DE GELIJKVORMIGHEIDS- EN PRODUCTIECONTROLE ALS STURENDE ELEMENTEN VOOR HET OPTIMALISEREN VAN BETONSAMENSTELLINGEN

MOOI BEDACHT NUTTIG TOEGEPAST

DE GELIJKVORMIGHEIDS- EN PRODUCTIECONTROLE ALS STURENDE ELEMENTEN VOOR HET OPTIMALISEREN VAN BETONSAMENSTELLINGEN

Minne Peter KaHo Sint-Lieven – 28 november 2007

P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton

1

KADER

-Dit onderzoeksproject wordt gesteund door het IWT in het kader van het TETRA – Fonds. - Het onderzoek wordt uitgevoerd door: Katholieke Hogeschool Sint–Lieven Departement Industrieel Ingenieur Opleiding Bouwkunde

Universiteit Gent Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Bouwkundige Constructies Laboratorium Magnel voor Betononderzoek

DOELGROEP

- Producenten van stortklaar beton


2

SAMENSTELLING GEBRUIKERSCOMMISSIE

- FSBP (Federatie van Stortklaar Beton) - FEBELCEM (Federatie van de cementnijverheid) - SECO (Controle- en certificatie instelling) - GRALEX (Producent van granulaten) - FIPAH ( Federatie van de hulpstoffen) - Technologische Adviesdienst (Laboratorium Magnel) - Betoncentrales: - Blomme - De Rycke Gebroeders - F. Ottevaere & Co - Interbeton - Van Pelt


3

INHOUD PRESENTATIE

- Situering en probleemstelling - Productie van stortklaar beton Algemene werkwijze Bespreking van een aantal deelaspecten model voor waterbehoefte modellen voor druksterkte - Besluiten


4

SITUERING PROBLEEMSTELLING

De recente normen NBN EN 206 -1 en NBN B 15 -001 (specificatie – eigenschappen – vervaardiging – conformiteit) leggen heel wat nieuwe eisen op aan de producenten van stortklaar beton: - Er is een toenemend belang van de initial type testing - Er is een uitbreiding van de conformiteitscontrole - Er is een grondiger aanpak van de duurzaamheid - Er is een mogelijkheid voor het toepassen van het familieconcept Bovendien willen de betoncentrales een oplossing bieden aan: - Toenemende variatie van de grondstoffen en grondstofeigenschappen - Het gebruik van een nieuwe grondstof in een bestaand mengsel (voorbeeld: hulpstof, toevoegsel,…) - Algemeen: een betere beheersing van het productieproces


5

SITUERING PROBLEEMSTELLING

Het innovatiedoel van dit project situeert zich op drie vlakken:

- Implementatie van betontechnologische modellen - Aanwenden van de gelijkvormigheids- en productiecontrole voor het optimaliseren van betonsamenstellingen - Theoretische en praktische uitwerking van het familieconcept

De modellen, de statistische verwerking van de resultaten en het toepassen van het familieconcept worden ondersteund met software.


6

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON ALGEMENE WERKWIJZE

Bij het tot stand komen van een betonsamenstelling kan men een aantal fasen onderscheiden:

- Mix design – Initial type testing - Aanvangsproductie en vervolgproductie (Mix proportioning) - Gelijkvormigheids- en productiecontrole (De resultaten van deze controles gaan wij gebruiken om het proces te optimaliseren)


7

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON ALGEMENE WERKWIJZE MIX DESIGN – INITIAL TYPE TESTING

Doel: een mengselontwerp maken dat voldoet aan de gestelde eisen. grondstoffen

eisen

productie

ervaring betontechnologie modellen statistiek

mix design

initial type testing


8

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON ALGEMENE WERKWIJZE AANVANGS- EN VERVOLGPRODUCTIE

Doel: De variatie van de grondstoffen en het productieproces in rekening brengen (Mix proportioning) variatie van de grondstoffen

variatie van de productie

ervaring betontechnologie modellen statistiek

mix proportioning


9

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON ALGEMENE WERKWIJZE GELIJKVORMIGHEIDS- EN PRODUCTIECONROLE

Doel: actualisatie van de technologische modellen door gebruikt te maken van de data verkregen door het uitvoeren van de gelijkvormigheids- en productiecontrole.

data gelijkvormigheids- en productiecontrole

actualisatie modellen

mix design

grondstofparameters

mix proportioning


10

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - CONTROLES

Gebruikte betontechnologische modellen:

- modellen voor waterbehoefte - verwerkbaarheid - druksterktemodellen - modellen voor skeletopbouw - modellen voor het gebruik van hulpstoffen - controles voor duurzaamheid


