I IONDERZOEK IBET?lNTECHNOWGIE INAAR EEN PRAKTISCHE MEET-METHODE VOORDE KWALITEITVAN DE BETONDEKKINGprof.Dr.-Ing.H.\1v.Reinhardt, irJ.Mijnsbergen, irJ.H.Croes?, Technische Universiteit Delft, Faculteit der CivieleTechniek, StevinlaboratoriumNu de betekenis van de kwaliteit van de betondekking algemeen wordt onderkendvoor het veilig behoud van betonconstructies, is er grote behoefte aan een praktischbruikbare methode voor het bepalen van de permeabiliteit en diflUsieweerstand vanbetonoppervlakken. In dit artikel wordt een onderzoek naar de praktischebruikbaarheid van drie bestaande en een nieuwe methode samengevat. De nieuwemethode lijkt een goede basis te verschaffen voor een snelle, betrouwbaremeetmethode.Nadat gedurende decennia uit-?? ? sluitend de sterkte van betoneen criterium was voor dekwaliteit van beton is inmiddels duide-lijkgewordendatandere eigenschappenzoals diffusieweerstand en permeabili~teit even belangrijk zijn voor het veiligbehoud van een betonconstructie.Meetmethoden voor de sterktebepalingzijn gestandaardiseerd en snel en naUW-keurig uitvoerbaar. Diffusieweerstan-den voor gassen en permeabiliteit voorvloeistoffen zijn in het laboratoriumook op een fysisch objectieve wijze uit-voerbaar. De proeven vragen echter veelmeer tijd en zijn niet ofnauwelijks ge-standaardiseerd.Vaak gaat het niet om de fysische eigen-schappen van het beton dat is verwerkt- hiervoor kunnen proefkubussen wor-den gemaakt precies zoals die voor de(mechanische) kwaliteitscontrole ge-beurt - maar specifiek om de eigen-schappen van de puitenste centimetersvan de constructie, want deze zijn ver-antwoordelijk voor de indringing vanagressieve stoffen, de bescherming vande wapening en de vervuiling van hetoppervlak. Bij voorkeur dienen de fysi-sche eigenschappen van de buitenhuidter plaatse te kunnen worden gemetenop een niet-destructieve, snelle en een-voudige wijze.? Ir.Croes is thans werkzaam bij Adviesbureauvoorbeton- en staalconstructiesJl.Croes bv teNijmegen"IrJLuijerink heeft het onderzoek onder-steund en dr.ir.H.A.WCornelissen heeft in debeginfase begeleidingverleend.Beidenwordenhiervoor dank gezegd.22Er is een aantal beproevingsapparatenop de markt, waarvan de waarde voor insitu metingen, alsmede de invloedsfac-toren, nog moet worden vastgesteld. Inverschillende laboratoria wordt hieraangewerkt.Het doel van het onderzoek [1] dat hierwordt samengevat, was tweeledig. Al-lereerstis eendrietal methodenvergele-ken en daarnaast is een idee voor eennieuwe methode uitgewerkt tot eenprototype-apparaat. De bekende me-thoden zijn de meting van de zuurstof-diffusie op een proefstuk in het labora-torium, de ISAT(InitialSurfaceAbsorp-tion Test) en de methode van Figg. Denieuwe methode is een hoge-drukme-thode.De volgende paragrafen bevatten de ge-gevens van de gebruikte betonmengselsenachtereenvolgens de beschrijvingvande beproevingsmethode, de resultateneneenkortebeoordeling.Totslotzullende resultaten nog eens in samenhangworden beoordeeld.Beproefde betonmengsels en na-behandelingTransport van vloeistoffen en gassenvindt in beton plaats via de pori?n, metname de capillaire pori?n. De hoeveel-heid capillaire pori?n is onder andereafhankelijk van het watergehalte, dewater-cementfactor en de hydratatie-graad. Omdat het poriesysteem van ce-mentsteen mede afhakelijk is van hettoegepaste cement, heeft de soort ce-ment ook invloed op de transportsnel-heid. Terwille van een beperkt onder-zoekprogramma werden slechts water-cementfactor en