SILICAFUME IN BETONir.P. van den Berg, Hollandsche Beton en Waterbouw BV, GoudaDe ontwikkeling van hoogwaardig beton wordt zeer vaak in verband gebracht methet gebruik van silicafume. Hiermee wordt de suggestie gewekt dat silicafume hetwondermiddel is om beton een zeer hoge sterkte te geven. In dit artikel wordtgetracht hieromtrent meer duidelijkheid te geven. Tevens zal worden ingegaan opeen aantal markante toepassingsmogelijkheden van silicafume in cementgebondenmaterialen.ilicafume, ook wel microsilica ge-noemd, is een restprodukt datontstaat bij de fabricage van silici-um en ferro-siliciumlegeringen. De bijdit smeltproces opstijgende rookgassenbevatten uiterst fijne siliciumdeeltjes,die door reactie met zuurstof reagerentot kiezelzuur. Bij afkoeling van dezerookgassen worden uiterst fijne glas-achtige bolletjes gevormd, die veelalvoor meer dan 90% uit amorf Si02 be-staan.Hoe werkt silicafumeDe grote fijnheid geeft silicafume eenzeer groot specifiek oppervlak (20 000m2/kg), hetgeen ongeveer een factor 50groter is dan dat van cement.De combinatie van de grote fijnheid ende grote hoeveelheid Si02 geven silica-fume puzzolane eigenschappen. Dezepuzzolane eigenschappen kunnen eenextra (maar vertraagde) bijdrage gevenaan de sterkte-ontwikkeling van betonDe grote fijnheid van silicafume (0,1 ?0,2 /im) zorgt er tevens voor dat de fijnepori?n van de cementsteen worden op-gevuld. Ook levert dit een toename vande sterkte van de cementsteen en dusvan het beton. Voorwaarde hierbij is, datde grootte van de pori?n in de cement-steen beperkt is; dat betekent dat moetworden uitgegaan van een lage water-cementfactor.Hoe komt silicafume op de marktHet zal duidelijk zijn dat de uiterst fijnestof niet in die vorm op de markt kanworden gebracht, laat staan dat het danin de betonspecie kan worden gemengd.Silicafume is verkrijgbaar in poeder-vorm en als slurry.In de poedervorm zijn de uiterst fijnebolletjes gecompacteerd tot grotere,hanteerbare korrels. De volumiekemassa van de poeder kan vari?ren van300 tot 800 kg/m3, afhankelijk van deleverancier.Als slurry is de silicafume gemengd meteen zelfde hoeveelheid water. Om uit-zakken van de silicafume te voorkomenmoet de slurry constant in bewegingworden gehouden.De wijze van levering heeft invloed opde werking van de silicafume in het be-ton. De ongecompacteerde deeltjes inde slurry verdelen zich beter in de be-tonspecie dan de gecompacteerde deel-tjes in de poeder. Dit betekent dat silica-fume als slurry betere resultaten geeftdan in poedervorm.De wijze van verwerken kan echter hetgebruik van een slurry onmogelijk ma-ken. In voorgemengde droge mortelsbijvoorbeeld is silicafume alleen als dro-ge stof toe te voegen.Waarin wordt silicafume gebruiktHierna zullen enige specifieke toepas-singen van silicafume in beton wordenbesproken. Deze toepassingen zijn nietmeer beperkt tot het laboratorium,maar hebben hun nut in de praktijk be-wezen.Hoogwaardig betonHoogwaardig beton, ook wel aangeduidals beton met hoge sterkte (BHS), vindtsteeds meer toepassing. Het feit datreeds een druksterkte van 100 N/mm2en meer kan worden gerealiseerd, ver-schaft een extra uitdaging aan construc-teurs voor het ontwerpen van bijzonde-re constructies. Grotere slankhedenvoor wolkenkrabbers en grotere offsho-re-constructies dan gebruikelijk, alsme-de slanke kokervormige bruggen endergelijke zijn tot de verbeelding spre-kende voorbeelden [2].Hoogwaardig beton wordt verkregenmet een lage water-cementfactor. In fi-guur 1 is het verband tussen druksterkteen water-cementfactor aangegeven. Bijlagere water-cementfactoren wordt debenodigde hoeveelheid cement groter.Uit diverse onderzoekingen is gebleken,dat het gebruik van silicafume bijdraagtaan de sterkte-ontwikkeling; echter al-leen in combinatie met een grote hoe-veelheid superplastificeerder om de wa-terbehoefte van de betonspecie beperktte houden.Met nadruk wordt gewezen op het feitdat silicafume alleen effectief is in com-binatie met een lage water-cementfac-tor.De grotere dichtheid van het beton,door de geringe porositeit als gevolg vande lage water-cementfactor en het op-vullen van de pori?n met silicafume, ge-ven het beton een grotere duurzaam-heid.Het grote specifieke oppervlak van desilicafume heeft een gunstig effect op destabiliteit van de betonspecie. Voor off-shore-constructies in hoogwaardig be-ton moet door de grote wapenings-dichtheid in de constructie, de consis-tentie van de betonspecie meestal ruimboven de 200 mm liggen.Cement 1991 nr. 5 57SIVULSTOFEENENADDITIEVENDergelijke betonspecies met een lagewater-cementfactor zijn zeer gevoeligvoor ontmenging. Toevoeging van eengeringe boeveelheid silicafume (5 tot10% van de cementhoeveelheid) doetwonderen. De zeer plastische speciewordt wel plakkerig, maar valt niet