HET BELANG VAN DE BETONSAMENSTELLING VOOR EEN DUURZAME EN ESTHETISCHE VERHARDING

2 Op een dag op het Belgisch Wegencongres ontmoeten enkele wegbeheerders uit de verschillende gewesten elkaar. Ze maken van de gelegenheid gebruik om enkele problemen te bespreken

3 Vaststellingen na de strenge winters Schade door afschilfering Wegen (Rood gekleurde) fietspaden 3

4 Probleem van dooizouten? Hoeveelheid dooizouten? Vanaf wanneer toegelaten? Algemeen : 6 weken Soms toch schade na 6 weken Oude betonwegen weerstaan wel goed Wat is het verschil dan met vroeger? En hoe verloopt het schadeproces precies?

5 Omzendbrief «Hondermarq» Bestrooiingen zes weken na het voltooien der betonneringswerken zijn zonder gevaar (studies door OCCN- CRIC en Duitse ervaringen ) Beton type A weerstaat al na 28 dagen Nieuwe beschikkingen : Termijn van 6 weken Termijn van 28 dagen in geval van absolute noodzakelijkheid (veiligheid weggebruikers) + aangeraden de hoeveelheden dooizout te beperken

6 Het wegenbeton van vroeger en nu Begin jaren 70 Samenstelling type A Steenslag 22/ kg/m³ Steenslag 8/ kg/m³ Steenslag 2/8 350 kg/m³ Rivierzand 0/2 405 kg/m³ Cement 400 kg/m³ Water 160 l/m³ Zonder luchtbelvormer Goede weerstand Mechanische Slijtvastheid Tegen dooizouten Verhouding Zand/Cement (Z/C) tussen 1,0 en 1,5 6

7 Het wegenbeton van vroeger en nu Vandaag : Samenstellingen met fijnere granulometrie 0/20 mm met overdosering van 4/6,3 0/6,3 mm (tweelaags) Grotere hoeveelheid zand (> 600 kg/m³) Gebruik luchtbelvormer 7

8 Wat is het schadefenomeen? Drie mogelijkheden Bevriezen vers beton Inwendige scheurvorming verhard beton door vorst Afschilfering verhard beton door vorst en dooizouten 8

9 Schadefenomeen ten gevolge van vorst en dooizouten bij betonverhardingen Bevriezing van vers beton (quasi onmiddellijk zichtbaar) Bevriezen van vrij water in beton met scheurvorming in verse beton tot gevolg Eens water in beton bevroren is zal geen verdere hydratatie plaatsvinden! Bevriezing van verhard beton en interne scheurvorming Opbouwende druk (hydraulisch) ten gevolge van uitzetten van water bij omzetting naar ijs (minder belangrijk) Vorming van ijslens in grotere poriën die extra trekkrachten op fijnere poriën gaan uitoefenen Osmotische drukken ten gevolge van zoutconcentraties

10 Schadefenomeen ten gevolge van vorst en dooizouten bij betonverhardingen Inwerking van dooizouten Tijdens het smelten van het ijs door zouten: endotherme reactie, warmte wordt onttrokken aan ondergelegen lagen waardoor daar grotere spanningen ontstaan, door bevriezen van water in die poriën Door osmotische drukken die ontstaan ten gevolge van concentratieverschillen tussen het poriënwater aan het oppervlak en het dieper gelegen poriënwater

11 Schadefenomeen ten gevolge van vorst en dooizouten bij betonverhardingen

12 Combinatie van vorst-dooicycli en dooizouten

13 Hoe wordt de duurzaamheid beoordeeld in de typebestekken? Vers beton: Luchtgehalte Verhard beton: Druksterkte Wateropslorping door onderdompeling Weerstand tegen afschilfering (indien wateropslorping niet voldoet)

14 Werking van een luchtbelvormer Vorming van stabiele luchtbellen Formation de bulles d'air stables. Oppervlakte-actieve stoffen met hydrofiel hoofd en hydrofobe staart Orientation des molécules tensio-actives à l'interface air-eau ter vorming van luchtbellen et répulsion électrostatique die elkaar des electrostatisch bulles d'air. afstoten + Granulaat Granulat Lucht AIR EAU Water Lucht AIR AIR Water EAU CIMENT + + AIR Lucht + Lucht + + Granulat Granulaat +

15 Pertes en g/dm² après 30 cycles - Méthode ISO/DIS Werking van een luchtbelvormer Bétons à base de 375 kg/m³ de ciment E/C = 0,45 CEM I 42,5 N LA et CEM III/A 42,5 N LA Dmax = 20 mm Essais de gel-dégel après 90 jours Teneur en air sur béton frais (en % du volume)