nabehandeling gevari-eerd. Bovendien werden drie opslag-condities na de nabehandeling steek-proefsgewijs getest.Het beton werd in drie mengsels ver-vaardigd met 280 kg/m3portlandce-ment(klasseA) en respectievelijkwater-cementfactoren van 0,4 (+ superplasti-ficeerder), 0,5 en 0,6. De grootste toe-slagkorrel was 16 mm. De zeeflijn vanzand en grind volgde de Fuller-krom-me, waarbij de hoeveelheid f~n gesteldwerd op 135 11m3? De verkregen gemid-delde kubusdruksterkte na 28 dagenwaren respectievelijk 54, 44 en 31 MPa(N/mm2)De proefstukken voor het fysisch on~derzoek waren prisma's van 150 x 150 x600 mm3? Deze zijn na het storten tweedagen lang in de mal onder plastic be-waard, vervolgens ontlcist en 0, 4 of 26dagen in de vochtkamer (99 %RV) na-behandeld. Na de nabehandeling wer-den de proefstukken drie maanden ineen klimaatkamer bewaard bij 20?C en50 %RV. Drieextra proefstukkenzijn inplaats van inde klimaatkamer in een af-gesloten bak bewaard bij 80 %RV. Ne-gen proefstukken gingen na een eerstemeting voor zes weken terug naar devochtkamer en werden vervolgens driedagen bij 50 %RV bewaard tot beproe-ving. Op deze wijze werd verwacht degevoeligheid van de methoden vOorvochtgehalten in het beton te kunnenbepalen.Methode 1 - Meting van de zuur-stofdiffusieDe zuurstofdiffusieco?ffici?nt werd inCement 1988 nr. 1Deff. 0 2 [10-8mz/s]0OzuitNZ uit6mano- Ozin 2meterflowmeters8NZ in 40Q4 0.5 0.6nabehandeling RV... 0 dagen 50%{), 0 dagen 80%." dagen 50%'V" dagen 80%? Z6 dagen 50%026dagen 80%wIe1 Principe van de zuurstofdiflUsiemeting 2 ZuurstofdiflUsieco?ffici?nt als functie van denabehandeling en de water-cementfactornabehandeling... 0 dagen? " dagen? 26 dagenO...........,*""--~--~:----~~-'"'"0.4 0.5 0.6 wIe0'41---_+_--c/--+-F-----t--------tO.61--~_+_----+---,f______cr-t--------tabsorptie snelheid [mIl m25 ]1.0..--...:..,...---....,--..:.---.,.-'----------,O.81--~_+_~--+--__I~--------tD.2t-----h~r---t--~-'_f3 Principe van ISAT, Initial Surface Absorption Test 4 Absorptiesnelheid als functie van de nabehandeling ende water-cementfactorstationaire toestand aan betonschijfjesvan 30 mm dikre en 100 mm diameterbeproefd. De schijfjes zijn een dag bij65 oeenvervolgens bij 105 oegedroogdtotdat het massaverlies < 0,1 g/dag be-droeg. Een aantal.schijfjes met water-cementfactor 0,5 is bevochtigd en achtweken bewaard bij 80 %RV en voor debeproeving niet meer in de oven ge-droogd.Figuur 1 toont het principevan de proef.Het proefstuk wordt met een rubberringinde proefcel geklemd.Aan eenzij-de komt zuurstofin, aan de andere zijdestikstof. Metbehulpvaneenmanometerwordt gecontroleerd ofer geen absoluutdrukverschil ontstaat. Er mag slechtseen partieel drukverschil van zuurstofaanwezig zijn dat de diffusie op ganghoudt. De zuurstofhoeveelheid die doorhet beton is gediffundeerd wordt meteen Oranalysemeter in de stikstof ge-meten.De resultaten zijn weergegeven in fi-guur 2. De zuurstofdiffusieco?ffici?ntneemt afmet de duur van de nabehan-Cement 1988 nr. 1deling en een lagere water-cementfator.Bovendien vermindert opslag bij 80 %RV de diffusie ten opzichtevan 50 %RVDe resultaten zijn volgens verwachting,zowel qua onderlinge relatie als ookquaabsolute grootte. De resultaten kunnenals referentie worden gebruikt voor devolgende meetmethoden.Methode 2 - ISATDe ISAT werd door Levitt [2] ontwik-keld en is beschreven in BS 1881, deel 5.Bij deze methode wordt de absorptie-snelheid vanwater aan een betonopper~vlak op verschillende tijdstippen be-paald. In