ir.A.P. van VugtAfd. Voorlichting ENCI, MaastrichtInleidingHet gebruik van hulpstoffen in mortel- en betonspecie behoort tot de middelen die ons tendienste staan bij het uitvoeren van bouwwerken onder winterse omstandigheden. Hulpstoffen,in de vorm van chemicalien die in een relatief geringe hoeveelheid in specie worden ver-werkt, kan men in dit verband naar de aard van nun werking als volgt onderscheiden:1. Stoffen die de verhardingsreactie van cement activeren waardoor vrij snel vorstbestendig-heid wordt verkregen. Dit zijn de versnellers.2. Stoffen die het vriespunt'van water zover verlagen, dat het vrij aanwezige water in versespecie (aanmaakwater), dan wel in Jong beton (water in de capillaire porien) niet bevriest.Het gedrag vanpotas in cement-gebonden materialenU.D.C. 666.971.16:546.3226Calciumcarbonaat als hulpstofin cementmortelsDe meest gebruikte versneller is calciumchloride (CaCb of chloorcalcium). Deze hulpstofbrengt, in een dosering van maximaal 2% van het cementgewicht, een versnelling van debeginverharding teweeg die zeer welkom is wanneer deze verharding door lage specie-temperatuur is vertraagd.Naast versneller is calciumchloride ook een antivriesmiddel. Deze eigenschap, die bijv. totuiting komt bij het gebruik als dooizout, vindt in ons klimaat slechts zelden toepassing in hetgebruik van calciumchloride als hulpstof voor mortel- of betonspecie. Antivries in specieheeft nl. alleen zin wanneer de specie onmiddellijk na het verwerken, dus in nog plastischetoestand, wordt afgekoeld tot onder het normale vriespunt van water. Deze situatie komt inons klimaat feitelijk slechts voor bij montagevoegen in systeembouw. Uitvoering van beton-en metselwerk onder winterse omstandigheden in ons gematigd en bovendien wisselvalligklimaat is in het algemeen gericht op het zo spoedig mogelijk bereiken van een zodanigesterkte dat een eenmalige bevriezing zonder schade kan worden doorstaan.Dit leidt tot de hoofdrichtlijnen die voor elk winterbouwwerk gelden, nl.:Het nemen van alle maatregelen die de betontechnologie ons verschaft voor het verkrijgenvan een hoge aanvangssterkte. De temperatuur van de specie is allereerst maatgevend voorde beginsterkte-ontwikkeling. Naast het toepassen van warme specie staan ons ten dienste:keuze van een hogere cementkwaliteit, beperken van de water-cementfactor (eventueel incombinatie met verhogen van het cementgehalte) en ten slotte het gebruik van een versnel-lende hulpstof. Het aanbrengen van doelmatige isolatie, afhankelijk van weer en wind en aardvan de constructie, kan er voor zorgdragen dat de tijdens de verhardingsreactie ontwikkeldewarmte voldoende is voor het compenseren van de warmteverliezen naar de omgeving.In landen met een meer extreem klimaat wordt bij het gebruik van een hulpstof als calcium-chloride niet slechts gelet op de versnellende werking, maar tevens op de werking als anti-vriesmiddel. In dit laatste licht bezien komen ook andere chemicalien als hulpstof in aanmer-king, vooral wanneer de feitelijke beperkingen van calciumchloride in acht worden genomen.Als belangrijk nadeel van calciumchloride geldt dat deze stof de passiviteit van staal in betonvermindert, daardoor minder geschikt is voor gewapend beton en beslist niet mag wordengebruikt in voorgespannen beton. Daarnaast is het bekend dat calciumchloride een verhoog-de krimp veroorzaakt en de neiging tot vorming van kalkuitslag er door wordt vergroot.De laatste jaren is het gebruik van potas (kaliumcarbonaat, K2CO3) als antivriesmiddel inmetselspecie in Oosteurqpese landen in de belangstelling gekomen. Vergeleken met calcium-chloride en vooral ook met soda (natriumcarbonaat, Na2CO3) heeft potas een grote oplos-baarheid in water, zodat een aanzienlijke vriespuntdaling kan worden bereikt. In het bijzonderook omdat door potas de passiviteit van staal in beton niet wordt aangetast, leek het interes-sant na te gaan of hier toepassingsmogelijkheden aanwezig zijn voor potas als hulpstof inbeton- of mortelspecie onder winterse omstandigheden op onze bouwwerken.Binding en verhardingAllereerst is het van belang de werking van potas na te gaan op binding en verharding. Deuitwerking op de binding staat in direct verband met de beschikbare tijd ter verwerking vande specie. De uitwerking op de verharding is niet slechts van belang voor de 'voorverhar-dingstijd', dit is de tijd nodig voor het behalen van voldoende sterkte om eenmalig bevriezente doorstaan, maar ook voor de invloed op de eindsterkte van het beton.Voor diverse Nederlandse cementen werd de invloed gemeten op de bindtijd bij doseringenvan potas van 0-30%. In grote lijnen verschilt het beeld niet van hetgeen men hieromtrent inde overige litteratuur kan vinden. Ter illustratie is in de figuren 1 en 2 de invloed weer-gegeven van potas op de bindtijd van portlandcement, resp. hoogovencement bij temperatu-ren van 4 ?C en 20 ?C. Het tijdstip van beginbinding (initial set) werd hierbij bepaald volgenshet normvoorschrift N493, het tijdstip van de eindbinding (final set), dat in Nederland niet isgenormaliseerd, volgens de Duitse norm DIN 1164.Potas werd opgelost in het aanmaakwater, de hoeveelheid potas wordt uitgedrukt als percen-tage van het cementgewicht.Uit deze metingen blijkt:a. Bij zeer geringe dosering (ca. 0,2%) treedt een aanzienlijke vertraging van de binding op;deze vertraging is bij 4 ?C sterker dan bij 20 ?C.b. Bij dosering van 2%, tot 10% treedt een aanzienlijke versnelling van de binding op, zodanigdat de pasta nauwelijks kan worden verwerkt.c. Bij dosering groter dan 10% treedt versnelling van de binding op, zij het in geringere matedan onder b.Nader onderzoek heeft aangetoond dat ingrijpende wijzigingen in het reactiemechanisme tengrondslag liggen aan deze verschijnselen.Cement (XX) (1968) nr. 11 423Tabel IInvloed van potas op de druksterkte vanmortelprisma's (druksterkten in kgf/cm2)dagen potas0% 0,25% 1,5% 2,5% 20%1 92 74 106 142 2591 214 211 212 266 2712 327 346 323 304 2953 426 426 372 298 3167 546 542 412 316 37028 620 627 501 451 446potasin%zetmaatin cm0 100,25 22,5 ?5 1020 23Tabel IIInvloed van potas op de verwerkbaarheidvan betonspecieEen indruk van de sterkte-ontwikkeling bij normale temperatuur wordt verkregen uit tabel I.De hierin genoemde druksterkten zijn bepaald aan prisma's, vervaardigd en beproefd volgenshet normvoorschrift NEN3072. Hieruit blijkt dat een zeer hoge beginsterkte bij hoge doseringvan potas gepaard gaat met een aanzienlijke teruggang van de 28-daagse sterkte.In aansluiting hierop blijkt uit litteratuurgegevens, dat de 28-daagse sterkten bij 0 ?C lagerzijn dan bij --5 ?C en --10 ?C bij gebruik van potas; opmerkelijk is daarnaast de nadeligeinvloed op de sterkte, indien het beton wordt gestort bij temperaturen boven het vriespunt endaarna vorst intreedt. De verharding van beton waarin potas is verwerkt zou daardoor insterke mate afhankelijk zijn van het tijdstip waarop vorst intreedt.VerwerkbaarheidTen einde de invloed na te gaan van de verstoring van het normale bindingsmechanisme doorpotas op de verwerkbaarheid van betonspecie, werd een aantal proeven uitgevoerd metbetonspecie, bevattend 350 kg normaal portlandcement bij een water-cementfactor van 0,5.In tabel II zijn de zetmaten weergegeven, behorend bij mengsels met diverse percentagespotas. Bij dosering