prof.ir.F.G.Riessauw,hoogleraar Rijksuniversiteit van Gentdirecteur Laboratorium Magnelvoor Gewapend BetonLicht beton met Argexals toeslagmateriaal (I)*Laboratoriumproeven verricht in de universiteiten van Gent en Leuven en bij T.N.O.-I.B.B.C.te DelftU.D.C. 666.973.2 Argex : 620.1Laboratoriumproeven op licht beton met Argex als toeslagmateriaal*Het tweede gedeelte van dit artikel zalverschijnen in het oktobernummervan Cement1. Fabricageprincipe1.1. Over de fysische en chemische verschijnselen die de expansie van de klei beheersen is nogweinig bekend. Binnen het temperatuursinterval waarin de klei thermoplastisch wordt (tussen1100 en 1200 ?C), vormen zekere bestanddelen en/of tot eenzelfde effect aanleiding gevendetoeslagen in de kleimassa een aaneengesloten reeks kleine gasbelletjes. Na afkoeling ver-toont de verglaasde klei een poreuse, honingraatachtige structuur.1.2. Naar gelang de natuur en de voorbereiding van de klei, de hoeveelheid en de aard van detoeslagen, het principe van de oven en de voortgang van het proces, kan het los stortgewichttussen brede grenzen vari?ren.De korrelsterkte varieert grosso modo in dezelfde zin. De industri?le kostprijs zal des telager zijn, naarmate het volumegewicht kleiner is.1.3. Vanuit industrieel standpunt gezien, volgt daaruit:a. Dat gestreefd moet worden naar een zo gering mogelijk volumegewicht en een mechanischesterkte die toereikend is voor een zo groot mogelijk toepassingsgebied. Technisch bestaaner geen bezwaren tegen de productie van een zwaardere en meer weerstand biedende ge-expandeerde klei, maar tot op heden wordt zulks niet geschikt geacht. De huidige Belgischeproduktie (sedert 1960) levert volgende volumegewichten:korrelgrootte 10-20 mm: 0,350 kg/dm3korrelgrootte 3-10 mm: 0,425 kg/dm3korrelgrootte 1- 3 mm: 0,650 kg/dm3b. Dat een constant volumegewicht en een constante sterkte verzekerd dienen te worden, diede fabricage van licht beton met gelijknamige kwaliteit mogelijk moeten maken.1.4. Deze kwaliteiteeis veronderstelt in elke fase van de fabricage het inzetten van welover-wogen materieel:a. Ontginnen van de kleigroeve: een emmerbagger met grote diepgang (20 m) mengt reedsvanaf het begin de klei afkomstig van verschillende opeenvolgende aardlagen.b. Voorbereiding van de klei: door malen, mengen, walsen, kneden en persen wordt de kleihomogeen en plastisch. Het gehalte aan water en aan eventuele toeslagen wordt gedoseerden het debiet bij de oveningang wordt geregeld.c. De draaioven, type cementoven, verzekert een progressieve en gecontroleerde behandelingvan de lading; men onderscheidt er twee zones:? het drogen en vormen van de kleideeltjes die na de expansie de verschillende korrelgroot-tes in de gewenste verhoudingen opleveren;? het bakken, oververhitten, in thermoplastische toeslag brengen, expanderen en vormen vaneen harde en dichte omhullingslaag rond de korrels.d. Het zeven, afkoelen, opslaan, bepalen van het volumegewicht en vervoer langs de weg, despoorweg of de waterweg.e. Principieel kan de ge?xpandeerde klei verder nog gebroken worden ten einde de gewenstekorrelgroottes te bekomen. Tot op heden was zulks in Belgi? nog niet het geval.De gebroken en de niet gebroken korrel bezitten beide specifieke voordelen en het is mo-gelijk dat een zekere vorm van breken later nodig zou kunnen blijken om aan de vraag tevoldoen.De keuze van de bestaande korrelgroottes wordt overigens bepaald door de markt en is dusniet onveranderlijk.2. Eigenschappen2.1. De waarde van ge?xpandeerde klei als licht toeslagmateriaal is gelegen in:? de aard van de op hoge temperatuur gebakken klei;? de poreuze, verglaasde structuur;? het industri?le fabricageproces dat controle en behoud van de eigenschappen toelaat.2.2. De bestudering van de lichte toeslagmaterialen