CEMENT EN WATERdoor Ir K. L. A. van der LeeuwDat bij het verharden van cement water een belang-rijke rol speelt, is een wel algemeen bekend feit;toch bestaan over de aard en de belangrijkheid vandie rol nog ontzettend veel misverstanden. Zo ont-moet men nog vrij veel de mening, dat het cementbij de verharding zou moeten drogen. Menigmaaltracht men dit proces dan ook te versnellen door eenkunstmatig drogen, natuurlijk met averechts resul-taat!Wat is wel de oorzaak van deze begripsverwarring?Ze is gelegen zowel in de ingewikkeldheid van hetverhardingsproces als in de meervoudige rol die hetwater in een mortel of in beton speelt. Voordat hetwater namelijk zijn chemische taak bij de verhar-ding van het cement gaat vervullen, doet het dienstals mengmiddel voor de specie. Dit is niet iets speci-fieks voor cement. Onverschillig of men een metsel-specie maakt dan wel een pleisterlaag aanbrengt, ofeen betonmortel wil maken, steeds zal men moetenbeginnen het bindmiddel te vermengen met hetnodige toeslagmateriaal en om dit mengsel homogeenen verwerkbaar te maken, is water het aangewezenmiddel. Ook wanneer men een metselspecie maakt uitzuivere vette kalk en zand, dan zal men deze tochaanmaken met water, hoewel dit water hier zekergeen rol speelt bij de verharding. Het zij terloopsopgemerkt, dat ook in dit veronderstelde geval detaak van het water niet zo eenvoudig is, als hiergemakshalve wordt voorgesteld; het zou ons echterte ver voeren in bijzonderheden in te gaan op deverharding van luchtmortels.Als algemene regel bij alle bindmiddelen kan mendus zeggen, dat het water in de eerste plaats eenhulpmiddel is bij het aanmaken van de specie. Dehoeveelheid water, die hiervoor nodig is, hangt afvan de aard van het bindmiddel, maar even goedvan de hoeveelheid en de aard der toeslagstoffen.Natuurlijk is ook de manier waarop, en de plaatswaar men de massa zal gaan gebruiken van belang.Al naar mate men een meer of minder plastischemassa wil verwerken, zal men ook de hoeveel aan-maakwater moeten veranderen.In deze beschouwing zult u nog zien, dat de vereistehoeveelheid aanmaakwater voor een cementmortelmaar weinig te maken heeft met de hoeveelheid, dienodig is voor de chemische reacties van het verhar-dingsproces.We zullen nu eerst de chemische processen vande verharding eens iets nader beschouwen. In hetvorige artikel *) werd er reeds op gewezen, dat ervier hoofdbestanddelen van cement zijn te onder-scheiden, nl. het tricalciumsilicaat, het dicalciumsili-caat, het tricalciumaluminaat en het Brownmilleriet.Deze verbindingen hebben alle de eigenschap gemeen,dat zij met water een reactie aangaan. De een reageert*) Cement 1-2, 1949, blz. 4--6.daarbij sneller dan de andere; ook de ontstane produc-ten zijn niet in alle gevallen gelijk. Het is hier nietgewenst zeer diep in te gaan op de aard der plaatshebbende reacties; we zullen daarom volstaan met inhet kort even de reactie van ieder dezer vier verbin-dingen na te gaan.Het tricalciumsilicaat (3CaO.SiO2), dat ruim dehelft van het cement uitmaakt, reageert in zuiveretoestand vrij langzaam met water. Eerst na enige urenzet de reactie in, en het duurt lang eer ze volledigis afgelopen. Het tricalciumsilicaat valt hierbij lang-zamerhand geheel uiteen. De vrijkomende kalk lostaanvankelijk in water op, maar al spoedig ontstaankristallen van calciumhydroxyde [Ca(OH)2]. Heteveneens vrijkomende kiezelzuur (SiO2) blijft in devorm van een sterk waterhoudende gelei-achtigemassa achter. Deze massa stoot later weer water af enschrompelt daarbij ineen tot een steenhard en vastgeraamte.Het dicalciumsilicaat (2CaO.SiO2)2 omvat onge-veer 20% van het cement. Het reageert met water opongeveer dezelfde manier als het tricalciumsilicaat,doch veel