O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetontechnologieDe mortels zijn aangemaaktvolgens een procedure afgeleidvan een cursus ZVB [1, 2]. Eenmortel (cement, vulstof, zand,water en superplastificeerder (SP))is onderworpen aan een vloei- entrechterproef. De eerste geeft demate van vloeibaarheid; de tweedede mate van samenhang van demortel. De vloeiproeven zijn uitge-voerd met een Haegermannkegel,net als de pastaproeven (zie eersteartikel). Van de uitgevloeidemortel zijn twee diameters opge-meten [2]. De vloeimaat is:d1+ d2vloeimaat = ___________ (1)2Daarna volgde de trechterproef(fig. 1).In de literatuur zijn verschillendeeisen gegeven die aan de vloei-maat en trechtertijd wordengesteld:? vloeimaat 240 ? 260 mm, trech-tertijd 7 ? 11 s [3];? vloeimaat 290 ? 25 mm, trech-tertijd 9 - 10 s [4];? vloeimaat 305 ? 325 mm, trech-tertijd 7 ? 9 s [1];? vloeimaat 250 mm, trechtertijd9 ? 11 s [5].Gestreefd is naar een vloeimaatvan 320 mm en een trechtertijdvan 8 s [6]. Mortelproeven met be-tonzand 0-4 mm wezen uit dat eenaggregaatporositeit van 48% leidttot mengsels die de gewenstevloei-eigenschappen bezitten. Ge-bleken is dat n = 1,2% (= % SP oppoeder, zie eerste artikel) goede re-sultaten geeft [2]. Latere proevenmet betonspecie wezen echter uitdat een morteltrechtertijd van 8 stoch te hoog is; 5 ? 6 s is gewenst.De mengselsamenstelling met be-tonzand 0-4 mm kon verderworden geoptimaliseerd door hettoepassen van fijner zand, zoalsmetselzand 0?2 mm (meer fijnmateriaal, dus betere vloeibaar-heid en samenhang van hetmengsel). Daarom is 40% van hetbetonzand vervangen door metsel-zand 0-2 mm; dit bij gelijke poro-siteit (48%). Met een lagere dose-ring SP, n = 1,1%, is de gewenstemorteltrechtertijd van 5 s verkre-gen.Bij het toepassen van fijn zand 0-1mm kon naar verwachting de hoe-veelheid poeder nog verder wordengereduceerd, zonder de samen-hang van het mengsel nadelig tebe?nvloeden. Daarom werd 40%van het betonzand vervangen doorfijn zand 0-1 mm. Wederom wasde porositeit 48%; nu volstond n =1,0%.Toepassing van fijnere soortenzand draagt bij aan de verwerkbaar-heid en leidt dus tot een lagere n.P r o e v e n b e t o n s p e c i eOp de drie mengsels, ontworpenvoor de mortelproeven, werdenook specieproeven uitgevoerd. Ui-teraard werd dan wel de grindfrac-tie meegenomen. De zelfverdich-tende eigenschappen werdenbeoordeeld en de mengselsamen-stelling zo nodig bijgesteld [2].Voor de beproevingsmethodenwordt verwezen naar [7 en 8] entabel 1.Slump flowDe consistentie van de betonspe-cie is beoordeeld op basis van devloeimaat en de vloeitijd (slumpflowproef met de kegel vanAbrams). Naast de vloeimaat (vgl.1; streefwaarde 630-800 mm) isook de tijd gemeten wanneer debetonspecie een uitspreiding van500 mm had bereikt. Deze vloei-tijd (t500; streefwaarde 2-5 s) geefteen indicatie van de snelheid vanuitvloeien en van de vloeibaarheidvan de betonspecie. De slumpcement 2004 6104Deel 2: Proeven op mortel en betonspecieZelfverdichtend beton volgensde Chinese methodeir. H.J. Radix en dr.ir. H.J.H. Brouwers, Universiteit Twente, faculteitConstruerende Technische Wetenschappen, afdeling