van de overgangszonehebben. De hoeveelheid kalk is geredu-ceerd door reactie van de kalk met depuzzolanen, de ori?ntatiegraad van dekalkkristallen is afgenomen en de diktevan de overgangszone is verminderd.Deze effecten worden in nog sterkeremate waargenomen voor Ludox R, eensynthetisch m?crosilica, nog veel f~nerdan silicafume (spec?fiek oppervlak 230m2/gram).Figuur 14 geeft de microhardheid voorportlandcementsteen metc?rca 20% sili~cafume weer. Hieruit blijkt dat de mi-Cement 1990 nr. 101,0 60 ao mafstand tot toestagmateriaal (,AJ.ml---+"....' ... 1-----'--------'-''-----=---=---------~-~j''+,---7,,---,,""---"-',"",---..,,,----1afstand tot toeslagmateriaall,.uml ~~ ~ M m Wafstand tot toE!slagmateriaal {,..urnI ~"....~----------\qT---:-_.~.-::-:..:.~.:::::::::~=-~==:==11 Effect van poederkoolvliegassen? op de mate van de ori?ntatie vaneH-kristallen in de overgangszone bijgroftoeslagm?teriaal (28 dagen oud)1 = portlandcement2 t.m. 4 = portlandcement +verschillende soorten vliegas1?2 Effecten van toevoeging vansilicafitme op de mate vanori?ntatie van CH-kristallen in d?overgangszone bij groftoeslagmateriaal(28 dagen oud)1 = portlandcement2 = portlandcement + silicafitme1.3 Mate van ori?ntatie vanCH-kristallen in deovergangszone bij groftoeslagmateriaalvoor portlandcement (1) enhoogovencement (2) (7 dagen oud)14 Effecten van silicafitme op demicrohardheid in deovergangszone tussen cementsteen entoeslagrnateriaal kalksteen (28 dagenoud)j 100'1;~:z ?: 0 0?? ? ??~ o .. oo~ 0o 00 .00 00 00? 0o 0 o~ o .. ~ 0 00 0.3 ????? o?..r?? :. e.? "??" ? ...? ? "".." ,," " "" " " "" "" "? portlandcement" portlandcement + silicafome40 80 120afstand tot toeslagmateriaal l;UJll) ~crohardheid van de overgangszone aan-zienlijk toeneemt in geval van toevoe-ging van silicafume.SEM-foto's 15 en 16 tonen de micro-structuur van de overgangszone metsi-licafume. Ookhier is een dichtere over-gangszone waarneembaar.De ontwikkelingvande microstructuurin de overgangszone is schematischweergegeven in figuur 17 voor gewoonportlandcementbeton en voor port-landcementbeton met silicafume. Alsgevolg van het vulstofeffect van de sili-cafumedeeltjes tussen de cementdeel-ges is de open ruimte aan de overgangs-zone belangrijkminder groot. Desilica-'fumedeelges reageren vervolgens metde kalk waardoor extra cementgelwordt gevormd.Het is hierbij opgevallen dat de micro~ontmenging die optreedt in de over-gangszone, ertoe leidt dat in het alge-meen niet alleen f~nere cementdeelgesmaar ookf~nere puzzolane ofslakdeel-ges in hogere mate in de overgangszonete vinden zijn dan in de bulk cement~steen.Alsgevolghiervanlijktdepuzzola-ne reactie aan het oppervlakvanhet toe-slagmateriaal sneller te verlopen [2].Nagegaan is ook ofdoor de toevoegingvan puzzolanen en latent hydraulischestoffen de binding methet toeslagmate-naal kan worden verbeterd. Daarbij isgeconstateerd datwanneer het om purehechtsterkte gaat, deze door toevoegin-gen van silicafume en dergelijke slechtsbeperkt toeneemt. Bij uitdrogen gaateen geringe verbetering bovendien ver-loren door de droogkrimp. Dit lijkt ophet eerste gezicht enigszins in tegen-15 SEM-foto van een breukvlak van een silicafitme? bevattende 28 dagen oude portlandcementrnortel,welke de microstructuur aan een zanddeeltje