DE INVLOED VAN VULSTOFFEN OP DE EIGENSCHAPPEN VAN ZELFVERDICHTEND BETON IN VLOEIBARE EN VERHARDE TOESTAND

Transcriptie

1 KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN FACULTEIT TOEGEPASTE WETENSCHAPPEN DEPARTEMENT ARCHITECTUUR, STEDENBOUW EN RUIMTELIJKE ORDENING DE INVLOED VAN VULSTOFFEN OP DE EIGENSCHAPPEN VAN ZELFVERDICHTEND BETON IN VLOEIBARE EN VERHARDE TOESTAND Eindwerk aangeboden tot het verkrijgen van de graad van Burgerlijk Ingenieur - Architect Gert HEIRMAN Natasja DE GEYTER Promotor: Prof. Dr. Ir. L. Vandewalle Assessoren: D. Dupont (KUL) H. De Petter (KUL) C. Ladang (CBR) Academiejaar

2 De auteur geeft de toelating deze eindverhandeling voor consultatie beschikbaar te stellen en delen ervan te kopiëren voor eigen gebruik. Elk ander gebruik valt onder de strikte beperkingen van het auteursrecht; in het bijzonder wordt er verwezen op de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van de resultaten uit deze eindverhandeling. Leuven, juni

3 DANKWOORD Bijzondere dank aan onze promotor Prof. Dr. Ir. L. Vandewalle en onze assessor Ir. D. Dupont voor de informatieve gesprekken en raadgevingen die bijgedragen hebben tot het opstellen van deze thesis. Ook bijzondere dank aan onze assessor Ir. C. Ladang voor de leerrijke en aangename samenwerking met de Dienst Promotie en Ontwikkeling van de CBR Cementbedrijven N.V. Dank aan al het personeel van het betonlaboratorium van de CBR Cementbedrijven N.V. waarbij Ir. F. Vandervelde, hoofd van het labo, in het bijzonder voor hun zeer geapprecieerde samenwerking en hun bijdrage tot het verwezenlijken van het grootste deel van het praktische onderdeel van deze thesis. Verder ook een woord van dank aan allen professoren, assistenten en anderen die in de afgelopen jaren hebben meegewerkt aan de opbouw van onze opleiding. 3

4 VOORWOORD Zelfverdichtend beton, soms ook zelfnivellerend beton genoemd, is een nieuwe categorie van hoge-prestatiebeton, waarvan een uitzonderlijke vloeibaarheid in verse toestand verkregen wordt door het gebruik van een specifieke samenstelling en superplastificeerders met een sterk waterreducerend vermogen. De technologie van zelfverdichtend beton is in de jaren 80 in Japan ontstaan en heeft in de loop van de jaren 90 in Europa belangstelling gewekt. Hoewel niet alle eigenschappen ten gronde gekend zijn, wordt het materiaal reeds daadwerkelijk in de praktijk aangewend. Met deze thesis proberen wij een beter inzicht te verwerven in de invloed van de vulstoffen op de eigenschappen van zelfverdichtend beton, zowel in vloeibare als in verharde toestand. Met verschillende vulstoffen werden mengsels aangemaakt die beoordeeld werden op eigenschappen zoals slumpflow, funneltest, U-test, druksterkte, buigsterkte, splijtsterkte, E-modulus, krimp, waterabsorptie en weerstand tegen vorst-dooi cycli (met en zonder dooizouten). 4

5 GEBRUIKTE SYMBOLEN SYMBOOL BETEKENIS EENHEID Hoofdletters A luchtgehalte [vol.-%] A waterabsorptie [%] B blauwgetal [ml/g] C massa cement [kg] Ec elasticiteitsmodulus van het beton [MPa] Ec tangenselasticiteitsmodulus van het beton [MPa] Ecm secanselasticiteitsmodulus van het beton [MPa] G gehalte aan grind (> 4 mm) [kg] Glim absolute massa van een m³ grind (d.i. bij [kg/m³] optimale pakking) L lengte van een proefstuk [m] Nn Rilem druksterkte na n dagen [MPa] Rm inverse van de doorstroomtijd van de mortel [1/s] RV relatieve vochtigheid [%] S volume zand in de mortel [l] of [m³] S specifiek oppervlak [cm²/g] S.B. standaardbeton [-] SPL superplastificeerder [-] V volume [l] of [m³] W volume water [l] W/C-factor water/cement-factor [-] W/P-verhouding water/poeder-verhouding [-] ZVB zelfverdichtend beton [-] 5

6 SYMBOOL BETEKENIS EENHEID Kleine letters b breedte (van het proefstuk) [m] d diameter (van het proefstuk of van de korrel) [m] e porositeit [-] fc druksterkte van beton [MPa] fc,cub, Xd kubusdruksterkte van beton na X dagen [MPa] fc,cil, Xd cilinderdruksterkte van beton na X dagen [MPa] fcn gemiddelde druksterkte [MPa] fct,fl, Xd buigtreksterkte van het beton na X dagen [MPa] fct,sp, Xd splijttreksterkte van het beton [MPa] h hoogte (van het proefstuk) [m] kst volume zand < 0,09 mm [l] of [m³] m massa [kg] t500 tijd bij een slumpflow van 500 mm [s] tm doorstroomtijd mortel [s] Griekse letters Γm relatieve vloeimaat [-] β helling van de regressierechte uit de Rosin- [-] Rammler-verdeling βpoeder W/P-verhouding waarbij net geen uitvloei van [-] het poeder optreedt εcs krimp van het beton [µs] η0 gemiddelde luchtviscositeit [Pa.s] ρ dichtheid, volumieke massa [kg/m³] ρgst schijnbare dichtheid van het grind na trillen [kg/m³] 6

7 INHOUDSTAFEL DANKWOORD... 3 VOORWOORD... 4 GEBRUIKTE SYMBOLEN... 5 INHOUDSTAFEL... 7 HOOFDSTUK 1. DE HUIDIGE SITUATIE (LITERATUUR-ONDERZOEK) De geschiedenis van het zelfverdichtend beton Definitie en algemene eigenschappen van het zelfverdichtend beton Definitie Algemene eigenschappen: voor- en nadelen Voorbeelden van prefab-toepassingen in België...15 HOOFDSTUK 2. PROEFOPZET Methoden Basisfilosofie De Japanse methode De CBR-methode Keuze van de materialen Grind Zand Cement Vulstoffen (of fillers) Water Superplastificeerder...34 HOOFDSTUK 3. BETONSAMENSTELLINGEN Betonsamenstelling: algemeen Betonsamenstelling: concreet Kostprijsberekening

8 HOOFDSTUK 4. KARAKTERISERING VAN DE FILLERS Bepaling β p -waarde Bepaling volumieke massa Bepaling Blaine Bepaling CaCO Bepaling methyleenblauw-waarde Bepaling carbongehalte Bepaling activiteitsindex Bepaling laser-granulometrie Bepaling microscopie Algemeen Microscopisch visuele beschrijving van de fillers Overzichtstabel fillerkarakteristieken...70 HOOFDSTUK 5. UITGEVOERDE PROEVEN Proeven op vers beton Bepaling van de slumpflow Bepaling van de doorstroomtijd: de funneltest Bepaling van de stijghoogte: de U-test Bepaling van de volumieke massa Bepaling van het luchtgehalte Proeven op verhard beton Bepaling van de druksterkte Bepaling van de buigtreksterkte Bepaling van de splijttreksterkte Bepaling van de elasticiteitsmodulus Bepaling van de krimp Bepaling van de waterabsorptie Bepaling van de vorstbestendigheid Bepaling van de vorstbestendigheid in aanwezigheid van dooizouten Overzicht uitgevoerde proeven...91 HOOFDSTUK 6. INTERPRETATIE VAN DE RESULTATEN Fillerkarakteristieken