BouwtechnologieIn het vorige nummer van Cement is de theorie van de Chinese ZVB-mengsel-ontwerpmethode besproken; een methode die het ontwerpen van zo econo-misch mogelijke mengsels als uitgangspunt heeft. Gesteld is dat het toepas-sen van fijn zand een goede optie kan zijn om het verbruik van andere poe-dermaterialen terug te dringen. In dit vervolgartikel worden de resultaten vanmortel- en betonspecieproeven beschreven.1 |Trechter met afmetingenvoor bepalen trechtertijdmortel [2]Tabel 1 | Beproevingsmethoden ter beoordeling van de verwerkbaarheid [6]eigenschap testmethodevullend vermogen slump flowslump flow (t500 mm)V-funnel (trechter)passerend vermogen J-ringweerstand tegen V-funnel (t5 minuten)segregatietrechterafmetingen [mm]A 270B 240C 60D 30E 30volume (l) 1,13ABCEDO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetonte chnologieflowproef geeft tevens een indica-tie van de stabiliteit (weerstandtegen ontmengen) op basis vaneen visuele beoordeling van de uit-gevloeide specie.V-funnelMet de V-funnel (fig. 1) is de ge-middelde doorstroomtijd bepaald[8]. Dit is een maat voor de viscosi-teit van de betonspecie en de matevan samenhang, en dus stabiliteitvan de betonspecie. De afmetin-gen van de trechter zijn afhanke-lijk van de maximale korreldiame-ter van het grind (tabel 2).De gemiddelde trechtertijd is:t1+ t2ttbs= _________ (2)2Uit [8] volgt ttbs= 5 - 15 s; de Aan-vulling op BRL 1801 noemt9 - 25 s.De maat voor de stabiliteit is:St= t3? ttbs(3)Hierin is t3de trechtertijd nadathet mengsel eerst vijf minuten inde trechter heeft stilgestaan (St= 0als t3< ttbs). De Aanvulling op deBRL 1801 eist St< 3 s.J-ringHet zelfverdichtend vermogen ende blokkeringgevoeligheid zijn on-derzocht met de J-ring; een stalenring met spijlen die om de kegel-mantel werd geplaatst (fig. 2a). Alsna het optrekken van de kegel despecie tot rust was gekomen (fig.2b), werd de blokkeringsmaat Bbepaald [8]:B = 2 ? (hin? hex) ? (hc? hin) (4)waarin hc, hinen hexde specie-hoogte is in, respectievelijk, hetmidden, aan de binnenzijde enaan de buitenzijde van de J-ring.Vereist is B < 15 mm. Uit visueleobservatie van het specieoppervlakkonden ook conclusies worden ge-trokken over de kans op ontmen-ging en blokkering.Ten slotte is het luchtgehaltebepaald. In het mengselontwerp isuitgegaan van een luchtgehaltevan 1,5 vol.-% (zie eerste artikel).Superplastificeerders hebben eenbeperkte werkingsduur [9]. Vooralvoor de in situ betonindustrie isde ontwikkeling in de tijd van deverwerkbaarheid na aanmaak vande betonspecie van groot belang.Om deze te onderzoeken, zijn deslump flow- en de J-ringproef her-haald 15, 30, 45, 60, 90 en 120minuten na aanmaak van de be-tonspecie. Tijdens de uitvoeringvan deze proef is de betonspeciein beweging gehouden om zo dewerkelijkheid (het agiteren; hetlangzaam ronddraaien van detrommel van de truckmixer) zogoed als mogelijk na te bootsen.Daartoe heeft de betonmolensteeds 1 minuut gedraaid nadatdeze 4 minuten had stilgestaan.R e s u l t a t e n p r o e v e nb e t o n s p e c i eTabel 3 toont de definitieve ZVB-mengselsamenstellingen zoalsontwikkeld met de mortel- en spe-cieproeven. Het blijkt dat hetgehalte zand hoog is; het gehaltecement en vulstof (kalksteenmeel)is slechts 473 ? 