MATERIALEN BETONTECHNOLOGIEPOEDERKOOLVLIEGAS: EENBETROUWBARE GRONDSTOFVOOR BETON?prof.dr.J.M.J.M.Bijen en ir.HJ.C.M.Onstenk, Intron, MaastrichtDe Nederlandse elektriciteitscentrales die kolen stoken, importeren dezebrandstofuit verschillende landen en een groot aantal mijnen. Dit heeftconsequenties voor de karakteristieke eigenschappen van de vliegas diewordt afgevangen uit de rookgassen van deze centrales. De vraag is: inwelke mate draagt dit bij tot spreiding in betoneigenschappen indiendeze vliegas wordt verwerkt in beton? De Vliegasunie heeft dezebelangrijke kwestie laten onderzoeken door Intron. In dit artikel wordtde vraag beantwoord.Poederkoolvliegas wordt in vele?? landen op grote schaal als vulstofin beton toegepast. Ook inNederland wordt het in toenemendemate gebruikt. CUR-YB Aanbeveling 1'Toepassing van portlandvliegascementen vliegas in beton' biedteenvoorlopigeleidraad.Een vaak geopperd bezwaar tegen hetgebruik van vliegas in beton is dat hetgeen grondstof is van constante kwali-teit. De eigenschappen zouden te veelveranderen in de tijd!Vom Berg heeft recent 8 jaar ervaringmet gecertificeerde vliegas in deBonds-republiek Duitsland in kaart gebracht[1]. Hij concludeert dat door het Duitsecertificeringssysteem de spreiding in demaatgevende eigenschappen zodanigwordt beperkt dat de variaties in druk-sterkte en de consistentie niet groterworden dan bij beton zonder vliegas,veroorzaakt door variatie in eigen-schappen van cement en toeslagmate-riaal.Bij een onderzoek aan Britse vliegassenin beton komen Dhir etal [2] tot dezelf-de conclusie. Verder constateren zij dateen spreiding in fysische eigenschappen(specifiek oppervlak, deeltjesgrootte-verdeling, e.d.) en in chemische samen-stelling, nog niet een significante varia-tie in de betonsterkte behoeft te beteke-nen.Bij Duitse en Britse kolencentraleswordt in het algemeen gestookt met10kolen afkomstig Van een of meerderevaste kolenmijnen. Deze zijn veelal aande.centralegelegen.InNederlandwordtgestookt met ge?mporteerde kolen, af-komstig uit verschillende landen en eengroot aantal mijnen. In de loop van eenjaarwordenkolen gestooktmeteen bre-de samenstellingsband. Het is bekenddat de steenkool~amenstelling dekarakteristieke eigenschappen van poe-derkoolvliegas be?nvloedt. Het West~DUitse certificeringssysteem eist danook dat de herkomst van de kolen bij deketel voor de vliegaswaaraanhetcertifi-caat wordt verleend, nauwkeurig vast-staat.Het is dan ook.de vraag ofde conclusievan Vom Berg en van Dhir et al, dat despreiding in druksterkte bij beton metvliegas niet significant door vliegaswordtbe?nvloed, ookinde Nederlandsesituatie opgaat.Om deze vraag te kunnen beantwoor-den heeft de Vliegasunie BV eenonder-zoekopdracht gegeven aan Intron, Insti-tuut voor Materiaal- en Milieuonder-zoek BV. Dit artikel gaat naast een be-spreking van de onderzoekresultatenbetreffende de spreiding, ook in op eenaantal andere aspecten die uit het on-derzoek naar voren zijn gekomen. Vooreen gedetailleerd verslag van hetonder-zoek wordt verwezen naar [3].OnderzoekGedurende de periode april tot decem-ber 1984 zijn in totaal 213 monstersvliegas genomen bij de produktieplaat~senAmer-8, Buggenum-4,Buggenum-5, Centrale Gelderland-ll en CentraleGelderland-12. Door