Bijdrage tot de studie van betonspeciedoor O. HoltmanI.. ...... De samenstellende delen van betonspecieII. Krachten'en spanningen in betonspecieIII. Wateronttrekking aan betonspecieIV. Behandeling van betonspecie met de vacu?mmethodeI. De samenstellende delen van betonspecieBetonspecie bevat:1. toeslagstoffen, vari?rend van ongeveer 0;15 mm (fijn zand) totde diameter Van de grootste korrel (grote grindkorrels). Zijvormen het grove skelet van het beton. Het s.g. van zand engrind is ongeveer 2,65,2. cementdeeltjes vari?rend van enkele [? tot 50 ?. en zelfs tot80 ?. Zij beginnen hun hydratatieproces een ? tot 6 uur na hettoevoegen van water, afhankelijk van de soort cement. Het s.g.van cement is gemiddeld 3 (2,9 tot 3,1),3. water, dat in principe met de cementdeeltjes de ruimte in hetgrove skelet van de toeslagstoffen vult,4. lucht; belletjes in het beton, opgelost in het water en somsdoor middel van een air-hulpstof toegevoegd.I. Het mengsel van water en cementDe cementdeeltjes en het water vormen een mengsel, dat in prin-cipe de toeslagdeeltjes moet omhullen. In dit mengsel bevindenzich de cementdeeltjes in suspensie of in een meer samengesteldsoort van evenwicht.a. deeltjes in suspensieEen ge?soleerd deeltje in een vloeistof zal de neiging hebben te,,valle:". Volgens de Wet van Stokes bedraagt de valsnelheidwaarin:g = versnelling van de zwaartekracht = viscositeit van de vloeistofsgc en sgw = s.g. van cement en water (resp. 3 en I)d = diameter van de cementdeeltjesIn de practijk ziet men na enige tijd water op het beton verschij-nen, omdat de zand-, grind- en cementdeeltjes ,,vallen" in hetwater. Vult men voor water en cement de waarden in, dan vindtmen dat: v = d2/sec (d in ?)Een cementdeeltje met een diameter van 10?, valt dus met eensnelheid van lOOfx/sec of 36 cm/h en een cementdeeltje van 50?diameter met 900 cm/h. Het water komt dus niet op het beton,doch de toeslagstoffen in de cementdeeltjes ,,vallen" onder dewaterspiegel (tek. I).tek. IIn feite zijn de cementdeeltjes niet ge?soleerd en daarom is deviscositeit van het mengsel niet gelijk aan die van het water.Volgens de wet van Ein st ei n is de viscositeit van het mengsel(I + 2,5c). , waarin c is de verhouding van het volume van dedeeltjes en dat van het mengsel.*) Bewerkt naar ,,Contr?bution a I'Etude du b?ton frais" door ir I. L?viantHet verschijnen van water boven de betonspecie zal geringer zijnbij een lage wcf.Men krijgt dus de volgende ogenschijnlijke tegenstelling:hoe meer deeltjes men in een vloeistof werpt, des te langzamer,,vallen" zij.In feite volgen de deeltjes niet uitsluitend de Wetten van Stokesen Ei n st e i n , omdat er ook nog andere krachten optreden:aantrekkingskrachten volgens de Wet van Van der Waals enals de deeltjes electrostatisch geladen zijn, oefenen zij krachtenuit op elkaar volgens de Wet van Coulomb. Zij allen tezamenbe?nvloeden het verkregen evenwicht. Er wordt een eindtoestandbereikt, voordat alle deeltjes met elkaar mechanisch in contactzijn. Daarnaast kan het water, dat door absorptie om de deeltjes,,verstijfd" wordt, ook nog een. rol spelen.b. Enige typen van water-cementmengselsWanneer men de classificatie volgt, die Atterberg heeft inge-voerd in de grondmechanica, dan komt men ertoe de zuiverewater-cementmengsels te onderscheiden in cementdeeg (plastischmengsel) en