Alkali-aggregaatreactie in betondoor ir. C. van de Fliert, J. F. ten Hove en L.W. Schrap,Rijkswegenbouwlaboratorium ('s-Gravenhage)U.D.C. 666.94.015.263:666.972.12:666.94.015.7alkali-reactie : toeslagmaterialen : reacties tijdens de verhardingInleidingSinds enige decennia heeft men in sommige betonconstructiesexpansieverschijnselen waargenomen, die aanleiding gaven totdesintegratie van en scheurvorming in het beton. Dit leidde toteen uitgebreid onderzoek om de oorzaak van de expansie op tesporen. Men vond al spoedig, dat de eerste oorzaak lag in eenreactie tussen de in het cement aanwezige alkali?n en bepaaldereactieve bestanddelen in het aggregaat(1)*. Deze reactie isbekend geworden onder de naam 'alkali-aggregaatreactie'. Deexpansie als gevolg van de optredende alkali-aggregaatreactiebleek van een groot aantal factoren afhankelijk te zijn. In deloop der jaren zijn vooral in de Verenigde Staten en Australi?vele publikaties over dit onderwerp verschenen.De Amerikaan Stanton (?) heeft omstreeks 1940 de eerstebeschrijving van de expansieverschijnselen gegeven. Hij gafzodoende de stoot tot een uitgebreid onderzoek. Essentieel voorhet optreden van expansie bleek de aanwezigheid van reactiefmateriaal in het aggregaat, van alkali?n en van water. In welkemate de alkali-aggregaatreactie expansie ten gevolge zal hebben,is echter afhankelijk van vele bijkomende omstandigheden.Het expansie-mechanisme is een ingewikkeld samenspel vanfysische krachten gebleken. Hansen (2) verklaarde de expansieals een gevolg van het optreden van osmotische druk, terwijlVivian (3, 4) de verklaring zocht in de eigenschappen van hetreactieprodukt, dat als gel aanwezig is. Powers en S t e i n o u r(5, 6) toonden aan, dat tussen beide opvattingen geen fundamen-teel verschil bestaat, wanneer het begrip osmose wordt uit-gebreid voor een vaste stof.Er zijn verschillende methoden ontwikkeld om na te kunnengaan of een toeslagmateriaal in beton expansie zal veroorzaken.Bij de zgn. 'mortar bar test' (7) wordt de expansie rechtstreeksaan proefstaven gemeten. Daar deze methode veel tijd vergtheeft men naar een snellere gezocht. Mi elen z, Greene enBenton (8, 9) ontwikkelden de 'quick chemical test', waarmeena enkele dagen de potenti?le reactiviteit van een aggregaatkan worden voorspeld. Voorts is het mogelijk om petrografischde aanwezigheid van schadelijke bestanddelen vast te stellen.Ten slotte heeft men onderzoekingen gedaan naar de mogelijk-heid om bij aanwezigheid van reactieve stoffen expansie te voor-komen (10, 11,12,13,14,15).Door het Rijkswegenbouwlaboratorium werd een onderzoekingesteld naar mogelijk reactieve bestanddelen in Nederlandsetoeslagmaterialen.Omstandigheden die de expansie be?nvloedenHet optreden van abnormale expansie van beton werd in deVerenigde Staten ontdekt en in 1940 voor de eerste maal doorStanton (1) beschreven. Men had opgemerkt, dat betoncon-structies expansie vertoonden wanneer combinaties van bepaaldesoorten cement en bepaalde toeslagmaterialen waren gebruikt.Mortelstaven, waarin het zand geheel of gedeeltelijk door eenfijne fractie van het te onderzoeken aggregaat is vervangen, zijnzeer geschikt gebleken als middel om in het laboratorium hetexpansieverschijnsel nader te bestuderen (1). Vele verklaringenen beschouwingen zijn dan ook gebaseerd op waarnemingen,die bij proeven met mortelstaven gedaan zijn.Expansie bleek in eerste instantie het gevolg te zijn van het op-treden van de alkali-aggregaatreactie: een reactie tussen dealkali?n (Na2O en K2O) uit het cement en bepaalde reactievebestanddelen van het aggregaat. In de loop der jaren, waarindeze reactie bekend is, zijn verschillende reactieve bestanddelennader bepaald. Vooral genoemd worden (?, 12, 14, 16, 17):opaal, calcedon, tridymiet, cristobaliet, heulandiet; verschillendeglashoudende vulkanische gesteenten, zoals rhyoliet, daciet,andesiet; voorts opaal- en calcedonhoudend hoornsteen (flint,'chert'), terwijl opgemerkt is, dat ook verschillende glassoorten(o.a. pyrex) (?8) zeer reactief zijn. In het algemeen neemt de reacti-viteit van het aggregaat toe naarmate zij minder kristallijn is (1,14, 17).De eerste onderzoekingen toonden aan, dat vooral cement meteen hoog alkaligehalte, gecombineerd met een reactief aggregaat,abnormale expansie van beton kan veroorzaken (het totale* De tussen haakjes geplaatste, cursieve cijfersverwijzen naar de litteratuur-lijst aan het eind van het artikel.alkaligehalte wordt uitgedrukt in equivalente gew.% Na2O,dat is het gehalte in gew.% aan Na2O plus 0,658 maal het gehaltein gew.% aan K20). Men kwam spoedig tot de opvatting dat,indien cement gebruikt wordt met een alkaligehalte benedeneen zeker maximum, geen noemenswaardige expansie zoukunnen optreden.In de Verenigde Staten stelde men als eis (1), dat alleen cementmet een alkaligehalte lager dan 0,6% mocht worden gebruikt.Deze zou dan in combinatie met reactief aggregaat geen abnor-male expansie geven. Stanton (1) ontdekte reeds, dat de ex-pansie bij toeneming van het alkaligehalte en een constant gehalteaan reactief aggregaat, een bepaald maximum bereikt om bijverdere stijging van het alkaligehalte weer af te nemen. Evenzostijgt de expansie bij toeneming van het gehalte aan reactiefaggregaat en een constant alkaligehalte van het cement tot eenbepaald maximum en daalt weer bij verdere stijging van hetgehalte aan reactief aggregaat. Stanton (1) sprak in dit verbandvan de 'pessimum proportion', de meest ongunstige verhoudingwaarbij maximale expansie optreedt; deze ligt voor opaal bijeen gehalte van 2,5 tot 5 % en voor andere reactieve toeslag-materialen bij onder meer 10 %, 20% of hoger, tot 100 % toe.Woolf (19) is in deze richting verder gegaan en heeft uitvoerigonderzocht, of er een verband zou kunnen bestaan tussen deabnormale expansie van mortelstaven, het gehalte aan alkalivan het gebruikte cement en de hoeveelheid toegevoegd reactiefaggregaat. Hij vond niet het alkaligehalte van het cement be-palend voor het al of niet optreden van abnormale expansie,doch de verhouding tussen de gehalten aan alkali en reactiefaggregaat. Mortelstaven met reactief opaal expanderen niet,als deze verhouding kleiner is dan 0,13; maximale expansie treedtop bij een verhouding van ongeveer 0,4 ? 0,5. Bij een juiste ver-houding geeft ook cement met een alkaligehalte lager dan 0,6 %abnormale expansie. Woolf toonde dit aan bij mortelstaven meteen alkaligehalte in cement van 0,22 %. Vi vi a n (17, 20, 21) enDavis (22, 23, 24) kwamen langs andere weg ook tot de over-tuiging, dat bij cement met een laag alkaligehalte de mogelijkheidtot expansie niet is uitgesloten, onder meer op grond van onder-zoekingen over de transportmogelijkheid van alkali door betonen mortel: een verlaging van het alkaligehalte kan alleen expansievertragen, niet verhinderen.Uit een onderzoek van Davis (24) naar een mogelijk verschil ingedrag van Na2O en K2O is gebleken, dat K2O in het begin ietsheftiger reageert en dus een snellere expansie geeft, doch nalangere tijd blijkt Na2O een grotere expansie te veroorzaken.Grote verschillen zijn echter niet aangetoond.Behalve de noodzakelijke aanwezigheid van alkali?n en reactiefaggregaat is voor het optreden van expansie de beschikbaarheidvan water een essenti?le factor (25, 26, 27, 28). Maximale ex-pansie zal optreden, indien de drie noodzakelijke componenten:alkali, reactief aggregaat en water in de meest gunstige ver-houding aanwezig zijn (26). Is geen water beschikbaar, dan zalexpansie achterwege blijven. Op overtuigende wijze is dit doorV i v i a n (25) bewezen. Een aantal