Toevoegingen aan betonspecie bij lage temperaturendoor P. W. Scharroo, Kolonel der Genie b.d. 1)Tot voor korte tijd werd in ons land betrekkelijk weinig aandachtgeschonken aan de mogelijkheid, ook bij lage temperaturenbouwwerken uit te voeren. De betekenis hiervan werd te veelonderschat, totdat in de laatste winterperiode overtuigend werdaangetoond, dat hiermede economische belangen zijn gemoeid,welke niet kunnen worden veronachtzaamd. Het stil liggen vanbouwwerken gedurende langere tijd brengt niet alleen grote ver-liezen mede voor de aannemers, doch het betekent ook eenproductieverlies, dat uit een oogpunt van algemeen nationaalbelang moet worden beperkt.Nu dit aan den lijve werd gevoeld, wordt ook de technische zijdevan dit veelomvattende vraagstuk meer naar voren gebracht.Verheugend is in dit verband, dat de Nederlandse Aannemers-bond en Patroonsbond voor de Bouwbedrijven in NederlandN.A.P.B. een prijsvraag heeft uitgeschreven voor voorstellen,welke het doorwerken ook tijdens vorst technisch en economischmogelijk maken.Reeds vroeger (zie Cement 5 (1953) Nr II-I2) werden in algemenezin de maatregelen besproken, welke voortzetten van de uit-voering van betonwerken bij lage temperaturen mogelijk kunnenmaken. Tot deze maatregelen behoort het toevoegen van materi-alen, welke het vriespunt van het aanmaakwater verlagen entevens de binding van het cement, welke door de lage tempera-tuur wordt vertraagd, versnellen onder verhoging van de bin-dingswarmte.Op de waarde, welke dergelijke materialen kunnen hebben,zal hieronder nader worden ingegaan. Vooral ook aangezien om-trent deze toevoegingen in de laatste tijd nieuwe gezichtspuntennaar voren zijn gebracht, welke in de practijk reeds tot doel-treffende resultaten hebben geleid.Gebezigde toevoegingenVoor het verlagen van het vriespunt van het aanmaakwater en bijenkele toevoegingen ook voor het verhogen van de bindings-warmte van het cement, worden wel gebezigd keukenzout(natriumchloride, NaCI), soda (natriumcarbonaat, Na2C03),chloormagnesium (magnesiumchloride, MgCI2) en chloorcalcium(calciumchloride, CaCI2), alsmede verschillende preparaten,welke in de handel zijn onder benamingen als antifrosto, denso-antivries, frigit, friton, ?mogen, lanco-antivries, orgen, polarplast,solifast, tricosal, enz. Het toevoegen van dergelijke materialenmag geen aanleiding zijn om de voorzorgsmaatregelen, welkevoor het verwerken van betonspecie bij lage temperaturenmoeten worden getroffen, achterwege te laten.Met deze toevoegingen kunnen in het algemeen de volgenderesultaten worden bereikt:Keukenzout, toegevoegd aan betonspecie tot een hoeveelheidvan 5 tot 8%, verlaagt het vriespunt van het aanmaakwater op--5 tot --10 ?C. In de regel zal de toevoeging beperkt moetenblijven tot 5%. Echter wordt hierdoor de sterkte van het betonkleiner, terwijl bij gewapend beton roesten van de wapening nietis uitgesloten. Bovendien wordt het beton enigszins poreus enkan uitslag het gevolg zijn van deze toevoeging.So da versnelt de binding van het cement en verlaagt het vriespuntvan het aanmaakwater in geringe mate, zodat deze toevoegingalleen toepassing kan vinden bij niet te lage temperaturen. Dewapening van gewapend beton wordt door toevoeging van sodaniet aangetast. Een nadeel is echter, dat door deze toevoeging dedruksterkte van het beton kleiner wordt en ook uitslag van hetbeton niet is uitgesloten.Soda gedraagt zich verschillend tegenover de onderscheidenecementsoorten, zodat in elk afzonderlijk geval de toepassings-mogelijkheid proefondervindelijk