Normale en abnormale binding van cementdoor ir. K. L. A. van der LeeuwInleidingHet mag als voldoende bekend worden verondersteld, dat dehydratatie-reaktie van cement uit twee duidelijk onderscheidengedeelten bestaat. Het eerste gedeelte, bekend als de binding,begint reeds vrij kort na de vermenging met water, gaat gepaardmet een duidelijke warmte-ontwikkeling en veroorzaakt een op-stijven van de massa. De tijdens de binding bereikte sterkten zijnechter zeer gering. Ongeveer acht ? tien uur na het aanmaken vande mortel of de specie is de binding afgelopen en begint hettweede gedeelte van de hydratatiereaktie, de verharding. Dezereaktie verloopt veel langzamer, waardoor bijv. de plaatshebbendewarmte-ontwikkeling veel minder duidelijk merkbaar is. Het isechter voornamelijk deze reaktie, die aan het cement zijn sterkteverleent.Van de vier voornaamste cementmineralen reageert het calcium-aluminaat 1) in zuivere toestand zeer heftig met water. Vrijweleven heftig reageert het Brownmilleriet (tetracalciumaluminaat-ferriet), dat daarbij echter uiteenvalt in calciumaluminaat en eencalciumferriet en dus feitelijk eender reageert als het aluminaat.De reaktie van calciumaluminaat met water is geen chemische,doch een fysische reaktie. Uit het C3A ontstaat geen nieuweverbinding, doch het in kristalvorm of als glasmassa aanwezigealuminaat lost op en kristalliseert opnieuw uit onder binding van6 molekulen kristalwater.Hoewel in dit artikel op de verharding niet verder zal worden ingegaan,kan toch even aangestipt worden, dat de verhardingsreaktie wel eenchemische reaktie is, waarbij de Silikaten uiteenvallen in CaO en SiO2.De heftigheid van de reaktie van calciumaluminaat met waterveroorzaakt een zo snel opstijven van de massa, dat men dezereaktie niet ongestoord zijn gang kan laten gaan. Met het oog opde verwerkbaarheid van de met cement aangemaakte metsel-mortcl of betonspecie moet de binding geremd worden. Hetideaal is daarbij natuurlijk, dat de reaktie door de te nemenmaatregelen niet van karakter verandert en dat de uiteindelijkesterkte van de massa er niet in ongunstige zin door wordt be-?nvloed. Dit zou men kunnen bereiken door de massa in hetbegin te koelen. Op praktische gronden is dit echter uitgesloten;men heeft dus naar een chemische be?nvloeding moeten grijpen.Als universeel middel wordt hiervoor het natuurlijke gips (gips-steen, CaSO4 . 2H2O) gebruikt. De eerste toepassing hiervandateert van omstreeks 1870. Betrouwbare gegevens hieroverzijn ?n de litteratuur echter vrijwel niet te vinden.Gips als vertrager van het begin van de binding van cement komthet bovengenoemde ideaal zeer dicht nabij. De reaktie wordt erniet door veranderd, slechts gedurende enige tijd opgehouden.De invloed van de gipstoevoeging op de sterkte van het verhardecement is niet groot. Tot een zekere grens wordt de sterkte zelfsgunstig be?nvloed. Deze combinatie van gunstige eigenschappenheeft ertoe geleid, dat gips algemeen wordt gebruikt als hetmiddel voor regeling van het begin van de binding van cement.Het mag zeker merkwaardig worden genoemd, dat men het gipsals vertrager van het begin van de binding van cement reeds heefttoegepast, lang voordat men zich bewust was, welke reaktie plaatsheeft bij deze vertraging. Hierover is pas sinds betrekkelijk kortetijd wat meer klaarheid gekomen. Bij mengen van het cementmet water gaat niet alleen het tricalciumaluminaat in oplossing,doch ook het gips. Deze beide gaan een verbinding aan, hetdubbelzout calciumaluminaatsulfaat ( . Al2O3 . 3CaSO3),dat het uitkristalliseren van het tricalciumaluminaat belet. Dezereaktie gaat door, totdat alle aanwezige gips is verbruikt en eerstdan kan de normale hydratatie voortgang vinden. Naarmate inhet cement meer calciumaluminaat aanwezig is, moet ook eengrotere hoeveelheid gips beschikbaar zijn om de binding tevertragen. De vertragende werking van het gips is hier zeervereenvoudigd voorgesteld; in werkelijkheid is de reaktie in-gewikkelder, doch het zou te ver voeren om hierop in detailsin te gaan.Uit het bovenstaande volgt, dat een zeer kleine hoeveel-heid gips de bindingsreaktie slechts weinig zal ophouden. Voegtmen meer gips toe, dan wordt de binding langer uitgesteld. Mettoename van de hoeveelheid gips neemt de vertraging van debinding aanvankelijk vrij snel toe om bij een hoeveelheid van3 ? 