O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetontechnologiecement 2003 466De Nederlandse betonpraktijkleert dat fijner zand reeds op rela-tief brede schaal in beton wordttoegepast. De toepassing beperktzich daarbij vooral tot een gedeel-telijke vervanging van het stan-daard betonzand, voornamelijkten behoeve van een sturing vande hoeveelheid fijn in het beton.Naar de volledige vervanging vanstandaard betonzand door fijnerzand in beton is in de jaren ne-gentig een eerste onderzoek uit-gevoerd door Rijkswaterstaat [1].Naar aanleiding van de resultatenvan dit onderzoek heeft Rijkswa-terstaat aan Stichting CUR ver-zocht initiatieven te ontplooienvoorhetherformulerenvandebe-perkende regels in de huidige re-gelgeving.Hiermeewordtbeoogdeventuele belemmeringen voorde toepassing van fijner zand inbeton op te heffen. Naast eventu-ele aanpassingen van de normenontstond verder de behoefte omgebruikers te informeren over deconsequenties van de volledigevervanging van betonzand doorfijner zand.Het voorgaande heeft geleid totinstelling van CUR-onderzoek-commissie B77 `Fijner zand inbeton'. Binnen de commissie isonderzoek uitgevoerd naar deconsequenties van de volledigevervanging van betonzand doorfijner zand, zowel betontechnolo-gisch, constructief als qua duur-zaamheid. De resultaten van ditonderzoek zijn vastgelegd inCUR-rapport 2003-2 `Fijner zandin beton' [2].Z a n d v o o r k o m e n s i nN e d e r l a n dDe ondiepe ondergrond van Ne-derland bestaat merendeels uit af-zettingen van Kwartaire ouder-dom [3] (fig. 1). Het Kwartair is dejongste geologische periode enwordt onderverdeeld in het Pleis-toceen en het Holoceen. In hetPleistoceen zijn de invloeden vande ijstijden terug te vinden. HetHoloceen is gevormd vanaf heteinde van de laatste ijstijd tot nu.Het Nederlandse Holoceen be-staat vooral uit zand, klei en veen.In Midden- en Zuidoostelijk Ne-derland is dat afgezet door degrote rivieren. In de kustprovin-cies is het gevormd in zee, de ge-tijdengebieden en de kustmoe-rassen.HetHolocenezandisoverhet algemeen fijn en wordt vooralgewonnen als ophoogzand.Het Pleistoceen, dat in Oost- enZuid-Nederland aan maaiveldvoorkomt, bestaat voor een be-langrijk deel uit rivierzand en-grind. Deze afzettingen, die inMidden- en West-Nederland opwat grotere diepten voorkomen,vormen de belangrijkste Neder-Betontechnologische-, constructieve- en duurzaamheidsaspectenFijner zand in betonir. H. Borsje, TNO Bouwing. N.J.F. Vonk, Intron B.V.H.A. Rijnsburger, Rijkswaterstaat DWWIn Nederland staat de winning van oppervlaktedelfstoffen onder druk. Ditgeldt met name voor de grootschalige winningen van industriezand. Dit zandis de verzamelnaam voor industrieel geproduceerde, grovere zanden, die inbetonspecie of metselspecie worden gebruikt. De grove zanden zijn op eenbeperkt aantal locaties in Nederland aanwezig. De winning hiervan is gecon-centreerd en leidt tot maatschappelijke weerstanden. Uitgebreid onderzoek isdaarom uitgevoerd naar de inzet van mogelijke alternatieven voor de toepas-sing van de grove zanden in beton. E?n van die alternatieven is zand dat quakorrelverdeling beduidend fijner is dan het gebruikelijke betonzand. Dit komtgeografisch meer verspreid voor en is op relatief grote schaal beschikbaar.2 | Het voorkomen van fijn zand (geel), grof zand (beige) en grind (rood) in Nederland en grofzand op de Noordzee (gearceerd) (Bron: TNO-NITG, Utrecht [3]). De onderzochte zanden zijnafkomstig van de winplaatsen: 1) Zeldenrust, Gasselte; 2) Natuurplas Breeveld, Woerden;3) Dreumelse Waard, West Maas en Waal; 4) Kraaijenbergse Plassen, Beers; 5) Stevol,Maasbracht; 6) Noordzee; 7) Westerschelde1 | Geologische overzichts-kaart van Nederland(bron: TNO-NITG,Utrecht [3])O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonte ch n o l o g i ecement 2003 4 67landse bron van beton- en met-selzand (fig. 2). Gedurende hetPleistoceen bracht het landijspuin mee, dat terug te vinden isin de zogenaamde keileemafzet-tingen en als zwerfstenen. Aanhetijsfrontvormdenzichdestuw-wallen, die nog steeds als heuvel-ruggen in het Utrechtse, Gelder-se en Overijsselse landschap tezien zijn. Door het koude klimaatliep de plantenbegroeiing terugen is veel sediment door de windverplaatst.InLimburgheeftdittotde afzetting van l?ss geleid enelders tot fijn dekzand.Afzettingen ouder dan Kwartair(Tertiair en Pre-Tertiair fig. 1),komen alleen voor in de ondiepeondergrond in oostelijk Gelder-landenZuid-Limburg.InhetTer-tiair komt enig zand voor, waar-onder het in Zuid-Limburg ge-wonnen zilverzand.K a r a k t e r i s e r i n g f i j n z a n dIn het onderzoek van CUR B77 isals referentie standaard beton-zand 0/4 mm opgenomen. Zandwordt in de dagelijkse praktijkveelal gekarakteriseerd met de cu-mulatieve zeefresten op respectie-velijk de zeven 1 mm en 250 mm.Het in het onderzoek toegepastereferentiezand wordt conform diekarakterisering aangeduid metzand 28/92. Dit betekent: zandmet een cumulatieve zeefrest opzeef 1 mm van 28 % (V/V) en opzeef 250 mm 92 % (V/V).De fijnere zanden van het onder-zoekzijnopgedeeldindriegroepen:? zand 2/55, op de fijne randvan zand 0-2 mm volgensNEN 5905 [4]. Dit is met grotehoeveelheden te producerenuit Nederlandse zandvoorko-mens;? zand 15/74, tussen zand 2/55en het nu gebruikelijke zand0-4 mm. Dit is eveneens metgrote hoeveelheden te produ-ceren uit Nederlandse zand-voorkomens;? productiezand 18/80, zand datgekenmerkt wordt als metsel-zand en dat industrieel wordtgeproduceerd.Dezandenzijnbetrokkenuitwin-plaatsen verspreid over Neder-land (fig. 2 en tabel 1). Omdat dewinning van zand uit de Noord-zee steeds meer in de belangstel-ling staat, is eveneens een win-plaats uit de Noordzee in hetonderzoek opgenomen.De in het onderzoek betrokkenfijne zanden zijn eerst op alge-mene eigenschappen gekarakte-riseerd en vergeleken met het re-ferentiezand. De korrelverdelingvan de fijnere zanden wijkt uiter-aard af van die van het referentie-zand (fig. 3).De waterabsorptie, bepaald vol-gens ASTM C128-93 [5], en de vo-lumieke massa van de fijnerezanden zijn vergelijkbaar met dievan het referentiezand. De mi-neralogische samenstelling en inmindere mate de korrelvorm zijnover het algemeen afhankelijkvan het wingebied.V o o r s c h r i f t e n B e t o nT e c h n o l o g i e ( V B T 1 9 9 5 )[ 6 ] )Ten aanzien van de toepassingvanzandinbetongeldenconformde VBT de volgende samenstel-lingseisen:? Als harde dichte fijne toeslagma-terialen komen alleen die toeslag-materialen zoals gedefinieerd in3.1 van NEN 5905 in aanmer-king die voldoen aan de eisenvolgens hoofdstuk 4 van NEN5905, bij keuring volgens hoofd-stuk 5 daarvan (artikel 5.3);? De korrelverdeling van het toe-slagmateriaal voor het vervaardi-gen van beton moet zo zijn datde zeefkromme voor continuekorrelverdelingen tussen de grens-lijnen A en C ligt, weergegeven inde figuren 1 t.m. 4 (artikel 6.3);Tabel 1 | In het onderzoek toegepaste zandenWinlocatie Soort zandDreumelse Waard Referentiezand 28/92Productiezand 18/80Zand 15/74Zand 2/55Woerden Zand 2/55Stevol Zand 15/74Zeldenrust Zand 15/74Zeezand blok S2 Zand 2/55Scheldezand Zand 2/55Kraaijenbergse Plassen Referentiezand 28/92Productiezand 18/80Zand 15/74Zand 2/553 | Korrelverdeling van de inhet onderzoek betrokkenzanden01020304050607080901000,063 0,125 0,25 0,5 1 2 C4 C8zeefdiameter (mm)cumulatievezeefrest(%V/V)referentiezand 28/92productiezand 18/80zand 15/74zand 2/55grensgebied 0/4grensgebied 0/4O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetontechnologiecement 