D.W.E.Smit ?.afdeling Technische voorlichting,Nederlandse Cementindustrie,'s-HertogenboschPraktische uitvoerings-mogelijkheden en economievan versnelde verhardingInleidingVersnellen van het verhardingsproces van beton heeft tot doel het sneller dan in normaleomstandigheden bereiken van een bepaalde betonsterkte.Voor het versnellen van het verhardingsproces bestaan verschillende principes, die men kanonderscheiden in:a. fysische, zoals warmtetoevoer of het gebruik van hydratatiewarmte gecombineerd met isolatieen beton met lage specifieke warmte. Ook vacuumbehandeling, waarbij de water-cementfactorna storten en verdichten wordt verlaagd, behoort tot deze groep;b. chemische, zoals de keuze van cement op basis van de mineralogische samenstelling, maar ookde toepassing van chemische verhardingsversnellers (hulpstoffen);chemisch-fysische, zoals het toepassen van fijner gemalen cementen (klasse of C), maar ookhet gebruik van super-waterreducerende hulpstoffen.In het vervolg beperken we ons tot het be?nvloeden van de verharding door middel van warmte.Hierbij kan men onderscheid maken tussen:? het storten in bekisting of mal van onverwarmde betonspecie, die nastorten en verdichten wordtverwarmd.? het storten in bekisting of mal van verwarmde betonspecie, die na storten en verdichten al danniet verder wordt verwarmd.Meestal zal men door isolatie de warmte-afgifte zoveel mogelijk beperken om de hydratatie-warmte zo nuttig mogelijk te gebruiken.Een relatief lage specifieke warmte van het beton (weinig water, lichtetoeslagmaterialen)en eenhoog gehalte aan cement met hoge hydratatiewarmte, werkt extra gunstig.ij gebru ik van verwarmde betonspecie kan men :een of meer grondstoffen verwarmen v??r het mengen, bij voorbeeld de toeslagmaterialenen/of het aanmaakwater.de grondstoffen tijdens het mengen verwarmen, bij voorbeeld door stoom in het mengsel teinjecteren.UitvoeringsmogelijkhedenVerwarmde betonspecieHet verwarmen van toeslagmaterialen heeft praktisch alleen zin om ze vorstvrij te maken. In deopslag en in de bunkers kan dit het beste gebeuren met hogedruk stoom, waarbij vooral geletmoet worden op de afvoer van het condenswater. Bij niet bevroren toeslagmaterialen wordtmeestal alleen verwarmd mengwater toegepast om de temperatuur van de betonspecie teverhogen. Hiermee komt men in de praktijk meestal niet hoger dan een betonspecietempera-tuurvan 15-20 ?C.Hogere specietemperatu ren bereikt men door in plaats van mengwaterstoom toe te voegen aanhet mengsel in de betonmolen. Door het vrijkomen van de condensatiewarmte zijn specietem-peratu ren tot 60 ?C goed te bereiken. Specie met dergelijke temperaturen moet wel onmiddellijkna het mengen verwerkt worden, omdat hetopstijven bijzonder snel intreedt.Verwarmen van het gestorte beton1. Directe overdracht van warmte op het beton kan op verschillende manieren plaatsvinden.Verwarming door verzadigde stoom bij atmosferische druk.Hierbij blaast men stoom in de ruimte, waarin het beton is opgesteld. Dit kan een vastestoomkamer zijn, waar de Produkten na hetstorten en verdichten zijn ingebracht of een tent, diemen om hette verwarmen object heeft aangebracht. Doordat de lucht met waterdamp verzadigdis, zal tijdens het stomen geen water uit het beton verdampen. Men moet waken voor condens-water op betonoppervlakken in verband met kalkuitslag.Verwarming door verzadigde stoom onder overdruk.Dit moet plaatshebben in drukkamers (autoclaven), waarin de betonnen produkten wordenblootgesteld aan stoom met een druk van enkele atmosferen (1 -14 atm) bij temperaturen van100 - 200 ?C. Het is van belang te zorgen dat stoom niet te 'droog' wordt.Cement XXXI (1979) nr. 9 375Verwarming door hete lucht.Meestal verwarmt men de lucht waarin zich het beton bevindt door middel van kachels ofluchtverhitters. Men dient er goed op te letten dat het beton niet uitdroogt. Daartoe kan water ofstoom in de lucht gebracht worden. Hierdoor wordt tevens de warmte-overdracht verbeterd. Bijplaatsing van open branders in de ruimte komt koolzuur vrij, dat carbonatatie veroorzaakt. Dezemethode vraagt weinig investering, is erg eenvoudig, maar de regelbaarheid is matig.Verwarming doorstraling.Hierbij wordt het beton blootgesteld aan inf ra-rode straling van met gas of elektriciteit verhittegloeilichamen. Om de energie hoofdzakelijk in het beton te brengen en niette laten absorberendoor de vochtige lucht boven het beton, moet een straling met golflengte < 3 ?m toegepastworden. De gloeilichamen hebben een temperatuur van 500-750 ?C. Problemen kunnen zichvoordoen door uitdrogen van het beton. Een homogene temperatuurverdeling in het beton isvan groot belang.2. /nd/Vecfe overdracht van warmte via bekisting, mal of wapening.Hierbij verwarmt men de mal of bekisting, diede warmte weer overdraagt op het beton. Men kiestdan meestal staal als bekistingsmateriaal in verband met de warmte-geleiding. Men kan stoomof thermische olie, maar ook hete lucht door de holle (of van pijpen voorziene) mal latenstromen, dan wel enkelvoudige mallen verhitten met stralingsbronnen of elektrische verwar-mingselementen. Bij geprefabriceerde voorgespannen betonnen balken, vloeren enz. past menwel een verwarmde vloer onder de spanbaan toe, al dan iet gecombi neerd met een afdekkingom warmteverlies tegen te gaan.ToepassingenVerwarmen van in het werk gestort betonVoor het ter plaatse verwarmen van grote betonelementen zal men meestal een tent of andereverplaatsbare overkappping aanbrengen om warmte-afgifte aan de omgeving tegen te gaan.Men kan in deze tent stoom of hete lucht blazen of de lucht door in de tent geplaatsteverwarmingsapparatuur verhitten.Een andere - veel toegepaste - methode, is de bekisting door inf raroodstralers te verwarmen.Hetzelfde geldt voor het verwarmen van wanden en vloeren in de gietbouw. Bij het gebruik vantunnelbekisting plaatst men kachels of stralers in de 'tunnel', die aan de kopkanten doorschotten wordt afgedicht. Over de bovenkant wordt een losse overkapping geplaatst. Als mende wanden eerst afzonderl ijk stort, brengt men schotten langs de loopst?igers aan en verwarmtde ruimte tussen wand en schotten.Bij het verwarmen van in het werk gestort beton moet de verwarming naar het beton gebrachtworden. Men moet dus met gemakkelijk verplaatsbare verwarmingsbronnen en isolatiemaatre-gelen werken. In de praktijk hebben inf raroodstralers en kachels veel te lijden van het steedsweer opstellen en verplaatsen. Het plaatsen dient met de nodige zorg te gebeuren om grotetemperatuurverschillen in de constructie te voorkomen.Verwarmen van fabriekmatig vervaardigde betonwarenVoor het versnellen van de verharding van deze Produkten zal men meestal investeren inpermanent opgestelde verwarmingssystemen. In sommige gevallen, zoals bij kleine artikelenwaaraan hoge eisen worden gesteld, is een autoclaaf op zijn plaats. Stoomkamers vooratmosferische druk kunnen uitgevoerd worden met goed isolerende wanden en deuren. Deinvestering is belangrijk groter dan bij een 'tent-constructie', maar daar tegenover staatbesparing aan brandstofkosten, alsmede montage- en demontagekosten.Bij grote elementen kan men dubbelwandige stalen mallen toepassen met verwarming doorgeleiding. Door de dubbele wand (of door pijpen) kan stoom, thermische vloeistof of hete luchtworden gevoerd. Er zijn systemen die een zekere aanpassing aan verschillende afmetingen vanwanden en vloeren mogelijk maken. Uit warmte-overwegingen zijn batterijen-mallen zeereffici?nt.Enkelwandige stalen mallen kunnen doorstraling of door elektrische verwarmingselementenverhit worden. Bij een lopende band produktie wordt het verwarmen van de produkten tijdenshet doorlopen van een verwarmingstunnel toegepast.Meten en regelenIn het voorgaande artikel is al naar voren gebracht dat verwarmen van het beton volgensbepaalde regels moet plaatshebben om ongunstige bijverschijnselen te voorkomen. In hoofd-zaak gaat het hierbij om het verloop van de betontemperatuur in de tijd en het optreden vanruimtelijke temperatuurgradi?nten in het beton.Om hiero ver ?ets te weten te komen, moet men dus hettemperatuurverloop op allerlei plaatsen inhet beton voortdurend meten. Uit het verloop van de helling van elke temperatuurlijn is desnelheid van opwarmen resp. afkoelen ter plaatse af te leiden en uit de afstanden tussen de lijnenop een bepaald tijdstip volgen de temperatuurgradi?nten op dat tijdstip. Het op deze wijzevolgen van het proces, wat tegenwoordig technisch eenvoudig uitvoerbaar is met behulp vanthermokoppels, wordt betrekkelijk weinig toegepast. Thermokoppels kunnen gemakkelijkworden gemaakt door het in elkaar draaien van de aders van compensatiekabels. Ze zijngemakkelijk aan te brengen en kunnen in de constructie achterblijven.Als men regelmatig dezelfde produkten of delen van betonconstructies op dezelfde wijzeverwarmt, kan men aan de hand van gemaakte thermogrammen de nodige correcties aanbren-gen bijv. in de intensiteit en de plaats van warmtebronnen tot men een volledig acceptabelCementXXXI(1979)nr.9 376verloop van het proces