Ontwikkeling optimum beton INTERREG IV-A

B|A|S Rapport: Onderwerp:

2013-0857-001 Ontwikkeling optimum beton INTERREG IV-A

Datum rapport:

26 maart 2015

Projectnaam: Projectnummer: Datum onderzoek:

Optimum Beton 2013-0857 1 april 2013 – 31 maart 2015

Auteur:

ir. S. Leurs / Ing H.M.A. Pero

Thema: Trefwoorden:

Eindrapport Betonsensoren, -algoritmen, -metingen, -controle

B|A|S Rapport: 2013-0857-001 Pagina 2 van 70

Voorwoord In 2013 heeft B|A|S een aanvraag ingediend voor een Interreg-subsidie (IV A Deutschland – Nederland) voor het project Optimum Beton. Met als doel het verder ontwikkelen van innovatie binnen de traditionele betonwereld. Binnen de bouw komen innovaties vaak moeizaam van de grond, maar toch ziet B|A|S hier een vraag ontstaan naar het verder ontwikkelen van een aantal zaken rondom een vijftal onderzoeksdomeinen, namelijk real-time metingen op het gebied van water cement factor, opstijfgedrag, bekistingsdruk, duurzaamheid en scheurvorming in jong beton. Na gunning van de subsidie is het onderzoek uitgevoerd van april 2014 tot aan maart 2015. De resultaten van het onderzoek zijn in voorliggende rapportage weergegeven. B|A|S Research & Technology Venlo, april 2015


Samenvatting In het kader van Interegg IV is een ontwikkelproject gedefineerd voor het toepassen van innovatieve meetmethodieken (sensoren) aan verse betonspecie. Deze meetmethodieken moeten bouwplaats personeel concrete informatie verstrekken waardoor enerzijds kostenefficienter gebouwd kan worden en anderzijds de betonkwaliteit verbeterd kan worden. Concreet zijn 5 domeinen geidentificeerd waarvoor in het project meet-algoritmen moeten worden ontwikkelt en gevalideerd zodat in een vervolgfase sensoren ontwikkelt kunnen worden die op de markt gebracht kunnen worden. De 5 domeinen zijn: A. Meten van opstijfgedrag aan verse betonspecie B. Meten actuele water cement factor aan verse betonspecie C. Kalibreren betonmengsel om stortsnelheid te bepalen in functie van maximale bekistingsdruk D. Meten van permeabiliteit aan jong beton E. Ontwikkelen van berekeningsmodule die een scheurvrije massabeton constructie mogelijk maakt door toepassing van koelen en tegelijkertijd verwarmen van het beton De projectpartners zijn B|A|S Research & Technology en BGT, waarbij B|A|S de meetmethodieken, algoritmen en de sensoren ontwikkelt en BGT de vermarkting, positionering en product / markt combinaties defineert. In het project zijn succesvolle meetmethodieken, algoritmen en concept sensor technologiën ontwikkelt voor domein A, B en C. Domein D is intensief onderzocht, echter er is geen succesvolle meetmethode ontwikkelt. Domein E heeft geleid tot een aangepaste modelleringmethodiek. De projectpartner B|A|S heeft de intentie om de in het project ontwikkelde meetmethodieken en algoritmes verder te ontwikkelen in sensoren en deze op de markt te brengen. Gedurende het project is fundamentele kennis ontwikkelt welke gedeeld is via publicaties, events en deelname aan beurzen. Tevens is een raad van advies gevormd met Duitse en Nederlandse vertegenwoordigers uit de betonindustrie zodat zeker is gesteld dat de opgedane kennis breed is verspreid. Het voorliggende rapport en haar onderleggers is gepubliceerd op de project webportaal en kan door geïnteresseerden worden opgevraagd. Het project heeft uitgewezen dat er klantbehoefte is om deze meetmethodieken en nader te ontwikkelen sensoren in te zetten. Dit heeft er toe geleid dat reeds nu extra arbeidsplaatsen zijn ontstaan om dit in de nabije toekomst mogelijk te maken. De meetmethodieken en algoritmen die in het project zijn ontwikkelt kunnen internationaal worden toegepast en beperken zich niet tot Nederland en Duitsland. Wel geldt dat productontwikkeling, productie, vermarkting en klantondersteuning plaats vindt in de Interreg regio Rhein-Maas-Nord, zodat in deze regio economische waarde wordt gecreëerd.


Inhoudsopgave 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Inleiding ........................................................................................................................ 6 Water cement factor ....................................................................................................... 6 Opstijfgedrag / Bekistingsdruk ....................................................................................... 6 Voorspelling van de duurzaamheid aan de hand van de permeabiliteit ........................ 7 Scheurvorming jong beton ............................................................................................. 7 Doelen en werkmethode ................................................................................................ 7

2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.5.1 2.5.2

Onderzoeksdomeinen.................................................................................................. 7 Opstijfgedrag .................................................................................................................. 7 Theorie ........................................................................................................................... 7 Literatuurstudie .............................................................................................................. 8 Bestaande meetmethoden ........................................................................................... 10 Water cement factor ..................................................................................................... 15 Theorie ......................................................................................................................... 15 Literatuurstudie ............................................................................................................ 15 Bestaande meetmethoden ........................................................................................... 18 Bekistingsdruk .............................................................................................................. 19 Theorie ......................................................................................................................... 19 Literatuurstudie ............................................................................................................ 19 Scheurvorming in jong beton ....................................................................................... 25 Theorie ......................................................................................................................... 25 Literatuurstudie ............................................................................................................ 25 Voorspelling van de duurzaamheid aan de hand van de permeabiliteit ...................... 25 Theorie ......................................................................................................................... 25 Bestaande meetmethoden ........................................................................................... 25

3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3

Onderzoeksopzet ....................................................................................................... 27 Opstijfgedrag ................................................................................................................ 27 Parameters ................................................................................................................... 27 Hypothesen .................................................................................................................. 28 Toegepaste meetmethodieken .................................................................................... 28 Resultaten .................................................................................................................... 29 Water cement factor ..................................................................................................... 30 Parameters ................................................................................................................... 30 Onderzoeksvragen ....................................................................................................... 30 Toegepaste meetmethodieken .................................................................................... 30 Bekistingsdruk .............................................................................................................. 30 Voorspelling van de duurzaamheid aan de hand van permeabiliteit ........................... 31 Parameters ................................................................................................................... 31 Hypothesen .................................................................................................................. 32 Toegepaste meetmethodieken .................................................................................... 32

4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3

Resultaten ................................................................................................................... 32 Opstijfgedrag ................................................................................................................ 32 Humm-sonde ................................................................................................................ 32 Verbeterde Humm meting ............................................................................................ 36 Ultrasoon ...................................................................................................................... 41 Knetbeutel .................................................................................................................... 44 Temperatuursstijging.................................................................................................... 47 Water cement factoren ................................................................................................. 48 Radar methode ............................................................................................................ 48 Diëlektrische weerstandsmeting .................................................................................. 49 Bekistingsdruk .............................................................................................................. 53 Humm sonde en Knetbeutel ........................................................................................ 53 Drukresultaten .............................................................................................................. 53 Scheurvorming in jong beton ....................................................................................... 56 Beeldvormend onderzoek ............................................................................................ 56 Praktijkcase .................................................................................................................. 59 Simulatie koppelen aan actueel sensorsysteem .......................................................... 60


4.5

Voorspelling van de duurzaamheid.............................................................................. 60

5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 5.4.1 5.4.2 5.5 5.5.1 5.5.2

Conclusies en aanbevelingen ................................................................................... 64 Opstijfgedrag ................................................................................................................ 64 Humm sonde ................................................................................................................ 64 Verbeterde Humm meting ............................................................................................ 65 Ultrasoonmeting ........................................................................................................... 65 Knetbeutel .................................................................................................................... 66 Conclusie ..................................................................................................................... 66 Water cement factor ..................................................................................................... 66 Hoogfrequente radarmethode ...................................................................................... 66 Diëlektrische weerstandsmeting .................................................................................. 67 Conclusie ..................................................................................................................... 67 Bekistingsdruk .............................................................................................................. 68 Vergelijk verschillende rekenmethodes ....................................................................... 68 Conclusie ..................................................................................................................... 69 Scheurvorming in jong beton ....................................................................................... 69 Eindige elementen analyse .......................................................................................... 69 Conclusie ..................................................................................................................... 69 Voorspelling duurzaamheid aan de hand van permeabiliteit. ...................................... 70 Meting permeabiliteit .................................................................................................... 70 Conclusie ..................................................................................................................... 70


1

Inleiding De bouw is een traditioneel werkveld waarbinnen proces optimalisering en product innovaties moeizaam tot stand komen. Dit is ook het geval voor innovaties op het gebied van monitoring en sensortechnogie. Bovendien worden innovaties tot op heden niet gestimuleerd vanuit de bestaande regelgeving. De regelgeving is namelijk primair gericht op eindresultaten en niet op het proces. Dit resulteert in het ontstaan van risico’s en de daarbij behorende faalkosten. De introductie van nieuwe technologie in de vorm van monitoring en sensortechnologie kan een aanzienlijke kostenbesparing opleveren (zowel in faalkosten als voorkomen van overdimensionering) alswel een verbetering geven in de geleverde kwaliteit van het product. B|A|S heeft internationale ervaring en marktacceptatie verworven met een door B|A|S ontwikkelde realtime temperatuur- en rijpheidmeetoplossing. Bouwbedrijven hebben kunnen ervaren dat ze kostentechnisch kunnen optimaliseren als het bouwplaatspersoneel toegang heeft tot de vroegtijdige sterkte en temperatuur data van relevante storts. Deze informatie zorgt voor een optimalisatie in gebruikte bekisting, cyclus tijden (balans kosten / prestatie mengelontwerp, bouwtijd en bouwplaatskosten) en geeft een verbetering van de betonkwaliteit (inzicht in temperatuursspanningen, zichtbeton, benodigde nabehandeling met name gedurende de winter). B|A|S heeft ondervonden dat de marktacceptatie met name te danken is aan de eenvoud van de sensoren in combinatie met professionals op afstand. Het zogenaamde concremote systeem heeft geen knopjes op de hardware (sensoren) en bij het gebruik is geen betontechnologische kennis benodigd van het bouwplaatspersoneel om een meting te starten. De meetdata is via een webportaal door alle stakeholders te bereiken wat leidt tot een resultaatgerichte aanpak en dialoog tussen bouwplaatspersoneel en specialisten op afstand (betontechnologen, engineering, kwaliteitsmedewerkers etc). Hier komt naar voren dat bouwplaatspersoneel behoefte heeft aan eenvoudige en duidelijke handelsadviezen, welke een positief effect heeft op de dagelijkse routine. B|A|S ziet op dit moment een klantbehoefte naar uitbreiding van bovenstaande services met de volgende features: - Instant check van de water cement factor; - Real-time meten van zetting; - Optimalisatie model bekistingsdruk (overdimensionering voorkomen); - Check duurzaamheid van het beton geleverd op de bouwplaats; - Voorkomen scheurvorming in jong beton.

1.1

Water cement factor Indien beton met een onjuiste water cementfactor is geleverd kunnen de gevolgen groot zijn. Een onjuiste water cement factor kan bijvoorbeeld leiden tot scheurvorming door krimp en daarmee de duurzaamheid van een constructie bedreigen. Een onjuiste water cementfactor kan daarnaast leiden tot een andere druksterkte dan vereist. Als op voorhand duidelijk is dat niet de juiste water cementfactor is geleverd kan de levering worden teruggestuurd of kunnen er maatregelen worden getroffen. Daarmee worden faalkosten voorkomen. Ook kan worden bijgestuurd bij het doen van rijpheidsmetingen. Voor rijpheidsmetingen worden zogenaamde ijklijnen toegepast. Deze zijn o.a. afhankelijk van de water cement factor. Dit betekend dat wanneer een onjuiste water cement factor is geleverd de voorspelling van de actuele sterkte niet juist wordt weergegeven. Indien dit bekend is kan dit worden aangepast. Dit komt de kwaliteit van betonnen eindproduct ten goede.

1.2

Opstijfgedrag / Bekistingsdruk Het opstijfgedrag omvat de eerste uren na de stort. De eerste uren heeft de beton nog geen draagcapaciteit en oefent het verse beton grote krachten uit op de bekisting. Hierin speelt het opstijfgedrag een grote rol. Indien het opstijfgedrag van het beton kan worden gemeten betekent dit dat overdimensionering van de kist niet meer nodig is en de daarbij behorende onnodige kosten kunnen worden voorkomen. Ook kan de stortsnelheid worden geoptimaliseerd wat tot tijdswinst kan leiden in het bouwproces.


Naast voordelen voor de bekisting kan aan de hand van het opstijfgedrag het juiste moment van afwerken / nabehandelen nauwkeurig worden bepaald. Dit is nu een subjectieve ervaringskwestie van het bouwplaatspersoneel. Nabehandeling en verwerking op het juiste moment kan latere schade (is faalkosten) voorkomen en levert een kwalitatief hoogwaardiger product. 1.3

Voorspelling van de duurzaamheid aan de hand van de permeabiliteit Dit onderzoekspunt omvat een voorspelling van de te bepalen duurzaamheid. Het vermoeden bestaat dat door het uitvoeren van metingen aan de verse beton de duurzaamheidsprestatie van het geleverde beton op de lange termijn kan worden voorspeld. Men kan dan op voorhand voorspellen hoe de degradatie van de betonnen structuur zich ontwikkelt en op welke termijn dit tot uiting komt. Dit kan worden meegenomen in het onderhoudsplan van de constructie.

1.4

Scheurvorming jong beton Bij het storten van met name grote (massa)betonconstructies kan al in een vroege fase scheurvorming ontstaan door toedoen van thermische krimp. Op een later tijdstip moeten deze scheuren worden gerepareerd. Uiteraard leidt dit tot bouwtijdvertraging en extra kosten. Dit probleem kan opgelost worden door een accurate modellering van de optredende (warmte)spanning. Het mengsel en de uitvoer (stortplan) kunnen hiermee dusdanig worden aangepast zodat scheurvorming in jong beton wordt voorkomen. Daarnaast moet onderzocht worden of kunstmatig koelen en verwarmen van beton spanningen verder reduceert en dus scheurvorming voorkomt.

1.5

Doelen en werkmethode Doel van het onderzoek is de ontwikkeling en validatie van algoritmen en prototype sensoroplossingen om real-time metingen uit te voeren in de hierboven omschreven domeinen. Daarbij is met name gekeken naar de situatie in West Europa. Het onderzoek onderscheid zich door niet alleen onderzoek uit te voeren onder laboratoriumcondities, maar ook onder koud- en warmweer condities. Op die manier omvat het onderzoek een zeer realistische marktbenadering. Om tot een gedegen resultaat te komen is gestart met een uitgebreid literatuuronderzoek naar beschikbare methoden wereldwijd. Dit literatuuronderzoek is gebruikt als onderlegger voor de opzet van het uiteindelijk uitgevoerde onderzoek. Het onderzoek betrekt diverse parameters die van invloed kunnen zijn op de onderzoeksdomeinen, zoals de hierboven genoemde temperatuur, diverse (in Nederland en Duitsland toegepaste) cementsoorten, verschillende (in de praktijk toegepaste) water cement factoren en het gebruik van PCE’s. De resultaten van het onderzoek met de daaruit voortvloeiende resultaten en aanbevelingen zijn in voorliggende rapportage uitgebreid uiteengezet.

2

Onderzoeksdomeinen

2.1

Opstijfgedrag

2.1.1

Theorie Bij de bouw van betonconstructies is de timing van afwerking en nabehandeling cruciaal voor de productkwaliteit en ter voorkoming van schade in de toekomst. Dit moment wordt in de huidige bouwpraktijk gebaseerd op persoonlijke ervaring of methoden die een grote interpretatievrijheid kennen. Als opstijfgedrag real-time kan worden gemeten kan op het juiste moment een signaal naar de bouwplaats worden verzonden om het nabehandelen / afwerken te starten. Hiernaast is zetting een belangrijke parameter voor het bekistingsontwerp. Projectspecifieke bekisting is vaak overgedimensioneerd omdat er een gebrek aan kennis bestaat met betrekking tot opstijfgedrag. Verbetering van kennis en monitoren van opstijfgedag binnen een project kan leiden tot een beter kostenmanagement.


2.1.2

Literatuurstudie

2.1.2.a

Relatie opstijfgedrag en tijd De belangrijkste reactieproducten tijdens het verharden van beton zijn calcium sillicium hydrataat (verder CSH genoemd) en calciumhydroxide (verder CH genoemd). De ontwikkeling van deze producten is in onderstaande figuur grafisch weergeven voor een standaard Portlandcement. Als we het over het opstijfgedrag hebben spreken we over de eerste uren na de stort (het omlijnde gebied).

Figuur 1: Ontwikkeling van CSH en CH in een Portlandcement.

In de literatuur is veel geschreven over de zogenaamde begin- en einde binding (“initialen final set”) en de meeste testmethoden onderzoeken dan ook deze punten in het hydratatieproces van beton. Echter ons onderzoek heeft uigewezen dat op deze punten de beton al een zeker draagkrachtcapaciteit bereikt heeft en vaak moet het nabehandelen en afwerken al zijn ingezet voordat deze punten zijn bereikt.. Daarom introduceert dit onderzoek twee nieuwe definities, namelijk begin opstijf (initial stiffness) en einde opstijf (final stiffness). In onderstaande figuur is dit gebied schematisch weergegeven samen met initialen final set genoemd in de literatuur. Initial stiffness

Final stiffness

Figuur 2: Schematische weergave begrippen begin en einde opstijf.

