themaHoe sneller, hoe beter?2201016themaHoe sneller, hoebeter? Beton is beton, of toch niet? Het lijkt erop dat met de sterkteklasseen de milieuklasse(n) voldoende eisen voor het beton zijn vastge-legd om het ontwerp te kunnen maken. In het bouwproces blijktechter dat er hele andere, aanvullende eisen worden gesteld aanhet beton. Hier komen aspecten zoals maakbaarheid en verwerk-baarheid, maar ook de snelheid van bouwen aan de orde.Invloed betonsamenstelling op de snelheid van het bouwprocesHoe sneller, hoe beter? 22010 17De bouwsnelheid wordt steeds belangrijker: we willen metminder hinder bouwen. Dit zorgt er vaak voor dat de beschik-bare bouwtijd afneemt. Het bouwproces moet sneller endaarmee ook de verharding van beton. Voor het beton houdt ditin dat niet alleen de sterkteklasse en de milieuklasse(n) rand-voorwaarden zijn, maar ook de snelheid van verharden. Vaak isde achterliggende vraag: het realiseren van een gewenste vasteverhardingstijd in alle omstandigheden. Het gevolg is dat het nietmeer gaat om de sterkte op 28 dagen, waarmee de sterkteklassegedefinieerd is, maar om de weg ernaar toe.GrondstoffenBij het samenstellen van beton staan er verschillende grond-stoffen als bindmiddel ter beschikking:? portlandklinker;? hoogovenslak;? poederkoolvliegas.In alle gevallen bestaat een deel van het bindmiddel uit port-landklinker. Daarnaast kan het bindmiddel dus zowel hoog-ovenslak als poederkoolvliegas bevatten. Deze twee grondstof-fen moeten voor de reactie worden geactiveerd door de port-landklinker. De reactie van beton met hoogovenslak en/ofpoederkool is daarmee langzamer dan met alleen portlandklin-ker. Over het algemeen wordt ervan uitgegaan dat hoogoven-slak na circa twee dagen begint met reageren. Voor poeder-koolvliegas wordt uitgegaan van een langere periode voordat ereen bijdrage aan de reactie is. Deze getallen zijn gebaseerd opbeton dat verhardt bij 20 ?C in de waterbak.In de Nederlandse bouwpraktijk komen we de grondstoffen aldan niet in combinatie tegen in verschillende typen cement:? in CEM I: portlandklinker;? in CEM III/A en CEM III/B: portlandklinker en hoog-ovenslak;? in CEM II/B-V: portlandklinker en poederkoolvliegas.Voor de snelheid van de verharding van het beton is het dusvan belang welke grondstoffen worden gebruikt. Het feit datbindmiddelen met hoogovenslak en/of poederkoolvliegas lang-zamer verharden dan puur portlandklinker, wil echter nietzeggen dat daarmee de verharding van beton in de constructieook langzamer is. Hierbij spelen andere zaken een rol.VerhardingDe verharding is een chemische reactie. En zoals vele chemi-sche reacties verloopt de reactie sneller naarmate de tempera-tuur hoger is. Als vuistregel wordt aangehouden dat een chemi-sche reactie bij 10 ?C temperatuurstijging 2x zo snel verloopt(fig. 1).Echter deze relatie is niet voor iedere grondstof gelijk. Dereactie van hoogovenslak bijvoorbeeld is meer gevoelig voortemperatuur dan de reactie van portlandklinker. Dit leidt ertoedat CEM III bij een hogere temperatuur veel sneller reageert,maar bij een lagere temperatuur veel langzamer dan CEM I.Om het effect van de temperatuur in de constructie op deverharding mee te nemen, wordt gebruikgemaakt van demethode van gewogen rijpheid. Via het meten van de tempera-tuur en de formule (1) wordt de verhardingstijd in de constructieomgezet naar een equivalent aantal uren verharding bij 20 ?C.ir. Jeannette Bouwmeester-van den BosBAM InfraConsult/TU Delft, fac. CiTG1 Verschil in druksterkteontwikkeling beton bijverharding bij verschillende temperaturen2 Gemeten specietemperaturen in de periode1987 ? 