9 6.2. Eigenschappen van vers beton Eigenschappen van verhard beton...98 HOOFDSTUK 7. BESLUIT REFERENTIES GEBRUIKTE NORMEN

10 HOOFDSTUK 1. DE HUIDIGE SITUATIE (LITERATUUR- ONDERZOEK) 1.1. De geschiedenis van het zelfverdichtend beton [01] De principes van zelfverdichtend beton zijn ouder dan men zou vermoeden. Zo moet bijvoorbeeld onderwaterbeton gestort kunnen worden zonder bijkomende verdichting. Ontmenging, welke nog bevorderd wordt door het trillen, mag er zeker niet voorkomen. Dit onderwaterbeton wordt gekenmerkt door een zeer grote hoeveelheid cementpasta (later werden ook superplastificeerders gebruikt). Nadelen van deze betontoepassing zijn o.a. de noodzaak aan gespecialiseerde en goed gecontroleerde plaatsingsmethodes om ontmenging te vermijden, de grote hoeveelheid cementpasta welke het beton gevoelig maakt voor sterke krimp en hoge hydratatiewarmte en een hoge totale kost. Hierdoor bleef de toepassing ervan eerder beperkt. De introductie van het hedendaagse zelfverdichtend beton is ingegeven door de zoektocht naar een betere betonkwaliteit. Dit onderzoek is eind jaren 80 ontstaan in Japan, waar het gebrek aan uniformiteit gevolg van onvolledige verdichting de hoofdoorzaak bleek te zijn van de zwakkere prestaties van betonnen structuren, een andere belangrijke oorzaak was het afnemend aantal ervaren betonbouwvakkers. Anderzijds waren er geen praktische middelen om de volledige verdichting in situ te garanderen. Om dit probleem te omzeilen, werd gezocht naar methoden om verdichten door trillen of op welke wijze ook niet langer noodzakelijk te maken. Onderzoekers als Okamura, Ozawa et al. (universiteit van Tokio, Japan) waren de eersten die het zelfverdichtend beton ontwierpen. Maar al gauw pikten de grote Japanse aannemersbedrijven het idee op. Opvallend is dat elk bedrijf zijn eigen mengselontwerp, testmethoden en testapparaten ontwikkelde. De introductie van zelfverdichtend beton in Europa is sterk verbonden aan de activiteiten van het RILEM (Réunion Internationale des Laboratoires d Essais et de recherche sur les Matériaux et les constructions) en in het bijzonder van haar technisch comité TC 145-WSM Workability of Fresh Special Concrete Mixes. 10

11 Deze laatste organiseerde in 1996, te Glasgow, de RILEM-conferentie Production Methods and Workability of Concrete waar het zelfverdichtend beton voor het eerst ter sprake kwam. In 1997 is er uit dit TC145 een nieuw technisch comité ontstaan, nl. TC 174 Self-compacting Concrete, onder leiding van Å. Skarendahl van het Zweedse CBI (Swedish Cement and Concrete Research Institute), tevens ook de voorzitter van het eerste internationaal symposium over zelfverdichtend beton te Stockholm in Dit symposium had als complexe taak het formuleren van aanbevelingen i.v.m. de productie, eigenschappen en toepassingen van zelfverdichtend beton. [02] In België zijn er heden ten dage nog geen algemene, officiële aanbevelingen. Er bestaat nog maar een uiterst beperkte kennis betreffende de eigenschappen van het zelfverdichtend beton tijdens en na de verharding. We kunnen stellen dat de wetenschappelijke fundamentele studies pas nu op kruissnelheid komen, zowel nationaal als internationaal. [03] Met dit werk hopen wij een steentje bij te dragen tot deze studie. 11

12 1.2. Definitie en algemene eigenschappen van het zelfverdichtend beton Definitie Zelfverdichtend beton kan als volgt gedefinieerd worden: Zelfverdichtend beton is beton dat in verse toestand een dusdanige vloeibaarheid vertoont dat het louter onder invloed van het eigengewicht en dus zonder bijkomende verdichtingsenergie in staat is doorheen een dicht wapeningsnet of in aanwezigheid van andere hindernissen de bekistingsvorm volledig te vullen, terwijl het een voldoende stabiliteit vertoont tegen segregatie en dus homogeen blijft gedurende transport, verpompen en plaatsen. [04] In de literatuur vindt men ook de term zelfnivellerend terug. Het zelfverdichtend beton beschikt dan ook over de eigenschap volledig te nivelleren onder invloed van het eigengewicht. Men kan een onderscheid in benaming maken al naargelang de toepassing van de te maken constructiecomponenten: de term zelfverdichtend verwijst naar de verticale, zelfnivellerend naar de horizontale componenten. In de literatuur wordt dit onderscheid niet altijd gemaakt en worden de termen wel eens door elkaar gebruikt. Figuur 1 [05] illustreert duidelijk het verschil tussen zelfverdichtend en standaardbeton. figuur 1: plaatsing zonder trillen: het verschil tussen standaardbeton (links) en zelfverdichtend beton (rechts) 12

13 [06] [07] Algemene eigenschappen: voor- en nadelen Voordelen van een goed zelfverdichtend beton: - arbeidsvriendelijk: beton storten gaat veel sneller en kost veel minder moeite; - lager energieverbruik omdat er niet verdicht hoeft te worden; - vullen van de bekisting is minder kritisch: de betonspecie loopt zonder ontmengen meters ver door de bekisting, dus ook interessant voor het vullen van stapelblokken en prefabwanden; - bij een zeer dichte wapening kan toch een gelijkmatige, hoge betonkwaliteit bereikt worden; - trillings- en geluidsoverlast van trilapparatuur is verdwenen; - constantere kwaliteit van het beton: zowel macro- als microscopisch; - kan op moeilijk bereikbare plaatsen gestort worden; - architectonisch gecompliceerde vormen kunnen gerealiseerd worden; - stortwerkzaamheden kunnen met minder personeel verricht worden; - pomptechnieken kunnen vereenvoudigd worden; - cohesiever dan standaardbeton en dus minder lekkage door naden in de bekisting. Nadelen: - werken onder helling is erg lastig; - sommige aspecten zijn nog onbekend; - hogere prijs van de specie; - er worden hogere eisen gesteld aan het mengproces; - hogere, hydrostatische druk op de bekisting Opm. De lijst voordelen is veel langer dan deze die de nadelen vermeldt. Dit is te wijten aan het feit dat de meeste artikels het zelfverdichtend beton nog als revolutionair beschouwen, wat overigens niet onterecht is. Het is allemaal nieuw en in volle ontwikkeling, waardoor beide lijsten zeker nog zullen aangevuld worden. Men kan vermoeden dat het misschien eerder de lijst met nadelen is die zou kunnen aangroeien. Het zelfverdichtend beton is namelijk zo interessant vanwege de 13