de centrales wer-denvoor het onderzoekalleen die vlieg-assen geselecteerd die geschikt geachtwerden voor de verwerking in beton,zoals dit bij de leverantie aan de beton-industrie gebruikelijk is. Dit betekentdat vliegas met een hoog gloeiverlies bijvoorbaat uitgesloten werd. Voor hetoverige geschiedde de monsterneminga-select.Om de invloed van de vliegas op despreiding van de betondruksterkte na tegaan, zijn mortelproefstukken vervaar~digd, zoals voorgeschreven in de Duitse'Richtlinie f?r die Erteilung von Pr?f-zeichen f?r Steinkohlenflugasche inBetonzusatzstoff nach DIN 1045', metdie uitzondering dat de consistentie indit onderzoek steeds gelijk is gehoudenaan die van de blanco mortel zondervliegas. Desamenstellingvande mortelsis vermeld in tabel 1.Verwacht mag worden dat de invloedvan de vliegas op de spreiding van dedruksterkte voor beton minder gepro~nonceerd zal zijn dan bij de normmor-tels; in mortel is het aandeelbindmiddelimmers hoger dan in beton [1].Bepaald zijn verder conform de Duitserichtlijn, de chemische samenstelling,de f9nheid volgens Blaine, het begin enhet einde van de bindtijd en de buig~trek- en druksterkte na respectievelijk7, 28 en 90 dagen. Verder werd bepaaldCement 1986 nr. 10I I Ihoogovencement _ A'-.:: 0,52 -f-----+--+-.~-+-~-~--+----+-~--+--___1u ?.l!!0,54-'---'-~-'-~-'---'-----1'--""1'-~-r1~-----tj portlandcement _ Ax36090450450450vliegas-cement-mortel450450450450225blanco mortelcementvliegasnormzandAnormzandBnormzandCwaterTabeltSamenstelling mortel (gram)NB: x zodanig dat de vloeimaat van de vliegas-cementmortelovereenkomt met de vloeimaat van de blanco mortel+/-5mm.161412104 6(% m/m) ----4.-: .... ..-.....~ 0,50 +---'.'-1....=:,?? --+--'.=-='....?-+---?~t---+---+----+~~Ic:::n ? ?? .? ? ? :.!!!">:.. Q,4a-f---..~...!::1...0::..=-???"'.....--1:-:..+-+-~=---+---+--~--+--+--~1~ .-i?- :..:. :.~ ..,- I?.??? .~ 0,46 ?I ? '. ~'-J!!lil): O,44-+-~---j---t----t-----+---+---+-~+---1o 2gloeiverlies'-.:: 0,52 +-~-I----=-'-~--"~~-+--+----+---f------1u.l!!2 Deeltjesgrootteverdeling van pc-A,hc-A en vliegasao6432168(,um)~100-,--~--"---,--~-.-~---"-t-~-,,~,, 0 C//~~~p" ~80 +_~--+----+---f----//7I'1':-;//-frly '--+---_+ 20 "*/ l7 ~/~;f ~16?+----+-~--+--/-f-/-j,.r/L//1/,.J"':/!'~+---'+---+ 40 1~ /11/~ 0-~ 4?+--~--:dc>+/;/FrIIF-7/oL-+----+-~-1----+60 1~ /y;f/!,V--- portlandcement- AQJ __ ~)/~ hoogovencement~ Ac:n 20 /",;;;/ V ,spreiding in korrelgrootte~ -;";//!'~ W///////".\ van 3 vliegassen~ ~. afkomstig van ketel~ I buggenum_4a. 0'+----+---f-----+-----j---t---t'1002 4korrelgrootte16141210a-b Invloed van het gloeiverlies opde waterbehoefte, voor pc-A en hc-A1::l 0,50 +-----1f---""........+-------'-f----+----+----+--+-----1c:::n ? ? ?~> .:~.. s???:.. 0,48 +-----:';-:",-'t-.-~.-.-.t:.-~~+-----j-~-+---t--+-----jcQJE .....