toont1 = toeslagmateriaal2= CH-kristallen3 ~ cementsteen16 SEM-foto van een breukvlak van een silicafume. bevattende 28 dagen oude portlandcementmortel,welke de microstructuur aan een zanddeelye toont1 ~ toeslagmateriaal2 = CH-kristallen3 = cetnentsteen F = scheur door toeslagmateriaalCement 1990 nr. 10 17~~~~~~~~~~_I_O_ND_~E~RZ~~O_E_K_~~~~~_I BETONTECHNOLOGIEmeerdeeltjes en vloeien samen tot eencontinue polymeerfilm. Boven een be-paalde polymeer/cement verhoudingleidt dit tot een driedimensionaal net-4 ,werkvan cementsteen, dat doorwevenismet een driedimensioneel netwerk vanpolymeer. Naast het bindmiddel ce-mentsteen is dan een bindmiddel poly-meer aanwezig. Bij het toeslagmateriaalzal relatiefveel polymeer aanwezig zijn.spraak met de geringere dikte van deovergangszone. Opgemerkt moet ech-ter worden dat hechting een aspect isvan de 'molecuul dikke' laag van hetbindmiddel, welk in contact is met hetbuitenste molecuul van het toeslagma-teriaal, staal, wapening en dergelijke. Deaanzienlijke vermindering van de diktebehoeft daarom nog geen evenredigeverhogingvan de hechting te betekenen.Evenals bij de fJjne puzzolanen blijkt deovergangszone beter opgevuld. De hoe-veelheid kalk is verminderd, de ori?nta-tie van de kalkkristallen is echter weinigbe?nvloed. De microhardheid neemtdoor de polymeertoevoeging af, maarhet verschil tussen de overgangszone ende bulk cementsteen wordt steeds klei-ner naarmate de hoeveelheid polymeertoeneemt (fig. 19).Evenals bij de puzzo-lanen neemt de dikte van de overgangs~zone af In tegenstelling totbij depuzzo-lanen neemt de hechtsterkte bij deonderzochte polymeerdispersie welaanzienlijktoe(fig. 20). Bij hetverfilmenneemt het contactvlaktoe en bovendienzijn bij uitdroging de optredendekrimpspanningen bij de polymeerge-modificeerde cementsteen belangrijkkleiner.Foto 21 laat zien dat bij scheurvormingde polymeerdeeltjesde neiging hebbenom scheuroverbruggend te werken.Uitbreidingvan scheurenzal sterkwor-den bemoeilijkt bij het ontmoeten vaneen polymeerfilm aan de scheurtip.De vraag kan worden gesteld ofde aan-wezigheid van polymeer door de gehelecementsteen noodzakelijk is om eenverbeterde overgangszone te bereiken.Proevenaande TUDelfthebben aange-toond dat door voorbehandeling vanhet toeslagmateriaal met poly-meerdispersies er inderdaad ook eendichtere overgangszone en betere hech-ting kunnen worden bereikt. Er zal nogmoeten blijken in hoeverredit voorbe-handelde materiaal tijdens het mengenen verwerken van de betonspecie zijnwerking blijft behouden." "afstand tot toeslagmateriaal 20,,/;,~------ L__-'-- -'-- _,,18 Polym.eerconcentratie in deovergangszone bij graniet enkalksteen, gem.eten door middel vanhet chloridegehalte bij eenpolyvinylideenchloride dispersie1 = porclandcem.ent-kalksteenm.ortel2 = portiandcem.ent-granietm.ortel3 = portlandcement-kalksteenm.ortel +15% polym.eer4 = portlandcem.ent-granietm.ortel +15% polym.eerb17 Ontwikkeling microstructuur inde overgangszone tussencem.entsteen en toeslagm.ateriaal voorportlandcem.entm.ortel (a) enportlandcem.entm.ortel m.et silicafum.etoevoeging (b), direct na het m.engen (1)en na enige weken hydratatie (n)1 = toeslagm.ateriaal2 = CH-kristallen3 =,cem.entsteen4 = ettringiet5 = cem.entkorrels6 = gedeeltelijk gehydrateerd cem.ent7 = silicafum.edeeltjesj'~ '\\~-...;:\...... ~.... ~ ./ ~..