Betoniek13|13 Betoniek maart 2005 1Van `soep tot stroop'Vóór de titel U op het verkeerde been zet: Betoniek is niet veranderd in eenuitgave over eten en koken. Deze aflevering gaat over hoogvloeibare beton-specie. Die specie kan heel verschillende eigenschappen hebben. Er is hoog-vloeibare betonspecie die lijkt op soep én specie die lijkt op stroop. Daar kuntU zich wat bij voorstellen: een heel vloeibare specie met een lage viscositeit: desoep. De specie die lijkt op stroop heeft een hoge viscositeit. Toch vloeit diespecie misschien wel net zo ver. Het duurt alleen langer! In deze afleveringvan Betoniek meer informatie over hoogvloeibare betonspecies met heelverschillende eigenschappen. Hoe kunnen we die maken? Welke specie is hetmeest geschikt voor welke toepassing? En kunnen we die eigenschappen ookmeten, zodat er tussen producent en afnemer geen misverstanden ontstaan?13 13B A N D U I T G AV Emaart 2 0 0 5 V A K B L A D V O O R B O U W E N M E T B E T O NToegegeven: de titel van deze Betoniek is een beetjevergezocht. Toch maakt die titel het uitleggen vande begrippen die we willen behandelen véél een-voudiger. Soep is (meestal) heel vloeibaar. Het nadeeldaarvan is dat soep snel ontmengt. De vermicelli ende soepballetjes hebben de neiging om voortdurendnaar beneden te zakken.Stroop heeft een hoge viscositeit. Als we stroopzouden mengen met ballen zal veel minder snelontmenging plaatsvinden. Toch kan stroop een hogeviscositeit combineren met een hoge vloeibaarheid.Alleen is dat vloeigedrag een beetje `traag'.Bij hoogvloeibaar beton hebben we te maken methetzelfde `soep tot stroop'-gedrag. Over het vloeibaarmaken van betonspecie hoeven we geen beton-technoloog wat te leren. Hoe verder de `waterkraan'opengaat, hoe vloeibaarder de specie. Dat die specieal snel zal ontmengen weten we óók. Gelukkig isbij hoogvloeibaar en zelfverdichtend beton debenadering steeds anders geweest. Al vanaf de eerstestapjes in het mengselontwerp gaat het naastvloeibaarheid vooral ook om de viscositeit van despecie. Hoe viskeuzer, des te groter de weerstandtegen ontmengen. Het blijkt bovendien mogelijkom vloeibaarheid en viscositeit van betonspecieonafhankelijk van elkaar aan te sturen. Zo kunnenwe een specie maken met de meest geschiktecombinatie van vloeibaarheid en viscositeit vooreen bepaalde toepassing.Verwerkbaarheid van betonspecieDe verwerkbaarheid van betonspecie is een complexfenomeen. Immers, de verwerkbaarheid van beton-specie wordt bepaald door een groot aantal factorenin de specie-samenstelling. Bijvoorbeeld de korrel-opbouw, het aandeel fijn materiaal < 250 (µm, hetwatergehalte, de hoeveelheid en soort cement(bijv. de fijnheid van het cement), de toepassing vanvulstoffen, de toepassing van hulpstoffen zoals lucht-belvormers en plastificeerders enzovoort. Met de ver-werkbaarheid van betonspecie bedoelen we ook heelverschillende eigenschappen, zoals de mengbaar-heid, de verpompbaarheid, de verdichtbaarheid, hetafwerkgedrag, enzovoort. Belangrijke componentenin de verwerkbaarheid zijn de eerder genoemdevloeibaarheid en viscositeit. Lijkt de specie op soepof stroop?Het is duidelijk dat die verschillende eigenschappenniet kunnen worden gevangen in één meting.Naast de vloeibaarheid zullen we tenminste óók deviscositeit willen meten.Rheologie van betonspecieDe verschillende verwerkingseigenschappen vanhoogvloeibare species worden ook wel verklaardmet behulp van rheologische modellen. Rheologieis de wetenschap van vloeien en vervormen van eenmateriaal. Op deze manier kan betonspecie ookworden beschreven. De rheologie van betonspeciewordt meestal beschreven met behulp van hetzogenoemde `Bingham-model'. Zie figuur 1.Uit dit model blijkt dat een bepaalde kracht nodigis om een materiaal te vervormen of te laten vloeien.We noemen dat de vloeigrens. Voor bijvoorbeeldwater is nauwelijks kracht (nou ja: een beetje zwaar-tekracht) nodig om te vloeien. Voor betonspecie isnormaliter wél een bepaalde kracht (energie) nodigom