2003 468? Discontinue korrelverdelingenzijn toelaatbaar indien dit isovereengekomen (artikel 6.3).Uit het karakteriseringsonder-zoek, dat aan de fijne zanden isuitgevoerd, blijkt dat de zandenvoldoen aan de eis in artikel 5.3 enin principe geschikt zijn als toe-slagmateriaal voor beton.Wat betreft de eis met betrekkingtot de korrelverdeling blijken erverschillen te zijn tussen de on-derzochte fijne zanden (fig. 4).Bij toepassing van productiezanden het fijne zand 15/74 is sprakevan dezelfde situatie als voor stan-daard betonzand. Bij een gebrui-kelijk percentage zand van circa35 ? 45 % (V/V op het totale toe-slagmateriaal) is de korrelverde-ling van het toeslagmateriaal na-genoeg continu en ligt binnenhet AC-gebied. Hiermee wordtvoldaan aan de eis in artikel 6.3.Bij toepassing van het fijne zand2/55 is sprake van een discon-tinue korrelverdeling die veelalbuiten het AC-gebied valt.Conform artikel 6.3 zijn dergelij-ke korrelverdelingen toelaatbaar,mits dit vooraf is overeengeko-men.Uit het voorgaande blijkt dat vol-ledige vervanging van standaardbetonzand door productiezand offijn zand 15/74 leidt tot een be-tonsamenstelling die voldoet aanallesamenstellingseisenconformde VBT.Een volledige vervanging doorfijn zand 2/55 leidt tot betonsa-menstellingen die tussen con-tractpartijen vooraf overeengeko-men moeten worden.Prestatie-eisen aan het betonConform de VBT wordt `stan-daard' beton gekarakteriseerddoor drie kwaliteitsaspecten:? sterkteklasse: middels de28-daagse kubusdruksterkte;? milieuklasse: middels dewater-bindmiddelfactor;? verwerkbaarheid: middels deverdichtingsmaat/zetmaat/schudmaat, afhankelijk vanhet consistentiegebied.De betonspecie is geschikt voortoepassing, indien de mengselsa-menstelling voldoet aan de in deVBT gestelde prestatie-eisen, diebehoren bij de drie kwaliteitsas-pecten.Het `CUR-B 77'-onderzoek heeftzich niet alleen gericht op dedrie voornoemde eigenschappen,maar eveneens op enkele daaraangerelateerde eigenschappen.V e r w e r k b a a r h e i d ;b e t o n t e c h n o l o g i s c h ea s p e c t e nDe verwerkbaarheid van de be-tonspecie is sterk afhankelijk vande fijnheid en de korrelvorm vanhet toeslagmateriaal. Een terug-gang in verwerkbaarheid wordt inde praktijk gecompenseerd door:? toepassing van een plastifice-rende hulpstof;? verhoging van het watergehalte(inclusief een evenredige verho-ging van het cementgehalte);? een combinatie van beide.Als geen compenserende maat-regelen worden genomen, geldt:`Hoe fijner het toeslagmateriaal,hoe lager de verwerkbaarheid' en`Hoe minder afgerond de toeslag-korrels, hoe lager de verwerk-baarheid'. Voor de praktijk bete-kent dit dat de vervanging vanstandaard betonzand door fijnerzand leidt tot een teruggang vande verwerkbaarheid.Van de `CUR-B 77'-zanden zijnde consequenties onderzochtvoor de verwerkbaarheid van debetonspecie,dieontworpenisvoorconsistentiegebied 3 (plastischbeton). Voor het referentiemeng-sel is aangehouden een cement-gehalte van 300 kg/m3en eenwatergehalte van 165 l/m3. Bijcompensatie van de verwerkbaar-heid met een plastificerendehulpstof is gebruik gemaakt vaneen superplastificeerder op basisvan naftaleen sulfonaat, met eenvaste stof gehalte van 30 % (m/m).Bij compensatie van de verwerk-baarheid met extra water is ge-lijktijdig extra cement toegevoegdom de vereiste water-cementfac-tor gelijk te houden (fig. 5 en 6).Uit het onderzoek is het volgendenaar voren gekomen:Productiezand 18/80 enfijner zand 15/74Bij compensatie met een super-plastificeerder is een dosering totcirca 0,5 % (m/m op het cement)noodzakelijk. Een uitzondering4 | Korrelverdeling van hettotale toeslagmateriaalbij toepassing van deonderzochte zanden01020304050607080901000,125 