16 Samenstelling wegenbeton, vb volgens SB 250 Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags) Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags) D max v/d granulaten (mm) Hoeveelheid cement (kg/m 3 ) Bouwklasse B1- B5 volgens SB 250 > 20 6 < D max Watercementfactor W / C 0,45 0,45 0,42 Luchtgehalte (%-v) ,45 3 Bouwklasse B6-B10 en BF volgens SB 250 > 20 6 < D max ,50 0,50 0, ,50 3 Landbouwwegen volgens overeenstemmende bouwklasse

17 Bepaling van de wateropslorping door onderdompeling Op cylindrische proefstukken ontnomen door kernboring uit de betonverharding Oppervlakteschijfje met S = 100 cm² (diameter van 11,3 cm) en hoogte h = 4 à 5 cm Bepaling van de wateropslorping door onderdompeling op een ouderdom van ten minste 60 dagen Berekening van de waterabsorptie w = 100. (M 1 M 2 ) / M 2 in %-m

18 Eisen wateropslorping Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags) Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags) D max v/d granulaten (mm) Maximale individuele wateropslorping H i, max (%-m) Bouwklasse B1-B5 volgens SB 250 > 20 (zonder LBV) 6,5 6 < D max 20 6,8 6 7,0 Maximale gemiddelde wateropslorping H m, max (%-m) Bouwklasse B6-B10 en BF volgens SB 250 > 20 (zonder LBV) 6,5 6 < D max 20 6,8 6 7, ,0 6,3 6,5 6,0 6,3 6,5 - -

19 Eisen vorstweerstand Proefmethode volgens ontwerpnorm ISO/DIS Mogelijk in toekomst volgens CEN/TS (2006): 3 proefmethodes ter bepaling van weerstand tegen afschilfering SLAB test CDF test CUBE test Criteria verschillen en zijn nog te bevestigen! Maximaal gecumuleerd massaverlies na 30 cycli in g/dm² Réseau I Bouwklasse B1 B5 Réseau II Bouwklasse B6 B10, BF Réseau III Routes agricoles

20 Waarom dan nog problemen? Effecten luchtbelvormer Verbeterde weerstand vorst-dooicycli in aanwezigheid dooizouten Plastischer beton (smeermiddel) Betere cohesie beton minder risico ontmenging Lichter beton hoger % wateropslorping Verminderde mechanische sterkte

21 Verband luchtgehalte mechanische sterkte 21

22 Verband luchtgehalte wateropslorping

23 Voorbeelden betonsamenstelling Voorbeeld: beton voor gemeentewegen met 375 kg/m³ CEM III/A 42,5 N LA, D max = 20 mm Eisen: wcf 0,50 3 tot 6 % lucht Abs m 6,3 % - Massaverlies 10 g/dm² Beton 1 (zonder plastificeerder en luchtbelvormer) Beton 2 (met plastificeerder, zonder luchtbelvormer) Beton 3 (met plastificeerder en luchtbelvormer) Beton 4 (met plastificeerder en luchtbelvormer) Beton 5 (met plastificeerder en luchtbelvormer ) Beton 6 (met plastificeerder en luchtbelvormer ) wcf 0,49 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 Slump Vebe 40 mm 4,0 s 40 mm 4,0 s 25 mm 4,0 s 45 mm 3,0 s 35 mm 3,5 s 65 mm 2,0 s Luchtgehalte 0,8 % 1,3 % 2,4 % 4,5 % 5,7 % 8,3 % Massaverlies vorstdooi 25,1 g/dm² 14,0 g/dm² 10,8 g/dm² 7,1 g/dm² 6,3 g/dm² 3,9 g/dm² R c 90 d 73,6 N/mm² 82,0 N/mm² 73,0 N/mm² 65,9 N/mm² 58,9 N/mm² 44,6 N/mm² Abs m 6,0 % 5,6 % 5,5 % 6,4 % 6,2 % 7,3 %

24 Relatie luchtgehalte wateropslorping - sterkte Moeilijkheid om de verschillende parameters te combineren Extra probleem van verwerkbaarheid vers beton in geval van manuele plaatsing Gebruik hulpstoffen (plast./superplast.) maar ook dit heeft limieten (viscositeit beton luchtgehalte niet te beheersen met superplastificeerder) Te weinig lucht Mogelijk probleem afschilfering Te veel lucht Beton weerstaat zeer goed aan vorst en dooizouten Mogelijk problemen sterkte en wateropslorping - refacties