mortelstaven met reactief opaalwerden in een droge atmosfeeer bewaard. Er bleek geen ex-pansie op te treden, hoewel nader onderzoek van de stavenaantoonde, dat de alkali-aggregaatreactie wel had plaatsgevonden.Werden deze mortelstaven na enige tijd in een vochtige atmosfeerof in water geplaatst, dan trad in versneld tempo expansie op.In een zelfde serie proeven werd aangetoond, dat een overmaatwater eveneens het optreden van expansie kan voorkomen.Mortelstaven werden in water bewaard en vertoonden zelfs nalange tijd geen merkbare expansie. Volgens V i v i a n (3, 29)wordt bij de alkali-aggregaatreactie een gel-achtig reactie-produkt gevormd, dat door wateropname kan zwellen en daar-door expansie van beton kan veroorzaken. Is geen water aan-wezig, dan kan geen zwelling optreden; is overmaat water aan-wezig, dan zal het reactieprodukt snel vloeibaar worden en eenuitweg kunnen zoeken in de pori?nruimte van het beton of demortel.Ook het pori?ngehalte blijkt van invloed te zijn op de grootte vanmogelijke expansie (30, 31). Wanneer het cementgehalte vanmortel daalt of als de hoeveelheid aanmaakwater wordt vermin-derd, neemt de pori?nruimte (van de niet-gedroogde, verhardemortel) toe. Wanneer het pori?ngehalte groter is dan 7 ? 8 vol.%,blijkt geen abnormale expansie op te treden; wanneer zij lager is20 Cement 14 (1962) Nr. 1dan 7 ? 8 vol.%, kan expansie plaatsvinden. In beide gevallen blijkthet reactieve aggregaat gereageerd te hebben, doch de expansieheeft niet een toename van het uitwendig volume tot gevolg ge-had, maar is blijkbaar opgenomen door de beschikbare pori?n-ruimte. De reactie veroorzaakt alleen scheuren en desintegratie,wanneer de volumetoename niet in de mortel zelf kan wordenopgenomen.Door Mielenz en anderen (8) werd voorts gevonden, dat poreusreactief toeslagmateriaal geen expansie veroorzaakt.De te onderzoeken mortelproefstukken worden gewoonlijk inhet laboratorium in vochtige lucht bewaard, bij een temperatuurvan ongeveer 20 ?C.Vivian (3, 32) heeft nagegaan, welke invloedtemperatuurverhoging op de expansie heeft. Deze is twee?rlei:met de stijging van de temperatuur zal de reactiesnelheid van dealkali-aggregaatreactie toenemen en zal de viscositeit van hetreactieprodukt afnemen. Dit laatste zal tot gevolg hebben, dat hetreactieprodukt bij zwelling gemakkelijker een uitweg in de pori?nzal kunnen zoeken, zodat dikwijls een vermindering van deexpansie valt waar te nemen. In die gevallen, waarin slechts eenzeer trage reactie plaatsvindt en derhalve een vertraagde expansiekan optreden, zal temperatuurverhoging een vergroting van deexpansie tot gevolg kunnen hebben.Zeer belangrijk voor de expansie is de korrelgrootte van hetreactieve aggregaat. Stanton (1) vond, dat toeslagdeeltjes kleinerdan 175 micron geen expansie veroorzaakten, doch andere onder-zoekers (33) vonden weer dat de expansie de neiging vertoondetoe te nemen als de korrelgrootte afnam tot een waarde van 75?45micron. Vivian (33) vond soortgelijke uitkomsten: de expansieneemt toe wanneer de korrelgrootte van de reactieve componentafneemt. Dit geldt echter niet meer voor deeltjes kleiner dan50 micron; deze zeer fijne toeslagdeeltjes veroorzaken geenexpansie meer. Zij zullen na reactie zo weinig kunnen expanderen,dat zij de aangrenzende pori?nruimte in de mortel niet geheelzullen vullen. Het volume van een reactief deeltje zal dus mede-bepalend zijn voor het optreden van scheurvorming in de mortel.Met het toenemen van het aantal reactieve deeltjes stijgt ook hetaantal scheurtjes en evenzo de totale expansie. Boven een bepaaldaantal -dat toeneemt met het kleiner worden van de deeltjes-worden de scheurtjes niet meer talrijker, doch stijgt het aantalreactieve deeltjes per scheurtje, waardoor deze uniformer vanwijdte worden. McGowan en Vivian (34) hebben onder meeraangetoond, dat de wijdte van de ontstane scheuren bepalend isvoor de grootte van de expansie: de totale expansie is ongeveergelijk aan de som van de totale wijdte van de scheuren, in dezelfderichting gemeten.Interessant zijn de onderzoekingen van Vivian (25, 29, 31, 35, 36)over de treksterkte-veranderingen als gevolg van optredendeexpansie. In het algemeen blijkt bij expansie de treksterkte vanmortelstaven aanzienlijk te verminderen. Onderzoek leert, dathet begin van scheurvorming reeds optreedt wanneer nog geenexpansie wordt waargenomen en dat v??r het optreden vanexpansie de treksterkte reeds afneemt (29). Ook mortelstavendie geen expansie vertonen, doch waarbij wel de alkali-aggregaat-reactie heeft plaatsgevonden, tonen een duidelijke verminderingin treksterkte. Vivian (29, 36) vindt, dat de treksterkte-verande-ringen een goed beeld geven omtrent de stabiliteit van het aggre-gaat in mortel. Dit geldt in het bijzonder wanneer door een laagalkaligehalte van het cement een vertraging van de expansie kanoptreden.Reactie- en expansiemechanismeDe alkali-aggregaatreactie heeft onder 'gunstige' omstandighedenexpansie tot gevolg. Over deze omstandigheden is in het voor-gaande een en ander opgemerkt. Hoe moet men echter hetexpansie-verschijnsel zelf verklaren?In de verschillende betonconstructies, die expansie vertonen,heeft men steeds een gel-achtig materiaal aangetroffen, dat voor-namelijk uit Na2O (K2O), SiO2 en H2O bleek samengesteld, zij hetdat de verschillende onderzoekers voor de verhouding Na2O :SiO2 vaak verschillende waarden vonden (2, 15, 18, 37). De hoe-veelheid water bleek bepalend voor de toestand waarin men dezealkali-kiezelzuurverbinding aantrof: in vaste toestand, als eengelei-achtig produkt, als een collo?dale oplossing of als een werke-lijke oplossing. Het was zonder twijfel, dat deze produkten warenontstaan als gevolg van een reactie tussen reactief kiezelzuur enalkali-hydroxyde.Powers en Steinour(5, 6) hebben een theorie opgebouwd overhet verloop van deze reactie. Zij beperken hun beschouwingentot opaal (een sterk geconcentreerde silicagel) en zij nemen aan,dat de tetra?der-structuur van de verschillende kristallijne vor-men van silicaten in principe ook gebruikt kan worden voor deopbouw van een silicagel, bij voorbeeld opaal. Bij de tetra?der-structuur is elk siliciumion SH4tetra?drisch door vier zuurstof-ionen O2-omringd en hangt via elk van zijn zuurstofionen weermet een ander Si4+-ion samen. Het oppervlak kan hierbij ge-makkelijk water adsorberen, waarbij het H+-ion zich aan dezuurstof bindt en het OH--ion aan het silicium. Het resultaat iseen oppervlaktelaag van OH-groepen, die in waterig milieu ge-makkelijk H+-ionen afsplitst. Het oppervlak van een SiO2-deeltjereageert dus zwak zuur. Door de onregelmatige opbouw van desilicagel (opaal) zijn vele holle ruimten ingesloten. Zij bezit duseen groot inwendig oppervlak en dientengevolge zure eigen-schappen.In eerste instantie berust de reactie tussen een kiezelzuurdeeltjeen alkali-hydroxyde op een neutralisatie van de oppervlakte H+ -ionen:-Si-O-H++ Na++ OH---> - Si-O-Na++ H2O.Wanneer de concentratie van het hydroxyde hoog genoeg is, ver-breekt het ook de silicium-zuurstof bindingen, die de silicagelbijeenhouden:-Si-O-Si- + 2 NaOH --> 2-Si-O-Na++ H2Oen wordt het amorfe kiezelzuur teruggebracht tot collo?daledeeltjes.Deze reacties verklaren dus ook waarom verschillende onder-zoekers een steeds vari?rende Na2O : SiO2 verhouding in hetreactieprodukt vonden. Deze verhouding is immers afhankelijkvan het tijdstip van de analyse, dus van de bereikte mate van in-werking van het hydroxyde op het reactieve kiezelzuur. Daarom ishet beter te spreken van een 'alkali-kiezelzuur-complex', dan vaneen definitief