ir.P.C.Kreijgerrapporteur Commissie 7(onderdirecteur Instituut TNO voor Bouw-materialen en Bouwconstructies)Onderzoek naar de scheurvor-ming in nog niet verhard betonVerslag van de CUR-commissie B7 'Onderzoek van technologische invloeden op scheur-vorming in beton', uitgebracht tijdens de 16e Researchdag van de CUR, 5 maart 1968.U.D.C. 666.972.015.7:620.191.33Scheurvorming in nog niet verhard beton1Principe sedimentatie (wateruitstoting)Zie ook CUR-rapport nr. 32.1. Probleemstelling van het onderzoek1. BasisgegevensEen aantal basisgegevens is steeds beschikbaar; men heeft te maken met betonspecie vanbepaalde samenstelling en temperatuur die gestort wordt in een bepaalde bekisting vanbepaalde afmetingen. De specie wordt blootgesteld aan het klimaat, waarbij dan vooral vanbelang zijn de temperatuur en relatieve vochtigheid (r.v.) van de lucht en de windsnelheid.2. Fysisch/chemische veranderingen in de specie *Na het storten verhardt het beton, wat in wezen neerkomt op de volgende veranderingen:1. De specifieke oppervlakte van het cement wordt vergroot, er komt een toenemende hoeveel-heid hydratatieprodukten, die in toenemende mate water binden.De specifieke oppervlakte van cement bedraagt voor portlandcement klasse A ongeveer3000 crrr2/g, dat van het toeslagmateriaal in beton ca. 25 cm2/g. Bij overgang van 0% gebon-den water tot volledig verhard cement (met ca. 25% gebonden water) neemt de specifiekeoppervlakte toe van 3000 tot ca. 2 000 000 cm2/g, met andere woorden per procent chemischgebonden water ca. 80 000 cm2/g toeneming van de specifieke oppervlakte van cement. Na1 ? 2 dagen verharden is 8 ? 4% water gebonden. Door toeneming van de specifieke opper-vlakte treedt opstijving en verharding op. Dit punt leidt dus tot de vaststelling dat het Theolo-gisch gedrag van de specie dient te worden vastgelegd, of met andere woorden welke defor-maties kunnen door de specie op elk tijdstip (verder als functie van de variabelen genoemdonder 1.1.) worden opgenomen.2. Er vindt volumevermindering plaats ten gevolge van de omzetting van vrij water tot chemischgebonden water.Per gram chemisch gebonden water bedraagt de volumevermindering ca. i cm3per 100 gcement, maximaal dus (voor 25% chemisch gebonden water) per 100 g cement 6 cm3. Dezevolumevermindering uit zich niet als uitwendige volumevermindering doch als vergroting vande porositeit. Ze is dus niet van belang voor de scheurvorming, maar wel van belang om vastte stellen, daar ze dan een meetmethodiek geeft voor het vaststellen van de hoeveelheidchemisch gebonden water op een willekeurig tijdstip.3. Er vindt sedimentatie plaats, gepaard gaande met de uitstoting van water.De sedimentatie (z/e fig. 1) kan gemakkelijk worden afgeleid uit de optredende wateruitsto-ting. De snelheid hiervan (tga) is eerst constant (en kan worden berekend), neemt als functievan de tijd af (tgax) tot nul. Bij deze laatste waarde wordt de totale wateruitstoting of sedi-mentatie gevonden (capaciteit ). Het is duidelijk dat ook de hoogte van de specie vanbelang is voor de waarde van .4. Ten gevolge van de hydratatiewarmte van het cement wordt de temperatuur van de speciehoger. Gegevens hierover kunnen worden verkregen uit CUR-rapport 19, en uit metingen ver-richt door CUR-commissie 10 (vooral betreffende cementpasta en mortel).5. Er vindt zgn. plastische