1994 op diverse locaties0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240tijd (uren)verharding bij 10?Cdruksterkte(N/mm2)verharding bij 20?Cverharding bij 40?C051015202530betoncentrale 87Peconor 88WKC 89KTB 90KSS 91KSS 93KSU 94jan-00feb-00mrt-00 apr-00 mei-00 jun-00 jul-00 aug-00 sep-00 okt-00 nov-00 dec-00tijd in maandentemperatuurin?C12Hoe sneller, hoe beter?18SpecietemperatuurDe specietemperatuur is als het ware de starttemperatuur vande chemische reactie. Hoe hoger deze temperatuur is, hoesneller de reactie (lees verharding) zal verlopen. De hoogtevan de specietemperatuur wordt voornamelijk bepaald doorde temperatuur van het toeslagmateriaal. Aangezien hettoeslagmateriaal veelal in de open lucht wordt opgeslagen enregelmatig wordt ververst, volgt de specietemperatuur hetseizoen.De temperatuur van het aanmaakwater, vaak gebruikt om despecietemperatuur te verhogen of te verlagen, heeft door derelatief kleine hoeveelheid in het mengsel een beperkte invloedop de specietemperatuur.Het gebruik van vers, warm cement, kan ook voor enkelegraden hogere specietemperatuur zorgen. Echter hierbij geldtdat deze parameter voornamelijk door de externe oorzakenRg =10(C0,1T ? 1,245? C-2,245)__________________lnC(1)waarin:Rgis de gewogen rijpheid van het beton na 1 uur;T is de gemiddelde temperatuur van het beton in dat uur;C is de C-waarde van het gebruikte cement of het gebruiktebindmiddel.In deze gewogen rijpheid speelt de C-waarde van het cement /bindmiddel een belangrijke rol. Deze C-waarde betreft detemperatuurafhankelijkheid van het bindmiddel. Hoe hoger dewaarde, hoe meer temperatuurgevoelig de verharding van hetbindmiddel. De C-waarde van CEM III/B (1,55 ? 1,65) is danook hoger dan dievan CEM I (1,10 ? 1,30).Verharding in het bouwprocesVoor het bouwproces is niet alleen de snelheid van de verhar-ding van belang, maar vooral ook de betrouwbaarheid en deconstantheid. Het gaat vaak om een constante verhardingstijd:op een vast tijdstip kunnen voorspannen of ontkisten. Hetspeelt dan ook niet alleen bij de prefab industrie, maar ook bijin situ gestort beton. Voor het realiseren van deze vaste verhar-dingstijd spelen zowel de temperatuur van het beton als debetonsamenstelling een rol.Als eerste de temperatuur van het beton; deze wordt door tweeaspecten bepaald:? specietemperatuur;? afkoeling.thema34Hoe sneller, hoe beter? 22010 193 Isoleren van het beton om warmteverlies te voorkomen4 Voorbeeld van maatregelen om een vaste verhardingstijdte realiseren. In dit geval is gekozen voor het gebruik vaneen verwarmde bekisting door middel van warm water(knuffelkist)5 Sterkteontwikkeling van diverse betonsamenstellingen6 Gemeten verhardingstijden in relatie tot de specietempe-ratuur in het dek van de kademuur Amazonehavenbepalen, afhankelijk van de constructie, de thermische randvoor-waarden en het tijdstip van storten, de snelheid van verharden engeven daarmee de mogelijkheid het bouwproces te sturen.VoorbeeldenHet eerste voorbeeld betreft de kademuur van de Amazoneha-ven op de Maasvlakte. Deze kademuur is een kokerconstructie(fig. 6). Voor het bouwproces is de verharding van het dek eenbelangrijke tijdsfactor: bij een sterkte van 14 N/mm? kan debekisting worden verwijderd. Voor de verharding van het dekis een verhardingstijd van 88 uur beschikbaar (donderdagstorten, maandag ontkisten). In de grafiek in figuur 6 is te lezendat deze verhardingstijd met het gebruikte mengsel bij vrijwelelke specietemperatuur is gerealiseerd.De grafiek is ook te gebruiken, wanneer de verhardingstijdmoet worden gereduceerd tot 64 uur (vrijdag storten). In datgeval kan worden afgelezen dat voor een gemiddelde verhar-dingstijd van 64 uur een specietemperatuur van 16 ?C nodig is.Wanneer de specietemperatuur lager ligt, is een aanpassing vande betonsamenstelling nodig om de gevraagde verhardingstijdte realiseren.wordt gestuurd en niet direct als sturingsparameter kan wordengebruikt. Daarnaast neemt de cementtemperatuur door opslagin silo's ook vrij snel af.Dit alles leidt ertoe dat de specietemperatuur van het beton in deNederlandse praktijk over het algemeen maar weinig kan wordengestuurd. Er zijn hier geen voorzieningen voor het verwarmendan wel koelen van toeslagmateriaal. Metingen in de praktijk (fig.2) laten zien dat in de winter rekening kan worden