alkali-silicaat.Genoemde reactie, de alkali-aggregaatreactie, vindt dus zijn oor-zaak in het verbreken van de silicium-zuurstof-bindingen door dehydroxylionen. Vivian (4) heeft dit uitvoerig onderzocht en hijvond, dat alleen oplosbare verbindingen, die in oplossing sterkgedissocieerd zijn en dus hoge hydroxylionen concentraties geven,een snelle aantasting van het aggregaat veroorzaken. Zowelnatriumhydroxyde als tetramethylammoniumhydroxyde reagerenmet opaal en veroorzaken expansie; dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld trimethylamine. De positieve ionen bepalen de eigen-schappen van het reactieprodukt. Aan het aldus gevormde alkali-kiezelzuur-complex worden de eigenschappen toegeschreven, diede expansie in beton veroorzaken.Hoe kan het alkali-kiezelzuur-complex echter gevormd wordenen hoe kan het zich handhaven, als er overmaat calciumhydroxydein de cementpasta aanwezig is?Kalousek (38) heeft het systeem CaO-Na2O-SiO2H2O nader be-studeerd. Het calciumgehalte in oplossing wordt zeer sterk be-invloed door de hoeveelheid opgeloste alkali. In een oplossing diebij voorbeeld 15 g Na2O per liter bevat, lost slechts 0,02 g CaO perliter op. Toch is in het reactieprodukt (een calcium-alkali-kiezel-zuur-complex) de verhouding calcium : alkali ten minste 4:1.Powers en Steinour (5, 6) concludeerden, dat het calcium naarhet reactiegebied kan diffunderen. Doch op deze wijze is nog niette verklaren, waarom een alkali-kiezelzuur-complex zich zo lang(soms jaren) kan handhaven in tegenwoordigheid van overmaatcalciumhydroxyde. Dit is dan alleen mogelijk, als onder bepaaldeomstandigheden een belemmering kan bestaan, die de calcium-ionen niet in alle gevallen toestaat naar het reactiegebied te dif-funderen. Dat deze belemmeringen kunnen bestaan is duidelijkaangetoond door Van der Burgh (39) en later door Vivian (3).Powers en Steinour (5) stelden nu dat, indien de calcium-diffusie wordt gehinderd, de alkali-aggregaatreactie een expan-sieve gel produceert (alkali-kiezelzuur-complex); indien decalciumdiffusie niet wordt gehinderd en als dus voldoende calciumhet reactiegebied bereikt, vormt zich een niet-expansieve gel(calcium-alkali-kiezelzuur-complex).In eerste instantie reageert het reactieve kiezelzuur met de over-maat calciumhydroxyde en er vormt zich om het reactieve aggre-gaatdeeltje een laagje van het niet-expansieve calcium-alkali-kiezelzuur-complex. Dit laagje adsorbeert calcium en alkali uit deomringende oplossing in een verhouding, die bepaald wordt doorde in de oplossing opgeloste hoeveelheden alkali en calcium.Indien nu voldoende calcium geadsorbeerd kan worden, zal ditcalcium door het reactielaagje naar het nog niet gereageerdeaggregaat kunnen diffunderen. Er kan zich dan meer van het niet-expansieve calcium-alkali-kiezelzuur-complex vormen. Ligt deverhouding van de geadsorbeerde hoeveelheden alkali en calciumte hoog, dan zal het calcium het reactieve aggregaat niet kunnenbereiken en vormt zich het alkali-kiezelzuur-complex, dat dooropneming van water expansie kan veroorzaken.In 1944 publiceerde Hansen (2) een eerste theoretische verkla-ring betreffende het expansie-mechanisme. Hij stelde, dat deabnormale expansie van beton het gevolg is van uitgeoefendeosmotische druk. In het beton liggen de reactieve aggregaat-Cement 14 (1962) Nr. 1 2Ideeltjes ingesloten in de verharde cementpasta. Het aggregaat-deeltje reageert met de alkalihydroxyde-oplossing, die door decementwand het reactieve deeltje bereikt. Het reactieproduktkan echter niet door de cementlaag afgevoerd worden, met anderewoorden het verharde cement werkt als een semi-permeabelewand en het geheel dus als een osmotische cel. Experimenteleproeven hebben bevestigd, dat op deze wijze osmotische drukkenkunnen ontstaan (Verbeck en Gramlich) (40).Vivian (3, 29, 37) betwijfelde sterk, of osmotische druk wel deoorzaak van de abnormale expansie kon zijn. Een uitvoerige studievan de eigenschappen van het reactieprodukt, het alkali-kiezel-zuur-complex, gaven hem de overtuiging, dat door het gel-karakter van deze stof expansie kan optreden. De alkali-kiezel-zuurgel kan aanzienlijke hoeveelheden water opnemen en daar-door in volume toenemen, zonder direct vloeibaar te worden.Door opneming van nog meer water wordt de gel geleidelijkzachter en gaat ten slotte in een oplossing over. Door het zwejlenin vaste toestand ten gevolge van wateropneming, kan het alkali-kiezelzuur-complex scheurvorming veroorzaken. In vloeibare toe-stand zal geen expansie optreden, want dan kan de oplossing doorde pori?n een uitweg zoeken.Powers en Steinour (5) geven een ruimere uitleg aan het begriposmose. Osmotische druk is ook mogelijk zonder de aanwezigheidvan een semi-permeabele wand, namelijk als de oplossing een vastestof is. Zulk een vaste stof wordt 'gel' genoemd en het water is deopgeloste stof. In dat geval spreekt men dan van 'zwellingsdruk',die niet fundamenteel van de osmotische druk verschilt. In beidegevallen wordt water opgenomen omdat de vrije energie vanwater in het alkali-kiezelzuur-complex (vast of vloeibaar) lager isdan van het water in de omringende oplossing. Powers enSteinour (5) stemmen met Vivian (3) in, dat de zwellingsdrukde eerste oorzaak voor de scheurvorming in beton is, doch zijmenen dat de osmotische druk volgens Hansen (2) ook expansiekan veroorzaken, indien de scheuren ten gevolge van de zwellings-druk niet doorlopen tot het oppervlak. Vivian experimenteerdepraktisch uitsluitend met mortelstaven van geringe afmetingen envond dus niet de voorwaarden, die voor de osmotische druknodig zijn. In betonconstructies van grotere afmetingen speelt deosmotische druk dus zeker een belangrijke rol. Of er 'osmotische'dan wel 'zwellings'-druk zal optreden hangt dus af van de toestandvan de gel en of de oplossing door gevormde scheuren een uit-wijkmogelijkheid naar buiten heeft.Methoden voor het bepalen van de schadelijkheid van eenaggregaatSinds de ontdekking van de abnormale expansie van beton als ge-volg van de alkali-aggregaatreactie zijn verschillende methodenontwikkeld om de mogelijke reactiviteit van een aggregaat tekunnen vaststellen. De meest betrouwbare bepaling die algemeentoepassing heeft gevonden, is de door Stanton (1) ontworpen'mortar bar test', die opgenomen is in de ASTM-Standards (C 227)(7). De methode berust op het meten van de expansie van mortel-staven (afmetingen 2,5 ? 2,5 ? 25 cm3), waarin het zand of eengedeelte ervan vervangen is door het te onderzoeken aggregaat.De aggregaat (zand) : cement : water verhouding ligt bij ongeveer2,25 :1 : 0,5 ? 