I IMATERIALEN IBETONTECHNOLOGIE IMECHANISCHE EIGENSCHAP-PEN VAN LYTAG-BETONir.J.W.Fr?nay, ir.J.A. den Vijl en prof.Dr.-Ing.H.W.Reinhardt, Stevinlaboratorium, Technische Universiteit, DelftSinds enkele jaren wordt in Nederland licht toeslagmateriaal, Lytag, geproduceerdop basis van vliegas. De .eerste toepassingen in de bruggenbouw, utiliteitsbouw enbetonwarenindustrie zijn gerealiseerd. Ter bepaling van de mechanischeeigenschappen van Lytag-beton wordt in het Stevinlaboratorium onderzoek gedaan.In dit artikel een verslag van de resultaten ten aanzien van sterkte en stijfheid,alsmede de overdrachtslengte van voorspanstrengen in Lytag-beton.(kg/kg%)nat, 30 min. nat, 24 h+ 15,0+ 14,0Ovendroge Lytag korrels absorberenwater bij bevochtiging. De_grootte vanDe proefstukken zijn gestort in stalenmallen, die direct na het storten zijn ge~plaatst in twee waterbakken. De tempe-ratuur van hetwater werd gestuurd metbehulp van een microprocessor. Hetverschil tussen de gemeten en gewenstetemperatuur bedroeg maximaal 0,3 oe(fig. 3).seerd op de gemeten vochtgehalten na24 uurwaterabsorptie.Enkele kentallenvan de betonspecie zijn:gehalte 'f~n' ? 0,25 mm): 165 11m3zandfractie ? 2 mm): 269 11m3water-cementfactor (totaal):0,66 (kg/kg)totale toeslag-cementfactor:7,12 m3/m3lichte toeslag-cementfactor:4,27 m3/m3volumieke massa: 1985 kg/m3verdichtingsmaat: 1,29-1,36 (aard-vochtig)Per stort is 60 tot 90 liter specie aange-maakt. Het zand met het voorbevoch-tigde Lytag,water en superplastificeer-der werden gedurende een halve mi-nuut gemengd in een dwangmenger envervolgens nog ??n minuut na toevoe-ging Van het cement. Met deze speciezijn proefstukken gemaakt, kubussen150x150x150 mm3en prisma's150x150x600 mm3? De triltijd van deproefstukken bedroeg 60 seconden.De verhardingscondities van de proef-stukken zijn weergegeven in figuur 1.Als ondergrens van de karakteristiekekubusdruksterkte werd ge?istfck > 30 N/mm2, na 18 uur. Deze hogeaanvangsdruksterkte is in het laborato-rium gerealiseerd door het beton eentemperatuurregime te laten volgen(fig. 2).Dezeaanpakvormt eensimulatievan de fabrieksmatige produktiewijzevan beton.14671460865831volumieke massaPmExperinnentele opzetHetonderzoekvoor ??nsoortLytag-be-ton met een effectieve water-cement-factor van 0,35 (dat wil zeggen zonderhet geabsorbeerde water in de toeslag-korrels mee te rekenen). De samenstel-ling per m3betonspecie was als volgt:330 kg portlandcement, klasse B110 kg water5 kg (1,5%) superplastificeerder790 kg zand750 kgLytagvolumeverhouding zandILytag: 40/60de waterabsorpue hangt af van de be-vochtigingsduur en van de korrelafme-ting. In tabel 1zijn enkele gemiddeldenweergegeven, die zijn bepaald met driemonsters Lytag korrels per fractie. Devariatieco?ffici?nt bedroeg steeds min~der dan 3%. Na een bevochtigingsduurvan 30 minuten was reeds circa 80% vande maximaal mogelijke waterabsorptiebereikt.Het luchtpercentage van de betonspeciewas 3,5-4%. De volumeverhouding vande f~ne en grove Lytag-fractie bedroeg1:1,86.Decumulatievezeefkrommevande toeslagmaterialen valt binnen degrenslijnenAenCvandeVB 1974/1984[6]. De voor het betonmengsel gebruik-te massahoeveelheden Lytag zijn geba-+ 12,7+ 12,04-8 mm8-12,5 mmfractieSannenstellingen eigenschappenvan LytagVoor het onderzoek [1, 2] zijn twee frac-ties Lytag korrels gebruikt met korrel~groottenvan 4-8 mm