14 typerende vloeibare toestand van dit beton en men kan veronderstellen dat die reeds beter gekend is, terwijl er nog weinig geweten is over de verharde toestand en de duurzaamheid. Gezien de grotere hoeveelheid cementpasta en het hoge filtergehalte kunnen daar mogelijk nog nadelen aan het licht kunnen komen. 14

15 1.3. Voorbeelden van prefab-toepassingen in België (foto s Structo) 15

16 HOOFDSTUK 2. PROEFOPZET 2.1. Methoden Basisfilosofie [08] [09] In paragraaf 1.1 wordt reeds aangegeven dat er veel verschillende methodes ontwikkeld werden, en worden, om tot een zelfverdichtend betonmengsel te komen. Ze zijn echter allemaal terug te brengen tot dezelfde basisfilosofie: - zelfverdichtend beton is hoog vloeibaar en - zelfverdichtend beton heeft een grote weerstand tegen segregatie. Deze twee eisen kunnen eveneens via hun rheologische tegenhangers beschreven worden [10] : - voldoende lage plastische vloeidrempel en - voldoende hoge viscositeit van de pasta. Een te hoge plastische vloeidrempel van de pasta leidt tot een te stijf materiaal, wat niet zal beginnen vloeien onder zijn eigengewicht. Een te lage viscositeit leidt tot een hoog risico op uitzakken van de granulaatkorrels, en dus ontmenging van het beton. Anderzijds leidt een te lage plastische vloeidrempel ook tot een verhoogd risico op segregatie en een te hoge viscositeit tot een vertraging (eventueel zelfs stilvallen) van het zelfverdichtend beton tijdens het storten. Samengevat kan een gebied afgebakend worden zoals in figuur 2 [11] waarbinnen het zelfverdichtend beton zich situeert in functie van de plastische vloeidrempel en de viscositeit van de pasta. Door viscositeitsmetingen op de pasta uit te voeren, kunnen boven- en ondergrenzen bepaald worden. Het zou praktisch gezien interessant zijn deze viscositeitsmetingen te vertalen naar resultaten van verwerkbaarheidsproeven als slump flow, de V-funnel, de U-test, (voor meer uitleg i.v.m. deze proeven: zie paragraaf 5.1). Het probleem met deze proeven is dat ze niet louter de plastische vloeidrempel of de viscositeit bepalen maar een combinatie van beiden. 16

17 figuur 2: karakterisering van zelfverdichtend beton De 2 eisen kunnen ook als volgt grafisch weergegeven worden (betonspecie wordt beschreven door het reologisch Bingham-model) [12] : figuur 3: grafische weergave van de basisfilosofie 17

18 Deze eisen lijken op het eerste zicht onverenigbaar, voor het bekomen van een zelfverdichtend beton moeten er dan ook een optimum gezocht worden voor de combinatie van beiden. Hoe aan beide eisen voldaan kan worden blijkt uit de onderstaande tabel: eis te bekomen door hoge vloeibaarheid meer water (W / P ) toevoeging superplastificeerder weerstand tegen segregatie minder water (W / P ) toevoeging viscositeitsagent Uit deze tabel kunnen we 3 mogelijkheden halen om tot een zelfverdichtend beton te komen, nl.: - verhogen Water/Poeder-verhouding + toevoegen viscositeitsagent; - toevoegen superplastificeerder + viscositeitsagent; - verlagen Water/Poeder-verhouding + toevoegen superplastificeerder. Opm. poeder = cement + vulstof. Wij hebben onze mengsels aangemaakt op basis van de laatste mogelijkheid, welke overigens ook door Prof. Okamura (cf. de Japanse methode) werd uitgewerkt. Het idee erachter wordt weergegeven in volgende figuur [13] : figuur 4: basisprincipes voor de aanmaak van zelfverdichtend beton 18

19 [08] [09] De Japanse methode Een mengprocedure werd in 1993 voorgesteld door een researchteam onder leiding van Prof. Okamura. Ze gaat uit van de experimentele bepaling van de verhouding water, poeder en superplastificeerder. Aan deze pasta worden dan zand en grind in vaste hoeveelheid toegevoegd Bepaling van de gehalten aan lucht, grind en zand: 1) Bepaling van het luchtgehalte A: Een richtwaarde: 3 %. 2) Bepaling van het gehalte aan grind G (> 4 mm): G = massa grind G lim = absolute - dit is bij een optimale pakking - massa van een m³ grind G = 0,5. G lim (1- A) figuur 5 [14] : G lim (links) en G (rechts) 3) Bepaling van het gehalte aan zand S: S = volume zand, vormt 40 % van het mortelvolume k st = volume zand < 0,09 mm (deze fractie wordt beschouwd als poeder) (1 A G) S = 0,4 1 k st Bepaling van de samenstelling van de pasta: 1) Bepaling van de volumeverhouding Water/Poeder (zie ook paragraaf 4.1): - Keuze maken van de samenstelling van het poeder (verhouding cementvulstof) 19

20 - Bepalen van het watergehalte waarbij al het water door het poeder wordt vastgehouden. De bijhorende volumeverhouding W/P wordt de β p -waarde genoemd. Hiertoe wordt een uitvloeiproef uitgevoerd voor verschillend W/Pverhoudingen. De bijhorende relatieve vloeimaat Γ p wordt als volgt bepaald: Wanneer we de W/P-waarde uitzetten in functie van Γ p, geeft het snijpunt van de aldus bekomen rechte met de verticale as (Γ p = 0) de β p -waarde (zie figuur 6). De β p -waarde kan dus ook gedefinieerd worden als de theoretische W/P-verhouding waarbij net geen uitvloei optreedt. figuur 6: bepaling van de β p -waarde 2) Bepaling van de hoeveelheid water en superplastificeerder: - Door een reeks proeven uit te voeren op het bekomen poedermengsel na er zand aan toegevoegd te hebben wordt een zelfverdichtende mortel op punt gesteld. 20

21 - Het watergehalte wordt gekozen door uit te gaan van een W/P-waarde van 0,8 à 0,9 β p. De waarde tussen 0,8 en 0,9 noemt men de κ p -waarde. - De hoeveelheid superplastificeerder wordt bepaald zodat tegelijkertijd aan de volgende 2 eisen voldaan wordt: - relatieve vloeimaat Γ m = 5 (Γ m wordt analoog bepaald als Γ p ) - doorstroomtijd 9 < t m < 11 s ofnog 0,91 < R m < 1,11 (waarbij R m = 10 / t m ) Opm. de doorstroomtijd is de tijd waarin de V-trechter leegstroomt, zie paragraaf 5.1) figuur 7: bepaling van Γ m (links) en t m (rechts) (foto s CBR) - Wanneer aan de 2 eisen voldaan wordt, is de optimale W/C-factor gevonden. Indien niet aan de 2 eisen tegelijkertijd voldaan wordt, moet de serie tests met een andere W/P-waarde herhaald worden, er rekening mee houdende dat deze wel in het interval 0,8 à 0,9 β p moet blijven. Indien voor geen enkele W/P-waarde binnen dit interval aan de 2 eisen kan voldaan worden, is de combinatie van de gebruikte materialen niet geschikt en moet een nieuwe combinatie gekozen worden. De procedure is dan de volgende: eerst wordt van een nieuwe superplastificeerder uitgegaan, vervolgens van nieuwe fijne vulstoffen en tenslotte van nieuw cement. 21