0,4. Het aggregaat (zand) is samengesteld uit enkelefracties van een verschillende korrelgrootte. De aldus bereidemortelstaven worden bij ongeveer 23 ?C in vochtige lucht be-waard. Op bepaalde tijden wordt de lengteverandering van destaven gemeten. Het aggregaat (aggregaat-zandmengsel) wordtschadelijk geacht, indien na een jaar of eerder een lengtevermeer-dering wordt gemeten van ten minste 0,1%.De vraag is gerezen, of expansie van mortelstaven een maat isvoor de te verwachten expansie van beton. Recente onderzoe-kingen van Davis (23) hebben uitgewezen, dat de expansie vanbetonstaven gewoonlijk kleiner is dan die van mortelstaven endat de expansie op een later tijdstip begint. Deze vergelijkinggeldt natuurlijk alleen als hetzelfde reactieve aggregaat gebruiktis en als ook de verdere omstandigheden zoveel mogelijk gelijkzijn, behalve uiteraard de grove toeslagfractie in beton. Davisheeft aangetoond, dat er een verband bestaat tussen de tijdstippenwaarop mortelstaven en betonstaven schadelijke expansie be-ginnen te vertonen. Als t de tijd is (in dagen) nodig voor mortel-staven om 0,1% expansie te bereiken en de tijd (in dagen) nodigvoor vergelijkbare betonstaven om tot dezelfde expansie te ko-men, dan geldt volgens Davis de volgende relatie:T = t2/11Dit houdt dus in dat, wanneer mortelstaven na bij voorbeeld 18maanden nog geen expansie vertoond hebben, beton de eerste70 jaren niet zal expanderen. Dit geldt in het bijzonder bij gebruikvan cement met een laag alkaligehalte, waarbij gewoonlijk eerstzeer laat expansie optreedt. Tevens ligt hierin mogelijk de ver-klaring waarom men in betonconstructies, bereid met cementmet een laag alkaligehalte, geen expansie kon waarnemen, terwijlandere onderzoekers (19, 23, 31) verklaarden, dat wel expansiemogelijk moest zijn. Bij grote betonconstructies speelt ook dedoor het gewicht uitgeoefende druk een rol (41).Het is duidelijk, dat men met deze 'mortar bar test' pas na enkelemaanden een oordeel kan geven over de schadelijkheid van hetaggregaat. Daarom heeft men steeds gezocht naar een methode,waarmee in kortere tijd de mogelijke reactiviteit van een aggre-gaat kan worden bepaald. Verschillende pogingen, die een ver-band trachtten te leggen tussen de oplosbaarheid van het aggre-gaat in een NaOH-oplossing van bepaalde sterkte en zijn schade-lijkheid, bleken even zo vele mislukkingen (8).In 1947 echter publiceerden Mielenz, G reene en Benton (8)hun 'quick chemical test', die opgenomen is in de ASTM-Stan-dards (C 289) (9) en welke bepaling in ongeveer drie dagen toteen uitspraak kan leiden over een mogelijke schadelijkheid vanhet aggregaat. Mielenz en anderen bepaalden eveneens de op-losbaarheid van het aggregaat in een NaOH-oplossing van bepaal-de sterkte, doch gingen ook na, welke verandering de NaOH-oplossing had ondergaan. Zij ontdekten, dat het verband tussende hoeveelheid opgelost SiO2 van het aggregaat (SC) en de vermin-dering van de basiciteit van de NaOH-oplossing (RC) een maat kanzijn voor de reactiviteit van het aggregaat. 25 g van het fijnge-maakte aggregaat (fractie 0,30-0,15 mm) wordt gedurende 24 uurin afgesloten vaatjes bij een temperatuur van 80 ?C aan de inwer-king van 25 ml van een 1N NaOH-oplossing blootgesteld, waarnade oplossing na afkoeling wordt gefiltreerd. In deze oplossing wordthet SiO2-gehalte colorimetrisch en de vermindering in basiciteittitrimetrisch bepaald. Van ongeveer 70 soorten zand en grof toe-slagmateriaal zijn de uitkomsten van deze bepaling vergelekenmet de resultaten van de 'mortar bar test'. Wanneer men nu degevonden waarden van Sc in een grafiek uitzet tegen de gevondenwaarden van Rc (Sc op log.schaal) (fig. 1), dan is het mogelijk opgrond van de gegevens van de 'mortar bar test' de schadelijke vande onschadelijke aggregaten te scheiden door middel van een lijn,Scdie volgens Mielenz en anderen ongeveer ligt bij -- = 1."cS,Materialen waarvoor --- groter is dan 1 moeten als schadelijk"cScworden beschouwd, terwijl, als -- kleiner is dan 1, het mate-RCriaal onschadelijk wordt geacht.Twee mogelijkheden doen zich echter voor, waarbij de resultatenvan de chemische proef niet in overeenstemming zijn met de uit-komsten van de 'mortar bar test':1) de mortelstaven expanderen zeer overtuigend, doch de che-mische proef geeft aan dat het aggregaat onschadelijk is;2) de mortelstaven geven geen enkel teken van expansie, terwijluit de chemische proef zeer duidelijk het schadelijke karaktervan het aggregaat is vastgesteld.Wat het eerste punt betreft: bepaalde mineralen als dolomiet,magnesiet, sideriet, serpentijn, en andere zijn in staat de waardevan Rc zeer sterk te verhogen, waardoor een verkeerd oordeelover de schadelijkheid kan worden verkregen (16,42,43). Het gaathier vooral om magnesiumhoudende mineralen. Chaiken enHalstead (42) zochten voor bij voorbeeld dolomiet en magnesietde verklaring in een geringere oplosbaarheid van het magnesium-hydroxyde of het basisch carbonaat ten opzichte van de oplosbaar-heid van het magnesiumcarbonaat, waardoor de NaOH-oplossinghydroxylionen uit de oplossing verliest in ruil voor carbonaat-ionen, dit als gevolg van een reactie tussen het aggregaat en deNaOH-oplossing. De hierdoor optredende vermindering in basi-citeit van de oplossing zal tot gevolg hebben, dat de aantastingvan het aggregaat minder sterk zal zijn en dus een lagere waardevoor de Sc gevonden zal worden. Dit heeft tot gevolg dat deplaats van het aggregaat in de grafiek zal veranderen, mogelijknaar de andere kant van de scheidingslijn. Ook is het mogelijk, datde Sc-waarde verlaagd wordt doordat het gevormde magnesium-hydroxyde (eventueel basisch carbonaat) een beschermend laagjeom de aggregaatdeeltjes vormt en daardoor d? aantasting ver-mindert of ook, dat het reeds opgeloste SiO2 onoplosbare silicatenvormt en dus eveneens de Sc-waarde verlaagt. Ook calciet kan deoorzaak zijn van veranderde waarden van Sc en Rc, doch gewoon-lijk heeft de verplaatsing in de grafiek geen invloed op de beoor-deling van het aggregaat (16, 43).In het tweede geval geven de mortelstaven geen expansie te zien,terwijl de chemische proef zeer duidelijk op schadelijkheid wijst.Dit kan het gevolg zijn van het verschijnsel van de 'pessimum22 Cement 14 (1962) Nr. 1fig. 1. scheidingslijnen tussen schadelijke en niet-schadelijke toeslag-materialen volgens Mielenz e.a. (8) en ASTM 1958, C 33fig. 2. scheidingslijnen tussen schadelijke en niet-schadelijke toeslag-materialen volgens Chaiken en Halstead (42)proportion', waarbij dus de expansie boven een bepaald gehalte aanreactief aggregaat weer afneemt en zelfs zeer gering wordt. Dezeaggregaten geven slechts expansie als z?j in geringe hoeveelheidin het toeslagmateriaal aanwezig zijn.In de loop der jaren is de plaats van de scheidingslijn door diverseonderzoekers enigszins gewijzigd aan de hand van met de 'mortarbar test' verkregen resultaten. Zo volgt de door de ASTM ge-bruikte lijn de door Mielenz aangegeven stand, doch indien deRc kleiner is dan 70, loopt zij volgens de vergelijkingChaiken en Halstead (42) volgen de ASTM-lijn, doch brengeneen correctie aan voor Rc-waarden van 10?40. In dit interval volgtde lijn de vergelijking: log Sc = 1,2553 + 0,01213 Rc.In verband met bovenbeschreven afwijkingen ten gevolge van deaanwezigheid van bepaalde mineralen brengen Chaiken enHalstead (42) nog een onderverdeling aan, waardoor de onscha-delijke materialen gescheiden worden in twee groepen A en B ende schadelijke aggregaten in twee groepen C en D (zie fig. 2).In A vallen die aggregaten waarvoor de mogelijkheid bestaat datzij mineralen bevatten die de waarden van Rc en Sc zodanig wijzi-gen, dat zij een verkeerde uitslag geven. Deze aggregaten moetendus op de aanwezigheid van dergelijke mineralen worden onder-zocht; in twijfelgevallen dient de 'mortar bar test' te wordentoegepast.In B vallen de aggregaten, die volkomen onschadelijk zijn; verderonderzoek is dus niet noodzakelijk.In D vallen de aggregaten, die zeer reactief zijn, doch niet altijdexpansie veroorzaken, namelijk als de 'pessimum proportion'overschreden is. Zij moeten nog eens beproefd worden, in be-paalde verhoudingen gemengd met onschadelijke materialen.In D vallen de aggregaten, die te allen tijde als schadelijk be-schouwd moeten worden. Verder onderzoek is ook hier nietnoodzakelijk.Ten slotte dient nog gewezen te worden op de mogelijkheid vanpetrografisch onderzoek (8, 16). Deze methode kan gebruiktworden om die aggregaten te herkennen, die als reactief of alsniet-reactief bekend staan. Op grond van dit determinerendonderzoek kan dus een oordeel