DE GELIJKVORMIGHEIDS- EN PRODUCTIECONTROLE ALS STURENDE ELEMENTEN VOOR HET OPTIMALISEREN VAN BETONSAMENSTELLINGEN

Transcriptie

1 MOOI BEDACHT NUTTIG TOEGEPAST DE GELIJKVORMIGHEIDS- EN PRODUCTIECONTROLE ALS STURENDE ELEMENTEN VOOR HET OPTIMALISEREN VAN BETONSAMENSTELLINGEN Minne Peter KaHo Sint-Lieven 28 november 2007 P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 1

2 KADER -Dit onderzoeksproject wordt gesteund door het IWT in het kader van het TETRA Fonds. - Het onderzoek wordt uitgevoerd door: Katholieke Hogeschool Sint Lieven Departement Industrieel Ingenieur Opleiding Bouwkunde Universiteit Gent Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Bouwkundige Constructies Laboratorium Magnel voor Betononderzoek DOELGROEP - Producenten van stortklaar beton P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 2

3 SAMENSTELLING GEBRUIKERSCOMMISSIE - FSBP (Federatie van Stortklaar Beton) - FEBELCEM (Federatie van de cementnijverheid) - SECO (Controle- en certificatie instelling) - GRALEX (Producent van granulaten) - FIPAH ( Federatie van de hulpstoffen) - Technologische Adviesdienst (Laboratorium Magnel) - Betoncentrales: -Blomme - De Rycke Gebroeders - F. Ottevaere & Co - Interbeton - Van Pelt P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 3

4 INHOUD PRESENTATIE - Situering en probleemstelling - Productie van stortklaar beton Algemene werkwijze Bespreking van een aantal deelaspecten model voor waterbehoefte modellen voor druksterkte - Besluiten P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 4

5 SITUERING PROBLEEMSTELLING De recente normen NBN EN en NBN B (specificatie eigenschappen vervaardiging conformiteit) leggen heel wat nieuwe eisen op aan de producenten van stortklaar beton: - Er is een toenemend belang van de initial type testing - Er is een uitbreiding van de conformiteitscontrole - Er is een grondiger aanpak van de duurzaamheid - Er is een mogelijkheid voor het toepassen van het familieconcept Bovendien willen de betoncentrales een oplossing bieden aan: - Toenemende variatie van de grondstoffen en grondstofeigenschappen - Het gebruik van een nieuwe grondstof in een bestaand mengsel (voorbeeld: hulpstof, toevoegsel, ) - Algemeen: een betere beheersing van het productieproces P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 5

6 SITUERING PROBLEEMSTELLING Het innovatiedoel van dit project situeert zich op drie vlakken: - Implementatie van betontechnologische modellen - Aanwenden van de gelijkvormigheids- en productiecontrole voor het optimaliseren van betonsamenstellingen - Theoretische en praktische uitwerking van het familieconcept De modellen, de statistische verwerking van de resultaten en het toepassen van het familieconcept worden ondersteund met software. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 6

7 ALGEMENE WERKWIJZE Bij het tot stand komen van een betonsamenstelling kan men een aantal fasen onderscheiden: - Mix design Initial type testing - Aanvangsproductie en vervolgproductie (Mix proportioning) - Gelijkvormigheids- en productiecontrole (De resultaten van deze controles gaan wij gebruiken om het proces te optimaliseren) P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 7

8 ALGEMENE WERKWIJZE MIX DESIGN INITIAL TYPE TESTING Doel: een mengselontwerp maken dat voldoet aan de gestelde eisen. grondstoffen productie eisen ervaring betontechnologie modellen statistiek mix design initial type testing P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 8

9 ALGEMENE WERKWIJZE AANVANGS- EN VERVOLGPRODUCTIE Doel: De variatie van de grondstoffen en het productieproces in rekening brengen (Mix proportioning) variatie van de grondstoffen variatie van de productie ervaring betontechnologie modellen statistiek mix proportioning P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 9