en8-12,5 mmo Degradering voldoet aan de eisen uitNEN 3543 [5]. De korrels zijn bolvor-mig, de textuur wordt aangeduid alsglad en poreus; de kleur varieert vanbruin tot grijs. Het materiaal is che-misch inert.In opdracht van BV Vasim te Nijmegenworden in het Stevinlaboratorium vande TU Delft proeven uitgevoerd ter be-paling van de mechanische eigenschap-pen van Lytag-beton. De eerste fase vandit onderzoek is inmiddels afgesloten.In dit artikel worden de voornaamstebevindingen toegelicht.Tabel 1Vochtpercentages van de Lytag-korrels,betrokken op de droge korrelmassa ma'dat wil zeggen droging bij 105 oe gedu-rende 24 uurUit rmlieu-technische enecono-mische overwegingen wordtsinds enkele jaren in Neder-land vliegas verwerkt tot licht toeslag-materiaal voorbeton. De NVProvincia-Ie Gelderse Energie-Maatschappij heeftdaartoe de BV Vasim opgericht, diethans jaarlijks 160000 ton vliegas ver-werkt volgens het Lytag-proc?d? [3, 4].18 Cement 1987 nr. 62Het aan het beton opgelegdetemperatuurverloop terverkrijging van een hogeaanvangsdruksterkte19?Cl50% RY1 Verhardingscondities van deproefstukken19?C/99%RY'r------------'l// I // I1500 WverwarmingselementfNTc-sensorenl crYTtaat 50J:er.lW//A ~r== - , I1 "'"L ' TIwaterreservoirs 920 x 590 Ihydraulisch circuit -II I[electrisch circuit ----Ikubussen /prisma'5l'm7Il"7m1 == +-, ---t-85mmI ciculatiepomp J~~~ "~ __ ~ ~~_Jprinter microcomputerI33?C18tijd (uren)_10t?uontkisten en opslag of*"~~~~--+ble....p....ro_ev~n1~5~h???i45 V-----I :.:f[h I:::J{;;20+--flT7.%L-~__t--~f-----.--jNe~ 40 +--~_+------,~---+-----'---1:zTabe13Verloop van de volumieke massa ten ge-volge van uitdrogingouderdom aantal volumieke massaproef- (kg/m3)stukkenvolgens dezelfde betonsamenstelling,voor het meten van overdrachtslengtenvoor voorspanstaal [2]. In tegenstellingtot bij de eerder besproken proeven is indit geval geen versnelde verharding vanhet beton toegepast. De voorspanningwerd 3 dagen na het storten gelijkmatigopgebracht bij een gemiddelde kubus-druksterkte van 41,5 N/mm2, behou-dens bij twee balken die na 1dagwerdenvoorgespannen. De strengdiameter be-droeg 9,3 mm en 12,5 mmoDe overdrachtslengte is bepaald uit delangsvervormingen van beton, die aan??n z9de van de balk werden gemeten(fig. 7). Ook zijn de intrekkingen van destreng aan beide uiteinden van de balkgemeten. Bij 6 balken is ongeveer 1 uurna voorspannen aan ??n zijde een stukvan ongeveer 1.m afgezaagd en werd dedaarbij optredende overdrachtslengtebepaald. De metingen zijn tot 1week nahet voorspannen voortgezet.Het verloop van de betonvervormingenin de overdrachtszone kan~oed wordenbenaderd met een rechte (fig. 8a-b). Dithoudtin datde aanhechtspanning nage-noeg uniform verloopt over de over-drachtslengte. Dit wordt bevestigd doorde verhouding tussen overdrachtslengteen intrekking, waaruit het verloop vande staalspanning is af te leiden.De gevonden overdrachtslengten ko-men wat gemiddelde en spreiding be~treft goed overeen met hetgeen voor6Spanning-rek-diagram bepaaldaan de hand van prisma'slSOxiSOx?OO mm3, met eenvervormingsgestuurde proefkorting is gemeten met behulp vanmeetbeugels, aangebracht op devierzij-vlakken van de prisma. De meetlengtebedroeg 135 mmo Uit de experimenteleresultatenzijn deaanvangs-elasticiteits-modulus Eeo en de secans-waarde Ee be-rekend. De laatste geeft de gemiddeldewaardevooreenbetonspanning