in beweging te komen. Zelfverdichtend betonheeft een lage vloeigrens, waardoor de zwaarte-kracht al voldoende is om het in beweging te latenkomen. Als de specie eenmaal in beweging is,moet deze een bepaalde weerstand hebben om tevoorkomen dat ze ontmengt. Dit noemen we deplastische viscositeit (stroop heeft een hogereviscositeit dan soep).In figuur 1 is de hoek tussen de curve en dehorizontale as (= x-as) de plastische viscositeit.13|13 Betoniek maart 20052vervormingkrachtvloeigrenszelfverdichtend betontraditioneel betonviscositeitFiguur 1 Bingham-modelVerder vraagt een verhoging van de vloeibaarheidén een verhoging van de viscositeit om een hogeraandeel fijn (cement en/of vulstof) in het mengsel.Wanneer we als voorbeeld, van een gegeven specie,de viscositeit willen verhogen, kunnen we hetpoedergehalte (cement/vulstof) vergroten waardoorde waterbehoefte zal toenemen. Indien we dan dedosering van superplastificeerder verhogen in plaatsvan het watergehalte aan te passen, bereiken we eenhogere viscositeit bij gelijkblijvende vloeimaat.Natuurlijk spelen hierbij de eigenschappen van deverschillende grondstoffen een grote rol, waardoorhet uiteindelijk recept er steeds anders uitziet.Meten in de praktijkNiet alleen de theorie ten aanzien van de rheologievan betonspecies is complex. Voor het meten vanhet rheologisch gedrag van betonspecie is ookcomplexe en kostbare meetapparatuur ontwikkeld,die alleen in enkele zeer gespecialiseerdeonderzoekslaboratoria beschikbaar is. In de praktijkkunnen we echter op een relatief eenvoudigemanier dit specifieke gedrag van betonspeciecontroleren. We doen dat met twee metingen.De vloeimaat; deze geeft een indruk van de vloei-baarheid en de trechtertijd; die een indruk van deviscositeit geeft. De combinatie van beide metingenlevert een bruikbaar beeld op van het verwerkingsge-drag van de betonspecie.Omdat we nu beide eigenschappen eenvoudigkunnen meten en in getallen uitdrukken, kunnenleverancier en afnemer afspraken maken over deeigenschappen waaraan hoogvloeibare speciesmoeten voldoen.In de CUR-Aanbeveling 93 `Zelfverdichtend beton'zijn de beproevingsmethoden voor de vloeimaat ende terchtertijd opgenomen. Hierin wordt tevens de13|13 Betoniek maart 2005 3De plastische viscositeit van zelfverdichtende beton-specie is hoger dan van traditioneel beton en daar-mee is de weerstand tegen ontmengen groter.Traditioneel beton lijkt meer op `soep': als we desoep dunner maken, dus de vloeigrens verlagen,gaat deze ontmengen omdat de weerstand tegenontmengen, de viscositeit, laag is.Hoeveel de vloeigrens daalt of de viscositeit toe-neemt, is te sturen door de samenstelling van depasta te veranderen. De eigenschappen van beton-specie zijn te beïnvloeden door het gehalte aanwater, plastificeerder, lucht en cement/vulstof tevariëren. Natuurlijk spelen ook de eigenschappenvan de verschillende grondstoffen (met name hulp-stof, cement en vulstof) daarin een heel duidelijkerol.De `knoppen'Dat brengt ons bij `de knoppen'. Hoe kunnen we nuhet rheologisch gedrag van betonspecie aansturen?Om te beginnen moeten we vaststellen dat inbetonspecie de cementpasta bepalend is voor hetrheologisch gedrag van de specie. Cementpasta kanvloeien en vervormen, in tegenstelling tot het toe-slagmateriaal. Om er voor te zorgen dat dit gedragdominant blijft in betonspecie waarin ook groftoeslagmateriaal zit, is in hoogvloeibaar beton veelmeer cementpasta aanwezig dan in `traditioneel'beton. Veranderingen in de samenstelling van decementpasta van bijvoorbeeld het gehalte aan water,hulpstof, lucht of vulstof, beïnvloeden de rheologievan de specie.Indien we het watergehalte in het mengselontwerpverhogen, wordt de specie vloeibaarder en deviscositeit lager. Indien we de dosering van de super-plastificeerder verhogen neemt de viscositeit toe.Bepalen van de vloeimaat13|13 Betoniek maart 20054J-ring beproeving beschreven. Voor de volledigheidnemen we deze beproevingsmethode ook op in dezeBetoniek.VloeimaatDe bepaling van de vloeimaat is eenvoudig.Hierbij vullen we de kegel van `Abrahams' met beton-specie (zetmaat kegel). Na het optillen van de kegelvloeit de betonspecie uit op de plaat. De gemiddeldedoorsnede van de speciekoek noemen we de vloei-maat. Internationaal noemt men dit de `Slump-flow'.Die naam is gekozen omdat voor deze metingdezelfde kegel wordt gebruikt als voor de bepalingvan de zetmaat, of in het Engels: de `slump'.