22 Bepaling van de definitieve betonsamenstelling: In principe is in voorgaande stappen de volledige betonsamenstelling vastgesteld. De optimale hoeveelheid superplastificeerder dient echter nog aangepast te worden in functie van mengprocedure, temperatuur, Hiertoe worden vloeimaat en doorstroomtijd bepaald op betonmengsels met aangepaste kegel en trechter. De hoeveelheid superplastificeerder wordt aangepast zodat tegelijkertijd voldaan wordt aan: - vloeimaat (slump flow) > 650 mm - doorstroomtijd 10 < t < 13 s Indien aan beide eisen voldaan wordt, dan is een goed zelfverdichtend mengsel verkregen. figuur 8: bepaling van de vloeimaat (links) en doorstroomtijd (rechts) (foto s CBR) Epiloog: De ontwerpmethode van Prof. Okamura vertoont wel enige beperkingen: - veronderstelt een zeer goede beheersing van de waterbehoefte van de verschillende componenten; - beperkte materiaalkeuze; 22

23 - vast zand- en grindgehalte; - omslachtige proefprocedure; - houdt geen rekening met sterkte en/of duurzaamheidseisen. Systematisch onderzoek op een groot aantal betonsamenstellingen leidde tot een beter inzicht in de grondslagen van deze Japanse methode, waaruit een praktische variante gedistilleerd werd ter bepaling van de samenstelling van de pasta (cement, vulstof, superplastificeerder en water): de CBR methode. Deze methode heeft als voordeel dat de W/C-factor als basisgegeven gebruikt wordt, waardoor bij het mengselontwerp de te bereiken sterkte in rekening gebracht wordt. 23

24 [08] [15] De CBR-methode Basisgegevens: (zie ook paragraaf 2.2) Bij het ontwerpen van een zelfverdichtend mengsel beschikt men concreet over: 1) materialen: - een type cement; - een type vulstof (of filler); - zand; - grind; - een type superplastificeerder. Voor al deze materialen wordt de dichtheid bepaald. 2) een W/C-factor: Ook dient in functie van sterkte en duurzaamheid een maximale W/C-factor gerespecteerd te worden. Indien de sterkte maatgevend is, wordt deze berekend uitgaande van de gemiddelde sterkte (NBN B ): W / C = f ,8. cn N n f = f + 1,64. s cn ck n f cn = gemiddelde druksterkte [N/mm²] f ck = karakteristieke druksterkte [N/mm²] s n = standaardafwijking op de fabricage (gegeven) N n = Rilem druksterkte na n dagen [N/mm²] (gegeven) De gevonden W/C-factor moet nog worden getoetst aan de eis voor de milieuklasse. De laagste (voor bereiken van de vereiste sterkte of voor de milieuklasse) wordt weerhouden. 24

25 Bepaling van β cement en β vulstof : Uit literatuur- en experimenteel onderzoek blijkt dat β poeder volumetrisch evenredig berekend kan worden uit β cement en β vulstof. Hierdoor volstaat de bepaling van deze 2 waarden voor de kennis van β poeder van om het even welke volumetrische verhouding van beide grondstoffen Bepaling van de volumetrische verhouding cement-vulstof, uitgaande van de W/C-factor: Beton bestaat uit mortel, grind en lucht. Mortel bestaat op zijn beurt uit pasta d.i. het geheel van water, vulstof en cement en zand. Zoals ook uit onderstaande figuur blijkt kan het volume pasta dus op twee manieren bepaald worden: V pasta = 1 V zand V grind V lucht (1) V pasta = V cement + V vulstof + V water (2) Opm. Het volume beton wordt beschouwd als referentievolume en wordt daarom per definitie gelijkgesteld aan één. Het volume grind en het volume zand worden bepaald zoals in de Japanse methode (zie ook de hierna gegeven berekeningswijze). 25

26 Anderzijds geldt dat het volume water bepaald wordt door de waterbehoefte van het cement en de vulstof: V water = β cement.v cement + β vulstof.v vulstof (3) Uit deze vergelijkingen haalt men de cementmassa; waarmee het volume cement, het volume water, het volume vulstof en dus ook de verhouding cement-vulstof kan bepaald worden. De berekeningswijze verloopt concreet als volgt: Opm. de factor 1000 in vergelijking (1 ) is afkomstig van de omzetting van liter naar m³. 26

27 27

28 Opm. In bovenstaande redenering zie vergelijking (3) wordt, in tegenstelling tot de Japanse methode, aangenomen dat de waterbehoefte van het mengsel overeenkomt met de β poeder -waarde. Bij verder onderzoek is echter gebleken dat we de correctiefactor κ p op deze β poeder -waarde toch voor sommige mengsels nodig hadden om te voldoen aan de vooropgestelde vloeimaat en doorstroomtijd Bepaling van de nodige Water/Poeder-verhouding en het gehalte aan superplastificeerder: Met de poedersamenstelling bekomen in paragraaf werden een aantal mortelproeven uitgevoerd [15]. De zandfractie wordt in elke proefopzet vastgelegd op 40 % van het mortelvolume. 1) Proefopzet 1: De (minimum) 2 mortelsamenstellingen verschillen alleen qua watergehalte (W/Pverhouding), het gehalte aan superplastificeerder wordt constant gehouden. De reologische kenmerken R m en Γ m worden opgemeten. Voor verschillende gehalten aan superplastificeerder, wordt een lineaire relatie tussen R m en Γ m bekomen. Het uitzetten van de inverse van de hellingscoëfficiënt in functie van het gehalte aan superplastificeerders levert een quasi perfecte lineaire correlatie. Op deze grafiek kunnen de aanvaardbare grenzen voor R m en Γ m aangeduid worden: 1 < R m < 1,67 (tijd tussen 6 en 10 s) 5,25 < Γ m < 8 (uitspreiding tussen 250 en 300 mm) 3,14 < Γ m < 8 R m 28

29 De 2 uiterste grenzen voor de hellingscoëfficiënt en voor het gehalte aan hulpstof kunnen hier onmiddellijk uit afgeleid worden. In functie van de gewenste Γ m /R m - verhouding, die gekozen of opgelegd wordt in functie van de reologische eigenschappen die men van het mengsel verwacht, kan onmiddellijk het vereiste gehalte aan superplastificeerder afgelezen worden. figuur 9 [16] : relatie R m - Γ m voor verschillend gehalte superplastificeerder (links) en grenzen voor superplastificeerderdosering (rechts) 2) Proefopzet 2: De (minimum) 2 mortelsamenstellingen verschillen alleen qua gehalte aan superplastificeerder, de Water/Poeder-verhouding wordt constant gehouden. Uit literatuur- en experimenteel onderzoek blijkt dat R m = A.Γ 0,4 m, waarbij A varieert voor verschillende Water/Poeder-verhoudingen. Ook hier vinden we als we A uitzetten in functie van de Water/Poederverhouding een quasi perfecte lineaire correlatie. Analoog als bij Proefopzet 1 kan men een aanvaardbare zone afbakenen door een A min - en een A max -waarde. Uit de keuze van een gewenste R m - en Γ m -waarde berekent men de A-waarde, waaruit de bijhorende W/P-verhouding onmiddellijk volgt uit de grafiek. Opm. Door de W/P-verhoudingen te berekenen bij resp. A min en A max en deze te delen door de β p -waarde, bekomt men resp. κ p,min en κ p,max welke kunnen verschillen van de waarden vooropgesteld door de Japanse methode (0,8 en 0,9). 29