25 Invloed water-cementfactor Als wcf, mechanische prestaties Wet van FERET (1890) f c,cub K. ( 1 1 w c a 2 ) f c,cub = druksterkte na 28 d op kubusvormige proefstukken K = correctiefactor volgens de cementsoort c = volume aan cement w = totaal volume aan water a = volume aan lucht

26 Verhogen cementgehalte? Voorbeeld Beton 1: 380 kg/m³ cement, wcf = 0,45 Beton 2: wcf = 0,45 maar 420 kg/m³ cement Beton 1 Beton 2 w = a = c = 171 l 10 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l 189 l 10 l 420 kg / 3,0 kg/l = 140 l wcf ( )/127 = 1,42 ( )/140 = 1,42 (1/(1 + 1,42))² = 0,171 (1/(1 + 1,42))² = 0,171 0,169/0,169 = 1,00 of + 0 %

27 Invloed water-cementfactor Voorbeeld Beton 1: 380 kg/m³ cement, 4 % lucht, wcf = 0,45 Beton 3: 380 kg/m³ cement, 4 % lucht, wcf = 0,50 Beton 1 Beton 3 w = a = c = ,45 = 171 l 4 % = 40 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l ,50 = 190 l 4 % = 40 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l (w + a)/c ( )/127 = 1,66 ( )/127 = 1,81 (1/(1 + 1,66))² = 0,141 (1/(1 + 1,81))² = 0,127 0,127/0,141 = 0,90 of 10 %

28 Relatie watergehalte - wateropslorping Voorbeeld Beton 1: 380 kg/m³ cement, wcf = 0,45 w = 171 l Beton 2: wcf = 0,45 maar 420 kg/m³ cement w = 189 l publicaties Geldig voor beton zonder luchtbelvormer!

29 Besluiten invloed watergehalte Duurzaamheid = waterabsorptie door onderdompeling dooizoutbestendigheid Vuistregel Als wcf : waterabsorptie en dooizoutbestendigheid als wcf, duurzaamheid Als c : waterabsorptie en dooizoutbestendigheid (want pakkingsdichtheid ) Maar als c en wcf gelijkblijft: w ook duurzaamheid

30 Invloed zand Hoeveelheid zand Kwaliteit van het zand waterbehoefte

31 Hoeveelheid zand Zandfractie (0/2 mm) = 33 % of 600 kg/m³

32 Kwaliteit van het zand - Korrelverdeling

33 Kwaliteit van het zand Waterbehoefte Rond zand 0/4 Fijnheidsmodulus : 2,9 Waterbehoefte : 8,7 % m/m (Indien 600 kg zand /m³ : waterbehoefte = 52 liter) 33

34 Kwaliteit van het zand Waterbehoefte Rond zand 0/1 Fijnheidsmodulus : 1,7 Waterbehoefte : 12,8 % m/m (Indien 600 kg zand /m³ : waterbehoefte = 77 liter) 34

35 Kwaliteit van het zand Waterbehoefte Breekzand 0/4 Fijnheidsmodulus : 2,5 Waterbehoefte : 7,9 % m/m (Indien 600 kg zand /m³ : waterbehoefte = 47 liter) 35

36 Kwaliteit van het zand Waterbehoefte Zandmengsels Zand Fijnheidsmodulus Waterbehoefte (%) Rivierzand 0/4 2,9 8,7 Rond zand 0/1 1,7 12,8 Kalkbreekzand 0/4 2,5 7,9 Mengsel 80 % rivierzand 0/ % rond zand 0/1 2,6 8,3 Mengsel 70 % kalkbreekzand 0/ % rond zand 0/1 2,5 8,7 36

37 Invloed kleurpigmenten Zeer fijne poeders met hoge waterbehoefte Niet de pigmenten maar alweer het watergehalte ligt aan de oorzaak van een verminderde weerstand 37