cementlijm (vloeibaar mengsel).In cementlijm zijn de deeltjes voldoende ver van elkaar verwijderdom onafhankelijk te zijn: er zijn geen mechanische contacten en dewerking op afstand is te verwaarlozen klein. Deze voorwaardenworden niet exact vervuld, omdat men in een vloeibaar mengseltoch wel deeltjes vindt, die op elkaar inwerken, gezien het feit,dat het mengsel niet homogeen behoeft te zijn. Zo'n vloeibaarmengsel heeft als s.g:Een staatje geeft de s.g. van het mensel aan voorenkele wcf.wcf 0,200,250,300,350,400,45 0,500,550,600,700,801,0sgm2,252,142,051,98 1,911,85 1,80 1,75 1,71 1,65 1,59 1,50In cementdeeg, waar de deeltjes dichter bij elkaar liggen, zijn zeniet onafhankelijk. Dan werken zij op elkaar, ?f door mechanischecontacten ?f door de krachten van Van der Waals. Men spreektdan van een zeer fijn skelet. Dit ,,mikroskelet" van de cement-tek. 2bdeeltjes verschilt van het grove skelet van de toeslagdelen nietalleen door zijn grootte, maar ook door zijn gedrag. In feite be-hoeft dit mikroskelet niet noodzakelijk te bestaan door mechani-sche contacten tussen de deeltjes. Het kan ook worden, gevormddoor de krachten van Van der Waals en door het water dat omde zeer fijne deeltjes wordt ,,verstijfd". Een plastisch mengselbeweegt gewoonlijk niet eh het gedraagt zich niet als een vloeistofmet het s.g. van het mengsel, maar als een skelet verzadigd metwater. Het is duidelijk, dat.er een cement-watermengsel bestaat,hetgeen juist nog plastisch en nog juist niet vloeibaar is.Nemen wij aan, dat het cement uit bolletjes met eenzelfde diameterbestaat, dan is het mogelijk de bolletjes zodanig te rangschikken,dat zij zoveel mogelijk ruimte laten bestaan en toch elkaar juistraken. In dit geval is de inhoud van de opengelaten ruimte 91%van de inhoud van de cementbolletjes (tek. 2a):tek. 3In het geval dat men de deeltjes zo compact mogelijk rangschikt, isde inhoud van de overgebleven ruimten slechts 34% van deinhoud van de cementbolletjes (tek. 2b).286 Cement 6 (1954) Nr 17-18te k. 2aMen kan voor beide gevallen de ruimten gevuld denken met water;men vindt dan, voor het geval het cement een s.g. 3 heeft, eenwcf van 0,3 resp. 0,11.De toeslagk?rrels in een water-cementmengsel veroorzaken eenwandeffect, waardoor een mengsel, dat op zichzelf nog juist vloei-baar zou zijn, ter plaatse plastisch kan worden.Het gehalte aan water dat een mengsel in beton nog juist vloeibaardoet zijn, moet dus hoger wezen.2. Het toeslagstoffen-skelet in het water-cementmengselOp elke korrel van de toeslagstoffen worden verscheidene krach-ten uitgeoefend:a. eigengewicht, waarin v = het volume van de korrel;b. een opwaartse druk (Archimedes);c. een reeks krachten uitgeoefend door de omliggende korrels.Is de toeslagkorrel in rust, dan heeft men dus a+b+c=0.Voorbeeld: Voor een grindkorrel van 2 cm3in een betonspeciemet een wcf = 0,5 vinden wij:a = 2x2,65=5,3 gb = 2x 1,8 = 3,6 g s.g. mengsel (zie staatje) = 1,8c=1.8gAls p de porositeit van beton is (d.i. de verhouding tussen de in-houd van het water-cementmengsel en de inhoud van de toeslag-stoffen), dan vind men als s.g. van het beton:sgb = pxsgm+(l-- p)xsgtwaarin sgt het soortelijk gewicht van de toeslagstoffen is.Men vindt nu voor wcf = 0,5 en een porositeit p = 0,2:sgb = 0,2 x 1,8+0,8 x 2,65 = 2,48.Weegt men dit beton na enige