11

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Voor de bepaling van de holle ruimtes in een skelet maakt men gebruik van de holleruimtediagramma’s van Powers. Parameters: SVM, KVM, korrelkromme, waterbehoefte bij standaardconsistentie Berekende grootheden: U, gemiddelde korrelafmeting U

U=

Vholtes Vvaste stof

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Vfijn / (Vfijn+Vgrof) P. Minne - optimaliseren van betonsamenstellingen bij stortklaar beton

12

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.1

0.2

0.3

mengverhouding

0.3

0.4

0.5

0.6

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.7

0.8

0.9

1.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.0

1.0

voids ratio 0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.8

0.9

1.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

be ton(combinatie mortel / granulate n)

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.2

0.7

mengverhouding

morte l (combinatie cement / zand)

0.1

0.6

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

mengverhouding

0.0

0.5

combinatie granulaat1&granulaat2 / granulaat3

voids ratio 0.0

0.4

mengverhouding

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

mengverhouding

voids ratio

voids ratio

voids ratio

0.2

0.5

combinatie zand1&zand2 / zand3

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.1

0.4

mengverhouding

combinatie cement1&cement2 / cement3

0.0

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

voids ratio

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

combinatie granulaat1 / granulaat2

combinatie zand1 / zand2

voids ratio

voids ratio

combinatie ce me nt1 / ce me nt 2

0.9

1.0

mengverhouding


1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

mengverhouding

0.7

0.8

0.9

1.0

VOIDS RATIO SKELET

13

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de cementeigenschappen op de waterbehoefte van het betonmengsel.

300

U=0.867

250

Simulaties tonen aan dat een lagere gemiddelde korrelafmeting van het cement de waterbehoefte van het betonmengsel doet afnemen.

d=0.0142

200

d=0.0092

150

d=0.0192

100 0

100 200 300 400 500 600 700 800 cement gehalt e (kg/m3 )

300

d=0,0142

250 U=0.867

200

U=1.067

150

U=0.667

Een lagere holle ruimte ratio van het cement doet opnieuw de waterbehoefte van het betonmengsel afnemen. Dit effect wordt meer uitgesproken bij grotere cementgehaltes.

Men kan stellen dat voor betonsamenstellingen met een hoog cementgehalte, de gemiddelde korrelafmeting minder belangrijk is dan de holle ruimte ratio.

100 0

100

200

300

400

500

600

700

800

cement gehalt e (kg/m3 )


14

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Gecombineerd effect van de gemiddelde korrelafmeting en de holle ruimte ratio van het cement op de waterbehoefte van het beton. 250

vrij water (l/m3)

230

cementgrafiek

210 CEM I 52.5N

190

CEM IIIA 32.5LA 170

CEM IIIA 42.5LA

150 0

100 200 300 400 500 600 700 800

Bij de productie van cement kan een reductie van de gemiddelde korrelafmeting (door het fijner malen van het cement) samen gaan met een steilere korrelkromme (meer monogranulair). Dit heeft tot gevolg dat de holle ruimte ratio wordt vergroot. Het gebruik van een identiek fijner cement in een rijk beton leidt dan meestal ook tot een grotere waterbehoefte.

cementgehalte (kg/m3)


15

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de eigenschappen van de grove granulaten op de waterbehoefte van het beton.

vrij water (l/m3)

300 250

Uca=0.678 d=7mm

200

d=12mm 150

d=14.5 d=17mm

100 0

100

200

300

400 500

600

700

800

Grove granulaten hebben een maximale korrelgrootte van ongeveer 10-20-30-40mm. Dit geeft voor de gemiddelde korrelgrootte 712-14,5-17mm. Algemeen kan men stellen dat de waterbehoefte daalt bij stijgende gemiddelde korrelgrootte en dalende holle ruimte ratio. Dit is geldig bij alle cementgehaltes


Het effect is meer uitgesproken bij lage cementhoeveelheden.

vrij water (l/m3)

300 250

d=12mm

200

Uca=0.678 Uca=0.778

150

Uca=0.878 Uca=0.978

100 0

100

200

300

400

500

600

700

800



Het gebruik van grotere maximale korrelafmeting van de grove granulaten laat toe meer fracties te gebruiken. Dit zal de waterbehoefte van het beton doen dalen en dit om 2 redenen: De holle ruimte ratio van de grove materialen is lager en er is een lagere interferentie tussen de korrels. Slechte korrelvorm van de grove granulaten moet vermeden worden.

16

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de eigenschappen van de fijne granulaten op de waterbehoefte van het beton.

vrij water (l/m3)

300

250

Ufa=0.591

200

d=0.7715 d=0.6715

150

Bij een dalende holle ruimte ratio daalt ook de waterbehoefte. Dit effect verkleint bij een stijgende cementhoeveelheid.

d=0.5715 d=0.8715

100 0

100

200

300

400

500

600

700

800

cementgehalte (kg/m3) 300

vrij water (l/m3)

De waterbehoefte daalt bij een dalende gemiddelde korrelafmeting van de fijne granulaten en dit bij alle cementhoeveelheden.

