dr.ir.E.M.M.G.Ni?lInstituut Intron, Maastricht Duurzaamheid van beton methoogovencement in hetzeewatermilieurond warmelandenInleidingTen einde binnen debetrekkelijk korte tijd vanruim ??n jaar kenmerkende verschillen in deduurzaamheid van betonsoorten inbovenge-noemd milieu op te sporen en te verklaren,werd in Nederland in opdracht van CBRBrussel en de Nederlandse Cementindustriete 's-Hertogenbosch in 1978 en '79 een ver-gelijkend onderzoek uitgevoerd naar het ge-drag van vier betonsoorten. In het laborato-rium was het zeemilieu rond warme landenzoveel mogelijk nagebootst. In deze bijdragezijn de hoofdzaken van het onderzoek samen-gevat.Tabel 1Samenstelling van de vier betonmengseJsEuropees HOC-E PC-Etoeslagmateriaalzand 0-4 mm 741 kg 747 kggrind 4-8 mm 484 kg 488 kggrind 8-16 mm 628 kg 633 kgwater 170 I 170 Icement 360 kg 360 kgMidden-Oosten HOC-ME PC-MEtoeslagmateriaalzeer fijn zand 97,5 kg 97,5 kggrofzand 388 kg 397,5 kggrind 3/8" 565 kg 580 kggrind 3/4" 565 kg 580 kgwater 2751 2751cement 360 360 kgCement XXXII (1980) nr. 11Opzet van het onderzoekDe betrokken betonsoorten waren samenge-steld met hoogovencement (met een slakge-halte van 70%), dan wel met eveneens sulfaat-bestendig C3A-arm portlandcement dat vol-doetaan de specificaties van de ASTM C 150,type V. De laatste cementsoort wordt in war-me landen meestal toegepast. Bij de sa-menstelling van de betonmengsels werd te-vensgebruik gemaakt van de toeslagmate-rialen zoals deze in warme landen wordenaangetroffen. Vergeleken met West-Euro-pees riviergrind zijn verschillen mogelijk insterkte, duurzaamheid en vormbestendig-heid.Als milieufactoren die invloed kunnen uitoe-fenen op de betonkwaliteit zijn de volgendeomstandigheden beschouwd:de hoge temperaturen onder de water-spiegel die voorkomen in de ArabischeGolf en in de kuststreken van de IndischeOceaan;de samenstelling van het zeewater, dat bij30?C een hoog zoutgehalte kent (chlori-den en sulfaten);de stroming van het zeewater waardoorhet afzetten van (beschermende) chemi-sche verbindingen ophet betonoppervlakmoeiIijker wordt gemaakt;- het wisselend vochtgehalte in het boven-ste gedeelte van de proefstukken als ge-volg van de drogende invloed van de war-me lucht bij kademuren e.d.Met het onderzoek werd beoogd een inzichtte verkrijgen in de veranderingen die betonkan ondergaan bij voortdurend verblijfonder de zeewaterspiegel, bij wisselendeblootstelling aan zeewater en (warme) luchtof aan warme lucht net boven de hoogstewaterstand.De proeven waren zodanig opgezet dat dekwaliteit kon worden beoordeeld als functievan de betonsamenstelling. Het onderzoekmoest zich onder meer richten op:de betonsterkte in elk van de drie zonesvan de proefstukken na verloop van ver-schillende tijdsduren;lengteveranderingen in de beschouwdezones en veranderingen in het totale ge-wicht van de proefstukken;voorts veranderingen aan het oppervlak,chloride-indringing, carbonatatiediepteen wapeningscorrosie.730De proefstukkenDe verschillen in deproefstukken werdenkregen aan de hand van twee cementsoorten:- hoogovencement klasse A (HL-30);C3A-arm portlandcement klasse B (P-40)(ASTM type V);en twee soorten toeslagmateriaal:riviergrind (Maasgrind) en zand;toeslagmateriaal, afkomstig uit Saoedi-Arabi? (Dhahran).Hiermee werden de volgende mengselsmengesteld:HOC-E (hoogovencement + Europeestoeslagmateriaal)- HOC-ME (hoogovencement + Midden-Oosten toeslagmateriaal)- PC-E (ASTM type V portlandcement + Eu-ropees toeslagmateriaal)PC-ME (ASTM type V portlandcement +Midden-Oosten toeslagmateriaal)Van elke samenstelling werden 33 prima's(lOOx 100x 480 mm) gemaakt voor expositiein zeewater en 4 prisma's (100 x 100 x500 mm) voor bepaling van dedruk-en buig-treksterkte, die als referentie in de klimaat-kamer werden opgeslagen. De samenstel-ling van de betonmengsels is gegeven intabel 1.BeproevingsconditiesDe prisma's zijn bij 30 ?C vervaardigd; zij wer-den vervolgens bewaard in een klimaatkamer(inhoud 15 m3) bij 70-80% RVen 35 ?C.ln hethart van de proefstukken was een wape-ningsstaaf(lengte 300 mm, 0 10 mm) aan-gebracht die 100 mrnbovan het proefstukuitstak. De hoogte van de proefstukken waszodanig gekozen dat het maximale 'zeewa-terpei I' reikte tot 100 mm beneden de boven-rand.Proevenserie A:drie weken na aanmaak werden 21 prisma'sper serie in de zeewaterbak geplaatst.Proevenserie B:drie maanden na aanmaak werden de reste-rende 12 prisma's eveneens in de zeewater-bak geplaatst.Het water dat overeenkwam met het zeewa-ter in de Arabische Golf, werd elke weekgecontroleerd op chemische samenstelling,temperatuur en op (water)niveau. Ook werdhet zuurstofgehalte in stand gehouden doorluchtinvoer.1Leboretoriumopstettinq van de zeewaterbak2Wijze van van de proefstukkenstortzi j.de3Meetpunten op het proefstuk voor vanlengteveranderingenCement XXXII (1980) nr. 11Foto 1 geeft een indruk van de zeewaterin-stallatie die bestaat uit twee roestvrij-stalenbakken van 0,8 x 4 m. Elke bak is doortussenschotten verdeeld in vier kanalen die in el-kaar overlopen, zodat een kanaal van 16 mlengte ontstaat. De bakken zijnzowel via eenoverloop als een buitenleiding met elkaarverbonden. Op deze wijze kan een getijde-periode van 6 uur worden bereikt door hetwater in de bak met lage waterstand (18 cm)weg te pompen naarde bak met hoge waters-tand (38 cm = hoogte overloop). Het waterstroomt via de overloop naar de eerste bakterug. Na elke 6 uur wordt de pomprichtingautomatisch omgekeerd.Beide bakken zijn afgedekt met een warmte-isolerend deksel. Boven de bak met de lagewaterstand circuleert onder dat deksel eenluchtstroom van aanvankelijk 30?C, na 3maanden opgevoerd tot 60 ?C.MeetmethodiekDe metingen hebben op verschillende tijdstip-pen plaatsgevonden. Maandelijks werd geme-ten: de lengteveranderingaan de 3 proefstuk-ken, de gewichtsverandering aan alle proef-stukken, de druksterkte met behulp van ultra-sone geluidstrillingen, alsmede de elektro-chemische potentiaal aan de ingebedde wa-peningsstaaf. Maandelijks had ook een visue-Ie controle plaats op aantasting en scheurvor-ming e.d.Elke drie maanden werd de buigtreksterkte ende druksterkte bepaald, alsmede chloride-indringing, corrosie van de wapening en car-bonatatiediepte. Daartoe werden drie proef-stukken per serie in dwarsrichting gespleten.Voor de bepaling van de splijttreksterkte wer-den de weerstanden gebruikt bij het splijtenvan het proefstuk in twee?n en het onderstegedeelte nogmaals in twee?n (fig. 2).De gedeelten 1, 2 en 3 werden gebruikt voorbepaling van de chloride-indringing. Deel 4diende voor bepaling van de druksterkte. Bij 2proefstukken werd het betonstaal