Beschouwingen betreffende stoomverharding van betondoor Prof. O. GrafTwee systemen van stomen;bij atmosferische resp. onder hoge drukIn de betonwarenindustrie wordt de methode van betonverhar-ding met behulp van stoom (stoomverharding) steeds meer toe-gepast. Indien men, om dit naar waarde te kunnen schatten, d?gegevens en feiten wil verzamelen, die voor een verdere ontwik-keling van belang kunnen zijn, moet men voorop stellen, dat er inprincipe twee werkwijzen voor stoomverharding worden onder-scheiden.In Duitsland werkt men meestal met het systeem, waarbij versgevormde betonproducten worden behandeld met verzadig-de stoom, onder normale atmosferische druk. De be-tonwaren plaatst men dan in stoomkamers, die zo zijn ingericht,dat het vullen en het ledigen met behulp van een rijdend trans-portmiddel kan geschieden. Ook andere typen stoomkamerskomen voor, bijvoorbeeld grote, trogvormige bakken, die metlosse platen worden afgedekt. Omdat de stoomkamers meestal opeenvoudige wijze zijn afgesloten, treedt er dikwijls lekkage op.Gewoonlijk heeft de gebruikte stoom een temperatuur van 50--80 ?C. In het midden van de stoomkamer bezitten de bet?npro-'ducten bijna altijd een aanmerkelijk lagere temperatuur. Met be-hulp van een dergelijke stoombehandeling probeert men het ver-hardingsproces in het beton te versnellen. Binnen enkele urenmoeten de betonproducten (bijv. betonstenen) voldoende sterktebezitten om te kunnen worden opgestapeld. ?In plaats van de bovengenoemde verharding met stoom ondernormale druk, komt ook in aanmerking de nabehandeling inwarm water, dat een temperatuur heeft van ca 50--70 ?C. Bijtoepassing van deze methode moeten de producten eerst enigesterkte hebben, zodat zij zonder bezwaar in het water kunnenworden geplaatst.Bij het tweede systeem voor stoomverharding maakt men ge-bruik van ketels (autoclaven), waarin de betonproducten wordenbehandeld met verzadigde stoom, onder een overdrukvan ca 8 at (en soms nog groter). Het is bekend, dat met dezewerkwijze een groot rendement van het gebruikte bindmiddel.wordt verkregen, zodat er een sterkte wordt bereikt, die veelgroter is dan die bij een verharding aan de lucht of bij een be-handeling met stoom onder normale druk. De toeslagmaterialen.moeten echter overwegend kiezelzuur bevatten, dat geschikt isvoor een reactie met het gebruikte bindmiddel. Materialen metdeze samenstelling zijn practisch in elke gewenste hoeveelheid teverkrijgen. Zo kan bijvoorbeeld rivierzand worden gebruikt, datdan echter uit kwartszand moet bestaan. Onder enig voorbehoudkan men eveneens gebruik maken yan: hoogovenslakken, vliegas,olielei (olieschalie) afkomstig uit het Jura-gebergt? (wordt ge-?xpandeerd) en olielei van andere vindplaatsen (wordt gebrand).Ook kwartsmeel, dat in andere industrie?n een afvalproduct is,kan worden toegepast.De eerstgenoemde methode (verharding met stoom onder nor-male druk) is tot nu toe zelden het onderwerp van een studiegeweest; het is daarom gewenst, een en ander mee te delen vanwat hierbij van belang kan zijn2). De schrijver van dit artikelheeft zich ondermeer bezig gehouden met het vraagstuk van hetbepalen van de te gebruiken cementsoort. Het is hem gebleken,dat hiermee re?le voordelen zijn te bereiken, zoals met de hiernavolgende feiten zal worden aangetoond.De methode van verharding met stoom onder hoge druk wordtin het bijzonder toegepast bij de fabricage van kalkzandsteen engasbeton, waarbij men deze werkwijze op een zeer doelmatigemanier uitvoert3). Verschillende grote bedrijven hebben daartoewaardevolle gegevens verzameld. In het buitenland bevinden zichveel