Examen Betontechnoloog BV

Transcriptie

1 Examen Betontechnoloog BV Vragen en antwoorden cursusseizoen 2013/2014 Vraag 1 (14 scorepunten) Een betonsamenstelling met cement CEM III/B 42,5 N moet voldoen aan de volgende eisen: - sterkteklasse C30/37; - milieuklassen XC3, XD1, XS1 en XF2; - consistentieklasse S2. De zeefanalyses van het zand en grind zijn in tabel 1 gegeven. Gekozen is voor een mengsel van 40% zand en 60% grind. Tabel 1 zeef zeefdoorval [%] zand grind 31, , , , , Vraag 1a Bepaal het laagste cementgehalte om aan de eis van de sterkteklasse te voldoen. Antwoord 1a Eerst wordt op basis van de gegeven zeefanalyses de korrelgrootteverdeling van het toeslagmaterialenmengsel bepaald (tabel 2). Bij het toetsen van de korrelgrootteverdeling van dit toeslagmaterialenmengsel blijkt dat de zeefdoorval bij de zeven 0,5 t.m. 8 mm buiten ontwerpgebied I ligt. Uit figuur 2 blijkt dat in ontwerpgebied I + II moet worden gerekend met een 20 kg hogere waterbehoefte dan in ontwerpgebied I. Tabel 2 zeefdoorval [%] zeef 40% 60% mengsel zand grind 31, , , , , , ,

2 Figuur 2 zeefdoorval in % II I ,125 0,25 0, zeefmaat in mm cumulatieve zeefrest in % Toelichting De grootste zeefmaat en de korrelgadering van het toeslagmaterialenmengsel zijn in hoge mate bepalend voor de waterbehoefte om een bepaalde consistentie te bereiken. Veel kandidaten vergaten deze toets uit te voeren en rekenden daardoor met een te lage waterbehoefte. Rekening houdend met de hogere waterbehoefte en het gewenste consistentiegebied S2 (tabel 3) wordt de waterbehoefte = 185 kg. De eis voor de sterkteklasse vraagt een gemiddelde sterkte (fcm): = 45 N/mm 2. Het vervolg lijkt simpel. Immers de benodigde sterkte is bekend, de normsterkte van het cement staat in de tabel en hiermee is de bijbehorende water-cementfactor te berekenen. Echter, in dit geval moeten we ook naar de eisen vanuit de milieuklassen kijken omdat deze invloed hebben op de benodigde gemiddelde sterkte. De eis (voor de water-cementfactor) voor de hier van toepassing zijnde milieuklassen is als volgt: XC3: 0,55 XD1: 0,55 XS1: 0,50 XF2: 0,55 met 3,5% lucht of wcf = 0,45 Tabel 3 consistentieklasse Dmax C C1, S1, F C2, S2, F C3, S3, F Voor hogere consistenties zijn geen richtwaarden gegeven. Een hogere consistentie mag alleen met behulp van een (super)plastificeerder worden verkregen, dus niet door meer water toe te voegen. aanpassingen richtwaarden: mengsel in ontwerpgebied I + II grof toeslagmateriaal gebroken fijn toeslagmateriaal gebroken + 20 kg + 5 kg + 20 kg

3 Om een zo laag mogelijk cementgehalte te kunnen realiseren, moet voor de sterkteklasse worden gerekend met een wcf > 0,45. In dat geval moet het luchtgehalte 3,5% zijn. Voor de berekening van het mengselontwerp moet dit luchtgehalte op de volgende manier worden verrekend in de druksterkte: fcm = 45 / 0,95 (3,5-2) = 48,6 N/mm 2 De wcf die nodig is voor het bereiken van deze sterkte wordt berekend met: 48,6 = 0, (25 / wcf) - 45 wcf = 0,53 Uit de waterbehoefte en deze wcf wordt het cementgehalte berekend: C = 185 / 0,53 = 349 kg Vraag 1b Bepaal het laagste cementgehalte om aan de eis van de milieuklassen te voldoen. Antwoord 1b Om te voldoen aan de eisen van de milieuklassen dient te worden gerekend met een wcf: 0,50-0,02 = 0,48 (let wel: indien een luchtgehalte van 3,5% wordt toegepast). Dit betekent dat een cementgehalte nodig is van 185 / 0,48 = 385 kg. Bij de keuze voor een betonsamenstelling zonder lucht zou de eis vanuit de milieuklassen voor de wcf 0,45-0,02 = 0,43 zijn. In dat geval zou het cementgehalte 185 / 0,43 = 430 kg moeten zijn. De gekozen optie met lucht levert dus een duidelijk lager cementgehalte. Vraag 1c Bepaal de gemiddelde sterkte die na drie dagen verharden bij 20 ºC kan worden verwacht. Antwoord 1c Bij een verhardingstemperatuur van 20 C is de gemiddelde sterkte na drie dagen te berekenen: fcm3 = 0, (25 / 0,48) - 45 = 27 N/mm 2 (zonder lucht) Als gevolg van het extra luchtgehalte van 3,5% wordt deze sterkte: fcm3 = 27 0,95 1,5 = 25 N/mm 2 Als de rijpheidsgrafiek (figuur 3) wordt gebruikt, is na drie dagen de gewogen rijpheid: = 1656 Ch. Uit figuur 3 volgt een gemiddelde sterkte van 25 N/mm 2. Figuur 3