~........... .,-"'-- ....... .....J ~;~?......."""-..........._.--_.-_._.-..................'-Wanneer het cement hydrateert ver-dwijnt het vrije water. Als voldoendewater isverwijderd, coagulerende poly-Aan de TU Delft is een onderzoek ge-daan met een polymeerdispersie opacrylaatbasis eneen op basis van een po-lyvinylideenchloride. Wanneer een po-lymeerdispersie met portlandcementwordt gemengd concentreren de poly-meerdeeltjes, welke van dezelfde orde ~~'vangroottezijnals silicafume, 0,1 tot0,5 :::J1,m, zich in relatief hoge mate aan het ~ ,oppervlak van het toeslagmateriaal. Dit ~als gevolg van de reeds besproken ont-menging op microschaal. Er wordt danrelatiefveel polymeer aanhet oppervlakvan het roeslagmateriaal aangetroffen.Ditis bijvoorbeeld aangetoond door hetmeten van de polymeerconcentratiemet behulp van een microanalyse waar-bij chloridehoudende polyviny,l-ideenchloride polymeer is gebruikt (fig.18).PolymeerdispersiesVerbeteringen van de overgangszonekunnen o?k worden bereikt door toe-passing van in water gedispergeerdethermoplastische polymeren. De toe-passing hiervan is bekend van de zoge-naamde PCC-reparatiemortels waar-over binnenkort een CDR-aanbevelingzal verschijnen,van hetverhogenvan deduurzaamheid van betonoverlagingen'latex modified concrete' in Amerika,van polymeer gemodificeerd glasve-zelversterkt cement, en van de recentetoepassing voor het maken van eenduurzaam zeer open betonwegdek.15 25polymeer gehalte (%)_a. i 6 0 1.dag b.~ ? 7 dagen~ 5 C 18dagen:z V 90 dagen~ 4 ti 180 dagen?-5'J!!15 25polymeer gehalte (%)-01 dag? 7 dageno 23dagenv9(l dagen~ 4 *" 180 dagen~~3bo? ....-~--.~...... 0%600200400800N/mm'100000a,1006060 4{) 2 0 0 0 2 0 100 UJ 80100~atstand tot toeslagmateriaal (,urn) ~19 Microhardheid van cem.entsteen gem.odificeerd m.etpolym.eerdispersie op acrylaatbasis.polym.eerconcentratie 8%, 15% en 25% (28 dagen)a. granietb. kalksteen20 Invloed van toevoeging van polym.eerdispersie opacrylaatbasis op de hechting van cem.entsteen aangraniet (a) en kalksteen (b) (7 dagen in mistkam.er bij 20?C,daarna 20?C en 65% RV)18 Cement 1990 nr. 10R.EM. Procter, Pore solut?on compos?-t?on and chlor?de effects on the corros?-on ofsteel ?n concrete. Corros?on Eng?-neer?ng, vol. 44, nr. 7,july 1988.11. BakkerR.EM., Permeab?l?tyofblen-ded cement concretes. Paper SP 79-30from ACI-SP 79, pp. 584-605.12. FraayA.L.A.,JBijenenJM.deHaan,The react?on offlyash ?n concrete: acr?-t?cal examinat?on. Cementand Concre-te Research, vol. 19, 1989, pp. 235-246.welke de microstructuur toont aan hetoppervlak van toeslagmateriaal. ScheurA?A schijnt te worden overbrugd doorpolymeercontribut?on. Cement and ConcreteResearch, vol. 20, 1990, pp. 461-470.2. Larb?JA. enJ Bijen,Evoluat?on ofli-me and microstructuraldevelopmentinfly ashportlandcementsystems. Materi-al Research Soc?ety, Symp. Proc., Vol.178, 1990, pp. 127-138.3. Larb?JA. enJ Bijen,Effects ofwater-cement rat?o, quant?ty and fmeness ofsand, on the evolution of l?me ?nsetportlandcement systems. Cement andConcrete Research (?n press).4. LarbiJA., A.LA. Fraay enJ Bijen,Ef-fect ofthechemistryoftheporesolut?onof portlandcement systems as affectedby microsil?ca. Cement and ConcreteResearch, vol. 20,1990, pp 506-516.5. JA. Larb? enJBijen, Effects ofpozzo-lans on the aggregate-cement interfacein relat?on to alkali-s?l?ca react?on. Pa-per to be presented on alkal?