250

dfa=0.7715 Ufa=0.591

200

Ufa=0.491 150

Ufa=0.691 Ufa=0.791

100 0

100

200

300

400

500

600

700

800



Wills(1967) vond dat een wijziging van de vorm van de granulaten (komt tot uiting in een wijziging van de holle ruimte ratio) een wijziging van de waterbehoefte veroorzaakt dat 2-3 maal zo groot is als een analoge wijziging van korrelvorm bij de grove granulaten. De grafieken tonen aan dat dit enkel bij lage cementgehaltes zo is. In praktijk is het meestal zo dat hoe fijner het zand is, hoe groter de holle ruimte ratio is. Fijne granulaten zijn meestal meer monogranulair wat een hogere holle ruimte ratio verklaart. Wanneer men verschillende zanden onderling wilt vergelijken moet men de gecombineerde effecten bekijken. 17

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - WATERBEHOEFTE Parameterstudie: Invloed van de eigenschappen van de fijne granulaten op de

vrij water (l/m3)

waterbehoefte van het beton. 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100

Ufa=0.591 slump=35mm

dfa=0.7715 dfa=0.6000

30

35

40

45

50

55

De waterbehoefte van beton wordt bepaald voor 2 verschillende zanden.

60

vrij water (l/m3)

fijn/totaal granulaat(%) 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100

Ufa=0.591 slump=100mm

dfa=0.7715 dfa=0.6000

30

35

40

45

50

55

60

fijn/totaal granulaat(%)


18

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Parameterstudie: Overzicht van de druksterktemodellen Feret

f ccub

⎛ ⎞ ⎜ ⎟ 1 ⎜ ⎟ =K ⎜ ρc w ⎟ ⎜1+ ⎟ ρw c ⎠ ⎝

f ccub

⎛ c ⎞2 = K⎜ ⎟ ⎝ w⎠

2

3

Dutron

Bolomey

⎛c ⎞ f ccub = K ⎜ − K ' ⎟ ⎝w ⎠

Walz/Lambotte

⎛c ⎞ f ccub = f ccubc .k ⎜ − k ' ⎟ ⎝w ⎠

Dewar

f cu =

Buist

f cm ( j ) = a.N j +

Hanke

Abrams

3,3 f cem .R 10 F .w / c

f 28 f cem 28

⎡ w c + w⎤ = a + b.⎢ + ccl . ⎥ 100 ⎦⎥ ⎣⎢ c + c f . f + c m .m K

f ccub = 7


b −c w/c

1 .5

w c

19

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Parametrisatie: voorbeelden – Feret

⎛ ⎜ 1 fc = K ⎜ ⎜ 1 + 3.15W ⎜ C ⎝

– Abrams

fc =

2

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ 1 ver.

K 1.5

7

W C

Y = A⋅ X

1 par.

Y = A⋅ X

1 par.

1 ver.

– Bolomey

1 ver.

C ⎛C ⎞ f c = K ⎜ − K ' ⎟ = K − KK ' W ⎝W ⎠


Y = A ⋅ X + B 2 par.

20

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Modelkeuze: correlatie tussen gemeten en berekende druksterktes als maat voor de modelefficiëntie


21

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Modeloptimalisatie:

- Modelkeuze en parameterschattingen zijn niet definitief wijziging van grondstofkarakteristieken seizoensschommelingen gewijzigde eisen - Wanneer moet een model aangepast worden? modeltype en/of parameters? - Gebruik van betrouwbaarheidsintervallen is interessant (theorie lineaire regressie)(vb. intervallen die 90% van de waarnemingen omvatten.


22

PRODUCTIE VAN STORTKLAAR BETON DEELASPECTEN MODELLEN - DRUKSTERKTE Modeloptimalisatie: Gebruik van betrouwbaarheidsintervallen.


23

BESLUITEN

- Het aanwenden van betontechnologische modellen moet het mogelijk maken om: -Nieuwe mengsels te ontwerpen. -Mengsels tijdens het productieproces aan te passen in functie van de gewijzigde eigenschappen van de grondstoffen. -Verschillende leden van een familie transformeren naar het basislid. - De betontechnologische modellen worden geactualiseerd door data verkregen tijdens de gelijkvormigheids- en productiecontrole.


24

DE GELIJKVORMIGHEIDS- EN PRODUCTIECONTROLE ALS STURENDE ELEMENTEN VOOR HET OPTIMALISEREN VAN BETONSAMENSTELLINGEN

Recommend Documents