gehouden meteen specietemperatuur tussen de 7 en 12 ?C. In de zomer ligt despecietemperatuur tussen de 22 en 27 ?C, waarbij in warme peri-oden hogere specietemperaturen zijn gemeten. Het gebruik vanwarm water dan wel koud water/scherfijs leidt tot een 2 tot3 ?C hogere, respectievelijk lagere specietemperatuur.Thermische randvoorwaardenNaast de specietemperatuur als starttemperatuur speelt hetverloop van de temperatuur in het beton een rol in de snelheidvan verharding. Voor het verloop is het warmteverlies vanbelang. Dit warmteverlies is beperkt bij constructies met rela-tief veel inhoud en weinig oppervlak. Ook kan het warmtever-lies worden verminderd door een constructie te isoleren (foto3). Wanneer deze maatregel nog onvoldoende bijdraagt aan detemperatuurontwikkeling, kan ervoor worden gekozen warmtetoe te voegen tijdens de verharding. Hiervoor zijn er velemogelijkheden, waarbij het stomen bij prefab beton en hetstoken bij warme gietbouw bekende voorbeelden zijn (foto 4).BetonsamenstellingVoor de sterkteontwikkeling is niet alleen de temperatuuront-wikkeling van belang, maar ook de betonsamenstelling. Met dekeuze van een andere betonsamenstelling en daarmee vaak eenhogere sterkteklasse, kan de sterkteontwikkeling wordenversneld (fig. 5).Naast een andere betonsamenstelling kan ook gebruik wordengemaakt van de temperatuurafhankelijkheid van het bindmid-del. Bij lagere temperaturen in het beton tijdens de verhardingis het gebruik van CEM I aan te raden, terwijl bij hogeretemperaturen meer voordeel valt te behalen met CEM III.Samenvattend kan worden gesteld dat voor de verhardingstijdvan beton in het bouwproces zowel de temperatuur in het betonals de betonsamenstelling een rol speelt. Deze twee factoren0010203040506024 48 72 96 120 144 168tijd (uren)25% CEM I 52,5 R + 75% CEM III/B 42,5druksterkte(N/mm2)100% CEM III/B 42,5010 12 14 16 18 20 22 24 26 28102030405060708090100meting 5 Mpameting 14 Mpalineair (meting 14 Mpa)700600specietemperatuur in ?CverhardingstijdinurenT onderlingT uitwendig56themaHoe sneller, hoe beter?2201020maatregelen voorzien om de temperatuur in de constructie tebehouden, zoals isolatie aan de bovenzijde van de vloer.De vraag is met welk mengsel de gewenste verhardingstijd kanworden gerealiseerd. In tabel 1 staan vier varianten.Uit de grafiek in figuur 7 blijkt dat een verhardingstijd van64 uur met mengsel C en D kan worden gerealiseerd. Metmengsel A en B is de verhardingstijd langer dan de vereiste 64uur. Het is dus mogelijk een keuze te maken voor een betonsa-menstelling waarmee in de winterperiode de gewenste verhar-dingstijd wordt gerealiseerd.Met andere randvoorwaarden kan uiteraard worden bepaaldwat de verhardingstijd van diverse mengsels in een zomersitu-atie of met een stalen bekisting zal zijn.KanttekeningenHet lijkt erop dat een snellere verharding slechts een kwestie isvan het cre?ren van voldoende temperatuur in het beton. Daaris een aantal kanttekeningen bij te plaatsen.Ten eerste is het niet zo dat de verhardingstijd oneindig tebeperken is. Er blijft een zekere tijd nodig voordat het betonaan de verharding begint, de zogenoemde dormante periode.De lengte van deze periode is mede afhankelijk van degewenste verwerkbaarheid en de tijdsduur waarover dezeverwerkbaarheid beschikbaar moet zijn. Een goed voorbeeldis zelfverdichtend beton. Door de gewenste hoge verwerk-baarheid, heeft het beton een relatief lange dormante periode.Het duurt dus lang voordat de verharding op gang komt. Alsde verharding echter op gang is, gaat deze in het geval vanzelfverdichtend beton veelal sneller dan bij andere betonsa-menstellingen.Ten tweede zijn er ook beperkingen aan de hoogte van detemperatuur in het beton tijdens de verharding. Een hogetemperatuur zorgt wel voor een snelle verharding, maar daar-door ook voor een `slordige' opbouw van de cementsteen. Ditheeft effect op de sterkte: de druksterkte van beton dat isverhard bij hoge temperatuur, is op termijn lager