O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2000 156Aan de TU Delft wordt al jarenonderzoek verricht naar het ge-drag van jong beton en wordternaar gestreefd de resultatenervan in de praktijk toe te passen.InCementisindatkadereenreeksartikelen gepubliceerd [1], waarinonder meer aandacht werd be-steed aan de sterkteontwikkelingvan verhardend beton.De sterkte van beton wordt nor-maliter uitgedrukt in de 28-daag-se druksterkte. Vaak is echter desterkte op eerdere tijdstippen vanbelang. Bij het aanbrengen van devoorspanning op een moot vaneen uitbouwbrug is het betonminder dan drie dagen oud. Deomstandigheden zullen tijdensdie drie dagen anders zijn dan ingeval van geconditioneerde om-standigheden. Om te weten of desterkte toch hoog genoeg is om despanningenoptenemen,zijnnauw-keurige sterktemetingen vereist.De sectie betonconstructies vande TU Delft heeft, in samenwer-kingmetinnovatiecentrumOFFISen IMAG-DLO, een nieuwe meet-methode ontwikkeld waarmee desterkte van jong beton kanworden bepaald. Deze meetme-thode is gebaseerd op de di?lek-trische eigenschappen van hetbeton, te meten met de di?lek-trische betonsterktesensor, de`Consensor'.D i ? l e k t r i s c h e m a t e r i a a l -e i g e n s c h a p p e nDe di?lektrische eigenschappenvan een materiaal ? de elektrischegeleidbaarheid en de elektrischepermittiviteit ? bepalen de elektri-sche respons van dat materiaalwanneer het in een elektrisch veldwordt geplaatst. De geleidbaar-heid kan worden gesymboliseerdmet een weerstand en de permit-tiviteit met een condensator (fig.1). Bij beton worden de di?lektri-sche eigenschappen voorname-lijk bepaald door de hoeveelheidwater in het beton: als de hoe-veelheid water verandert, veran-deren ook de di?lektrische eigen-schappen. Beide eigenschappengeven veel informatie over de ver-anderingen in het jonge beton.Voor de relatie met de sterkte inde consensor is alleen de geleid-baarheidsterm gebruikt.R e l a t i e t u s s e n g e l e i d -b a a r h e i d e n s t e r k t eTijdens het verhardingsprocesvan beton reageert het cementmet het water, het hydratatiepro-ces.Hierbijneemtdehoeveelheidwater af en de hoeveelheid vastmateriaal toe (fig. 2). De verschil-len in di?lektrische eigenschap-pen van de vaste hydratatiepro-ducten en het water in de pori?n,maken het mogelijk met di?lek-Consensor, een nieuwemethode voor de sterkte-bepaling van jong betonir. A. van Beek, Technische Universiteit DelftD. van Amstel, Bouwdienst RijkswaterstaatDe ontwikkelingen in de elektronica hebben geleid tot nieuwe meettechniekenvoor het monitoren van betonconstructies. Een van die ontwikkelingen heeftgeresulteerd in een nieuwe methode voor de sterktebepaling van jong beton.Deze methode is gebaseerd op de relatie tussen de di?lektrische materiaal-eigenschappen en de sterkteontwikkeling van jong beton. Een prototype vandit meetsysteem is gebruikt voor de sterktebepaling bij de nieuwe Lekbrugte Vianen.1 | Di?lektrische eigenschappen van beton 2 | Componenten in cementsteen bij toenemende hydratatieO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2000 1 57trische metingen het hydratatie-proces te volgen.De sterkteontwikkeling van betonis direct gerelateerd aan de hoe-veelheid vast materiaal dat wordtgevormd. Wanneer de hydratatie-producteneenskeletvormen,kandit skelet krachten opnemen.Aangezien zowel de di?lektrischeeigenschappen als de sterkteont-wikkeling een relatie hebben methet hydrateren van het cement, isonderzoek verricht naar de relatietussen deze beide eigenschappenin jong beton. Hieruit bleekeen duidelijke relatie te bestaantussen de geleidbaarheid en desterkte. Met deze relatie wordt bijeen lage geleidbaarheid (weinigwater en weinig pori?n) een hogesterkte