en van hun aanwending in licht beton (bijv.het ontwikkelen van een reproduceerbare methode voor de samenstelling) stuit op eengemis aan eenvormigheid en nauwkeurigheid in de definitie en in de methode om hun eigen-schappen te meten. Men stelt vast dat een normalisatie van de definities en van de proef-methoden onmisbaar is.Cement XX (1968) nr.9 3562.3. Volumegewicht en porositeit.Om het probleem te situeren is in het nu volgende een opsomming van definities gegeven,alsook een tabel, waarin cijfers, betrekking hebbend op ge?xpandeerde klei van Belgischfabrikaat, voorkomen.a. korrelgrootte 3-10 mm, los ingelopenb. korrelgrootte 3-10 mm, ingeschudc korrelgrootte 10-20 mm, los ingelopend. korrelgrootte 10-20 mm, ingeschud.2.4. De waterabsorptie in functie van de tijd kan gekarakteriseerd worden, hetzij door D% vanhet los stortgewicht:3-10 10-20losingelopeniingeschud 'losingelopeningeschuda. los stortgewicht = A = het gewicht in kgvan 1 dm3droog materiaal0,468 0,515 0,334 0,367b. korrelgewicht het gewicht in kgper volume-eenheid (dm3) poreuzemassa van de korrel0,787 0,515 0,559 0,367c absoluut soortelijk gewicht van hetmateriaal het gewicht in kg pervolume-eenheid materiaal (dm3) zonderPonen 2,68 0,515 2,68 0,367d, totale porositeit = (1) . 100% 82,5 80,5 87,5 86,3e. uitwendige porositeit (holten tussen dekorrels) = (1 -- .) 100% 40,4 34,4 40,3 34,3f. inwendige porositeit (van de korrel) tenaanzien van het totaal volume (d--e) =42,1 46,1 47,2 52,0g. inwendige porositeit ten aanzien vanhet volume van de korrels alleen =70,6 46,1 79,1 52,0vermenigvuldigd met (volume van de korrels) is een andere uitdrukking voorde inwendige porositeit.Percentages analoog als D en E kunnen bepaald worden voor het ingeschudde toeslag-materiaal.2.5. Granulometrische samenstellingDaar de wetten van de continue korrelverdeling gesteund zijn op verhoudingen van volumes,dient rekening gehouden te worden met het verschil in volumegewicht van de fracties; hetgewicht van de verschillende fracties dient herleid te worden tot het overeenkomstige volume.Wat de fijne korrels (kleiner dan 1 mm) betreft, moet opgemerkt worden dat niet-gebrokenge?xpandeerde klei deze niet bevat.Tot op heden maakt in Belgi? het zand de fijne delen van licht beton uit, wat aanleidinggeeft tot hogere mechanische sterkten en grotere volumegewichten. Nochthans wordt doorde industrie die wanden fabriceert steeds meer gevraagd naar licht beton met zeer gladoppervlak. De fractie van de fijne bestanddelen worden daardoor belangrijker; kiest mendaarvoor zand, dan wordt het beton zwaarder en te weinig ?solerend.Men mag derhalve een belangrijke produktie verwachten van de fracties 0-1 mm (of 0-3 mm)door opeenvolgend breken.Cement XX (1968) nr.9 357*Het gehalte aan oplosbare sulfatenwerd bepaald door het laboratorium'Meurice Chemie' van Brussel. Deanalyses werden uitgevoerd volgensde voorschriften van de norm NBN(artikelen 4.122 en 7.16).**Hoofdstuk IV zal in het oktobernum-mer van Cement worden opgenomenEen probleem, eigen aan ge?xpandeerde klei en analoge toeslagmaterialen, betreft de sterk-te van jong pori?nbeton, zoals dit bij voorbeeld bekomen wordt met een fractie 3-10 mm eneen minimum aan mortel. Dergelijke samenstellingen zijn gebruikelijk bij de fabricage vanisolerende blokken, waar het ontkisten, het transport en het opslaan van de jonge blokkeneen tot nog toe slecht gedefinieerde sterkte vereisen.De ervaring heeft geleerd dat deze sterkte des te hoger ligt naarmate de korrelsamenstel-ling meer continu is binnen de grenzen van de desbetreffende fractie.2.6. Mechanische sterkteHet begrip, en dientengevolge een methode om rechtstreeks de mechanische sterkte vaneen licht toeslagmateriaal te bepalen, zijn nog niet vastgelegd.a. Een eerste