dit onderzoek werd na 10 mi-nuten gemeten. Volgens voorschriftdient na 10, 30, 60 en 120 minuten teworden gemeten, waarbij de totale ab-sorptie wordt bepaald. Voor een in situmethode lijkt dit weinig praktisch, ter-wijl is gebleken dat de in dit onderzoekgevolgde werkwijze, namelijk het bepa-lenvan de absorptiesnelheid, voldoendenauwkeurige gegevens oplevert.De proefopstelling is geschetst in figuur3. De kap is met een rubber ring op hetbeton geklemd. Na het monterenvan dekap wordt het reservoir gevuld met wa-ter en de kraan geopend, zodat de kap,de slang en het capillair met water wor-den gevuld. Na 10 minuten wordt dekraan gesloten, waarna de absorptie-snelheid van water door het beton aande schaalverdeling van het capilliar enmet een stopwatch wordt gemeten.De resultaten van beton dat bij 50 %RVwas bewaard zijnweergegeven in figuur4. Elk punt is het gemiddelde van viermetingen. Met een hogere water-ce~mentfactor neemt de absorptiesnelheidsterk tOe en ook de nabehandelingsduurheeft een grote invloed vooral bij eenhoge water-cementfactor. Zo te zien isde methode gevoelig voor de groothe-den die de kwaliteit van de dekking be-palen.De vraag rees echter wat de invloed wasvan het vochtgehalte van beton op demeetresultaten. In de praktijkis een me-thode gewenst die ongeacht de weers-omstandigheden tot een objectievemeting leidt. Om de vochtinvloed tetoetsen zijn ook metingen verricht aanproefstukken die zes wekenin de vocht-23'-- I_O_ND_._E_RZ__O_EK -,..,...L.IB-E-TO--NTE---C-HN--O-LO-G-IE---wie0.60.50.4nabehandeling.6 0 dageny 4 dagen--11? 26 dagen,~ ~o0.2obsorptiesnelheid lmil m2s 10.45 ISAT resultaten op natteproefstukkennabehandeling.6 0 dageny 4 dagen? 26 dagen251----+----+---------.1000 tijd [515001---~~~--+----+--------l10--~~--~!!""--~~-----:,-""'"0.4 0.5 0.6 wIe1001----+----+-""""""'~--f----------Iinjectienaald6 Principe van Figg-methode7 Gemiddelde resultaten van demethode van Figg als functie vande water-cementfactor en denabehandelingkamer waren bewaard. De resultatenzoals getekend in figuur 5 tonen aan datde absorptiesnelheid zeer sterk terug-loopt en dat de onderlinge verschillenklein worden. Nabehandelingsduur enwater-cementfactor worden niet goedmeer onderscheiden.Deze methode blijkt dus goed te vol-doen op droog beton, maar blijkt uiterstgevoelig te zijn voor het vochtgehaltevan beton. Een weersonafhankelijkemeting met een objectiefresultaat lijktniet haalbaar.Methode 3 - Methode van FiggBij de verbeterde methode van Figg 13,4] wordt een gat met een diameter van10 mm en 40 mm diepte in het betongeboord, zie figuur 6 (in dit onderzoekwerd ook een diameter van 14 mm ge~bruikt).Daarnawordt het gatafgeslotenmet schuimplastic en siliconenkit. Naverharding wordt een injectienaalddoor de kit gestoken en vervolgenswordt met een handpomp een onder-druk van 45 kPa in het gat aangebracht.Na het afsluiten van de pomp wordt detijd gemeten die nodig is omde druk tot50 kPa (0,05 N/mm2) te laten oplopen.Figuur 7 toontde resultaten op een log-lineaire schaal uitgezet. Men ziet dat detijd hoog oploopt tot 1000 sec bij een la~ge water~cementfactor en goede nabe-handeling. Bij hogere water-cement-factoren is de meettijdkorter enwordende verschillen tussen verschillende na-behandelingen zichtbaarder. Het blijktdat de methode bruikbaar is om opdroog beton kwaliteitsverschillen vanhet beton aan te tonen.Tijdens het onderzoek werd de metho-de verbeterd door het gat met een rub~ber stop afte sluitenin plaats van