30 figuur 10 [17] : relatie R m - Γ m voor verschillende W/P-verhoudingen (links) en relatie W/P-verhouding constante A (rechts) Controle van de betonsamenstelling: Nu de mortelsamenstelling volledig gedefinieerd is, wordt de uiteindelijke betonsamenstelling bekomen door toevoeging van het grind (G/G lim = 0,5). De reologische eigenschappen van de betonsamenstelling worden gecontroleerd m.b.v. 3 verwerkbaarheidsproeven (voor meer uitleg i.v.m. deze proeven zie paragraaf 5.1): - slump flow test uitspreiding > 650 mm - V-funnel test doorstroomtijd 8 < t < 12 s - U-test stijghoogte > 300 mm Hoewel de Japanse methode alleen de vloeimaat en de doorstroomtijd oplegt als controleproeven, wordt ook de U-test systematisch uitgevoerd. Uit onderzoek is gebleken dat de eerste 2 meestal maar niet altijd goede verdichtende eigenschappen garanderen. Echter bij hoogvloeibare mengsels (uitspreiding > 750 mm) welke makkelijker neiging tot segregatie vertonen is waargenomen dat zelfs bij goede slump flow en doorstroomtijd blokkering kan optreden bij het stromen door een wapeningsnet. In deze fase kan het nodig zijn om het gehalte aan superplastificeerder lichtjes aan te passen onder invloed van mengprocedure, temperatuur, aard van het grind, t.o.v. deze van de mortelsamenstelling. 30

31 [18] [19] 2.2. Keuze van de materialen Zoals reeds eerder vermeld is zelfverdichtend beton uiterst vloeibaar, maar met behoud van voldoende weerstand tegen segregatie. Deze basisfilosofie heeft ook zijn invloed op de keuze van de componenten van het beton Grind Eén van de belangrijkste eigenschappen van zelfverdichtend beton is dat het tussen een dicht wapeningsnet kan stromen. De maximumgrootte van de granulaten moet dus beperkt worden, vermits deze het vermogen van het mengsel om tussen de wapeningstaven te stromen, bepaalt. De term fijn grind wordt gebruikt om grind aan te duiden waarvan de korrels niet groter zijn dan 20 mm. Naast de maximumgrootte is ook het maximaal volume belangrijk: als het volume stijgt, wordt het alsmaar waarschijnlijker dat er contacten tussen de korrels en dus mogelijke blokkeringen ter hoogte van de wapeningsstaven voorkomen. In de Japanse methode wordt het maximaal volume bepaald door G/G lim = 0,5 (zie paragraaf ) Ook de vorm is van belang: zo heeft een mengsel met ronde granulaten een lagere plastische viscositeit en (iets) lagere vloeigrens dan een mengsel met gebroken granulaten. Wanneer we twee mengsels met ronde en gebroken granulaten, met beide dezelfde korrelmaat vergelijken, zal de kans op contacten tussen de korrels eveneens groter zijn bij het mengsel met gebroken granulaten. 0p basis van deze bedenkingen werd gekozen voor: riviergrind 4/ Zand In de literatuur is (voorlopig) weinig of niets terug te vinden i.v.m. de gewenste kwaliteit of kwantiteit van het zand. Het enige wat gevonden werd, is de volumebeperking tot 40 % van het mortelvolume bij de Japanse methode (zie paragraaf ). Ook stelde deze methode dat zand gedefinieerd wordt door de 31

32 fractie groter dan 0,09 mm. De deeltjes kleiner dan 0,09 mm worden in de poederfractie meegerekend. Men kan veronderstellen dat ook hier in overeenstemming met het grind de ronde vorm gunstiger is voor de eigenschappen van het zelfverdichtend beton Daarom werd geopteerd voor: rijnzand 0/ Cement Uit onderzoek binnen CBR is gebleken dat met elk cementtype een zelfverdichtend beton te verkrijgen is. Daarom werd geopteerd voor een zeer frequent gebruikt cementtype op de Belgische markt (door betoncentrales): een hoogovencement met maximaal 65 % slakgehalte, of nog een CEM III/A 42,5 N LA Vulstoffen (of fillers) In feite dient er een onderscheid gemaakt te worden tussen 2 soorten toevoegsels: - (nagenoeg) inerte toevoegsels, ook fillers genoemd, en - puzzolane toevoegsels. Vliegas en silica fume zijn voorbeelden van de laatste soort. In deze tekst wordt de benaming filler als synoniem gebruikt voor élk toevoegsel, inert of niet-inert. Fillers die op de markt aangeboden worden zijn poeders met een maximale korreldiameter kleiner dan 80 µm (opm. de zandfractie kleiner dan 0,09 mm wordt in het uiteindelijke betonmengsel ook bij de fillers gerekend). Door hun groot specifieke oppervlakte zorgen ze voor een verbeterde samenhang en verhoging van de weerstand tegen segregatie van het zelfverdichtend mengsel (toevoegen van fillers zorgt immers voor een verlaging van de Water/Poeder-verhouding). 32

33 Om de invloed van de verschillende fillers na te gaan werd een keuze gemaakt uit fillers die op de Belgische markt verkrijgbaar zijn. Zo kwamen we uiteindelijk tot volgende verzameling: - 7 kalksteenfillers (nummers 1 t.e.m. 7) - 1 dolomietfiller (nummer 8) - 2 vliegassen (nummers 9 en 10) - 2 kwartsmeelfillers (nummers 11 en 12) Opm. filler 5 is een niet gemalen filler, het betreft een gedesagglomereerde, zachte kalksteen Water Strikt genomen is voor de hydratatie-reactie slechts een hoeveelheid water nodig die ongeveer één vierde is van de cementmassa. Ten einde een voldoend vloeibaar beton te bekomen is er echter veel meer water nodig (nl. voor de bevochtiging van de inerte granulaten). In de praktijk wordt meestal gewerkt met een Water/Cementfactor tussen 0,45 en 0,55. Er werd geopteerd voor een W/C-factor = 0,5 (zie ook ). Opm. het begrip Water in de W/C-factor staat voor: - het aanmaakwater, - het water in de superplastificeerder (d.i. 80 % van het volume superplastificeerder), - het vocht in de granulaten. Water onder de laatste vorm komt bij onze proefmengsels niet voor vermits de granulaten voor verwerking gedroogd werden in een droogstoof (bij 105 C). Door toevoegen van water daalt de vloeigrens en wordt de vloeibaarheid van het betonmengsel dus verhoogd. Maar teveel water toevoegen, leidt tot naast nadelige gevolgen wat betreft sterkte en duurzaamheid verlaging van de plastische viscositeit van het betonmengsel, en dus mogelijk tot segregatie. Een meer aangewezen manier om de vloeigrens te verlagen zonder de viscositeit teveel te beïnvloeden, is het toevoegen van superplastificeerders. 33