onrechtstreekse methode bestaat uit het beproeven op druksterkte van betonop basis van het toeslagmateriaal. Bij de drukproef op kubussen van licht beton met eenminimum aan cement raken de korrels elkaar slechts in hun contactpunten: punten waarvanhet aantal afhankelijk is van de vorm van de korrels en van de zeefkromme.De doeltreffendheid van het cement is eveneens van deze factoren afhankelijk. Het bezet-ten van de drukvlakken met gips of met cementspecie brengt eveneens een storende invloedteweeg. Daaruit volgt dat de proef niet maatgevend is.De drukproef op betonkubussen met normaal cementgehalte is meer waarheidsgetrouw, opvoorwaarde dat steeds eenzelfde mortel wordt aangewend. De proef heeft echter steeds hetnadeel slechts resultaten op te leveren na een zeker aantal dagen. Bovendien verminderthet belangrijke verschil in druksterkte tussen de mortel en het toeslagmateriaal, vooral bijzeer lichte soorten toeslagmateriaal, de getrouwheid van de proef: kleine variaties in demortelsterkte hebben een grotere invloed dan de variaties in de kwaliteit van het toeslag-materiaal. Het voordeel van deze proef is dat tevens de karakteristieken van een beton opbasis van het toeslagmateriaal worden bekomen. Aan de hand van het volumegewicht vanhet beton verifieert men het volumegewicht en de verdichting van het toeslagmateriaal.Soms worden lichte betons gekarakteriseerd door de verhouding die niets an-ders is dan de hoogte in decameter, waarbij een prisma bezwijkt onder zijn eigen gewicht.Deze verhouding heeft nochtans als waarde-index geen enkel nut, vermits een vergelijkingmoet gebeuren tussen beton, hetzij met hetzelfde volumegewicht, hetzij met dezelfde druk-sterkte.b. Het zoeken naar een minder weerstand biedende mortel met constante kwaliteit heeft hetlaboratorium van de fabrikant geleid tot een analoge proef, waarbij de mortel wordt ver-vangen door zwavel, die in vloeibare toestand in een vooraf met het ingeschudde toeslag-materiaal gevulde kubusvormige vorm wordt gegoten. Na afkoeling wordt dan de druksterktegemeten. De proeven zijn nog aan de gang en het is nog te vroeg om er besluiten uit tehalen.c. Andere methoden zijn gebaseerd op de verbrijzeling onder druk van een zuiger, van eenbepaald volume van het materiaal dat in een cilinder is gestort.Men kan de kracht in functie van de zuigerverplaatsing in een grafiek brengen, ofwel deverhouding defini?ren van de fijnheidsmodulussen v??r en n? het aangrijpen van een ge-geven kracht, ofwel het volume van de fijne deeltjes (bijv. onder de 0,2 mm) bekomen naverbrijzeling. Bij deze proeven worden de korrels achtereenvolgend verbrijzeld, beginnendmet de zwakste; het korrelmateriaal ondergaat grondige wijzigingen van de korrelsamenstel-ling en van vorm, en is niet meer te vergelijken met het oorspronkelijke. Het zou nuttig zijnstudies te ondernemen teneinde do correlatie tussen deze proefuitslagen en het gedrag alstoeslag in een licht beton op te sporen.2.7. Gehalte aan oplosbare sulfaten )Totaal oplosbare sulfaten (SO3) : 0,07%Oplosbare Mg-, Na- en K-sulfaten : 0,05%De uitslagen van deze analyses tonen dat het beschouwde produkt voldoet aan de eisenvan NBN 538, artikel 4.122.3. Eigenschappen van licht beton op basis van ge?xpandeerde klei - verschillende proeven3.1. Dichtheid en mechanische sterkteUit de proeven, verder vermeld in hoofdstuk IV**) volgt dat het minimaal volumegewicht 0,55kg/dm3bedraagt (fractie 10-20mm).Het gebruik van de fracties 3-10 en 1-3 mm (aangeduid door 0-3 mm) en toenemende gehal-ten aan cement, zand en eventueel aan grind laten toe willekeurige volumegewichten begre-pen tussen 0,65 en 1,8 (en zelfs hogere door toevoeging van de ge?xpandeerde klei aangrindbeton) te bekomen. De druksterkte, gemeten op kubussen van 20 cm