over het aggregaat uitgesprokenworden en kan het tevens een waardevol hulpmiddel zijn, indiende chemische proef niet tot een volledige uitslag kan leiden.Methoden, die expansie kunnen voorkomenVerschillende onderzoekers hebben zich beziggehouden met hetvraagstuk, of bij aanwezigheid van reactieve materialen expansiekan worden voorkomen. Gaskin (10) vond, dat alkali?n alleenreactief werken, indien zij als hydroxyde aanwezig zijn, hetgeendus overeenstemt met de onderzoekingen van Vivian (4). Opverschillende manieren is getracht de alkalihydroxyden te bindentot zouten, bij voorbeeld tot carbonaten of sulfaten. Toevoegingvan bij voorbeeld bicarbonaten tijdens het mengen gaf geen resul-taat, daar de meeste CO2 gebruikt bleek te worden voor de vor-ming van calciumcarbonaat uit het aanwezige calciumhydroxyde.Betere resultaten werden verkregen door mortelstaven metreactieve materialen te bewaren in een CO2-atmosfeer. Wanneerdeze staven na geruime tijd in vochtige lucht werden geplaatstbleek expansie uit te blijven. De oorzaak ligt mogelijk in de vor-ming van laagjes calciumcarbonaat om de reactieve deeltjes.McCoy en Caldwell (11) vonden een expansie-verlagende wer-king door de toevoeging van 1 procent of minder van bepaaldezouten, vooral lithiumzouten.Toevoeging van zeer fijngemalen puzzolanisch materiaal is doorvele onderzoekers (1, 6, 13, 14, 15) aanbevolen als een middel omexpansie te verminderen. Het is gebleken dat meestal geen ver-mindering van de treksterkte behoeft op te treden (13).Onderzoek naar schadelijk materiaal in NederlandUit het voorgaande blijkt, dat het onderkennen van de alkali-aggregaatreactie van groot belang is voor het verkrijgen van goedbeton. Vooral in de Verenigde Staten van Amerika en in Australi?worden schadelijke materialen aangetroffen, terwijl in EuropaDenemarken genoemd wordt (44) als het land waar reactief mate-riaal wordt gevonden. Over de aanwezigheid van schadelijkeaggregaten in Engeland zijn de onderzoekingen negatief uitge-vallen (45, 46).Hoe is de situatie in Nederland? Er zijn in bepaalde gevallen inNederland beschadigingen (scheuren) van betonconstructieswaargenomen, waarvoor geen verklaring kon worden gegeven.Bosschaert (12) dacht aan de mogelijkheid, dat deze beschadi-gingen (scheuren) een gevolg zouden kunnen zijn van het optre-den van de alkali-aggregaatreactie.Ten einde de aanwezigheid van schadelijke materialen in Neder-land vast te stellen, werd een onderzoek ingesteld naar mogelijkeCement 14 (1962) Nr. 1 23foto 3. apparatuur voor de bepaling van de lengleveranderingen vanprisma'sreactieve bestanddelen van de in Nederland gebruikte toeslag-materialen, in het bijzonder vuursteen en silex. Het onderzoekis gebaseerd op de bovenbeschreven expansiemetingen aan mor-telstaven en op de bepaling van de potenti?le reactiviteit doormiddel van de inwerking van NaOH (snelle chemische methode).a. Expansie van mortelstavenAls schadelijk toeslagmateriaal werd gebruikt: opaal, calcedon envuursteen I (niet uit Nederland afkomstig en welwillend beschik-baar gesteld door het laboratorium voor Mijnbouwkunde te Delft),silex uit Zuid-Limburg en voorts silicagel.Als cement werden drie soorten Nederlands cement gebruikt:hoogovencement klasse (hierna aangeduid als HB), portland-cement klasse A (PA) en portlandcement klasse (PB). Het alkali-gehalte van het hoogovencement bedraagt ongeveer 0,7% Na2O,terwijl het alkaligehalte van het portlandcement tussen 0,3 en0,6% Na2O ligt, doch meestal ongeveer 0,4% Na2O bedraagt.De expansiemetingen werden verricht met prisma's van 4 ? 4 ?16 cm3, die vervaardigd werden uit 1 deel normaalzand 2,4?1,2 mm,1 deel normaalzand 1,2?0,5 mm en 1 deel cement. De water-cementfactor bedroeg steeds 0,5. Vari?rende hoeveelheden vanhet zand werden vervangen door gelijke hoeveelheden 'schade-lijk' materiaal. De prisma's werden in vochtige lucht bewaard bijongeveer 20 ?C en op bepaalde tijden werd de lengteveranderingvan de staven gemeten. De metingen geschiedden in drievoud.fig. 4. expansie van mortelprisma's met verschillende gehalten aanopaalfig. 5. expansie van mortelprisma's met verschillende gehalten aandiverse toeslagmaterialenfig. 6. expansie van mortelprisma's met verschillende gehalten aansilicagel24 Cement 14 (1962) Nr. 1Bij de proeven werd de invloed van verschillende variaties in desamenstelling onderzocht.:1. Respectievelijk 1,25; 2,5 en 5,0 gew.% van het zand (fractie1,2?0,5 mm) werd vervangen door opaal, calcedon, vuursteen Ien silex (fracties 1,0?0,075 mm).Als cement werd portlandcement (PB) gebruikt; proefstukkenmet silex werden ook met hoogovencement (HB) gemaakt.2. 2,5 gew.% van het zand (fractie 2,4?1,2 mm) werd vervangendoor opaal (fractie 2,4?1,2 mm); daarnaast werd 2,5 gew.% vanhet zand (fractie 1,2?0,5 mm) vervangen door opaal, respectie-velijk van de fracties 1,2?0,5 mm; 0,5?0,15 mm; 0,15?0,050 mmen kleiner dan 0,050 mm. Als cement werd gebruikt port-landcement (PA)3. Respectievelijk 0,25; 0,50; 0,75; 1,25; 2,5; 5,0; 12,5; 25 en 50gew.% van het zand (fractie 1,2?0,5 mm) werd vervangen doorsilicagel (fractie 1,2?0,5 mm).Als cement werd gebruikt portlandcement (PA).4. Het Na2O-gehalte van het cement werd door toevoeging vanNaOH aan het aanmaakwater verhoogd met respectievelijk0,0; 0,4; en 0,8% Na2O; daarnaast werd respectievelijk 5,0;12,5; 25 en 50 gew.% van het zand (fractie 1,2?0,5 mm) ver-vangen door silex (fractie 1,0?0,1 mm). Als cement werd ge-bruikt portlandcement (PA).Tegelijk met de vervaardiging van deze series proefstaven werdenzogenaamde blanco-staven gemaakt. Dit zijn mortelprisma's dievolkomen gelijk zijn aan de in genoemde series vervaardigde sta-ven, doch waarin geen zand vervangen is door mogelijk schadelijkmateriaal.De expansie van deze proefstukken werd gemeten na 1, 2 en 4weken en na 2, 3, 4, 6, 9,12,15, 18, 21 en 24 maanden. Van serie4 werd de expansie slechts gedurende 12 maanden gemeten. Demetingen werden uitgevoerd met de meetapparatuur, die volgensDIN 1164 tevens wordt gebruikt voor het meten van de droog-krimp van cement (foto 3).b) De chemische methodeDe chemische methode, ontwikkeld door Mielenz, Greene enBenton (9) is bedoeld om snel een inzicht te krijgen in mogelijkeschadelijkheid van het aggregaat. Op deze wijze werden onder-zocht het niet uit Nederland afkomstige opaal en vuursteen I, hetuit Zuid-Limburg afkomstige silex en vuursteen II, verder zilver-zand, Maaszand, pyrex- en ander glas. Deze materialen werden aldan niet met het onschadelijk gebleken Maaszand gemengd.Resultaten en conclusiesIn de figuren 4 en 5 zijn de resultaten verwerkt van de expansie-metingen van de verschillende mortelstaven, waarin een gedeeltevan het zand vervangen is door enkele 'verdachte' aggregaten(serie 1). Uit deze resultaten blijkt dat alleen opaal zeer duidelijkexpansie vertoont, terwijl de overige onderzochte materialen(calcedon, vuursteen I en silex) ook na 2 jaar nog geen noemens-waardige expansie te zien geven. Geheel ook in overeenstemmingmet de ervaringen van Davis en anderen (24) blijkt de expansiehet snelst te verlopen in de eerste 4 ? 