1imV1l.· · · · · · · · · · ·m611.:I_· · · · · · · ·_ · ·_ · · · · · · · · · · ·II=1IE N M A A N D GA V V A N D EVERENIGING NEDERLANDSE CEMENTINDUSTRIE%'" ' POSTBUS 3011 d?>I 5203 DA 's HERTOGENBOSCH !f1ilCement-bentonietCement-bentoniet is voor velen nog een onbekendmateriaal. In het kader van milieubeschermendemaatregelen zal het in toenemende mate een rol spelen inbouwprojecten. Toepassing vindt vooral plaats in de vormvan afdichtingswanden in de grond, bij voorbeeld bijverdiept aangelegde wegen en rondom vervuilde bodems.Hoewel het niet direct tot het vakgebied van debetontechnologie behoort, is een bespreking inBETONlEK zeker op z'n plaats.Wat moet ik met cement-bento-niet, zal de lezer van BETON/EK zichafvragen. Het mengsel bestaat uitcement, bentoniet, water en even-tueel hulpstoffen. Er is dus geensprake van beton zoals we dat in dedagelijkse praktijk kennen. Toch isin de bouwwereld bentoniet nietgeheel onbekend; bij de vervaardi-ging van diepwanden wordtnamelijk ook bentonietgebruikt.Bentoniet is een kleisoort metzwellende eigenschappen, waar-door het materiaal zeer geschikt isvoor toepassing als steunvloeistofin diepe sleuven. In de betonwereldkennen we bentoniet echterhooguit als verontreiniging intoeslagmateriaal.nden in de grondDiepwandenDiepwanden van beton, gewapendofongewapend, worden veel toege-past bij het maken van onder-grondse constructies, zoals keldersen parkeergarages. Bij de vervaardi-ging van diepwanden worden metspeciale knijpers korte sleuven in degrond gemaakt tot de gewenstediepte. Deze korte sleuven wordenook wel panelen genoemd. Om tevoorkomen dat deze panelentijdens het graven instorten wordthet ontgraven gedeelte continuaangevuld met een steunvloeistof.Door evenwicht tussen de hydro-statische druk van deze steunvloei-stofen de horizontale gronddrukwordt voorkomen dat de sleufwandinstort. De panelen worden om enom ~ om het instortingsge-vaar verderte beperken.De samenstelling van de steunvloei-stof bestaat uit water en bentoniet.Samen vormen zij een dikke brei,ook wel suspensie ofdikspoelinggenoemd, met een volumiekemassa van circa 1150 kg/m3·Na het graven van het paneel wordtdit met behulp van een stortkokergevuld met beton. Door de hogerevolumieke massa, circa 2350 kg/m3,zal de betonspecie de bentonietsus-pensie verdringen. Aldus wordt hetgehele diepwandpaneel gevuld metbeton. Deze methode wordt ookwel aangeduid als het twee-fasensysteem (fig. /).Na verharding van de betonspeciekunnen de tussenliggende panelenmaart 1993[!][1]JJJJJJJJJJaJJJJJJJJJJworden gemaakt. Een betonnendiepwand heeft een zodanigesterkte en duurzaamheid dat dezebijvoorbeeld kan functioneren alskelderwand vaneen gebouw ofalsfundering van een viaduct.AfdichtÎngswandenIndien de eisen ten aanzien vansterkte en stijfheid van de wand veellager liggen dan bij bovengenoemdetoepassingen kan men overwegeneen ander materiaal te kiezen.Bij afdichtingswanden is dat hetgeval. Hun functie is hetbeperkenvan de (grond)waterstroming. Demate waarin deze wanden water-(on)doorlatend zijn is dus zeerbelangrijk. De sterkte is voldoendeals deze die van de oorspronkelijkebodem benadert. In de praktijkbetekent dit een sterkte van onge-veer 0,5 à I N/mm2· In vergelijkingmet de druksterkte van beton is dituiterst gering.Door toevoeging van cementaande steunvloeistof, de bentonietsus-pensie, zal deze na verloop van tijdverharden. Toevoeging kan altijdens het aanmaken van desteun-vloeistof plaatsvinden. In dat gevalspreekt men van een cement-bentonietsuspensie als steunvloei-stof.Voordeel van deze werkwijze is datde steunvloeistof niet hoeft teworden vervangen, zij zal immersna verloop van tijd verharden. Weldient men de verwerkingstijd goedin de gaten te houden; voor hetbegin van de binding