D.W.E.SmitAlphen aan den Rijn1Onder de wapeningsstaven en sommigegrindbiggels is water blijven hangen,waardoor de hechting wordt verhinderd;boven de wapening zijn scheuren ontstaandoor het blijven hangen van grovetoeslagkorrelsCement XXXIII (1981) nr. 4Invloeden vanvochtbewegingen opverhardend betonInleidingBij het bestuderen van de invloed van bewegingen van vocht in beton ligt het voor de handonderscheid te maken tussen betonspecie en verhardend (resp. verhard) beton. Dit onder-scheid heeft te maken met dehydratatie van cement, namelijk:? bij betonspecie behoeft geen rekening te worden gehouden met sterkte ten gevolge vanhydratatie, terwijl? bij beton juistdesterkteten gevolgevan hydratatieeen belangrijke rol speelt. Deontwikkelingvan deze sterkte bij voortschrijdende hydratatie veroorzaakt een meer graduele dan princi-pi?le wijziging in het mechanisme van de invloeden van de vochtbewegingen.BetonspecieBetonspecie bestaat uit een mengsel van toeslagmateriaal van allerleikorrelgrootten, onge-hydrateerd cement en water, dat men zo homogeen mogelijk tracht te maken bij het mengenen te houden tijdens het transporteren, storten en verdichten.Het mengsel moet echter wel zo 'soepel' zijn dat het zich laat vervormen. De samenhang vanhet mengsel, evenals de vervormbaarheid, wordt verkregen door het water.In de eerste fase is er hoofdzakelijk sprake van verplaatsing van water in debetonspecie. Doorde verschillende valsnelheden van de korrels ontstaat ontmenging: onderin veel grof mate-riaal en naar boven toe een steeds groter percentage fijn tot zeerfijn materiaal. Hoe groterhet'wateroverschot' in de specie, hoe vollediger de scheiding.Waterafstoting, meestal bleeding genoemd, zou op zichzelf niet bezwaarlijk zijn, omdatdaardoor de effectievewater-cementfactorverlaagd wordt. Het isechtereen teken dater(minof meer) ernstige ontmenging is opgetreden. De bovenste laag bestaat uit fijn materiaal meteen zeer groot specifiek oppervlak, waardoor veel water wordt vastgehouden. Deze toplaagheeft daardoor een veel grotere water-cementfactor dan de oorspronkelijke betonspecieendus een lagere kwaliteit. Vooral bij vloeren en weg-en brugdekken isdit uiterst kwalijk, omdatde kwaliteit van het bovenoppervlak een belangrijke rol in de levensduur speelt. Ook inkolommen en hoge wanden kan men constateren dat de sterkte bovenin lager is dan onderin.Door het uitzakken van het toeslagmateriaal kan scheurvorming optreden door het blijvenhangen van hetgrind op de wapening (fig. 1). Het voorbeeld van figuur 1laat zien dat scheurenin beton niet altijd te maken hebben met waterverlies (uitdroging) van de specie. Dergelijkescheuren kunnen zelfs onder water optreden.Hetopstijgende bleedi ngwater kan onder grindbiggels of onder horizontalewapening blijvensteken, zodat daar ter plaatse geen hechting optreedt. Dit be?nvloedt de sterkte ongunstig.Maatregelen om bleeding en ontmenging tegen te gaan zijn:- een goed samenhangend mengsel, waarbij het strikt nodige water door een juiste hoeveel-heid fijn materiaal wordt vastgehouden;- gunstige verhardingsomstandigheden ,zoals betonspecietemperatuur,eventueel aangevuIdmet het gebruik van een cement meteen korte bindtijd;- beperking van de hoeveelheid overschotwater door toepassing van een effectief plastificeer-middel;- snel onttrekken van overtollig water door middel van vacuumsysteem met bovendruk.Tijdens en na het verdichten kan wateruit de betonspecielangs de bekisting omhoog gaan endaarbij zandstrepen achterlaten op het oppervlak. Deze kunnen ook worden veroorzaaktdoordat water, dat in de kist was achtergebleven, wordt verdrongen door de gestortebetonspecie.Behalve door verdampen, kan ook water uit de betonspecie verdwijnen door lekkage uit debekisting of mal. Daarbij kunnen oppervlaktegebreken ontstaan. De remedie ligt voor dehand: waterdichte bekisting.Na