krimp plaats; bij de verdere verharding treden verhardings- en diffe-rentiekrimp op. Figuur 2 (n.a.v. metingen voor CUR-commissie 10) geeft het verloop van deuitwendige lengteveranderingen aan voor cementpasta bij 20 ?C en 65% r.v.Na de eerste zwelling, in dit geval tot ca. 3 uur ouderdom, treedt plastische krimp op, die naca. 20 uur overgaat in de eerste uitdrogingskrimp, welke voor wat scheuren betreft in niet-verhard beton, van geen belang is. Het geven van verklaringen voor de vorm van figuur 2 gaatin het verband van dit overzicht te ver.3. ScheurvormingScheurvorming ontstaat door interactie tussen de factoren genoemd onder 1.1 en onder 1.2.Uit het voorgaande kan tabel 1 worden afgeleid, die als basis heeft gediend voor het onder-zoek.In tabel 1 zijn tevens opgenomen de variaties in de basisgegevens (1.1) waarvan de invloeddoor de CUR-commissie 7 wordt onderzocht op de eigenschappen: wateruitstoting, tem-peratuursstijging en plastische krimp. Het rheologisch gedrag en ook de microscheurvormingworden voorlopig door het TNO-IBBC zelfstandig nagegaan.Cement XXI (1969) nr. 4 1402Lengteverandering van cementpastaTabel 1Factoren van belang voor scheurvormingin niet verhard beton3Toestel voor het bepalen van de water-uitstoting4Meetopstelling voor het bepalen van detemperatuurontwikkeling1 2 3 4zie 1.2zie 1.1rheolo-gischgedragwateruit-stoting =sedimen-tatietempera-tuur-stijgingplasti-schekrimpvariaties in proeven-schema t.a.v. basisgegevensa. afmetingenbekisting- (hoogte)X(vol. enbek.) (hoogte)010, 20, 30 cm hoogte (2);cil. 0 20 met 10,20,30 cm hoogte (3)b. betonsamenstelling X X X X 5 samenstellingen,voorlopig ??nc. temperatuur specie of 0 X X 0 10 ?C, 15 ?C, 30 ?Cd. temperatuur luchte. r.v. lucht of 0 of 000XS}5 "C/80% r.v., 20 ?C/40% r.v., 30? C/35% r.v.f. windsnelheid X of 0 0 X 0,1 m/s en 8 m/s = factoren van primair belang geacht0 = factoren van secundair belang geacht- = factoren niet van belang geachtWel wordt voor Commissie S 7 nog de (macro)-scheurvorming nagegaan aan de hand vanbetonplaten 30 X 60 X 10 cm, voorzien van wapening (? 12-15) met dekkingen van 1,5, 3 en5 cm.2. Enige gebruikte meetopstellingenFiguur 3 geeft het principe weer van het apparaat dat wordt gebruikt om de wateruitstoting(sedimentatie) te bepalen; de speciehoogte wordt hierbij gevarieerd (10, 20, 30 cm) doch dewindsnelheid niet. In figuur4 wordt het meetprincipe gegeven om de temperatuursstijging vande specie te meten en in figuur 5 is de meetopstelling voor het bepalen van de plastischekrimp schematisch weergegeven. Figuur 6 geeft ten slotte de opstelling weer waarbij descheurvorming van de gewapend-betonplaten tijdens de eerste verharding wordt nagegaan.3. Enige meetresultatenIn het navolgende zal alleen worden bericht over sedimentatie (wateruitstoting), de plastischekrimp en de scheurvorming van de betonplaten. Deze eigenschappen worden onderzochtvoor een betonsamenstelling met 300 kg portlandcement, klasse A per m3, een water-cement-factor van 0,58 en met gradering, waarbij de cumulatieve zeefrest op de zeven N 480-d-32, 23,11,2, 5,6, 2,8, 1,4, 0,60, 0,300, en 0,150 resp. bedroeg 0, 7,9, 39,0, 60,0, 65,5, 70,0, 79,3, 92,8,en 99,6%, zodat de fijnheidsmodulus 5,14 bedroeg. Bij de drie gekozen specietemperaturenzijn enige eigenschappen van de specie in de drie klimaten bepaald (tabel 