betonwarenfabrieken, waar de producten worden verhardmet stoom onder hoge druk.') Ontleend aan Betonstein-Zeitung, September 1955.a) Zie verder ook:'Versuche zur Dampfh?rtung des Betons' door O. G ra?, deel C3 uit de serie'Fortschritte und Forschungen ?m Bauwesen';'Versuche ?ber das Verhalten von Zementm?rtel in heissem Wasser' door. Graf en'Schwinden von Gas- und Schaumbeton' door . Graf en H. Sch?ffier,deel 62 resp. 117 van de serie 'Deutscher Ausschuss f?r Stahlbeton'.') Zie ook: 'Gasbeton, Schaumbeton, Leichtkalkbeton' door O. Graf;'Hartbeton durch Dampfh?rtung' door . Kamm?ller, Zement-KaUc-Gips,1951, blz. 143, e.V.Cement 7 (1955) Nr 9-10De verharding van betonwaren met behulp vanstoom onder normale drukIndien men richtlijnen wil samenstellen voor de economischetoepassing van beton verhard ing in eenvoudige stoomkamers (entevens voor de nabehandeling in warm water), moet men in iedergeval de invloed van de volgende factoren kennen: bruikbarecementsoorten, ouderdom van het cement (opslagtijd), eigenschap-pen van het zand en van het grovere toeslagmateriaal voor watbetreft korrelverdeling en geschiktheid voor stoombehandeling,cementgehalte en dichtheid van de betonproducten, duur van deverharding aan de lucht voordat tot stoomverwarming wordtovergegaan, duur van de stoombehandeling (stoomtijd), relatietussen eindsterkt een stoombehandeling e.a. Bovendien moetzowel het verloop van de druksterkte als van de buigtreksterkteworden nagegaan.De volgende gegevens zijn ontleend aan de tot nu toe ter be-schikking staande resultaten.Verschillende soorten cement werden verwerkt in vetteen in schrale betonspecies, terwijl ook de korrelverdeling van hettoeslagmateriaal varieerde. Bepaald werd de druksterkte na 28dagen van proefstukken, die --op de dag van de vervaardiging--gedurende kortere of langere tijd een stoombehandeling haddenondergaan. Slechts bij ??n cementsoort was de op deze wijze ver-kregen sterkte uitgesproken groter dan die van een in vochtigelucht (18--21 ?C) verhard proefstuk. De in tabel I opgenomenresultaten zijn bereikt met proefstukken, waarin per m3beton3?0 kg cement was verwerkt.tabel Iportland-cementhoogoven-cementnabehandelingK U N Sa. 1 h aan de lucht, 4 h in destoomkamer bij 70 ?C, vervol-gens in vochtige lucht, tot 28dagen :buigtreksterkte (kg/cm2) 46 42 50 52druksterkte (kg/cm2) 245 192 257 248b. als methode a, echter 10 hin de stoomkamer:buigtreksterkte (kg/cm2) 35 39 37 46druksterkte (kg/cm2) 172 223 172 209in vochtige lucht, tot 28dagen :buigtreksterkte (kg/cm2) 49 47 55 47druksterkte (kg/cm2) 237 242 255 212Van de vier genoemde cementsoorten leverde cement S verhou-dingsgewijs de gunstigste, en cement N de ongunstigste resul-taten.Opmerkelijk zijn ook de resultaten, die worden vermeld intabel II ; bij de nabehandelingsmethoden a en b zijn de sterktenbepaald I uur na het be?indigen van de stoomverwarming, bijmethode na 3 dagen verharding aan de lucht (de zgn. stapel-sterkte, dat is de sterkte waarbij de producten kunnen wordenopgestapeld).tabel IIaportland-cementhoogoven-cementK U N Smethode ouderdomproefstukin urenbuigtreksterktein kg/cm2a: (4 h bij 70 ?C) 6 8 6 6 6b:(IOhbij70?C) 14 14 12 13 15: (lucht,18--21 ?C)72 18 17 12 15249tabel IIbportland-cementhoogoven-cementK U Smethode ouderdomproefstukin urendruksterktein kg/cm3a 6 37 26 26 3169 58 58 8872 66 76 76 62Bij gebruik van cement S wordt met methode c reeds na 14 uurvoldoende sterkte bereikt, om de producten te kunnen opstape-len.Uit een groot aantal andere onderzoekingen blijkt,'dat de gun-stige invloed van een stoombehandeling bij schraal en poreusbeton groter is