zijde, schom-melt tussen 25 en 320 kgf/cm2.Er bestaat geen vast verband tussen volumegewicht en druksterkte, vermits de aanwendingvan meer of minder van de fractie 1-3 in plaats van zand, de verhouding cement/zand en hetmortelvolume, alsook andere veranderlijken, de twee genoemde eigenschappen verschillendbe?nvloeden.Men stelt vast dat geen voorschriften bestaan voor de vervaardiging van dergelijke beton-soorten.In het algemeen is het gemakkelijk de aan het gestelde doel best aangepaste samenstellingte benaderen, en haar dan te verifi?ren door middel van een proef. Het is een feit dat devariatieco?ffici?nt bij bepaalde reeksen drukproeven nog te groot is in vergelijking metCement XX (1968) nr.9 358grindbeton, en dat voor licht construotiebeton de zekerheidsco?ffici?nt dient vermeerderdte worden. Meer diepgaande studies zullen de oorzaken van deze dispersie en de maatre-gelen daartegen moeten opzoeken.De kleinere waarde van de elasticiteitsmodulus, gunstig voor wat betreft de krimpspannin-gen en de thermische uitzetting, geeft bij buigproeven aanleiding tot doorbuigingen die be-langrijker zijn dan in het geval van grindbeton.Uit wat voorafgaat volgt dat licht construotiebeton interessante toepassingen kan vinden inde gevallen waar het eigen gewicht aanzienlijk is ten overstaan van de nuttige belasting,waar het element bijv. om architectonische redenen, overgedimensioneerd is, waar de over-spanning bij buiging niet groot is, en waar de isolatie bekomen door het aanwenden vanlicht beton op prijs wordt gesteld.De vorm van het element kan een rol spelen in de verkregen resultaten. Het holle b|okvan de proef, beschreven in hoofdstuk IV, bezit een druksterkte van 59,2 kgf/cm2voor eennominaal volumegewicht van 683,4 kg/m3.7Isolatievermogen van betonsoorten opbasis van ge?xpandeerde klei alsfunctie van het volumegewicht3.2. Thermische isolatieHet isolatievermogen van betonsoorten op basis van ge?xpandeerde klei in functie van hetvolumegewicht is weergegeven in fig. 1. Op deze figuur zijn de resultaten afgebeeld vanmetingen van de thermische doorlaatbaarheid, uitgevoerd in het Instituut T.N.O. te Delft enin de laboratoria van de universiteiten van Leuven en Gent.Het aantal uitgevoerde proeven is vanzelfsprekend te weinig talrijk om er een algemenewet van de thermische doorlaatbaarheid in functie van het volumegewicht van licht betonuit af te leiden.Zij geven nochtans goede aanwijzingen ?ver het algemeen verloop van de wet.Terloops kan opgemerkt worden dat het uiterste punt, met = 0,8 voor = 1,6 in tegen?-spraak is met zekere bevindingen op gewoon beton ( = 0,95 voor = 2,2).Proeven van LeuvenIn de universiteit van Leuven*) werden proeven uitgevoerd op een gemetselde muur uitholle Argex betonblokken, waarvan de proefuitslagen hieronder worden weergegeven.De betonsamenstelling was: 170 kg portlandcement klasse C; 1000 I Argex 10-20 mm.De twee zijden van de proefstukken werden licht bestreken met een mortel (cement-ge-expandeerde klei 0-3 mm) met een verhouding 1 : 4.Afmetingen : 60 ? 60 ? 10 cmVolumegewicht in droge toestand: Monster I : 660 kg/dm3; Monster II : 632 kg/dm3.Proefmethode:De thermische doorlaatbaarheid wordt bepaald volgens de Belgische norm NBN 319. Detwee monsters, met dezelfde dikte, worden horizontaal geplaatst tussen twee koude bronnenen zijn gescheiden door een warme bron. De warme bron bestaat uit een elektrisch ver-warmingslichaam tussen twee aluminiumplaten met een dikte van 5 mm. Z?j omvat eencentraal gedeelte van 40 ? 