moet worden onderzocht.Chloormagnesium versnelt de binding, doch is voor gewapendbeton uitgesloten.Chloorcalcium in een hoeveelheid van 2 tot 4% van hetcementgewicht van de mortel is voor temperaturen tot --10 ?Ceen veel toegepaste en doelmatige toevoeging. Het vriespuntvan het aanmaakwater wordt hierdoor verlaagd, de binding vanhet cement wordt versneld en de bindingswarmte wordt groter.Echter gaat door toevoeging van chloorcalcium het beton, vooralin de eerste tijd van de verharding, meer krimpen. Bij gewapendbeton moet worden gezorgd voor een dichte omhulling en een') Voor de scheikundige uiteenzettingen werd de medewerking verkregenvan de heer F. W. van Gulick.voldoend dikke betondekking van de wapening, teneinde roest-vorming te voorkomen.Handelspreparaten geven overeenkomstige resultaten als dehiervoren genoemde materialen naar gelang van de basis, waaropzij zijn samengesteld.In het algemeen kan worden vastgesteld, dat de toepassing vanmaterialen ter verlaging van het vriespunt van het aanmaak-water met de nodige voorzichtigheid moet geschieden. Door velevan deze toevoegingen toch worden de sterkte en de dichtheidvan het beton kleiner, gaat het beton meer krimpen en is dewapening onderhevig aan roesten. Bij het maken van werken ingewapend beton is dan ook toevoeging van dergelijke materialenin beginsel niet gewenst. In Engeland is het gebruik bij gewapendbeton zelfs verboden (zie Concrete, 1944, blz. 158). Ook deAnweisung f?r Mortel und Beton (A.M.B.) van de DeutscheReichsbahn geeft voor gewapend beton eenzelfde verbod, terwijlvoor andere betonwerken in uitzonderingsgevallen en dan alleenbij temperaturen tot --15 ?C, het gebruiken van een 90 tot 93%oplossing van chloorcalcium wordt toegestaan.Bij het verwerken van aluminiumcement zal toevoegen vanmaterialen ter verlaging van het vriespunt van het aanmaakwaterin de regel niet of slechts zelden nodig zijn wegens degrote bindingswarmte, welke aluminiumcement ontwikkelt.Het gebruiken van chloorcalcium en ook van keukenzout moetbij het verwerken van aluminiumcement sterk worden ontraden,wegens de mogelijkheid van electro-chemische structuurwijzigingvan de cementdeeltjes.Hoe werken de toevoegingen ?De werking van de bovengenoemde toevoegingen is een fysisch-chemische.Verlaging van het vriespunt van het aanmaakwater.De oplossingen van de zouten NaCI, NaaCOg, MgCI2, CaCI2, enz.kunnen worden beschouwd als systemen van twee componenten,nl. het water en het zout. Zoals uit de mineralogie en de metal-lurgie bekend is, geven dergelijke systemen een eutektisch smelt-punt, dat lager ligt dan elk van de smeltpunten der componenten.De temperatuur, waarbij het aanmaakwater in een dergelijk gevalgaat bevriezen, ligt dus, afhankelijk van de concentratie, lager ensoms aanzienlijk lager dan 0 ?C.Versnellen van de binding en vergroting van de bin-dingswarmte. De mening wordt wel verkondigd, dat de ver-snelling van de binding een gevolg zou zijn van een scheikundigeinwerking van de toevoeging op het cement. Zo bijv. zou keuken-zout een scheikundige verbinding aangaan met het vrije kalk-hydraat van het cement. Dit is echter niet juist. In het systeemvan keukenzout en kalkhydraat is de oplosbaarheid van hetlaatste heel wat kleiner dan die van de mogelijk gevormdereactieproducten.De bindingswarmte van cement is in hoofdzaak chemischewarmte en overigens fysische warmte. De toegevoegde zoutenkristalliseren uit tijdens het verhardingsproces van de mortel bijde chemische binding van het aanmaakwater en voorts door