38 Proeven op verhard beton Proeven op vers beton Beton nr 1 Met pigment W/C 0,50 2 Met pigment W/C 0,50 3 Met pigment W/C 0,50 4 Zonder pigment W/C 0,50 Gebroken grind 6/20 Gebroken grind 2/6 Rivierzand 0/2 Rivierzand 0/1 914 kg/m³ 293 kg/m³ 357 kg/m³ 186 kg/m³ 899 kg/m³ 289 kg/m³ 351 kg/m³ 183 kg/m³ 908 kg/m³ 292 kg/m³ 355 kg/m³ 185 kg/m³ 909 kg/m³ 291 kg/m³ 355 kg/m³ 185 kg/m³ CEM III/A 42,5 N LA 366 kg/m³ 360 kg/m³ 364 kg/m³ 364 kg/m³ Pigment (rood ijzeroxide) 5 % soit 18,3 kg/m³ 5 % soit 18,0 kg/m³ 5 % soit 18,2 kg/m³ - Plastificeerder Luchtbelvormer 780 ml/m³ 450 ml/m³ 770 ml/m³ 480 ml/m³ 775 ml/m³ 485 ml/m³ 780 ml/m³ 490 ml/m³ Totaal watergehalte 183 l/m³ 185 l/m³ 187 l/m³ 185 l/m³ Slump 35 mm 35 mm 20 mm 35 mm Luchtgehalte 3,8 % 4,5 % 4,5 % 4,1 % Vochtige volumieke massa 2320 kg/m³ 2285 kg/m³ 2310 kg/m³ 2290 kg/m³ Druksterkte 55,6 N/mm² 53,1 N/mm² 52,8 N/mm² 54,2 N/mm² Wateropslorping door onderdompeling Vostbestendigheid, afschilfering na 30 cycli 6,3 % 6,6 % 6,4 % 7,5 % 4,6 g/dm² 6,9 g/dm² 6,6 g/dm² 6,1 g/dm²

39 Gecumuleerd verlies na 30 cycli Impregnatie of hydrofobering Doeltreffend (schade vermeden of uitgesteld) Niet de bedoeling om minderwaardig beton toe te laten Twee lagen na verdwijnen of verwijderen curing compound Op basis solventen / water / bio Doeltreffendheid impregnatiemiddel CaCl2 AVIFORM CLEARWAY Vergelijking onbehandelde proefstukken met geïmpregneerde 39

40 Impregnatie of hydrofobering Voorstel Gekleurde oppervlakken Al voorzien in Qualiroutes Gekleurd beton, gefigureerd beton Manueel verwerkt beton

41 Controle van samenstelling Voornoemde schade-fenomenen Bestekseisen samenstelling Korrelverdeling / maximale korrelmaat Consistentie w/c-factor Cementgehalte Luchtgehalte vers beton Druksterkte 28/90d Waterabsorptie 60d Weerstand tegen afschilfering Certificatie/keuring samenstelling Vb controleschema WBR01 tijdens productiefase 41

42 Controle van uitvoering Voornoemde schade-fenomenen Bestekseisen uitvoering bereiding van het mengsel vervoer van het mengsel verwerking van het mengsel bescherming tegen uitdroging bescherming tegen vorst bescherming tegen uitspoeling door neerslag bescherming tegen beschadigingen ontkisting ingebruikneming Certificatie/keuring uitvoering voorstudie, ITT, proefdraaien HPC productie- en controle-uitrusting grondstoffen productiebeheer en conformiteitscontrole instructies transport en levering leveringsdocumenten controle werf? 42

43 Verschil BENOR beton en wegenbeton volgens typebestekken BENOR beton (volgens norm NBN EN 206-1:2001 en NBN B :2012) moet voldoen aan minimale eisen maar deze zijn niet altijd voldoende om een weerstandbiedend beton te bekomen De minimale eisen, opgenomen in de typebestekken laten wel toe een weerstandbiedend beton aan te maken 43

44 Verschil BENOR beton en wegenbeton volgens typebestekken BENOR EE4 Beton volgens typebestekken Toepassingsgebied Gewapend beton Dmax 31,5 mm Dmax 6 mm Betontype T(0,45) T(0,45)A Water/cementfactor 0,45 0,45 0,50 tot 0,45 0,50 tot 0,45 Cementgehalte (kg/m³) tot tot 425 Sterkteklasse C35/45 C30/37 Luchtgehalte verse beton (TE SPECIFIEREN voor BENOR) Wateropslorpingsklasse (TE SPECIFIEREN voor BENOR) Afschilfering na 30 cycli 4% (Dmax 31,5 mm) 5% (Dmax 16 mm) 6% (Dmax 10 mm) WAI (0,45) WAI (0,45)A W i 6,5% W m 6,0% - 5% W i 7,0% W m 6,5% 20 g/dm² of 10 g/dm² of 5 g/dm² 44

45 Conclusies vermijden vorstschade Typebestekken (C w/c) Beperkt zandgehalte 0/2 Watergehalte beperken tot ca. 180 l/m³ Luchtbelgehalte vers beton 4 % Indien kleurstoffen : verminderde verwerkbaarheid compenseren met hulpstoffen, niet door toevoegen water Verdichting Nabehandeling I.g.v. manuele plaatsing : beschermen met impregneermiddel Controle en certificatie