Daarnaast moet genoemd worden dat de meetmethoden vermeld in de literatuur veelal gebaseerd zijn op testen op mortel en niet op beton. Hierdoor is de meetmethode in een laboratorium uitvoerbaar en is deze dus minder / niet gericht op de praktijk. De meeste testen gevonden in de literatuur zijn verbonden aan de parameter indringing (Humm, Vicat, ASTM C403, Knetbeutel). De bij normering vastgelegde meetmethoden zijn verder uitgewerkt in de paragraaf over bestaande meetmethoden. Temperatuur, rijpheid en tijd hebben alles te maken met sterkteontwikkeling. Ook is er een methode met een ultrasoonmeting voorhanden.


In diverse onderzoeken is beschreven dat het toepassen van plastificeerder invloed heeft op het 1 opstijfgedrag. Zie ook onderstaande figuur .

Figuur 3: Dormante periode met en zonder PCE plastificeerder.

2.1.2.b

Relatie opstijfgedrag en rijpheid Vooralsnog is er gesproken over de relatie opstijf en temperatuur. Een beter gekwalificeerde eenheid is wellicht de rijpheid, deze grootheid is afgeleid uit de verhardingstijd in combinatie met de temperatuur. Met rijpheid kan worden aangegeven tot in hoeverre de beton is ontwikkeld. Deze grootheid wordt gebruikt om de druksterkte ontwikkeling van het beton in de tijd te kunnen meten en vaststellen. In Nederland en Duitsland wordt er gebruik gemaakt van de zogenaamde gewogen rijpheid (de Vree), hierbij worden de verhardingseigenschappen van de cementsoort ook meegenomen als factor (Cwaarde). Het vermoeden bestaat dat hiermee het element cementsoort, tijd en temperatuur kan worden geëlimineerd in het vaststellen van het begin- en einde binding. De gewogen rijpheid volgens de Vree wordt berekend volgens de formule

10(C (0,1T −1,245 ) − C ( −2.245 ) Rg = ln C Hier is Rg de gewogen rijpheid bepaald over 1 uur, C een waarde specifiek voor het gebruikte cement en T de gemiddelde betontemperatuur in dat uur. In de Verenigde Staten zijn diverse onderzoeken uitgevoerd waarbij een link gelegd kan worden tussen opstijfgedrag en de rijpheid. In de onderzoeken onderzocht in de literatuurstudie wordt gebruik gemaakt van de zogenaamde “equivalent age method”. Deze methode werkt echter anders als de rijpheid die in Nederland en Duitsland gebruikt wordt. Bij deze methode wordt er gesproken over een zogenaamde equivalent age welke kan worden omschreven met de volgende formule: t  E  1 1  ∆t t e = ∑ exp  −  − 273 273 R + T + T 0 c r    t e is hierin een equivalente leeftijd bij de referentie curing temperatuur (h), ∆t is het chronologische

TC de gemiddelde temperatuur in het beton, TR een constante referentietemperatuur, E de benodigde activatie-energie en R de universele gasconstante (8,314 J/mol K).

tijdsinterval,

De activatie-energie brengt de gevoeligheid van het mengsel in rekening en heeft dezelfde functie als de C-waarde bij methode de Vree.

1

Gepubliceerd in Bauportal nr 3, Maart 2010 (special over Frischbetondruck)


Met behulp van deze methode wordt in het Journal of materials in civil engineering (ASCE) van Maart 2010) een onderzoek naar het verband tussen opstijfgedrag en rijpheid beschreven. Hier is onderzoek gedaan op OPC, beton met hoogovenslak en beton met vliegas. Het onderzoek is uitgevoerd onder drie verschillende temperatuursregimes. Uit het onderzoek van de Amerikanen volgt dat er een relatie bestaat tussen rijpheid en de indringingsweerstand gemeten volgens de ASTMC403 methode (omschreven in de volgende paragraaf). Bij de onderzochte mengsels heeft temperatuur of water cement factor geen invloed. Het toevoegen vliegas of hoogovenslak heeft wel effect op de equivalente leeftijd. Zie ook de onderstaande figuren.

Figuur 4: Weerstand uitgezet tegenover tijd en equivalente leeftijd (rijpheid).

Figuur 5: Resultaten bij verschillende water cement factor en cementsoorten.

De relatie tussen opstijfgedrag en rijpheid wordt ook teruggevonden in een Nordtest methode (NT Build 476). Deze testmethode beschrijft dat het beton is opgesteven als 12,5 kJ warmte wordt geproduceerd per kg cement. Deze benodigde energie wordt berekend aan de hand van de temperatuursontwikkeling in het beton. 2.1.3

Bestaande meetmethoden Binnen het literatuuronderzoek zijn diverse meetmethodes bestudeerd. De volgende zijn uitgekozen als potentiële onderzoeksmethoden: - EN 196-3: Vicat - ASTM C403 - Oostenrijkse kubus - NEN-EN 2743: Humm sonde - Ultrasonic Solid Check - DIN 12218: Knetbeutel

2.1.3.a

EN 196-3: Vicat Deze proef wordt uitgevoerd op mortel (cement en water). Regelmatig wordt de indringdiepte van een zogenaamde naald gemeten. Bij een zekere indringing is begin binding bereikt. Als de naald niet meer in de mortel in kan dringen is einde indringing bereikt.


Figuur 6:

Vicat toestel.

Voordelen: Goed regelbaar / automatiseerbaar / meetbaar Nadelen: Test op mortel (niet toepasbaar op de bouwplaats). Gebaseerd op begin- en einde binding en niet op opstijfgedrag. De test moet worden uitgevoerd onder laboratoriumcondities (afwijking van de praktijk) 2.1.3.b

ASTM C403 De meetopstelling voor de test conform de ASTM C403 bestaat uit de opstelling in de onderstaande afbeelding. De ASTM C403 wordt uitgevoerd op een gezeefde betonspecie (4,75 mm doorval). Op een regelmatig tijdstip wordt de weerstand vastgelegd welke benodigd is voor de indringing van een naald in de mortel (25 ± 5 mm in 10 ± 2 seconden). De benodigde kracht kan worden afgelezen in het afleesvenster. Bij een bereikte weerstand van 3,4 MPa (benodigde kracht gedeeld door het oppervlakte van de naald) is begin binding bereikt. Een weerstand van 27,6 MPa is de waarde behorende bij einde binding.

Figuur 7:

Proefopstelling ASTM C403


Voordelen: Goed automatiseerbaar / meetbaar Nadelen: Test op gezeefde betonspecie (niet toepasbaar op bouwlocatie). Gebaseerd op begin- en einde binding en niet op opstijfgedrag. De test moet worden uitgevoerd onder laboratoriumcondities (afwijking van de praktijk). 2.1.3.c

Oostenrijkse kubus Naast indringdiepte zijn er in de literatuur aanwijzingen teruggevonden dat het begin opstijven ook 2 gemeten zou kunnen worden aan de hand van het temperatuursverloop in de tijd . Een illustratie hiervan is weergegeven in onderstaande figuur.

Figuur 8: Temperatuursverloop in het verhardingsproces

In Oostenrijk is een richtlijn voor zelfverdichtend beton waarin deze meetmethode is omschreven. Hierin staat een test omschreven voor de bepaling van einde binding. Het beproefde beton bevindt zich hierbij in een semi-adiabatisch kubus van 200x200x200 mm. Op regelmatige basis worden temperatuursmetingen uitgevoerd. Einde binding van een beton wordt vastgesteld bij een temperatuursstijging van 3 K (zelfverdichtend beton).

Figuur 9:

200 x 200 x 200 mm kubus

Voordelen: Goed uitvoerbaar op bouwlocatie / automatiseerbaar / meetbaar Nadelen: 3 K is alleen vastgesteld bij zelfverdichtend beton, voor gewoon beton is hiervan nog niets bekend. Ontwikkeltraject. 2.1.3.d

2

NEN-EN 2743: Humm sonde Deze testmethode wordt toegepast op monolithisch afgewerkte betonvloeren. Gedurende de test worden twee emmers gevuld met betonspecie. Op gezette tijden wordt de indringdiepte bepaald met een zogenaamde Humm sonde. De Humm sonde is een dikke naald (± 20 mm) met een valgewicht (0,5 kg). Bij iedere meting wordt de Humm sonde rechtop in de beton geplaatst. Vervolgens wordt het valgewicht 25x geheven en wordt de indringdiepte opgemeten. De meting is afgelopen wanneer de indringing kleiner is dan 20 mm. In de norm wordt opgemerkt dat uit praktijkonderzoek is gebleken dat een indringing van 35 mm veelal een goed moment is om te starten met het afwerken van de betonvloer.

Erstarrungsverhalten von SVB, Graubner, Kaiser und Proske, Darmstadt concrete 21 (2006)


Figuur 10:

Humm sonde

Voordelen: Goed uitvoerbaar op bouwlocatie Nadelen: Slecht automatiseerbaar / Meting beïnvloedbaar door uitvoerende partij (bijv scheef houden naald) / Toevoeging verdichtingsenergie door uitvoeren meting (valgewicht). 2.1.3.e

Ultrasoon meting Sinds kort zijn er meetsystemen op de markt voor het meten van zetting op basis van ultrasone golven. Een dusdanig systeem is in onderstaande figuur weergegeven. Op de bouwplaats wordt de kubus afgebeeld in de afbeelding gevuld met beton. Op het moment dat het beton is opgesteven geeft het apparaat aan dat einde binding is bereikt.

Figuur 11: Ultrasoon meetapparaat.

Voordelen: Praktische methode op de bouwplaats. Nadelen: Meetmethode duurt net zo lang als de werkelijke zetting duurt. Geen voorspellend vermogen (te laat voor bijv dimensionering van de bekisting). Alleen einde binding. Meting aan proefstuk en niet aan het betonelement (proefstuk heeft mogelijkerwijze andere zetting dan betonelement). In de literatuur wordt een onderzoek beschreven waarbij een link wordt gelegd tussen een ultrasoon 3 meetmethode en de sterkteontwikkeling van beton . De testen beschreven in dit document maken gebruik van akoestisch-ultrasone meetmethodes. De testen zijn uitgevoerd in een standaard kubusmal met aan weerzijde ingebouwde transducers. Daarnaast zijn metingen meegenomen met het Proceq Pundit toestel (ultrasone pulssnelheid). De resultaten van het onderzoek zijn in onderstaande figuren weergegeven. Uit de resultaten uitgevoerd op een CEMI en een CEMIIIB volgt een lineaire relatie tussen de relatieve amplitude van een ultrasoonmeting en de sterkteontwikkeling.

3

Monitoring strenght development in concrete (acousto-ultrasonic methods) – CPI – Concrete plant international – 4|2014


Figuur 12:

Relatie relatieve amplitude en druksterkte.

In het project hebben we de beschikking over een ultrasoon apparaat (Proceq). In de regel wordt deze toegepast bij verhard beton. Tijdens een proefstort is bekeken wat er gebeurd in het beton met de ultrasone pulssnelheid tijdens het opstijven. Al snel bleek dat er een vermoedelijk een omslagpunt bestaat bij bereiken van initiële stijfheid. Voor toepassing is een aangepaste kubusmal benodigd (voor bevestiging transducers). De meetopstelling is in onderstaande afbeelding weergegeven.

Figuur 13: Proefopstelling

Voordelen: Vermoedelijk kan hiermee begin stijfheid worden vastgesteld. Automatiseerbaar. Toepasbaar op de bouwplaats. Nadelen:

Nog geen bewezen methode. Ontwikkeltraject. Relatie proefmonster en betonelement nader te onderzoeken.


2.1.3.f

DIN 18218 Knetbeutel De Knetbeutel test bestaat uit het knijpen in een met beton gevulde plastic zak. Op een regelmatig tijdstip wordt daarbij vastgesteld in welke fase het beton zich bevindt. De fasen zijn weergegeven in onderstaande tabel. Bij het bereiken van fase 6 (indrukbaarheid tot maximaal 1 mm) is de beton opgesteven. Vermoedelijk is fase 6 gelijk aan einde opstijfgedrag (einde opstijf). Consistentie Beschrijving 1 Vloeibaar Vers beton 2 Zacht Iets opgesteven beton 3 Plastisch Kneedbaar 4 Stijf Indrukbaar tot een maximale diepte van 30 mm 5 Semi-vast Indrukbaar tot een maximale diepte van 10 mm 6 Opgesteven Minder dan 1 mm indrukbaar Tabel 1: Fasen in de betonverharding volgens de Knetelbeuteltest.

Voordelen: Makkelijk uitvoerbare test (geen speciale apparatuur benodigd). Uitvoerbaar op de bouwplaats. Nadelen: Zeer subjectief (resultaten afhankelijk van de persoon die de test uitvoert). 2.2

Water cement factor

2.2.1

Theorie De water cement factor is de verhouding tussen het water en het cement in het beton. De water cement factor is een belangrijke controleparameter voor betonkwaliteit. Er is echter geen eenvoudig uit te voeren test voorhanden om de actuele water cementfactor van verse betonspecie te testen. Een onjuiste water cement factor kan bijvoorbeeld leiden tot scheurvorming door krimp of afwijkingen in de betondruksterkte. Dit kan de duurzaamheid van de betonconstructie beinvloeden. Verder kan het meten van de actuele water cement factor tot verbetering leiden van real-time rijpheidsmetingen. De rijpheidsmethode berekent de sterkteontwikkeling aan de hand van een gemeten tijd / temperatuur. Hiervoor is een ijklijn benodigd die onder andere wordt beïnvloed door de water cement factor. Indien de geleverde betonspecie een afwijkende water cement factor heeft kan de ijklijn worden aangepast en daarmee het meetresultaat geoptimaliseerd. Dit resulteert in een betere berekening van de bereikte druksterkte.

2.2.2

Literatuurstudie

2.2.2.a

Diëlekrische weerstand In een publicatie (ACI materials journal – December 2010) wordt gesproken over een succesvolle meetmethode voor het bepalen van de water cement factor van specie aan de hand van een diëlektrische meetmethode. In dit onderzoek is met behulp van een zogenaamde Wenner Probe een relatie gevonden tussen de water cement factor en de diëlektrische constante. Met behulp van een Wenner Probe kunnen metingen plaats vinden aan de permeabiliteit van verhard beton. Bij deze methode wordt de Wenner probe juist in de verse betonspecie geplaatst. Dit is echter alleen nog uitgevoerd op betonspecie met Portlandcement (OPC) en betonspecie met een kleine hoeveelheid vliegas en alleen onder laboratoriumomstandigheden. De meting wordt uitgevoerd middels een meetsensor afgebeeld in onderstaande afbeelding. De sensor bestaat uit vier rvs elektrodes op een afstand van 2,5 cm van elkaar. De testopstelling bestaat verder uit een stroomvoorziening en een weerstand (160Ω). De twee buitenste elektrodes van de sensor worden verbonden aan het stroomcircuit. De stroomvoorziening dient een spanning te leveren van 1,5 V (AC) met een 1kHz sinusvormige golf. Voltmeters worden aangesloten op de bekende weerstand en op de binnenste elektroden. Met behulp van het gemeten voltageverschil over de bekende weerstand kan de aanwezige stroomsterkte worden bepaald (wet van Ohm). Zodra deze bekend is kan de elektrische weerstand van de beton worden berekend aan de hand van het gemeten potentiaalverschil en de berekende stroomsterkte.


Figuur 14:

Meetsensor.

Het elektrisch schema van de meetprocedure is in onderstaande figuur afgebeeld.

Figuur 15:

2.2.2.b

Elektrisch schema

Figuur 16: Elektrisch schema sensor

Radarmetingen Het Duitse bedrijf Imko heeft onlangs een experimentele meetmethode ontwikkelt gebaseerd op een hoogfrequente radartechnologie. De methode meet het vochtgehalte van betonspecie en middels de vooraf bepaalde hoeveelheid cement kan de water cement factor worden berekend. Nadeel van de meeste sondes die het vochtgehalte bepalen is dat deze geijkt moet worden aan het gebruikte toeslagmateriaal. De meeste sondes zijn namelijk gebaseerd op microgolven. De hoogfrequente radarpulstechnologie kan in theorie zonder een ijkprocedure worden doorgevoerd. De water cementfactor analyse vindt plaats middel Trime TDR-technogie (Time-Domain-Reflectometry). Vanuit de sonde wordt een hoogfrequente radarpuls (1 GHz) uitgezonden. De reflectie van deze puls wordt opgevangen in de sonde als EC-trime parameter (elektrische conductiviteit met eenheid dS/m). Tijdens onderzoek is de volgende grafiek opgesteld. Uit onderstaande grafiek volgt dat in de tijd een constante parameter wordt gevonden behorende bij een bepaald vochtgehalte. In de grafiek zijn het vochtgehalte (blauwe lijnen) en de elektrische conductiviteit (groene lijnen weergegeven).


Grafiek 1: Gedrag EC-trime parameter in de tijd.

Betonspecie valt binnen het volgende meetbereik:

Figuur 17: Meetbereik in betonspecie.

De meetapparatuur is geschikt voor betonspecie in consistentieklasse F2 tot F6. De voor- en nadelen van een vergelijkend onderzoek uitgevoerd met een radar en een microgolf sonde zij in onderstaande tabel weergegeven. Thema

Radar

Korrelvorm / grootte

Geen afhankelijkheid van 0/2 zand tot aan 8/16/32 grind. Geen invloed door gaaf- of gebroken toeslagmateriaal.