ver-damping. De kristallisatie-warmte draagt niet wezenlijk bij inhe ttotaal van de bindingswarmte.Chloreren van bindmiddelenBeginsel. Op een geheel ander beginsel berust het chlorerenvan bindmiddelen om hierdoor verwerken van betonspecie enmortels bij lage temperaturen mogelijk te maken. Deze werk-wijze van de ingenieurs N. N. Beresin en P. E. Rickert 2) is inRusland, zelfs in zeer koude streken als het Oeralgebied, reedsenkele jaren met goed resultaat toegepast bij het uitvoeren vanbetonwerken en van metselwerk, het aanbrengen van bepleis-teringen, enz.Bij de gebruikelijke, hierboven vermelde toevoegingen wordtdoor fysisch-chemische inwerking het vriespunt van het aan-maakwater verlaagd en de bindingswarmte van het cement ver-groot. Dergelijke toevoegingen kunnen slechts toepassingvinden bij temperaturen tot enkele graden onder het vriespunt.Door chloreren worden de cementdeeltjes omhuld door eenbuffer-laagje, dat bescherming geeft tegen de inwerking van vorst.2) Das Chloren der Bindemittel f?r Winterbauten, door . N. Beresin enP. E. Rickert. Uit het Russisch bewerkt door Bau-lnz. Joachim Wolf(VEB Technik, Berlijn, 1954).Cement 7 (1955) Nr 9-10 235Dit laatste wordt bereikt door voor het aanmaken van beton-specie of mortel te gebruiken een oplossing van chloorkalk(waaraan de formule wordt toegedacht van 2 CaOCI2.2 H20) inwater. Zonder dat gevaar bestaat, dat de eigenschappen van debetonspecie worden geschaad, kan dan op de gewone wijzeworden doorgewerkt bij temperaturen tot ongeveer --25 tot--30 ?C. Onder de vorming van ijskristallen bevriest het bind-middel niet. Ook bij lage temperaturen blijven mortels met ge-chloreerd cement plastisch en kunnen deze op de normale wijzeen in de voor elk afzonderlijk geval gewenste samenstellingworden aangemaakt en verwerkt. Slechts bij toepassing vanaluminiumcement is het gebruiken van een chloorkalkoplossingvoor het aanmaken van mortel uitgesloten. Laboratoriumproevenhebben uitgewezen, dat door het aanmaken van betonspecie metchloorkalkwater de sterkte van beton niet achteruitgaat.Bij het verwerken van chloorkalkwater moeten voor de arbeidersspeciale voorzorgsmaatregelen worden getroffen, welke kort-heidshalve hier niet worden vermeld. Op de betonmolen heeft dechloorkalkoplossing, wanneer de molen in werking ?s, geennadelige invloed.Werking. Uit proeven naar het gedrag van chloorkalk ten op-zichte van portlandcement bleek, dat zich bijzondere collo?dalestructuren vormden. De stabiliteit en de structuur van de col-lo?dale systemen bij de overgang van sol in gel zijn in sterke mateafhankelijk van de waterstofionen-concentratie. De stabiliserendewerking van chloorkalk meent men dan ook te moeten toekennenaan het hypochloriet-radicaal, dat een dissociatieconstante heeftin de orde van 3. I0-8.Aangenomen mag worden, dat chloorkalk de geladen mortel-deeltjes omhult, daardoor de stabiliteit vergroot en binnenzekere grenzen de reactietemperatuur ongevoeliger maakt. Ookheerst de opvatting, dat het OCI als vast deeltje een onderdeelvormt van een structurele opbouw van een cement-OCI-waterpartikel, dat stabielere en indifferentere kwaliteiten bezit dan degevoeligere cementsol.De in water opgeloste chloorkalk werkt actief op staal in metsterke corrosie-effecten. Vooral in contact met lucht, waarbijchloorkalk met het koolzuur (C02) reageert en in bewegendeoplossingen, is de chemische werking op staal fel. Uit uitvoerigeonderzoekingen is echter gebleken, dat bij een lucht-arme mortelmet een stilstaande chloorkalkoplossing de aantasting