tijd, d^n wordt er een lagere waardegevonden, hetgeen dus aangeeft, hoeveel water er verdwenen isen hoeveel lucht daarvoor in de plaats is gekomen. Vindt men inplaats van 2,48 bijvoorbeeld 2,36 dan is er dus per m30,12 tonwater verdwenen. Deze 120 I water zijn vervangen door 120 Ilucht; het beton heeft dus vele fijne en grove kanaaltjes en holten.Uit proeven is gebleken, dat de wateropneming en de waterdoor-laatbaarheid geen bepaald verband behoeven te vertonen. Dithangt samen met de grootte van de kanaaltjes en holten in hetbeton.Wij hebben verondersteld, dat het beton bestond uit een toeslag-skelet omhuld met het water-cementmengsel. De dikte van hetmengsellaagje bij de contactpunten nadert tot nul. Als het betoneen overmaat van het water-cementmengsel heeft, kunnen detoeslagdelen geen skelet vormen; zij bevinden zich dan in suspen-sie in het mengsel.Ter verduidelijking merken wij nog op, dat sommige cementdeel-tjes in het grove skelet geklemd kunnen zitten, terwijl anderszijdszeer fijne toeslagdeejtjes zich in suspensie kunnen bevinden in hetwater-cementmengsel.Als het mengsel niet vloeibaar is maar plastisch, dan vormen decementdeeltjes een mikroskelet, dat totaal verweven kan zijn methet grove skelet. In dit geval vult het water de ruiVnten op van hetgezamenlijke skelet. Een dergelijk verweven skelet is sterker daneen grof skelet met een water-cementmengsel ertussen.3. De grootte van de kanaaltjesIn het geval van een vloeibaar mengsel tussen de toeslagdelen enin geval van water tussen het gezamenlijk skelet, heeft de groottevan de kanaaltjes een belangrijke invloed op de kwaliteit van hetbeton. Vooral de waterdichtheid, vorstbestendigheid, bestendig-heid tegen agressieve stoffen, sterkte, soortelijk gewicht en moge-lijkheid tot aanbrengen van allerlei stoffen op beton worden sterkdoor het aantal en de grootte van de kanaaltjes be?nvloed.Volgens Duriez*) hangt de grootte van de kanaaltjes samen metde gemiddelde diameter 0 van de toeslagkorrels:3 2/a0 = -T7T- d d = gemiddelde diameter van de korrels.Als de gemiddelde grootte van de zandkorrels 0,6 mm is, dan is:, 3 __________ . .' ,0 = --. V 0,62= ca 0,1 mm = 100 (lVoor een plastisch water-cementmengsel van een cement met eengemiddelde diameter van de korrels van 30 ? is:' 3 ____0 = -|j-. Vo,032= ca 0,0145 mm = 14,5 ?JLIndien de korrels sterk in grootte vari?ren, krijgt men eenkorrelverdeling,die de kanaaltjes kleiner doet zijn dan bij korrels met vrijwel gelijkedia-meter.Naast de belangrijkheid van de kanaaltjes, die in beton achter-blijven, zijn zij ook van belang in de betonspecie. Zij be?nvloedende circulatie van het water-cementmengsel (wanneer dit vloeibaaris) of van het water (in het geval van een plastisch mengsel). Boven-dien bepaalt d? grootte van de kanaaltjes hun capillariteit.4. Luchtbellena. Normale luchtbellen -- Deze zijn in de specie gevormd geduren-de het draaien van de betonmolen of bij het storten. Hun groottevari?ert sterk. Ook het trillen van beton kan lucht in de speciebrengen. Bovendien komt lucht ook in opgeloste vorm in hetwater voor.b. Belletjes gevormd door air-hulpstof-- Irt air-betonspecie veroor-zaakt men de vorming van milliarden kleine belletjes, vari?rendvan 20?