34 Superplastificeerder Superplastificeerders laten toe om bij gelijkblijvende hoeveelheid water de verwerkbaarheid merkelijk te verbeteren of anders gezegd: bij gelijkblijvende verwerkbaarheid minder water te gebruiken. Toch blijft ontmenging niet uitgesloten als men teveel superplastificeerder toevoegt. Figuur 11 toont het verschil tussen het toevoegen van water enerzijds en superplastificeerder anderzijds op de reologische kenmerken. figuur 11: het verschil tussen toevoegen van water enerzijds en superplastificeerder anderzijds (zie ook figuur 3) De moleculen van de superplastificeerder worden geabsorbeerd aan het oppervlak van de gehydrateerde cementdeeltjes. De werking van superplastificeerders van de derde generatie is terug te brengen tot 3 principes: - verhogen van de ionisatiegraad (de deeltjes gaan elkaar sterker afstoten), - verlagen van de oppervlaktespanning (en dus een betere benatting waardoor een smeereffect bekomen wordt), - sterische hindering (de staarten, dit zijn de ketens van ethyleenoxide zie figuur 12 [20], verhinderen de deeltjes dichter bij elkaar te komen). 34

35 figuur 12: moleculaire structuur van een superplastificeerder op basis naftaleen- of melaninesulfonaat (boven) en op basis van polycarboxylaat (onder) In deze thesis werd geopteerd voor een superplastificeerder op basis van polycarboxylaat met 20 % droge materie. Opm. De sterische hinder is een uitgesproken werking van de derde generatie superplastificeerders. De verschillende generaties worden gekenmerkt door hun basisbestanddeel: bij de derde generatie zijn dit polycarboxylaten, vorige generaties werden gekenmerkt door sulfonaten. 35

36 HOOFDSTUK 3. BETONSAMENSTELLINGEN 3.1. Betonsamenstelling: algemeen In paragraaf werd al aangegeven dat voor het bekomen van een zelfverdichtend beton geopteerd werd voor het verlagen van de W/P-verhouding in combinatie met het toevoegen van superplastificeerder. Dit is uiteraard ook zichtbaar in de uiteindelijke betonsamenstelling. Figuur 13 geeft de betonsamenstellingen weer van enerzijds het standaardbeton en anderzijds een bekomen zelfverdichtend mengsel. figuur 13: betonsamenstelling van standaardbeton (links) en zelfverdichtend beton (rechts) De samenstelling van het zelfverdichtend beton is een direct gevolg van de basisfilosofie (zie paragraaf 2.1.1) [21] [22] : De hoge vloeibaarheid kan bereikt worden door: - een superplastificeerder te gebruiken Hierdoor kan de vloeigrens van de specie verlaagd worden zonder gebruikt te maken van veel water (wat segregatie in de hand zou werken). 36

37 - het volume grove granulaten te verminderen in combinatie met het toevoegen van fijne deeltjes Het toevoegen van fijne deeltjes zorgt voor een aanvulling op de korrelverdeling in het fijne gebied. Samen met een kleiner volume granulaten wordt zo wrijving tussen de granulaten vermeden, waardoor het energieverbruik tijdens het mengen daalt en de vloeibaarheid stijgt. - ronde granulaten gebruiken Bij ronde granulaten is de wrijving tussen de granulaten kleiner dan bij gebroken granulaten. De weerstand tegen segregatie wordt bekomen door: - het volume granulaten te verminderen Hoe minder granulaten, hoe minder ze kunnen ontmengen en hoe kleiner de kans dat ze zullen zorgen voor obstructies in de aanwezigheid van een dichte wapening. - de maximale korrelgrootte te verkleinen Hoe kleiner de grootste korrels, hoe kleiner de kans dat deze aanleiding zullen geven tot ontmenging. Ook zullen kleinere korrels de kans op obstructies verkleinen. - het toevoegen van fijne deeltjes, m.a.w. het verlagen van de W/P-verhouding Hierdoor wordt het water geadsorbeerd en zal de ontmenging tijdens het storten beperkt blijven. Voor het verlagen van de W/P-verhouding zou kunnen geopteerd worden om meer cement te gebruiken maar hoe hoger het cementgehalte, hoe hoger de hydratatiewarmte. Om dit te voorkomen immers: hoe meer warmteontwikkeling tijdens de bindings- en verhardingsperiode, hoe groter de kans op scheuren tijdens het afkoelen worden fillers gebruikt, ze zijn minder of nauwelijks reactief. 37

38 3.2. Betonsamenstelling: concreet Bij het aanmaken van de betonmengsels wordt in een eerste fase uitgegaan van volgende principes: - W/C-factor = 0,5 en bijgevolg - een theoretische, gemiddelde druksterkte op 28 dagen: f cn = 51,4 MPa - Cementgehalte = cte = 350 kg - Watergehalte = cte = 175 l Opm. De kleine variaties (zie tabel 1) zijn te wijten aan de 80 % water van de superplastificeerder, waarvan de hoeveelheid voor elk mengsel werd aangepast. - de volumeverhouding Filler/Cement = cte = 0,9 Zo werd de invloed van eenzelfde volume filler op de betonsamenstelling nagegaan. In een tweede fase worden alle betonmengsels welke nog niet beantwoorden aan de eisen voor het zelfverdichtend beton aangepast. Indien niet aan de zelfverdichtende voorwaarden slumpflow, funneltest en U-test (zie paragraaf 5.1) voldaan werd, werd een κ p -correctie (0,8 à 1) toegepast op de β p -waarde. Zo kon ook de invloed van de fillers op de eigenschappen van het zelfverdichtend beton (zowel in vloeibare als in verharde toestand) nagegaan worden. In wat volgt zal steeds een onderscheid gemaakt worden tussen deze 2 groepen, de eerste groep krijgt de benaming W=175, de tweede groep de benaming ZVB. Opm. De notatie van de betonmengsels is als volgt: 38

39 Hierbij dient nog opgemerkt dat voor sommige mengsels uit de W=175 -groep eenzelfde mengsel soms meerdere malen aangemaakt werd met een verschillend gehalte aan superplastificeerder. Reden hiervoor is dat het toevoegen van superplastificeerder op ervaring berust, soms trad segregatie op door overdosering. In de benaming vindt men bij deze mengsels de term B, B-1 of B-2 terug. Opm. indien de κ p -waarde niet expliciet in de benaming is weergegeven, wil dit zeggen dat deze berekend werd op basis van het watergehalte (W=175 l) en de β p - waarde. Op de twee volgende pagina s vindt men achtereenvolgens: - tabel 1: betonsamenstellingen (W=175) - tabel 2: betonsamenstellingen (ZVB) Opm. Met één van de twee vliegassen (filler 9) bleek het onmogelijk om een zelfverdichtend mengsel te bekomen (met onze vooropgestelde W/C-factor = 0,5). 39