4% gips ongeveer zijn maximum te bereiken. Verdere ver-hoging van de gipshoeveelheid heeft nog maar weinig invloed opde binding. De hoeveelheid, waarbij verhoging van het gips-1) Voor de betekenis van de gebruikte namen en formules zie Cement 9(1957) Nr. 1--2. blz. 49.gehalte weinig invloed meer heeft, hangt ten nauwste samen metde chemische samenstelling van het cement en voornamelijk methet gehalte aan tricalciumaluminaat. Deze hoeveelheid zal dusook niet voor alle cementen precies eenden zijn.Bij hoogovencement ligt de zaak iets anders. Voorwat betreft dehierin aanwezige cementklinker blijft de werking van het gipsnatuurlijk precies dezelfde als bij portlandcsment. De hydratatievan de hoogovenslak kan echter door gips worden geaktiveerd.Men zou zich derhalve kunnen voorstellen, dat de beide mogelijkewerkingen van het gips elkaar zullen opheffen. Dit Is echterniet het geval, doordat de slakken langzamer reageren dan deklinker. Ten aanzien van de werking van het gips heeft daardoorde klinker de overhand. De binding van hoogovencement is inhoofdzaak een werking van de er In aanwezige klinker en het isdaarom duidelijk, dat de invloed van gips op de binding in depraktijk ook dezelfde zal zijn als bij portlandcement.Abnormale bindingSoms treden bij het afbinden van cement afwijkingen op, die doentwijfelen of wel gips aanwezig is. De binding blijkt namelijk nietvertraagd te zijn. Gaat men een cement, dat een dergelijk ver-schijnsel vertoont, chemisch onderzoeken, dan blijkt toch weldegelijk gips aanwezig te zijn.zodat de oorzaak van het falen ergensanders moet liggen. Hierbij treden twee verschillende verschijn-selen naar voren, die een zekere oppervlakkige gelijkenis hebben,doch in wezen twee heel verschillende dingen zijn. Het eersteverschijnsel staat bekend als 'valse' binding (fausse prise, false set)en vertoont zeer kort na het aanmaken een opstijven van demassa, dat echter bij roeren van de massa weer verdwijnt.Dit verschijnsel, waarop we hierna wat dieper in zullen gaan,is vrij onschuldig; op de sterkte van het cement heeft het weiniginvloed. Heel wat ernstiger is de snelbinding (prise rapide, flashset), die het cement onbruikbaar maakt.Valse binding. Zoals reeds is gezegd, stijft de massa kort nahet aanmaken op, terwijl mer bij voortgezet mengen bespeurt,dat de massa weer vloeibaar wordt. Bij dit opstijven heeft geenwarmte-ontwikkeling plaats. Nadat men door roeren (of voort-gezet mengen in de betonmolen) de massa weer vloeibaar heeftgemaakt, zet de gewone binding op de normale tijd in. Dezeverloopt alsof er niets is gebeurd, terwijl ook de verhardinggeheel volgens het programma geschiedt. Het is duidelijk, dathier iets anders dan de normale binding van cement heeft plaatsgehad.In de cementfabriek passeert de cementklhker na het brandenin de oven een koeler. De kl nker verlaat deze koeler met eentemperatuur, die ook onder de gunstigste omstandigheden nogenige honderden graden Celsius bedraagt. In de klinkerhal ligtde klinker dan In grote hopen opgeslagen en heeft meestal maarvrij weinig gelegenheid tot afkoelen. In ieder geval gaat de af-koeling langzaam, zodat de klinker zeker niet in koude toestandbij de cementmolens komt. Hier wordt de toegevoerde maal-energie ook nog grotendeels in warmte omgezet, zodat de tem-peratuur van het cement in de molen wel tot I50?C kan oplopen.Bij deze temperatuur kan een gedeeltelijke dehydratatie van hetgips optreden. Het ruwe gips verliest daarbij kristalwater engaat over in het zgn. hemihydraat (CaSO, . fH20). Komt dit metwater in aanraking, dan verbindt het zich hiermee snel tot hetnormale, gehydrateerde gips (CaSO4. 