499 kg/m3. Demengsels hebben een (aggregaat-)porositeit van 36%. Alle mengselsvoldoen aan de hiervoor beschre-ven eisen (tabel 4). Tabel 5 geefthet luchtgehalte en de volumiekemassa.Het luchtgehalte van de driemengsels is hoger dan de 1,5% dieis aangenomen in de mengselbe-rekeningen. Een mogelijke verkla-ring hiervoor is dat de specie bijde meting (5 min. nadat het lucht-drukvat was gevuld) nog niet vol-doende tijd heeft gehad om te ont-luchten. De waarden blijvenechter wel binnen de eis van 3%(NEN 5962; 1988).Figuren 3 en 4 tonen de ontwikke-ling van de vloei- en blokkerings-maat [2]. Uit figuur 3 blijkt dat devloeimaat nagenoeg lineairafneemt in de tijd. Bij de metingna 15 minuten valt echter op datde vloeimaat van alle drie demengsels juist is toegenomen.Een mogelijke verklaring hiervooris dat het enige tijd kost voordat dewerking van de superplastificeer-der optimaal is. De vloeimaat vanmengsel A neemt sterk af in decement 2004 6 1052 |Opstelling J-ring (a) enresultaat proef (b)Tabel 2 | Afmetingen V-funnel (zie fig. 1)type gradering0-4 0-8 0-16 0-32A 270 390 515 600B 240 350 450 515C 60 105 150 195D 30 40 65 85E 30 40 75 95vol. (l) 1,13 3,27 10,51 18,30Tabel 3 | Definitieve mengselsamenstellingenmateriaal mengsel A mengsel B mengsel C[kg/m3] [kg/m3] [kg/m3]CEM III/B 42,5 N LH/HS 310 315 320kalksteenmeel 189 164 153zand 0-1 mm - - 388zand 0?2 mm - 306 -zand 0?4 mm 1018 719 628grind 4?16 mm 667 673 687water 170 173 174superplastificeerder 6,0 5,51 5,21water?cementfactor 0,55 0,55 0,55water-poederfactor 0,34 0,36 0,37Tabel 4 | Resultaten specieproevenresultaat mengsel A mengsel B mengsel Cgemiddelde vloeimaat [mm] 720 745 730vloeitijd t500[s] 3 3 3blokkeringsmaat [mm] 14,5 4,0 12,5gemiddelde trechtertijd [s] 12 11,5 12trechtertijd na 5 minuten [s] 15 14 15O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetontechnologietijd; na 60 minuten laat de J-ring-proef dan ook een duidelijke matevan blokkering zien (fig. 4).Mengsels B en C echter voldoenna 2 uur nog aan de eis (vloeimaatvan min. 650 mm). Wel moetworden opgemerkt dat dit voormengsel C maar net aan is. Uitfiguur 4 blijkt dat mengsel A na 45minuten niet meer voldoet aan deeis B < 15 mm en na 60 minutenvertoont het mengsel blokkering:de specie vloeit nog wel tussen despijlen door, maar een groot ge-deelte blijft aan de binnenzijdevan de ring liggen. Mengsel Bpresteert beter dan mengsel A,maar voldoet na 45 minuten nietmeer aan de eis. Mengsel Cvoldoet na 60 minuten nog juistaan de eis, maar na 90 minutenvoldoet ook deze specie niet meer.Wel moet worden opgemerkt datde berekening van de blokkerings-maat erg gevoelig is voor kleine af-wijkingen in de speciehoogte. Deeis die aan B wordt gesteld is danook zeer streng en eigenlijk alleente hanteren als de speciehoogte totop 0,1 mm nauwkeurig kanworden opgemeten (bijv. door la-sermeting). In Duitsland wordtdaarom niet de speciehoogte alsrichtlijn aangehouden, maarwordt gekeken naar het verschil invloeimaat met en zonder