dan bij cementrijk en dicht beton. Toch verdienthet in het algemeen aanbeveling, voor elke toepassing te onder-zoeken, welke van de ter beschikking staande cementsoort?nonder de gegeven omstandigheden het meest geschikt is. Dit isvooral noodzakelijk, omdat tot nu toe hog niet bekend is, welkverband er bestaat tussen de samenstelling van het cement en zijngeschiktheid voor stoomverharding.Tijdens het onderzoek ter bepaling van deze geschiktheid, moetende stoomkamers goed afgesloten zijn, zodat steeds verzadigdestoom, onder de bijbehorende verzadigingsdruk, op het betonkan inwerken4).Deverharding van betonwarenmet behulp van stoom onder hoge drukOnze kennis van betonverharding met stoom onder hoge drukberust op een groot aantal onderzoekingen, die voor het meren-deel in de U.S.A., Canada, Zweden, Engeland en Duitsland zijnuitgevoerd5).Behalve de vraagstukken, die in het eerste gedeelte van dit artikelworden genoemd, is bij hoge-drukstoomverharding vooral vanbelang het probleem van het optredend chemisch-fysische proces.Bovendien moet worden nagegaan, op welke wijze en wanneermen de stoomdruk moet aanbrengen, hoe groot deze overdrukmoet zijn, enz. De eigenschappen van het cement en het toeslag-materiaal blijken een nog veel belangrijkere rol te spelen, dan inhet voorgaande werd gememoreerd, Het volgende voorbeeld(tabel III) geeft enige bijzonderheden, waarop men moet letten bijhet toepassen van stoomverharding onder hoge druk, In de eersteplaats wordt hier gewezen op de invloed van de gebruikte cement-soort; de resultaten zijn verkregen met proefstukken, vervaar-digd van beton met fijnkorrelige toeslag (150 kg cement/m3beton,normzand volgens DIN 1164).tabel lilportland- hoogoven-cement cementnabehandelingU N S.a. verharding in vochtigelucht, tot 28 dagen:buigtreksterkte (kg/cm2) 19 16 21 17druksterkte (kg/cm2) 92 69 82 66b. 8 h stoomkamer (8 at),Sterkten na 27 uur:buigtreksterkte (kg/cm2) 45 31 59 52druksterkte (kg/cm2) 289 245 318 26115 h stoomkamer (8 at),sterkten na 28 uur:buigtreksterkte (kg/cm2) 54 42 66 70druksterkte (kg/cm2) 352 366 315 303!d. 8 h stoomkamer alsmethode b, vervolgens invochtige lucht, tot 28 dagen :buigtreksterkte (kg/cm2) 39 28 52 49druksterkte (kg/cm2) 254 209 251 260*) Zie ook: ' Dampf behandfung von Beton bei normalem Luftdruck' door. Eg er, Betonstein-Zeitung, Maart 1949, biz. 415) Inlichtingen over deze omvangrijke litteratuur zijn te verkrijgen o.a. bij'Die Dokumentationsstelle f?r das Bauwesen', Silberburgstrasse 119 A,Stuttgart-W250Vergelijkt men de resultaten van methode a met die van demethoden b en c, dan blijkt het genoemde fijnkorrelige beton, nastoomverharding, een sterkte na I dag te bezitten, die veel groteris dan die na 28 dagen bij verharding aan vochtige lucht. De buig-treksterkte is meer dan vier maal zo groot (cement S), de druk-sterkte is meer dan vijf maal zo groot (cement U). Men is dus instaat, met behulp van stoomverharding doch overigens ondergelijke omstandigheden, in korte tijd veel grotere betonsterktente bereiken ?f met een kleiner cementverbruik een bepaaldebetonsterkte te verkrijgen.Er moet echter ook aandacht worden geschonken aan de resul-taten van methode d. Indien men deze vergelijkt met de resul-taten van a, blijkt er een st?rktevermindering op te treden, wan-neer men het beton, n? de stoomverharding, een verdere nabe-handeling in vochtige lucht geeft (bij de cementsoort?n K, U enN ; niet bij cement S).Het is bovendien opmerkelijk, dat een verlenging van de stoom-tijd, bij toepassingen de cementsoort?n K, U en S, een grote (bijcement U zelfs een zeer grote) sterktevermeerdering