tussen 0en 113 van de prismadruksterkre (fig. 6).De karakteristieke kubusdruksterkre na28 dagenbedroeg 48,85 N/mm2,datwilzeggen betonkwaliteit B48. Voor eenqua sterkte vergelijkbaar grindbetonvolgt uit een lineaire interpolatie van denormwaarden in [6] Ee ~ 34 600N/mm2? Uit de experimenten op deprisma's is voor Lytag-beton afgeleidEe ~ 0,9 Eeo ~ 25 600 N/mm2dat wilzeggen een 26% lagere waarde. Dit isminder dan inde literatuur [1] voor an-dere lichtbetonsoortenwordt genoemd,namelijk een 30~50% lagere waarde. Totslot is uit de meetwaarden het quoti?ntbepaald van de kubus- en prismadruk-sterkten. Afhankelijk van de ouderdomvan de proefstukken varieert dit quo-ti?nt tussen 1,23 en 1,28.V?lumieke massaDevolumieke massavan hetbeton is ge-meten aan kubussen. Vanafto.~ 7dagenondergingen deze een massa-verliesdoor uitdroging (tabel 3).De variatie-co?ffici?nt was steeds klei~ner dan 1%.De zogenaamde stuikhoogte van Lytag-beton na 28 dagen bedraagt:a ~ lm/g . Pm ~ 2868 m.Voor a > 2500 m is in het algemeensprake van hoogwaardig lichtbeton.Overdrachtslengte van voorspanstrengenBehalve de kubussen en prisma's zijnook 14 centrisch voorgespannen balken(2940 x 100 x 100 mm3) vervaardigd7d28 d42 d111 d140 d301422220412003197819621958grindbeton wordt gevonden bij gelijkestrengdiameter, aanvangsvoorspan~kracht en kubusdruksterkte bij voor-spannen. Een bruikbare uitdrukkinghiervoor luidt, voor een aanvangsvoor-spanning apo [7]:Ir ~ a 0 p V op/leem (mm)Voor a ~ 10 wordt hiermee de gemid-deldeoverdrachtslengte gevonden;voora ~ 13 resp. a ~ 7 de karakteristiekeboven- en ondergrens.De overdrachtslengte nabij de zaagsne-de week niet significantafvan de overi-ge.Om het aanhechtgedrag van strengennader te bestuderen zijn ook 16 'pull-out' en 8 'push-in' proeven uitgevoerdop strengen 09,3 mmo De strengenwa~ren over 88 mm lengte in betonnen ci-linders,0 103 mmingestort (fig. 9).Bij de 'pull-out' proeven bestond demogelijkheid het onbelaste uiteindevande streng te fixeren. Daarbij nam destaalspanning bij belasten veel sterkertoe dan bij een los uiteinde.Bij de 'push-in' proeven werd eerstde streng gespan~nen, vervolgens het beton gestort en naverhardenvanhetbetondestrengkrachtgelijkmatig afgelaten.In een 'pull-out' proef neemt de staal-spanning toe en wordt de strengdunner.In een 'push-in' proef neemt de staal-spanning af en wordt de streng dikker,wat overeenkomt met de situatie in deoverdrachtszone. Figuur 10 toont aandat de opneembare aanhechtspanningin beide gevallen aanzienlijk verschilt.De consequentiehiervanis datdeveran-keringslengte van een streng niet kanworden verkregen door rechtlijnige ex-trapolatie van de overdrachtslengte, zo-als inde VB 1974/1984 art. F-703.8,2 tenonrechte wordt gesteld.Samenvatting en conclusies .1. Lytag-beton kon worden vervaardigdmet een minimale karakreristiekebe-tondruksterkre van 30 N/mm2na18 uur verharding. Daartoe onder-ging het beton een temperatuurbe-20 Cement 1987 nr. 68 Verloop van debetonvervormingen in devoorgespannen balken(gem. druksterkte 32,3 N/mm2)a. streng 0 9,3 mm,aanvangsvoorspanning 1212 N/mm2b. streng 0 12,5 mm,aanvangsvoorspanning 1183 N/mm2t: vijzelf"A IU, ? F'B~~,tri,1.2...E:.;C:...:.:...:l:.::.0....:3(:.:..:m.:..:./.:..:.m:.L)-r-~~~~-r~~~~-r~~~~--,~~~~~r-~~~-,0.4 uil"lf/ . Proef 71 \&0's,\'IX 0 -t = 1.5 uur ~\~,0.2 V x - t =19.0 uur1%# " -t = 7.9 dogen ~~x'Y +-108 I ,2.5 (m) 2.94EO 103(m/m)0.6,,....,::.