silico-nenkit. Dit gaat sneller, kan op vlakkenmet alle orientaties gebeuren en de af-dichting is betrouwbaarder. Gebleken isnamelijk dat de siliconenafdichtingsoms lekte. Om de resultaten nauwkeu-riger te doen zijn, moeten minimaal zesmetingen wordenverricht. Vocht in be-ton bleek op de resultaten een verschil-lende invloed te hebben. Bij sommigeproefstukken werden - zoals ver-wacht -degemeten tijden langer, bij an-dere proefstukken korter; bij alle proef-stukken werd de spreiding groter. Hetlijkt daarom moeilijk om in de praktijkop een niet-gedroogd oppervlak be-trouwbaar te meten. In de literatuur [4]wordt ook vermeld dat de lucht hoofd-zakelijk uit het beton gezogen wordt ennietvia het oppervlakvanhet beton.Ditwerd aangetoond door herhaalde me-tingen die steeds tot langere tijden leid-den. De vraag is dan welk deel van hetbeton beproefd wordt.Methode 4 - Nieuwe methode methoge drukVanwege de twee hoofdzakelijke te-kortkomingen van ISAT en Figg - ge-voeligheid voor vocht en metingen nietduidelijk op de buitenste centimetersvan het beton - is getracht een beteremethode te vinden. Het principe is alsvolgt (fig. S). in het beton wordt een gatvan 14 mm diameter en een diepte van40 mm geboord en met een rubberenstop afgesloten. Door de stop steekt eenholle bout die via een slang meteendrukvat verbonden is.Bij de proef wordt een overdruk van1010 kPa aangebracht in het boorgat, dekraan van het drukvat (stikstoffles) ge-sloten en de tijd gemeten die tijdens dedrukval van 1000 naar 950 kPa ver~strijkt.Figuur 9 toont dat een duidelijke in-vloedvan dewater~cementfactor te zienis en dat ook de nabehandeling bij allewater-cementfactoren tot aanzienlijkeverschillen leidt.Op eenaantal proefstukkendie zesextraweken in de vochtkamer waren be~waard, werden metingen verricht.Daaruit bleek dat de meettijd toenambij de proefstukken die eerst kort warennabehandeld (0 of4 dagen) maar dat detijd nagenoeg gelijk bleef bij de proef-stukken die reeds 26 dagen waren nabe~handeld.Dat de buitenste laag beton beproefdwerd, kon men zien aan proefstukkendie tijdens de proef ondergedompeldwaren in water. Op een cirkelvormigvlak met een straal van gemiddeld25 mmkwamengasbellenuithetbeton.Verder worden bij herhaalde metingenop hetzelfde gat gelijke waarden gevon-den.Vergelijking en beoordelingvan demethodenDe vier methoden worden aan de handvan de resultaten met droge proefstuk-24 Cement 1988 nr. 19 Gemiddelde resultaten van de hoge-druktest als functievan de water-cementfactor en de nabehandelingwIenabehandeling.. 0 dagen., 4 dagen? 26 dagen0.6o.s0.410t--~-j---~r-~~--+-------;S~--+_-~--+_--""o,..,---'I'soa tijd [sJ2S0t--~ -~-+------+~-~---_'___I1001----l-~---+----l------___isbt----j-~---'~+------+~~----_'___I2St---~------3o,...--'~- ---~~--;stikstof 200 bar8 Principe van de methode met hoge drukDezeindeling toegepast op de gevondenresultaten (fig. lOb)heeft precies hetzelf-de resultaat als de indeling met behulpvan de diffusieco?ffici?nt.0,6 met 26 dagen nabehandeling; slechtis de water-cementfactor 0,6 met 0 en 4dagen nabehandeling.Met de ISATwerd de volgende indelinggevonden[5] aandehandvanhetgedragvan beton in de praktijk:ken met elkaar vergeleken en getrachtwordt het beton in de klassengoed/ma-tig/slecht in te delen. Dat is weliswaararbitrair, maar anderzijds is nog te wei-nig bekendoverdeeisendie aan beton testellenzijn ten aanzienvandiffusie, per-meabiliteit en absorptie. De zuurstof-diffusie wordt als referentie gebruiktvoor de kwaliteitsindeling. Van ?tot10 . 