Fijnaandeel

Geen invloed

Kalibrering bij ingebruikname Langeduurstabiliteit bij schurende materialen Temperatuur Controle van water cementfactor

Geen kalibrering van toeslagmateriaal benodigd. Fijnafstelling (±0,3%) is met een universele kalibratiecurve mogelijkheid. Een autocorrectie maakt een langeduursinzet mogelijk bij schurende materialen. Geen / geringe afhankelijkheid. Er zijn sondes met een meetbereik tot aan 200 graden celcius. Water cementfactor vanaf 0,40 mogelijk

Microgolf Significante afhankelijkheid. Geringe veranderingen in het toeslagmateriaal vragen om nieuwe kalibrering van de meetapparatuur. Grotere toeslagkorrels leiden tot problemen. Veel invloed bij variërend fijnaandeel. Bij zeer hoog fijnaandeel meetproblemen. Moet per gebruikt toeslagmateriaal worden gekalibreerd.

Nakalibratie noodzakelijk.

Aanzienlijke invloed Niet bekend.


Meetbereik vochtgehalte

Meting mogelijk tot een 100% vochtgehalte.

Niet bekend.

Tabel 2: Vergelijk hoogfrequente radar- en microgolf meting.

2.2.3

Bestaande meetmethoden

2.2.3.a

Droogmethodes De droogmethodes worden zowel beschreven in de Nederlandse norm NEN5960 (oven drogen), de Ö-norm B3326:1999-08 (magnetron drogen) als de DIN 1048-1:1991-06 (Pan testing method), drogen middels gas). De methode is gebaseerd op het terugwegen van monsters voor en na drogen. Bij een vooraf bekende hoeveelheid cement is het mogelijk om de water cement factor te bepalen. Voordeel: Nadeel:

2.2.3.b

Nuclear guage method (ASTM C 1040) Dit is een methode gebaseerd op radio-activiteit met veelbelovende resultaten. Echter het apparaat mag alleen worden bedient door getrainde professionals vanwege de veiligheidsrisico’s. Bij de methode worden twee radio-actieve sondes gebruikt. Eén van de sondes meet het watergehalte van de beton door het tellen van het aantal neutronen (uitgezonden door californium-252) dat gethermaliseerd wordt door het aanwezige water. De ander sonde meet het aantal fotonen die worden geabsorbeerd door de aanwezige kalk of andere cementdeeltjes. Voordeel: Nadeel:

2.2.3.c

Accuraat, toepasbaar op de bouwlocatie. Niet toepasbaar zonder kennis van cementgehalte, tijdrovend.

Accuraat. Snelle meetmethode. Geen kennis benodigd over het cementgehalte in het recept. Kan alleen worden bedient door getrainde professionals. Kan niet worden toegepast in beton waar kalkhoudend toeslagmateriaal is toegepast.

Radarmetingen Tijdens het literatuuronderzoek hebben we kennis genomen van een innovatieve methode om door middel van een hoogfrequente radar de water cement factor aan verse betonspecie te kunnen meten. In de literatuurstudie is hier al het één en ander over vermeld. Voordeel: Nadeel:

Geen kalibratie benodigd. Snelle meetmethode. Cementgehalte benodigd als input. Relatief veel parameters moeten ingevoerd worden in het calculatiemodel om tot een resultaat te komen.

Figuur 18: Specificaties hoogfrequente radar sensor.


2.3

Bekistingsdruk

2.3.1

Theorie De bekisting is in de betonbouw een significante kostenpost bij het realiseren van een bouwproject. De bekisting die gebruikt wordt in de bouw is over het algemeen overgedimensioneerd, omdat de tijdens de bouw optredende (horizontale) bekistingdruk niet met voldoende zekerheid voorspelt kan worden. Wanneer de bekisting faalt zijn de consequenties immers groot. De invloedsfactoren die bij de modellering van een kist komen kijken zijn samengevat in onderstaande schematische weergave. Kist Belastbaarheid

Bekistingsdruk Beton Opstijfgedrag Sterkteontwikkeling Consistentie Temperatuur

Bouwproces Stortsnelheid Storthoogte Verdichtingsmethode Temperatuur

Figuur 19: Schematische weergave invloedsfactoren bekistingsdruk.

In dit onderzoek staan de materiaaleigenschappen centraal. Met behulp van meer kennis is een betere voorspelling van het materiaalgedrag mogelijk. Met name het opstijfgedrag speelt hierbij een cruciale rol. Het spreekt voor zich dat er langer een grotere druk op de bekisting blijft staan als het hydratatieproces langzamer verloopt, het beton blijft immers langer plastisch. De bekistingdruk neemt af zodra de beton sterkte en stijfheid begint te ontwikkelen (opstijfgedrag). De snelheid waarmee gestort wordt dient aangepast te worden aan dit gedrag. De consistentieklasse is de mate van vloeibaarheid van de betonspecie. Afhankelijk van de constructie wordt er een consistentieklasse voorgeschreven. Dient het beton snel sterkte te ontwikkelen omdat het al na een paar uur ontkist moet worden moet het beton minder vloeibaar zijn dan wanneer de beton juist om een dicht wapeningsnet moet kunnen stromen. Uiteindelijk (bijvoorbeeld na 28 dagen, een veelvuldig gebruikt meetpunt in de betonbouw) kan de beton dezelfde sterkte bereiken, maar de snelheid waarmee de sterkte wordt bereikt varieert. Uiteraard heeft de consistentieklasse ook direct invloed op het opstijfgedrag. Temperatuur heeft tevens invloed op het hydratatieproces. Bij een hogere temperatuur verhard het beton sneller en dus zal ook het punt waarop het beton zichzelf kan dragen eerder in de tijd liggen. 2.3.2

Literatuurstudie In onderstaande literatuurstudie zijn een aantal modellen voor het berekenen van de toegestane stortsnelheid beschreven. Met behulp van deze modellen is een standaard beton uitgerekend. De uitgangspunten bij deze standaardsituatie zijn: - CEMI (OPC); - Storttemperatuur 20°C; - Specietemperatuur 20°C; - Soortelijk gewicht 25 kN/m³; - Opstijfeinde 7 uur; - Capaciteit kist 50 kN/m²; - Wandelement; - Storthoogte ±2 meter; - Geen gebruik plastificeerders.


2.3.2.a

NEN6722:2002 De te verwachtten (horizontale) bekistingdruk wordt doorgaans door de bekistingleverancier berekend. In de Nederlandse regelgeving wordt de optredende horizontale speciedruk bepaald aan de hand van NEN6722:2002. De optredende bekistingdruk kan worden bepaald aan de hand van onderstaande figuur:

Grafiek 2: Grafiek optredende horizontale speciedruk conform NEN6722.

Hierbij worden de volgende uitgangspunten gebruikt: - De betonspecie wordt met behulp van trilnaalden verdicht tot op een diepte van 1 meter; - De temperatuur van de betonspecie en de buitentemperatuur is op het moment van storten 15°C; - Er worden geen vertragers of hulpstoffen met een vertragende werking toegepast; - De volumieke massa van beton bedraagt 2400kg/m³; Indien er sprake zou zijn van een kist die een maximale speciedruk van 50 kN/m² kan verwerken dan betekent dit dat de maximaal toelaatbare stortsnelheid voor een beton in consistentiegebied 3 ongeveer 2,75 meter per uur mag bedragen. De storthoogte wordt in deze berekening niet meegenomen. Daarnaast hebben we een standaardstort bij 20 graden gedefinieerd en is bovenstaande figuur eigenlijk alleen toepasbaar voor 15 graden. Hierbij is sprake van een laboratoriummethode. Deze omstandigheden komen vrijwel nooit voor op de bouwplaats. Wat een feit is, is dat de horizontale speciedruk nooit groter wordt dan de hydrostatische druk. 2.3.2.b

CIRIA report 108 Naast deze norm wordt in Nederland en Duitsland ook gebruik gemaakt van Ciria report 108. Dit rapport berekent de horizontale speciedruk aan de hand van stijgsnelheid, cementsoort en specietemperatuur. Opmerkelijk is dat in deze methode geen rekening is gehouden met de verwerkbaarheid van de specie. Volgende de Ciria is dit vanwege een aantal redenen, namelijk: 1. Stijvere betonspecie wordt langer en intensiever getrild dan beter verwerkbare specie; 2. Uit onderzoeken is gebleken dat er geen significant verschil bestaat uit bekistingdruk bij lage, middelmatige of hoge zetmaat; 3. De zetmaat geen belangrijke parameter is voor de factoren die effect hebben op de bekistingdruk. Het model voor het verloop van de bekistingsdruk is in onderstaande afbeelding weergegeven.


Figuur 20: Verloop bekistingsdruk conform Ciria report 108.

Bekistingsfabrikant DOKA heeft een rekentool ontwikkelt voor het berekenen van de maximale 4 toegestane stortsnelheid bij diverse normeringen . Met behulp van deze tool is de stortsnelheid berekend die toegestaan is voor een kist met een capaciteit van 50 kN/m². In de methode wordt de cementsoort meegerekend door het meenemen van coëfficiënt C2. In dit geval is gekozen voor C2=0,30 (OPC), een volumieke massa van 25 kN/m³, een coëfficiënt C1 van 1 (wandelement of fundering) en een betontemperatuur van 20 graden. De stortsnelheid is hier wel afhankelijk van de storthoogte. Bij een storthoogte van 2 meter of minder is de toegestane stortsnelheid gelijk aan de hydrostatische druk. Bij toenemende storthoogte vermindert de toegestane stortsnelheid. Zo is de stortsnelheid bij een storthoogte van 2,01 meter 3,61 meter per uur, terwijl de toegestane stortsnelheid bij een storthoogte van 2,50 meter nog 3,02 meter per uur bedraagt.

Figuur 21: Berekening toegestane stortsnelheid met behulp van CIRIA methode.

2.3.2.c

4

DIN 18218:2010-01 In Duitsland is in 2010 een nieuwe norm uitgekomen, waarmee de horizontale bekistingdruk kan worden uitgerekend, dit is DIN 18218:2010-01. Het verloop van de bekistingdruk conform deze norm is afgebeeld in onderstaande figuur. In deze methode moeten de volgende parameters worden ingevoerd: - Opstijfeinde (erstarrungsende); - Referentietemperatuur behorende bij opstijfeinde;

http://www.doka.com/web/tools/apps/doka-apps.de.php?fixLocating=DEINT


-

Omgevingstemperatuur; Storthoogte Consistentieklasse

Figuur 22: Verloop bekistingdruk conform DIN 18218:2010-01.

Bekistingsfabrikant DOKA heeft een rekentool ontwikkeld die de stortsnelheid met behulp van de hierboven beschreven methoden kan bereken. Voor een kist die maximaal 50 kN/m² kan hebben en een beton in consistentieklasse F3 met een einde opstijf van 7 uur en een temperatuur van 20°C en een storthoogte van meer da n 2 meter geldt dat er gestort mag worden met een snelheid van 1,81 meter per uur. Bij een kleinere storthoogte maakt de stortsnelheid niet meer uit. Dat betekend dat de druk bestaat uit alleen de hydrostatische druk.

Figuur 23: Berekening toegestane stortsnelheid met behulp van DIN methode.

2.3.2.d

ACI 347-04 In Noord-Amerika berekent men de bekistingsdruk op een andere wijze. Bij de methode volgens ACI 347-04 wordt rekening gehouden met de cementsoort via een chemische coëfficiënt Cc. Het soortelijk gewicht wordt ingedeeld in 3 groepen via de coëfficiënt Cw. Voor een OPC met een soortelijk gewicht van 25 kN/m³, een temperatuur van 20°C (68° F) en een kist met een capaciteit van 50 kN/m² (1044 psf) bedraagt de maximale stortsnelheid ±2 meter per uur (6,02 ft/hr). Deze stortsnelheid verandert niet bij een toenemende storthoogte.


Figuur 24: Berekening toegestane stortsnelheid met behulp van ACI methode.

2.3.2.e

AS3610-1995 Als laatste is gekeken naar een Australische standaard. De methode lijkt veel op de CIRIA methode. De cementsoort wordt middels een coëfficiënt C2 meegerekend. Voor het toepassen van superplastificeerders en/of vertragers wordt 0,15 bij de coëfficiënt opgeteld. Voor een OPC (GP = General Purpose) met een soortelijke massa van 2500 kg/m³ en een storttemperatuur van 20°C toegepast in een kist met een capaciteit van 50 kN/m² en storthoogte van 2 meter is een maximale stortsnelheid van 3,61 meter per uur toegestaan. De toegestane stortsnelheid wordt lager bij een grotere storthoogte. Bij een storthoogte van 2,5 uur is de maximaal toegestane stortsnelheid nog 3,02 meter per uur.

Figuur 25: Berekening toegestane stortsnelheid met behulp van AS3610 methode.


In onderstaande tabel is een vergelijk gemaakt tussen de verschillende berekenmethodes.

Methode

Invoer cementsoort

Invoer einde opstijf

Invoer consistentie klasse?

Invoer volumieke massa

NEE, uitgangspunt 2400 kg/m³ CIRIA JA NEE NEE JA DIN18218 NEE JA JA JA ACI 347-04 JA NEE NEE JA AS3610 JA NEE NEE JA Tabel 3: Vergelijk van de verschillende berekenmethodes bekistingsdruk. NEN6722

NEE

NEE

JA

Invoer vorm constructie

Grotere storthoogte leidt tot andere waarde?

Max stortsnelheid voorbeeld situatie [meter / uur]

NEE

NEE

2,75

JA NEE JA JA

JA NEE NEE JA

3,61 1,81 2,00 3,61

Alleen bij de Nederlandse methode wordt geen rekening gehouden met de cementsoort. In alle andere methoden wordt op de één of andere manier gebruik gemaakt van het opstijfgedrag. Over het algemeen in de vorm van een factor, die daarbij geldt voor meerdere cementsoorten. Alleen de Duitse DIN methode geeft de mogelijkheid het einde opstijf moment aan te geven en mee te nemen in de berekening (erstarrungsende). Deze methode maakt een ijkmethode per situatie (per mengsel) mogelijk. Om een indruk te krijgen van de invloed van de consistentieklasse en de dormante periode op de bekistingdruk zijn hieronder een tweetal grafieken weergegeven. In de grafieken is terug te vinden dat de betondruk toeneemt bij een toenemende consistentieklasse en bij een toenemende duur van de dormante periode. Ook de invloed van temperatuur en toepassing van PCE plastificeerder zijn in onderstaande grafieken weergegeven.

Grafiek 3: Stijghoogte versus betondruk bij verschillende consistentieklassen voor een beton met het einde van de dormante periode na 7 uur en een sterkte en een volumieke massa van 25 kN/m³.

Grafiek 5: Dormante periode bij 10 en 20°C.

Grafiek 4: Stijghoogte versus betondruk bij verschillende tijdsduren dormante periode.


2.4

Scheurvorming in jong beton

2.4.1

Theorie Tijdens de bouw van grote betonconstructies (massabeton) ontstaan vaak al in een zeer jonge fase scheurvorming in het beton. De grootste oorzaak hiervoor is het ontstaan van spanningen als gevolg van temperatuursverschillen (in het vervolg gradiënten genoemd). Bij de hydratatie van beton komt veel warmte vrij (exotherme reactie), maar beton zelf is een slechte warmtegeleider. Dat betekent dat bij het storten van massabeton grote verschillen kunnen ontstaan tussen de temperaturen in de kern van het beton en de buitenzijde. De verharding op iedere locatie in het massabeton verloopt daarmee in een ander tempo. Er ontstaat hierdoor verhinderde vervorming en de enige uitweg voor het beton is het introduceren van scheurvorming indien de capaciteit (treksterkte) van het materiaal wordt overschreden. Met name bij bijvoorbeeld de bouw van stuwdammen wordt al rekening gehouden met reparatiekosten op voorhand vanwege dit fenomeen.

2.4.2

Literatuurstudie De optredende warmtespanning kan worden gesimuleerd door middels van eindige-elementenmethodes. Bij B|A|S wordt hiervoor gebruik gemaakt van het programma MLS HEAT. Voor een simulatie met HEAT zijn moeten meerdere materiaaleigenschappen worden bepaald voor het invoeren van de zogenaamde adiabaat. Het model wat in dit onderzoek gebruikt wordt is het Deense model, beschreven met de hieronder vermeldde formule.

H (M ) = H T e

 a  −  M 

b

In deze formule is H (M ) de vrijgekomen hydratatie-energie bij rijpheid M , H T de totale hydratatie energie en a en b de voor de situatie in te stellen variabelen. Deze variabelen worden ingesteld door het model op de daadwerkelijk gemeten waarde af te stemmen (fitten van de grafiek). De simulatie in HEAT leidt uiteindelijk tot een spanningsberekening en tot te nemen maatregelen, bijvoorbeeld een koel- of verwarmingsplan en een advies hoe te handelen tijdens de stort. De adviezen behelzen koeltemperaturen, benodigde isolatie, minimale- en maximale temperaturen in het beton en de tijdsduur en snelheid van storten. Ook kan een prognose worden gemaakt voor de tijd van ontkisten. Op dit moment kunnen de adviezen deels worden ingevoerd in het sensormeetsysteem van B|A|S, Concremote. In het onderzoek is gekeken naar het effect van maatregelen om overschrijden van de treksterkte en daarmee het ontstaan van de scheurvorming in jong beton tegen te gaan. 2.5

Voorspelling van de duurzaamheid aan de hand van de permeabiliteit

2.5.1

Theorie Duurzaamheid is de bestendigheid van beton tegen weersomstandigheden, chemicaliën, erosie of elk ander schadeproces. Betonschade kan in hoofdzaak worden opgedeeld in twee groepen, namelijk aantasting van het beton zelf en aantasting door corrosie van de wapening. In de praktijk is meestal de als tweede genoemde aan de orde. Eén van de belangrijk parameters met betrekking tot het ontstaan wapeningscorrosie is de actuele betondekking en de kwaliteit van de toplaag, aangezien deze de bescherming vormen tegen het binnendringen van schadelijke stoffen welke corrosie veroorzaken (koolstofdioxide en/of chloriden). Deze duurzaamheid van de toplaag kan worden bepaald aan de hand van de actuele permeabiliteit. Permeabiliteit wordt altijd ten opzichte van een stof gemeten. Zo is de permeabiliteit voor lucht anders, dan bijvoorbeeld de permeabiliteit voor chloriden, water etc.