de fase van de 'interne waterverplaatsing'komt de waterafgifte aan de omgeving: debetonspecie droogt uit. Als de omgevingsl uchteen relatieve vochtigheid heeftdie lager is dan100% kan er water uit de betonspecie verdampen: eerst het bleedingwater, dat zich aan het235Cement XXXIII (1981) nr.4oppervlak verzamelt (en waarvan een gedeelte al in het beton gezogen is ten gevolge van decontractie bij de hydratatie) en daarna hetwater dat zich tussen devaste bestanddelen van debetonspeciebevindt.In de verdichte betonspecie worden de korrels op hun plaats gehouden door de adhesie vanhet vocht aan de korrels en de cohesie van het water. Als daar water verdwijnt zullen dezekorrels uit hun evenwicht kunnen raken, zodat scheuren ten gevolge van verplaatsingen vandezedelen kunnenontstaan. Ervormtzichdan een scheurpatroonalsvan uitgedroogdeklei.Het verdwijnen van vocht uit betonspecie kan het meest effectief worden tegengegaan doorde RV van de omgeving zo hoog mogelijk te houden (nabehandeling). Een laag watergehaltevan de specie is gunstig. Hoe lager de water-cementfactor, hoe korter de tijd van nathoudenbehoeft te zijn.In de plastische fase is het beton betrekkelijk goed vervormbaar, terwijl er van sterkte-ontwikkeling nog geen sprake is. Bij hetopstijvenwordtdevervormbaarheid minderen neemtde sterkte slechts langzaam toe. In een periode van ca. 2tot 10 uur nahetaanmaken bereikt debreukrek een minimum; het beton is dan zeer kwetsbaar. Proeven van Wischers en Mannsover scheurvorming in jong beton gaven dan ook als resultaatdat~alserscheuren in de in eensoort windtunnel opgestelde proefplaten ontstonden ~dezealtijdin deze kwetsbare periodeoptraden. Overigens is het wel opmerkelijk dat bij deze proeven, die de praktijk goedimiteerden, bleek dat pasbij watergehalten boven 250 11m3 scheuren optraden die uitsluitendhet gevolg waren van uitdroging. In combinatie met andere oorzaken van scheurvormingkonden scheuren ontstaan in beton met meer dan 200 liter water per m3 .BetonVochtverlies uit beton kan leiden tot krimp terwijl opname van water doorgeheel of gedeelte-lijk uitgedroogd beton kan leiden tot zwelling. Verantwoordelijk hiervoor is de pOri?nstruc-tu ur van beton. Voor een goed begrip van deze fenomenen zal iets over deze structuurgezegdmoeten worden, zoals het ontstaan, wijzigingen in en het karakter van het pori?nsysteem.Zodra cement in aanraking komt met water begint de hydratatie. Daarbij wordt om elkcementdeeltje een laag gel gevormd bestaande uit submicroscopische, collo?dale hydrata-tieprodukten, die door hun grote specifieke oppervlak (in de orde van grootte van 200 m2 /g)een relatief zeerg rote hoeveelheid watervasthouden. Bij de hydratatievindtcontractie plaatsdoordat de hydraten een kleinervolume innemen dan desom van de cementmineralen en hetwater waaruit ze zijn ontstaan. Deze contractie bedraagt ongeveer 25% van de hoeveelheidgebonden water. Als de hydratatie onder water plaats vindt wordt door de contractie wateropgezogen en opgenomen in de cementpasta. Als er geen water opgezogen kan wordenzullen holle ruimten in het cementgel ontstaan. In de praktijk is het uitwendig effect van decontractie zeer gering en speelt bij normaal beton geen rol van betekenis.Het water in beton kan onderscheiden worden in:~ het chemisch gebonden water,~ het water dat in de gelpori?n aanwezig is en~ het water dat tussen de hydraterende en gehydrateerde cementdeeltjes aanwezig is.Het water in de capillaire pori?n tussen de geideeitjes kan zich - onder voor beton normaleomstandigheden - vrij gemakkelijk verplaatsen en in dampvorm overgaan. Als de capillairengeheel of gedeeltelijk leeg zijn geraakt kunnen ze water van buiten opnemen in het systeem.In de eerste fase van betonspecie en van beton is hetwaternog relatief grof verdeeld tussen dekorrels. Bij de hydratatie groeit het gel in de met