40 cm en een schutring van 10 cm breedte. De koude bronnenbestaan uit twee ijzeren platen met een dikte van 10 mm, gekoeld door watercirculatie.De proef wordt uitgevoerd bij de volgende temperaturen:De temperaturen worden gemeten door koper-constantan thermokoppels. De temperaturenen de stroom zijn stationair wanneer de temperaturen constant blijven op 0,5 ?C in de tijd,gedurende 6 uren. Men begint met de monsters te drogen tot op constant gewicht.De wisselspanning wordt aan de klemmen gestabiliseerd dooreen elektronisch regelapparaat.De thermische geleidbaarheid wordt afgeleid uit de formule:waardensymbolen eenheden1ste proef "2de proef 3de proef gemiddeldetl 29,9 29,6 29,9 29,8 ?C?2 10,3 10,2 10,2 10,2 ?Ct 19,6 19,4 19,7 19,6 ?Ce1 0,101 0,101 0,101 0,101 me2 0,102 0,102 0,102 0,102 m 24 24 24 24 hW 0,242 0,242 0,245 0,243 kWhQ 208 208 211 209 kcalc 0,16 0,16 0,16 0,16 m2s 0,140 0,142 0,142 0,141 kcalm.h.?CRapport van het 'Instituut voor Lagetemperaturen en Technische Fysica";Prof.A.van Itterbeek - Leuven.In deze formule zijn:t1 : het rekenkundig gemiddelde van de temperaturen van de warme bron,t2 : het rekenkundig gemiddelde van de temperaturen van de koude bron,t : het temperatuursverschil tussen ti en ?2,e1 : de dikte van de eerste plaat,e2 : de dikte van de tweede plaat,Cement XX (1968) nr. 9 359H : de duur van de proef,W : de elektrische energie, opgenomen in het centrale gedeelte van de warme bron,Q : de warmtehoeveelheid door de platen heen geleid,A : de oppervlakte van het centrale gedeelte van de warme bron,s : de thermische geleidbaarheid van het materiaal in droge toestand.Gewichtsverandering:plaat I plaat IIgewicht voor de proef 23,93 kg 23,30 kggewicht na de proef 23,93 kg 23,33 kgtoename - 0,03 kg3.3. GeluidsisolatieHiernavolgend wordt het resultaat gegeven van de proef op een muur uit monolitisch lichtbeton met Argex als toeslagmateriaal, uitgevoerd in het T.N.O. *) te Delft.Proef te DelftBetonsamenstelling2Relatie tussen de geluidsisolatie en defrequentie van het geluidmerk A1 B1 B2ge?xpandeerde klei 3-10 mm ............................................. 1,000/ 1,000 /ge?xpandeerde klei 10-20 mm ............................................. - - 1,000/zand (droog).......................................................... 140 kg 425 kg -portlandcement, klasse A ..................................................... 325 kg - -portlandcement, klasse b..................................................... -- 275 kg 150 kgVerdichten door aanstampen op houten bebording, op een identieke manier zoals bij devervaardiging van dakplaten.Resultatenmerk A1 B1 B2 eenheidgeluidsisolatie van een muur van23 cm, 305 kg/m2(bepleistering inbegrepen) - 49,5 - dBthermische geleidbaarheid 0,28 0,38 0,16 kcal/mh?Cdruksterkte (28 d) 51 107 12 kgf/cm2schijnbare dichtheid 1,10 1,29 0,55 kg/dm3buigtreksterkte 17,6 - - kgf/cm2elasticiteitsmodulus 60,200 - - kgf/cm2krimp op 90 d aan 20 ? en 65% relatievevochtigheid 0,26 -- - mm/mFig. 2 geeft de kromme van de geluidsisolatie in functie van de frequentie van het geluid. Degemiddelde isolatie bedraagt 49,5 dB (100-3200 Hz).3.4. GeluidsabsorptieEen proef op een muur van holle blokken werd uitgevoerd in het Technisch Centrum van deHoutindustrie (C.T.I.B.). De proefuitslag is weergegeven in fig. 3; hij duidt een uitzonderlijkehorizontale absorptie aan, dat wil zeggen voor alle frequenties.3.5. BrandveiligheidEen proef op een muur van holle blokken werd uitgevoerd in het Technisch Centrum van deschermd door een gemetselde koker van betonblokken op basis van ge?xpandeerde klei,dichtheid 0,8, met een dikte van 9 cm en een beraping van 1 cm, wordt in een oven geplaatstwaar de temperatuur in 2 uur op 1050 ?C wordt gebracht (norm NEN 1076). De temperatuur-stijging van het profiel bedraagt na deze periode 80 ?C. De periode van twee uur gedurende3Resultaten van de proevenserie opeen muur van holle blokken*Rapport nr. B-63-129 (12/2/1963) vanhet Instituut T.N.O. - Delft.**Rapport B.V. - 66 - 46 van 16/6/66.Cement XX (1968) nr.9 360