2).I. Sedimentatie als oorzaak van scheurvorming in niet verhard betonUit figuur 7a blijkt dat de sedimentatiesnelheid gedurende de periode dat deze constant is,ongeveer recht evenredig is met de speciehoogte; er wordt geen duidelijke invloed van despecietemperatuur en het klimaat gemerkt. Ook de totale sedimentatie (fig. 7b) blijktCement XXI (1969) nr. 4 1415Meetopstelling voor het bepalen van deplastische krimp6Opstelling voor het bepalen van scheur-vorming aan gewapend-betonplaten30 X 60 X 10 cmongeveer recht evenredig te zijn met de speciehoogte. Uit figuur 7c volgt dat tot een hoogtevan ca. 8 cm (dus zeker over de betondekking) de sedimentatietijd recht evenredig is met despeciehoogte, terwijl voor speciehoogten groter dan ca. 20 cm deze tijd nagenoeg constant isen gemiddeld ca. 85 minuten bedraagt (t.o.v. tijd van water toevoegen).Hoewel in principe de sedimentatiesnelheid omgekeerd evenredig zou moeten zijn met deviscositeit van de waterfase, die nl. temperatuurafhankelijk is, wordt geen duidelijke invloedvan specietemperatuur en klimaat op de sedimentatie gevonden; blijkbaar merkt men dezeinvloed niet als gevolg van de spreiding.7aSedimentatiesnelheid als functie van dehoogte7bSedimentatie als functie van de hoogte7cSedimentatietijd als functie van de hoogte7dSedimentatiesnelheid als functie van detotale sedimentatie7eMaximale sedimentatiesnelheid naast wa-peningsstaven als functie van de dekking(uitgedrukt t.o.v. de speciehoogte)lucht specietemp?C %.R.V temp.?C? 5 80 10,5X 20 40 15 30 35 32Cement XXI (1969) nr. 4142Tabel 2Eigenschappen van gebruikte betonspecietemp. klimaatspecie?Ctemp.?C % r.v. aanduidingzetmaat(cm)uitbreid-maat (cm)vol.gew.specie(kg/dm3)lucht-gehalte(%)10,515,032,052030804035winterklimaatzomerklimaat 1zomerklimaat 217,516,010,55351,5442,342,342,341,81,71,88Lengteverandering van betonspecie alsfunctie van de ouderdom (temp. beton-specie bij aanvang 10 ?C, verhardings-condities: winterklimaat, 5?C/80% r.v.)De aldus gevonden sedimentatie wordt echter verstoord door bij voorbeeld wapeningsstaven:op het tijdstip dat de sedimentatie boven de wapeningsstaaf is ge?indigd, zal naast de staafhet sedimentatieproces verder gaan. Deze snelheid lijkt een criterium voor mogelijke scheur-vorming en wordt dan ook afgelezen uit de waarnemingen voor de speciehoogten bij beton-dekkingen van 1,5, 3 en 5 cm (als gebruikt bij de scheurproeven op betonplaten). Gezien degeringe invloed van specietemperatuur en klimaat worden deze sedimentatiesnelheden ge-middeld en grafisch in figuur 7c weergegeven. De dekking wordt hierbij uitgedrukt als ver-houding tot de speciehoogte, ten einde een meer universele grafiek te krijgen.Uit het onderzoek naar de scheurvorming van de gewapend-betonplaten 30 X 60 X 10 cmbleek, dat zich scheuren vormden boven die wapeningsstaven waarbij de berekende sedi-mentatiesnelheid naast de staven ca. 0,02 mm/min of meer bedroeg, aangegeven in figuur 7e.Hieruit zou voor de gebruikte betonsamenstelling uit figuur 7e volgen, dat scheurvormingboven wapeningsstaven optreedt voor een verhouding:betondekking. , . ^? U,oUspeciehoogte9Lengteverandering van betonspecie als functie van de ouderdom (temp. betonspecie bijaanvang 15 ?C, verhardingscondities: zomerklimaat 1, 20 ?C/40% r.v.)Cement XXI (1969) nr. 4 14310Lengteverandering van betonspecie alsfunctie