Bouw SikaPaver -hulpstoffensystemen Sika -technologie voor aardvochtig prefabbeton ®
®
®
®
SikaPaver , de Sika -technologie voor prefabstenen, straatstenen en andere aardvochtige betonelementen Verbetert verdichting, sterkte, gelijkmatigheid en uitzicht Beschrijving ®
SikaPaver -producten worden gebruikt voor beton met een zeer gering vochtgehalte (aardvochtig), dat hoofdzakelijk wordt gebruikt bij de vervaardiging van prefabbetonproducten.
Verlaag uw productiekosten en beperk afgekeurde producten en klachten tot een minimum
Zonder SikaPaver
®
Met SikaPaver
Voornaamste voordelen lagere kostprijs snellere en betere verdichting minder oppervlaktegebreken hoge sterkte onmiddellijk na de verdichting hogere druk- en treksterkte minder variatie in sterkte en uitzicht
®
SikaPaver® C-1 Verdichtingshulpmiddel SikaPaver® HC-210 Verdichtingshulpmiddel met groot prestatievermogen SikaPaver® AE-400 Verdichtingshulpmiddel met groot prestatievermogen en met anti-uitbloeiing
Voordelen van SikaPaver®-systemen kostenbesparende betonsamenstelling snellere productie verminderde slijtage van apparatuur en gietvormen hogere productie gelijkmatige vormen (in het bijzonder hoeken en scherpe randen) minder afgekeurde producten
Bijkomende voordelen met SikaPaver® AE-400 verminderde capillaire waterabsorptie betere bescherming tegen mos, korstmos, enz. betere vorst/dooiweerstand
Bijkomende voordelen voor SikaPaver®-AE-400 minder uitbloeiing optimale en gelijkmatige kleur grotere duurzaamheid
Geavanceerde technologie van Sika
Rendabele betonproducten, bijv. straatstenen kostenbesparende betonsamenstelling verminderde slijtage van apparatuur en gietvormen snellere productie
Meer rentabiliteit met Sika
®
Gedefinieerde vorm voor blokken en andere elementen betere verdichting minder gebreken betere hoeken en randen
®
Mooi afgewerkte betonnen buizen en man-gaten verminderde permeabiliteit hogere buiskwaliteit grotere duurzaamheid
Uitbloeiingvermindering voor bestrating en tegels fellere kleuren meer gelijkvormigheid minder klachten
Stoepranden en boorden
stabiele vorm van vers beton economische betonsamenstelling grotere duurzaamheid
Fel gekleurde stenen en bestrating minder uitbloeiing fellere kleuren verminderde ontwikkeling van mos en korstmos verminderde permeabiliteit minder afgekeurde producten
Economische en ecologische produ ctie van hoogwaardige betonnen straatstenen met hulpstoffen Dipl.-Ing. (FH) Jorg M. Schrabback
Zelfs de meest moderne fabrikanten van betonproducten kunnen variaties in de grondstoffen die ze gebruiken niet vermijden. Dat leidt tot kosten veroorzaakt door: afgekeurde producten, de recyclage hiervan en tweederangsproducten inefficiënte mengselsamenstellingen met een onnodig verbruik van grondstoffen, alsook grote veiligheidsmarges klachten van klanten
zeer verschillende densiteiten leiden. Bijkomende variaties in de verdichtingsintensiteit, zoals trillingsfrequentie segregatie verschillende vulhoeveelheden van gietvormen en variaties in alle beïnvloedende factoren, in het bijzonder het watergehalte versterken die onregelmatigheden.
Het onderstaande verslag demonstreert de impact van hulpstoffen op de efficiëntie en de ecologische impact van een moderne straatsteenproductie aan de hand van de volgende thema's: verdichting van aardvochtige betonsoorten densiteit van vers beton sterkte bij watervariaties (laboratorium) sterkte bij frequentievariaties (laboratorium) uitbloeiing conclusies
Laten wij uitgaan van de veronderstelling dat er bij de productie van een modern beton gebruik wordt gemaakt van het individuele optimale watergehalte met een toelaatbare afwijking van +/- 0,5%. Daarom werd de invloed van kleine afwijkingen in het betonvochtgehalte op de kwaliteit extra bepaald met watergehalten op de droge en de natte zijde. Het gaat om een bereik van 4,8 % tot 5,3 %, wat kleiner is dan het daadwerkelijk ontvangen bereik van betonvocht.
Betonmengsel (kg/m2) zand 0/2 kiezel 2/8 CEM I 42,5 R vliegas water water/bindmiddel (w/b)
Verdichting van aardvochtig betonsoorten
Droge zijde Optimaal
Natte zijde
1067 873 240 80 115 0,36
108 0,34
Uiteindelijke sterkte (28 dagen) Na 28 dagen werd de hoogste druksterkte verkregen bij het optimale watergehalte (figuur 4). Als het vochtgehalte een beetje afwijkt in de richting van de droge zijde is er een duidelijke daling van de sterkte, omwille van te weinig water voor een grondige verdichting.