2.5.2

Bestaande meetmethoden De tijdens het literatuuronderzoek naar voren gekomen meetmethoden zijn in onderstaande paragraven weergegeven.

2.5.2.a

Permea-TORR Het meten van de permeabiliteit is bijvoorbeeld voorgeschreven in de Swiss Standard SIA 262:2003 (Concrete Construction). De Permea-TORR werkt volgens deze norm.


De Permea-TORR is ontwikkeld door de Argentijnse wetenschapper Roberto Torrent. Het apparaat is gebaseerd op het creëren van een vacuüm. Tijdens de test wordt een vacuüm gecreëerd in een tweekamer vacuüm cel die tegen het te onderzoeken beton wordt bevestigd. Als het vacuüm een druk heeft bereikt van 30 mbar wordt de binnenste cel afgesloten van de vacuümpomp. Nu stroomt de lucht aanwezig in het beton in de binnenste kamer, waardoor de druk stijgt. De mate van drukverhoging is een gemeten waarde voor permeabiliteit van beton. Een drukregulator zorgt ervoor dat de druk in de buitenste kamer in balans blijft met de druk heersende in de binnenste kamer. Hierdoor ontstaat een gecontroleerde luchtstroom naar de binnenste kamer en hieruit kan de actuele permeabiliteit met behulp van een model worden berekend.

Figuur 26: Permea-TORR

Figuur 27:

Meetprincipe Permea-TORR

Voordelen: Automatiseerbaar, Meetbaar Nadelen: Grote opstelling (niet handig op de bouwplaats), Niet duidelijk of valide meetwaarden ontstaan bij gebruik in zeer jonge fase van beton. Metingen op verse betonspecie niet mogelijk. 2.5.2.b

Wennerprobe De wennerprobe is een methode om de elektrische weerstand in beton te meten. Aan de hand van deze meting kan een inschatting gemaakt worden van de permeabiliteit voor chloriden. De meetwijze is in onderstaande figuur weergegeven. Op de buitenste elektroden wordt een stroom gezet, waardoor er een gesloten stroomkring ontstaat. Door het potentiaalverschil te meten tussen de twee binnenste elektroden kan de elektrische weerstand van het beton worden bepaald. De elektrische weerstand heeft een relatie met de permeabiliteit voor chloriden


Voordelen: Automatiseerbaar, Meetbaar Nadelen: Niet duidelijk of valide meetbare waarden ontstaan bij gebruik in verse betonspecie of in zeer jonge fase van beton. Indirecte meetmethode (gebaseerd op relatie tussen permeabiliteit en elektrische weerstand. Zeer veel verschillende invloedsfactoren zoals vochtigheid, temperatuur e.d. 3

Onderzoeksopzet

3.1

Opstijfgedrag

3.1.1

Parameters In deze paragraaf wordt een toelichting gegeven op de verschillende onderzochte parameters.

3.1.1.a

Bindmiddelen Bij de keuze in bindmiddelen is specifiek gekeken naar veelvuldig toegepaste bindmiddelen in Nederland en Duitsland. In Nederland wordt veel gebruik gemaakt van CEMIIIB, een hoogovencement, terwijl in Duitsland vaak de composietcementen worden toegepast. Als referentie is het bindmiddel CEMI 32,5 R meegenomen, aangezien dit bindmiddel in de meeste wetenschappelijk onderzoeken wordt toegepast. In onderstaande opsomming worden de gebruikte cementsoorten weergegeven: - CEMI 32,5 R - CEMIIA-LL 42,5 N (6-20% kalksteen) - CEMIIB-S 32,5 R (21-35% hoogovenslak) - CEMIIB-S 42,5 N (21-35% hoogovenslak) - CEMIIIA 42,5 N (36-65% hoogovenslak) - CEMIIIB 42,5 N (66-80% hoogovenslak)

3.1.1.b

Temperatuur Regulier onderzoek is doorgaans uitgevoerd onder laboratoriumomstandigheden. Dit zijn doorgaans niet de condities op de bouwplaats. Om een realistisch beeld te krijgen is er voor gekozen het onderzoek tevens uit te voeren onder zowel koud weer omstandigheden als warmweer omstandigheden. Aangezien er beneden de 5° en boven de 28°C maatregelen moeten worden genomen tijdens de stort is gekozen deze twee temperaturen mee te nemen. In onderstaande opsomming worden de gebruikte temperaturen (omgeving / specietemperatuur) weergegeven: - 5°C (koud weer) / 10°C (specietemperatuur) - 20°C (laboratorium condities) / 20°C (specietemperatuur) - 28°C (warm weer condities) / 25°C (specietemperatuur)

3.1.1.c

Water cement factoren In het onderzoek is gekozen voor een aantal water cement-factoren die actueel zijn in de praktijk. De gekozen water cementfactoren zijn in onderstaande opsomming weergegeven. - 0,45


-

0,50 0,55 0,60

3.1.1.d

Plastificeerder In de praktijk wordt bij lage water cement factoren vaak plastificeerder aan het mengsel toegevoegd om een goede verwerkbaarheid te realiseren. De normale plastificeerder is aan het verdwijnen en het gebruik van zogenaamde PCE’s neemt toe. Daarom is er voor gekozen de invloed hiervan op een aantal mengselontwerpen te onderzoeken.

3.1.2

Hypothesen - Temperatuur kan worden gekoppeld aan opstijfgedrag. Rijpheid heeft alles te maken met temperatuur. Er bestaat dus een relatie tussen rijpheid en opstijfgedrag.

3.1.3

Toegepaste meetmethodieken In het voorgaande hoofdstuk zijn bestaande meetmethodieken beschreven, inclusief de voor- en nadelen. Voor de Vicat-test en de ASTM C403 geldt dat deze worden toegepast op mortel. Mortel is geen beton en gedraagt zich anders, daarom zijn deze testen niet meegenomen. Bovendien zijn dit laboratoriumtesten. De opzet van dit onderzoek is om tot een methodiek te komen waarbij de realiteit kan worden nagebootst. De ultrasone meetmethode leidt vermoedelijk tot een waarde voor einde binding. Dit is niet het onderzoeksdoel van dit onderzoek. De proefstort waarbij een omslag werd gezien bij vermoedelijk begin opstijf is wel een geschikte kandidaat. Van de in de literatuurstudie beschouwde meetmethode zijn uiteindelijk de volgende meetmethode geselecteerd voor het onderzoek: - Oostenrijkse kubus - NEN-EN 2743: Humm sonde - Ultrasoon - DIN 12218: Knetbeutel De Oostenrijkse kubus betreft een kubus met afmetingen 200x200x200 mm. In het merendeel van Europa worden echter kubussen 150x150x150 mm gebruikt. Daarom is er voor gekozen naast temperatuursmetingen in de 200 mm kubussen ook temperatuursmetingen in 150 mm kubussen uit te voeren. Daarnaast is tijdens het onderzoek het concept ontstaan voor een aangepaste Humm sonde. Nadeel van de Humm-sonde is zoals genoemd in voorgaand hoofdstuk dat de meting beïnvloedbaar is door de uitvoerende persoon en er verdichtingenergie wordt toegevoegd tijdens de uitvoering van de meting. De verbeterde Humm sonde bestaat uit een ASTM C403 meetapparaat uitgevoerd met zogenaamde Hummnaalden. Dit is een naald met een identieke vorm als die van een originele Humm sonde, maar dan geschikt voor bevestiging in een ASTM C403 apparaat. Op gezette tijden wordt de indringingsweerstand van de beton bepaald. Tijdens de meting werd vastgesteld dat het bereik van het ASTM C403 apparaat niet voldoende was om de indringweerstand gedurende de hele opstijfperiode vast te leggen. Daarom is ook nog een ander formaat Humm-naald ontwikkeld (kleinere oppervlakte). Hiermee worden de gebruikte meetmethodieken in het onderzoek: - Oostenrijkse kubus - Temperatuursmeting 150x150x150 mm kubus - NEN-EN2743: Humm sonde - Verbeterde Humm methode - Ultrasoon - DIN 18218: Knetbeutel


Figuur 28: Proefopstellingen van links naar rechts: Oostenrijkse kubus, knetbeutel, verbeterde Humm sonde, ultrasoonmeting.

In onderstaande figuur zijn de (hypothetische) locaties / waarden van de diverse meetmethoden weergegeven in het hydratatieproces van het beton.

Figuur 29:

3.1.4

Plaatsing meetmethodes in hydratatieproces van het beton (OPC).

Resultaten De onderzoeksopzet moet uiteindelijk de volgende resultaten leveren in het proces van zetting. Begin opstijf Einde opstijf Begin binding Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] 1. Oostenrijkse kubus Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] 2. Europese Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] standaardkubus Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] 3. Humm Sonde Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] 4. Verbeterde Humm Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] 5. Ultrasoon Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] Tijd [uren:min] Tijd [uren:min] 6. Knetbeutel Rijpheid [°Ch] Rijpheid [°Ch] Tabel 4: Verwachte resultaten volgend uit de hierboven omschreven onderzoeksopzet.

Einde binding Tijd [uren:min] Rijpheid [°Ch] Tijd [uren:min] Rijpheid [°Ch] -


3.2

Water cement factor

3.2.1

Parameters

3.2.2

Onderzoeksvragen - Water cement factoren kunnen gemeten worden op basis van hoogfrequente radargolven. - Er bestaat een correlatie tussen diëlektrische weerstand en water cement factor in beton.

3.2.3

Toegepaste meetmethodieken In het voorgaande hoofdstuk zijn bestaande meetmethodieken beschreven, inclusief de voor- en nadelen. Doelstelling van dit onderzoek is het zoeken naar een meetmethode waarbij direct een batch beton gecontroleerd kan worden op water cement factor. Is de water cement factor niet volgens specificatie ontstaat er een beslismoment door een deskundige of de stort wel of niet moet worden doorgevoerd. Dit betekend dat de meetmethode snel resultaat moet geven. De droogmethodes vallen voor dit onderzoek af of omdat dit tijdrovende methodes zijn die praktische gezien complex uit te voeren zijn op de bouwplaats. Met behulp van deze methodes kan de doelstelling van dit onderzoek niet worden behaald. De methode met de radio-actieve sondes is een snelle methode, maar praktisch niet uit te voeren aangezien gespecialiseerd personeel de handelingen moet uitvoeren. Bovendien kunnen er foutieve resultaten ontstaan door de aanwezigheid van anders dan in de cement aanwezige kalkhoudende (toeslag)materialen. Dit betekend dat er twee meetmethoden overblijven om toe te passen in het onderzoek. Dit zijn: - Radarmetingen - Diëlektrische weerstand In het onderzoek zal radarmeetapparatuur worden gevalideerd en verder ontwikkeld. Het onderzoek met betrekking tot de diëlektrische weerstandsmetingen bevindt zich nog in een ontwikkelfase en de mogelijkheden van deze methode zullen nader worden onderzocht (op o.a. meerdere cementtypen).

Figuur 30:

3.3

Meetsonde diëlektrische weerstandsmeting.

Bekistingsdruk In samenwerking met bekistingsfabrikant DOKA zijn een aantal experimenten uitgevoerd met betrekking tot bekistingsdruk. Hiervoor zijn een aantal kisten opgesteld met afmetingen 1,8 m x 0,5 m x 6,6 m. De kisten zijn met een betonpomp gevuld waarbij de bekistingsdruk op een hoogte van 0,55 m, 2,15 meter en 3,9 meter is gemeten tijdens de stort. Tevens is de temperatuur vastgelegd en zijn er onderzoeken uitgevoerd o.a. met de Humm sonde en de Knetbeutel. Allereerst is aan de hand van het DIN model de verwachtte bekistingsdruk berekend. Vervolgens is er een test uitgevoerd. Bij de test is de kist middels een betonpomp gevuld tot de maximale toegestane druk gemeten in één van de drukmeters in de kist. Vervolgens zijn ook de belastingen afkomstig van de betondruk die optreden ter plaatse van de overige druksensors geregistreerd. Nadat de druk afneemt door opstijven is de kist een tweede en wanneer nodige een derde keer gevuld. Doel was om de kist zo snel mogelijk te vullen met een maximale belasting.


De test is uitgevoerd in een winter en in een zomersituatie. Het onderzoek is uitgevoerd met een CEMIIBM (S-L) met een water cement factor van 0,53. Er is een mengsel met en zonder versneller toegepast. 3.4

Voorspelling van de duurzaamheid aan de hand van permeabiliteit In het kader van het onderzoek uitgevoerd tezamen met de RILEM commissie TC 230 PSC zijn bij B|A|S Research & Technology metingen voor duurzaamheidsaspecten uitgevoerd.

3.4.1

Parameters De uitgevoerde metingen zijn uitgevoerd aan betonnen keerwanden. De vorm van de keerwanden is in onderstaande figuur weergegeven.

Figuur 31: Onderzochte betonelementen.

Op een leeftijd van 14-21 dagen is een test uitgevoerd en op dezelfde keerwanden is wederom een test uitgevoerd op een leeftijd van 101-108 dagen (±3 maanden). De testen zijn uitgevoerd met behulp van drie wetenschappers (Frank Jacobs, Marijana Serdar and Roberto Torrent). Informatie over de toegepaste cementsoorten, water cement factoren, curing condities en de dekking zijn weergegeven in onderstaande tabel.


Tabel 5: Toegepaste betonparameters betonwanden.

3.4.2

Hypothesen - De duurzaamheid van een betonconstructie kan aan de hand van een permeabiliteitmeting worden gemeten. - Aan de hand van de gemeten waarde kan een duurzaamheidvoorspelling worden gemaakt voor op de lange termijn.

3.4.3

Toegepaste meetmethodieken De volgende meetmethoden zijn toegepast: - Coëfficient voor (lucht)permeabiliteit (Permea-TORR); - Vochtgehalte, elektrische impedantie; - Terugslaghamer - Dekkingsmeting - Elektrische weerstand (Wennermethode m.b.v. resipod)

4

Resultaten

4.1

Opstijfgedrag Tijdens het onderzoek is een relatie tussen rijpheid en opstijfgedrag onderzocht. Daarvoor zijn een aantal geijkte methoden gebruikt en een aantal mogelijke methoden gedefinieerd. De meetmethoden en gevonden relaties worden in de onderstaande paragrafen uitgebreid beschreven. De rijpheden zijn vastgelegd met behulp van het Concremote rijpheidsysteem. Deze methode maakt gebruik van de gewogen rijpheidsmethode van de Vree. Hiervoor zijn zogenaamde c-waarden noodzakelijk. Dit zijn waarden die de temperatuursgevoeligheid van verschillende cementsoorten vastleggen. In onderstaande tabel zijn de aangehouden C-waarden van de toegepaste cementen weergegeven. Cementsoort C-waarde CEMI 1,15 CEMIIA-LL 1,15 CEMIIB-S 1,25 CEMIIIA 1,45 CEMIIIB 1,55 Tabel 6: C-waarden toegepaste cementsoorten.

De concremote meting start op het moment dat de sensor in de beton wordt gestoken. Dat betekent dat in de realtime-meting het rijpheidsresultaat ontbreekt die ontstaat op het moment van start stort tot het moment van plaatsing van de sensor. Binnen het onderzoek is het rijpheidsresultaat voor deze periode van belang. Deze initiële rijpheid is berekend door de verstreken tijd, vanaf het moment dat het beton uit de mixer komt tot aan plaatsing van de meetsensor, in te voeren in de rijpheidformule en deze waarde op te cumuleren bij de waarden berekend door concremote. 4.1.1

Humm-sonde Uit de metingen volgt dat er een lineair verband bestaat tussen rijpheid en de gemeten indringdiepte. Een voorbeeld is in onderstaande grafiek weergegeven.


Grafiek 6:

Relatie rijpheid en indringdiepte (Humm) bij een CEMIIB-S 32.5R, 20 graden en water cementfactor 0,45.

Van de trendlijnen is de determinatiecoëfficiënt (R²) bepaald. Voor de interpretatie van de kracht van de gevonden verbanden is onderstaande tabel aangehouden. R < 0,3 0,3 - 0,5 0,5 - 0,7 0,7 - 0,85 0,85 - 0,95 > 0,95

2

R (afgerond) < 0,1 0,1 - 0,25 0,25 - 0,5 0,5 - 0,75 0,75 - 0,9 > 0,9

Verklaarde variantie < 10% 10 - 25% 25 - 50% 50 - 75% 75 - 90% > 90%

Interpretatie kracht verband zeer zwak zwak matig sterk zeer sterk uitzonderlijk sterk (suspect!)

Tabel 7: Overzicht kracht verband.

