rapport 144 vliegas als vulstof in beton

rapport 144 vliegas als vulstof in beton

CUR Postbus 420 2800 AK Gouda Tel.: 01820-39600 Fax: 01820-30046 vliegas als vulstof in beton CIVIELTECHNISCH CENTRUM UITVOERING RESEARCH EN REGELGEVING

Colofon Vertaling: mevr. A. Visser-de Gans Tekenwerk: P. Kamminga Correctie: mevr. E. Jongbloed Tekstverwerking: mevr. Y. van Zanten Foto's: KEMA N.V., Intron B.V., T.U. Delft Druk: W.D. Meinema B.V., Delft De CUR en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken van de in deze publikatie vervatte gegevens; deze gegevens geven de stand van de techniek op het moment van uitgifte weer. Nochtans moet niet worden uitgesloten de mogelijkheid dat zich toch onjuistheden in deze publikatie kunnen bevinden. Degene die van deze publikatie gebruik maakt, aanvaardt daarvoor het risico. De CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze gegevens. ISBN 9037600123

VOORWOORD In 1980 werd de Betonvereniging benaderd door vertegenwoordigers van energieproducenten met de vraag om steun voor een onderzoek- en informatieprogramma over het gebruik van vliegas als vulstof in beton. De Betonvereniging richtte de stuurgroep "Vliegas in Beton" op. De stuurgroep stelde een onderzoekprogramma op en organiseerde symposia over de technische aspecten van het gebruik van vliegas als vulstofin beton. Toen in 1983 de financien van het onderzoekprogramma rond waren, werd de stuurgroep omgezet in een CUR-onderzoekcommissie. Tussen 1982 en heden hebben verscheidene instituten, adviesbureaus en industrieen een groot aantal onderzoeken uitgevoerd voor de CUR. Een volledige lijst van de rapporten over vliegas als vulstofin beton is opgenomen in de literatuurlijst. Dit rapport bevat een samenvattend overzicht van het bovengenoemde onderzoek. In grote lijnen wordt ingegaan op de eigenschappen van vliegas als vulstof in beton en op de puzzolane eigenschappen van vliegas. Daarbij komt met name de bindmiddelbijdrage aan de orde die vliegas kan leveren. Bij het verschijnen van het rapport was commissie B 33 "Vliegas in beton" als volgt samengesteld: ii. G. B. MEIJER, voorzitter ing. C. SOUWERBREN, secretaris S. J. P. BROUNS W. BUIST ii. N. J. HEIJT ii. F. STIBBE drs. C. F. VAN DER SCHAAF prof. di. J. BIJEN, rapporteur di. ii. H. A. W. CORNELISSEN, rapporteur di. 1. M. GOUMANS ing. A. C. FUCHS, coordinator prof. ii. P. C. KREIJER, mentor Werkgroep 1Vliegasbeton begeleidde het onderzoek dat in dit rapport is weergegeven. Deze werkgroep bestond uit de volgende leden: S. J. P. BROUNS, voorzitter W. BUIST, secretaris prof. di. J. BIJEN, rapporteur mevi. B. J. H. M. VAN DER SANDE-SCHREURS di. W. M. M. HEIJNEN prof. di. Y. M. DE HAAN ing. J. DE JONG di. ii. H. A. W. CORNELISSEN ing. P. E. VOGELAAR C. J. WEIJERS, SI.

De werkzaamheden ten behoeve van dit rapport zijn uitgevoerd door Intron, instituut voor materiaal- en milieu-onderzoek B.V. Het rapport is opgesteld door prof. dr. J. M. J. M. BIJEN en ir. R. VAN SELST. De CUR spreekt haar dank uit aan Novem B.V., Vliegasunie B.V. en VCN (Vulstofcombinatie Nederland B.V.) voor de financiele bijdragen die dit onderzoek mede mogelijk hebben gemaakt. januari 1992 Het bestuur van de CUR

