Vorst-dooiweerstand van betonverhardingen: theorie en praktische voorbeelden

Transcriptie

1 Vorst-dooiweerstand van betonverhardingen: theorie en praktische voorbeelden ir. Luc Rens FEBELCEM Raadgevend ingenieur dr. ir. Anne Beeldens OCW Onderzoeker CONCRETE DAY - Gent 18 oktober 2012

2 Inleiding Duurzaam gedrag van beton in alle klimaatomstandigheden Maar toegenomen schade door afschilfering van betonverhardingen strenge winters? verhoogd gebruik dooizouten? gekleurde betonverhardingen? Wat is de echte reden?

3 Inleiding

4 Oorzaken van vorstschade ten gevolge van vorst en dooizouten bij betonverhardingen Bevriezing van vers beton 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

5 Oorzaken van vorstschade 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

6 Combinatie van vorst-dooicycli en dooizouten

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

8 Controle 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

9 Samenstelling wegenbeton Voorschriften volgens SB250 versie 2.2 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

10 Wateropslorping door onderdompeling Voorschriften volgens SB250 versie 2.2 Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags) Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags) D max v/d granulaten (mm) > 20 (zonder LBV) 6 < D max 20 6 Maximale individuele wateropslorping H i, max (%-m) Bouwklasse B1-B5 volgens SB 250 6,5 6,8 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 - -

11 Vorstweerstand in aanwezigheid van dooizouten Voorschriften volgens CCT Qualiroutes en SB 250 versie 2.2 Proefmethode volgens ontwerpnorm ISO/DIS Mogelijk in toekomst volgens Europese norm CEN/TS (2006): 3 proefmethodes ter bepaling van weerstand tegen afschilfering SLAB test CDF test CUBE test Criteria verschillen en zijn nog te bevestigen! Réseau I Bouwklasse B1 B5 Réseau II Bouwklasse B6 B10, BF Réseau III Routes agricoles Maximaal gecumuleerd massaverlies na 30 cycli in g/dm²

12

13 Water, vriend of vijand van beton? Als water (w), verwerkbaarheid toevoeging van een (super)plastificeerder Als water-cementfactor (wcf), verwerkbaarheid toevoeging van een (super)plastificeerder Wat met de mechanische prestaties? Wat met de duurzaamheid?

14 Water, vriend of vijand van beton? Als wcf, mechanische prestaties Wet van FERET (1890) f c,cub = K. ( 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

15 Water, vriend of vijand van beton? Voorbeeld Beton 1: 380 kg/m³ cement, 4 % lucht, wcf = 0,45 Beton 2: 380 kg/m³ cement, 4 % lucht, wcf = 0,50 Beton 1 Beton 2 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 % Als wcf, wat met de duurzaamheid?

16 Water, vriend of vijand van beton? 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

17 Water, vriend of vijand van beton? 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 Geldig voor beton zonder luchtbelvormer! publicaties

18 Water, vriend of vijand van beton? Voorbeeld Beton 3: 380 kg/m³ cement, wcf = 0,45 Beton 4: wcf = 0,45 maar 420 kg/m³ cement Abs = 0,044. w totaal 3,09 Beton 3 Beton 4 w totaal = ,45 = 171 l ,45 = 189 l Abs = 0, ,09 = 4,43 % 0, ,09 = 5,23 % 5,23/4,43 = 118 of + 18 % 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 %

19 Water, vriend of vijand van beton? Water = VIJAND van beton wcf niet verhogen c verhogen, maar w niet verhogen!!, meer (super)plastificeerder toevoegen Water = VRIEND van beton nodig voor cementhydratatie pas gestort beton tegen uitdroging beschermen nodig om een goede verwerkbaarheid en een homogeen mengsel te verkrijgen

20 Luchtgehalte en dooizoutbestendigheid 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 Beton 2 Beton 3 Beton 4 Beton 5 Beton 6 (zonder plastificeerder en luchtbelvormer) (met plastificeerder, zonder luchtbelvormer) (met plastificeerder en luchtbelvormer) (met plastificeerder en luchtbelvormer) (met plastificeerder en luchtbelvormer) (met plastificeerder en luchtbelvormer) wcf 0,49 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 Slump 40 mm 40 mm 25 mm 45 mm 35 mm 65 mm Vebe 4,0 s 4,0 s 4,0 s 3,0 s 3,5 s 2,0 s Luchtgehalte 0,8 % 1,3 % 2,4 % 4,5 % 5,7 % 8,3 % Massaverlies vorst-dooi 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 %

21

22 Vermijden vorstschade SB 250 versie 2.2 (C w/c) Beperkt zandgehalte 0/2 Courbe granulométrique - Korrelverdelingskromme Béton 0/20 Beton Routes communales - Gemeente wegen Oppervlakafwerking : bezemen Refus en % - Zeefrest in % Passant en % - Doorval in % Ouverture des mailles en mm - Opening van de mazen in mm 33 % van de fractie 0/2 (of max. 600 kg/m³)

23 Vermijden vorstschade SB 250 versie 2.2 (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

24 Impregneermiddelen (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 Gecumuleerd verlies na 30 cycli CaCl2 AVIFORM CLEARWAY Vergelijking onbehandelde proefstukken met geïmpregneerde

25 Toekomst Registratie en certificatie betonmengsels Eind 2012 : nieuwe FEBELCEM publicatie! Dank u voor uw aandacht! Speciale dank aan ir. Claude Ployaert