trager. Zelfs na enige weken met water inaanraking te zijn geweest, is nog nauwelijks iets vanaantasting te bespeuren.We komen nu tot de beide andere hoofdbestanddelen,het tricalciumaluminaat (3CaO.Al2O3) en hetBrownmilleriet (4CaO.Al2O3.Fe2O3), die ieder on-geveer 10% van het cement uitmaken. Beide reagerensnel met water; het eerste in zuivere toestand zelfsheftig. Bij deze reactie kristalliseert een waterhoudendcalciumaluminaat uit. Het tricalciumaluminaat valtdus niet uiteen, maar neemt alleen water op. HetBrownmilleriet vormt met water hetzelfde water-houdende calciumaluminaat. Het gekristalliseerdeproduct, dat uit deze beide bestanddelen ontstaat, heeftuit de aard der zaak wel een zekere stevigheid, dochbereikt op geen stukken na de vastheid van de lang-zaam indrogende kiezelzuurgel.Nu we hiermee het gedrag van ieder der vier hoofd-bestanddelen van cement afzonderlijk hebben lerenkennen, valt het gemakkelijk in te zien, hoe hetmengsel met water zal reageren. Uit een aandachtigebeschouwing van het bovenstaande valt af te leiden,dat niet alleen het aluminaat en het Brownmillerietveel eerder zullen beginnen te reageren dan de veellangzamere silicaten, doch dat de reactie van de eerst-genoemde verbindingen reeds is afgelopen, voordatde andere beginnen. Dit is de verklaring voor het feit,dat we bij de reactie van cement met water tweegeheel verschillende perioden kunnen waarnemen. Deeerste, de opneming van water door de beide alumi-niumverbindingen, verloopt snel onder een duidelijkmerkbare warmte-ontwikkeling. Dit gedeelte staat be-kend onder de naam binding; in enkele uren is dezereactie afgelopen. Daarna begint het tricalciumsilicaatte reageren en aangezien het deze reactie is, die degrote hardheid van cement veroorzaakt, noemt men66deze tweede periode de verharding. Ook hierbij wordtwarmte ontwikkeld, maar door de langzaamheid vande reactie merkt men daarvan in de practijk weinigof niets*).Samenvattend kunnen we dus zeggen, dat: bij de bin-ding de massa wel een zekere stijfheid krijgt (vorm-vast wordt), doch eerst bij de verharding een werke-lijk hard product ontstaat, dat vooral uitmunt dooreen hoge drukvastheid.Doordat de aard van de reacties, die bij de binding enverharding plaats hebben, nauwkeurig bekend is, enmen uit chemische analyses de verdeling der hoofd-bestanddelen kan berekenen, is het ook mogelijk omde hiervoor benodigde hoeveelheid water te bereke-nen. Wanneer men nu aanneemt, dat het cement totin het binnenste van de korrels volkomen reageert(wat in de practijk eigenlijk nooit het geval is), danblijkt de totale hoeveelheid water, welke voor dehydratatie nodig is, ongeveer 10 % van het cementge-wicht te bedragen.Passen we nu deze wetenschap eens toe op de practijkvan de betonvervaardiging, dan zien we dat bij eenwatercementfactor van 0,5 (toch niet wat men noemteen nat beton!) slechts een vijfde van het water nodigis voor de eigenlijke verharding; verreweg het groot-ste gedeelte dient de in de aanvang genoemde doel-einden.Het is dan ook de verwerkbaarheid van de massa, dieons een halt toeroept, wanneer we de hoeveelheidaanmaakwater willen verkleinen. Slagen we er danook in, door bepaalde werkwijzen of toevoegingen, hetbetonmengsel makkelijker verwerkbaar te maken,dan heeft dit steeds tot gevolg, dat we de hoeveelheidaanmaakwater kunnen verminderen, zonder dat erenige vrees behoeft te bestaan, dat er onvoldoendewater voor de chemische reacties aanwezig zal zijn.De overwegingen, die ons ertoe leiden de hoeveelheidaanmaakwater van een betonmortel zo gering mogelijkte houden, zijn eigenlijk meer van betontechnischedan van zuiver chemische aard; ze horen daarom indeze meer theoretische beschouwing niet thuis. Wan-neer we een andere keer eens