INHOUD Hoofdstuk 1 Hoofdstuk 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Hoofdstuk 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Hoofdstuk 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 INLEIDING. 7 VLIEGASKARAKTERISTIEKEN 8 Chemische samenstelling. 5 Mineralogische samenstelling. 10 Soorten deeltjes....... 11 Deeltjesgrootteverdeling/specifiek oppervlak 13 Invloed van technieken die de NOx-uitstoot beperken. 14 HET PUZZOLANE REACTIE-MECHANISME. 17 Algemeen.............. 17 Glasoplossing............. 19 Factoren die de vliegasreactie be'invloeden 23 Reactieprodukten..... 27 Reactiemodel....... 28 Grensvlak toeslagmateriaal 29 INvLoEDEN OP DE EIGENSCHAPPEN VAN NIET-VERHARD BETON. 32 Algemeen....... 32 Waterbehoefte..... 32 Begin- en eindebinding. 34 Waterafscheiding. 36 Luchtbelvorming. 36 Plastificeerders.. 37 Hoofdstuk 5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 INVLoED VAN VLIEGAS OP EEN AANTAL CONSTRUCTIEVE EIGEN SCHAPPEN VAN VERHARD BETON Algemeen. Sterkte-ontwikkeling.... Constante verwerkbaarheid. Bindmiddelbijdrage..... Discussie. Elasticiteitsmodulus/drogingskrimp/temperatuur 39 39 39 40 46 54 55 5

Hoofdstuk 6 6.1 6.2 6.3 6.4 Hoofdstuk 7 7.1 7.2 7.3 7.4 Hoofdstuk 8 8.1 8.2 8.3 8.4 Hoofdstuk 9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 PORIENSTRUCTUUR EN PERMEABILITEIT. 58 Algemeen,............. 58 Invloed van vliegas.......... 58 Invloed van de nabehandeling op de permeabiliteit. 64 Invloed van carbonatatie op de permeabiliteit. 65 CORROSIE VAN DE WAPENING. 67 Algemeen,........ 67 Carbonatatie........ 68 Corrosie gei'nitieerd door chloriden. 80 Spanningscorrosie..,...... 83 WEERSTAND TEGEN CHEMISCHE AANTASTING EN VORST/DOOI (ZOUT)BELASTING. 85 Algemeen......... 85 Sulfaataantasting...... 85 Aantasting door zwavelzuur. 86 Vorstldooi (zout)bestandheid. 88 SAMENVATTING EN CONCLUSIES 91 Algemeen..,....... 91 Vliegaseigenschappen..... 91 Betere pakking van de deeltjes 91 Puzzolaan gedrag....... 93 Invloed van de puzzolane reactie op betoneigenschappen. 95 Kooldeeltjes... 96 Algemene invloed 96 LITERATUUR... 98 6

HOOFDSTUK 1 INLEIDING In Nederland werden eind jaren zeventig kolen opnieuw gei"ntroduceerd als brandstof voor elektriciteitscentrales. Er wordt alleen gebruik gemaakt van poederkoolgestookte ketels met open rooster, waarvan de vaste afvalstoffen voor 90 % bestaan uit poederkoolvliegas en voor 10 % uit bodemas. Vanaf het begin heeft de regering ernaar gestreefd deze reststoffen zo veel mogelijk nuttig toe te passen. Dit doel is nu bereikt, want van de 712.400 ton vliegas die in 1988 werd geproduceerd, werd 97,8 % opnieuw gebruikt. Dit percentage behoort tot het hoogste ter wereld. Om het gebruik van kolenreststoffen te stimuleren is in Nederland een Nationaal Onderzoekprogramma Kolen opgezet. Dit programma is uitgevoerd onder leiding van het Projectbeheerbureau Energie Onderzoek (PEO) en later door de NOVEM, de Nederlandse Organisatie voor Energie en Milieu. Beide organisaties hebben veel onderzoek gei'nitieerd en financieel ondersteund naar de toepassing van kolenreststoffen. Dit rapport geeft een samenvatting van de resultaten van deze onderzoeken, waarbij de nadruk meer ligt op nieuwe gegevens dan op gegevens die alleen de bevindingen van gelijksoortige onderzoeken in het buitenland bevestigen. Naast de rapporten van de CUR zijn ook de resultaten van een aantal andere Nederlandse onderzoeken in dit rapport opgenomen. In Nederland is de NOx-uitstoot van de industrie aan regels gebonden. Als gevolg hiervan zijn de recent gebouwde poederkool verbrandingsketels speciaal ontworpen om aan deze eisen te voldoen en zijn de bestaande ketels aangepast. Deze veranderingen zijn van invloed op de eigenschappen van de geproduceerde vliegas. Voorzover deze veranderingen betrekking hebben op beton zal hieraan aandacht worden besteed. In het rapport komen de volgende aspecten aan de orde: - vliegaskarakteristieken; - het puzzolane reactie-mechanisme; - de invloed op eigenschappen van niet-verhard beton; - de invloed op een aantal structuureigenschappen van verhard beton; - de porienstructuur en de permeabiliteit; - de invloed van toevoeging van vliegas op de corrosie van wapening. 7