4 Vraag 1d Welke verhardingstemperatuur is nodig om een verhoging van de gemiddelde sterkte na drie dagen verharden van 10 N/mm 2 te verkrijgen? U mag daarbij gebruikmaken van de rijpheidsgrafiek met als gegeven dat de C-waarde van het gebruikte cement 1,65 bedraagt. Antwoord 1d Om een sterkte van = 35 N/mm 2 te bereiken, is een gewogen rijpheid nodig van circa 3000 Ch. Hieruit volgt een rijpheid van 1 uur van 3000 / (3 24) = 42 Ch. Daarbij hoort een verhardingstemperatuur van 30 C. Vraag 2 (5 scorepunten) Bij het storten en verdichten van een hoge wand wordt een horizontale betonspeciedruk uitgeoefend op de bekisting. Vraag 2a Welke drie betonspecie-eigenschappen zijn van invloed op de horizontale speciedruk? Geef ook aan hoe zij die invloed uitoefenen. Antwoord 2a De volgende betonspecie-eigenschappen zijn van invloed op de horizontale betonspeciedruk: 1. consistentie: een hogere consistentie geeft een hogere speciedruk. 2. volumieke massa: een hogere volumieke massa geeft een hogere speciedruk. 3. snelheid van binding: als het tijdstip van binding wordt uitgesteld, neemt de speciedruk toe. Vraag2b Noem twee invloedsfactoren op de betonspeciedruk die door de uitvoering van het betonwerk worden bepaald. Geef daarbij aan in welke mate die invloed wordt uitgeoefend. Antwoord 2b De invloed van de uitvoering op de horizontale speciedruk ontstaat door: 1. snelheid van storten, in het bijzonder de stijgsnelheid. Door de snelheid van storten te verhogen (met name de stijgsnelheid in een wand) neemt de speciedruk toe. 2. methode van verdichten. Door af te wijken van het verdichten met trilnaalden (bijvoorbeeld bekistingstrillers of trillen dieper dan 1 m) moeten we rekenen met een hydrostatisch drukverloop. Vraag 3 (3 scorepunten) Noem zes oorzaken waardoor kleurverschillen in beton (zonder gebruik te maken van een kleurstof) direct na het ontkisten kunnen worden geconstateerd. Antwoord 3 Bij in het zicht blijvend (schoon)beton kunnen kleur- of tintverschillen erg storend zijn. Kleurverschillen in beton kunnen door heel verschillende oorzaken ontstaan: verblijftijd in bekisting; cementsoort; gebruik van vliegas, silica fume, gemalen hoogovenslak of steenmeel; gebruik van (meng)granulaat; verontreiniging van toeslagmateriaal; verschillen in watergehalte of wcf; textuur van het oppervlak; vervuilde bekisting; (zeer) fijne delen van het toeslagmateriaal; en verontreiniging van het water.