-...-----i------...,-~----r---~---.,----_,_--~__r_1pull-oul0,9Opstelling van de 'pull-out' en'push-in' proeveno 0.1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5( m)2.9handeling met een maximum waardevan 45 oe. Het betonmengsel bevatte330 kg/m3portlandcement-B; effec-tieve wcfO,35. De specie had een aard-vochtige consistentie. 60% (v/v) vanhet toeslagmateriaal bestond uit Ly-tag.2. De volumieke massa van Lytag-betonbedroeg na 28 dagen circa 2003kg/m3?3. De karakteristieke kubusdruksterktevan Lytag-beton na 28 dagen verhar-ding bedroeg circa 48 N/mm2.Inver-gelijking met grindbeton met een-zelfde sterkteniveau heeft Lytag-be-ton een circa 25% lagere waarde voorde secans-.elasticiteitsmodulus. Dit isaanmerkelijk gunstiger dan voor ver-gelijkbare andere lichtbetonsoorten.4. De relatie tussen druksterkte- ensplijttreksterkte voldoet goed aan de10 Invloed vanstaalspanningsverandering ~Lpop de relatie aanhechtspanning-slipa. 'pull-out' proefb. 'push-in' proefbetreffende formule voor grindbetonuit de VB 1974/1984.5. Bevochtiging van de Lytag-korrelstijdens menging - in plaats van voor-bevochtiging gedurende 24 uur -leidde toteenniet-significante veran-dering van zowel de volumieke massaals de kubusdruksterkte na 28 dagen.6. Het quoti?ntvan de gemeten kubus-en prismadruksterkte bedraagt ge-middeld 1,25. De gemeten langsver-vorming van prisma's bij maximaledrukbelasting varieert van 1,8 tot2,5%.7. De overdrachtslengte van voorspan-strengen in Lytag-beton komt over-een met die in grindbeton bij over-eenkomstige strengdiameter, kubus-druksterkte en aanvangsvoorspan-ning in de streng.8. Evenals bij grindbeton is bij Lytag-beton de spanningsverandering in hetvoorspanstaal van grote invloed op deopneembare aanhechtspanning.In een vervolgonderzoek worden aan-vullende krimp- en kruipmetingen uit-gevoerd. Naar verwachting zal tevenshet afschuifdraagvermogenworden on~derzocht van voorgespannen kanaal-plaatvloeren, vervaardigd uit Lytag-be-tonLiteratuur1. Fr?nay, ].w., Cornelissen, H.A.W., Eigen-schappen vanlichtbeton met gesinterdevliegasals toeslagmateriaal deel 1, 2 en 3, Rapporten5-86-+17/10, Stevinlaboratorium, TU-Delft,juni/september 19862. Uijl,J.A. den, Eigenschappen van lichtbetonmet gesinterde vliegas als toeslagmateriaal deel4; Rapport 5-86-17, Stevinlaboratorium, TU-Delft, november 19863. Dieben, P.WM., Lytag-beton van poeder-koolvliegas, Weg en Water nrs. 1 en 3, 19854. Manboudt, ].HJ, Toepassing van Lytag-be-ton voor de Koningspleijbrug te Arnhem, Ce-ment nr. 7, 1985.5. NEN 3543, Grove lichte roeslagmaterialenvoor lichtbeton, NNI, Delft, 19826. NEN 3880, Voorschriften Beton 1974/1984;NNI, Delft, 19847. Olesniewicz, A., Statistical evaluation oftransnllssion length of strands; Research anddesign centre for industrial buidling 'Bistyp',Warsaw, 1975.2 3slip (mm)---,;'"'i 8 ~ . rincl. initi?le hechting [E _ A......",... _ _ A Up-+-1100 N/mm2~NE 6 I--~? 1- ____'" E .....a"...--~_ 1--__0 - - B~= 4 l---._--~- -+----_+---.--(]).c~ 2 -+---~_+---__+----I'"o-+---~_+~--__+~--___11 2 3slip (mm)----?Cement 1987 nr. 6'"'? 8 r r.!': _ Fincl. initi?le hechtingg"'E 6 "''''L ,I~.:: .J",-~~.... ,blok 1105.t Z 4 ~ J, AO'p tv 100 N/mm2i-2-j~~'''-_'?_?-=_t-~~_b_lO_k_l~a~so;r.~::_-_-_--=- AO'p ~1100N/mm2O-j------r-------t-~-o21