10-8 m2Js wordt 'goed' genoemd,van 10 tot 15 . 10-8 m2Js.is 'matig' en bo-ven 15 . 10-8m2Js is 'slecht'. Figuur lOatoont dat volgens deze indeling goedzijn: alle proeven op beton met water-cementfactor 0,4 alsook de proefop be-ton met water-cementfactor 0,5 bij 26dagen nabehandeling; matig zijn: Wa-ter-cementfactor 0,5 met 4 en ?dagennabehandeling en water-cementfactorklassegoedmatigslechtabsorptiesnelheid mlJm2s< 0,250,25 tot 0,50> 0,50Deze indeling wordt nu gebruikt ter ij-king van de Figg-methode en de hoge-drukmethode. Dit levert:Klasse Figg Hoge-drukgoed > 250s > 25smatig 50 tot 250 s 5 tot 25 sslecht < SOs < 5 sBehoudens ??n twijfelgeval (water-cementfactor 0,6 bij 4 dagen nabehan-deling) vallen daarmee de proe&esulta-ten overal in dezelfde categori?n. Hier-uit mag worden geconcludeerd dat alleV?rvolg op blz. 26b IwIe0.60.50.4o0.2wIe0.60.50.4__0_2_d_if_fu_s_ie__---~~__a__'1 CIS"ATDeff. 02 [10-8m2/s1 oa_b::.:s:..:o.:..!rp;..:t:..::.ie:.::s.:.;.ne::.:l:.;:he:;:.id::....::[m.:.;.I:.:./.:.;.rrJi-2.:..s.:.-1 ..,20,.....=.:..:......,.----'--T---S------. 1. ...10 Vergelijking van de resultatenmet kwaliteitsindelinga. zuurstofdiBUsieb.ISATc. Figgd. Hoge-drukgoedEmatigoslecht2methode van Figg[s J10.....-::"0'4~----.0'~5:---~0~.6:-----w~/e--'Cement 1988 nr. 1 25KUBELVANGERSLIM IDEEDe ZuidNederlandse Aannemers Vereniging heeft tergelegenheid van haar 35-jarig jubileum een prijs-vraag uitgeschreven onder het motto:SlimmerBou-wen? Mijn idee!Tot 1juni 1987 konden idee?n op bouwgebied worden inge-diend. Op 26 novemberjl. is in Eindhoven de prijsuitreikinggehouden. De jury, onder voorzitterschap van ir. CJ. Vries-man, directeur Co?rdinatie Bouwbeleid van het ministerieVROM, heeft de inzendingen beoordeeld in de categorie?nMaterialen en Bouwprodukten, Materieel en gereedschap-pen, Instrumenten en een buitengewone categorie.In de categorie Materialen en Bouwprodukten is de eersteprijs toegekend aan de heer L. van Nimwegen en een aantalcollega'svoor de zgn. kubelvanger. Met deze kubelvanger kaneen betonkubel hangend in de kraan, op dejuiste positie on-der de truckmixerworden gebracht, zonder dat ingrijpenvanmensen daarbij noodzakelijk is. Eigenlijk is het een geleidervoor de kubel.l-letidee is in de praktijk al in gebruik. Dejuryvond het idee van bijzondere kwaliteit.Zij stelde onder meer:op de bouwplaats wordt de uitvoering bij toepassing van hetidee aanzienlijk vereenvoudigd.Vereenvoudigen van het werk op de bouwplaats is kenmer-kend voor de benadering bij de beoor4eling van deze prijs-vraag.Aandachtvoor dewerkende mens envergemakkelijkenvan hetwerk. Een uitstekendevoordracht hierover hield prof.ir. L.P. Sikkel (secretaris van dejury). Hij gafeen overzichtvande ingezonden idee?n en de frequentie waarmee gelijksoorti-ge inzendingen voorkwamen. Opvallend is dat veel idee?ntemaken hadden met veiligheid - ofwel het terugbrengen van.deonveiligheid op de bouwplaats. Sikkel stelde: de bouw is demeest onveilige industrie in de hele wereld. Zo gaan erjaar-lijks in Nederland circa 9000 bouwvakkers de WAO in. Hetisdan ookvan grootbelang dat de arbeidsomstandighedenin debouwverbeterd worden. Veiligheid is terug te voeren tot eenmentaliteit en naar de opvatting van prof. Sikkel is veiligheideen taakopdracht voor het management. Het heeft te makenmet doelmatig samenwerkenop de bouwplaats, waarover ar-tikel30 van de Arbo-wet spreekt. Over de consequenties van.dit artikel heeft prof. Sikkel al in 1986 een studie