A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pMater ialencement 2006 512prof.dr.ir. K. van Breugel, TU Delft, fac. CiTG/MicrolabZonder de juiste chemie gaat het mis met de verwerk-baarheid, de nabehandeling, de sterkte, de dichtheid, deduurzaamheid of de kleur van het beton. Dit belangwordt nog groter naarmate het aantal ingredi?nten inmoderne betonmengsels toeneemt. Doet zich een pro-bleem voor, dan is het zelfs voor deskundigen lang nietaltijd eenvoudig aan te geven wat nu daarvan precies deoorzaak is. Een op het eerste gezicht eenvoudig bouwma-teriaal is in feite een zeer complex geheel.Op tal van terreinen geldt dat teleurstellende resul-taten worden toegeschreven aan gebrek aan juistechemie. Nu is het op zichzelf wat vreemd om tespreken van juiste chemie. Alsof er ook onjuistechemie zou zijn. Toch is over het algemeen welduidelijk wat er bedoeld wordt. Tegelijkertijd moe-ten we erkennen dat het vaak niet eenvoudig is omaan te geven wat er nu precies aan schort. Zeker isalleen dat het resultaat niet deugt. Bij gebrek aaneen echt bevredigende verklaring hiervoor zeggenwe dan maar dat de chemie niet deugde. Het eindvan alle tegenspraak.Cementchemici en betontechnologen zullen denoodzaak van de juiste chemie onmiddellijkbeamen. Zonder de juiste chemie gaat het mismet de verwerkbaarheid, de nabehandeling, desterkte, de dichtheid, de duurzaamheid of de kleurvan het beton. Maar doet zich een probleem voor,dan is het ook voor hen lang niet altijd eenvoudigom aan te geven wat nu precies de oorzaak van hetprobleem is. Dikwijls zal het ook zo zijn dat deoorzaak van een probleem niet alleen bij de che-mie ligt. Maar dat neemt niet weg dat de chemievaak een grote `C' speelt als het gaat om de kwali-teit en duurzaamheid van het beton.Het belang van de juiste chemie wordt groter naar-mate het aantal ingredi?nten in moderne beton-mengsels toeneemt. Maar ook zonder toevoegingvan ingredi?nten als plastificeerders, versnellers,vertragers of krimpcompenserende middelen kan dezorg voor een juiste chemie al heel wat hoofdbrekenskosten. Zoveel zelfs, dat men in chemieland eenaparte `zuil' heeft opgericht, de cementchemie. Eenvan de belangrijkste redenen om dit te doen was debijzondere complexiteit van het materiaal waaromhet in eerste instantie gaat, te weten het cement.Het is Czernin [1] geweest die met zijn boekje"Zementchemie f?r Bauingenieure" een zeer waar-devolle bijdrage heeft geleverd aan het `vertalen'van de complexe cementchemie naar de bouwprak-tijk. Het verscheen eind jaren zestig, maar is nogsteeds een bijzonder handig boekje. Voor de fijn-proevers onder de cementchemici is het boek"Cement Chemistry" van H.F.W. Taylor het stan-daardwerk bij uitstek. Maar ook na lezen van zijnboek moet men vaststellen dat het zelfs voor TaylorJUISTE CHEMIEALS VOORWAARDEVOOR SUCCES1 |Portlandcement bestaatuit onder meer kalk enkiezelzuur. Het heeft eensnelle sterkteontwikke-ling en is door de lagetemperatuurgevoelig-heid breed inzetbaar.(foto: Marcel vanKerckhoven)A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pMater ialencement 2006 5 13CaO7%5%8%40%40%38%33%13%65%22%5%4% 4%10%3% 3%SiO2Al2O3MgOCaSoverigeFe2O3lang niet altijd eenvoudig is om aan te geven wan-neer sprake is van de juiste chemie. We houden hetdaarom in deze bijdrage maar bij de zaken die wewel weten en volgen daarbij in eerste instantie hetspoor van Czernin.B i n d m i d d e l e nKalkVeel uitvindingen hebben bij toeval plaatsgevon-den. Czernin suggereert dat ook de uitvinding vankalkmortel wel eens het