Uit de resultaten volgt dat de gevonden verbanden als zeer sterk tot uitzonderlijk sterk kunnen worden beschouwd. De NEN-EN2743 beschrijft dat de beton klaar is voor nabehandeling /afwerken indien een indringdiepte van 20 mm of minder wordt bereikt. Vanwege het goede lineaire verband dat aangetroffen is op basis van de formule van de trendlijn is de exacte waarde bij x = 20 mm bepaald. Hieruit volgt voor alle toegepaste water cementfactoren een dicht bij elkaar liggende waarde voor de rijpheid. Ter illustratie zijn in de hiernavolgende tabel de gevonden waarden voor de hierboven weergegeven grafiek genoteerd. Water cement factor

Rijpheid (kalibratiebox) [°Ch]

Indringdiepte [mm]

0,45

20

135

0,50

20

136

0,55

20

137

0,60

20

133

min

133

max

137

gemiddeld

135

Tabel 8: Waarden gevonden uit de trendline voor een indringdiepte van 20 mm.

Daarnaast is het interessant om de waarde bij een indringdiepte van 0 mm te bekijken. Dan komt de naald niet meer in de beton en is de beton daadwerkelijk opgesteven. De bijbehorende resultaten zijn weergegeven in onderstaande tabel.


Water cement factor

Indringdiepte

Rijpheid

[mm]

[°Ch]

0,45

0

145

0,50

0

150

0,55

0

149

0

150

0,60 min

145

max

150

gemiddeld

149

Tabel 9: Waarden gevonden uit de trendline voor een indringdiepte van 0 mm.

In ondertaande tabel zijn de waarden voor alle verschillende cementtypen en water cement factoren onder elkaar weergegeven. Rijpheid indringdiepte 20 mm

Rijpheid indringdiepte 0 mm

Cementsoort

0,45

0,50

0,55

0,60

Gemiddeld

0,45

0,50

0,55

0,60

Gemiddeld

CEMI

135

140

147

135

139

153

159

164

158

158

CEMIIA-LL

135

150

141

139

141

149

164

151

158

155

CEMIIB-S 32,5

135

136

137

133

135

145

150

149

150

149

CEMIIIA

122

139

145

141

137

132

154

157

156

150

CEMIIIB

154

143

149

149

141

168

158

164

132

156

Tabel 10: Rijpheden bij indringdiepte van 0 en 20 mm bij temperatuur van 20 graden.

Uit bovenstaande tabel kan worden afgeleid dat voor alle cementsoorten geldt dat de indringdiepte van 20 mm wordt bereikt bij een rijpheid van ±140 °Ch en de indringdiepte van 0 mm bij een rijpheid van ±150°Ch. 4.1.1.a

Cementsoorten Tussen de verschillende cementsoorten lijkt geen verschil in het verloop van de trendlijn te bestaan. Alleen CEMI (OPC) heeft een beduidend andere richtingscoëfficiënt. In onderstaande figuren zijn de onderzoeksdata grafisch weergegeven met de bijbehorende trendlijnen. De rode lijnen geven de resultaten bij een CEMI weer.

Grafiek 7: Trendlijnen voor alle cementsoorten met water cement factor 0,45




4.1.1.b


Temperatuur Tevens is gekeken naar de invloed van temperatuur op de waarden. Over het algemeen blijven de trendlijnen relatief dicht bij elkaar liggen. De onderlinge ligging van de trendlijnen wisselt. Zie in de figuur hieronder een voorbeeld met de resultaten van voor CEMI met een water cement factor van 0,50.

Grafiek 11: Resultaten onder diverse temperaturen van CEMI met water cement factor 0,50.

4.1.1.c

Plastificeerder Als laatste onderdeel van het onderzoek is gekeken naar het effect van het toevoegen van een PCE (polycarboxylatether). Er is hier geen eenduidig patroon vastgesteld. Zie ook onderstaande figuren. De rode lijnen stellen de trendlijn voor van de mengsels waarbij PCE is toegepast en de blauwe lijnen de trendlijn van de mengsels waarbij geen PCE is toegepast. Onderstaand onderzoek is uitgevoerd bij een temperatuur van 20°C.


4.1.2

Grafiek 12:

Resultaten CEMI met en zonder PCE.

Grafiek 14:

Resultaten CEMIIA-LL met en zonder PCE.

Grafiek 13:

Resultaten CEMIIB-S met en zonder PCE.

Verbeterde Humm meting De Humm methode waarvan de resultaten in voorgaande paragraaf zijn beschreven kent een aantal nadelen. De meting kan worden beïnvloed door de persoon die de meting uitvoert (bijv door het schuin plaatsen van de sonde) en door het uitvoeren van de meting wordt tevens (verdichtings)energie toegevoegd. Daarom is in de loop van het onderzoek een verbeterde Humm methode ontwikkelt op basis van een onderzoek wat in Amerika wordt gebruikt voor het bepalen van het opstijfgedrag aan gezeefde betonspecie (ASTM C403). De Amerikaanse methode maakt in de regel gebruik van verschillende naalden. Voor de verbeterde Humm methode is een naald ontwikkeld met de vorm van een Humm-sonde. De diameter van een Humm sonde is ± 20,5 mm. Met deze diameter is het oppervlak berekent wat de naald zou hebben als de onderzijde vlak was geweest (wat in realiteit dus niet zo is). Aan de hand hiervan is de weerstand berekend die het beton op de naald uitoefent. Het bolvormige oppervlakte is noodzakelijk vanwege de aanwezigheid van relatief groot toeslagmateriaal (in dit geval klasse 4/16). Door de bolvorm wordt de invloed van een grindkorrel ter plaatse van de meting gereduceerd. Door de bolvorm i.c.m. bovenstaande rekenmethode is de waarde die uit de berekening komt niet een geheel kloppende weerstand en deze waarde kan dus alleen gebruikt worden in dit onderzoek (als referentie). Tijdens het onderzoek bleek dat het apparaat niet in alle gevallen voldoende meetbereik kent om het volledige opstijfgedrag vast te leggen (tot aan het moment waarop de standaard Humm sonde de indringdiepte van 20 mm bereikt). Daarom is er ook een kleinere naald ontwikkelt, waardoor langer door gemeten kan worden (een kleinere naald ondervindt minder weerstand).


Bij CEMI en onder 20 graden condities geldt dat het maximale meetbereik ongeveer op hetzelfde moment (±30 minuten) wordt bereikt als de grens van 20 mm indringdiepte door de normale Humm-sonde. 4.1.2.a

Water cement factor Tijdens het onderzoek is vastgesteld dat er geen invloed is bij verschillende water cementfactoren. Zie ook onderstaande figuur. Deze observatie komt overeen met de resultaten van de normale Humm sonde.

Grafiek 15: Verbeterde Humm bij verschillende water cement factoren. Onderzoek uitgevoerd op CEMI en bij 28 graden.

Aangezien de methode is ontwikkelt gedurende het onderzoek is er bij 20 graden nog geen relatie gelegd met de rijpheid. Voor de overige temperaturen is dit wel uitgevoerd. Ook wanneer de rijpheid uitgezet wordt op de X-as blijkt de water cement factor geen invloed te hebben. In onderstaande grafiek zijn de verschillende water cementfactoren uitgezet bij CEMI en 28 graden.

Grafiek 16: CEM I met verschillende watercementfactoren en een temperatuur van 28 graden.

4.1.2.b

Cementsoorten Een grafiek met daarin de resultaten van drie verschillende cementsoorten is onderstaand weergegeven. De invloed van de cementsoort op het opstijfgedrag in de tijd is hierin duidelijk zichtbaar.


Grafiek 17: Verschillende cementsoorten bij 20 graden

Voor alle cementsoorten geldt dat er duidelijk een (logaritmisch) verband bestaat tussen rijpheid en de optredende weerstand. Het gedrag van de verschillende cementsoorten is niet gelijkwaardig. Zie ook onderstaande figuren. Toch lijkt het dat CEMIIIB en CEMI soortgelijk gedrag vertonen. Duidelijk is dat CEMIIA-LL hier van afwijkt.

Grafiek 18:

Verschillende cementsoorten bij wcf 0,45 en 28 graden

Grafiek 19:

Verschillende cementsoorten bij CEMI wcf 0,50 en 28 graden

Grafiek 20:

Verschillende cementsoorten bij wcf 0,55 en 28 graden.

Grafiek 21:



Deze vergelijking is ook uitgevoerd voor cement bij 5 graden. In onderstaande grafieken is hiervan de uitkomst weergegeven. Uit de grafieken kan worden afgeleid dat CEMIIIA bij een lagere rijpheid begint op te stijven.

4.1.2.c

Grafiek 22:


Grafiek 23: Verschillende cementsoorten bij wcf 0,50 en 5 graden

Grafiek 24:


Grafiek 25:


Temperaturen Ook is het effect van de temperatuur onderzocht. Zoals verwacht heeft de temperatuur invloed op het opstijfgedrag in de tijd (een beton verhardt bij een temperatuur van 5 graden immers veel langzamer). Zie ook onderstaande grafiek.

Tabel 11: Vergelijk van CEMI bij 3 verschillende temperaturen


5

Deze grafiek is vergelijkbaar met een grafiek gevonden in een Amerikaans onderzoek .

Figuur 32:

Verloop indringingsweerstand versus tijd.

Tevens is de relatie met de temperatuur geëvalueerd voor de verschillende cementsoorten. Bij 28 graden zijn de cementsoort CEMI, CEMIIA-LL en CEMIIIB onderzocht. Voor CEMI en CEMIIIB volgt dat de temperatuur geen invloed heeft. De lijnen zijn vrijwel identiek. Bij CEMIIA-LL is niet met zekerheid te zeggen of de lijnen identiek zijn. Zie ook de onderstaande grafieken.

Grafiek 26:

CEMI bij 28 en 5 graden

Grafiek 28: CEMIIA-LL bij 28 en 5 graden.

Grafiek 27:

CEMIIIB bij 28 en 5 graden

Grafiek 29:

Resultaten Amerikaans onderzoek bij verschillende temperaturen.

Uit een Amerikaans onderzoek volgt een vergelijkbaar resultaat al is de gebruikte rijpheidsmethode 6 enigszins verschillend . 4.1.2.d

5 6

Vergelijk standaard Humm en verbeterde Humm De volgende stap is het vergelijken van de verbeterde Humm met de standaard Humm.

Effect of temperature on the setting behavior of Concrete, Journal of materials in Civil Engineering, Maart 2010. Effect of temperature on the Setting Behavior of Concrete, Journal of materials in Civil Engineering, Maart 2010


De resultaten voor een CEMI en water cement factor van 0,55 bij 20 graden is in onderstaande figuur weergegeven. Voor de metingen met alleen de standaard Humm sonde en de verbeterde Humm-sonde met een diameter van ±20,5 mm geldt dat het maximale meetbereik van de opstelling (2,7 N/mm² bij diameter ±20,5 mm) wordt bereikt op het moment dat de standaard Humm een indringdiepte van ±20 mm bereikt.

Figuur 33:

Vergelijk standaard- en verbeterde Humm-meting bij 20 graden.

Dit gedrag is ook in een grafiek uitgezet voor de overige temperaturen 5 en 28 graden. Zie de grafieken hieronder. Ook hier geldt dat de maximum waarde op ongeveer hetzelfde tijdstip wordt bereikt als dat de standaard Humm meting een indringdiepte van 20 mm bereikt.

Grafiek 30:

4.1.3

Vergelijk standaard en verbeterde Humm meting bij 5 graden (CEMI met wcf 0,50).

Grafiek 31: Vergelijk standaard en verbeterde Humm meting bij 28 graden (CEMI met wcf 0,50).

Ultrasoon Uit de eerste metingen bij 20 graden volgt dat er een continue waarde voor de ultrasone pulssnelheid wordt gevonden tot aan het moment waarop de beton begint aan te trekken (conform de Humm sonde). Zie ook onderstaande figuur waarin de pulssnelheid en de indringdiepte tegen de rijpheid is uitgezet.


Grafiek 32: Ultrasoon versuse Humm sonde, CEMI, water cement factor 0,45 en 20 graden.

Tijdens het onderzoek zijn emmers gevuld met specie waarop de metingen met de Humm sonde zijn uitgevoerd. De vullingsgraad van de emmers is niet altijd gelijk geweest tijdens het onderzoek. Daarom is voor het analyseren van de resultaten gebruik gemaakt van een indringdiepte van 100 mm als aanvangspunt van de meting. Deze waarde is net als bij de analyse van de Humm metingen in paragraaf 4.1.1 berekend aan de hand van de trendlijnen. De resultaten van deze berekening is weergegeven in onderstaande tabellen. Rijpheid indringdiepte 100 mm Water cement factor

0,45

0,50

0,55

0,60

Gemiddeld

CEMI

66

67

78

43

64

CEMIIA-LL

77

94

97

69

84

CEMIIB-S 32,5

93

78

86

68

81

CEMIIIA

84

80

93

83

85

CEMIIIB Gemiddelde

95

87

86

76

86 80

Tabel 12: Rijpheden bij een indringdiepte van 100 mm (20 graden)

Rijpheid indringdiepte 100 mm Water cement factor

0,45

0,50

0,55

0,60

Gemiddeld

61

58

75

65

105

96

94

65

90

CEMIIIA

64

81

61

81

72

CEMIIIB

92

CEMI CEMIIA-LL

105

99 81

Tabel 13: Rijpheden bij een indringdiepte van 100 mm (5 graden)

Rijpheid indringdiepte 100 mm Water cement factor CEMI

0,45

0,50

0,55

80

71

78

77

84

70

77

96

111

102

CEMIIA-LL CEMIIIB

98

0,60

Gemiddeld

85 Tabel 14: Rijpheiden bij een indringdiepte van 100 mm (28 graden)


Bovenstaande tabellen laten bij verschillende temperaturen soortgelijke rijpheden zien. Het lijkt erop dat de rijpheid behorende bij een CEMIII iets hoger ligt als bij de andere cementsoorten. De gemiddelde van alle cementsoorten ligt om en nabij de 80-85. 4.1.3.a

Water cement factor Het verloop van de meetwaarden bij verschillende watercement factoren is gelijkwaardig, waarmee kan worden geconcludeerd dat water cement factor geen invloed heeft op het knikpunt. Zie ook onderstaande grafiek.

Grafiek 33: Ultrasoonsnelheid bij verschillende watercementfactoren (CEMI, 20 graden)

4.1.3.b

Cemensoorten Naast de verschillende water cement factoren zijn ook de verschillende cementsoorten tegen elkaar uitgezet. Dit resulteert in een soortgelijke grafiek. De water cement factor heeft geen invloed op de locatie van het knikpunt in de grafiek.

Grafiek 34: Ultrasoonsnelheid diverse cementsoorten (wcf 0,50 en 20 graden)

4.1.3.c

Temperatuur Het volgende punt bij de analyse is de invloed van temperatuur. Bij de metingen van de proeven met een temperatuur van 5 graden is er geen eenduidig verloop meer te vinden in de waarden en is er zeker geen knikpunt meer aanwezig in de grafiek. Zie ook onderstaande grafiek.


Grafiek 35: Ultrasone pulssnelheid bij diverse cementsoorten, WCF 0,45 en 5 graden.

Bij de analyse van de meetresultaten onder 28 graden is wel een knikpunt gevonden, maar deze is minder eenduidig als bij de resultaten voor 20 graden. In onderstaande grafieken zijn de resultaten voor de verschillende cementsoorten weergegeven bij een water cement factor van 0,50 en 0,55. Het lijkt in beide grafieken of het knikpunt (als dit al bestaat) eerder verschijnt dan de overige twee cementsoorten (CEMIIA-LL en CEMIIIB).

Grafiek 36: Ultrasoonsnelheid bij 28 graden wcf 0,50

4.1.4

Grafiek 37: Ultrasoonsnelheid bij 28 graden en wcf 0,55

Knetbeutel De hypothese in deze is dat de Knetbeutel fase 6 bereikt op het moment dat ook de Humm sonde de 20 mm indringdiepte bereikt. Dit is in het onderzoek bevestigd voor alle cementsoorten, water cement factoren en een temperatuur van 20 graden. Zie ook onderstaande grafiek voor CEMI en water cement factor 0,45.


Grafiek 38: Knetbeutel versus Humm sonde, CEM I, 0,45 bij 20 graden.

4.1.4.a

Water cement factoren Wanneer de resultaten voor de verschillende water cement factoren naast elkaar worden gezet volgt dat de water cement factor nagenoeg geen invloed heeft op het verloop van de fasen van de Knetbeutel. Zie ook onderstaande grafiek voor een CEMI onder 20 graden.

Grafiek 39: Knetelbeutel verloop onder verschillende water cement factoren.

4.1.4.b

Cementsoorten Het verloop van de Knetbeuteltest voor verschillende cementsoorten is in onderstaande grafiek weergegeven. De trendlijnen zijn nagenoeg identiek. Hieruit kan worden opgemaakt dat er geen invloed is voor verschillende cementsoorten.


Grafiek 40: Verloop van de Knetbeuteltest bij verschillende cementsoorten.

4.1.4.c

Temperaturen Ook is gekeken naar de resultaten bij verschillende temperaturen. Hierbij is het vergelijk tussen de Knetbeutel en de indringdiepte bekeken. Bij 5 graden moet de hypothese hierboven worden verworpen. De knetbeutel bereikt fase 6 al veel eerder dan op dat de Humm sonde de indringdiepte van ±20 mm bereikt. Zie ook onderstaande grafiek. Dit geldt voor alle cementsoorten en water cement factoren.