uitelkaar bij verwerken en verdichten.HBW heeft als partner in de aanne-merscombinatie Peconor praktijkerva-ring opgedaan met hoogwaardig betonbij de bouw van de betonnen bescherm-wand voor het Ekofisk-platfbrm op deNoordzee (foto 2).Hiervoor is beton gebruikt met een(Noorse) sterkteklasse 60, waarbij ge-bruik is gemaakt van silicafume om eenstabiele betonsamenstelling te verkrij-gen bij een zetmaat tussen 200 en 250mm. Het verwerken van de betonspecieheeft na enige gewenning geen uitzon-derlijke problemen gegeven.Het maken van hoogwaardig betonvraagt om een betere beheersing van hetproduktieproces dan bij normaal beton,zoals intensievere controle op de mate-rialen en op de water-cementfactor [3].SpuitbetonSilicafume toegevoegd aan spuitbetonresulteert in een hogere druksterkte enin een dichtere structuur, vergelijkbaarmet hoogwaardig beton.Uit vele proefnemingen, met zowel hetdroge als het natte spuitproc?d?, is ge-bleken dat silicafume een gunstig effectheeft op het terugslagpercentage of de'rebound'. Een gebruikelijk verlies doorrebound van ongeveer 30% kan tot bijna10% worden teruggebracht (fig. 3). Ditbetekent minder verlies aan materiaal,maar ook minder schoonmaakkosten naafloop van het spuiten [4].Bij proeven aan de TU Delft is vastge-steld dat door toevoeging van silicafumeverbetering van sterkte, permeabiliteit,krimp en hechtsterkte van spuitbetonwordt verkregen.Ook bij het spuiten zijn de beide vor-men van silicafume te verwerken: alspoeder in kant-en-klaar spuitmortelsen als slurry, waarbij het in de spuitkopof aan het mengwater wordt toege-voegd.De grote kleefkracht van spuitbetonmet silicafume schept de mogelijkheiddikkere lagen in ??n keer op te zetten.Bij betonreparaties wordt inmiddels opgrote schaal gebruik gemaakt van spuit-beton met silicafume. Vooral het ver-groten van de dichtheid door toevoe-ging van 6% silicapoeder aan de spuit-mortel geeft porositeitspercentages van10 tot 15%, waardoor strenge besteksei-sen zonder probleem kunnen wordengehaald.De grotere dichtheid en de betere hech-ting maakt spuitbeton met silicafumezeer geschikt voor reparatie-werkzaamheden bij waterzuiverings-installaties (foto 4).Bij de reparatie van de Europarking teAmsterdam is gekozen voor spuitbetonmet silicafume om zowel de terugslagals de stofoverlast te beperken.MortelsIn diverse fabriekmatig vervaardigdedroge mortels zoals gietmortels, repara-tiemortels en speciale mortels wordt si-licafume reeds toegepast. Hiermeewordt een grotere stabiliteit bereikt, in58 Cement 1991 nr. 55 Resultaten Liapor-lichtbeton metsilicafume2. Walraven, J.C., De uitdaging van hethoogwaardig beton. Cement 1990, nr. 2.3. Van Akkeren, J.N.T. en WJ. van denBos, Kwaliteitsbeheersing van Hogesterkte beton. TU Delft, 1991.4. Peeters, JJ.M, J.M.J.M. Bijen, A. Ho-geslag en J. Mijnsbergen, Spuitbetonmet silicafume. Cement 1988, nr. 9.5. Spitzner, J., Optimierung von Dauer-haftigkeit, Rohdichte und Druckfestig-keit bei Leichtbeton mit Hilfe von Puz-zolanen. Symposium Microsilica in dermodernen Betontechnologie, Kon- Istanz, september 1989.combinatie met een hoge druksterkte.De porositeit van dergelijke mortels isveelal zeer laag.Prefab industrieIn verband met de hoge sulfaatbestand-heid en vorst- en dooizoutbestandheidvan beton met silicafume, is het zeer ge-schikt voor het maken van vooraf ver-vaardigde betonelementen zoals riool-buizen en schampranden voor bruggenen tunnels.LichtbetonBij diverse toepassingen van Liapor metsilicafume zijn voor lichtbeton zeer ho-ge sterkten gerealiseerd. Druksterktentot meer dan 60 N/mm2zijn daarbijgeen uitzondering [5].Figuur 5 geeft laboratorium- en prak-tijkervaringen van lichtbeton met sili-cafume, zoals die de afgelopen 20 jaar inDuitsland zijn verkregen.TenslotteIn het voorgaande is het gunstige effectvan silicafume in beton behandeld.Over het algemeen is dit in combinatiemet portlandcement. In de literatuurwordt hoogovencement veelal afgewe-zen, omdat het onvoldoende kalk bezitom de puzzolane eigenschap van silica-fume optimaal te kunnen benutten.Nader onderzoek met Nederlandsehoogovencement in combinatie met si-licafume lijkt deze stelling te bevestigen.Meestal blijven de resultaten met hoog-ovencement duidelijk achter bij die metportlandcement.De vraag is of dit als een nadeel moetworden beschouwd. Wellicht is betonmet hoogovencement zonder silicafu-me minstens even duurzaam of zelfsduurzamer dan beton met pordandce-ment en silicafume. Een nader onder-zoek hieromtrent zal meer helderheidscheppen, al is het maar om de verschil-lende sterkteklassen met en zonderhoogovencement en/of silicafume tekunnen vergelijken.Literatuur1. Mijnsbergen,J., MJ3. Meys, A. Bogersen G. Zwartjes, Sterkte-ontwikkelingvan beton met silicafume. Cement 1988,nr. 5.Cement 1991 nr. 5 59