(Zie CUR-Aanbeveling 93, bijlage A).Met deze proef kunnen we de vloeibaarheid van despecie relatief eenvoudig meten.TrechtertijdOm een indruk te krijgen van de viscositeit/stabiliteit meten we de trechtertijd.Hierbij wordt de V-trechter gevuld met betonspecie.De uitstroomtijd van de specie uit de trechterwordt twee maal gemeten en het gemiddelde vande metingen noemen we de trechtertijd.(Zie CUR-Aanbeveling 93, bijlage B).J-ringOm een indruk te krijgen van het stroomgedragvan specie rondom de wapening kan de J-ringbeproeving worden uitgevoerd. Hierbij wordt devloeimaat gemeten met een soort traliewerk om dezetmaatkegel. Met deze meting wordt vooral hetvermogen van de specie beoordeeld om zonder teontmengen of te blokkeren een dichte wapeningte passeren (blokkeringsmaat). Deze methode geefteen goede indruk van het gedrag van de specie bijhet vullen van een bekisting met dichte wapening.(Zie CUR-Aanbeveling 93, bijlage C).De combinatiesWe gebruiken nu een combinatie van tweemetingen, vloeimaat en trechtertijd, om het ver-werkingsgedrag van hoogvloeibare betonspeciete karakteriseren.We kunnen de vloeibaarheid enviscositeit onafhankelijk van elkaar kiezen. Zo kun-nen we betonspecies ontwerpen met verschillendecombinaties van deze eigenschappen.In de matrix is horizontaal de vloeimaat uitgezet.Links zien we de tot nu gebruikte consistentie-gebieden. Vanaf consistentiegebied 5 spreken wevan hoogvloeibaar beton.Op de verticale as is de uitstroomtijd uit een V-trech-ter uitgezet. Hier ingedeeld in drie gebieden: 3-5, 5-9en 9-25 seconden. In de matrix is steeds de combina-tie van het consistentiegebied en de laagste trechter-tijd vastgelegd. Rechtsboven bijvoorbeeld consisten-tiegebied 7 (vloeimaat 630-800 mm) met trechter-tijden van 9 tot 25 seconden. Hier aangeduid als 7/9.Deze aanduiding wordt door de meeste beton-producenten gehanteerd.Met zo'n matrix kunnen we verschillende combina-ties van vloeimaat en trechtertijd beschrijven.Op dit moment wordt ook in Europees verband eenstudie uitgevoerd om te komen tot een classificatievan hoogvloeibare species, gekoppeld aan de ver-schillende eigenschappen. Het doel hiervan is omsteeds beter de eigenschappen van de betonspecie tekunnen afstemmen op de eisen vanuit een specifieketoepassing.Bepalen van de V-trechtertijdWelke eigenschappen voor welke toepassing?Wanneer kiezen we nu voor `soep' en wanneer voor`stroop'? Het lijkt logisch om altijd de hoogsteviscositeit te kiezen om het risico van ontmengente ontlopen. Toch is dat niet altijd de beste keuze.Bij het storten van een grote vloer is zo'n heel`stroperige' betonspecie niet eenvoudig te verwerken.Het gaat gewoon veel te langzaam. Daarbij isde hoge stabiliteit helemaal niet nodig: de vloer isbijvoorbeeld maar 200 mm dik en er ligt maaréén wapeningsnet in. Het wordt anders wanneerje een hoge wand met dichte wapening wil storten.In dat geval zou de specie uit de vloer waarschijnlijkontmengen en is een veel stabieler specie een beterekeuze. Bovendien is `onnodige' stabiliteit duur.Niet alleen door de wat langzamere verwerking,maar ook door de hogere betonprijs. We zageneerder dat een hoge stabiliteit hogere gehalten aanzeer fijn materiaal (cement en/of vulstof) én meerdure hulpstof vraagt. Bovendien vergt de fabricagevan deze species meer tijd en energie. De optelsomdaarvan: een hogere betonprijs.13|13 Betoniek maart 2005 5Figuur 2 Matrix van mogelijke combinaties van trechtertijd en vloeimaattrechtertijd [s]1 2 3 4 5 6 7zetmaat [mm] vloeimaat [mm]5/36/57/96/3 7/37/59-255-93-5