~ 0,46 +---I-----+---+__--+--+----+---f------1I'-~lil): 0,44 +-----jI-----+---+__--+--+----+---f------1o 2 4 6gloeiverlies (% m/m) ~de fractie aan deeltjeskldner dan 32 .fA.fA.en de waterbehoefte voor het bereikenvan dezelfde consistentie als bij de blan-co meting.Het onderzoek is uitgevoerd met eenpartij portlandcement klasse A en eenpartij hoogovencement klasse A. Dezetwee partijen werden gedurende delooptijd van het onderzoek luchtdichtbewaard. Zes maal voor pc-A en vijfmaal voor he-A, verspreid over 6 maan-den, werd een blanco cementmortel inhet onderzoek meegenomen.Voorwat betreft de statistische interpre-tatie werd, uitgaande van normale ver-delingen om de gemiddelde waarden,nagegaan of er sprake was van signifi-cante verschillen in de spreiding (F-toets) ofinhet gemiddelde (t-toets) tus-sen vliegas-cementmortels onderling,op een betrouwbaarheidsniveau van95%. Metbehulp van multipele regressiewerd verder nagegaan ofer (op een be-trouwbaarheidsniveau van 95% ofhoger) sprake is van een significantebe?nvloeding van enkele karakteristiekevliegaseigenschappen (gloeiverlies, ge-halte aan deeltjes kleiner dan 32 fA.fA. e.d.)op de druksterkte.Enkele eigenschappenEindtijdDe vliegassen blijken in het algemeenzowel het begin als het einde van debindtijd te vertragen. Er is echter geensignificante be?nvloeding van de totalebindtijd. Een verlenging van de bindtijdzou het beton meer kwetsbaar kunnenmaken voor weersomstandigheden!WaterbehoefieDe waterbehoefte is voor alle vliegas-cementmortels significant lager danvoorde referentiemortels. De meest sig-nificante invloedsfactor op deze water-behoefte blijkt het gloeiverlies te zijn(fig, 1). Het percentage deeltjes kleinerdan 32 fA.m heeft alleen voor de vliegas-portlandcementmortels eensignifican-te invloed op de waterbehoefte. Hoef~ner de vliegas, hoe groter de water-reductie. De vermindering van dewaterbehoefte is overigens groter voorportlandcement (gemiddeld 3,4%) danvoor hoogovencement (1,8%).Uit de literatuur is bekend datdewater-behoefte in het algemeen geringerwordt naarmate de vliegas f~ner wordt.Bij hoogovencement is dit kennelijkniet ofnauwelijks het geval. Een en an-derzou kunnenwordenverklaard uitdehogere f~nheidvan hetgebruikte hoog-ovencement ten opzichte van die vanportlandcement. Vliegas vormt bijhoogovencementgeen aanvulling inhetf~ne gebied van de deeltjesgrootte ter-wijl dat bij portlandcement wel het ge-val is. In figuur 2 is dit ge?llustreerd.DruksterkteDe druksterkte van de vliegas-port-landcementtnortels toont de uit veleonderzoeken bekende trend. Een aan-vankelijk lagere druksterkte-ontwikke-ling van de vliegas-portlandcement-mortels ten opzichte van de blancoportlandcementmortels. Na 90 dagen isdit verschil verdwenen en blijken demortels van de ketels 11 en 12 van decentrale Gelderland zelfs een significanthogere druksterkte te hebben (fig. 3).Bij hoogovencementis ereenzelfde ten-dens (fig. 4J. Hier is echter het verschilmet de blanco mortel groter en is na 90dagen verharden alleen vliegas Van cen-trale Gelderland ketel 12 niet significantlager.Cement 1986 nr. 10 11IMATERIALEN BETONTECHNOLOGIE J70 --~-----~-~--- ~---- 70,.-~~~~,--~~~~~~,.-~~~~--ti90----~-~hc-A__ referentiemortel~ 10 - - arner_ 8:u ----- buggenum - 4ti _._._ buggenum _ 5~ _ ..._ centrale gelderland_11 en _12{j 0 \-y'" I I7 28tijd (dagen) ~i 30 / /;:p/~VN? 20+~~~-..L-t-~~~~~~+~~~~---l.....:zNE 20+-~~~~+-~~~~-~~-!-"-~~~~~E.....:z __ referentiemortelQJ _ _ amer_ B:E 10+-~~~ buggenum _ 4ti _._.