moet het graaf-proces gereed zijn! Desteunvloei-stof heeft hier dus een dubbelefunctie, als hulpconstructie tijdenshet graven en als afdichtingswand nade verharding. Bij deze werk-methode spreektmen van het één-fase systeem (fig. 2).Het graafproces is gelijk aan dat vande diepwand. Panelen worden omen om gegraven. Een goede aanslui-ting tussen de panelen onderlingkan bij cement-bentoniet eenvoudigworden verkregen door de afstandtussen de panelen wat korter tehouden dan de standaard paneel-lengte. Bij hetgraven van hettussenliggende paneel ontstaat zoenige overlapping, waardoor depanelen onderling goed aansluiten.Bovendien zorgen de reeds gedeel-telijk verharde panelen voor eenzekere geleiding van het graaf-proces.Afdichtingswanden van cement-bentoniet kunnen ook wordengebruikt om tot op grote diepterelatief dunne stalen damwanden ofkunststoffolies in de grond tebrengen. Deze optie is interessantals zeer hoge eisen worden gesteldaan de afdichting. Na verhardingdient de cement-bentoniet danalleen nog alsvulling aan weers-zijden van het scherm.Omdat deze schermen niet mogenworden onderbroken dient hetgraafproces te worden aangepast.De panelen moeten nu aansluitendworden gegraven waardoor er eenlange ononderbroken sleufontstaat(fig. 3). In verband met beperkingvan het gevaar van instorting van desleufworden dan speciale eisenstelt aan zowel de steunvloeistofalshet graafproces. Hierop zal nu nietworden ingegaan.Eisen waar,mn afdichtingswandenmoeten voldoen betreffen de eigen-schappen waterdoorlatendheid,sterkte en duurzaamheid.De druksterkte is een goede maatom te zien ofde verharding van hetmateriaal naar wens verloopt. Metde eis op de waterdoorlatendheid(permeabiliteit) wordt de dichtheidvan de wand ten aanzien van water-doorstroming vastgelegd. ^tingswanden van cement-bentonietzijn nooit voor 100% waterdicht,daarom spreekt men ook wel van'waterremmende' wanden. Dedoorgelaten hoeveelheid water perm2is afhankelijk van de wanddikte,de kwaliteit van het cement-bento-niet en de waterdruk.De duurzaamheid van de wandwordt vooral bepaald door deweerstand tegen erosie ten gevolgevan het doorstromende water ende weerstand tegen chemischeaantasting door verontreinigingenin het grondwater.erialenCement-bentoniet bestaat uitcement, bentoniet, water en even-tuele hulpstoffen. De toe te passenmengverhouding is sterkafhankelijkvan de gekozen grondstoffen en deeisen die aan de afdichtingswandworden gesteld.Het mengsel kan op het werk doorde aannemer uit d'e afzonderlijkegrondstoffen worden samen-gesteld. Ook zijn er kant-en-klaremengsels in de handel waaraanalleen nog water moet wordentoegevoegd. Met geschiktheids-proeven moet voorafwordenaangetoond ofeen gekozen samen-stelling in de praktijk ook daadwer-kelijk zal voldoen.Een gangbare samenstelling bevatper m3suspensie ongeveer 35 kgbentoniet, 200 kg cement en 920liter water. Uitgedrukt in volume-procenten betekent dit dat hetvaste-stof-gehalte slechts circa 8%is. Het resterende volume is uitslui-tend water. Ter vergelijking met deons vertrouwde technologie: dewater-cementfactor van boven-genoemde samenstelling is 4,6;ongeveer 8 tot 10keer zo hoog alswe bij beton zijn gewend. WeJ J J J J J J J J N a f J J J J J J J J J J J JT ImlIJ Schema van uitvoeringdiepwand in twee-fasen-systeem. De steunvloeistof(bentoniet) wordt in de tweede fase verdrongen doorbetonspecie[l] Schema van uitvoering afdichtingswand, volgens het één-fase-systeem, met cement-bentonietDe panelen worden om en om gegraven (volgorde dus 1,3,5, 7, 9, 2, 4, 6, 8)menginstallatiesuspensie[IJ Ontgravingin een lange sleuf. Dezemethode is onvermijdelijk als een schermvan kunststofofstaal moet worden inge-brachtJJJJJJJJJJJJJJJJJJbgJJJJJJJJJJJJJJJJJJkunnen een geroerde