5 Vraag 4 (4 scorepunten) Vraag 4a Noem 4 situaties waarin het nodig kan zijn om de betondruksterkte in een constructie te bepalen. Antwoord 4a Het kan nodig zijn om de sterkte in het werk te bepalen als: niet wordt voldaan aan de controleproef; bij twijfel over de kwaliteit van de constructie bv. na brand of na slechte uitvoering; als sterkte niet bekend is (geen gegevens beschikbaar); als projectspecificatie dit voorschrijft. Vraag 4b Noem 1 directe en 2 indirecte methoden voor het meten van de sterkte in het werk. Antwoord 4b Een directe meetmethode is het beproeven van geboorde cilinders. Indirecte meetmethoden zijn: terugslaghamermetingen met referentiegrafiek; ultrasoonmetingen met referentietabel; uittrekproef. Vraag 5 (5 scorepunten) Op een bouwwerk wordt beton in een hoge sterkteklasse (C90/105) verwerkt in een wand, hoog circa 3 m, dik circa 250 mm. De volgende ochtend constateert de uitvoerder dat in het specieoppervlak aan de bovenzijde van de wand vrij ernstige scheurvorming is opgetreden. De scheuren staan haaks op de bekistingsvlakken (figuur 4). Figuur 4 Vraag 5a Hoe noemen we de schade die hier is opgetreden? Antwoord 5a Dit is scheurvorming door plastische krimp. (Mogelijke) oorzaken zijn (niet gevraagd op examen): - Betonspecie voor beton in hoge sterkteklassen is zeer stabiel door het hoge aandeel fijn materiaal en de lage water-cementfactor. - Bij vochtverlies aan het oppervlak wordt nauwelijks vocht vanuit de onderliggende specie aangevoerd, waardoor deze mengsels zeer gevoelig zijn voor plastische krimp. Daarom moet na het afwerken van het oppervlak ook zo snel mogelijk worden begonnen met nabehandelen. Vraag 5b Welke maatregel(en) kan (kunnen) worden genomen om dit te voorkomen?

6 Antwoord 5b Aanpassen van de betonsamenstelling is in dit geval nauwelijks mogelijk. De lage wcf als gevolg van de hoge sterkteklasse, het zeer hoge aandeel fijn materiaal en de mogelijke toepassing van silica fume, zijn nodig om de stabiliteit te waarborgen. Wijziging in de samenstelling zal direct invloed hebben op de verkregen sterkte. In de uitvoering moet veel sneller dan gebruikelijk worden begonnen met nabehandelen. Mogelijk is zelfs uitsluitend afdekken met folie onvoldoende en moet direct na het storten een waterfilmpje worden opgebracht. Vraag 6 (8 scorepunten) Op een woningbouwproject worden wanden en verdiepingsvloeren tegelijkertijd gestort. Het geheel wordt afgedekt met een zeil en de aldus verkregen ruimte wordt gedurende de eerste 16 uur verwarmd. Het beton moet de volgende dag worden ontkist bij een gemiddelde sterkte van 15 N/mm 2. De betonsamenstelling is als volgt: kg cement CEM I 32,5 R (C-waarde 1,25); kg water; kg toeslagmateriaal (zand 0/4 en grind 4/32 samen). Met sensor 1 wordt de temperatuur in de verwarmde ruimte direct tussen de wanden en onder de vloer gemeten. Sensor 2 registreert de buitentemperatuur. Er worden twee temperatuursensoren op voor de betonsterkte maatgevende plekken in het beton geplaatst (sensoren 3 en 4). Figuur 6 geeft het temperatuurverloop. Van bovenstaande samenstelling heeft de betoncentrale de rijpheidsgrafiek bijgeleverd (figuur 3). Figuur 6 Vraag 6a Na hoeveel uren kan worden ontkist? Antwoord 6a Er mag worden ontkist bij een gemiddelde sterkte van 15 N/mm 2. Deze sterkte wordt volgens figuur 3 bereikt bij een gewogen rijpheid van circa 850 Ch. Uit het gegeven temperatuurverloop blijkt dat de sensoren 3 en 4 maatgevend zijn voor het ontkisten. Voor beide sensoren is berekend na hoeveel uren de gewogen rijpheid van 850 Ch is bereikt (tabel 4). Het ontkisten zou voor sensor 3 na ongeveer 17 uur mogelijk zijn, voor sensor 4 is ongeveer 26 uur nodig. Deze laatste is maatgevend.