dan de druk-sterkte van beton verhard bij lagere temperatuur (fig. 8).In het tweede voorbeeld wordt niet uitgegaan van metingen,maar wordt gebruikgemaakt van simulaties van de verharding.Het betreft de sterkteontwikkeling van een verdiepingsvloervan 0,35 m dik in een gebouw. De verdiepingsvloer zal zowel inde zomerperiode als in de winterperiode worden gestort. Voorde verharding is de situatie in de winter interessant. In dieperiode is de temperatuurontwikkeling en daarmee de sterkte-ontwikkeling minimaal.Als randvoorwaarden zijn gesteld: een verhardingstijd van64 uur en het gebruik van een houten bekisting. Er zijn geen26,2014 N/mm20 8864mengsel Dmengsel Cmengsel Bmengsel Atijd (uren)druksterkte(N/mm2)01 6 1 7 28 90402060(uren)5?C20?C50?C80?Cdruksterkte(N/mm?)tijd (dagen)Tabel 1 Vier betonmengsels van voorbeeld 2mengselcodebindmiddelwater-cementfactorCEM III/B 42,5 N CEM I 52,5 Rmengsel A 100% 0,53mengsel B 70% 30% 0,53mengsel C 75% 25% 0,46mengsel D 63% 37% 0,4087Hoe sneller, hoe beter? 22010 217 Gesimuleerde sterkteontwikkeling verdiepings-vloer 0,35 m met verschillende mengselsamen-stellingen in de winterperiode met een houtenbekisting8 Invloed van temperatuur op de verharding9 Relatieve sterkteontwikkeling van normprisma'smet ENCI-cementenHoe sneller, hoe beter?In het bouwproces zijn de ogen vooral gericht op een snelleverharding van beton. Daarbij speelt naast de temperatuur debetonsamenstelling met de keuze van de grondstoffen eenbelangrijke rol. Met een goede keuze van de samenstelling zijner diverse mogelijkheden de temperatuur en daarmee sterkte-ontwikkeling te beheersen.In het algemeen geldt dat een hogere temperatuur leidt tot eensnellere verharding. Het is goed daarbij oog te hebben voor deinvloed van een hogere temperatuur tijdens de verharding opzowel de sterkte op termijn als op de mogelijkheid van scheur-vorming. Om schade, dan wel te lage druksterkte in de praktijk te voor-komen, wordt in normen veelal een limiet gesteld aan demaximum temperatuur. In de VBU wordt in artikel 12.9.4 eenmaximum temperatuur van 65 ?C genoemd.Ten derde kan het verhogen van de temperatuur in de construc-tie leiden tot problemen bij een te snelle afkoeling. Door eenongelijkmatige temperatuurverdeling ontstaan trekspanningen,die kunnen leiden tot scheurvorming (temperatuurschok). In deVBU zijn in artikel 12.10.2 diverse eisen opgenomen met betrek-king tot een versnelde verharding in beton.Effecten langere termijnTot nu toe is de aandacht vooral gericht op het sneller bouwen,of wel hoe wordt de gevraagde sterkte zo snel mogelijk bereikt.Het traject van de sterkte na 28 dagen wordt vaak vergeten. Ditis niet altijd terecht. Van oudere constructies is bekend dat dezegroei in sterkte aanzienlijk kan zijn. Wat de sterktetoename isna 28 dagen, de sterkte op termijn, is afhankelijk van het bind-middel. In figuur 9 is voor verschillende bindmiddelen aange-geven hoe deze sterkteontwikkeling verloopt.Uit figuur 9 blijkt dat CEM I, afhankelijk van de fijnheid vanhet cement, de minste sterktetoename kent na 28 dagen. CEMIII heeft een behoorlijke toename, terwijl portlandvliegasce-ment de grootste toename kent.In het bouwproces is een snellere sterkteontwikkeling niet altijdnodig. Constructies worden later in de tijd belast en hebben optermijn hun sterkte nodig. In die gevallen zou gebruik kunnenworden gemaakt van de sterkteontwikkeling op termijn. Debetonsamenstelling zou daarbij afgestemd moeten zijn op dezeaanvullende sterkteontwikkeling.1801601401201008060402002 dagen 28 dagen 1 jaar 10 jaarCEM I 52,5 NCEM III B 42,5 NCEM II/ B-V 32,5 RCEM I 32,5 Rsterktetoename(%) literatuur1 Rooij, M.R. de, Cementsteen, basis voor beton. ?neas,uitgeverij van vakinformatie, 2009.2 Sterkte op termijn, Betoniek 12/29.3 Van kubus tot constructie, Betoniek 11/28.4 Schlangen, E., Bouwmeester-van den Bos, W.J., Impact vanmaatregelen op de uitvoering. Cement 2/2006.5 NEN 6722-2002 Voorschriften Beton ? Uitvoering.9