Grafiek 41: Knetbeutel versus Humm sonde bij 5 graden (CEMI, wcf 0,45)

Het verloop van de knetbeutel test onder verschillende temperaturen is in onderstaande figuren weergegeven. Hier is te zien dat de richtingscoëfficiënt van de raaklijnen voor het onderzoek bij 5 en bij 20 graden overeenkomen, terwijl de raaklijn voor 28 graden hier tussen schommelt.


4.1.4.d

Grafiek 42: Knetbeutel CEMI WCF 0,50 onder verschillende temperaturen.

Grafiek 43: Knetbeutel CEM WCF 0,55 onder diverse temperaturen.

Grafiek 44: Knetbeutel CEMIIA-LL WCF 0,50 onder verschillende temperaturen

Grafiek 45: Knetbeutel CEMIIIB WCF 0,50 onderder verschillende temperaturen.

Plastificeerder In onderstaande grafiek is het resultaat weergegeven voor een CEMI met en zonder plastificeerder. De cementsoorten met en zonder PCE geven identieke resultaten. Uit de resultaten kan worden geconcludeerd dat er geen invloed is van plastificeerder (PCE) bij een Knetbeuteltest.

Grafiek 46: Resultaten CEMI met en zonder plastificeerder.

4.1.5

Temperatuursstijging Bij deze methode is gezocht naar een bepaalde temperatuursstijging die heeft plaatsgevonden op het moment dat het beton is opgesteven. Voor de analyse is hierbij wederom gebruik gemaakt van de trendlijn voor het Humm verloop. Bij de rijpheden behorende bij een indringdiepte van ±20 mm is het temperatuursverschil sinds de start van de meting opgezocht. Deze verschillen bij de Oostenrijkse kubus van 200 x 200 x 200 mm, de kubus 150 x 150 x 150 (kalibratiebox) en de kubus 150 x 150 x 150 mm zijn uiteengezet in de onderstaande tabellen. Temperatuursgradiënt Batch A [°C]

Temperatuursgradiënt Batch B [°C]

Temperatuursgradiënt Batch C [°C]

kalibratiebox

0,9

1,7

1,8

150³

0,9

2,2

2,1

200³

2,5

3

2,9

Tabel 15: Temperatuursgradiënten CEMI, water cement factor 0,45 en 20 graden.


Temperatuursgradiënt Batch A [°C]


kalibratiebox


1

1,2

1,2

150³

2,1

2,4

-0,1

200³

0

1,7

0,1

Tabel 16: Temperatuursgradiënten CEMI, water cement factor 0,45 en 28 graden. Temperatuursgradiënt Batch A [°C]



kalibratiebox

2,4

3

3

150³

1,2

0,9

1,2

200³

0,1

-0,6

-1,6

Tabel 17: Temperatuursgradiënten CEMI, water cement factor 0,50 en 5 graden.

Uit bovenstaande tabellen volgt dat er geen vergelijkbare temperatuursgradiënten worden gevonden tussen de onderlinge metingen (batches). Dit betekent dat de meting dus niet reproduceerbaar is en de hypothese gelijk kan worden verworpen. 4.2

Water cement factoren In dit onderzoek zijn twee verschillende methoden bekeken voor het bepalen van de water cement factor aan verse betonspecie, zoals in bovenliggende hoofdstukken reeds beschreven. De resultaten van de verschillende methoden zijn in de onderstaande paragrafen beschreven.

4.2.1

Radar methode Tijdens het volledige onderzoek zijn metingen uitgevoerd met prototype hoog frequente meetsensoren. Voor het beoordelen van de metingen is de Nederlandse Norm: NEN5960/A1 gebruikt. Deze norm tolereert een afwijking van de meetwaarde van maximaal 0,02 (voor de droogtesten). In Duitsland schrijft de DIN 1045-2 eenzelfde toegestane afwijking voor.

4.2.1.a

Cementsoorten en water cement factoren De resultaten bij de mengsels gedraaid bij een temperatuur van 20 graden zijn in onderstaande tabel weergegeven. CEM I

CEMIIA-LL

CEMIIB-S 32,5 R

CEMIIB-S 42,5 N

CEMIIIA

CEMIIIB

TOTAAL

TOTAAL

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[%]

0,45 > 0,02

1

0

1

1

1

0

4

6,67

0,50 > 0,02

1

1

0

1

0

0

3

5,00

0,55 > 0,02

0

0

0

0

0

0

0

0,00

0,60 > 0,02

0

0

0

0

0

0

0

0,00

Aantal metingen

9

12

6

12

9

12

60

100,00

1

2

1

0

7

11,67

16,67

16,67

11,11

0,00

Aantal metingen 2 1 per cementtype >0,02 Aantal metingen 22,22 8,33 per cementtype >0,02 [%] Tabel 18: Resultaten Imko-metingen bij 20 graden.

Uit de bovenstaande tabel volgt dat in totaal 7 metingen oftewel 12% van de metingen afwijkt van de gestelde maximale afwijking van 0,02. Indien de toegestane foutmarge wordt bijgesteld naar 0,03 bedraagt het percentage nog slechts 6,7%


4.2.1.b

Invloed van temperatuur In de navolgende tabellen volgen de resultaten voor de metingen bij 5 en bij 10 graden. CEM I

CEMIIA-LL

CEMIIB-S 32,5 R

CEMIIIA

CEMIIIB

TOTAAL

TOTAAL

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

0,45 > 0,02

0

0

1

0

0

1

1,85

0,50 > 0,02

0

0

0

1

1

2

3,70

0,55 > 0,02

1

0

0

1

1

3

5,56

0,60 > 0,02

2

1

1

0

1

5

9,26

Aantal metingen

9

12

12

9

12

54

100,00

2

2

3

11

20,37

16,67

22,22

25,00

Aantal metingen 3 1 per cementtype >0,02 Aantal metingen 33,33 8,33 per cementtype [%] Tabel 19: Resultaten Imko-metingen bij 5 graden.

Bij 5 graden bedraagt het foutpercentage ±20,4%. Indien de toegestane foutmarge wordt bijgesteld naar 0,03 bedraagt het percentage nog slechts 5,5%

0,45 > 0,02

CEM I

CEMIIA-LL

CEMIIIB

TOTAAL

TOTAAL

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[stuks]

[%]

1

0

1

2

5,71 8,57

0,50 > 0,02

0

1

2

3

0,55 > 0,02

0

0

1

1

2,86

0,60 > 0,02

0

0

0

0

0,00

12

11

12

35

100,00

4

6

17,14

Aantal metingen

Aantal metingen 1 1 per cementtype >0,02 Aantal metingen 8,33 9,09 per cementtype [%] Tabel 20: Resultaten Imko-metingen bij 28 graden.

33,33

Bij 28 graden bedraagt het foutpercentage 17,1%. Van de afwijkingen zijn er 3 metingen die een afwijking van 0,03 kennen. Indien 0,03 wordt aangehouden als maximale foutmarge ligt het foutpercentage nog op 8,6%. Uit bovenstaande tabel volgt dat er van de vier metingen slechts één meting binnen de toegestane afwijking valt. Deze meetmethode is dus vooralsnog niet geschikt voor zelfverdichtend beton. 4.2.2

Diëlektrische weerstandsmeting De diëlektrische weerstandsmeting is een methode in ontwikkeling. Deze is alleen nog toegepast op portlandcement en cement met een kleine hoeveelheid vliegas. In samenwerking met de Unisinos universiteit uit Brazilïe zijn met een door de universiteit ontwikkelde sonde op Europese cementsoorten testen uitgevoerd in het laboratorium van B|A|S Research & Technology. In het proces is de sonde verder ontwikkeld tot een betere uitvoering met stabielere resultaten. Toch bleek de sonde gedurende het hele proces stabiliteitsproblemen te kennen. Na een bepaalde periode verschenen pas continue metingen. Bij de analyse van de resultaten is de meetwaarde op t=60 gebruikt voor analyse. Niet van alle mengsels zijn bruikbare resultaten beschikbaar als resultante van het ontwikkelingsproces binnen het onderzoek (resulterend in foutieve metingen). De resultaten voor de verschillend cementsoorten zijn weergegeven in onderstaande grafiek.


Figuur 34: Resultaten van de metingen op de Europese cementsoorten bij 20 graden.

Naast de testen op de Europese cementsoorten zijn op een later moment dezelfde testen uitgevoerd op Braziliaanse cementsoorten. Een overzicht van de samenstelling van deze cementsoorten is hieronder weergegeven. De meetmethodiek is niet gewijzigd. Wel is de beton in Brazilië homogener van samenstelling. De cohesie van de beton is hier verbeterd door het toepassen van twee verschillende types zand. In het Nederlandse onderzoek was sprake van enige ontmenging in de eerste paar uur van de verharding van het beton.


Composition by mass (%) cement Benaming soort

Normaal

Composiet

Klinker

Hoogovenslak

Puzzolaan

Kalksteen

CPI

100

0

CPI-S

99 to 95

1 to 5

CPII-E

94 to 56

6 to 34

-

0 to 10

CPII-Z

94 to 76

-

6 to 14

0 to 10

CPII-F

94 to 90

-

-

6 to 10

Hoogovenslak

CPIII

65 to 25

35 to 70

-

0 to 5

Puzzolaan

CPIV

85 to 45

-

15 to 50

0 to 5

Hoge initiele sterkte

CPV-ARI

100 to 95

-

-

0 to 5

Tabel 21: Samenstelling Braziliaanse cementsoorten.

De resultaten voor de verschillende Braziliaanse cementsoorten zijn in onderstaande grafiek weergegeven.

Figuur 35:

Resultaten op Braziliaanse cementsoorten.

In het Braziliaans onderzoek zijn de richtingscoëfficiënten van de raaklijnen gelijkwaardig, alleen het startpunt verschilt. Daarbij liggen de lijnen van de CPIII significant hoger als de gevonden waarden bij de overige cementsoorten. De determinatiecoëfficiënten zijn uitzonderlijk sterk te noemen. In het onderzoek zijn een aantal Europese cementsoorten te vergelijken met de Braziliaans onderzochte cementsoorten. Dit zijn CEMIIIA, CEMIIB-S en CPIIA-LL. Deze zijn te vergelijken met respectievelijk CPIII, CPII-E en CPII-F. Van deze soorten is er alleen een volledige meting beschikbaar van CEMIIIA (De waarden gevonden bij CEMIIB-S zijn discutabel). In onderstaande grafiek zijn deze twee resultaten in één grafiek uiteengezet.


Figuur 36: Vergelijk Braziliaans en Europees cement met hoogovenslak.

Tijdens het onderzoek op de Unisinos universiteit is op de cementsoort CP-IV ook een test uitgevoerd met plastificeerder. De resultaten zijn in onderstaande grafiek weergegeven. Als plastificeerder is de PCE Glenium 51 toegepast.

Grafiek 47: Diëlektrische weerstand Braziliaans cement met en zonder plastificeerder.


4.3

Bekistingsdruk

4.3.1

Humm sonde en Knetbeutel In het onderzoek zijn de mengsels onder andere onderzocht met de Humm sonde en de Knetbeutel. In de onderstaande tabel zijn de resultaten weergegeven voor een omgevingstemperatuur van 15°C. Humm sonde Knetbeutel Mengsel 1 Mengsel 2 Mengsel 1 Mengsel 2 Tijd vanaf t=0 (met versneller) (zonder versneller) (met versneller) (zonder versneller) [min] [mm] [mm] [fase] [fase] 45 1 1 60 1 1 90 122 1 1 120 60 3 1 150 20 5 1 180 10 6 1 210 0 1 240 1 270 115 2 300 68 3 330 25 5 360 15 5 390 0 6 Tabel 22: Resultaten Humm sonde en Knetbeutel onder winteromstandigheden (omgevingstemperatuur 15°C).

Uit de bovenstaande tabel volgt dat ook hier fase 6 van de Knetbeutel wordt bereikt op het moment dat de indringdiepte met de Humm sonde 20 mm of minder bedraagt. Ook zijn er testen uitgevoerd onder zomerse omstandigheden. In dit geval is er geen versneller toegepast. Het verschil tussen beide mengsels is in dit geval gemaakt door toepassing van verschillende PCE’s. In dit geval was de omgevingstemperatuur 27°C. De resultaten voor deze test zijn in onderstaande tabel weergegeven. Humm sonde Knetbeutel Mengsel 3 Mengsel 4 Mengsel 3 (PCE 1) (PCE 2) (PCE 1) [mm] [mm] [fase] 45 1 60 1 90 1 120 65 1 150 20 2 180 30 3 3 210 5 0 5 240 0 6 Tabel 23: Resultaten Humm sonde en Knetbeutel onder zomeromstandigheden. Tijd vanaf t=0 [min]

Mengsel 4 (PCE 2) [fase] 1 1 2 3 5 6

De toegenomen omgevingstemperatuur doet de tijd die nodig is om op te stijven drastisch reduceren. Einde opstijf bij Humm sonde en Knetbeutel zijn ook hier weer rondom dezelfde tijdsperiode. 4.3.2

Drukresultaten In onderstaande figuren is het verloop in gemeten druksterkte weergegeven voor de verschillende mengsels.


Figuur 37: Drukverloop mengsel 1 (winter, met versneller)

Figuur 39: Drukverloop (PCE 1, zomer)

Figuur 38:

Drukverloop mengsel 2 (winter)

Figuur 40: Drukverloop (PCE 2, zomer)

Vervolgens zijn de berekende waarde met de daadwerkelijk gemeten bekistingsdruk vergeleken. Dit is weergegeven in onderstaande figuren. De berekening volgens de DIN-methode hier gebruikt staat alleen een einde opstijf toe tussen de 5 en 20 uur. Daarom is in onderstaande figuren gebruik gemaakt van de minimale opstijfduur van 5 uur (daar waar einde opstijf onder de 5 uur ligt).


Figuur 41:

Berekening versus werkelijk drukverloop mengsel 1 (winter, met versneller)

Figuur 43: Berekening versus werkelijk drukverloop (PCE 1, zomer)

Figuur 42: Berekening versus werkelijk drukverloop mengsel 2 (winter)

Figuur 44: Berekening versus werkelijk drukverloop (PCE 2, zomer)

Uit de bovenstaande grafieken volgt dat de optredende druk significant lager is dan uit de berekeningen volgt. Dat betekent dat binnen de vingerende berekeningsmethode een significante optimalisatieverbetering kan worden uitgevoerd. In het bovenstaande onderzoek is de Knetbeutel gebruikt als einde opstijfgedrag. Daar waar het einde opstijf onder de 5 uur ligt is een waarde van 5 aangenomen voor de berekende waarde. Het model is namelijk alleen geschikt voor tijdsduren van 5 tot 20 uur als einde opstijftijd. In onderstaande tabel zijn de berekende en gemeten waarden nog eens naast elkaar gezet. In de eerste kolom is de stortsnelheid weergegeven waarvoor een waarde van 5 uur is aangenomen. De tweede kolom bevat de resultaten als de daadwerkelijke waarde gevonden met de Knetbeutel test wordt aangehouden. Deze waarde is berekend met de MEVA tool, welke het wel toe laat om waarden lager dan 7 5 uur in te vullen . Ook is met behulp van deze tool de waarde berekend als een indringdiepte van 20 mm is bereikt met de Humm sonde. De laatste kolom bevat de maximaal vastgestelde stortsnelheid.

7

http://www.meva-international.com/en/web-services/concrete-pressure-calculator/index.php


Maximale Maximale Maximale stortsnelheid met stortsnelheid met stortsnelheid met als minimale einde Knetbeutel uitgangspunt 0 mm opstijf 5 uur. indringdiepte [meter per uur] [meter per uur] [meter per uur] Mengsel 1 1,71 3,19 (3 uur) 3,19 (3,5 uur) Mengsel 2 1,71 1,53 (6,5 uur) 1,53 (6,5 uur) Mengsel 3 1,71 2,13 (4 uur) 2,13 (4 uur) Mengsel 4 1,71 2,84 (3 uur) 2,13 (4 uur) Tabel 24: Theoretische waarde stortsnelheden bij andere waarden opstijfeinde.

Maximale stortsnelheid met als uitgangspunt 20 mm indringdiepte Humm [meter per uur 4,27 (2,9 uur) 1,83 (5,9 uur) 2,84 (3,2 uur) 4,27 (2,8 uur)

Werkelijk mogelijke stortsnelheid [meter per uur] 2,6 1,9 3,8 3,8

De bovenstaande resultaten zijn weergegeven in onderstaande staafdiagram.

Grafiek 48: Overzicht berekende en werkelijke toegestane stortsnelheden.

In bovenstaande staafdiagram is goed te zien dat bij gebruik van het bestaande model volgens de DIN methodiek onveilige situaties ontstaan als het model toch wordt gebruikt voor tijdstippen van einde opstijf onder de 5 uur. Zo zou mengsel 1 bij een einde opstijf van 3 uur met een maximaal toelaatbare stortsnelheid van 3,19 uur mogen worden uitgevoerd. Deze waarde ligt ver voorbij de maximale gemeten stortsnelheid. Het vermoeden bestaat dat dit komt door het toepassen van de versneller. Voor mengsel 2 en 3 ontstaan waarden die onder de werkelijk gemeten maximale stortsnelheid vallen. De voorspelde waarden liggen daar een behoorlijk stuk onder de mogelijke snelheid gemeten in de praktijk. Mengsel 4 geeft de meeste variatie tussen de voorspellingen en de werkelijkheid. Uit bovenstaande resultaten volgt dat dit model nog aanzienlijk verbeterd kan worden. De resultaten met een einde opstijf van minder dan 5 uur worden niet goed weergegeven door het model. Daartoe wordt aanbevolen hetzelfde onderzoek nogmaals uit te voeren op een standaard beton zonder gebruik te maken van PCE of versneller. Indien daaruit een werkend model is ontwikkeld kan daarnaast worden gekeken naar een optie (in de vorm van een coëfficiënt?) in te bouwen om met PCE’s en versnellers te kunnen werken. 4.4

Scheurvorming in jong beton

4.4.1

Beeldvormend onderzoek Tijdens het onderzoek zijn een aantal scenario’s opgezet en gesimuleerd in het programma HEAT. Hierbij is gekeken naar het effect op de spanningen, de verplaatsingen en de optredende temperaturen. De eerste simulatie bestaat uit een betonnen blok van 1,5 x 1,5 m² (zie onderstaande figuur). Deze afmetingen zijn dusdanig gekozen zodat er koeling noodzakelijk is omdat anders de thermische spanningen te hoog oplopen.