resultaat kan zijn geweestvan louter toeval. Veronderstel dat men ooit eenkampvuur aan het stoken was op een kalksteenrots.De kalksteen (CaCO3) werd `gebrand' en viel daarbijuiteen in calciumoxide (CaO) en kooldioxide (CO2).Een zware regenbui daarna liet de verhitte rots infijn poeder uiteenvallen. De kalk werd `geblust' ener ontstond calciumhydroxide volgens:CaO + H2O Ca(OH)2.De calciumhydroxide kon weer reageren met kool-dioxide uit de lucht en er vormde zich opnieuwcalciumcarbonaat volgens:Ca(OH)2+ CO2 CaCO3+ H2OCalciumoxide kennen we als kluitkalk. Het is, van-wege het ontwijken van de kooldioxide, zeer poreusen reageert daarom heftig met water. Het blussenvan de kluitkalk wordt chemisch aangeduid met determ hydratatie. De afzonderlijke deeltjes kalkhy-draat hebben een afmeting van circa 2 m. Bijge-volg is het specifiek oppervlak heel groot. Bij eengroot specifiek oppervlak kan een kleine hoeveel-heid water het poeder al een flinke sterkte geven.Door toetreden van CO2en de daarop volgendereactie tot calciumcarbonaat neemt de sterkte ver-der toe. Toch blijft kalkmortel een relatief zwakmateriaal, maar bezit wel een grote elasticiteit.Portlandcement (foto 1)Evenals bij de bereiding van kalkmortel is kalk(CaO) ook een van de belangrijkste grondstoffen bijde vervaardiging van portlandcement. Kiezelzuur isde tweede belangrijke grondstof. Kiezelzuur, ofsiliciumoxide (SiO2), komt voor als kwarts of kwarts-zand. Op zichzelf is het onoplosbaar in water. Erzijn echter bepaalde verschijningsvormen van kie-zelzuur die wel reactief zijn. Een van de belangrijk-ste componenten van portlandcement is de kalk-kiezelzuurverbinding die we kennen alstricalciumsilicaat, 3CaO.SiO2(cementnotatie: C3S).Het maken van pure, synthetische C3S uit de tweesamenstellende componenten CaO en SiO2vereisteen zeer specifiek tijd-temperatuurpad. Voor mas-saproductie is dat niet handig. Bij de vervaardigingvan portlandcement komt de vorming van C3S totstand als naast de juiste hoeveelheden kalk en kie-zelzuur andere stoffen worden toegevoegd. Daar-voor komen in aanmerking aluminiumoxide (Al2O3)en ijzeroxide (Fe2O3). Deze stoffen komen in denatuur voor in kalkmergel en klei. Dat zijn stoffenwaarin we ook kalk en kiezelzuur aantreffen. Bijeen juiste (chemische) samenstelling van deze stof-fen ontstaat na branden, sinteren en afkoelen eensteenachtige massa, de portlandcementklinker.Vooral de dosering van de hoeveelheid kalk isbelangrijk. Een teveel aan vrije kalk zou later totschadelijke kalkuitzetting kunnen leiden.Het aanwezige CaO, SiO2, Al2O3en Fe2O3vormt hetuitgangsmateriaal voor de mineralogische samen-stelling van de cementklinker. In de jaren '20 vande vorige eeuw heeft Bogue een formule ontwik-keld waarmee uit de chemische samenstelling vande grondstoffen de klinkersamenstelling kan wordenberekend. De formules van Bogue geven het per-centage aan van de klinkermineralen tricalciumalu-minaat C3A, tricalciumsilicaat C3S, dicalciumsilicaatC2S en tetracalciumaluminaatferriet C4AF. Figuur 2ageeft een indicatie van de samenstelling van eenwillekeurige portlandcement.Bogue's formules zijn eerst door hemzelf en laterook door anderen verfijnd. De klinkersamenstellingberekend met verschillend formules kan aanzien-lijke verschillen vertonen. De oorzaak van dezeverschillen is vooral terug te voeren op de wijzewaarop het effect van sporenelementen in de bere-kening wordt verwerkt. Belangrijk zijn in dit ver-band de gehalten aan zwaveltrioxide, SO3en dealkali?n sodium (Na2O) en potassium (K2O). Hetalkaligehalte, uitgedrukt in Na2O-equivalent, is vanbelang in verband met de kans op het optreden vanalkali-silicareactie (ASR).Naast de hiervoor genoemde stoffen worden nogsporen aangetroffen van onder meer magnesium,mangaan, titaan en chroom.Voor een goede werking van het cement wordt eenkleine hoeveel (waterhoudend) gips (CaSO4.2H2O)aan de nog te malen klinker toegevoegd. Zondergips zou toevoegen van water aanleiding geven toteen zeer heftige reactie met het tricalciumalumi-naat met als gevolg een zeer snelle binding en eenonverwerkbaar mengsel. Als de temperatuur vanhet cement tijdens het malen boven circa 100 ?Ckomt, kan het gips een deel van het kristalwaterverliezen en ontstaat het halfhydraat CaSO4.?H2O.Dit halfhydraat zal, als er later weer water wordttoegevoegd, snel een deel van dat water opnemen.De verwerkbaarheid neemt dan snel af en we spre-ken van valse binding. Wordt het beton opnieuw in2 |Globale chemischesamenstelling vancement. Marges kunnenaanzienlijk zijn [1].a. Portlandcementb. Hoogovencementc. Aluminiumcementa. b. c.A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pMater ialencement 2006 514beweging gebracht, dan krijgt het mengsel de nor-male verwerkbaarheid weer terug.In plaats van het waterhoudende gips wordt ookwel watervrij gips toegevoegd, anhydriet genoemd.Anhydriet wordt vooral toegepast als bindtijdrege-laar voor hoogovencement.K e n t a l l e n v o o r p o r t l a n d c e m e n t"Portlandcement met de gewenste sterkteontwikke-ling wordt verkregen door klinker van de juistekwaliteit tot de gewenste fijnheid te malen". Deze zinkomen we tegen in het boek "Betontechnologie" [3]en illustreert prachtig hoe gecompliceerd dit vakge-bied eigenlijk is. Er rijzen namelijk nogal wat vra-gen en er valt nogal wat te kiezen. Wat is de gewens-te sterkteontwikkeling? Wanneer is sprake van dejuiste klinkerkwaliteit? En hoe bepalen wij wat degewenste fijnheid van de klinker is? Hier beperkenwij ons tot de chemie van de klinker. Om daarvaniets te kunnen zeggen is door de jaren heen eenaantal kentallen ontwikkeld. Met de silicaatmodu-lus SM wordt de verhouding aangegeven van hetpercentage kiezelzuur tot de som van de gehaltenaan aluminiumoxide en ijzeroxide:SMSiO2Al2O3 Fe2O3+=K St.100CaO 0 7SO3,?2 8Sio2, 1 1Al2O3 0 7Fe2O3,+,+=A M.Al2O3Fe2O3=FCaO CaS 0 5MgO Al2O3+.+ +SiO2 MnO+=In veel gevallen ligt de waarde van de silicaatmodu-lus tussen 2,0 en 2,5. Een waarde tussen 2,5 en 3,5is relatief hoog, terwijl een waarde tussen 1,7 en 2,0laag is.Met de kalkstandaard K.St.SMSiO2Al2O3 Fe2O3+=K St.100CaO 0 7SO3,?2 8Sio2, 1 1Al2O3 0 7Fe2O3,+,+=A M.Al2O3Fe2O3=FCaO CaS 0 5MgO Al2O3+.+ +SiO2 MnO+=wordt aangegeven hoeveel kalk aanwezig is in hetmengsel. Voor portlandcement ligt de kalkstan-daard tussen 85% en 100%.De aluminiummodulus geeft de verhouding aanvan het aluminiumoxide en het ijzeroxide:SMSiO2Al2O3 Fe2O3+=K St.100CaO 0 7SO3,?2 8Sio2, 1 1Al2O3 0 7Fe2O3,+,+=A M.Al2O3Fe2O3=FCaO CaS 0 5MgO Al2O3+.+ +SiO2 MnO+=Zeer hoge waarden van de aluminiummodulus wor-den gevonden voor het vrijwel ijzervrije wit cement,terwijl voor het nagenoeg aluminiumvrije en ijzerrij-ke ferraricement zeer lage waarden gelden.Hoogovencement (foto 3)Hoogovencement is een mengsel van portlandce-ment en hoogovenslak. Hoogovenslak komt vrij bijde bereiding van staal uit ijzererts en bestaat uit eenaantal stoffen die we ook bij portlandcement tegen-komen, zoals kalk, kiezelzuur en aluminiumoxide.IJzeroxide treffen we nauwelijks aan (fig. 2b). Dat isniet verwonderlijk als we bedenken dat het de staal-industrie er juist om te doen is het ijzer uit het ijzer-erts af te zonderen voor de productie van staal.De reactiviteit van de hoogovenslak wordt aange-duid met de `F-waarde' volgends F. Keil:SMSiO2Al2O3 Fe2O3+=K St.100CaO 0 7SO3,?2 8Sio2, 1 1Al2O3 0 7Fe2O3,+,+=A M.Al2O3Fe2O3=FCaO CaS 0 5MgO Al2O3+.