vanwapeningstaven uiterst gering is. Bij destructieve controle opverharde en tien dagen oude proefstukken van gewapend betonvertoonden de tevoren goed gereinigde staven slechts hier endaar nauwelijks waar te nemen roestvlekjes van oppervlakkigkarakter.Toepassing. Cloorkalk is een wit poeder, dat wordt verkregendoor chloorgas te laten inwerken op gebluste kalk. Het mag nietmeer dan 2% aan calciumchloride bevatten; bij een hoger gehaltekan uitslag van het beton of van een bepleistering het gevolg zijn.Het vochtgehalte mag niet meer bedragen dan 10%. Bij een hogervochtgehalte is chloorkalk niet meer te gebruiken, aangezien danhet gevaar bestaat, dat te veel hygroscopisch calciumchlorideaanwezig is. In water opgelost, kan chloorkalk zonder bezwaarworden verwerkt, aangezien de chloorkalk haar scheikundigewerking kan uitoefenen, voordat ten gevolge van het opnemenvan water de chloorkalk wordt omgezet.Chloorkalk moet worden verpakt in hermetisch gesloten houtenvaten, die worden opgeslagen in droge, tegen binnendringen vanvocht beschermde, goed geventileerde ruimten, waarin de tem-peratuur niet mag stijgen boven 25 ?C. Bij kamertemperatuurkan chloorkalk ongeveer twee tot drie dagen worden bewaard.Hoeveel chloorkalk in het aanmaakwater moet worden opgelost,is uiteraard afhankelijk van de temperatuur, waarbij betonspecieof mortel moet worden aangemaakt en verwerkt. Naar gelangdeze temperatuur lager is, moet de concentratie van de oplossingsterker zijn. Bij vorst van 0 tot --10 ?C moet een oplossingworden gebruikt met een soortelijk gewicht van 1,04 en een ge-halte aan chloorkalk van 8 kg per 100 liter water. Bij tempera-turen van --10 tot --17 ?C moet het chloorkalkgehalte 12 kg perliter bedragen en heeft de oplossing een soortelijk gewicht van1,06, terwijl bij zeer strenge vorst een oplossing nodig is met18 kg chloorkalk per 100 liter water en een soortelijk gewichtvan 1,08.Op het bouwwerk kan de oplossing van chloorkalk in water wor-den bereid door een goed te sluiten ketel te vullen met water,dat op een temperatuur van 30 tot 35 ?C wordt verwarmd en indit water per 100 liter 8 tot 18 kg chloorkalk grondig dooreen temengen en te roeren. Daarna moet de oplossing ongeveer I tot1? uur blijven staan. Met behulp van een rubberslang wordt ver-volgens het chloorkalkwater in de vereiste hoeveelheid in debetonmolen gebracht, waarin de betonspecie op de normalewijze wordt bereid.Conclusie. Theoretisch kan worden verklaard, dat het mogelijkkan zijn met deze werkwijze bij het verwerken van betonspecieen mortels bij lage temperaturen gunstige resultaten te bereiken.Uit de practijk is bekend, dat hiermede in Rusland goede er-varingen werden opgedaan en dat aldaar de kosten van uitvoeringvan bouwwerken door het chloreren van de bindmiddelen slechtsin betrekkelijk geringe mate werden verhoogd. In ieder gevalwas deze kostenverhoging belangrijk minder dan de economischenadelen, welke het gevolg zouden zijn geweest van stil liggenvan de werken gedurende de tijden van zeer lage temperaturen.Ofen in hoeverre deze werkwijze ook voor Nederland van belangkan zijn en welke technische en economische voordelen en be-zwaren hieraan voor Nederlandse toestanden zouden kunnenzijn verbonden, zal door nadere onderzoekingen moeten wordenuitgemaakt. De afgelopen wintermaanden hebben duidelijk aan-getoond, dat het alleszins gewettigd is in dit verband aan deRussische ervaringen aandacht te schenken c.q. proeven te ver-richten.autosnelwegSao Paulo-Santos'Via Anchicta'236 Cement 7 (1955) Nr 9-10