Bovenrand

Zijkant 1

Zijkant 2

Onderrand Figuur 45: Schematische weergave betonblok.

De onderrand is vastgezet en heeft dus geen vrijheidsgraden. De overige randen bevinden zich in de omgevingstemperatuur en kunnen vrij krimpen / uitzetten. De randvoorwaarden zijn in onderstaande tabel weergegeven. Het dagen nachtritme binnen de omgevingstemperatuur wordt gesimuleerd middels een sinusfunctie (mediaan in dit geval 16° met een ampl itude van 6°C).. Deze omgevingstemperatuur zou een lentesituatie kunnen omschrijven. Op 2 locaties (weergegeven in bovenstaande figuur) wordt het spanningsverloop berekend. Rand Bewegingsvrijheid Bovenrand Vrij Onderrand Vast Zijkant 1 Vast Zijkant 2 Vast Tabel 25: Randvoorwaarden simulatie

Temperatuur Omgeving (15±6°C) 10°C Omgeving (15±6°C) Omgeving (15±6°C)

De resultaten van de simulatie zonder maatregelen is weergegeven in onderstaande grafiek. In de grafiek wordt de berekende spanning middels de groene lijnen weergegeven op locatie 1 en 2. De rode lijnen geven de maximaal toegestane spanning in het beton weer. De gele lijnen geven de in Nederland geldende maximaal toegestane spanningen weer (met een veiligheidsfactor).

Figuur 46:

Spanningsverloop binnen gesimuleerde betonblok.

De resultaten van de simulaties zijn in onderstaande tabel weergegeven. De waarden voor de spanningen in onderstaande grafiek zijn weergegeven in unity checks. Dit betekent dat aan de limiet wordt voldaan als de waarde lager dan 1 uitvalt. Aan de limiet inclusief veiligheidsfactoren wordt voldaan indien de waarden lager dan 0,5 uitvallen. Waarden buiten de limiet zijn in de grafiek aangeduid met rode cijfers, terwijl waarden binnen de veiligheidslimiet zijn weergegeven middels groene cijfers.


Test

Origineel blok

2x4 koeling (kern)

2x8 koeling (kern)

2 x 6 koel (kern) 3 x 6 verwarm (randen)

5 x 6 koel (volledig Blok)

5 x 6 verwarm (volledig blok)

5 x 6 verwarm (volledig blok)

Tmax (°C)

44,6

32,07

28,86

22,13

21,16

29,68

29,68

160,8

206,7

206,7

Rijpheid max Szz t.o.v limiet (positie 1)

1

1

1

0,6

0,2

0,25

0,25

Szz t.o.v limiet (positie 2)

2,1

1,1

1,2

0,9

0,9

0,9

0,9

Koel temperatuur

-

10

10

10

10

-

-

Verwarm temperatuur

-

-

-

14

-

20

30

Tabel 26: Resultaten eerste simulaties.

Allereerst is gestart met de mogelijkheid om de kern van het beton te koelen (2x 4 koelleidingen en 2x8 koelleidingen). Hiermee zijn de spanningen een factor 2 gereduceerd, maar vallen de spanningen nog niet binnen de limiet. Er is nauwelijks effect door het toepassen van meer koelleidingen. Vervolgens is een uitbreiding gemaakt naar het koelen / verwarmen van de buitenste randen. Wederom is er sprake van een iets lagere waarden (met name op positie 1), en zonder veiligheidsfactoren zou de situatie nu voldoen, maar de waarden vallen nog niet binnen de veiligheidslimieten. De gebruikte geometrie van de koelleidingen zijn in onderstaande figuren weergegeven.

Figuur 47:

2 x 4 kanalen

Figuur 48:

Figuur 49:

5 x 6 kanalen

Figuur 50:

2 x 8 kanalen

3 x 6 kanalen

Met deze achtergrondgegevens is een tweede ronde simulaties gestart. De resultaten hiervan zijn weergegeven in onderstaande tabel.


Stap 5 x 6 koel (volledig blok) 20,82

Stap & constant 5 x 6 koel (volledig blok) 20,89

Rijpheid max

160

160

153

157

155

Szz t.o.v limietpositie 1

0,9

0,9

0,5

0,4

0,45


1

1

1

0,5

0,25

Koel temperatuur

10

10

10

10

10

-

-

-

-

Test Tmax (°C)

Verwarm temperatuur Tabel 27: Resultaten tweede simulatie.

Stap & constant 5 x 6 koel (volledig blok) 20,82

5 x 6 koel isolatie 21,68

S & C isolatie 5 x 6 koel 21,34

Door het optreden van een dagen nachtritme ontstaan er verschillende temperatuurgradiënten gedurende een etmaal. Bij de tweede simulatie is daarom gestart met het balanceren van de omgevingstemperatuur met de in het beton heersende temperatuur door tegen te sturen met behulp van verwarming en/of koeling (met als doel het elimineren van temperatuursgradiënten). Deze bijsturing is alleen op de buitenste randen doorgevoerd, aangezien het effect van de buitentemperatuur dicht bij het oppervlak het grootst is. Deze simulatie geeft vergelijkbare waarden als bij het constant koelen van het blok. Door het spelen met de aangestuurde kanalen kan een meest gunstige situatie worden gemaakt waarbij de unity-check op positie 1 uitkomst op 0,5 en de unity-check op positie 2 op 1. Dit betekent dat op positie 1 nog niet aan de veiligheidsvoorwaarden wordt voldaan. Om deze limietoverschrijdingen tegen te gaan is als aanvulling een simulatie uitgevoerd met een isolatie aan de randen van het betonblok. Van de uitgevoerde simulaties worden de beste resultaten verkregen met constante verwarming door het hele blok (5x6 kanalen) of Isolatie in samenwerking met verwarming. Op deze manier wordt aan alle veiligheidseisen voldaan. Zie ook onderstaande tabel. Deze goede resultaten worden vermoedelijk veroorzaakt door een snellere rijpheidontwikkeling en daardoor een snellere ontwikkeling van de treksterkte die bij verwarming aan de orde is. Test

Constant 5 x 6 verwarm

Tmax (°C)

29,69

29,87

Rijpheid max

213

223


0,2

0,2


0,5

0,2

Koel temperatuur Verwarm temperatuur Tabel 28: Beste opties (simulaties).

4.4.2

S & C isolatie 5 x 6 verwarm

-

-

20

20

Praktijkcase Met de gevonden resultaten uit de voorgaande paragraaf is een praktijkcase gesimuleerd. Het betreft een frontwand die in werkelijkheid is gerealiseerd. De frontwand is in onderstaande figuur weergegeven.


Figuur 51:

Frontwand praktijkcase.

In dit geval is een zomersituatie gesimuleerd met een omgevingstemperatuur van 21°C met een amplitude van 5°C. Zonder maatregelen in de vorm va n koeling, verwarming en/of isolatie is er sprake van overschrijdingen van de limieten. Met de kennis uit de voorgaande paragraaf zijn een aantal maatregelen gesimuleerd. De resultaten zijn weergegeven in onderstaande tabel. Test

Geen koeling

Constante koeling + isolatie

Koeling in dag/nacht ritme + isolatie

Mix constant & periodiek + isolatie

Tmax (°C)

43,4

40,6

40,3

40,7


0,1

0,9

1

0,9


0,4

1

0,6

1,1


2,3

1,1

0,9

0,7

Koel temperatuur

-

Verwarm temperatuur Tabel 29: Resultaten simulatie praktijkcase.

10

10

10

-

-

-

Uit bovenstaande tabel volgt dat het probleemgebied hier de kop van de wand is (hoekpunten). Het koelen verbetert de situatie op dit punt aanzienlijk (wel worden de spanningen op de overige punten iets verhoogd). Mogelijk kan het koelplan hierop worden geoptimaliseerd. Dit is geen onderdeel van dit onderzoek. 4.4.3

Simulatie koppelen aan actueel sensorsysteem Op het moment dat de simulatie is uitgevoerd is de modellering klaar en kan een advies worden uitgebracht aan de opdrachtgever. Het kan echter zijn dat de gedane aannames in de simulaties niet overeenkomstig de praktijk zijn (er is bijvoorbeeld sprake van een storm geweest). Bij het gebruik van sensoren voor temperatuursmetingen in de constructie kunnen daarmee te grote afwijkingen ten opzichte van de simulatie (en daarmee faalkosten) worden geïdentificeerd zodat extra maatregelen kunnen worden genomen.

4.5

Voorspelling van de duurzaamheid In het kader van het onderzoek uitgevoerd tezamen met de RILEM commissie TC 230 PSC zijn bij B|A|S Research & Technology metingen voor duurzaamheidsaspecten uitgevoerd. De volgende meetmethoden zijn toegepast: - Coëfficient voor (lucht)permeabiliteit (Permea-TORR); - Vochtgehalte, elektrische impedantie; - Terugslaghamer


-

Dekkingsmeting Elektrische weerstand (Wennermethode m.b.v. resipod)

Deze metingen zijn uitgevoerd aan betonnen keerwanden. Op een leeftijd van 14-21 dagen is een test uitgevoerd en op dezelfde keerwanden is wederom een test uitgevoerd op een leeftijd van 101-108 dagen (±3 maanden). De testen zijn uitgevoerd door drie verschillende wetenschappers (Frank Jacobs, Marijana Serdar and Roberto Torrent). e

e

De resultaten van de 1 en 2 ronde zijn weergegeven in onderstaande tabellen.

Tabel 30:

Resultaten metingen 1e ronde door Marijana Serdar.

Tabel 31:

Resultaten 1e ronde door Roberto Torrent.


Tabel 32: Resultaten 2e ronde door Frans Jacobs

Tabel 33: Resultaten 2e ronde door Roberto Torrent

De resultaten zijn in onderstaande grafieken verwerkt.


Figuur 52:

Resultaten 1e ronde (14-21 dagen)

Figuur 53:

Resultaten 2e ronde.

Uit bovenstaande gegevens kan worden geconcludeerd dat de permeabiliteit van het beton toeneemt bij het ouder wordende beton. Dit is niet logisch, aangezien de permeabiliteit juist af moet nemen in de tijd. Er reageert immers steeds meer cement waardoor de structuur van het beton dichter wordt. In onderstaande grafiek zijn de gemeten waarden van Frans Jacobs en Roberto Torrent tegen elkaar weergegeven. In de grafiek is zichtbaar dat de waarde dicht tegen de blauwe gelijkheidslijn aan ligt. De waarden uit ronde 1 (stippellijn) liggen echter een stuk lager.

Grafiek 49: Vergelijking waarden verschillende metingen.

Een mogelijke verklaring voor de afwijking kan worden gevonden in het vochtgehalte van jong beton en de lage temperatuur tijdens de metingen. Deze constatering maakt dat deze meetmethode niet geschikt is voor het doel van dit onderzoek. Tijdens het onderzoek zijn er ook metingen verricht met de Resipod. Dit toestel is gebaseerd op de Wenner-methode. Uit een onderzoek van Dhr. Rupnow en Dhr. Icenogle volgt dat er een relatie bestaat 8 tussen de gemeten diëlektrische weerstand en de chloridenmigratiecoëfficiënt .

8

Evaluation of Surface Resistivity Measurements as an alternative tot the Rapid Chloride Permeability Test for Quality Assurance and Acceptance, Dhr. Rupnow en Dhr. Icenogle, Anual meeting TRB 2012, juli 2011.


Figuur 54: Gemiddelde elektrische weerstand uitgezet tegenover gemiddelde RCM waardes.

5

Conclusies en aanbevelingen

5.1

Opstijfgedrag Tijdens het onderzoek is gekeken naar een aantal meetmethodes, namelijk: - Humm-sonde; - Verbeterde Humm meting; - Ultrasoon meting; - Knetbeutel; - Temperatuursstijging

5.1.1

Humm sonde Met betrekking tot de Humm sonde zijn de volgende hypotheses geformuleerd: - Er bestaat een correlatie tussen de Humm sonde en de rijpheid; - De rijpheid behorende bij een bepaalde indringdiepte (begin- en einde opstijf) is onafhankelijk van de temperatuur van de specie en de omgeving; - De rijpheid bij een bepaalde indringdiepte (begin- en einde opstijf) is onafhankelijk van de cementsoort; - De rijpheid bij een bepaalde indringdiepte (begin- en einde opstijf) is onafhankelijk van de water cement factor; - De rijpheid bij een bepaalde indringdiepte (begin- en einde opstijf) is onafhankelijk van het gebruik van plastificeerder (PCE). In het onderzoek is bevestigd dat er een lineaire relatie bestaat tussen rijpheid en de optredende indringdiepte. De determinatiecoëfficiënten van de trendlijnen zijn over het algemeen 0,85 of hoger, daarmee wordt gesproken van een zeer sterk tot uitzonderlijk sterk verband. De waarden van de rijpheid bij een indringdiepte van 20 mm en/of 0 mm (berekend uit de trendlijnen) is identiek voor de verschillende water cement factoren. De rijpheid bij een indringdiepte van 20 mm bedraagt ±140°Ch, terwijl d e rijpheid bij een indringdiepte van 0 mm ±150°Ch bedraagt. De onafhankelijkheid van de versc hillende cementsoorten, water cement factoren en temperaturen is onderzocht door het vergelijken van de verschillende trendlijnen. Hieruit volgt dat er geen invloed is vanuit de cementsoort, water cement factor of temperatuur. Ook gebruik van PCE is heeft geen invloed.


5.1.2

Verbeterde Humm meting De hierboven omschreven Humm meting kent een aantal belangrijke nadelen. Allereerst is de meting in min of mindere mate afhankelijk van de persoon die de sonde bedient. Wordt deze bijvoorbeeld schuin ingestoken dan kunnen er onbetrouwbare metingen ontstaan. Ook wordt door de meting energie in het mengsel aangebracht wat theoretisch zou kunnen leiden tot een versnelling van het opstijfgedrag. Daarom is gedurende het onderzoek een verbeterde Humm meting ontwikkelt gebaseerd op de ASTM C403. Dit betekent dat de gebruikte naalden in een ASTM C403 toestel zijn vervangen door naalden met de afmetingen en vorm van de Humm sonde. Door de bolle vorm heeft de aanwezigheid van grotere toeslagkorrels minder invloed op de meting (de ASTM C403 wordt uitgevoerd op gezeefde beton). Vervolgens is het onderzoek conform de ASTM uitgevoerd. Hierbij zijn de volgende hypothesen opgesteld: -

Er bestaat een correlatie tussen de verbeterde Humm sonde en de rijpheid; De rijpheid behorende bij een bepaalde weerstand (einde opstijf) is onafhankelijk van de temperatuur van de specie en de omgeving; De rijpheid bij een bepaalde weerstand (einde opstijf) is onafhankelijk van de cementsoort; De rijpheid bij een bepaalde weerstand (einde opstijf) is onafhankelijk van de water cement factor;

Deze methode is ontwikkelde gedurende het onderzoek. Dat betekent dat er niet van alle parametercombinaties data beschikbaar is. Bij 20 graden is vastgesteld dat er geen invloed bestaat uit de water cement factor (gebaseerd op vergelijken relatie weerstand in de tijd). De rijpheden behorende bij de weerstanden zijn alleen bepaald op 28 en 5 graden. Tussen deze twee temperaturen bestaan geen belangrijke verschillen en dus wordt vermoed dat ook hier temperatuur geen invloed heeft. Geadviseerd wordt dit onderzoek nog uit te voeren bij labtemperatuur. Uit een amerikaans onderzoek uitgevoerd bij koude- en hete condities is een gelijk resultaat behaald (geen invloed). Het vergelijk van de cementsoorten is in deze wat minder eenduidig. De trendlijnen liggen relatief dicht bij elkaar, maar er is toch sprake van wat spreiding. Hierbij is te zien dat CEMIIIB sneller opstijft als we kijken naar de rijpheid. De overige cementsoorten wisselen van locatie. Naast bovenstaande analyses is tevens gekeken naar het verschil tussen de verbeterde en de standaard Humm sonde. Hieruit volgt dat het moment waarop de verbeterde Humm zijn maximale weerstand bereikt ook ongeveer het moment is dat de standaard Humm de indringdiepte van 20 mm bereikt. Een kleine aantekening moet hier worden gemaakt bij de toepassing van de kleinere aangepaste Humm naald. De resultaten die hieruit volgen zijn niet eenduidig en dus is verder alleen gekeken naar de punten die gemeten kunnen worden met grote Humm naald. 5.1.3

Ultrasoonmeting In een eerste onderzoek is naar voren gekomen dat er een knikpunt ontstaat op het moment dat er een waarde ontstaat (anders dan bodem) bij het meten met de Humm sonde. Vanuit deze waarneming is de volgende hypothese opgesteld: - Het begin van opstijven kan worden bepaald aan de hand van het knikpunt in een ultrasoonmeting. Tijdens het onderzoek heeft de vullingsgraad van de emmer afgeweken. Daarom is gekozen om bij de analyse uit te gaan van de waarde berekend uit de trendlijn voor een indringdiepte van 100 mm. De rijpheden liggen hier gemiddeld om- en nabij de 80-85°Ch. Het knikpunt bij de verschillende water cement factoren is identiek en dus is de conclusie dat het knikpunt niet wordt beïnvloed door de water cement factor. Ook wordt geen invloed ondervonden door het toepassen van verschillende cementsoorten. Bij het onderzoek uitgevoerd onder verschillende temperaturen is vastgesteld dat het knikpunt verloopt of zelfs helemaal niet meer kan worden teruggevonden. Daarmee kan de hypothese alleen worden bevestigd onder laboratoriumcondities en daarmee is deze methode dus niet toepasbaar op de bouwplaats (wat wel het doel van dit onderzoek is).