+ +SiO2 MnO+=Een F-waarde kleiner dan 1,5 duidt op een geringereactiviteit. Waarden tussen 1,5 en 1,9 wijzen op eengoede slak. Nog hogere waarden duiden op eenhoge reactiviteit.3 |Hoogovencement is eenmengsel van portlandce-ment en hoogovenslak-ken. Het heeft een gerin-ge warmtontwikkeling,is gevoelig voor tempe-ratuurinvloeden en heefteen hoge bestandheidtegen sulfaten in grond-en zeewater en een hogeweerstand tegen indrin-ging van chloriden uitzeewater.(foto: Ronald Tilleman)A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pMater ialencement 2006 5 15AluminiumcementIn tegenstelling tot hoogovencement, dat trager rea-geert dan portlandcement, reageert aluminiumce-ment veel sneller en heftiger dan portlandcement.Bij toepassen van aluminiumcement is binnen 24uur een sterkte bereikt die bij portlandcement pas na28 dagen bereikt zou zijn. Kenmerkend voor alumi-niumcement is het hoge gehalte aan aluminiumoxi-de, tot meer dan 40% (fig. 2c). Het gehalte aan calci-umoxide, tussen de 35% en 45%, is daarentegen veellager dan bij portlandcement. Bij de reactieproduc-ten komen we nauwelijks calciumhydroxide tegen.Mede hierom is beton vervaardigd met aluminium-cement goed bestand tegen een zuur milieu. Betonvervaardigd met aluminiumcement wordt veel toe-gepast voor constructies die worden blootgesteld aanhoge temperaturen. Temperaturen tot 1600 ?C kun-nen goed worden weerstaan. Wel moet er dan voorworden gezorgd dat het gebruikte toeslagmateriaalbij deze hoge temperaturen niet desintegreert.H y d r a t a t i e e n m i c r o s t r u c t u u rIn het verleden is het hydratatieproces nog wel eenseenzijdig beschouwd vanuit de chemie. Er werddan vooral gelet op bijvoorbeeld de warmteontwik-keling tijdens de reactie van cement met water. Eenvoordeel daarbij was dat warmteontwikkeling rela-tief eenvoudig kon worden gemeten. Bovendien isde warmteontwikkeling vanuit praktisch oogpuntvan belang met het oog op temperatuureffecten inverhardend beton. Per gewichtseenheid levert hetC3A de meeste warmte, gevolgd door het C3S en hetC2S. Aluminiumcement, met een hoog C3A-gehalte,resulteert derhalve in een hoge betontemperatuurtijdens het verharden. Het C3A- en C3S-arme hoog-ovencement geeft daarentegen een relatief lagebetontemperatuur tijdens het verharden.Het verhardingsproces is echter meer dan alleenmaar chemie. In feite gaat het om een chemisch-fysisch proces, waarbij de chemische processen ende vorming van de microstructuur in onderlingesamenhang moeten worden beschouwd. De belang-rijkste reactieprojecten die samen de microstruc-tuur vormen zijn ettringiet, calciumhydroxide encalciumsilicaathydraat.In het begin van de reactie wordt vooral ettringietgevormd, een stof met een naaldvormige structuurdie ontstaat uit een reactie van C3A, gips en water(fig. 4). Ettringiet is een `expansief' product. In devroege fase van de verharding is het beton nog plas-tisch en zal de expansie van het ettringiet niet totschade in het beton leiden. Dat is wel het geval alsettringiet wordt gevormd in reeds verhard beton,zoals dat het geval is bij sulfaataantasting.Min of meer gelijktijdig met het ettringiet begintook de vorming van calciumhydroxide (CH) (ziefig. 