10 ALGEMENE WERKWIJZE GELIJKVORMIGHEIDS- EN PRODUCTIECONROLE Doel: actualisatie van de technologische modellen door gebruikt te maken van de data verkregen door het uitvoeren van de gelijkvormigheids- en productiecontrole. data gelijkvormigheids- en productiecontrole actualisatie modellen grondstofparameters mix design mix proportioning P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 10

11 DEELASPECTEN MODELLEN - CONTROLES Gebruikte betontechnologische modellen: - modellen voor waterbehoefte - verwerkbaarheid - druksterktemodellen - modellen voor skeletopbouw - modellen voor het gebruik van hulpstoffen - controles voor duurzaamheid P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 11

12 DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Voor de bepaling van de holle ruimtes in een skelet maakt men gebruik van de holleruimtediagramma s van Powers. Parameters: SVM, KVM, korrelkromme, waterbehoefte bij standaardconsistentie Berekende grootheden: U, gemiddelde korrelafmeting U= V V holtes vaste stof U Vfijn / (Vfijn+Vgrof) P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 12

13 combinatie cement1 / cement 2 combinatie zand1 / zand2 combinatie granulaat1 / granulaat2 voids ratio mengverhouding voids ratio mengverhouding voids ratio mengverhouding combinatie cement1&cement2 / cement3 combinatie zand1&zand2 / zand3 combinatie granulaat1&granulaat2 / granulaat3 voids ratio mengverhouding voids ratio mengverhouding voids ratio mengverhouding mortel (combinatie cement / zand) beton(combinatie mortel / granulaten) voids ratio mengverhouding voids ratio mengverhouding VOIDS RATIO SKELET P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 13

14 DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de cementeigenschappen op de waterbehoefte van het betonmengsel cementgehalte (kg/m3) U=0.867 d= d= d= Simulaties tonen aan dat een lagere gemiddelde korrelafmeting van het cement de waterbehoefte van het betonmengsel doet afnemen. Een lagere holle ruimte ratio van het cement doet opnieuw de waterbehoefte van het betonmengsel afnemen. Dit effect wordt meer uitgesproken bij grotere cementgehaltes d=0,0142 U=0.867 U=1.067 U=0.667 Men kan stellen dat voor betonsamenstellingen met een hoog cementgehalte, de gemiddelde korrelafmeting minder belangrijk is dan de holle ruimte ratio cementgehalte (kg/m3) P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 14

15 DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Gecombineerd effect van de gemiddelde korrelafmeting en de holle ruimte ratio van het cement op de waterbehoefte van het beton. vrij water (l/m3) cementgehalte (kg/m3) cementgrafiek CEM I 52.5N CEM IIIA 32.5LA CEM IIIA 42.5LA Bij de productie van cement kan een reductie van de gemiddelde korrelafmeting (door het fijner malen van het cement) samen gaan met een steilere korrelkromme (meer monogranulair). Dit heeft tot gevolg dat de holle ruimte ratio wordt vergroot. Het gebruik van een identiek fijner cement in een rijk beton leidt dan meestal ook tot een grotere waterbehoefte. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 15

16 DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de eigenschappen van de grove granulaten op de vrij water (l/m3) vrij water (l/m3) waterbehoefte van het beton cementgehalte (kg/m3) cementgehalte (kg/m3) Uca=0.678 d=7mm d=12mm d=14.5 d=12mm d=17mm Uca=0.678 Uca=0.778 Uca=0.878 Uca=0.978 Grove granulaten hebben een maximale korrelgrootte van ongeveer mm. Dit geeft voor de gemiddelde korrelgrootte ,5-17mm. Algemeen kan men stellen dat de waterbehoefte daalt bij stijgende gemiddelde korrelgrootte en dalende holle ruimte ratio. Dit is geldig bij alle cementgehaltes Het effect is meer uitgesproken bij lage cementhoeveelheden. Het gebruik van grotere maximale korrelafmeting van de grove granulaten laat toe meer fracties te gebruiken. Dit zal de waterbehoefte van het beton doen dalen en dit om 2 redenen: De holle ruimte ratio van de grove materialen is lager en er is een lagere interferentie tussen de korrels. Slechte korrelvorm van de grove granulaten moet vermeden worden. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 16