heeft bereikt. Daarna is het meestal mogelijk om dit verloop zo te houdendoor de warmtetoevoer met behulp van schakelblokken in de tijd te besturen. Een regelmatigecbntrole op warmtebronnen en regelapparatuur is daarbij noodzakelijk.In de praktijk wordt dikwijls volstaan met het meten van de temperatuur in de directe omgevingvan het beton, bij voorbeeld bij gietbouw, de luchttemperatuur in de 'tunnel'. Ais dit slechts op??n punt gebeurt is het resultaat weinig representatief, maar zelfs het meten op meer plaatsenkan alleen via een empirisch te bepalen verband aan de sterkteresultaten van het verwarmdebeton worden gerelateerd. Toch geeft de meting op ??n plaats in deonmiddellijke nabijheid vanhet beton een indicatieof en hoe de verwarming gewerkt heeft. Als men, zoals ook wel voorkomt,alleen maar af gaat op een schakelklok, die de toevoer van de warmte op gang brengt en stopzet,loopt men de kans onvoldoende verhard beton aan te treffen.Bij verwarmen van beton door het direct aan het beton toevoeren van infrarode straling heeft hetmeten van omgevingstemperaturen geen zin, daar de golflengte van deze straling juistzo wordtgekozen dat ze praktisch niet door de omringende lucht wordt geabsorbeerd.Economische aspecten bij de keuze van systemenNaast technische factoren spelen vooral ook economische aspecten een rol bij de keuze van hetsysteem voor versnelde verharding.? Kostprijs van de calorie?n (gas, olie, elektriciteit).Het is vooral de sterke stijging van de brandstofprijzen die het nodig maakt deze factorvoortdurend te herzien. Het zal steeds meer van belang gaan worden maatregelen te treffen, dieenergie-besparend werken (bijv. effectieve isolatie). In het kader van het gebruik van afval-warmte zou het in de toekomst denkbaar zijn dat men bij het vestigen van bepaalde i ndustrie?nrekening houdt met een meer totale energiebalans. Een bedrijf dat koelwater van hogetemperatuur overhoudt, kan hiermee calorie?n verkopen aan zijn buurman-betonwaren-fabrikant, die versnelde verharding wil toepassen.? Investeringen in en afschrijvings-en onderhoudskosten van de warmtebronnen. Deze factorenmoeten bekeken worden in samenhang met de efficiency van de energie-omzetting.? Investering in en afschrijvings- en onderhoudskosten van verwarmde mallen, behandelings-tunnels, tenten, afdekkappen enz. Speciale mallen zullen slechts lonend zijn bij grote produk-ties. De doeltreffendheid van maatregelen om warmteverlies te voorkomen gaan bij stijgendebrandstofkosten een steeds grotere rol spelen.? Loonkosten, bij voorbeeld bij monteren en afbreken van tenten of kappen, transport vanbetonelementen van en naar de behandelingsruimte en mogelijkheden om in de toekomst teautomatiseren moeten in rekening worden gebracht.? De mate van versnelling van de verharding heeft economisch gezien zekere beperkingen. Hetheeft pas zin een verhardingsproces te versnellen als daardoor met een compleet aantal maleneen produktiecyclus per werkdag m??r gerealiseerd kan worden. Een produktiecyclus van bijv.4 uur kan twee maal in een werkdag van 8 uur worden uitgevoerd. De eerstvolgende korterecyclusduur moet het mogelijk maken om tot drie cyclussen per werkdag te komen.? Kosten van veiligheidsmaatregelen.Bij hogedruk stoom valt de ketelinstallatie onderde Stoomwet, wat onder meer keuringskostenmeebrengt. Het gebruik van opslagtanks voor bulkgas is aan veiligheidsvoorschriften gebon-den.De genoemde factoren hangen min of meer sterk met elkaar samen, een samenhang die vansituatie tot situatie anders kan zijn en die zich bovendien in de tijd wijzigt. Het is daaromonmogelijk algemene regels op te stellen.Een voorbeeld ter verduidelijking.Een aannemer heeft op een gietbouwproject gewerkt met betonspecie met portlandcementklasse A. Het beton werd gedurende enkele uren na het storten verwarmd met behulp vaninfraroodstralers. Op een volgend bouwwerk blijkt dat in verband met de ligging in een dichtbebouwde wijk extra zware veiligheidsmaatregelen vereist zijn wat betreft de bulkgastank.Bovendien is sinds het vorige bouwwerk de brandstofprijs fors omhoog gegaan. Het verdientdan overweging na te gaan of men bijv. een betonspecie kan toepassen met portlandcementklasse zonder verwarming. Wellicht is het wenselijk om ook de water-cementfactor teverlagen door ?f het cementgehalte te verhogen ?f een super-waterreducerende hulpstof toe tepassen. Verbetering van isolatie kan in bepaalde situaties ook een bijdrage leveren aan hetbereiken van het gestelde doel.Cement XXXI (1979) r. 9 377