meer de practischekant van het vraagstuk bezien, komen we vanzelf opde gevolgen van een te hoog watergehalte.Zoals alle chemische reacties ondervinden ook de hierbehandelde de invloed van verschillende omstandig-heden; in de eerste plaats van de temperatuur. Laatmen de reacties plaats hebben in een warme ruimte,of verwarmt men van te voren de bestanddelen vande mortel, dan vindt een versnelling plaats; bij lageretemperatuur reageert de massa langzamer. Ook ver-dunning met andere stoffen werkt verlangzamend. Zoreageert het in het cement aanwezige tricalciumalu-minaat door de verdunning met de andere samenstel-lende bestanddelen al minder snel dan het zuivereproduct, terwijl de bij de toepassing van het cementgebruikelijke vermenging met zand of andere toeslag-stoffen verder vertragend werkt. Toch is de hier be-doelde reactie uit zichzelf zo snel, dat bij de verwer-king van het cement moeilijkheden zouden ontstaan,*) Slechts met behulp van bepaalde meetmethodenkan deze warmte-ontwikkeling worden bepaald.indien geen bijzondere maatregelen waren genomen.De practijk stelt nu eenmaal de eis, dat een cement-mortel, onverschillig of deze voor beton of voor eenander gebruik bestemd is, niet onmiddellijk vast magworden, doch enige tijd in een meer plastische, ver-werkbare vorm moet kunnen worden gehouden. Dit iste bereiken door de toevoeging van bepaalde chemica-li?n, die invloed uitoefenen op de boven beschrevenreacties. Het best kan dit worden bereikt door de toe-voeging van kristalhoudende gips (CaSO4.2H2O); ditwordt dan ook algemeen aan cement toegevoegd. Detoevoeging gebeurt reeds in de fabriek bij de malingvan de cementklinker, waardoor een innige mengingwordt verkregen, die voor de goede werking van degips van veel belang is. Latere toevoeging van gipsaan het gemalen cement heeft zeker niet hetzelfderesultaat.Wat is nu de werking van deze gips? Door de fijneverdeling over de hele cementmassa lost de vrij kleinehoeveelheid gips vrij gemakkelijk in het aanmaak-water op. Weliswaar is gips slechts oplosbaar in wa-ter, doch van de over het cement verdeelde kleinehoeveelheid (meestal 4 tot 5% van het cement) losttoch vrijwel direct een merkbare hoeveelheid op. Dezegips reageert nu met het eveneens opgeloste trical-ciumaluminaat en vormt daarmee een verbinding: hetcalciumsulfaataluminaat. Deze verbinding blijft inoplossing; het aluminaat is nu gebonden en kan nietals zodanig uitkristalliseren. Vanzelfsprekend is dekleine hoeveelheid gips spoedig geheel gebonden;daarna gaat de reactie van het aluminaat gewoonverder. De binding wordt er dus niet door belet, dochalleen enige tijd opgehouden. Dit is nu juist wat wewillen bereiken.Ik heb in het bovenstaande een zeer kort theoretischoverzicht gegeven over de reactie van cement metwater. In de komende nummers hoop ik u zowel ietste vertellen over de wijze, waarop dit hydratatieprocesis te controleren als over de toepassing van het boven-staande bij het practische gebruik van cement.PADDESTOELVLOERENNaar wij vernemen zal van het proefschrift vanDr. Ir. A. M. Haas over de berekening vanpaddestoelvloeren binnen enkele maanden eentweede druk verschijnen. In verband met vra-gen, die ons gesteld worden, waar deze disser-tatie kan worden betrokken, berichten wij, datvan de eerste druk geen exemplaren meerbeschikbaar zijn. De verschijning van de 2e drukwordt in ,,Cement" bekend gemaakt. Red.BELANGRIJK!Betaling van abonnementsgelden en advertenti?nvoor het tijdschrift ,,Cement" te doen op GIRO525812 ten name van N.V. Uitg. Mij. ,,Met Cou-ragie" te Amsterdam, en per bank aan N.V. Ned.Middenstandsbank, Kantoor Herengracht, of In-casso Bank N.V., Kantoor Weesperplein, Amster-dam, met vermelding van bovenstaande rekening.67
Reacties