cement-bentonietsuspensie dan ook verge-lijken meteen lichtgebondensoep.De verwerkbaarheid is niet meeruit te drukken in een zet-, schud- ofvloeimaat. Daarvoor zijn andereproeven nodig.Voor een goed begrip zal nader opde belangrijkste grondstoffenworden ingegaan.tonietDe lezer zal zich inmiddels welhebben afgevraagd wat nu uitein-delijk de functie is van die kleinehoeveelheid bentoniet in de eerdergenoemde samenstelling. Voorhierop een antwoord kan wordengegeven zal eerst even wordeningegaan op de oorsprong vanbentoniet.Bentoniet is de naam van een klei-soort die voornamelijk is opge-bouwd uit hele kleine, dunnekleiplaatjes. Voor de geologenonder u, deze kleiplaatjes behorentot het kleimineraal montmorillo-niet. Bentoniet is ontstaan uit afzet-tingen van vulkanische asregens inzoute binnenmeren. Door chemi-sche en fysische verwering is hieruitbentoniet ontstaan.Deze kleiplaatjes van montmorillo-niet hebben de eigenschap in waterte zwellen. Hetzwelvermogen isechter sterk afhankelijk van desoort bentoniet. Er is keuze uitnatrium- ofcalciumbentoniet. Beidebentonieten zijn in principe geschiktvoor toepassing in afdichtings-wanden. Het zwelvermogen vannatriumbentoniet is echter 5 keerzo groot als dat van calciumbento-niet (circa 750% tegenover circa150%). Bij gebruik van natriumben-tonietkan men daarom volstaanmet relatiefweinig materiaal; ditheeft naast economischeook logis-tieke voordelen.Uitvoering von een cement-bentoniet wandfoto: Rijkswaterstaat, Meetkundige DienstIn de natuur komt echter veel meercalciumbentoniet dan natriumben-toniet voor. Door een specialebehandeling kan men deze acti-veren, waardoor de eigenschappenvan een natuurlijk natriumbentonietworden benaderd. In de praktijkgebruikt men doorgaans een derge-lijke 'geactiveerde' bentoniet.StabUiteitDe werking van bentoniet berustop bovengenoemd zwelvermogenin water. De bentonietplaatjesverdelen zich gelijkmatig over hetwater en vormen daarin (door elek-trostatische krachten) een soortkaartenhuisstructuur. De suspensiekrijgt daardoor enige stevigheid.Wordt de suspensie na verloop vantijd geroerd, dan gaat deze stevig-heid verlorenen zweven de bento-nietdeeltjes door het water. Wordthet roeren gestaakt, dan zal naverloop van tijd de kaartenhuis-structuur weer ontstaan. MenJJJJJJJJJJaJJJJJJJJJJJJJo Ontwikkeling van de druksterkte van cement-bentoniet, voor diverse cementsoortenA =cementmet circa 85% slak; B=cement met circa 70% slak; C=portlandcementBAc56Hoewel hulpstoffen niet tot deprimaire grondstoffen behorenworden zij bijna altijd toegepast omhet begin van binding uit te stellen.Gedurende het graafproces maghet hydratatieproces uiteraard nogniet beginnen. Indien in de sleufeenstalen damwand of kunststoffoliemoet worden aangebracht, moet desuspensie nog langer vloeibaarblijven. In dat geval worden erbehoorlijk hoge eisen gesteld aan deeffectiviteit van de hulpstof.Toegepast plastificeerdersen vertragers ofeen combinatie vanbeide, meestal afkomstig uit debetonwereld. Plastjficeerders opbasis van lignine-sulfonaat hebben inbeton een enigzins vertragendepstoffenvan de suspensie wordt gebruiktmoet voldoen aan dezelfde eisen alsvoor beton (NEN 5995). Wel dientaandacht te worden besteed aan inhet water opgeloste stoffen.Sommige stoffen kunnen het zwel-vermogen van de bentoniet negatiefbeïnvloeden.Leidingwater is normaal gesprokenzonder meer geschikt.7 28GEMIDDElDE ibbcqa IN DAGEN/------Z/#--------//LLL/.