5.1.4

Knetbeutel Deze test is genormeerd, maar staat er om bekend dat deze zeer beïnvloedbaar is door de gebruiker. Daarom wordt een veiligheidsfactor van 25% toegepast. De volgende hypothesen zijn opgesteld: - Er bestaat een correlatie tussen de Knetbeutel en de rijpheid; - Fase 6 is overeenkomstig het bereiken van een indringdiepte van 20 mm door de Humm sonde; - De knetbeuteltest wordt niet beïnvloed door de water cement factor (in relatie met de rijpheid); - De knetbeuteltest wordt niet beïnvloed door de cementsoort (in relatie met de rijpheid); - De knetbeuteltest wordt niet beïnvloed door de temperatuur (in relatie met de rijpheid); - De knetbeuteltest wordt niet beïnvloed door het gebruik van plastificeerder. Uit de testen komt naar voren dat er inderdaad geen invloed is door de water cement factor, cementsoort en plastificeerder. De temperatuur heeft wel invloed op de uitslag van de test. Het vermoeden bestaat dat dit tevens veroorzaakt wordt door het gevoel van diegene die de test uitvoert tijdens de verschillende omgevingstemperaturen.

5.1.4.a

Temperatuursstijging Tevens is een analyse van de temperatuursstijging uitgevoerd. De hypothese bij deze test is als volgt: - Bij begin en einde opstijf behoort een bepaalde temperatuursgradiënt. Voor deze test is aan de hand van de Humm sonde het moment van begin- en einde opstijf bepaald. Op deze momenten is de rijpheid opgezocht en de daarbij behorende temperatuur. Vervolgens is het temperatuursverschil tussen aanvang meting en deze temperatuur bepaald. Er zijn geen overeenkomstige waarden en/of patronen teruggevonden. De hypothese is hiermee verworpen.

5.1.5

Conclusie In het onderzoek zijn 6 testmethoden gevalideerd en is vastgesteld dat alleen de Humm metingen (zowel de standaard Humm sonde als de verbeterde versie) betrouwbare resultaten levert onder wisselende insitu omstandigheden. De 4 overige testmethoden leveren geen eenduidige en betrouwbare resultaten, waarbij koudere in-situ buitenluchttemperaturen een belangrijke rol spelen bij het falen van meerdere testmethoden. Testen tonen verder aan dat er een directe correlatie is tussen actueel opstijfgedrag van beton en de rijpheid. Deze gevalideerde correlatie blijft in stand bij gewijzigde luchttemperaturen, water cement factoren en cementsoorten. Daarmee is bewezen dat rijpheidsensoren het actuele opstijfgedrag van een beton element in-situ nauwkeurig en betrouwbaar kunnen meten, mits voorafgaande aan de meting een kalibratie van het betonmengsel plaatsvindt. Uit het onderzoek is gebleken dat deze kalibratie doorgevoerd moet worden met een Humm methode. Voor het juist doorvoeren van kalibratiemetingen op de bouwplaats, gedeeltelijk door bouwplaatsmedewerkers zonder betontechnologische opleiding, moet de kalibratiemethode eenvoudig zijn en moeten fouten worden uitgesloten. De in het onderzoek ontwikkelde verbeterde Humm methode biedt hiervoor de beste uitgangspunten en zal in de volgende fase van ontwikkeling worden gebracht.

5.2

Water cement factor

5.2.1

Hoogfrequente radarmethode Een innovatieve meettechniek gebaseerd op hoogfrequente radar is één van de onderzochte methodes. De resultaten zijn veelbelovend. De hypothese in dit onderzoek luidt: - Met behulp van een hoogfrequente radar sensor kan het vochtgehalte van het mengsel eenduidig worden gemeten. Daarbij bestaat er geen invloed door cementsoort of temperatuur.


Bij de 20 graden metingen en een toegestane afwijking van 0,02 wordt bij 88% van de metingen de juiste water cement factor bepaald. Verhogen we de toegestane waarde naar 0,03 dan wordt zelfs voor 93% van de meetpopulatie een juiste waarde gevonden. Onder andere temperaturen is het resultaat vergelijkbaar. Bij 5 graden en een nauwkeurigheid van 0,02 is er sprake van een percentage van 80% met een juiste waarde, terwijl dit bij een nauwkeurigheid van 0,03 zelfs 95% bedraagt. Bij 28 graden is dit respectievelijk 83% en 92%. De bovenstaande hypothese kan hier mee worden bevestigd. Wel is vastgesteld dat de meetmethode (nog) gevoelig is voor gebruikersfouten. Er moeten namelijk een aantal zaken zoals de volumieke massa en het cementgehalte worden bepaald. Bij een vervolgontwikkeling is het advies om de rekenmodule los te koppelen van de meetmodule en deze waardes seperaat in te laten vullen door de specialist bijvoorbeeld via een webportaal. 5.2.2

Diëlektrische weerstandsmeting Er is in het literatuuronderzoek een onderzoek gevonden waarbij deze een diëlektrische meetmethodiek is toegepast op Portlandcement en Portlandcement met vliegas. Hieruit zijn veelbelovende resultaten gegenereerd. De hypothese luidt hier: Er bestaat een correlatie tussen water cement factor en de diëlektrische weerstand van verse betonspecie. In dit onderzoek is een Wenner probe sonde toegepast welke ook in het hierboven beschreven literatuuronderzoek is gebruikt. Gedurende het onderzoek zijn hierop verbeteringen toegepast aan de meetsensor. De sensor bleek in de praktijk erg foutgevoelig te zijn door o.a. de manier waarop het kabelwerk verbonden zat (kortsluiting). Ook na verbetering bleek een minder homogene betonsamenstelling invloed te hebben op de metingen. De testen zijn na het onderzoek in Nederland nogmaals uitgevoerd op Braziliaanse cementen op de Unisinos universiteit in Brazilië. Hier was sprake van een homogenere betonsamenstelling waarbij de stabiliteit van de metingen aanzienlijk is verbeterd. Vanwege de gevoeligheid van de meetmethode (homogeniteit van het mengsel) wordt deze methode op dit moment niet geschikt geacht voor het uitvoeren van in-situ real-time metingen.

5.2.3

Conclusie In onderzoek zijn 2 testmethoden gevalideerd en vastgesteld dat de hoogfrequente radarmethode resultaten produceert die als basis kunnen dienen om te komen tot een betrouwbaar real-time in-situ test methode. De methode diëlektrische weerstandsmeting vertoont te grote afwijkingen om op dit moment te kwalificeren voor verdere ontwikkeling. Bij de hoogfrequente radarmethode kan de betrouwbaarheid van de resultaten worden verbetert indien de gebruiker geen of minder parameters (bij volumieke massa, cementgehalte etc) per meting moet invoeren in het systeem. In principe zou dit ook niet nodig moeten zijn omdat de parameters pas worden gebruikt in het rekenmodel van de water cement factor. Dit model rekent de gemeten radarpuls (EC trime parameter) met behulp van de parameters om in een vochtgehalte en een water cement factor. Op dit moment bevindt de rekenmodule zich op de sonde. De oplossing is om deze rekenmodule los te koppelen van de meetsensor en de bruto meetresultaten (EC trime parameter) middels een internet connectie te verzenden naar een server waar meetresultaten worden gecontroleerd en calculatie plaats vindt van de vooraf bepaalde parameters. Eventuele onjuistheden kunnen hier ook achteraf worden aangepast. Ook moet de sensorpositie ten opzichte van de verse betonspecie worden gefixeerd zodat er geen verschillen ontstaan tussen de metingen. Dit kan worden gerealiseerd door de sensor bijvoorbeeld in een trechtervorm te plaatsen die door de gebruiker op de bouwplaats niet meer kan worden gewijzigd (zie onderstaande figuur).


Figuur 55: Voorbeeld trechter.

Na calculatie op de centrale server moet het handelsadvies (wel of niet vrijgeven voor stort) terug worden gecommuniceerd naar de gebruiker. Dit kan bijvoorbeeld door het plaatsen van rood/groene controle lamp op de sensor. De meetresultaten worden opgeslagen in een database en kunnen verder worden gebruikt voor analyses met betrekking tot duurzaamheid van de betonconstructie (as built documentatie voor asset management). In een volgende fase zal deze sensor verder worden uitgewerkt. 5.3

Bekistingsdruk

5.3.1

Vergelijk verschillende rekenmethodes Om een overzicht te krijgen van de verschillende methodes die gebruik worden voor het bepalen van de horizontale bekistingsdruk is een standaard beton uitgerekend. Een samenvatting van de beschouwde methodes is weergegeven in onderstaande tabel weergegeven tezamen met de beïnvloedende parameters.

Methode

Invoer cementsoort

Invoer einde opstijf

Invoer consistentie klasse?

Invoer volumieke massa

NEE, uitgangspunt 2400 kg/m³ CIRIA JA NEE NEE JA DIN18218 NEE JA JA JA ACI 347-04 JA NEE NEE JA AS3610 JA NEE NEE JA Tabel 34: Vergelijk van de verschillende berekenmethodes bekistingsdruk. NEN6722

NEE

NEE

JA

Invoer vorm constructie

Grotere storthoogte leidt tot andere waarde?

Max stortsnelheid voorbeeld situatie [meter / uur]

NEE

NEE

2,75

JA NEE JA JA

JA NEE NEE JA

3,61 1,81 2,00 3,61

In een praktijkonderzoek samen met bekistingfabrikant Doka is gekeken naar de actuele versus de berekende bekistingsdruk (volgens DIN methode). Daarbij is gekeken naar een zomer en winter situatie. Van tevoren zijn op de mengsels onder andere een Humm meting en een Knetbeutel meting uitgevoerd. In de huidige rekenmethode kan niet worden gerekend met een einde opstijf van minder dan 5 uur, terwijl einde opstijf in actuele gevallen wel op een eerder tijdstip is vastgesteld.


Als deze berekening voor het bepalen van de stortsnelheid wel wordt uitgevoerd voor het juiste einde opstijf tijdstip ontstaan inderdaad niet realistische waarden. Hiermee is aangetoond dat, indien het bestaande model verder wordt ontwikkeld, er tijdswinst tijdens de bouwfase en kosten kunnen worden bespaard door een reductie van de overdimensie van de kist. Als de actuele te behalen stortsnelheid wordt gebruikt als input voor het model (met een einde opstijf van 5 uur) dan wordt de capaciteit van de kist ruimschoots overschreden. Dit heeft o.a. te maken met een onjuiste invoer van het einde opstijf tijdstip. Verder is opgevallen dat er in het model geen invloedsfactor in de vorm van een toeslagstof als PCE, versnellers en vertragers kunnen worden meegenomen. Terwijl dit wel veel invloed kan hebben. Als het actuele opstijfgedrag middels een kalibratie van het mengsel wordt bepaald en het model ook geldig is voor opstijftijden onder de 5 uur kan een kalibratie methode worden ontwikkelt die direct toepasbaar is. 5.3.2

Conclusie Op dit moment bieden meerdere bekistingfabrikanten rekenhulp modellen via internet om de te verwachtte bekistingsdruk te berekenen. Verder zijn er druksensoren op de markt die de actuele bekistingsdruk kunnen meten. Echter proceswinst en voorkomen van schade / faalkosten is te halen indien de vooraf te verwachten bekistingsdruk beter bepaald kan worden en de meest optimale stortsnelheid hierop wordt aangepast. Uit de onderzoeken kunnen we concluderen dat opstijfgedrag van het beton vaak anders verloopt dan in de huidige rekenmodellen wordt aangenomen. Juist door het betonmengsel voorafgaande aan het bouwproject voor opstijfgedrag te kalibreren kan de juiste “einde opstijf” worden bepaald en in het rekenmodel worden ingevoerd. De voorhanden rekenmodules moeten wel worden aangepast zodat ook einde opstijf minder dan 5 uur mogelijk is. De resultaten van deze aangepaste rekenmodules gebruik makende van kalibratieresultaten van het specifieke betonmengsel dat tijdens het project wordt ingezet, leveren dan accurate resultaten om stortsnelheid te bepalen. Met betrekking tot de geschikte kalibratiemethoden voor opstijfgedrag wordt hier terugverwezen naar het domein opstijfgedrag (paragraaf 5.1.5). In een volgende fase zal deze methode verder worden ontwikkelt en op de markt worden gebracht.

5.4

Scheurvorming in jong beton Eén van de belangrijkste oorzaken van scheurvorming in jong beton wordt gevormd door een verhinderde vervorming onstaan door temperatuursgradiënten. De gradiënten ontstaan met name door de exotherme hydratatiereactie in combinatie met de slechte warmtegeleiding van beton. In het kader van het onderzoek zijn meerdere scenario’s berekend in het eindige elementenmethode pakket HEAT.

5.4.1

Eindige elementen analyse Hierbij zijn een aantal mogelijkheden bekeken om de spanningen in een betonelement te verlagen. De meest effectieve maatregelen in een standaard betonblok van 1,5 x 1,5 meter bestonden hierin in het toepassen van constante verwarming (5x6 kanalen) of het toepassen van isolatie in combinatie met constante verwarming. Met de opgedane kennis is een praktijkcase aanschouwd en gesimuleerd. Hier werd als beste methode een koeling / verwarming in dag / nachtritme (tegensturen buiten temperatuur) in combinatie met isolatie bepaald. Uit dit onderzoek kan worden geconcludeerd dat de spanningen in jong beton aanzienlijk kunnen afnemen door het toepassen van maatregelen als koelen / verwarmen (zowel (buitentemperatuurs) gestuurd of constant) en het toepassen van isolatie. Door het uitvoeren van FEM analyses (eindige elementen) met een programma als HEAT kunnen daarmee aanzienlijk schade (en kosten) worden voorkomen.

5.4.2

Conclusie Massabetonconstructies die onder een constante (hydratatie) temperatuur verharden hebben significant minder risico op scheurvorming. De inzet van een oplossing met leidingen in jong beton die zowel verwarmde als gekoelde vloeistof kunnen transporteren geeft daarbij de beste resultaten. De vloeistof moet daarbij door een verwarming / koelinstallatie met een temperatuur bereik van 10°C tot 25°C worden behandeld. Bij het inplannen van de hoeveelheid en de positie van de leidingen kunnen zones in de beton (kern, rand, bekist, onbekist) worden gedefineerd die onafhankelijk van elkaar met verschillende behandeltemperaturen worden bediend. Door sensoren in het beton te plaatsen die de actuele betontemperatuur meten en deze resultaten continue tegen gesimuleerde modellen uit HEAT af te zetten kan de verwarming/koel installatie effectief worden aangestuurd.


Onderzoeksresultaten geven voldoende indicatie om een dergelijke verwarming / koeling installatie te bouwen en hiermee verdere testen door te voeren. 5.5

Voorspelling duurzaamheid aan de hand van permeabiliteit.

5.5.1

Meting permeabiliteit In het literatuuronderzoek is vastgesteld dat het meten van de permeabiliteit in verse betonspecie nog niet mogelijk is. Tezamen met RILEM zijn er bij B|A|S onderzoeken uitgevoerd aan jonge kademuren. Daarbij zijn metingen uitgevoerd met een o.a. een Permea-TORR op de kademuren op een leeftijd van 14-21 dagen en een leeftijd van ±3 maanden. Uit de metingen volgt dat metingen na 14-21 dagen niet betrouwbaar zijn. Uit het onderzoek volgt namelijk op oudere leeftijd een hogere permeabiliteit welke niet logisch is. Vermoedelijk wordt dit veroorzaakt door de nog hoge vochtigheid in een jong beton. Hieruit kan worden geconcludeerd dat deze methode technisch niet mogelijk is. Het beton moet minstens een bepaalde leeftijd hebben.

5.5.2

Conclusie Bij de start van het onderzoek was onze stelling om een testmethodiek te ontwikkelen die het mogelijk maakt om aan de verse betonspecie of tijdens de eerste drie weken na de start de actuele permeabiliteit te meten. De permeabiliteit is namelijk een wezenlijke parameter die de duurzaamheid van een betonconstructie beïnvloedt. Voor de zeer jonge fase (14-21 dagen oude constructies) hebben we uitvoerige testen doorgevoerd met verschillende methoden, waarbij de drukkamer methode van Roberto Torrent de beste basis vormde. Echter de testresultaten hebben dit niet bevestigd. Derhalve is besloten dit domein niet verder te vervolgen.

ir. S. Leurs Consultant / Onderzoeksleider

Ing. H.M.A. Pero Adjunct-directeur

Project mede mogelijk gemaakt door Interreg IV-A Deutschland-Nederland.

www.deutschland – nederland.eu

Ontwikkeling optimum beton INTERREG IV-A

Recommend Documents