voltooid inopdracht van het ministerie van Sociale Zaken en Werkgele-genheid. Helaas is het rapport nog steeds niet openbaar.In dit licht past de eervolle vermelding die - buitenalle cate-gorie?nomindeze prijsvraag- isgegeven aanW.vanderHeuluitAxel die heeftvoorgesteld een derde deel toe tevoegen aanhetBesteken de Voorwaardenvoor de uitvoering van Bouw~werken. In dat derde deel zou over veiligheid en arbeidsom-standigheden voor het specifieke werk geadviseerd kunnenworden. De jury achtte het een uitstekend idee dat verdereuitwerking verdient.Gratis MagazineIn december heeft de ZNAV een Magazine uitgebracht waa-rin onder meer het verslag van de prijsuitreiking is opgeno~men, alsmede interviews met de winnaars en een overzichtvan niet-bekroonde idee?n.Dit magazine is gratis verkrijgbaar bij de ZNAV, tel. 04907-2424. (Postadres: postbus 18, 5590 AA Heeze.)De kubelvangerlste prijs in deidee?nprijsvraagvandeZNAV,?ategorieMaterieel engereeds?happeninzender:L.van Nirnwegen(links)Vervolg van blz. 25beproevingsmethoden geschikt zijnvoor de beoordeling van de kwaliteitvan de betondekking.Hierbij dient echter een aantal kantte-keningen teworqengeplaatst. Op droogbeton onder gecontroleerde laboratori-umomstandigheden is bovenvermeldecondusiejuist. Gebleken is dat de ISATzeer vochtgevoelig is en bij onbekendvochtgehalte in het beton tot verkeerdeconclusies kan leiden. Ook de Figg-me-thode is vochtgevoelig en meet boven-dien meer op het inwendige van eenconstructiedeel dan aan het oppervlak.Herhaalde proevenop hetzefde gatleid-den tot verschillende resultaten.De hoge-drukmethode is het minstge-voelig voor vocht. Het nadeel van deFigg- en de hoge-drukmethode is dathet betonoppervlakenigszins bescha-digd wordt.26Conclusies en aanbevelingenDe ISAT en de Figg-methode zijnbruikbaar op droog beton om kwali-teitsverschillen van de betondekkingaan te tonen. Beide methoden, maar inhetbijzonder deISAT, zijn gevoeligvoorvochtinbeton.De nieuwemethodever-mindert dit probleem door gas met ho-ge druk(10bar) te gebruiken.Bovendienwerkt deze methode het snelst.Om deze methode te verbeteren en uit-eindelijk te komen tot een aanvaardepraktijkmethode, moet een aantal va-riabelen worden onderzocht die mis~schien het resultaat kunnen be?nvloe-den, zoals cementsoort, hoeveelheid ce-ment, korreldiameter van het toeslag-materiaal. Daarnaast kunnen wordengenoemd de gatdiameter (in relatie totde maximale korrel van het toeslagma-teriaal), variatie van de overdruk, hetvochtgehalte van het beton enhetaantal'metingen. Verderworden vergelijkendestudies aanbevolen waarbij de carbona-tatiediepte en hoge-drukresultatenworden vergeleken. Ook moet het mo-gelijk zijn om uit de hoge-drukmetin~gen een fysische grootheid af te leidenzoals de permeabiliteit.Literatuur1. Croes, J.H., In situ meetmethoden naar dekwaliteit van de betondekking met betrekkingtot de duurzaamheid; Afstudeerverslag TUDelft, Faculteit der Civiele Tecbniek, oktober19872. Levitt, M., Non-destructive testing of con-crete by initial surface absorption method,Symp. on Non-destructive testing ofconcreteand timber, London 1969, pp. 23-263. Figg,J.W., Methods ofmeasuring the air andwaterpermeability ofconcrete, Mag. ConcreteRes. 25 (1973) nr. 85, pp. 213-2194. Cather, R., Improvement to the Figg methodfor deterrnining the air permeabilityofconcre-te; Mag. Concrete Res. 36 (1984) nr. 129,pp. 214-2455. Concrete society, Permeability of concreteand its control; London, 1985, p. 13.Cement 1988 nr. 1