Vliegas in beton. Verhoging van de water-cementfactor Carbonatatieresultaten Verlaging van het minimale cementgehalte Corrosie van voorspanstaai

Transcriptie

1 C U R Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving rapport 96-2 Vliegas in beton Verhoging van de water-cementfactor Carbonatatieresultaten Verlaging van het minimale cementgehalte Corrosie van voorspanstaai

2 Postbus AK Gouda Telefoon VLIEGAS IN BETON Verhoging van de water-cement factor Carbonatatieresultaten Verlaging van het minimale cementgehalte Corrosie van voorspanstaai Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving

3 Dit rapport is onder de volgende trefwoorden opgenomen in het CUR-infobestand: bindmiddelbijdrage vliegas invloed cementsoort m.b.t. cementgehalte m.b.t. water-cementfactor invloed vliegas op druksterkte invloed cementsoort duurzaamheid carbonatatie corrosie voorspanstaai invloed cementsoort hulpstoffen Foto omslag: Kolengestookte elektriciteitscentrale Maasvlakte (foto: Vliegasunie B.V.) Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. Rapport 96-2 Vliegas in beton. Verhoging van de water-cementfactor. Carbonatatieresultaten. Verlaging van het minimale cementgehalte. Corrosie van voorspanstaai, Stichting CUR, Gouda." Aansprakelijkheid De CUR en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en de CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens de CUR en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt.

4 VOORWOORD Om de problematiek ten aanzien van de verwerking van vliegas in beton op een effectieve wijze tot een oplossing te brengen, werd - voortbouwend op het voorbereidende werk dat werd verricht door de stuurgroep Vliegas" van de Betonvereniging - in 1983 deze stuurgroep omgevormd tot CUR-onderzoekcommissie B 33 Vliegas in beton". De huidige samenstelling van deze commissie is als volgt: ir. G.B. Meijer, voorzitter W. Buist, secretaris dr.ir. H.A.W. Cornelissen dr. J.J.J.M. Goumans ing. J. de Jong ing. B.J.H.M. van der Sande-Schreurs ing. C. Souwerbren prof.dr. J.M.J.M. Bijen, rapporteur ing. A.C. Fuchs, coördinator prof.ir. P.C. Kreijger, mentor Medio 1985 leed de commissie een gevoelig verlies door het plotseling overlijden van haar voorzitter prof.drs. E.M. Theissing. Zijn grote kennis en ervaring op het gebied van materialen is een belangrijke impuls geweest voor de door de commissie begeleide onderzoeken. Het voorzitterschap werd overgenomen door ir. G.B. Meijer. In 1993 werd ing. C. Souwerbren als secretaris opgevolgd door het lid W. Buist. Tussen 1983 en 1994 hebben ook S.J.P. Brouns, ir. N.J. Heijtt, drs. S.F. van der Schaaf, ir. F. Stibbe en ir. R.J. Zoomer als leden deel uitgemaakt van de commissie. Naast de onderzoekcommissie B 33 werden tegelijkertijd drie werkgroepen ingesteld, te weten: werkgroep 1 Vliegasbeton" werkgroep 2 Vliegasmortel" werkgroep 3 Karakterisering vliegasssen" Medio 1984 volgde de instelling van werkgroep 4 Aanbeveling vliegas" en in 1992 de instelling van werkgroep 5 Kennisoverdracht". In dit rapport zijn de laatste drie onderwerpen uit het onderzoekprogramma vastgelegd in drie delen, te weten: - deel I, waarin aandacht is besteed aan de verhoging van de water-cementfactor bij een k- waarde voor poederkoolvliegas van 0,2; - deel II, waarin het onderzoek is behandeld naar de verlaging van het minimale cementgehalte bij gebruik van poederkoolvliegas in beton; - deel III, waarin het onderzoek is weergegeven naar de invloed van poederkoolvliegas in beton op de corrosie van voorspanstaai.