vrijgemaakten gecontroleerd op corrosie (diepte en op-731pervlak). Ook werd het gewicht bepaald vande proefstukken.Van het derde proefstuk werd ook de boven-ste helft doorgezaagd en de twee gedeeltenop druksterkte beproefd. De gedeelten ge-bruikt voor de bepaling van de chloride-indringing werden nogmaals gespleten en opcarbonatatiediepte onderzocht.De zesmaandelijkse metingen betroffen dedruksterkte aan gedeelten van de proefstuk-ken die als referentiemateriaal dienden.Metingen en resultatenLengteveranderingTen behoeve van de meting van de lenqtever-andering werden op 3 proefstukken van elkebetonsoort meetpunten aangebracht volgensde schets van figuur 3. Deze meetpunten wa-ren verdeeld over natte zone, spatzone en dro-ge zone.Maandelijks werden met behulp van een rek-meter de afstanden A, Ben C op de zijvlakken1en 2 en de afstand 0 op het afstrijkvlak (bo-ven) en het tegenoverliggende vlak (onder)bepaald.Door metingen aan 300 meetpunten werd eeninzicht verkregen in de lengteveranderingenper zone gedurende expositieduur. Er werdeen golvend verloop geregistreerd in delengtetoename en -afname. Als voorbeeldworden de metingen onder water getoond infiguur 4a-d.GewichtsveranderingenElke maand werd van elk ingezet proefstukhet gewicht bepaald en de verandering tenopzichte van het oorspronkelijke gewicht(11 kg). De veranderingen gedurende de ex-positieduur in het gewicht van het totaleproefstuk volgen eveneens een golvende lijn(fig. 4a-d).SterktemetingMiddels niet-destructieve ultrasone ge-luidsmetingen kan een eerste indruk van debetonsterkte worden verkregen. Hiertoewordt met behulp van zgn. Pundit-apparatuuri ds-b t s-94 6 8 10( PC-E)(PC-ME)- -Gem. gewi cveranderinI pri smanatte zoneGem. sne l he?> verandering1 _. em. I engte! verander indruksterkteI_ I0/00t 15105o0/0080o0/00D.7050B.600,30,20,oN/mm2neheids-ringrk tengte-wl cht s -ring6( HOC-E)( HOC-ME)A.I Gem. geI ve r andeI or j seenat te zoGem.ve rende- --Gem. 1e/ ver-endeIdrukste/I 1 II++Ic.7060500/00t15105o0/00t 80o0/0010 .30,20,2o-0,1N/mm24a-dMeetresultaten voor de 4 onderzochtebetonsoorten. namelijka. HOC-E (Europees toeslagmateriaal)b. PC-Ec. HOC-ME (Midden-Oostentoesleqmeteriee?)d. PC-MEop vier hoogtes de snelheid van ultrasoon ge-luid in het beton gemeten. Uit deze metingenblijkt dat de betonsoorten met toeslagmate-riaal uit het Midden-Oosten in de droge zonein kwaliteit teruglopen. Bij het volgen van detoe- en afname in de tijd blijkt ook hier eengolvend verloop op te treden, zoals figuur4a-d toont voor de gedeelten van de proef-stukken onder water.klasse B. Datzelfde beeld wordt aangetroffenbij de metingen aan proefstukken die uit hetzeewater afkomstig waren.Ten aanzien van de vergelijking tussen PC-ME en HOC-ME valt voorts te concluderen dat(fig.5c-d):de sterkte na 3 maanden per soort nognagenoeg gelijk is;11 Gem. qewi ch t s-'nI na t te zone0/00t l5 I,t80- -I, ro Gem.sne he i d s-0/00 ve rende r l nt O, 3 +0,2o, 1druksterktet46810121416_mnd40- de sterkte onder water nagenoeg gelijkblijft, weliswaar met een lichte schomme-ling die bij HOC-ME geprononceerder is;na 6 maanden een geringe stijging insterkte valt waar te nemen, zowel bij PC-MEals HOC-ME;na 9 en 12 maanden de sterkte afneemt,maar nadien weertoeneemt.teei da-ngch.t e -6 8 mndII Gem. gewive rande r lpr i 5 rnazoneGem. h?<