4). Calciumhydroxide is herkenbaar aan eenregelmatige kristalstructuur en maakt ongeveer20% van het hydratatieproduct uit. Het in wateroplosbare CH is verantwoordelijk voor de hoge pHin het beton (pH 12 ? 13) en vormt zo een bescher-mende omgeving voor het wapeningsstaal.Kort nadat het ettringiet zich heeft gevormd komtook de vorming van calciumsilicaathydraat(C-S-H) op gang. Het calciumsilicaathydraat heefteen veelvormige, amorfe structuur. De silicaathy-draten leggen verbindingen tussen de reagerendecementkorrels en geven het cementsteen zijnsterkte (fig. 5).Het woord hydraat geeft al aan dat het om een pro-duct gaat waarvan ook water (hydro) deel uitmaakt.Een deel van het bij de reactie met cement betrok-ken water wordt chemisch gebonden (circa 25%van het cementgewicht) en een ander deel fysisch(circa 15% van het cementgewicht). Het reactiepro-duct, inclusief het waterlaagje dat aan het oppervlakvan de reactieproducten is geabsorbeerd, wordt decementgel genoemd. Het volume van de gel is klei-ner dan de som van de volumes van het oorspron-kelijke cement en het water. De volumereductiebedraagt ongeveer 6 ml per 100 gram gereageerdcement. Deze volumereductie noemen we chemi-sche krimp.Deze chemische krimp manifesteert zich niet alseen uitwendige volumereductie, maar als toenamevan de porositeit van de cementsteen. De pori?nzijn deels gevuld met water en deels met lucht. Bijvoortschrijdende hydratatie daalt de relatieve voch-tigheid in de cementsteen steeds verder. Hierdoorontstaan capillaire spanningen in het nog aanwe-zige poriewater. Deze spanningen, in de grondme-chanica zuigspanningen genoemd, resulteren inkrimp van het beton. Het is deze vorm van krimpdie we kennen als autogene krimp.4 |Ettringiet en calciumhy-droxide, waargenomenmet elektronenmicros-coop (opname PaulStutzman, NIST (links) enMicrolab-TU Delft(rechts)).5 |Ettringiet en calciumsili-caathydraten, waargeno-men met elektronenmi-croscoop.Calciumhydroxide aan-wezig als meer langwer-pige kristallen (opnamePaul Stutzman, NIST)A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pMater ialencement 2006 516A l k a l i ? n e n a l k a l i - s i l i c a r e a c t i eOfschoon het alkaligehalte in het cement relatief kleinis, kan dit toch een oorzaak van zorg worden. De alka-li?n kunnen reageren met silica uit het toeslagmateri-aal en een expansieve gel vormen. We spreken danvan alkali-silicareactie (ASR). In Czernin's boekje uit1968 vermeldt de vertaler nog dat deze destructievegelvorming in onder meer de Verenigde Staten totschade heeft geleid, maar in Nederland nog nooit iswaargenomen. Inmiddels weten wij helaas beter.Daar waar alkali?n, silica en water bij elkaar komen isenige vorm van ASR vrijwel niet uit te sluiten. Via devorming van alkalihydroxide volgensNa2O + H2O 2 NaOHgaat het gevormde hydroxide reageren met, indienaanwezig, reactief silica tot alkali-silicaathydraatvolgensSiO2.nH2O+2NaOH Na2SiO3(n+1)H2ODit silicaathydraat bevat veel water en vormt eenexpansieve gel. In verhard beton kan de gel hetbeton kapot drukken. Het blijkt dat bij toepassenvan hoogovencement of poederkoolvliegas de kansop schadelijke ASR verwaarloosbaar klein is. Wan-neer aan een van de voorwaarden voor het optredenvan ASR niet wordt voldaan, zal ook het toepassenvan portlandcement niet tot problemen leiden.C e m e n t v e r v a n g e n d e s t o f f e n -K a l k s t e e n m e e lDe warmteontwikkeling in verhardend beton kanleiden tot hoge temperaturen, temperatuurspan-ningen en scheurvorming in het jonge beton.Vooral bij massabeton is het beperken