7 Tabel 4 sensor 3 tijdvak gem. temp. [ C] gewogen rijpheid [ Ch] 0-4 uur 30 4 x uur x uur 39 1 x totaal 882 sensor uur x uur 30 6 x uur x totaal 874 Vraag 6b Door omstandigheden wil men eerder gaan ontkisten. Welke maatregelen kunnen worden genomen om eerder te kunnen ontkisten, zonder dat de samenstelling daarvoor wordt aangepast? Antwoord 6b Eerder ontkisten is mogelijk door meer te verwarmen. Vooral een hogere temperatuur is effectief. Als dat niet kan, moet de periode waarover wordt verwarmd worden verlengd. Vraag 6c Welke maatregelen kunnen we nemen om eerder te ontkisten als de samenstelling wel mag worden aangepast? Antwoord 6c Hierbij moeten we denken aan maatregelen zoals toepassen van een cement met een hogere sterkteklasse dan wel een cement dat beter reageert op een verhoging van de temperatuur zoals een CEM III/B. Ook kan worden gekozen voor een lagere wcf of een hogere specietemperatuur. Indien de betonsamenstelling wordt veranderd, moet met een daarbij passende nieuwe ijkgrafiek worden gewerkt. Vraag 7 (7 scorepunten) Een mengsel zelfverdichtend beton moet voldoen aan de volgende specificaties: Sterkteklasse C35/45; Milieuklasse XC4 / XD3 / XF4; Er wordt gebruikgemaakt van een CEM I 52,5 R. Vraag 7a Bereken de te hanteren water-cementfactor. Antwoord 7b Benodigde gemiddelde sterkte = = 53 N/mm² w/c = 25 / (fcm + 0,8 N - 45) = 25 / (53 + 0, ) = 0,43 XC4: 0,50, dus 0,45 0,02 = 0,43 XD3: 0,45, dus 0,45 0,02 = 0,43 XF4: 0,45, dus 0,45 0,02 = 0,43 De te hanteren w/c = 0,43 Vraag 7b Bereken de samenstelling van 1,000 m³ pasta als gegeven is dat de pasta bestaat uit: CEM I 52,5 R (βp = 1,25) en kalksteenmeel (βp = 0,77).

8 Antwoord 7b Vc/Vp = βp,vulstof / (w/c ρa,cement + βp,vulstof βp,cement) = 0,77 / (0,43 3,15 + 0,77 1,25) = 0,88. Dus 88% cement. Vv/Vp = 100% - 88% = 12% Vw/Vp = βp,combinatie = 88% 1, % 0,77 = 1,19 Vp = 1,000 m³/ (1 + Vw/Vp) = 1,000 m³ / (1 + 1,19) = 0,457 m³ CEM I 52,5 R = 88% 0,457 m³ = 0,402 m³ 3150 kg/m³ = 1266 kg Kalksteenmeel = 12% 0,457 m³ = 0,055 m³ 2700 kg/m³ = 149 kg Water = 1,000 m³ - 0,457 m³ = 0,543 m³ * 1000 kg/m³ = 543 kg Tabel 5 Vw/Vp = 1,19; Vc/Vp = 88% Materiaal m³ kg CEM I 52,5 R 0, Kalksteenmeel 0, Water 0, Pasta 1,000 Vraag 8 (12 scorepunten) Gegeven een betonmengsel, per m 3 bestaande uit: 300 kg CEM III/B 32,5 N; 1220 kg grind (inclusief 1,7% vocht); 705 kg zand (inclusief 4% vocht); w/c = 0,50; een luchtbelvormer die 4% lucht geeft. Gevraagd wordt een betonmengsel met een volumieke massa bij aflevering van 1800 kg/m 3 te ontwerpen. Dit kunt u bereiken door het grind gedeeltelijk te vervangen door een toeslagmateriaal met een volumieke massa ρrd van 1200 kg/m 3 en een maximale absorptie na 45 minuten van 10%. Het beton wordt na ca. 1 uur verwerkt. Het vochtgehalte van het lichte toeslagmateriaal is 3%. De overige gegevens van de samenstelling blijven ongewijzigd. De absorptie van het zand en grind mag worden verwaarloosd. Vraag 8 Maak een weegstaat van het gevraagde mengsel voor de mengmeester. Antwoord 8 Volume grind moet vervangen worden door mengsel van grind en licht toeslagmateriaal. Hiervan dus te bepalen volume en massa. grind nat 1220 kg, droog 1220/1,017 = 1200 kg 1200/2650 = 0,453 m 3 massa cement + zand + water = /1, = 1128 kg dus massa grof toeslagmateriaal in het te maken mengsel = 672 kg Licht toeslagmateriaal met water verzadigd in rekening te brengen, om te voorkomen dat de volumieke massa te hoog wordt. ρrd = 1200 kg/m 3 droog, dus verzadigd 1200 x 1,10 = 1320 kg/m 3. Stel er is X m 3 licht toeslagmateriaal aanwezig, dan is er (0,453 - X) m 3 grind aanwezig. X (0,453 - X) 2650 = 672 kg X = 0,397 m 3 Dus 0,397 m 3 licht toeslagmateriaal en 0,453-0,397 = 0,056 m 3 grind. massa licht toeslagmateriaal 0, = 476 kg nat licht toeslagmateriaal 476 1,03 = 491 kg massa droog grind 0, = 148 kg