-aggregatereact?on, Int. seminar, september 1990,London.6. Su Z.,JA. Larb? enJBijen, Theeffectof polymer d?spers?on on the ?nterfacebetween cementpaste and aggregates.Cement and Concrete Research (?npress).7. BijenJ, Onderhoud en reparat?e vanbetonconstruct?es (III): schademe-chanismen, enkele gevallen van chemi-sche aantasting. Cement 1987, nr. 10.8. Goldman A. en A. Bentur, Bond ef-fects ?n h?gh-strength s?l?ca-fume con-cretes.ACI-mater?alsjournal,vol. 86, nr.5, 1989, pp. 440-447.9. Bijen J, N?euwe ontwikkel?ng ?nglasvezelversterkt cement. Cement 1980,nr. 3.10. Yonozuwu T., V. Ashworth and21. SEM?foto van een breukvlakvan een met eenacrylaatdispersie gemodificeerde 28dagen oude mortel,Literatuur1. Larb? JA. en J Bijen, Or?entation ofcalc?umhydroxide at the portlandce-mentpaste-aggregate ?nterface ?n mor-tars ?n the presence of s?l?cafutne ?n aAangetoond ?s dat door een betere kor-relopbouw, waarbij de ru?mte tussen decementkorrelswordt opgevulddoorf~nerestoffen, een verbetering van dezeovergangszone kan worden bereikt. Debere?kte effecten zijn echter kle?n ?n-diende f~nestoffendie deopen ru?mtentussen de cementkorrels opvullen, ?nertzijn. Grotere positieve effecten kunnenworden bere?kt wanneer deze stoffendeel van de b?nding kunnen u?tmaken,bijvoorbeeld in het geval van puzzola-nendoorreact?e metdevrije kalktot ce-mentachtigeverb?nd?ngen, maarookbijgebruik van polymeerd?spers?es welkekunnen verfilmen tot een polymeer. Ingeval van toepass?ng van puzzolanen,gemalen gegranuleerde hoogovenslaken polymeerd?spers?e heeft een du?de-lijke vermindering van de dikte van deovergangslaag plaats en neemt de hoe-veelheid vrije kalk ?n deze zone sterk af.H?erdoor neemt de permeab?l?te?t afenzal d?entengevolge de ?ndr?ng?ng vanagressieve stoffen worden verm?nderd.Gunst?ge effecten op de duurzaamheid,hetgeen in de prakt?jk is geconstateerd,zijn h?erdoor verklaarbaar.Bij puzzolanen ?s niet een d?rect meet-bare verbetering van de hecht?ng ?n deovergangszone geconstateerd. Noch-tans zal de verminder?ng van de d?ktevan de overgangszone aanle?ding geventot verhog?ng van de druksterkte. Bijpolymeerd?spersie ?s wel een verhog?ngvan de hechtsterkte geconstateerd.ConclusiesDe overgangszone tussen invoegingen?n beton en cementsteen kan met rechtde zwakste schakelin beton worden ge-noemd. De totstandkoming van dezeovergangslaag is het gevolg van de kor-relopbouw van beton en de wijze waar-op cement reageert. Tussen de molecu-laire waterdeeltjes en de macroniveau-cementdeeltjes bev?ndt z?ch geen vastestof. D?t le?dt tot een 'micro'-wandef-fect aan toeslagmateriaal, staalwape-ning, vezels en dergelijke. Als gevolgh?ervan ?s dez? laag poreus. Bij het hy-dratatieproces van cement wordt dezelaag niet opgevuld met cementerendeverb?nd?ngen. Wel kan z?ch calcium-hydrox?de ?n deze ru?mte afzetten. D?tleidt ertoe dat beton aanz?enlijk per-meabeler ?s dan pure cementsteen vaneen zelfde samenstell?ng als in hetbetonaanwez?g ?s. Ook met betrekk?ng tot de r-~~~~~---~~~~~~~~--~~~~~~~~~~~~---jsterktevanbeton ?s de overgangszonedezwakste schakel.Cement 1990 nr. 10 19