// ------1..0,2ter0,9j 0,8E0.7z0,60.50,4'"ffi 0,3O.Het water dat voor de bereidingDe ontwikkeling van de dichtheidvan de wand, een maát voor dewaterdoorlatendheid, laat eenzelf-de tendens zien. Hoe hoger hetslakgehalte, hoe dichter dewand!Ten aanzien van resultaten als druk-sterkte en waterdoorlatenheid zijnde beste resultaten behaald meteen cement met een slakgehalte vanruim 85%. Bedenkwel dat bij zulkehoge slakgehaltes niet meer wordtvoldaan aan de Nederlandse normvoor cement, NEN 3550.Het cementgehalte zal voorcement-bentonietmengsels door-gaans liggen tussen de ISO en 250kg/m3· Een hoger cementgehalteresulteert in een hogere druk-sterkte en een lagere waterdoorla-tendheid. Hierbij moet echterworden opgemerkt dat hogecementgehaltes leiden tot eenslechtere verwerkbaarheid van hetmengsel en dat dan ook hogereeisen moeten worden gesteld aanhet vermogen van de bentoniet-suspensie om de cementkorrels tedragen.noemt dit een tixotroopgedrag.Bij de keuze van de bentoniet is hetessentieel dat deze 'cement-stabiel'is. Hiermee wordt bedoeld dat debentoniet in de suspensie in staat isde cementkorrels te (ver)dragen,zodat deze gelijkmatig wordenverdeeld over de vloeistof. Is debentoniet daartoe niet in staat danzal het cement, samen met een deelvan de bentoniet naar de bodemzakken. De suspensie is dan insta-biel.In principe kan net als bij betongebruik worden gemaakt van zowelportland- als hoogovencement. Hetgedrag van cement-bentonietwordt sterk bepaald door degekozen cementsoort.Portlandcement zal, net als bijbeton, op korte termijn een snel-leresterkte-ontwikkeling te ziengeven. Echter, binnen een dag oftien wordt deze ingehaald doorhoogovencement.Met de eerder genoemde samen-stelling wordt met portlandcementpas na 56 dagen een gemiddeldedruksterkte behaald van circa 0,2N/mm2, terwijl met hoogovence-ment al na 28 dagen een waarde van0,3 à O,S N/mm2wordt bereikt(fig. 4).Voorts is vastgesteld: hoe hoger hetslakgehalte in het cement, hoehoger de druksterkte na 28 en 56dagen.entBij gebruik van geactiveerdebentoniet zal een cement-bentoniet mengsel ongeveer 25 tot50kg/m3bentoniet bevatten.Hogere gehaltes leiden al snel toteen onverwerkbare pasta, te lagegehaltes geven de suspensie teweinig draagvermogen om decementkorrels te kunnen dragen.JJJJJJJJJJJJJJJJaJJJJJJJJJJJJJJP = POMPD = DOSERINGM = MENGERBentonietpoedercementD.JDg_ ûP. M p.BentonietspoelingP.oSchema van cement-bentoniet menginstallatiebijwerking door de altijd aanwezigesuikers. In cement-bentoniet echterheeft deze hulpstofeen sterkvertragende werking. Bij hogedoseringen kan de vertragingstijdoplopen tot enkele dagen. In datgeval bestaattevens het gevaar datde suspensie instabiel wordt en zaluitzakken.Men mag er dan ook niet zondermeer vanuit gaan dat de werkingvan hulpstoffen in een cement-bentonietsuspensie gelijk is aan diein een betonspecie. Het is daaromnodig de (eventueel) toe te passenhulpstoffen vroegtijdig in hetgeschiktheidsonderzoek tebetrekken.ent-bentonietEen geschikte bentoniet zal ook natoevoeging van cement een homo-gene en stabiele suspensie ople-veren die geschikt is om alssteunvloeistof bij het graafproces tefungeren. Na verloop van tijd zaldeze steunvloeistofverharden en iser sprake van een wand in de grond.Proeven hebben aangetoond dat dehydratatie van cement in cement-bentoniet normaal verloopt, dat wilzeggen dat het goed vergelijkbaar ismet de hydratatie van cement inbeton. Nader onderzoek aanverharde monsters met de elek-tronen microscoop hebben aange-toond dat de structuur van hetverharde materiaal sterkafhankelijkis van de gebruikte cementsoort.Cement-bentoniet met portlandce-ment laat een grove structuur zien,terwijl cement-bentoniet methoogovencement een veel gelijkma-tiger en fijnere structuur te ziengeeft. Vermoedelijk is dit ook deverklaring voor de reeds eerdergenoemde verschillen in eigen-schappen. Nader onderzoek datmomenteel in CUR-verband wordtuitgevoerd moet dit bevestigen.Het samenstellen van een cement-bentonietmengsel dient, net als bijbeton, met zorg te gebeuren. Deeigenschappen van het