0,25 0,5 1 2 C4 C8 C16 C32zeefdiameter (mm)cumulatievezeefrest(%V/V)referentiezand 28/92productiezand 18/80zand 15/74zand 2/55A-lijnB-lijnC-lijnO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonte ch n o l o g i ecement 2003 4 69hierop is het hoekige fijnere zandvan de winlocatie Stevol. Bij ditzand is een dosering superplasti-ficeerder tot circa 1,5 % noodza-kelijk. Bij compensatie metcement is een extra hoeveelheidcement tot circa 15-50 kg/m3vol-doende, hetgeen volgt uit eenextra waterbehoefte van circa 8-28l/m3. Voor het hoekige fijne zandvan de winlocatie Stevol kan dezeextra hoeveelheid cement op-lopen tot circa 80 kg/m3.Fijner zand 2/55Bij compensatie met een super-plastificeerderiseendoseringvancirca 1,0 ? 2,5 % noodzakelijk. Bijcompensatie met cement is eenextra hoeveelheid cement vancirca 45 ? 75 kg/m3voldoende,hetgeen volgt uit een extra water-behoefte van circa 25 ? 41 l/m3.In aanvulling hierop moet ver-meld worden dat de toepassingvan fijner zand extra aandachtvereist bij de productie en ver-werking van betonspecie. Bij be-tonspecie met fijner zand neemtde interne samenhang toe, metname bij de fijne zanden 2/55.Hierdoor ontstaan plakkerigemengsels. Dit heeft onder andereeen negatieve invloed op dewerking van verdichtingsappara-tuur.Verder kan brugvorming vanzand in de bunkers optreden,waartegen maatregelen genomenmoeten worden.S t e r k t e k l a s s e e nc o n s t r u c t i e v e a s p e c t e nDe referentiemengsels van hetonderzoek waren ontworpen voorsterkteklasse B 25, met een ge-middelde 28-daagse kubusdruk-sterkte van minimaal 33 N/mm2(bij keuring op 6 kubussen). Degerealiseerde 28-daagse kubus-druksterkte bleek circa 40 N/mm2te bedragen, omdat de milieu-klasse waarop de referentiemeng-sels waren ontworpen bepalendwas voor de water-cementfactor.De resultaten zijn dus ruim vol-doende.Bij alle mengsels, waarvan hetzand volledig was vervangen doorhet fijnere zand, is de verwerk-baarheid gecompenseerd doorde water-cementfactor gelijk tehouden. Uit het onderzoek naarde druksterkte van die mengselsbleekdathetfijnerezandgeenne-gatieve invloed heeft op de druk-sterkte, ongeacht de wijze vancompensatie van de verwerkbaar-heid.Dit betekent dat beton met fijnzand kan worden geproduceerdin sterkteklasse B 25. Gezien degerealiseerde druksterkten magverwacht worden dat ook beton inhogere sterkteklassen geprodu-ceerd kan worden.Voor standaard beton in sterkte-klasseB25,datquasamenstellingvoldoet aan de eisen van de VBT1995, is nader onderzoek naarandere constructieve aspectendan de druksterkte niet nodig.Voor dergelijke betonsamenstel-lingen mogen de in de VBC 1995[7] genoemde relaties tussen dedruksterkte en andere construc-tieve aspecten worden aangehou-den. In het kader van het onder-zoek is voor enkele constructieveaspecten nagegaan of dit inder-daad het geval is. Naar voren isgekomen dat, bij de toepassingvanfijnerzand,deindeVBC1995genoemde relaties tussen dedruksterkte enerzijds en de trek-sterkte en elasticiteitsmodulusanderzijds gehanteerd kunnenblijven worden.Voor de mengsels met fijnerzand, waarvan de hogere water-behoefte is gecompenseerd metextra cement, moet bij hogere ce-mentgehalten rekening gehou-den worden met een verhogingvan de uitdrogingskrimp van hetbeton. Bij compensatie met eensuperplastificeerder wordt echtergeen invloed op de uitdrogings-krimp verwacht.M i l i e u k l a s s e e nd u u r z a a m h e i dIn de VBT wordt de milieuklassevan een betonsamenstelling gro-tendeels gekarakteriseerd door dewater-bindmiddelfactor. De refe-5 | Benodigde compensatieverwerkbaarheid meteen superplastificeerderde verschillende kleurenhebben betrekking op deverschillende winlocaties6 | Benodigde compensatieverwerkbaarheid