geeft, watechter niet het geval is bij toepassing van cement N. Gelet op dezeconclusies, moet nogmaals worden aangeraden, de definitievekeuze van het te gebruiken cement te baseren op de resultatenvan een nauwkeurig onderzoek naar de geschiktheidvoor stoomverharding.Bovengenoemde resultaten, worden bereikt, indien er een bij-zonder geschikt toeslagmateriaal (bijv. fijn kwartzand) is verwerkt.Bij toepassing van grof materiaal wordt de invloed van de stoom-behandeling minder, maar het eindresultaat is toch nog altijd op-vallend. Tot de practische problemen behoort de vraag, in hoe-verre het gebruik van fijnkorrelig toeslagmateriaal voordelig kanzijn.De productiekosten van betonwaren, die met een hoge-druk-stpombehandeling worden verhard, zijn pok afhankelijk van destoomtijd (de duur van d? stoombehandeling) en van de stoom-druk. Een langdurige stoombehandeling veroorzaakt in het alge-meen een grotere sterktevermeerdering; deze toeneming blijktafhankelijk te zijn van de gebruikte cementsoort. Een vergrotingvan de stoomdruk (> 8 ato) geeft echter bijna altijd een kleineresterkte, vooral een kleinere buigtreksterkte.De invloed van de stoombehandeling op h?t krimpen van hetbeton vormt een belangrijke factor, die in de toekomst wellichtmeer naar waarde zal worden geschat dan thans h?t geval is. In-dien holle betonblokken, vloerelementen e.d. van licht beton invochtige toestand worden geleverd of in een flinke regenbuihebben gestaan, ontstaat er --nadat zij in de muren, vloeren, e.d.,zijn aangebracht-- een zgn. nakrimp, welke leidt tot de vormingvan krimpscheuren. (Dit verschijnsel treedt nog sterker op bijelementen, die zijn vervaardigd van gasbeton, dat aan de lucht isverhard. Deze volumeveranderingen worden door een stoom-behandeling ten zeerste beperkt, nl. onder gunstige omstandig-heden tot zeer kleine waarden ( < 0,2 mm/m), gewoonlijk tot toe-laatbare waarden (ca 0,5 mm/m).Enige opmerkingen betreffende de toepassing van stoomverhardingVergeleken met de verharding in vochtige lucht (18--21 ?C) wordtniet stoomverharding onder normale druk de ?anvangssterkteeerder bereikt. Daardoor is het mogelijk dat de behandelde beton-producten onmiddellijk na het verlaten van de stoomkamer kun-nen worden opgestapeld. Vroeger moesten de verse betonstenengedurende enige dagen tijdelijk op een vloer of op rekken wordengeplaatst, wat met veel extra kosten gepaard ging.en bovendienveel plaatsruimte vereiste. Door toepassing van stoomverhardingwordt bovendien het fabricageproces minder afhankelijk van detemperatuur van de lucht en van de grondstoffen.Bij toepassing van stoomverharding onder hoge druk zijn debetonproducten, na de behandeling, practisch voor aflevering entransport gereed. Omdat de verharding van he,t beton niet meerdan ??n dag vereist, kunnen de producten op zeer korte termijnworden afgeleverd. ?Bij de verwerking van normale betonspecie (constructiebeton)zijn de gebruikelijke sterkten te bereiken, terwijl toch de hoeveel-heid cement kan worden verminderd. Indien geschikte bind-middelen en toeslagmaterialen worden verwerkt, zijn er zeergrote sterkten te behalen. Bovendien kan dopr een stoombehan-deling het nawerken (nakrimpen) van het beton ten zeersteworden beperkt.De technisch-wetenschappelijke grondbeginselen van de methodevan 'stoomverharding zijn zeer gecompliceerd. Indien men hetgrote aantal verkrijgbare grondstoffen in aanmerking neemt,blijken deze beginselen ook zeer verschillend van aard te zijn.Daarom is het noodzakelijk, van geval tot geval de materialen teonderzoeken op hun geschiktheid voor de stoombehandeling.Cemenl 7 (1955) Nr 9-1