6 maanden, afhankelijk vande aard, de hoeveelheid en de korrelgrootte van het aggregaat,hetgeen in de figuren 4, 5 en 6 duidelijk te zien is. Na 1 jaar blijktde expansie nagenoeg tot stilstand te zijn gekomen of nog slechtszeer langzaam voortgang te vinden.Zoals uit de litteratuur bekend is (1, 19, 26), is de expansie maxi-maal bij een bepaald gehalte aan reactief materiaal ('pessimumproportion'). Toename of vermindering van dit gehalte doet deexpansie dalen. Dit blijkt duidelijk uit de figuren 4 en 6 en sterkernog uit fig. 7. Uit fig. 4 blijkt, dat een gehalte van 2,5% opaal degrootste expansie veroorzaakt; zowel bij een gehalte van 1,25%als 5,0% is de expansie belangrijk minder. In fig. 7 is de expansiena 1 jaar uitgezet tegen het gehalte aan silicagel. Uit het verloopvan de grafiek is duidelijk de maximale expansie te zien bij eensilicagelgehalte van 1,25% en een afname van deze expansie alsgevolg van een verandering van dit gehalte.Wanneer reactief materiaal (opaal) van verschillende korrel-grootte in de mortelstaven verwerkt wordt (serie 2), blijkt deexpansie toe te nemen met afnemende korrelgrootte, om zijnmaximum te bereiken voor de fractie 0,15?0,05 mm. Wanneer dekorrelgrootte echter kleiner geworden is dan 0,05 mm treedtgeen expansie op (fig. 8). Deze resultaten zijn geheel in overeen-stemming met de waarnemingen gedaan door Vivian (33).Zoals uit de resultaten van serie 1 gebleken is, veroorzaakt silex,tot nu beschouwd als wellicht het enige uit Nederland afkomstigetoeslagmateriaal waarvan schadelijke activiteit zou kunnen wor-den verwacht, noch met portlandcement (PB), noch met hoog-fig. 7. expansie van mortelprisma's als functie van het gehalte aansilicagel (na ??n jaar)ovencement (HB) expansie van mortelstaven. Zoals uit het juistbesprokene gebleken is, kan expansie achterwege blijven wanneerhet gehalte aan reactief materiaal te laag is of als het een bepaaldgehalte overschreden heeft. Dit laatste is hier beslist niet hetgeval. Er restte dus nog te onderzoeken, of mogelijk een hogergehalte aan silex expansie kan veroorzaken. Tevens is rekeninggehouden met de mogelijkheid, dat het alkali-gehalte van hetcement te laag zou zijn om expansie mogelijk te maken, en der-halve zijn proefstaven gemaakt met een opgevoerd alkaligehalte(serie 4).De resultaten van deze serie bepalingen zijn verwerkt in fig. 9(blz.26).Noch in de gevallen met cement met een normaal alkali-gehalte,noch in de gevallen met cement met een opgevoerd alkali-gehalteis expansie waar te nemen. Silex is dus niet in staat ten gevolgevan de alkali-aggregaatreactie expansie in beton te veroorzaken.Uit onderzoekingen van Vivian (29, 36) is gebleken dat de trek-sterkte belangrijk lager wordt wanneer expansie optreedt. Intabel 1 zijn enkele waarden opgenomen betreffende de druk-fig. 8. expansie van mortelprisma's met opaal van verschillendekorrelgrootteCement 14 (1962) Nr. 1 25fig. 9. expansie van mortelprisma's met verschillende gehalten aansilex en alkalisterkte en de buigtreksterkte van de mortelstaven uit de series1 en 2. Het blijkt, dat bij toeneming van de expansie de druk-sterkte over het algemeen terugloopt, doch dat de buigtrek-sterkte niet merkbaar be?nvloed wordt. Duidelijk is dit te zienvoor de waarden, die betrekking hebben op de staven die opaalbevatten. De mortelstaven met calcedon, vuursteen I en silexondergaan slechts een zeer geringe druksterkteverandering engeven dus geen aanwijzing dat deze aggregaten ten opzichte vande alkali in het cement als reactief zijn te beschouwen.tabel 1. verband tussen expansie, buigtreksterkte en druksterkte na2 jaaraggregaat hoeveel-heidaggre-gaat(in %)korrel-grootte vanhet aggre-gaat(in mm)expansiena 2 jaar(in0,001%)buigtreksterkte(inkg/cm2)druk-sterkte(inkg/cm2)blanco -- -- -10 101 702opaal 1,25 1,0?0,075 101 99 658opaal 2,5 ,, 234 91 567opaal 5,0 ,, 146 91 611calcedon 1,25 ,, 5 92 662calcedon 2,5 ,, 16 99 684calcedon 5,0 ,, -10 95 674vuursteen 1 1,25 ,, 22 104 690vuursteen 1 2,5 ,, 21 98 671vuursteen 1 5,0 ,, 17 105 648silex 1,25 ,, 13 105 707silex 2,5 ?t 4 109 666silex 5,0 ? 9 101 649blanco -- -- 1 83 720opaal 2,5 2,4?1,2 328 67 578opaal 2,5 1,2?0,5 322 84 570opaal 2,5 0,5?0,15 610 81 489opaal 2,5 0,15?0,05 661 88 458opaal 2,5 < 0,05 14 86 663aggregaat gew.% van hetMaaszand ver-vangen doorhet aggregaatRc Sc ScRcMaaszand -- 62 31 0,50zilverzand 100 22 31 1,41opaal 1,25 58 174 3,00opaal 2,5 117 341 2,92opaal 5,0 162 540 3,33silex 1,25 56 37 0,66silex 2,5 61 47 0,77silex 5,0 68 79 1,16silex 100 249 700 2,81vuursteen 1 5,0 77 149 1,93vuursteen 1 100 264 673 2,55vuursteen 11 5,0 71 161 2,26vuursteen 11 100 245 897 3,66glas 1,25 59 33 0,56glas 2,5 50 38 0,76glas 5,0 46 51 1,11pyrex-glas 5,0 83 112 1,35pyrex-glas 100 215 655 3,05tabel 2. resultaten van de chemische methode met enige Nederlandseen niet-Nederlandse materialenDe resultaten echter, verkregen met de snelle chemische methode(tabel 2), wijzen op potenti?le reactiviteit van verschillende aggre-gaten zoals opaal, silex, vuursteen I en II en pyrex-glas. Overeen-komstig de ervaringen zijn Maaszand en zilverzand volkomen on-schadelijk. Slechts opaal heeft in mortelstaven expansie kunnenveroorzaken. Silex en vuursteen echter zijn bij de expansie-proeven onschadelijk gebleken. Deze ervaringen zijn geheel inovereenstemming met de in Engeland gevonden resultaten (45,46). Onderzoekingen in Engeland toonden aan dat flint, chemischen kristallografisch sterke overeenkomst vertonend met vuur-steen en silex en uit verschillende vindplaatsen afkomstig, geenexpansie veroorzaakte in mortelstaven, doch door de snelle che-mische methode als potentieel schadelijk werd aangemerkt. Dezeervaringen tonen aan, dat de resultaten van de snelle chemischemethode met grote reserve moeten worden beoordeeld en datuiteindelijk de 'mortar bar test' beslissend is.SamenvattingIn 1940 verschenen in de Verenigde Staten van Amerika medede-lingen over expansieverschijnselen in beton ten gevolge van hetoptreden van de zogenoemde alkali-aggregaatreactie, een reactietussen de alkali?n (Na2O en K2O) uit het cement en bepaaldereactieve bestanddelen uit het toeslagmateriaal. Zij kan tot on-herstelbare beschadigingen van het beton leiden. De verhoudingtussen de gehalten aan alkali en reactief aggregaat is bepalendvoor het al dan niet optreden van de alkali-aggregaatreactie. Of dereactie expansie tot gevolg zal hebben is afhankelijk van de hoe-veelheid water, die beschikbaar is om door het reactieprodukt,een gel-vormig alkali-kiezelzuur-complex, opgenomen te worden,waardoor de gel gaat zwellen. Wanneer weinig water beschikbaaris, treedt geen zwelling op; is te veel water aanwezig, dan wordthet reactieprodukt snel vloeibaar en kan een uitweg zoeken in depori?n van het beton, voordat scheurvorming optreedt. Hoe com-pacter het beton, hoe groter de mogelijkheid tot scheurvorming.Wanneer de deeltjes van het reactieve materiaal kleiner dan 50micron zijn, treedt geen expansie op, daar deze deeltjes zo weinigkunnen zwellen, dat zij de aangrenzende pori?nruimte slechts ge-deeltelijk zullen vullen. Het optreden van de alkali-aggregaat-reactie blijkt vergezeld te gaan van een duidelijke verminderingvan de treksterkte van het beton.Wanneer het reactieprodukt in oplossing aanwezig is en geen uit-weg kan zoeken in de pori?nruimte van het beton, kunnen osmo-tische drukken optreden en dientengevolge scheuren. Het ver-harde cement werkt dan als semi-permeabele wand, die alleendoorlaatbaar is voor alkali-hydroxyde, doch niet voor het reactie-produkt. Deze osmotische druk is fundamenteel niet verschillendvan de zwellingsdruk, want in beide gevallen wordt water opge-nomen omdat de vrije energie van water in het alkali-kiezelzuur-complex (vast of vloeibaar) lager is dan van het water in de om-ringende oplossing.Het expansieve reactieprodukt wordt gevormd, wanneer hetcalcium uit het cement niet voldoende snel het reactiegebied kanbereiken. Er vormt zich dan een alkali-kiezelzuur-complex. Wan-26 Cement 14 (1962) Nr. 1neer voldoende calcium naar het reactiegebied