metcement(pasta) deverschillende kleurenhebben betrekking op deverschillende winlocatiescementgehalte(kg/m3)gehaltesuperplast(%opcement)2,521,510,50400375350325300275250referentie productie zand 15/74 zand 2/55referentie productie zand 15/74 zand 2/55O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetontechnologiecement 2003 470rentiemengsels uit het onderzoekzijn ontworpen op milieuklasse 2met een water-bindmiddelfac-tor van maximaal 0,55. Voor demengsels met de fijnere zandenis de verhoogde waterbehoefte ge-compenseerd door de water-bind-middelfactor gelijk te houden.Dit betekent dat de betreffendemengsels bleven voldoen aan mi-lieuklasse 2.Om meer inzicht te verkrijgen inde duurzaamheid van beton metfijner zand is nader onderzoekuitgevoerd naar twee belangrijkeaspecten:? de weerstand tegen carbonata-tie van het beton;? de weerstand tegen chloride-indringing in het beton.De weerstand tegen carbonatatieis bepaald door proefstukken ge-durende een jaar te exposeren ineen klimaatruimte met een ver-hoogd CO2-gehalte.De weerstand tegen chloride-in-dringing is indirect gemeten. Ge-durende een jaar is de ontwikke-ling van de elektrische weerstandvan het beton gemeten.Uit het onderzoek is gebleken datde toepassing van fijner zandgeen negatieve invloed heeft opdeze twee duurzaamheidsaspec-ten van het beton, ongeacht dewijze waarop de hogere waterbe-hoefte is gecompenseerd.C o n c l u s i e s e na a n b e v e l i n g e nEr zijn binnen de regelgevinggeen belemmeringen om de pro-ductiezanden 18/80 en de fijnerezanden 15/74 in beton toe tepassen. De benodigde correctiesvoor de verhoogde waterbehoefteblijven beperkt en hebben geennegatieve invloed op de vereistekwaliteitsaspecten van het beton.Voor betonmengsels met de fij-nere zanden 2/55 geldt dat de kor-relverdeling van het toeslagmate-riaal discontinu wordt. Conformde VBT 1995 mogen deze meng-sels alleen worden toegepast in-dien dit vooraf tussen contract-partijen is overeengekomen. Uithet onderzoek naar de kwaliteits-aspecten blijkt echter dat voldaankan worden aan de constructieveen duurzaamheidscriteria, zoalsdie gelden voor beton in sterkte-klasse B 25 en de milieuklassen 1en 2.Mengsels met de fijnere zanden2/55 vragen, gezien de relatiefhoge mate van compensatie vande waterbehoefte, wel extra aan-dacht bij de productie en verwer-king van de betonspecie.HetonderzoekbinnenCUR-com-missie B77 betrof alleen een tech-nische beoordeling. De financi?leconsequenties, alsmede de mi-lieuaspecten die bepaald wordendoor de mate waarin de hogerewaterbehoefte gecorrigeerd moetworden, zijn in het onderzoekbuiten beschouwing gelaten.Deze aspecten moeten mede inoverweging genomen worden bijde toepassing van fijner zand inbeton. sL i t e r a t u u r1. Betontechnologische aspec-ten bij het gebruik van fijnzand in beton; Rapport nr.Bouwdienst BSW 96-09W-DWW-96-004; Serie nr.1996/01; 22 januari 1996.2. CUR-rapport 2003-2: `Fijnerzand in beton ? Aanbevelin-gen voor gebruik'; april 2003.3. Geologische overzichtskaar-ten van Nederland; gegevensTNO-NITG, Utrecht.4. NEN 5905: Toeslagmaterialenvoor beton. Materialen meteen volumieke massa van tenminste 2000 kg/m3.5. ASTM C128-97: StandardTest Method for SpecificGravity and Absorption ofFine Aggregate.6. NEN 5950: Voorschriftenbeton. Technologie (VBT1995). Eisen, vervaardiging enkeuring.7. NEN 6720: Voorschriftenbeton. TGB 1990. Construc-tieve eisen en rekenmethoden(VBC 1995).Vervolgonderzoek/proefprojectenRijkswaterstaat is ge?nteresseerdininformatieoverconcrete(proef)-projecten, waarbij fijner zand inbeton is toegepast. Marktpartijendie hiermee ervaring hebben op-gedaan, wordt verzocht om hier-over contact op te nemen metRijkswaterstaat-DWW-experti-secentrum Bouwstoffen,tel: (015) 251 83 16