17 DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de eigenschappen van de fijne granulaten op de vrij water (l/m3) vrij water (l/m3) waterbehoefte van het beton. Uf a=0.591 d= d= d= d= cementgehalte (kg/m3) dfa= Ufa=0.591 Ufa=0.491 Ufa=0.691 Ufa= cementgehalte (kg/m3) De waterbehoefte daalt bij een dalende gemiddelde korrelafmeting van de fijne granulaten en dit bij alle cementhoeveelheden. Bij een dalende holle ruimte ratio daalt ook de waterbehoefte. Dit effect verkleint bij een stijgende cementhoeveelheid. Wills(1967) vond dat een wijziging van de vorm van de granulaten (komt tot uiting in een wijziging van de holle ruimte ratio) een wijziging van de waterbehoefte veroorzaakt dat 2-3 maal zo groot is als een analoge wijziging van korrelvorm bij de grove granulaten. De grafieken tonen aan dat dit enkel bij lage cementgehaltes zo is. In praktijk is het meestal zo dat hoe fijner het zand is, hoe groter de holle ruimte ratio is. Fijne granulaten zijn meestal meer monogranulair wat een hogere holle ruimte ratio verklaart. Wanneer men verschillende zanden onderling wilt vergelijken moet men de gecombineerde effecten bekijken. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 17

18 DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de eigenschappen van de fijne granulaten op de waterbehoefte van het beton. vrij water (l/m3) vrij water (l/m3) fijn/totaal granulaat(%) fijn/totaal granulaat(%) Ufa=0.591 slump=35mm dfa= dfa= Ufa=0.591 slump=100mm dfa= dfa= De waterbehoefte van beton wordt bepaald voor 2 verschillende zanden. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 18

19 DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Parameterstudie: Overzicht van de druksterktemodellen Feret Dutron f ccub f ccub 1 = K ρc 1+ ρ w = K c w 3 2 w c 2 Bolomey Walz/Lambotte f ccub f ccub c = K K' w c = f ccubc. k k' w Dewar f 3,3 f = F. 10 cem cu. w / c R Buist f cm( j) = a. N j b + c w / c Hanke Abrams f f f cem28 ccub w c + = a + b. + ccl. c + c f. f + cm. m w = K w 1.5 c 7 P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 19

20 DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Parametrisatie: voorbeelden Feret f c Abrams 1 = K W C 2 1 ver. Y = A X 1 par. f c = Bolomey f c K = K W C C W 1 ver. 1 ver. C K' = K KK' W Y = A X Y = A X + B 1 par. 2 par. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 20

21 DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Modelkeuze: correlatie tussen gemeten en berekende druksterktes als maat voor de modelefficiëntie P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 21

22 DEELASPECTEN Modeloptimalisatie: MODELLEN - DRUKSTERKTE - Modelkeuze en parameterschattingen zijn niet definitief wijziging van grondstofkarakteristieken seizoensschommelingen gewijzigde eisen - Wanneer moet een model aangepast worden? modeltype en/of parameters? - Gebruik van betrouwbaarheidsintervallen is interessant (theorie lineaire regressie)(vb. intervallen die 90% van de waarnemingen omvatten. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 22

23 DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Modeloptimalisatie: Gebruik van betrouwbaarheidsintervallen. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 23

24 BESLUITEN - Het aanwenden van betontechnologische modellen moet het mogelijk maken om: -Nieuwe mengsels te ontwerpen. -Mengsels tijdens het productieproces aan te passen in functie van de gewijzigde eigenschappen van de grondstoffen. -Verschillende leden van een familie transformeren naar het basislid. - De betontechnologische modellen worden geactualiseerd door data verkregen tijdens de gelijkvormigheids- en productiecontrole. P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton 24