J-ring.Het verschil mag niet meer dan 50mm bedragen. Dit is eenvoudigerdan de meetmethode die CURvoorschrijft. Alle drie de mengselsvoldoen trouwens zonder meeraan de gestelde eis.K o r r e l o p b o u wIn het eerste artikel is toegelichtdat de korrelopbouw belangrijk is.Daarom zijn in figuren 5 en 6 dekorrelgrootteverdelingen van dedrie mengsels weergegeven, zowelop dubbel- als enkellogaritmischeschaal. De dubbellogaritmischeschaal maakt eventuele afwijkin-gen in de gradering van met namehet fijne materiaal (< 250 mm)duidelijk zichtbaar; de enkelloga-ritmische schaal de eventuele af-wijkingen in het grovere materi-aal. In beide figuren zijn tevenshet Andreasen en Andersenmo-del, het Aangepaste Andreasen enAndersenmodel en het Fullermo-del (zie eerste artikel) weergege-ven.Uit de figuren blijkt dat de korrel-grootteverdeling van ZVB duide-lijk niet verloopt volgens de idealekorrelgrootteverdeling van Fullerzoals voor `normaal' beton ge-bruikt. De verdeling voldoet,volgens verwachting, veel beteraan het Aangepaste Andreasen enAndersenmodel. De q-waarde is0,25, wat overeen komt met de be-vindingen van [10].Toch is er nog enig verschil:tussen 100 ?m en 4 mm treedteen duidelijke verstoring op. Dezeis te verklaren door naar de korrel-grootteverdeling van het zand tekijken, omdat dat tussen 100 ?men 4 mm de belangrijkste bijdragelevert aan het mengsel.Gezocht zou moeten worden naartoeslagmaterialen waarvan de kor-relgrootteverdeling volgens eenrechte lijn verloopt en minder eenS-vormig patroon beschrijft. Decement 2004 61063 |Terugloop vloeimaat inde tijd4 |Toename blokkerings-maat in de tijd6406506606706806907007107207307407500 20 40 60 80 100 120tijd na aanmaak specie [minuten]vloeimaat[mm]mengsel A (zand 0-4)mengsel B (zand 0-2/0-4)mengsel C (zand 0-1/0-4)minimale eis [CUR-Aanbeveling 93]01020304050600 20 40 60 80 100 120tijd na aanmaak specie [minuten]blokkeringsmaat[mm]Tabel 5 | Resultaten bepaling luchtgehalte en volumieke massamengsel A mengsel B mengsel Cluchtgehalte [vol %] 2,6 1,7 2,5volumieke massa [kg/m3] 2220 2200 2200Tabel 6 | Hoeveelheid fijn materiaal (< 250 ?m) per m3 betonmengsel A mengsel B mengsel Cvolume fijn materiaal (< 250 ?m) per m3beton [m3] 0,195 0,189 0,245massa cement [kg] 310 315 320massa kalksteenmeel [kg] 189 164 153gedeelte zand 0?1 mm kleiner dan 250 ?m [kg] - - 180gedeelte zand 0?2 mm kleiner dan 250 ?m [kg] - 20 -gedeelte zand 0?4 mm kleiner dan 250 ?m [kg] 55 39 34totale massa fijn materiaal (< 250 ?m) per m3beton [kg] 554 538 687O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBetonte chnologieverwachting is dat dit een posi-tieve bijdrage levert aan de ver-werkbaarheid en stabiliteit. Uit deresultaten van de specieproevenblijkt dat mengsel C meer samen-hang en een betere stabiliteit heeftdan de andere twee mengsels. Hetfijne zand 0?1 mm heeft hieraanbijgedragen. Daarom konden, tenopzichte van de mengsels A en B,de hoeveelheden poedermateriaalen SP worden gereduceerd. Intabel 6 is de hoeveelheid fijn mate-riaal weergegeven.Het volume aan fijn materiaal is bijmengsel C ongeveer 0,245 m3, wattweemaal zo hoog is als het