van de ouderdom (temp. beton-specie bij aanvang 30 ?C, verhardings-condities: zomerklimaat 2, 30?C/35% r.v.)Uiteraard zal de gevolgde interpretatie worden geverifieerd voor een aantal andere beton-samenstellingen.2. Plastische krimpIn de figuren 8, 9 en 10 wordt de plastische krimp van de onderzochte betonsamenstellingweergegeven als functie van de verhardingstijd voor de drie klimaten.Duidelijk ziet men uit deze figuren dat de plastische krimp toeneemt naarmate het klimaatwarmer, en naarmate de windsnelheid groter is. Ook de tijdsduur waarin dit krimpverschijn-sel zich afspeelt, blijkt door de hiervoor genoemde factoren te worden verkort, met anderewoorden de krimpsnelheid is groter naarmate het klimaat warmer en de windsnelheid hogeris. Zo blijkt dat binnen 5 uur verkortingen van ca. 1 ? 2 % kunnen optreden, die de speciezonder scheuren moet kunnen volgen ! Nadere studie van het rheologisch gedrag van despecie is dus duidelijk van belang.Daarbij blijken nog verschillen op te treden tussen de krimp van het oppervlak en die terplaatse van de kern van de proefstukken. Deze verschillen worden weliswaar weinig be-?nvloed door temperatuur en windsnelheid, doch kunnen wel een belangrijke factor zijn watbetreft de scheurgevoeligheid van de specie.Het zal duidelijk zijn dat de Commissie dit interessante krimpprobleem nader zal bestuderen.vervolg van blz. 149(Mededelingen van de Betonvereniging)De bespreking had een levendig, leerzaamen af en toe pittig karakter en vormde eenwaardige afsluiting van de betontechnologi-sche carri?re van ir.N.J.Rengers, die 's mor-gens te kennen had gegeven zich in de loopvan 1969 terug te trekken uit de werkzaam-heden rondom de cursussen betontechnolo-gie.In oktober 1933 begon hij samen met S.A.Zwolsman, ing. met een cursus in Amster-dam, andere cursussen volgden in Rotter-dam, Utrecht en 's-Gravenhage. Voor zoverkan worden nagegaan in jaarverslagen e.d.werden ca. 225 cursisten opgeleid. Aanvan-kelijk bedroeg het cursusgeld f 15,--; onderinvloed van de crisistijd werd het f 10,-- envoor studerenden 5,--. Na 1937 houdenalle berichten over deze cursussen op.In 1959 kon ir.Rengers het blijkbaar niet lan-ger uithouden en beginnen er opnieuw cur-sussen betontechnologie, nu echter op gro-tere schaal, zodat in 9 jaar ruim 1600 belang-stellenden deze cursussen volgden. Met decursus Betonpraktijk CB2 en de vooroorlog-se cursussen zijn dan ongeveer 2000 perso-nen wegwijs gemaakt op het gebied van debetontechnologie. De Betonvereniging is ir.Rengers grote dank verschuldigd voor hetbelangrijke aandeel dat hij in deze scholingheeft gehad.Gebroken grind als toeslagmateriaalDe Researchvereniging Grintwinningsbedrijfheeft het Instituut IBBC-TNO verzocht eenlitteratuuronderzoek in te stellen naar enigeaspecten bij het gebruik van gebroken toe-slagmateriaal in beton in plaats van afgerondmateriaal.Behandeld werden de verwerkbaarheid, ho-gere sterkten, de invloed bij pompbeton, hetmengen en de slijtage van transportbanden.Voor leden van de Betonvereniging is ditrapport verkrijgbaar bij de Betonverenigingtegen vergoeding van verzend- en admini-stratiekosten, zijnde 2,50 per exemplaar.Goedkeuring betoncentraleGoedgekeurd is het betonmortelbedrijf N.V.Van Baarsen Betonmortel B.B.M., Regula-teurstraat 7, Amsterdam-Noord (tel.: 020-26 58 11).Cement XXI (1969) nr. 4 144