2H2O). Er vormen zich danin de massa fijne naaldjes van gips, die verantwoordelijk zijn voorhet opstijven van de massa. Roert men nu, dan wordt het fijne enslechts zwakke netwerk van gipskristallen verbroken en is demassa weer vloeibaar. Laat men deze vloeibare pasta aan zichzelfover, dan zal het gehydrateerde gips op precies dezelfde manierde binding tegenhouden, als wanneer nooit een gedeeltelijke ont-watering had plaats gehad. Te zijner tijd zal de binding dan ookbeginnen en verloopt het hele proces van binding en verhardingvan cement normaal.Bij een cement dat valse bind ng vertoont, kan de toestand somsnog iets ingewikkelder zijn. In de inleiding is reeds gezegd, dat devertraging van de binding toeneemt met het gipsgehalte om nahet bereiken van een zekere optimale waarde praktisch konstantte blijven. Gebruikt men echter In plaats van ruw gips het ge-brande produkt, d.w.z. het hemihydraat, dan blijkt het maximumaan bindtijd bij een lager gipsgehalte te liggen, terwijl bovendienbij hoger gehalte een scherpe daling in de bindtijd optreedt. Zoudus bij het optreden van valse binding de dehydratatie van hetCement 9 (1957) Nr 5-6 205gips ver voortgeschreden zijn, dan is het in het geheel niet on-mogelijk, dat de aanwezige hoeveelheid groter is dan die, waarbijde maximale bindtijdvertraging optreedt. Dan wordt dus debinding van het cement zelf ook versneld en kan zelfs de valsebinding in een snelbinding overgaan. Zou men derhalve bij hetoptreden van valse binding willen trachten de situatie te ver-beteren door het toevoegen van een extra hoeveelheid gips,dan komt men hiermee van de wal in de sloot. De valse bindingvindt dus haar oorzaak in het te hoog oplopen van de tempera-tuur in de cementmolen en lijkt hierdoor gemakkelijk te be-dwingen. De toelaatbare maximumtemperatuur is echter nietvoor alle cementen gelijk en kan zelfs aan dezelfde fabriek nogwel vari?ren. Het gehalte aan tricalciumaluminaat en naar hetschijnt ook dat aan vrije kalk spelen hierbij een rol. Bij de cement-maling moet men dus in ieder geval door goede koeling de tem-peratuur beperken. Waar de juiste grens ligt, zal iedere fabrikantvoor zichzelf moeten uitmaken; een vaste regel is hiervoor niette geven. Er zijn fabrieken, die er angstvallig voor waken, dat detemperatuur in hun molens niet boven de I00?C komt, terwijlmen in andere rustig tot 150 ;C gaat zonder schadelijke gevolgen.Heeft het cement door zijn samenstelling een grote gevoelig-heid tot valse binding, dan is het gewenst het gipsgehalce vrij laagte houden, waardoor de kans op valse binding en vooral op heteventueel overgaan in snelbinding weer afneemt.Is een cement dat valse binding vertoont bruikbaar ?In de meeste gevallen wel. Wanneer men bij het optreden vanvalse binding de specie rustig wat langer in de betonmolen laatdraaien, wordt de massa weer vloeibaar en kan men ze gewoonverwerken. Dikwijls heeft men de neiging om de massa vloeibaar-der te maken door het toevoegen van meer aanmaakwater. Hetzal uit het bovenstaande duidelijk zijn, dat dit geen enkele ver-betering kan brengen. Aangezien door meer aanmaakwater desterkte en dichtheid van het beton achteruitgaan, is vermeer-deren van de waterhoeveelheid zelfs als schadelijk te veroordelen.Laat men cement met valse binding aan de lucht liggen, dan zal degedeeltelijk gedehydrateerde gips weer water kunnen opnemenen derhalve het verschijnsel verminderen of zelfs geheel ver-dwijnen.S el bind ing. Ernstiger dan de valse binding is het verschijnselvan het snelbinden. Hierbij treedt kort na het aanmaken werkelijkde binding in. De reaktie gaat hierbij zelfs ongewoon krachtig,wat te merken is aan de duidelijk merkbare warmte-ontwikkeling.Hier hoeft men niet te proberen door krachtig roeren de massavloeibaar te maken, want dit lukt niet. Heeft men een mortelaangemaakt met een snelbindend cement, dat wordt vrijweldirekt na het aanmaken de gehele massa hard, dit in tegenstellingmet het verschijnsel bij valse binding, waar men meer een taaievloeistof krijgt. Tracht men de snelbinder door te roeren, danverkruimelt de massa; ze is nooit meer tot een samenhangendgeheel te brengen. Verhogen van de hoeveelheid aanmaakwaterkan het verschijnsel wel enigszins verbergen en zelfs, bij een maargeringe neiging tot snelbinden, wel een normale verwerkingmogelijk maken ; opheffen kan het de fout echter niet.De oorzaak van het snelbinder is minder duidelijk dan die van devalse