volumefijn materiaal dat NEN 5950 voor-schrijft voor een normaal betonmet een maximale korreldiametervan 16 mm (zie eerste artikel).De korrelgrootteverdeling vanmengsel C voldoet onder de250 ?m het beste aan het Aange-paste Andreasen en Andersenmo-del.Geconcludeerd kan worden datmet name het gehalte aan materi-aal dat kleiner is dan 250 mm groteinvloed heeft op de stabiliteit enverwerkbaarheid van een mengsel.Door de korrelgrootteverdeling ookin het nanogebied (< 1 ?m) te opti-maliseren is het wellicht mogelijkom toepassing van SP geheel over-bodig te maken.C o n c l u s i e sOp basis van de in het eersteartikel besproken uitgangspuntenzijn mengsels ontwikkeld en be-proefd. Het blijkt mogelijk meng-sels te maken die voldoen aan decriteria van de slump flow-, V-funnel- en J-ringproef en aan hettoelaatbare luchtgehalte. Bij dekorrelopbouw is zo goed als moge-lijk het Aangepaste Andreasen enAndersenmodel gevolgd, en zijnbinnen deze randvoorwaarde degoedkoopste materialen geselec-teerd. Dit leidt tot een relatief laagpoedergehalte (? 480 kg/m3beton-specie) en tot toepassing van goed-koop fijn zand. Het gebruik vanSP kan worden beperkt tot 1% vanhet poedergehalte. In een derdeartikel zullen de eigenschappenvan het verharde product wordenbeschreven. L i t e r a t u u r1. Cursushandboek Zelfverdich-tend Beton. Bond van Fabri-kanten van Betonproducten inNederland (BFBN), 2001.2. Radix, H.J., Chinese mengsel-ontwerpmethode voor Zelfver-dichtend Beton; Onderzoeknaar goedkope ZVB mengselsmet normale druksterkte, opbasis van een nieuwe ontwerp-methode en de toepassing vanfijn zand. Afstudeerscriptie,Universiteit Twente, Enschede,2004.3. Specification and Guidelinesfor Self-Compacting Concrete.EFNARC (European Federa-tion of Producers and Applica-tors of Specialist Products forStructures), februari 2002(www.efnarc.org).4. Ankon?, S.F.A., Zelfverdich-tend Beton. Stageverslag, Uni-versiteit Twente, Enschede,2000.5. Walraven, J.C., K. Takada enG.I. Pelova, Zelfverdichtendbeton, hoe maak je dat?Cement 1999 nr. 3.6. Bos, B., Persoonlijk contact,Bas BV, Venray, 2003.7. Aanvulling op de NationaleBeoordelingsrichtlijn Beton-mortel (BRL 1801), Hoogvloei-bare, verdichtingsarme en zelf-verdichtende betonmortel.Gouda, Certificatie InstellingStichting BMC, 2002.8. CUR-Aanbeveling 93, Zelfver-dichtend Beton. Gouda, Stich-ting CUR, september 2002.9. Souwerbren, C., Betontechno-logie. 9e geheel herziene druk.'s-Hertogenbosch, StichtingBetonPrisma, 1995.10. Elkem Materials, User Docu-mentation Language Indepen-dent Size Distribution Analy-ser (L.I.S.A), 2003(www.concrete.elkem.com).cement 2004 6 1070,11101000,1 1 10 100 1000 10000 100000korreldiameter (d) [micron]zeefrestin%(V/V)mengsel Amengsel Bmengsel Caangepaste Andreassen model, Dma= 16 mm, Dmi = 0,5 um, q = 0,25andreassen model, Dma= 16 mm, q = 0,25maxFuller model, Dma= 16 mm01020304050607080901000,1 1 10 100 1000 10000 100000maxmaxkorreldiameter (d) [micron]zeefrestin%(V/V)max min5 |Korrelgrootteverdelingvan mengsels A, B en Cop dubbellogaritmischeschaal6 |Korrelgrootteverdelingvan mengsels A, B en Cop enkellogaritmischeschaal