gevonden.Voor diverse betonsoorten is derelatiegeleidbaarheid?sterktebe-paald:betonmetportlandcement,betonmethoogovencement,hoge-sterktebeton en beton met lichtetoeslag. Elk mengsel heeft z'neigen relatie geleidbaarheid ?sterkte, die onafhankelijk blijkt tezijn van de water-cementfactor.De relatie, die wordt beschrevenmet formule 1, wordt in het labo-ratorium bepaald door een conti-nue di?lektrische meting aan eenmeetkubus en sterktebepalingenna 1, 2, 3, 4 en 7 dagen. Schema-tisch is dit weergegeven in fi-guur 3. Deze relatie is het start-puntgeweestvandeontwikkelingvan de Consensor.f'bm= A - B( - 0)m(1)hierin is:f 'bmde gemiddelde kubus-druksterkte van beton;A de sterkte van eenbeton zonder pori?n inde cementsteen;B( - 0)mde reductie veroorzaaktdoor de pori?n in decementsteen;B de reductiefactor;de geleidbaarheid;0de geleidbaarheid vande vaste stof;m een constante.T o e p a s s i n g v a n d eC o n s e n s o r b i j d e L e k b r u gV i a n e nNa de ontwikkelingsfase in hetlaboratorium is het meetsysteemgetest op een bouwplaats, dit iseen omgeving die speciale eisenstelt aan het ontwerp van eenmeetsysteem. Om deze eisen teleren kennen, is met een proto-type van de consensor een prak-tijkproef uitgevoerd bij de nieuweLekbrug te Vianen. [2]Bepaling relatie geleidbaarheid -sterkte in het laboratoriumVoor het bepalen van de sterkteop het werk is de relatie tussengeleidbaarheid en sterkte vanhet mengsel nodig. Deze wordtbijvoorbeeld in het laboratoriumvan een betonmortelcentrale be-paald. [3]In figuur 4 is de relatie tussengeleidbaarheid en sterkte weerge-geven van het mengsel dat bij deLekbrug te Vianen is toegepast(tabel 1).Tabel 1 | BetonsamenstellingLekbrug Vianen in kg per m3beton, B 65CEM III/B 42,5 LH HS 248,40CEM I 52,5 R 111,60kalksteenmeel 60,00HR Superplast. CON 35 5,04zand 0 - 4 mm 942,00gebroken grind 4-16 mm 997,00water (water-cementfactor 0,37) 133,203 | Relatie tussen geleidbaarheid en sterkte, schematisch weergegevenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2000 158De relatie is alleen geldig tussende aangegeven boven- en onder-grens, die afhankelijk zijn van dehoogste en laagste sterkten diezijn bepaald. Door vroeger enlaterextrasterktebepalingenuittevoeren, kan de geldigheid van derelatie worden verruimd.Sterktebepalingen op het werkHet hart van de meetapparatuurbestaat uit een di?lektrischesensor, ontwikkeld door IMAG-DLO [4], van origine ontworpenvoor het bepalen van vochtgehal-ten in grond en aangepast voormetingen aan beton. De sensorgenereert een elektrisch veld meteen frequentie van 20 Mhz tussende elektroden in het beton enmeet de respons van het materi-aal. Een computer activeert desensor voor het uitvoeren van demetingen en slaat de gemetengegevens op.De elektrodesets zijn direct naastde koppen van de dwarsvoor-spanning in het brugdek van deuitbouwbrug gemonteerd, aande binnenzijde van de bekisting(foto 5). De sets zijn steedsgeplaatst in een maas van dewapening, daar de afstand vaneen elektrode tot de wapeningminimaal 20 mm moet zijn. Foto6 toont de di?lektrische sensor.ResultatenTwee aspecten zijn gedurendedeze praktijkproef bestudeerd:- zijn de meetresultatenbetrouwbaar;- is het systeem robuust engebruikersvriendelijk.In figuur 7 is de sterkteontwikke-ling van vijf meetpunten weerge-geven, bepaald volgens de di?lek-trische sterktebepaling. Hierin isduidelijk te zien dat de sterkte-ontwikkeling dichtbij het oudebeton achterloopt ten opzichtevan die in het midden van de con-structie. De di?lektrische metho-de en de methode van gewogenrijpheid gaven een overeenkom-stige sterkteontwikkeling.De resultaten betreffende debruikbaarheid zijn gebruikt voorde verdere ontwikkeling van hetmeetsysteem. Het personeel opde bouwplaats dat uiteindelijkmet het systeem moet gaanwerken, heeft ook de test uitge-voerd. Hun commentaar en aan-bevelingen zijn gebruikt om hetsysteem te verbeteren.Dit heeft geresulteerd in hetontwerpvandeConsensor,dieuitvier onderdelen bestaat (fig. 8):- Elektrodeset. Deze wordt methet plaatsingsgereedschap inhet beton geplaatst en blijft inhet beton achter.