verhardemateriaal zijn zeer gevoelig voorvariaties in de dosering van degrondstoffen ofde aanwezigheidvan mogelijke verontreinigingen.Bentoniet wordt net als cement inzakken of bulk op het werk aange-voerd. Bij het mengproces wordtallereerst de bentoniet en hetwater zeer gemengd. Ditmengsel blijft daarna een aantaluren in een reservoir, waarbij debentoniet de gelegenheid krijgt haarzwelvermogen zo goed mogelijk tebenutten. Men noemt dit het'rijpen' van de bentoniet. De duurvan deze zogenaamde rijptijd ligt,afhankelijk van het gebruikte typemenger, doorgaans tussen de 8 en24 uur. Er ontstaatgedurende daneen dikke brei, eerder aangeduid alssuspensie. Vervolgens kan hetcement worden toegevoegd,waarbij de suspensie goed moetworden doorgemengd (fig. 5).Hierna kunnen eventuele hulp-stoffen worden gedoseerd.Het mengsel is nu gereed voorgebruik in de sleuf. Een goedehomogeniteit is van belang voor destabiliteit van de suspensie endaarmee dus ook voor de kwaliteit-------------101-------------van de verharde afdichtingswand.JJJJJJJJJJJa>JJJJJJJJJJJ!lJAfdichtingswanden ten behoeve van een verdiept aangelegde wandcement-bentonietwanden voor-komen dat de verdiept aangelegdeweg onder water komt te staan(fig. 7). Daarmee wordt de aanlegvan dit soort wegen ofwegvakkenop eenvoudige manier mogelijk.Voordelen van een verdiept aange-legde weg zijn dat het kruisendeverkeer op maaiveldniveau kanblijven en dat in de bebouwdeomgeving nauwelijks ofgeengeluidsschermen nodig zijn.Andere toepassingen zijn bijvoor-beeld kwelschermen in dijken en bijwaterkeringen.Eén van de belangrijke voordelentingswanden is in feite ook eenkleine polder. De wanden vormende barriëre die het water van buitenmoet tegenhouden, opdat debouwput droog blijft.Een wand om een stuk verontrei-nigde grond ofeen vuilnis-stort-plaats moet er juistvoor zorgen dater geen vervuild water vanuit dezegrond naar de omgeving kanstromen (fig. 6). Dit wordtbereiktdoor de waterstand binnen deafdichtingswanden enkele tientallencentimeters lager te houden danbuiten. Dus weer een kleine polder.Bij een verdiept aangelegde weggeldt hetzelfde principe. DemToepossing von ofdichtingswanden van cement-bentoniet rondom vervuilde grond ofvuilstortIn de inleiding zijn de belangrijkstetoepassingen al genoemd: waterke-rende wanden rondom vervuildebodems en bij verdiept aangelegdewegen. Hierop zal nu nader wordeningegaan.Het principe van deze toepassingenis vergelijkbaar met de aloudeHollandse polder: de afdichtings-wanden van cement-bentoniet zijnde dijken die moeten voorkomendat er water van buiten de poldernaar binnen kan stromen.De afdichtingswanden vormen eenverticale afdichting. Maar ook inhorizontale richting is een afdich-ting nodig om te voorkomen datwater via de bodem van de kleinepolderkan toestromen. In veelgevallen kan deze horizontaleafdichting worden gevonden in éénof meer kleilagen.Een bouwputomringd door afdich-passingenTijdens het graafproces vermengengronddeeltjes uit de bodem zichmet de vloeibare cement-bento-niet.Hoewel deze stoffen niet tot deingrediënten bij demengselsamen-stelling behoren is hier toch enigeaandacht op zijn plaats. Hetopnemen van gronddeeltjes doorde suspensie tijdens het graafprocesis inherent aan de gekózen graafme-thode. Hetzelfde geldt voor hetgrondwater.Dergelijke verontreinigingen in desuspensie kunnen grote (negatieve)invloed hebben op de verwerkbaar-heid en de ontwikkeling van dedruksterkte en waterdoorlatend-heid. Ook kan de werking van hulp-stoffen nadelig worden beïnvloeddoor bepaalde stoffen uit de plaat-selijke bodem.Pompen van betonIn onze volgende uitgave:Pompen is een snelle en effkiënte manier van transporteren van betonspecie.De stand van de techniek en technologie wordt op een rijgezet.van een afdi