- buggenum - 5-'" centrale gelderland _ 11 en _12.t 0 ~ , " ' - I7 28 90tijd (dagen) ~3Drukteontwikkeling van lllortelsop basis van pc-A 4Druksterkteontwikkeling vanlllortels op basis van hc-ABuigtreksterkteVoor de buigtreksterkte geldt eenzelfdetendens. Na 28 dagen hlijken er voorbeide cementsoorten significante ver-schillen met de respectievelijk vliegas-cementmortels. Na90 dagenzijn erech-ter geen significante verschillen tussenvliegas-cementmortels en de referen-tiemortels; dit geldt zowel voor hoogo-ven-, als voor portlandcement.Van portlandcement is bekend datvliegas waarneembaar reageert na 10 tot14 dagen. Bij hoogovencement komt deinvloed Van de reactiviteit kennelijkeerst na langere tijd verharding totuiting.Variatie in eigenschappenDeeltjesgrootteDe spreiding in het percentage vliegas-deeltjes kleiner dan 32 !lm is significantgroter voor de Amer-8 en Buggenum-4ketels dan voor de andere ketels. Dezeassen voldoen wat betreft spreiding inf~nheid niet aan de Duitse certifice-ringseisen. Bekend is dat de verdelingvan de deeltjesgrootte relatief goedvoorspelbaar is en nauw overeenkomtmet de deeltjesgrootteverdeling van depoederkool. Deze beide ketels hebbenblijkbaar een minder constante poeder-koolf~nheid [4].Be?nvloeding begin en einde bindingOmtrenthet be?nvloeden van het beginen het einde van de binding zijn er in hetalgemeen geen significante verschillenin spreiding met de referentiemortclswaargenomen.Be?nvloeding waterbehoefteOok inzake de waterbehoefte is er inalgemene zin geen significant verschilin spreiding ten opzichte van de refe-rentiemortels met uitzondering van devliegas van BUggellU1l1-5 welke een sig-nificant lagere spreiding blijkt te geven.Spreiding in druksterkteWat betreft de spreiding in de druk-sterkte zijn vliegas-cementmortels ge-toetst aan de spreiding in de partijcement, die in het onderzoek is bepaaldaan zes metingen voor portlandcementen vijf voor hoogovencement. Permeting varieerde de standaard deviatievan 0,4 tot 2,7 N/mm2? Voor portland-cement bleek er echter na 4 maandeneen stijging in de druksterkte (fig. 5J.Hoogovencement bleefveel meer con-stant. Despreidingin de druksterktevanhet cement over de gehele meetperiodewas echter acceptabel ten opzichte vanhetonderzoekvanVomBerg [1] waarbijverschillende monsters van hetzelfdemerk ensoortovereen dergelijke perio-de werden genomen.Ten opzichte van de referentiemortels(6 respectievelijk 5 metingen)hleeker inhet algemeen geen significant verschilin de spreiding van de druksterkte vande vliegas-cementmortel na 7, 28 en 90dagen verharden. Bij de buigtreksterktewas dit eveneens het geval en bleek despreiding na 90 dagen voor de vliegas-cementmortels zelfs kleiner.In het algemeen blijkt de spreiding inbuigtrek- en druksterkte van de vlieg~asmortels tussen de ketels onderlingniet significant te verschillen. Variatiesin f~nhe?d e.d. van de vliegas komenkennelijk niet tOJ uitdrukking in despreiding van de sterkte!Relatie steenkool-vliegaskwaliteitIn de periode waarin de vliegasmonsterswerden getrokken, veranderde velemalen de herkomstvande gestookte ko-len. Deze wisselingen leidde er kenne-lijk niet toe dat vliegas-cementmortelsin de tijd meer spreiding gaven danblanco referentiemortels. Devraagbleefechter ofde herkomstvan de kolen is te-rug tevindenin de karakteristiekevlieg-aseigenschappen en met name in desterkteontwikkeling van de monsters.Van de ketel Amer-8 en de Gelderseketels 11 en 12 varieerde de kolenher-komst zo frequent dat het niet mogelijkbleek deze invloed vast te stellen. BijBuggenum-4 en -5 was dit wel moge-lijk. Figuur 7 geeft het verloop van degestookte kolen en een aantal vliegas-karakteristieken aan voor Buggenum~5vliegas.Met behulp van variantie-analyse isvastgesteld dat er onder andere een sig-nificante invloed van de gestookte kolenbestaat op:12 Cement 1986 nr. 106080'OO"T""~~~~~~~~~~~~~~~~~-'t90 +-..,..,.