Druksterkte na 28 dagen in N/mm2 120 0,38
70
DROGE ZIJDE
NATTE ZIJDE
65
Vochtbereik : 4,8% tot 5,3% Figuur 2 : geoptimaliseerde aardvochtige betonsamenstelling
Densiteit van vers beton in kg/m
0,30 % hydrofobeer middel en tensio-actieve stof = SikaPaver® AE-400 De grote spreiding van densiteiten van het referentiebeton zou kunnen worden geminimaliseerd door het gebruik van toeslagstoffen. Het spreekt vanzelf dat alle eigenschappen van gehard beton en vooral de duurzaamheden zullen toenemen met kleinere spreidingen en een verhoogde densiteit.
60 REFERENTIEBETON
2
Densiteit van vers beton
55
De densiteit van het referentiebeton neemt toe met het watergehalte (figuur 3). Dat toont aan dat zelfs de geringste variaties in betonvocht duidelijke verdichtingsvariaties veroorzaken.
50
0,40% LIGNOSULFONAAT 0,25% TENSIO-ACTIEVE STOF
2,45 2,40
Het probleem kan worden geminimaliseerd door de maximale densiteit te bekomen door middel van een zeer lange verdichtingstijd, wat allerminst een economische oplossing is. Hulpstoffen versterken de verdichtigsbereidheid om sneller tot een maximale verdichting te komen.
2,35 2,30 2,25 2,20 2,15
Hulpstoffen voor aardvochtige betonsoorten
2,05 0
5
10
15
20
25
2,40
Verdichtingstijd in seconden Figuur 1 : de densiteit van aardvochtig beton neemt toe met de verdichtingstijd De voornaamste factor die de kwaliteit van beton bepaalt, is de densiteit. De densiteit van vers beton wordt normaal verhoogd door een langere verdichtingstijd (figuur 1). Het leeuwendeel van de verdichting vindt plaats tijdens de eerste vijf seconden. Dat is wanneer slumpvrij beton een zeer hoge gevoeligheid uitwijst voor variaties in de verdichtingsgraad. In deze fase kan een kleine variatie in de verdichtingstijd, bijv. +/- 0,5 seconde, tot
2,38 2,36 2,34 2,32
Water/bindmiddel-waarde w/b
REFERENTIEBETON 0,40% LIGNOSULFONAAT
2,30
0,25% TENSIO-ACTIEVE STOF
2,28 2,26 0,34
0,38
Met het gebruik van toeslagstoffen kan de sterkte worden verhoogd als een gevolg van de verhoogde densiteit. Hier wordt de werking van de hulpstoffen ondersteund door de gekende gevoelige reactie op veranderingen in verdichtingsbereidheid.
30
Aan de hand van speciale laboratoriumtests werd de invloed van hulpstoffen op de eigenschappen van vers en gehard beton onderzocht. De geoptimaliseerde formule van het referentiebeton is gebaseerd op het optimale watergehalte voor de gebruikte grondstoffen, wat werd bepaald in voorafgaande tests. Aangezien dit het moeilijkste beton is om voordelen van hulpstoffen te verkrijgen, zullen de voordelen in de praktijk nog meer uitgesproken zijn.
0,36
Figuur 4 : uiteindelijke sterkte bereikt piek bij het optimale watergehalte
Densiteit van vers beton (in kg/m2)
2,10
0,34
0,30% HYDROFOBEER MIDDEL / TENSIO-ACTIEVE STOF
0,30% HYDROFOBEER MIDDEL / TENSIO-ACTIEVE STOF
0,36
0,38
Water/bindmiddel-waarde w/b Figuur 3 : densiteit van aardvochtig beton beïnvloed door watergehalte en hulpstoffen Met hulpstoffen zou een hogere densiteit van vers beton kunnen worden aangetoond. Alle hulpstoffen werden toegevoegd in hun standaarddosis om praktisch dezelfde verdichtingsbereidheid te verkrijgen: 0,40 % lignosulfonaat = SikaPaver® C-1 0,25 % tensio-actieve stof = SikaPaver® HC-210
Als het vochtgehalte een beetje afwijkt in de richting van de natte zijde, zal de sterkte eveneens afnemen. De reden voor de sterktedaling ondanks een verhoogde densiteit is het toenemende volume van capillaire poriën. De sterktewaarden in referentiebeton worden verminderd met ongeveer 10%, terwijl beton bereid met hulpstoffen meestal slechts ongeveer 4 % toegeeft. Het geringere sterkteverlies is het resultaat van een iets hogere densiteit in combinatie met een betere benutting van het cementpotentieel door een intensievere dispersie. Het spreekt vanzelf dat toeslagstoffen, en vooral capillair-actieve stoffen, de variaties in het vochtgehalte in evenwicht houden. Laten wij nu even alle sterkteresultaten van één productie met het gewenste optimale watergehalte evalueren. Vochtgehalten van 4,8 % tot 5,3 % worden beschouwd als afwijkingen die opgaan in de gebruikelijke verspreiding gedurende de dag.