40 40

41 41

42 3.3. Kostprijsberekening Voor elke samenstelling werd zoals weergegeven in tabel 3 ook de kostprijs bepaald. Hieruit blijkt dat zelfverdichtend beton gemiddeld genomen 34 % duurder is dan standaardbeton, louter gebaseerd op de materiaalkost. Bij het berekenen van de totale prijs dienen volgende gegevens in acht genomen te worden: Zelfverdichtend beton vergt enerzijds: - minder arbeidsuren; - minder personeel; maar anderzijds ook [23] : - een leerproces van 6 tot 12 maanden: opnieuw leren mengen, storten en afwerken; - de investeringen in opslag, meng-, transport- en stortmiddelen. eenheids- prijs [ ] S.B. grind 0,0064 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 6,74 zand 0,0046 3,19 3,19 3,19 3,19 3,19 3,19 3,19 3,19 3,19 3,19 3,19 3,80 filler 0,0297 8,17 8,05 8,20 6,61 8,26 7,02 6,77 6,78 5,00 5,84 6,19 - cement 0, ,03 26,03 26,03 27,80 26,03 27,36 27,64 27,97 28,61 28,48 28,08 26,03 water 0,0005 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,10 0,09 0,09 0,09 SPL 1,3634 6,35 6,20 5,54 5,35 7,21 5,87 5,17 6,77 6,40 5,33 4,63 - totaal [ ] 49,46 49,19 48,68 48,67 50,41 49,17 48,50 50,45 48,94 48,56 47,82 36,66 tabel 3: bepaling kostprijs op basis van de betonsamenstelling (ZVB) Zoals ook uit figuur 14 blijkt, kan het aandeel van het water verwaarloosd worden. 42

43 figuur 14: bepaling kostprijs op basis van betonsamenstelling (ZVB) 43

44 HOOFDSTUK 4. KARAKTERISERING VAN DE FILLERS Om fillers onderling te vergelijken en om hun invloed op de eigenschappen van zelfverdichtend beton na te kunnen gaan, zijn de intrinsieke karakteristieken een onontbeerlijk gegeven. Vliegas is bijvoorbeeld een filler die reeds in de traditionele betontechnologie gebruikt wordt maar het moge duidelijk zijn dat met de verdere ontwikkeling van het zelfverdichtend beton een steeds grotere verscheidenheid aan fillers in de toekomst een rol gaan spelen in de betontechnologie. Dit bevestigt de behoefte aan een regelgeving betreffende deze fillers. Volgende normen kunnen van dienst zijn maar zijn verre van volledig: in een aantal van deze normen staat alleen de definitie van fillers wat weliswaar duidt op hun belang in de toekomst, anderen vermelden wel de intrinsieke karakteristieken van de fillers maar de eisen die er aan gesteld worden zijn alleen maar geldig voor kalksteenmeel. - Frankrijk: NF P Additions pour béton hydraulique: fillers NF P Additions pour béton hydraulique: additions calcaires - Nederland: BRL 1804 Steenmeel voor toepassing als vulstof in beton en mortel - Europa pren Aggregates for concrete including those for use in roads and pavements We kunnen dus wel voor iedere filler de intrinsieke waarden zoals weergegeven in BRL 1804, tabel 2 maar de eisen (zie bijlage 1) waaraan voldaan moet zijn, gaan alleen op voor filler 1 t.e.m. 7. Door de bepaling van deze intrinsieke waarden voor iedere filler, kunnen ze onderling vergeleken worden. 44

45 4.1. Bepaling β p -waarde De β p -waarde is de volumeverhouding W/P horende bij het watergehalte waarbij al het water door het poeder wordt vastgehouden. (De β filler -waarde en de β cement - waarde worden analoog gedefinieerd en bepaald). Hiertoe wordt een uitvloeiproef uitgevoerd voor 4 verschillende W/P-verhoudingen, waarbij de vloeimaat tussen de 140 en 250 mm ligt. De bijhorende relatieve vloeimaat Γ p wordt als volgt bepaald: Wanneer we de W/P-waarde uitzetten in functie van Γ p, geeft het snijpunt van de aldus bekomen rechte met de verticale as (Γ p = 0) de β p -waarde (figuur 15). De β p -waarde kan dus ook gedefinieerd worden als de theoretische W/Pverhouding waarbij net geen uitvloei optreedt. figuur 15: bepaling van de β p -waarde Opm. de 4 metingen dienen tot een regressierechte te leiden waarbij R² 0,99. Zoniet werd de meting overgedaan. 45

46 De meetwaarde blijkt heel sterk afhankelijk te zijn van de operator, de manier waarop de kegel opgeheven wordt bepaalt heel sterk de uiteindelijke vloeimaat. Daarom werd door CBR een automatisch systeem ontwikkeld zodat deze invloed van de operator geëlimineerd wordt. figuur 16: bepaling van de β p -waarde met automatisch systeem (foto s CBR) Uit literatuur- en experimenteel onderzoek blijkt dat β poeder volumetrisch evenredig berekend kan worden uit β cement en β filler. Hierdoor volstaat de bepaling van deze 2 waarden voor de kennis van β poeder van om het even welke volumetrische verhouding van beide grondstoffen: β poeder = X 100. β cement + Y 100. β filler In tabel 4 worden voor de verschillende zelfverdichtende mengsels de meetwaarden van β cement en β filler weergegeven, evenals de berekende β poeder -waarde: βcement 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 1,0004 βfiller 0,8357 0,7826 0,6845 0,7565 1,4122 0,7032 0,7367 0,7802 0,8759 0,8550 0,7944 m 0,1047 0,1122 0,0620 0,0682 0,3887 0,1325 0,0559 0,0491 0,0384 0,0426 0,0068 X [%] Y [%] βpoeder 0,9235 0,8987 0,8839 0,9104 1,1523 0,8908 0,9031 0,9192 0,9552 0,9468 0,9244 tabel 4: berekening β poeder (ZVB) 46

47 Naast de β p -waarde kan ook de helling van de regressierechte (m) bepaald worden (zie figuur 17 en tabel 4). Deze zegt iets over de watergevoeligheid van de filler: - een sterke helling komt overeen met een lage gevoeligheid, - een zwakke helling met een hoge gevoeligheid. Lichte variaties in het watergehalte van het vers mengsel komen in een betoncentrale altijd voor. Een filler met een steile helling verdient dus op dit vlak de voorkeur. figuur 17: bepaling van de helling m en de watergevoeligheid Opm. De bepaling van β cement is meer gedetailleerd weergegeven in bijlage 2. Ook is in deze bijlage elke β filler met zijn respectievelijke helling grafisch weergegeven. 47

48 4.2. Bepaling volumieke massa De volumieke massa van de filler wordt bepaald volgens de norm EN 196-6, De proefopstelling ziet eruit zoals weergegeven in figuur 18. figuur 18: bepaling volumieke massa De pyknometer wordt gevuld met terpentijnolie en gedurende een bepaald tijd (ongeveer 30 min) in een thermostatisch bad (20 ± 1 C) geplaatst, zodat het niveau van de terpentijnolie stabiliseert. Het volume V 0 wordt afgelezen. Ondertussen wordt een massa m (tussen de 50 en 60 g) gewogen tot op 0,0001 g nauwkeurig. Deze massa wordt aan de terpentijnolie toegevoegd. Na de tijd nodig voor het stabiliseren, wordt het volume V 1 afgelezen. De volumieke massa wordt dan op 0,01 g/cm³ nauwkeurig gegeven door de formule (de resultaten voor de beproefde fillers zijn weergegeven in tabel 5): ρ = m V V 1 0 g cm³ m [g] 57,61 54,11 48,54 51,11 49,84 51,49 47,28 55,41 40, , , ,8406 V 0 [cm³] 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 1,0 0,4 0,7 0,7 0,7 V 1 [cm³] 22,1 21,1 18,7 19,7 19,1 19,8 18,2 20,5 18,2 18,3 20,5 21,2 ρ [g/cm³] 2,69 2,65 2,70 2,70 2,72 2,71 2,71 2,84 2,28 2,30 2,63 2,63 tabel 5: bepaling volumieke massa 48