binding. Het is wel zeker, dat de snelbinding in de eersteplaats van het gehalte aan afhankelijk is. Bevat het cementveel aluminaat, dan is meer gips nodig om de bindingsreaktie teremmen. Schiet derhalve de hoeveelheid g.ps te kort, dan ont-staat een snelbinder. Het is echter niet zo, dat een cement methoog gehalte aan aluminaat beslist een snelbinder moet zijn.De vorm, waarin het C3A zich bevindt, speelt hierbij een groterol. Verhogen van het gipsgeialte bij de naling is feitelijk hetenige hulpmiddel om dit verschijnsel te bedwingen. Er is dan meerkans, dat het zeer snel in oplo.'sing gaande calciumaluminaat doorhet gips wordt gebonden tot het calciumsulfaataluminaat, waar-door het begin van de bindinj; wordt vertraagd.Aangezien de snelbinding wordt veroorzaakt door abnormalercaktiviteit van het calciumali?minaat, is het begrijpelijk, dat ditook uit de lucht snel water zal opnemen. Zoals ieder cementbij bewaren aan de lucht lang?aam achteruitgaat in snelheid vanbinden, zo zal ook een snelbinder dit doen. Door een dergelijkcement enige tijd te laten lig?;en kan het daarom soms van eensnelbinder in een normaal bindend cement overgaan; merk-waardig genoeg komt ook het tegenovergestelde verschijnselvoor. Cementen, die in verse toestand geen enkele afwijkinghebben vertoond, kunnen soms na enige tijd bewaren in snel-binders overgaan. Dergelijke 'Umschl?ger' hebben altijd een grootgehalte aan alkali?n. Gewoonlijk zijn de alkali?n in cementgebonden als sulfaten; bij een loog alkali?ngehalte kan er echtereen tekort aan sulfaat zijn, waardoor ook een gedeelte van dealkali?n zich aan kiezelzuur bindt. Door de inwerking van kool-zuur uit de lucht ontstaat hieruit kalium- of natriumcarbonaat;beide zijn versnellers van de sinding. Aangezien deze koolzuur-opname vrij langzaam gaat, treedt het verschijnsel eerst na enigetijd op en komt nooit bij een vers cement voor. Overigens treedtdit omslaan bij de moderne, vrij scherp gebrande, cementenniet veel meer op.In het bovenstaande is getracht de gebruikers van cement eniginzicht te geven in de oorzaken van enige lastige en onaangenameverschijnselen, die bij het aarmaken van cc-mentmortels kunnenvoorkomen. Een volledige wetenschappelijke verklaring is hetzeker niet. Dit zou ook weinig zin hebben, omdat de middelenter voorkoming van de geschetste afwijkingen uitsluitend inhanden liggen van de cernertfabrikant. In de praktijk is hetbovendien zo, dat een geringe? neiging tot valse binding of totsnelbinding voor een niet-vakman niet altijd even gemakkelijk vanelkaar te onderscheiden zijn. Bij optreden van verdachte ver-schijnselen bij het aanmaken van cementmortel of betonspeciezal men dus goed doen een deskundige te raadplegen.Normal and abnormal setting of cement. L. . van der Leeuw. Chem. Eng.This article deals with two abnormal phenomenaoccurring in the setting of cement, namely falsesetting and flash setting. The former difficulty canusually bo obviated by lengthening the mixingtime whereas the latter as a rule renders thecement unusable. The causes for both theseunpleasant phenomena lie in the manufacturing ofthe cement; however, due to the modern methodsof cement manufacturing they occur only veryrareley nowadays.Prise normale et anormale du cimentpar l'ing?nieur . L. A. van der LeeuwL'article traite de deux ph?nom?nes anormaux quepeut pr?senter la prise du ciment, ? savoir la fausseprise et la prise rapide. Le premier incov?nients'?limine d'habitude en prolongeant la dur?e dumalaxage, le deuxi?me tend ? rendre le cimenttotalement inutilisable. Ces deux ph?nom?nesg?nants trouvent leur origine dans la fabricationdu ciment; les m?thodes modernes de la fabrica-tion les ont presque ?lmines.Normale, und abnormales Abbinden vonZementvon Dipl.-Ing. K. L. A. van der LeeuwDieser Artikel behandelt zwei abnormale Er-scheinungen beim Abbinden von Zement undzwar falsches und schnelles Abbinden. Der erstcredieser M?ngel kann gew?hnlich durch eine Ver-l?ngerung der Mischzeit behoben werden, derletztere rracht den Zement meistens unbrauch-bar. Beide unangenehmen Erscheinungen werdenw?hrend der Zementerzeugung verursacht,kommen