Druksterkte na 28 dagen in N/mm2 70 64
66
64
61
60
60
50
56
90 85 80 75 70 65 60 55 50
56
47 GEMIDDELDE
40
5% AFWIJKING
30 REFERENTIE
0,40% LIGNOSULFONAAT
dezelfde intensiteit vertonen, wat heel vaak het geval is, wordt het zelfs nog erger. Tot nu toe bestaat er geen economische mogelijkheid om dergelijke gebreken te voorkomen. Laat ons eens kijken wat hulpstoffen kunnen doen.
Druksterkte na 28 dagen in N/mm2
0,25% TENSIO-ACTIEVE STOF
0,30% HYDROFOBEER MIDDEL / TENSIOACTIEVE STOF
Referentiebeton
90 85 80 75 70 65 60 55 50
CO 2
(Carbonatatie)
0,2% tensio-actieve stof
Een statistische analyse volgens deze benadering toont dat hulpstoffen de gemiddelde druksterkte wegens de geoptimaliseerde formule met slechts 5 % tot 8 % verhogen. Terwijl de 5 % afwijking, bijv. de sterkte die kan worden gegarandeerd voor het merendeel van de productie, wordt verhoogd met ongeveer 20 % tot 30 %. Dat toont aan dat de sterkteafwijkingen door het gebruik van hulpstoffen worden geminimaliseerd door de compensatie van onvermijdelijke waterafwijkingen. Een geringere variatie in de productie leidt tot minder afgekeurde producten en daardoor ook tot een grotere hoeveelheid normaal verkoopbare producten (economisch voordeel). Bovendien kan de verhoging in de gemiddelde sterkte worden gebruikt om de betonsamenstelling zowel economisch als ecologisch te optimaliseren.
Verspreidingen van verdichtingsafwijkingen
Figuur 6 : verdeling van sterkte binnen één laag straatstenen in een fabriek. Dit bevestigt de theorie volgens welke hulpstoffen de schommelingen in verdichtingsbereidheid in het algemeen compenseren. Dit is zeer belangrijk aangezien alle grondstoffen voor de vervaardiging van beton blootstaan aan onvermijdelijke variaties, waarvan de meeste een impact hebben op de verdichtingsbereidheid. Het economische voordeel kan worden aangetoond met de statistische analyse van deze resultaten (figuur 7). Het gebruik van hulpstoffen maakt de verdichting homogener en intenser, met het effect van een duidelijk hogere gemiddelde sterkte en een nog meer uitgesproken kleiner verspreidingsbereik (= hoger 5 % afwijking). Dit geldt ook voor een kleiner bindmiddelgehalte, wat een economisch en ecologisch voordeel oplevert.
Druksterkte na 28 dagen in N/mm2 90
Het compensatie-effect van hulpstoffen is ook nuttig voor andere invloeden op de verdichtingsbereidheid. Aan de hand van kolommen toont figuur 6 de sterkten van iedere straatsteen binnen één productiecyclus. Het toont aan dat variaties in de trillingsfrequentie op verschillende plankposities in praktische toepassingen resulteren in verschillende verdichtingsintensiteiten en in enorme sterktespreidingen.
Uitbloeiing CaCO 3
Concentratie van Ca ++ ionen Laag
Hoog
Figuur 5 : gemiddelde en karakteristieke sterkte bij betonvochtgehalte van 4,8% tot 5,3%
2 H 2O
(Hydratatie)
Laag Ca(OH) 2 + H 20 Capillaire porie gevuld met water
Concrete
(Verdamping)
Reactie van cement met water Ca(OH) 2
Hoog (Verzadigde verbindingen)
Figuur 8 : uitbloeiing en de noodzakelijke transportmechanismen Er zijn twee manieren waarop de calciumhydroxide het oppervlak van het beton kan bereiken:de concentratiegradiënt van calciumionen en de vochtgradiënt. Beide hebben water nodig als transportmedium. Hoe meer extern water er in het geharde beton naarbinnen dringt, hoe hoger het beschikbare potentieel van calciumionen, wat resulteert in een hoge neiging tot uitbloeiing. De waterabsorptie werd bepaald in het kader van de bovengenoemde laboratoriumtests (figuur 9). Als de water/bindmiddel-waarde toeneemt, neemt de waterabsorptie af als gevolg van de terzelfder tijd dalende densiteit. Deze grote verschillen in waterabsorptie tonen opnieuw dat zelfs de kleinste vochtvariaties bij de productie van beton kunnen leiden tot grote kwaliteitsverschillen, en in dit geval tot de neiging tot uitbloeiing.