5 Deze onderzoeken werden begeleid door werkgroep 1, die uit de volgende leden bestond: S.J.P. Brouns, voorzitter W. Buist, secrearis dr.ir. H.A.W. Cornelissen dr. W.M.M. Heijnen ing. J. de Jong ing. J.L. Poppelier ing. B.J.H.M. van der Sande-Schreurs ing. C. Souwerbren ing. P.E. Vogelaar C.J. Weijers sr. prof.dr. J.M.J.M. Bijen, rapporteur prof.dr.ir. Y.M. de Haan, rapporteur Tussen 1983 en 1994 hebben ook prof.drs. E.M. Theissingt (voorzitter), ir. L.H. Goessenst (voorzitter), prof.dr.ir. Ch.F. Hendriks, ing. P. Leenders en ir. J.G. Wiebenga (rapporteur) deel uitgemaakt van de werkgroep. De drie onderzoeken werden uitgevoerd door Intron, Instituut voor materiaal- en milieuonderzoek B.V. De delen I en II van het rapport zijn geschreven door drs. T. Zwartkruis en deel III is geschreven door dr.ir. G. van der Wegen. De CUR spreekt haar dank uit aan Novem B.V., Vliegasunie B.V. en Vulstofcombinatie Nederland B.V. voor de financiële bijdragen die deze onderzoeken mede mogelijk hebben gemaakt. februari 1996 Het bestuur van de CUR

6 INHOUD SAMENVATTING 8 SUMMARY 10 DEEL I VERHOGING VAN DE WATER-CEMENTFACTOR BIJ EEN tf-waarde VOOR POEDERKOOLVLIEGAS VAN 0,2. CARBONATATIERESULTATEN Hoofdstuk 1.1 INLEIDING Algemeen Doelstelling Verrichte werkzaamheden 14 Hoofdstuk 1.2 GRONDSTOFFEN EN EXPERIMENTEN Geselecteerde grondstoffen Karakterisering van de grondstoffen Cement Vliegas Toeslagmateriaal en water Mengselsamenstelling Vervaardiging van de proefstukken en metingen Opslagomstandigheden Carbonatatie 19 Hoofdstuk 1.3 RESULTATEN Carbonatatie Statistische analyse k-waarde voor carbonatatie Relatie tussen druksterkte en carbonatatie 36 Hoofdstuk 1.4 CONCLUSIES 40 Bijlage LA SAMENSTELLING EN SPECIE-EIGENSCHAPPEN VAN DE ONDERZOCHTE MENGSELS 42 DEEL II VERLAGING VAN HET MINIMALE CEMENTGEHALTE BIJ GEBRUIK VAN POEDERKOOLVLIEGAS Hoofdstuk II. 1 INLEIDING 46 II. 1.1 Algemeen 46 II. 1.2 Randvoorwaarden 46 II. 1.3 Doelstelling 47 II. 1.4 Verrichte werkzaamheden 47 Hoofdstuk H.2 GRONDSTOFFEN EN EXPERIMENTEN 48

7 Geselecteerde grondstoffen Karakterisering grondstoffen Cement Vliegas Toeslagmateriaal, water en hulpstoffen Mengselsamenstelling Metingen aan de betonspecie Storten, ontkisten en nabehandelen 50 II. 2.6 Opslagomstandigheden 51 II.2.7 Beproevingen aan het verharde beton 51 II Druksterkte Carbonatatie Vorstdooizoutbestandheid 51 Hoofdstuk II.3 RESULTATEN 53 II. 3.1 Specie-eigenschappen 53 II. 3.2 Druksterkte Statistische analyse van de druksterkteresultaten Carbonatatieresultaten en statistische analyse Vorstdooizoutbestandheid 65 Hoofdstuk II.4 CONCLUSIES 69 Bijlage II.A VERSCHILLEN IN DRUKSTERKTE TUSSEN VLIEGAS- BETON EN REFERENTIEBETON ZONDER VLIEGAS 72 Bijlage II.B VERSCHILLEN IN CARBONATATIEDIEPTE TUSSEN VLIEGAS- BETON EN REFERENTIEBETON ZONDER VLIEGAS 75 DEEL III INVLOED VAN POEDERKOOLVLIEGAS OP DE CORROSIE VAN VOORSPANSTAAL Hoofdstuk III. 1 INLEIDING 78 Hoofdstuk III.2 ONDERZOEKPROGRAMMA 79 Hoofdstuk III.3 TOEGEPASTE MATERIALEN Cement, toeslagmatcrialcn, chloride, aanmaakwater Poederkoolvliegas 81 III. 3.3 Voorspanstaai 81 Hoofdstuk III.4 BETONSAMENSTELLINGEN EN -EIGENSCHAPPEN Mengselsamenstellingen/eigenschappen Versnelde carbonatatie 83 Hoofdstuk III.5 EXPERIMENTELE RESULTATEN EN DISCUSSIE 85 III.5.1 Halfcelmetingen 85