- Plaatsingsgereedschap.Dit houdt de elektrodeset opzijn plaats totdat het beton isverhard. Daarna kan hetworden verwijderd en kan metde sensor aan de elektrodesetworden gemeten.- Sensor. Deze is uitgevoerd alseen stekker met twee stevigepoten. E?n van de twee poten5 | Installeren van de sensoren aan de bekisting6 | Di?lektrische meting na het ontkisten7a | Sterkteontwikkeling bij de voorspanankers4 | Relatie geleidbaarheid ? sterkte voor betonmengsel Vianen(mS staat voor milliSiemens)7b | Situering van de vijf meetpuntenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2000 1 59heeft een ingebouwde tempe-ratuursensor.- Computer. De handheld-computer wordt gebruikt voormetingen in het werk. Voorhet vaststellen van de relatiegeleidbaarheid ? sterkte inhet laboratorium wordt eengewone computer gebruikt.C o n c l u s i e sDe di?lektrische meetmethodeblijkt een goede en betrouwbaremanier om de sterkte van jongbeton te bepalen. Met name derelatie tussen elektrische geleid-baarheid en sterkte blijkt zeergoed toepasbaar. Deze relatie isvoor vele betonsoorten vastge-steld en is onafhankelijk van dewater-cementfactor.Het di?lektrisch meetsysteemzoals dat gebruikt is bij Vianen,was een prototype, ontworpen ineen laboratorium en aangepastvoor gebruik bij de brug. Hetsysteem heeft goed gefunctio-neerd en heeft tijdens het gebruikinzichtelijk gemaakt wat de ont-werpeisen zijn voor de Consen-sor. Zo zijn de elektrodensetsaangepast, waardoor gemetenkan worden zonder de bekistingte verwijderen. Met dit ontwerpkunnen nu op een gemakkelijkeen betrouwbare wijze sterkteme-tingen worden uitgevoerdEen groot voordeel van dezemethode is, dat voor de sterkte-bepaling in het werk de di?lektri-sche eigenschappen niet continugemeten behoeven te worden. Ditverkleint de kans op uitval doorbeschadiging van bedrading ofvan de meetapparatuur zelf. Hetinbouwenvandeelektrodenendebediening van de apparatuur iseenvoudig en robuust.In de nabije toekomst zal de Con-sensor op de markt komen en zijnplaats vinden op zowel de bouw-plaats als in de laboratoria vanbetonleveranciers. Met de erva-ringen die in de praktijk zullenworden opgedaan, zal in de toe-komst het systeem verder verbe-terd kunnen worden.De sterktebepaling is nu geba-seerd op de relatie tussen geleid-baarheid en sterkte. Door ook degemeten permittiviteit bij deinterpretatie te betrekken, kandeze methode in de toekomstmisschien ook gebruikt wordenom uitspraken te doen overandere aspecten van het beton,zoalsdeduurzaamheid.Ditzaluitnader onderzoek moeten blijken.We danken de heer E. Horewegvoor zijn inzet bij dit project. Zijnbijdrage aan de ontwikkeling vanhet prototype dat gebruikt is bij deLekbrug, was bijzonder waarde-vol. sL i t e r a t u u r1. Van Breugel, K, et. al., Hetgrijze gebied van het jongebeton I t.m. VI. Cement 1995nr. 12 en 1996 nrs. 1 t.m. 5.2. Van Beek, A. en E.Horeweg,Di?lektrische sterktebepalingvan jong beton bij uitbouw-brug te Vianen. Stevin-rapport 25.5-99-7, 1999.3. Van Beek, A., Di?lektrischebetonsterktesensor. Metingenbij betonmortelcentrale Vander Velden. Stevinrapport25.5-99-6, 1998.4. Hilhorst, M.A., Di?lektrischebetonsterktesensor; haalbaar-heidsstudie. Interne publica-tie IMAG-DLO, 1994.8 | De vier onderdelen van de Consensorhandheld computerdi?lektrischesensorelektrodesettemperatuursensorplaatsingsgereedschap