49 4.3. Bepaling Blaine De Blaine wordt bepaald volgens de norm EN 196-6, voor de gedetailleerde proefomschrijving wordt dan ook verwezen naar deze norm (zie bijlage 3). De Blaine staat voor de maat van fijnheid van de filler, aangeduid als specifiek oppervlak, door de tijd (t) te beschouwen die een vast volume lucht nodig heeft om door een verdichte fillerlaag met gespecificeerde afmetingen en porositeit te stromen. Het dient opgemerkt dat de Blaine-waarde slechts een indirecte maat is voor de fijnheid en dus met enige voorzichtigheid moet geïnterpreteerd worden. figuur 19: Proefopstelling Blaine Principe: De massa m van de filler nodig voor de proef wordt bepaald door: m = ρv(1-e) ρ = volumieke massa van de filler [g/cm³]; e = volume ingesloten lucht = porositeit = 0,500; V = volume filler = V cel = 1,862 cm³ De uitvoering vindt plaats bij 20 ± 1 C, vermits ook de absolute massa bij deze omstandigheden bepaald is. Onder deze omstandigheden geldt dat: 524,2 x K x S = ρ t = doorstroomtijd [s]; ρ = volumieke massa van de filler [g/cm³]; t cm² g 49

50 1 e K = apparaatconstante = S 0 x ρ 0 x e³ x 0,1 η t 0 0 S 0 = specifieke oppervlakte van het referentiecement = 3774 cm²/g; ρ 0 = volumieke massa van het referentiecement = 3,15 g/cm³; η 0 = gemiddelde luchtviscositeit = 0, Pa.s; t 0 = gemiddelde doorstroomtijd = 100 s. Zo werd volgende apparaatconstante bepaald: Opm. referentiecement = CEM I 52,5 LA K = 2, Hieruit kan dan het specifiek oppervlak voor elke filler bepaald worden, zoals weergegeven in tabel K 2, t [s] ρ [g/cm³] 2,69 2,65 2,70 2,70 2,72 2,71 2,71 2,84 2,28 2,30 2,63 2,63 S [cm²/g] tabel 6: bepaling van de Blaine Opm. Wanneer er later mogelijke verbanden gezocht werden tussen de eigenschappen van de fillers en de eigenschappen van het zelfverdichtend beton, is gebleken dat juist omwille van zijn relatief karakter de Blaine niet de ideale aanduiding is van het specifiek oppervlak. Ook de granulometrische opbouw van de filler en de mogelijke poriën in de fillerkorrels worden niet in rekening gebracht. Hiertoe kan men evt. naast de bepaling van de Blaine ook een lasergranulometrie en een B.E.T.-test uitvoeren (Brunauer Emmet Teller). Deze test bepaalt de hoeveelheid inert gas (meestal stikstof) die in vacuüm aan het oppervlak van de filler geadsorbeerd wordt. Zo kan men de absolute specifieke oppervlakte bepalen. 50

51 4.4. Bepaling CaCO 3 Het gehalte calciumcarbonaat (CaCO 3 ) werd alleen bepaald voor de kalksteenfillers (filler 1 t.e.m. 7) en de dolomietfiller (filler 8) omdat alleen zij calciumcarbonaat als hoofdbestanddeel bevatten. Voor de dolomietfiller werd eveneens het gehalte magnesiumcarbonaat bepaald. Het gehalte aan CaCO 3 kan op twee manieren bepaald worden: 1. Door het totaal gehalte CaO te bepalen, volgens de norm EN 196-2; 2. Door het gehalte CO 2 te bepalen, volgens de norm NF P Vermits mogelijk niet alle CaO en CO 2 afkomstig zijn van CaCO 3, verdient het aanbeveling beide methoden toe te passen. Het gehalte aan CO 2 wordt bepaald door thermogravimetrie, het totaal gehalte CaO (MgO) via titratie. In tabel 7 worden de gevonden waarden weergegeven. (Voor een gedetailleerde uitwerking van filler 1 en 8 en de grafieken van de thermogravimetrie wordt verwezen naar bijlage 4). Het verschil in resultaat tussen beide methoden is verwaarloosbaar. Alle kalksteenfillers bestaan uit bijna zuiver CaCO CaO (%) 55,31 55,51 54,96 55,14 53,99 54,87 54,78 31,25 CaCO3 (%) 98,77 99,13 98,14 98,46 96,41 97,98 97,82 55,80 MgO (%) ,25 MgCO3 (%) ,43 gloeiverlies (%) 44,14 44,16 44,15 43,99 43,43 43,93 43,60 46,71 CO2 (%) 43,48 43,70 43,70 43,44 42,38 43,49 43,14 45,73 CaCO3 (%) 98,82 99,32 99,32 98,73 96,32 98,84 98,05 55,00 MgCO3 (%) ,10 tabel 7: bepaling CaCO 3 (MgCO 3 ) via CaO (MgO) en CO 2 Opm. Het kleine verschil in gloeiverlies (zie paragraaf 4.6) en CO 2 is de wijten aan de vochtigheid van de filler. Het verdampen van het vocht zorgt voor een klein massaverlies. (Zie ook de grafieken in bijlage 4). 51

52 4.5. Bepaling methyleenblauw-waarde De methyleenblauw-waarde of het blauwgetal wordt bepaald volgens de norm NBN B (Voor de volledige procedure van de bepaling wordt verwezen naar bijlage 5). Met deze proef kan het gehalte aan klei, welke de oorzaak kan zijn van zowel een expansie als een verminderde aanhechting tussen de cementpasta en de granulaten, bepaald worden: methyleenblauw bezit nl. de eigenschap preferentieel geabsorbeerd te worden door klei, organisch materiaal en ijzerhydroxiden. Er wordt dus gestreefd naar een zo klein mogelijke waarde. De vlektest bestaat erin om m.b.v. een glazen staaf een druppel uit de suspensie (zie bijlage 5) te nemen die men aanbrengt op het filterpapier. Die druppel vormt op het filterpapier een vlek die bestaat uit een centrale neerslag van het materiaal, welke omringd wordt door een aureool waarvan het uitzicht en de tint bepalen of de test positief of negatief is. De test is negatief als de centrale vlek met donkerblauwe kleur omringd is door een vochtig en kleurloos aureool. De test is positief als de centrale vlek omringd is door een lichtblauw aureool met een breedte van minstens 0,5 mm (figuur 20). figuur 20: proefopstelling methyleenblauw-waarde (links) en een positieve test (rechts) 52