85
Capillaire waterabsorptie na 4 dagen in M.-%
80 75 70
3,5
65
3,0
REFERENTIEBETON 0,40% LIGNOSULFONAAT
60
GEMIDDELDE
55
5% AFWIJKING
2,5
0,25% TENSIO-ACTIEVE STOF
2,0
0,30% HYDROFOBEER MIDDEL / TENSIO-ACTIEVE STOF
50
Het gebruik van hulpstoffen, in dit geval de capillair-actieve stof in onze laboratoriumproeven, kan de gevolgen van gebreken in de verwerkingstechnologie, die resulteren in verschillen in verdichting en dus in sterkte, tot een minimum beperken. Dus hulpstoffen compenseren ook schommelingen in trillingsfrequentie.
Vochtgehalte
0,0
0,1
1,5
0,2 0,2% TENSIO-ACTIEVE STOF
Hoeveelheid tensio-actieve stof toegevoegd in M.-% van cement
10% CEMENT
Figuur 7 : sterkte en verspreidingsbereik in verhouding tot de hulpstofdosering
Capillaire waterabsorptie Wij kennen allemaal het probleem van uitbloeiing: vooral bij donker gekleurde elementen hebben deze witte residus een negatieve invloed op de uitzicht van het beton. En als ze niet
betere waarden dan het referentiebeton. Voor de kleurbeoordeling bieden ze slechts een geringe hulp. Hydrofobeer middel (bijv. SikaPaver® AE-400) met hun waterafstotende eigenschappen daarentegen vertonen een haast constante waterabsorptie die langs de droge zijde aanzienlijk lager is dan bij zuivere plastificeerders. Daaruit volgt dat Hydrofobeer middel variaties in waterabsorptie en dus ook in uitbloeiing compenseren. Hoewel uitbloeiing niet volledig kan worden vermeden, resulteert dit in een homogene en duidelijk geringere neiging tot uitbloeiing met een permanent verbeterd kleureffect. Dit vermindert de kans op klachten van klanten, verbetert de duurzaamheid van betonproducten en leidt tot een middelenbesparende productie met een hogere toegevoegde waarde.
Conclusies Watergehalte en verdichting hebben een bepalend effect op slumpvrij beton. Variaties in watergehalte, die aanzienlijk kleiner zijn dan het vochtbereik dat momenteel wordt gebruikt bij de productie van beton, resulteren in enorme variaties in densiteit en vandaar ook in sterkte en uitbloeiing. Voor een ecologische en economische vervaardiging van betonproducten is het nuttig de schommeling van de productiefactoren zo laag mogelijk te houden. Hulpstoffen compenseren die schommelingen, wat niets dan voordelen oplevert voor zowel de producent als de eindklant (figuur 10).
Tijdbesparende productie door een snelle en intensieve verdichting Minder afgekeurde producten en tweederangsproducten door de schommelingen in verdichtingsbereidheid te compenseren Geoptimaliseerde betonsamenstelling door kleinere sterktespreidingen Duurzame betonproducten door een dichte betonstructuur Geringere neiging tot uitbloeiing dankzij een verminderde capillaire waterabsorptie Minder klachten van klanten door een constante kwaliteit en uitzicht
1,0
Figuur 10 : voordelen van hulpstoffen in de productie van betonnen straatstenen
0,5 0,0 0,34
0,36
0,38
Water/bindmiddel-waarde w/b Figuur 9 : waterabsorptie van beton beïnvloed door watergehalte en hulpstoffen Beton met hulpstoffen op basis van lignosulfonaat en tensioactieve stof vertoonden ongeveer dezelfde waarden als of iets
Hulpstoffen verruimen de smalle marge van optimale betonmengsels door de schommelingen in verdichtingsbereidheid te compenseren. Dat heeft als gevolg dat de homogenere productie op hoog niveau middelen helpt besparen en zowel economisch als ecologisch aan te bevelen is.
SikaPaver -hulpstoffensystemen Sika -technologie voor aardvochtig prefabbeton ®
Sika n.v. P. Dupontstraat 167 1140 Brussel België Tel. +32 2 726 16 85 Fax +32 2 726 28 09 E-mail :
[email protected] www.sika.be
Uw Sika verdeler
Op Sika producten is de meest recente versie van onze algemene leverings- en verkoopsvoorwaarden van toepassing. Raadpleeg altijd eerst het meest recente technisch informatieblad voordat U een product gaat gebruiken of verwerken. Aan deze uitgave mogen geen rechten worden ontkend.
Verantwoordelijke uitgever : E. Dehasque - gra phic design : Anne-Pascale Ma thy, Lyrama n.v. - 11/2006
®