kan doordringen,vormt zich een calcium-alkali-kiezelzuur-verbinding, die geenwater opneemt en dus geen expansie kan veroorzaken. Of vol-doende calcium het reactiegebied kan bereiken is afhankelijk vande calcium- en alkali-concentraties in de oplossing.Wanneer reactief materiaal aanwezig is, is het mogelijk de expan-sie te verminderen. Toevoeging van zeer fijn gemalen puzzola-nisch materiaal wordt door vele onderzoekers aanbevolen als eenmiddel om expansie te verminderen, terwijl ook door toevoegingvan kleine hoeveelheden lithiumzouten de expansie afneemt. Hetbewaren van mortelstaven met schadelijk materiaal in CO2-atmosfeer voorkomt expansie.Er zijn verschillende methoden uitgewerkt om de schadelijkheidvan toeslagmateriaal te bepalen. Het meest betrouwbaar is de'mortar bar test' gebleken, waarbij gedurende een jaar de lengte-vermeerdering wordt gemeten van mortelstaven, waarin hettoeslagmateriaal is verwerkt. Wanneer na een jaar de gemetenlengtevermeerdering ten minste 0,1% is, wordt het toeslagmate-riaal schadelijk geacht. Schadelijk toeslagmateriaal blijkt eerderin mortel dan in beton schadelijke expansie te veroorzaken.Een snellere methode is de 'quick chemical test', waarbij de in-werking van een 1N NaOH-oplossing op het toeslagmateriaalwordt gemeten. De hoeveelheid opgelost SiO2 en de verminde-ring van de basiciteit van de NaOH-oplossing worden bepaald enzijn een maat voor de reactiviteit van het aggregaat.Aanvankelijk dacht men, dat de alkali-aggregaatreactie in Europaniet zou voorkomen, maar berichten uit Denemarken (44) wezenop verschijnselen die aan deze reactie konden worden toege-schreven. Ook in Nederland dacht men aan de mogelijkheid be-paalde, nog niet verklaarde verschijnselen (scheurvorming) aanhet optreden van de alkali-aggregaatreactie toe te kunnen schrij-ven (12). Daarom is een onderzoek ingesteld naar de mogelijkeaanwezigheid van reactief materiaal, voornamelijk silex en vuur-steen, in de Nederlandse toeslagmaterialen.De onderzoekingen wezen uit:1. alleen opaal, de amorfe vorm van SiO2, veroorzaakt expansievan mortelstaven;2. silex, vuursteen en calcedon, de krypto-kristallijne vorm vanSiO2, geven in mortelstaven geen expansie;3. zowel opaal als silex,'vuursteen en pyrex-glas worden met desnelle chemische methode schadelijk bevonden; niet echter dekristallijne vormen: Maaszand en zilverzand (kwarts).Uit bovenstaande gegevens kan geconcludeerd worden, dat dekrypto-kristallijne vormen van SiO2 ten onrechte met de chemi-sche methode als schadelijk worden aangemerkt. De veronder-stelling, dat bepaalde beschadigingen (scheuren) aan betoncon-structies in Nederland aan het optreden van de alkali-aggregaat-reactie zouden zijn toe te schrijven (12), blijkt niet houdbaar. Hetmoet hoogst onwaarschijnlijk worden geacht, dat in dit opzichtreactieve bestanddelen in de Nederlandse toeslagmaterialen aan-wezig zouden zijn.Litteratuur1. T. E. Stanton, 'Expansion of concrete through reactionbetween cement and aggregate'. Proc. Amer. Soc. of Civ. Engrs.66, 1781, (1940).Discussie met antwoord verspreid in Proc. Amer. Soc. of Civ.Engrs. 67 (1941).2. W. C. Hansen, 'Studies relating to the mechanism by whichthe alkali-aggregate reaction produces expansion in concrete'.Proc. Amer. Cone. Inst. 15, 213, (1944).3. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, Part XV:The reaction product of alkalis and opal'. Comm. Sei. Industr.Res. Org., Aust. Bull. nr. 256, 60, (1950).4. H. E. Vi vi an, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXVI: The effect of hydroxyl ions on the reaction of opal'.Austr. Journ. of Applied Science 2, 108, (1951).5. T. C. Powers and H. H. Steinour, 'An interpretation ofsome published research on the alkali-aggregate reaction,Part I: The chemical reactions and mechanism of expansion'.Proc. Amer. Concr. Inst. 51, 497, (1955).6. T. C. Powers and H. H. Steinour, 'An interpretation ofsome published research on the alkali-aggregate reaction,Part II : A hypothesis concerning safe and unsafe reactions withreactive silica in concrete'. Proc. Amer. Concr. Inst. 51, 785,(1955).7. Amer. Soc. for Tasting Mat. 'Method of test for potentialalkali reactivity of cement-aggregate combinations'. A.S.T.M.-Standards, 3, (1955), C227-52T.8. R. C. Mielenz, K. T. Greene and E. j. Benton, 'Chemicaltest for the reactivity of aggregates with cement alkalies;chemical processes in cement-aggregate reaction'. Proc. Amer.Concr. Inst. 44, 193, (1947).9. Amer. Soc. for Testing Mat. 'Method of test for potentialreactivity of aggregates (Chemical method)' A.S.T.M. Stan-dards, 3, (1955), C289-54T.10. A. J. Gaskin, 'Studies in cement-aggregate reaction, Part VI:The effect of carbon dioxide'. Coun. Sei. Industr. Res. Aust. Bull.nr. 229,78, (1947).11. W.J. McCoy and A. G. Caldwell, 'New approach to inhibi-ting alkali-aggregate expansion'. Proc. Amer. Concr. Inst. 47,693, (1951).12. R. A.J. Bosschaert, 'Alkali-reacties van de toeslag in beton'.Cement 9, 494, (1957).13. I. C. Bennet and H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregatereaction, Part XXII: The effect of fine-ground opaline materialon mortar expansion', Austr. Journ. of Applied Science 6, 88,(1955).14. A. J. Gaskin, R. H. Jones and H. E. Vivian, 'Studies incement-aggregate reaction, Part XXI : The reactivity of variousforms of silica in relation to the expansion of mortar bars'.Austr. Journ. of Applied Science 6, 78, (1955).15. J. A. Hester and O. F. Smith, 'Alkali-aggregate phase ofchemical reactivity in concrete'. Highway Research Board 32,306,(1953).16. Highway Research Board, 'The alkali-aggregate reaction inconcrete'. Research Report 18-c.17. A. R. Alderman, A. J. Gaskin, R. H.Jones and H. E.Vivian,'Studies in cement-aggregate reaction, Part I: Australianaggregates and cements'. Coun. Sei. Industr. Res. Aust. Bull.nr. 229, 1, (1947).18. R. G. Pike, D. Hubbard and H. Insley, 'Mechanisms ofalkali-aggregate reaction'. Proc. Amer. Concr. Inst. 52, 13,(1955).19. D. O. Woolf, 'Reaction of aggregate with low-alkali cement'.Public Roads 27, 50, (1952).20. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, Part II:The effect of alkali movement in hardened mortar'. Coun. Sei.Industr. Res. Aust. Bull. nr. 229, 47, (1947).21. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartVIII : The expansions of composite mortar bars'. Journ. Coun.Sei. Industr. Res. Aust. 21, 148, (1948).22. C. E. S. Davis, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXVIII: The effect of soda content and of cooling rate of port-land cement clinker on its reaction with opal in mortar'.Austr. Journ. of Applied Science 2, 123, (1951).23. C. E. S. Davis, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXXV: Comparison of the expansions of mortar and concrete'.Austr. Journ. of Applied Science 8, 222, (1957).24. C. E. S. Davis, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXXVI: Comparison of the effect of soda and potash on expan-sion'. Austr. Journ. of Applied Science 9, 52, (1958).25. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, Part VII:The effect of storage conditions on expansion and tensilestrength changes of mortar'. Journ. Coun. Sei. Industr. Res.Aust. 20, 585,(1947).26. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, Part X:The effect on mortar expansion of amount of reactive compo-nent in the aggregate'. Comm. Sei. Industr. Res. Org., Aust. Bull.nr. 256, 13, (1950).27. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXI: The effect on mortar expansion of amount of availablewater in mortar'. Comm. Sei. Industr. Res. Org., Aust. Bull.nr. 256,21, (1950).28. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXII: The effect of amount of added alkalis on mortar expan-sion'. Coun. Sei. Industr. Res. Austr. Bull. nr. 256, 31, (1950).29. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartIV: The effect of expansion on the tensile strenght of mortar',Coun. Sei. Indust. Res. Aust. Bull. nr. 229, 67, (1947).30. H. E. Vi vian, 'Studies in cement-agregate reaction, PartIII: The effect of void spaces on mortar expansion'. Coun SeiIndustr. Res. Austr. Bull. nr. 229, 55, (1947).31. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, Part V:The effect of void space on the tensile strenght changes ofmortar'. Coun. Sei. Industr. Res. Org., Aust. Bull. nr. 229, 74,(1947).32. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXVII: Some effects of temperature on mortar expansion'.Austr. Journ. of Applied Science 2, 113, (1951).33. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXIX: The effect on mortar expansion of the particle size ofthe reactive component in the aggregate'. Austr. Journ. ofApplied Science 2, 488, (1951).Cement 14 (1962) Nr. 1 2734. J. K. McGowan and . . Vivian, 'Studies in cement-35. aggregate reaction, Part XX: The correlation between crackdevelopment and expansion of mortar'. Austr. Journ. of AppliedScience 3, 228 (1952).36. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction. PartXIII: The effect of added sodium hydroxide on the tensilestrength of mortar'. Comm. Sci. Industr. Res. Org., Aust. Bull.nr. 256, 48, (1950).37. H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregate reaction, PartXIV: The effect of small amounts of reactive component in theaggregate on the tensile strength of mortar'. Comm. Sci.Industr. Res. Org., Aust. Bull. nr. 256, 53, (1950).38. R. H.Jones and H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggregatereaction, Part IX: Some observations on mortar containingreacting aggregate'. Comm. Sci. Industr. Res. Org., Aust. Bull.nr. 256, 7, (1950).39. G. L. Kalousek, 'Studies of portions on the quaternarysystem soda-lime-silica-water at 25 ?C'. Journ. of Research ofthe Nat. Bur. of Standards 32, 285, (1944).40. A.J. P. van der Burgh, 'De inwerking van kalkop kiezelzuurin verband met de verharding van portland-cement' Chem.Weekblad 19, 616, (1932).41. G. Verbeek and C. Gramlich, 'Osmotic studies and hypo-thesis concerning alkali-aggregate reaction'. Proc. A.S.T.M.,55, 1110, 1955.41. J. K. McGowan and H. E. Vivian, 'Studies in cement-aggre-gate reaction, Part XXIII: The effect of superincumbent loadon mortar bar expansion'. Austr. Journ. of Applied Science 6, 94,(1955).42. B. Chaiken and W. J. Halstead, 'Correlation betweenchemical and mortar bar test for potential alkali reactivity ofconcrete aggregates'. Public Roads 30,117, (1959).43. R. C. Mielenz and E. J. Bent?n, 'Evaluation of the quickchemical test for alkali reactivity of concrete aggregate'.Highway Research Board Bull. 171, 1, (1958).44. G. M. Idorn, 'Disintegration of field concrete'. The DanishNational Institute of Building Research and Academy of Scien-ces; Committee on alkali reactions in concrete. Progress ReportN 1, Copenhagen 1956.45. 'Reaktionen zwischen Zement und Zuschlagstoffen'. Zement-Kalk-Gips, 6, 221, (1953). Uittreksel van: F. E.Jones, 'Reac-tions between aggregates and cement, Part I, II, III'. NationalBuilding Studies, Research Papers, nr. 14, 15 en 17.46. F. E. Jones and R. D. Tarleton, 'Reactions between aggre-gates and cement, Part IV: Alkali-aggregate interaction: Theexpansion bar test: Cements of high alkali content'. NationalBuilding Studies, Research Paper nr. 20, (1958).NATIONALE NORMEN VOOR PORTLANDCEMENTReview of the Portland Cement Standards of the World1961, Cembureau, Malm?, Zweden, 1961 ; 15 ? 21 cm, 96 blz,; ver-krijgbaar via de Verkoopassociatie Enci-Cemij N.V., Herengracht507, Amsterdam-C. ; f 12,50Voor al degenen die door werkzaamheden op cementgebied, doorbuitenlandse contacten of bij bestudering van buitenlandse litte-ratuur en documentatie in aanraking komen met verschillendenationale normen voor portlandcement en de daarbij behorendekeuringsproeven, heeft het Cembureau te Malm? een zeer handig,overzichtelijk en up-to-date boekje samengesteld, waarin dezeeisen en proeven voor ruim 40 landen zijn samengevat.Van deze landelijke voorschriften worden weergegeven: de ge-bruikelijke benamingen, aanduidingen en classificatie van de port-landcementen ; de eisen ten aanzien van de chemische samenstel-ling de fysische eigenschappen en de sterkten; de daarbij voor-geschreven keuringsmethoden. De eisen voor de sterkten zijnzowel in kg/cm2als in lb/in2uitgedrukt, zodat men de op hetEngelse maat- en gewichtstelsel geori?nteerde gegevens niet meerbehoeft om te rekenen.In een afzonderlijke tabel zijn de offici?le (afgekorte) namen enaanduidingen van de normen opgenomen, terwijl ook de namenen soms de adressen van de betreffende normalisatie-instantieszijn vermeld, hetgeen het aanvragen van buitenlandse normen ver-eenvoudigt. De ervaring heeft echter geleerd, dat men in ons landbuitenlandse normen het snelste kan verkrijgen via het Neder-lands Normalisatie-Instituut, Duinweg 20-22, Postbus 70, 's-Gra-venhage.Opgemerkt kan worden, dat de 'Review 1961' een herziene enuitgebreide uitgave is van de 'Reviews', die het Cembureau in1955 en daarvoor in 1948 publiceerde. Voorts dat in 1958 de'Review of Standards for Cements other than Portland' is ver-schenen, waarin op de bovengenoemde wijze de verschillendenationale normen voor hoogoven-, gesulfateerde-, aluminium-,puzzolaan-, metselcementen en dergelijke zijn samengevat.PROCEEDINGS 'SYMPOSIUM SHELL RESEARCH',30 augustus-2 september 1961A. M. Haas en A. L. Bouma, Shell Research. Proceedings onthe Symposium on Shell Research, Amsterdam, North-Hol-land Publishing Company, 1961 ; 16 ? 23 cm, 364 blz. en vele platen;f 45,--In tegenstelling tot het bij vrijwel alle internationale congressen,symposia, colloquia e.d. voorkomende 'verschijnsel', dat de zoge-naamde Proceedings ten minste een jaar na de betreffende bijeen-komst het licht zien, zijn de Proceedings van het op 30 augustustot 2 september 1961 te Delft gehouden symposium 'Schalen-onderzoek' (zie ook het verslag van ir. B. W. van der Vlugt opblz. 12/16 van dit nummer van Cement) reeds begin december 1961verschenen, dat wil zeggen nauwelijks drie maanden na de slot-zitting van het genoemde symposium. Een dergelijke vlotte ver-schijning, waarvoor de samenstellers met hun medewerkers allelof verdienen, heeft voor de symposiumdeelnemers het niet teonderschatten voordeel, dat de gehouden voordrachten, de ge-projecteerde foto's en figuren en de gevoerde discussies, die thansin druk verschenen zijn, nog vers in het geheugen liggen. En ookvoor de niet-deelnemers, waaronder zich ongetwijfeld nog velebelangstellenden voor schalen en schalenonderzoek bevinden,ontleent dit boek zijn grote waarde aan het feit, dat de gehele in-houd nu nog actueel is. Gezien de snelle ontwikkeling, die zichvooral op het gebied van de schalen voltrekt, mag men immerszonder meer aannemen, dat elke maand vertraging in de ver-schijning van deze Proceedings de waarde daarvan weer iets ver-minderd zou hebben. Daar het symposium 'Schalenonderzoek'zich heeft beziggehouden met een veel uitgestrekter gebied dandat van 'het onderzoek om der wille van het onderzoek' alleen,kunnen deze Proceedings worden aanbevolen aan vele beton-constructeurs, en dus niet alleen aan schalenspecialisten.v.d.V.28 Cement 14 (1962) Nr. 1