tot 5% potas blijkt een zeer sterke afname van de verwerkbaarheid,boven 5% wordt de specie tot zeer plastisch. Dit laatste is in overeenstemming met littera-tuurgegevens waaruit blijkt dat bij hoge doseringen de verwerkbaarheid nog nauwelijks vande hoeveelheid water afhangt.Corrosie van wapeningstaalIn tegenstelling tot het bekende gedrag van calciumchloride, waarbij de passiviteit van staalin beton wordt verminderd, blijkt uit alle onderzoekingen die met potas zijn gedaan, dat vooreen nadelige invloed op wapeningstaal door gebruik van deze hulpstof niet behoeft te wor-den gevreesd. Toevoeging van potas kan zelfs een positieve invloed op de passiviteit uit-oefenen, hoewel daarnaast moet worden overwogen dat de toeneming van de geleidbaarheiddoor een hoge zoutconcentratie in bijzondere gevallen het optreden van galvanische corrosiekan stimuleren.Andere eigenschappenOver de invloed van potas op enkele andere eigenschappen, die overigens van weinig belangzijn voor de eindconclusie van het onderzoek, is eveneens reeds een en ander bekend.De krimp van normprisma's wordt door potas nauwelijks bei'nvloed. Slechts bij hoge doseringtreedt een iets verhoogde krimp op. De neiging tot het optreden van kalkuitslag blijkt even-eens nauwelijks beinvloed te worden door toevoegen van potas aan specie. Zelfs bij zeerhoge dosering kan geen wezenlijk verschil met mortel zonder hulpstof worden waargenomen.ConclusiePotas in specie heeft, in afhankelijkheid van de dosering, een sterk varierende werking op debindtijd. Bij zeer lage dosering werkt het als vertrager, bij middelmatige dosering als sterkeversneller, bij hoge dosering als matige versneller.Bij middelmatige tot hoge. dosering treedt bij normale temperatuur een versnelde beginver-harding op; dit gaat echter gepaard met een aanzienlijk verlies aan eindsterkte.Door toevoeging van potas kan een aanzienlijke vriespuntsdaling worden bereikt. Zoals bijtemperaturen tot --10 ?C is aangetoond, treedt daarbij een sterkte-ontwikkeling op die zekerhoger is dan zonder hulpstof onder die omstandigheden kan worden bereikt; deze sterkte-ontwikkeling is echter wisselvallig (afhankelijk van het temperatuurverloop) en kan daardoorgeen basis vormen voor het bereiken van een redelijke betonsterkte.In overeenstemming met de invloed op het bindingsverloop, ondervindt de verwerkbaarheidvan betonspecie met middelmatige dosering een sterk nadelige invloed.LitteratuurE.M.M.G.Niel, The influence of alkali-carbonateon the hydration of cement; Symposium 'Chemis-try of Cement', Tokio - oktober 1968.W.SchuIze en H.Lange, 'Kalkiumkarbonat alsFrostschutzstoff fur Fugenmortei'; Baustoffin-dustrie 1965-2, p. 38-42.C.Souwerbren en A.P. van Vugt', 'Beton in deWinter', Verkoopassociatie Nederiands CementEnci-Cemij-Robur N.V., Amsterdam 1966.Samenvattend kan hieruit worden geconcludeerd dat potas slechts toepassing kan vinden alsantivriesmiddel in species waarbij onmiddellijk na het verwerken de specie aan temperaturenbeneden 0 ?C wordt blootgesteld. Tevens moet daarbij vaststaan dat de bereikbare eind-sterkte, die aanzienlijk lager is dan de normaal bereikbare, desondanks voldoende is voorhet gestelde doel. Praktisch zal toepassing van potas daardoor slechts zin hebben in gevallenwaar de verharde mortel slechts een geringe constructieve functie heeft, dus bijv. in metsel-werk waarbij tevens de weersomstandigheden extreem en bestendig zijn. In geval van wissel-vallige weersomstandigheden, waarbij de eindsterkte aan nog sterkere variatie blootstaat,alsmede in alle gevallen van de betonpraktijk, moet het gebruik van potas als hulpstofworden ontraden.Cement (XX) (1968) nr.11 424