8 Breuk voorgespannen wapeningsstaal Visuele inspectie Mechanische eigenschappen voorspanstaai 88 Hoofdstuk III.6 CONCLUSIES 90 Bijlage III.A BETONSAMENSTELLINGEN EN -EIGENSCHAPPEN 91 LITERATUUR 92

9 SAMENVATTING In CUR-Aanbeveling 26 Poederkoolvliegas voor mortel en beton" wordt toegestaan om in ongewapend en in gewapend beton een deel van de toegevoegde vliegas onder bepaalde voorwaarden in rekening te brengen als bindmiddel met een bindmiddelfactor van 0,2. Een van deze voorwaarden is dat als cement uitsluitend portlandcement mag worden toegepast volgens NEN Daarbij wordt opgemerkt dat voor hoogovencement nog onderzoek gaande is. Tevens staat in deze aanbeveling dat de vraag naar het toepassen van poederkoolvliegas in voorgespannen beton nog in onderzoek is. Dit rapport beschrijft de resultaten van deze onderzoeken. Deel I beschrijft het onderzoek naar de vraag of toepassing van vliegasbeton met een waterbindmiddelfactor van 0,55 met 95 % zekerheid een even goede bescherming geeft tegen carbonatatie als beton zonder vliegas met een water-cementfactor van 0,55. Als variabelen zijn gekozen de cementsoort, portlandcement klasse A, portlandcement klasse B en hoogovencement klasse A, het type vliegas, respectievelijk aangeduid met A, B, C en D, de nabehandeling, 1, 3 en 7 dagen, en de expositieduur, 1 en 2 jaar. De expositie had plaats onder drogende omstandigheden: 20 C en 65 % R.V. Deel II beschrijft het onderzoek naar de vraag of toepassing van het bindmiddelgehalte van 280 kg/m 3 in plaats van een cementgehalte van 280 kg/m 3 een minstens even goede sterkte en duurzaamheid oplevert. In het onderzoek zijn betrokken twee cementen, portlandcement klasse A en portlandcement klasse B, drie vliegassen, de vliegassen B, C en D uit het voorgaande onderzoek en vier nabehandelingstijden, 1, 3, 7 en 14 dagen. Als afhankelijk variabelen zijn onderzocht de druksterkte na 1, 3 en 28 dagen na opslag bij 10 C en 20 C en 65 % R.V., de carbonatatiediepte na 1 jaar en na 2,5 jaar, buiten beschut, en de vorstdooizoutbestandheid conform ontwerp NEN In deze onderzoeken is het effect onderzocht van verhoging van de water-cementfactor van beton met vliegas met een A:-waarde van 0,2 op de carbonatatie en druksterkte van dit beton. Analoog aan de analyse van de druksterkteresultaten [2] is hierbij gesteld dat als voor vliegas een A:-waarde 0,2 wordt aangenomen en dit beton aldus met een verhoogde water-cementfactor wordt gemaakt, de carbonatatie van dit vliegasbeton significant lager behoort te zijn dan die van het referentiebeton (zonder vliegas en conform de voorschriften), alsmede bij het minimale cementgehalte de druksterkte significant hoger behoort te zijn dan die van het referentiebeton. De beide onderzoeken hebben zich door omstandigheden moeten beperken tot een klein aantal monsters vliegas. Uit deze beperkte onderzoeken blijkt dat het onderzochte beton met vliegas niet met de vereiste 95 % betrouwbaarheid een ten minste even grote druksterkte en een ten minste even geringe carbonatatiediepte bezit als het onderzochte referentiebeton met hetzelfde cement. Wel is gebleken dat in een aantal gevallen het vliegasbeton een significant lagere druksterkte had dan het referentiebeton en dat in een aantal gevallen het vliegasbeton een grotere carbonatatiediepte had dan het referentiebeton. Op grond van deze resultaten is de commissie van mening dat niet alleen voor hoogovencement, maar ook voor portlandcement de hantering van een bindmiddelfactor k = 0,2 niet zou mogen worden gebruikt. Omdat echter in milieuklasse 1 carbonatatie geen probleem vormt, adviseert de commissie de hantering van een bindmiddelfactor k = 0,2 toe te laten voor alle cementsoorten en -klassen. De commissie was het niet eens over een zelfde conclusie met betrekking tot milieuklasse 4.