water gevulde ruimten, waardoor dus eenverfijning van het capillairestelsel ontstaat. Bij een lagewater-cementfactorzullen de korrelsdichter bij elkaar liggen, waardoor een fijner stelsel van capillairen ontstaat dan bij eenhogere water-cementfactor. Het vermogen van het water om zich doorcapillai ren te verplaat-sen of daaruitte verdampen isafhankelijkvan de diameter van decapillairen. Fijnecapillairenbelemmeren deverdamping en pas bijeen lage relatievevochtigheid van deomgeving kan hetwater verdwijnen.Krimp treedt op als het water uitde gelpori?n verdwijnt. De krimpkrachten dieoptreden bij hetverdwijnen van water uitfijne capillairen zijn veel groter dan diebij grove capillairen. Hieruitvalt dan ook teverklaren dat de optredende krimp nietevenredig behoeft tezijn met het totalewaterverl ies (fig. 2). Cementsteen met een lage water-cementfactor kan na een bepaalde tijdevenveel zijn gekrompen als cementsteen met een hoge water-cementfactor, terwijl dezelaatste veel meer water heeft verloren. Na langere tijd zal echter blijken, dat cementsteen meteen hoge water~cementfactoris doorgegaan met krimpen en die met een lage water-cementfactor niet. Het beeld wordt bovendien nog vertroebeld door de zogenaamde carbo-natatiekrimp, veroorzaakt door de reactie van koolzuur uit de lucht met de hydratatieproduk-ten van cement.Hoewel het verschijnsel van vormverandering tengevolge van vochtbewegingen reversibelis, blijkt de zwelling door vochtopname na krimp (shrinkage-recovery) kleiner te zijn dan dekrimp (fig. 3). Mortelprisma'sdie voortdurend onder water worden bewaard, vertonen eenlichte zwelling (getrokken lijnin figuur3). Prisma'sdiena twee dagen verhardingonderwaterverder in lucht met een RV van 50% verharden, krimpen in belangrijke mate gedurende deeerste weken (streep-stip-lijn). Als na 28 dagen de proefstukken weer onder water wordenbewaard, komt slechts een gedeelte van de verkorting terug. Kennelijk zijn er door hetkrimpen krachten in de cementsteen ontwikkeld, die het effect van de zwelling verminderen.23622~208 10 12 14 16 18waterverlies ( in vol. procenten)642o2?,0rQ ?? 28 dagen cfl-,6 "- 90 dagen ~J~~180 dagen /1 **,4 ?0 no dagen~? 365 dagen /2~"- t /,0 --- --- --/ /,8 ~/ 1/.0'? I,6 - -,I / j,4 /I II.!II,2/ I II0,26 /0,45 I 0,55 I 0,65,0I I f,8 -- ~ - ~ ~ -~ r-~~ ~--f-~,62 -- -- -~~-f---- -~----_..-oo???4002001005022010520 I - 1onder waterJ0--/V--? 1\~r--\. ~~-, -~-. /"'-,/ \\( \0t'...... \1 \1 \Jin lucht 50% R.y.J' ...................i'-L ........::1 ---0 r--._.---.-_.--0enc? 120o~~ 160t --+ ouderdom in dagen ( log. schaal)800..E 40,::-'"'f~ BQ2Krimp van cementsteen als functie van hetwaterverlies voor verschillendewater-cementfactoren,. bijlage wcfneemtdekrimp na 28 dagen nauwelijks meer toe integenstelling tot de hogere wcf3; Krimp van cementsteenals functie van de tijdonder verschillende bewaar-conditiesOok bij herhaald uitdrogen en weer bevochtigen blijkt, dat de verlengingen ten gevolge vanhet wateropnemen steeds kleiner zijn dan de verkortingen door krimp.Krimp zal aanleiding geven tottrekspanningen in het beton omdat de vormveranderingen tengevolge van wateronttrekking worden belemmerd door wapening, toeslagkorrels, eerdergestort beton enz. Zolang het beton in staat is deze spanningen op te nemen, zal slechts eengeringe vormverandering optreden, afhankelijk van de elasticiteitsmodulus van de toeslag"materialen. Krimp isvooral van belang in verband met scheurvorming, die afhankelijk is van:- de optredende krimpspanningen,- de mate waarin de vormverandering wordt belemmerd,- de elasticiteitsmodulus van het beton, en- de besch ikbare treksterkte van het beton.Oetijd levert hierbij een tweevoudig effect op: de sterkte neemt toe, maar ook de elasticiteits-modulus, dus ook de spanning opgewekt door de krimp,De 'ontspanning' ten gevolgevan de kruip en/of de relaJ