van dewarmteontwikkeling een punt van aandacht. Dewarmteontwikkeling kan worden beperkt door eendeel van het portlandcement te vervangen door bij-voorbeeld kalksteenmeel. In het kader van dit arti-kel is dit een interessant product, aangezien hetqua chemische samenstelling gelijkenis vertoontmet de grondstof waaruit portlandcement wordtvervaardigd. Volgens de Europese norm bestaatkalksteenmeel voor meer dan 75% uit calciumcar-bonaat, CaCO3. Een CEM II/A-L en CEM II/B-Lbestaat voor respectievelijk 6-20% en 21-35% uitkalksteenmeel. Een voordeel van het materiaal isdat het, net als vliegas, vooral in de vroege fase vande verharding chemisch gezien nauwelijks activiteitontplooit en dus weinig warmte produceert. Tenonrechte wordt hieraan wel de conclusie verbondendat kalksteenmeel een inerte vulstof zou zijn.Inmiddels wordt algemeen onderschreven dat kalk-steenmeel met C3A en water reageert tot calcium-monocarboaluminaat (C3A.CaCO3.11H2O). Onderbepaalde omstandigheden kan een combinatie vansulfaataantasting en carbonatatie leiden tot de vor-ming van het voor beton schadelijke thaumasiet(Ca3Si(OH)6(SO4)(CO3).12H2O). Het komt ondermeer voor in sommige gebieden van Engeland enwordt toegeschreven aan de kwaliteit van de daargebruikte grondstoffen. Hier staan evenwel veelvoorbeelden tegenover waarbij het toepassen vankalksteenmeel juist leidt tot een hogere sulfaat-weerstand van het beton en ook een zeer gunstiggedrag in zuur milieu [4]. Dat het hier aankomt opde juiste chemie is onomstreden.C h e m i s c h e s a m e n s t e l l i n g e n k l e u rDe chemische samenstelling van het cement ismede bepalend voor de kleur van het cement en vanhet daarmee vervaardigde beton. De kleur van hetbeton kan in de loop van de tijd wijzigen onderinvloed van reacties van het beton met de omrin-gende lucht. Bekend is de verkleuring van hoog-ovencement. Vergeleken met beton op basis vanportlandcement heeft hoogovencementbeton aan-6 |Gekleurd beton in hetLimburgs Museum teVenlo: 50% CEM III/B 42,5en 50% CEM I 52,5,Terrament. Dit cementheeft een natuurlijkeroodbruine kleur, als pig-ment is toegepast vloei-baar geel (Scholtz, HS12365)(foto Marcel vanKerckhoven)A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pMater ialencement 2006 5 17vankelijk een blauwachtige kleur. Oorzaak hiervanis de aanwezigheid van ijzersulfide (FeS) en man-gaansulfide (MnS). Bij blootstelling aan de luchtreageert het ijzersulfide tot ijzersulfaat (FeSO4) enhet mangaansulfide tot mangaansulfaat (MnSO4).Hierdoor verdwijnt de blauwe kleur en ontstaat eenlichtgrijze kleur.Magnesium is verantwoordelijk voor de grijsgroenekleur van portlandcement. Magnesiumvrije cemen-ten hebben vaak een meer bruinachtige tint. IJzer-oxide is verantwoordelijk voor een rode kleur. Witcement ontstaat door het cement ijzervrij te hou-den.Gekleurd beton wordt verkregen door toevoegingvan pigmenten [5] (foto 6). Het effect van de pig-menten hangt af van de concentratie en de deeltjes-grootte van het pigment. Met ijzeroxide kan eenbreed scala aan kleuren worden gerealiseerd: rood,zwart en geel. Chroomoxide geeft een groene kleur,titaanoxide wit. Een blauwe kleur is mogelijk metkobaltoxide. De deeltjesgrootte van pigmenten isover het algemeen een ordegrootte kleiner dan vancement. Omgaan met pigmenten vereist dan ookde nodige zorgvuldigheid met het oog op gezond-heidsrisico.C e m e n t s a m e n s t e l l i n g e n g e z o n d h e i dCement bevat sporen van oxiden die, ofschoon aan-wezig in zeer kleine hoeveelheden, toch een puntvan zorg