9 massa nat grind 148 1,017 = 151 kg (+ 3 kg water) extra absorptiewater te doseren 476 0,07 = 33 kg droog zand 705/1,04 = 678 kg, dus 27 kg water in zand te doseren water: = 153 kg Opgave mengmeester: 300 kg hoogovencement 491 kg licht toeslagmateriaal 151 kg grind 705 kg zand 153 kg water 1800 kg Vraag 9 (9 scorepunten) Gegeven de volgende resultaten van een mengsel. De consistentie is gemeten bij het begin van het lossen van de truckmixer. De processtandaardafwijking bedraagt 4,0 N/mm². Tabel 6 nummer consistentie cementgehalte w/c factor druksterkte ,55 30, ,54 32, ,54 33, ,55 35, ,54 44, ,56 32, ,53 29, ,54 34, ,55 34, ,55 32, ,54 29, ,54 35, ,53 33, ,54 31, ,54 33, ,55 34, ,55 32, ,54 36, ,54 32, ,54 29, ,54 30, ,55 30, ,52 34, ,53 35, ,55 32, ,57 31, ,55 34, ,54 33, ,53 32, ,52 34,5 Vraag 9 Geef aan of voor de 4 gegeven eigenschappen (consistentiegebied F4, cementgehalte 300 kg/m 3, w/c-factor 0,55, sterkteklasse C20/25) sprake is van conformiteit volgens de EN 206.

10 Consistentiegebied Bijna alle waarden voor de consistentie liggen tussen de = 470 mm en de = 570 mm. Alleen voor nummer 3 is de schudmaat 460. De conformiteit voor de consistentie voldoet, met uitzondering van nummer 3. Cementgehalte Er zijn twee afwijkingen van het cementgehalte van 290 kg. Deze voldoen aan de eis dat er tussen de 20 en 31 waarden maximaal twee afwijkingen mogen zijn van maximaal kg = 290 kg. De conformiteit voor het cementgehalte voldoet. Watercementfactor Er zijn twee afwijkingen van de w/c-factor van 0,56 en 0,57. Deze voldoen aan de eis dat er tussen 20 en 31 waarden maximaal twee afwijkingen mogen zijn van maximaal 0,55 + 0,02 = 0,57. De conformiteit voor de w/c-factor voldoet. Druksterkte Voor alle individuele druksterktes geldt dat de druksterkte groter is dan fck 4 = 21 N/mm². Dit voldoet aan het criterium dat elk enkel testresultaat fck - 4. Voor de eerste serie van 15 geldt dat het gemiddelde gelijk is aan 33,5 N/mm² en de standaardafwijking 3,5 N/mm². Criterium voor het gemiddelde van n resultaten is:: fck + 1,48σ Voor het gemiddelde geldt: fcm > fck + 1,48 4,0 = ,9 = 30,9 N/mm². Dit voldoet. Standaardafwijking moet liggen tussen 0,67 4,0 en 1,37 4,0 (= tussen 2,7 N/mm² en 5,5 N/mm²). Dit voldoet ook. Voor de tweede serie van 15 geldt dat het gemiddelde gelijk is aan 32,9 N/mm² en de standaardafwijking 2,0 N/mm². Criterium voor het gemiddelde van n resultaten is:: fck + 1,48σ Voor het gemiddelde geldt: fcm > fck + 1,48 4,0 = ,9 = 30,9 N/mm². Dit voldoet. Standaardafwijking moet liggen tussen 0,67 4,0 en 1,37 4,0 (= tussen 2,7 N/mm² en 5,5 N/mm²). Dit voldoet niet. Er dient een nieuwe processtandaardafwijking over laatste 35 meetwaarden te worden bepaald.