-....----~~--Ac_'~~~_tr;---;c_'~~~~7"';_j/\Ar\ r1\A.A J\~ -" ;../'"'vy70 +~~~~~~~~~~~~~~~~~~I~60+~-~~~~~~~~~~~~~~~~N~50+-~~~~~~~~~~~~~~~~~_j?'J!.40 iJ__C:======::::JilIlllll!flllll]c:::m:!~lm1IIllllllIllllll:m:::==rz;;....___ portlandcement _A____ hoogovencement _ A __ ---Vt--t-V~~--~ f--?.-- --;/"50+~-4~~+-~-+--t.. 36.."9'" 32Npc-A "A?\ 1\ f\ /\/ V/ ~ Af"-.... /'--1\ / \/ \/ '~) v v \J Y1-1~ju::.::ni----tl---,jc:.:ul,,-i ---+1-=a:.::cug",u-,-,st::.cus:""~1 s:..:.-'-'pt.:....m-=b.:....r-tl-=o:..,.kt.:...ob-=.~r. ~n+-Io~vl!mb.r I1984- het gehalte aan declges kleiner dan321lm;- de waterbehoefte;- de 28~daagse morteldruksterkte.ConclusiesDe vraagstelling in de titel 'Poederkool-vliegas: een betrouwbare grondstofvoorbeton?' kan positief worden beant-woord. Er is geen aanleiding om bij devijf onderzochte ketels te vrezen dat erbij leverantie van vliegas onder het toe-gepaste selectiecriterium een groterespreiding in bindtijd en sterkteontwik-keling zal zijnvan beton metvliegas danvan beton zonder vliegas.Bij vergelijking tussen de vliegassenon-derling bleek de spreiding in het per-centage deelges kleiner dan 32 Ilm hetgrootst voor de eenheden Buggenum-5en Amer-8. Dit komt echter niet totuiting in de spreiding van de mortcl-sterkte.De herkomst van de gestookte kolenheeft een significante invloed op het ge-halte aan deelges kleiner dan 321lm, dewaterbehoefte van de mortel en de 28-daagse druksterkte. Kennelijkis deze in-vloed niet zodanig dat de spreiding insterkte ten opzichte van de referentie-mortel zonder vliegas significant groterwordt.De sterkteontwikkeling is voor vliegas-portlandcementmortels groter dan dievoor vliegas-hoogovencementmortels.Beide zijn na 28 dagen verharden onderstandaard omstandigheden significantlager dan van de referentiemortels zon~dervliegas. Na 90dagenverhardenis datalleen nog voor vliegas-hoogoven~cementmortels het geval.Het gehalte aan vliegasdeelges kleinerdan 321lf! be?nvloedt bij portland~cementsignificantdewaterbehoefte; bijhoogovencement echter niet.Literatuur1. W vom Berg, 25 Jahre Beton mitFlugasche - Vortr?l;2.~ der Sondertagungvom 29. Mai 1984 (VGB-TB 203); VGBTechnische Vereinigung derGrosskraftwerksbetreiber EV; Verlagtechnisch-wissenschaftslicher Schrif-ten, Essen2. R.K.Dhir, A.G.Apte, LG.L.Munday,Effect ofin-source variability ofpulve-rized fuel ash upon the strength ofOPC/pfa concrete; Magaz?ne eifConcreteResearch,vol. 33, no. 117,December 1981,pp.199-2073.].Bijen, E.Onstenk, Fysisch karakteri-seringsonderzoek aan Nederlandsevliegassen van poederkoolgestookteelektriciteirscentrales, Intron-rapportnr. 85275, Maastricht, oktober 19854. H.A. van der Sloot, E.G.Weyers,D.Hoede, JWijkstra, Physical and che-mica! characterisationof pulverizedcoat ash with respect to cementbasedapplications, ECN-report 178, in op-dracht van PEO, november 1985Cement 1986 nr. 10 13