kunnen zijn. De aanwezigheid van eenkleine hoeveelheid chroom kan leiden tot chro-maateczeem [6]. Bij langdurig contact met chroom-rijk cement kan dit eczeem ernstige vormen aan-nemen. In de Europese richtlijn (2003/53/EG)worden grenzen gesteld aan de hoeveelheid inwater oplosbaar chroom in cementproducten. Eenchroomgehalte van meer dan 0,0002% (m/m) inwater oplosbaar chroom wordt niet toelaatbaargeacht. Dat het chroom de kans krijgt om huidirri-tatie te veroorzaken is mede te wijten aan het hogealkaligehalte van cementpasta (pH van 12 - 13).Door inwerking van alkali?n wordt de huid schraalen kwetsbaar.Het in water oplosbare schadelijke chroom, bekendals het 6-waardig chroom Cr+6, komen we vooraltegen in het portlandcement. Door toevoeging vanijzersulfaat (FeSO4) tijdens de bereiding van hetcement wordt het 6-waardige chroom Cr+6omgezetin het niet-schadelijke 3-waardige chroom Cr+3.Deze omzetting staat bekend als de reductie vancement en we spreken ook van gereduceerdcement.T e n s l o t t eBij de productie van cement hebben we grondstof-fen nodig: kalk (CaO), kiezelzuur (SiO2), alumini-umoxide (Al2O3), ijzeroxide (Fe2O3) en gips (CaSO4).Het zijn deze stoffen, mits bijeengebracht in dejuiste onderlinge verhouding en zorgvuldig behan-deld volgens een nauwgezet protocol, die een basis-component vormen voor het materiaal beton. Beton,na grond het meest toegepaste bouwmateriaal, issterk, robuust en duurzaam. Tegelijkertijd wetenwe dat als kalk niet in de juiste vorm in het cementaanwezig is, het gevaar bestaat voor kalkuitzetting.Reactief kiezelzuur kan resulteren in de gevreesdealkali-silicareactie. Een hoog gehalte aan alumini-umoxide maakt het cement vatbaar voor sulfaataan-tasting. Kortom, stoffen die in de ene fase eennoodzakelijke voorwaarde vormen voor het produ-ceren van cement van goede kwaliteit, kunnen ineen andere fase een gevreesde vijand worden. Ditlaat zich niet verklaren enkel en alleen op grondvan de chemie. In feite is kennis vereist van zowelde chemie als de fysica, thermodynamica en mecha-nica. In veel gevallen kunnen we gelukkig volstaanmet globale kennis van de chemie. Echter, als weeen stap verder willen en betrouwbare voorspellin-gen willen doen over bijvoorbeeld de levensduurvan een constructie, dan is meer kennis vereist. Delaatste jaren wordt onder de titel "chemo-mecha-nics" gewerkt aan geavanceerde modellen waarmeevoorspellingen mogelijk zijn van aantastingmecha-nismen op basis van fundamentele chemische enthermodynamische processen die zich op nano- enmicroniveau afspelen.Elders in dit blad wordt ge?llustreerd hoe belangrijkde rol van de chemie is als het gaat om de werkingvan plastificeerders en andere hulpstoffen. Maarook daar zal blijken dat weer niet alles door de che-mie wordt bepaald en verklaard. De granulometriespeelt dan een minstens zo belangrijke rol. Eenjuiste chemie is dan zeker een noodzakelijke voor-waarde voor succes. Maar we zouden een stap te vergaan als we zouden stellen dat het ook een vol-doende voorwaarde is. nR e f e r e n t i e s1. Czernin, W., Cementchemie voor de bouwwe-reld. Vertaling: v.d. Leeuw, Nederlandse cement-industrie, Amsterdam, 1968.2. Taylor, H.F.W., Cement Chemistry. AcademicPress, London, 1990.3. Souwerbren, C. e.a., Betontechnologie. Beton-Prisma, 1998.4. Marsh, B.K. e.a., Sulphate and acid resistance ofcement paste containing pulverized limestoneand fly ash. Durab. Building Materials, 4, 1986,5. Betoniek 8/12, Gekleurd beton. VNC, 1990.6. Betoniek 13/16, Gereduceerd cement. ENCIMedia, 2005.