--150? Het totale luchtvolume kan hierin vari?ren Van 2tot 6%. De belletjes bevinden zich in de grotere kanaaltjes en be-invloeden zodoende de waterdichtheid. Zij ondervinden van hetwater-cementmengsel een opwaartse kracht in overeenstemmingmet hun volume.Air-hulpstoffen, die grotere bellen vormen, zijn ongeschikt, om-dat dan de belletjes een te sterke neiging hebben naar het opper-vlak te stijgen.ConclusieDe betonspecie wordt beschouwd een skelet te zijn gevuld metwater of een water-cementmengsel. Aan de hand van deze opvat-ting worden in het volgende artikel de verschijnselen besproken,die optreden bij de toepassing van de vacu?mmethode.*) Traite de mat?riaux de construction, Dunod, Paris, 1950(wordt voortgezet)Contribution a I'?tude de composition demortierpar O.HoltmanConsid?ration sur la composition des mortiersd'apr?s un. article de M. I. Leviant.Dans cette ?tude les formules sont d?riv?es,qui donnent ies particules en suspension, Ie poidssp?cifique et les diam?tres des capillaires.La suite de Tarticle sera publi?e dans le prochainnumero de ,,Cement."Contribution to the study of concrete mortarby O. HoltmanDiscussion of the publication by Mr. I. Leviantconcerning the composing parts of concrete mor-tar. Formulas are given for the particles in suspen-sion, specific gravity and the diameters of thecapillaries. This article will be continued in thenext issue of ,,Cement".Beitrag zum Studium der Betonmassevon. O. HoltmanEine Betrachtung auf Grund eines Artikels vonir I. Leviant ?ber die, die Betonmasse bildendenStoffe, wobei u.a. Formeln f?r die Bestimmungder Fallgeschwindigkeit von sehr kleinen, in einerFl?ssigkeit schwebenden Teilchen fester Stoffe,ihres spezifischen Gewichtes und ihrer Grosseabgeieitet werden. Eine Fortsetzung diesesArtikels erscheint in der nachsten Nummerdieser Zeitschrift.Maatregelen tegen valse bindingWanneer cement bij.de keuring aan alle vereistenvoldoet, doch een geringe neiging tot valse bin-ding vertoont in zodanige mate, dat het cementhiervoor niet behoeft te worden afgekeurd, kun-nen de hieraan verbonden bezwaren meestal opeenvoudige wijze worden ondervangen.De beste oplossing is het cement enige tijd opge-slagen te laten, alvorens het wordt verwerkt,Wanneer een dergelijke langdurige opslag op eenbouwwerk niet mogelijk is of aanleiding kan geventot verschillende moeilijkheden, hetgeen in depractijk in de regel het geval zal zijn, moet zodraenig verschijnsel van valse binding merkbaar is:1. de mengtijd van de mortel of van de betonspecielanger worden genomen dan ten minste ??n mi-nuut, zoals dit is voorgeschreven in Art. 14van de G.B.V. 1950;2. enig water aan de mortel worden toegevoegd, ten-einde het water, dat verloren is gegaan door debinding van amorf gips en dat, nodig is voor decementb?nding, weder aan te vullen.Geschiedt dtt laatste niet, dan kan de scheikundigewerking van de binding van het cement niet vol-ledig plaats vinden en is de kans op het ontstaanvan grindnesten, scheuren, e.d. niet denkbeeldig.Gezorgd moet echter worden, dat niet te veel waterwordt toegevoegd, aangezien door te v??l waterde eigenschappen van het beton (sterkte, dicht-heid en afslijtingsweerstand) zouden achteruitgaan. In het bijzonder bij het verwerken van tril-betonspecie is het nodig de bij te voegen hoeveel-heid water te beperken tot de hoeveelheid, welkevoor de binding van het cement ten hoogste isvereist. S.Cement 6 (1954) Nr 17-18 287