Vorst-dooiweerstand van betonverhardingen: theorie en praktische voorbeelden ir. Luc Rens FEBELCEM Raadgevend ingenieur
[email protected]
dr. ir. Anne Beeldens OCW Onderzoeker
[email protected]
CONCRETE DAY - Gent – 18 oktober 2012
Inleiding Duurzaam gedrag van beton in alle klimaatomstandigheden Maar…toegenomen schade door afschilfering van betonverhardingen – strenge winters? – verhoogd gebruik dooizouten? – gekleurde betonverhardingen?
Wat is de echte reden?
Inleiding
Oorzaken van vorstschade ten gevolge van vorst en dooizouten bij betonverhardingen Bevriezing van vers beton – Bevriezen van vrij water in beton met scheurvorming in verse beton tot gevolg – Eens water in beton bevroren is zal geen verdere hydratatie plaatsvinden!
Bevriezing van verhard beton en interne scheurvorming – Opbouwende druk (hydraulisch) ten gevolge van uitzetten van water bij omzetting naar ijs (minder belangrijk) – Vorming van ijslens in grotere poriën die extra trekkrachten op fijnere poriën gaan uitoefenen – Osmotische drukken ten gevolge van zoutconcentraties
Oorzaken van vorstschade ten gevolge van vorst en dooizouten bij betonverhardingen Inwerking van dooizouten – Tijdens het smelten van het ijs door zouten: endotherme reactie, warmte wordt onttrokken aan ondergelegen lagen waardoor daar grotere spanningen ontstaan, door bevriezen van water in die poriën – Door osmotische drukken die ontstaan ten gevolge van concentratieverschillen tussen het poriënwater aan het oppervlak en het dieper gelegen poriënwater
Combinatie van vorst-dooicycli en dooizouten
Hoe wordt de duurzaamheid beoordeeld in de typebestekken? Vers beton: – Luchtgehalte
Verhard beton: – Druksterkte – Wateropslorping door onderdompeling – Weerstand tegen afschilfering (indien wateropslorping niet voldoet)
Controle van de wateropslorping door onderdompeling
Op cylindrische proefstukken ontnomen door kernboring uit de betonverharding
Oppervlakteschijfje met S = 100 cm² (diameter van 11,3 cm) en hoogte h = 4 à 5 cm
Bepaling van de wateropslorping door onderdompeling op een ouderdom van ten minste 60 dagen
Samenstelling wegenbeton Voorschriften volgens SB250 versie 2.2
Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags)
Dmax v/d Hoeveelheid WaterLuchtgehalte granulaten cement cementfactor (%-v) (mm) (kg/m3) W/C Bouwklasse B1- B5 volgens SB 250 > 20 ≥ 400 ≤ 0,45 6 < Dmax ≤ 20 ≥3 ≥ 400 ≤ 0,45 ≤6 ≥5 ≥ 425 ≤ 0,42 ≥ 20
≥ 375
≤ 0,45
≥3
Bouwklasse B6-B10 en BF volgens SB 250 > 20 ≥ 350 ≤ 0,50 Bovenlaag 6 < Dmax ≤ 20 ≥ 375 ≤ 0,50 (een- of tweelaags) ≤6 ≥ 400 ≤ 0,45 Onderlaag ≥ 20 ≥ 350 ≤ 0,50 (tweelaags)
≥3 ≥5
Landbouwwegen volgens overeenstemmende bouwklasse
≥3
Wateropslorping door onderdompeling Voorschriften volgens SB250 versie 2.2
Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags) Bovenlaag (een- of tweelaags) Onderlaag (tweelaags)
Dmax Maximale individuele v/d granulaten wateropslorping (mm) Hi, max (%-m) Bouwklasse B1-B5 volgens SB 250 > 20 (zonder LBV) 6,5 6 < Dmax ≤ 20 6,8 7,0 ≤6 ≥ 20
-
Bouwklasse B6-B10 en BF volgens SB 250 > 20 (zonder LBV) 6,5 6,8 6 < Dmax ≤ 20 7,0 ≤6 ≥ 20
Maximale gemiddelde wateropslorping Hm, max (%-m) 6,0 6,3 6,5 6,0 6,3 6,5
-
-
-
-
Vorstweerstand in aanwezigheid van dooizouten Voorschriften volgens CCT Qualiroutes en SB 250 versie 2.2
Proefmethode volgens ontwerpnorm ISO/DIS 4846-2
Maximaal gecumuleerd massaverlies na 30 cycli in g/dm²
Mogelijk in toekomst volgens Europese norm CEN/TS 12390-9 (2006): 3 proefmethodes ter bepaling van weerstand tegen afschilfering SLAB test CDF test CUBE test Criteria verschillen en zijn nog te bevestigen!
Réseau I Bouwklasse B1 – B5
Réseau II B6 – B10, BF
5
10
Bouwklasse
Réseau III Routes agricoles
20
Water, vriend of vijand van beton?
Als water (w) ↓, verwerkbaarheid ↓ ⇒ toevoeging van een (super)plastificeerder Als water-cementfactor (wcf) ↓, verwerkbaarheid ↓ ⇒ toevoeging van een (super)plastificeerder
Wat met de mechanische prestaties? Wat met de duurzaamheid?
Water, vriend of vijand van beton? Als wcf ↑ , mechanische prestaties ↓ Wet van FERET (1890)
1 fc, cub = K . ( )2 w+a 1+ c fc,cub = druksterkte na 28 d op kubusvormige proefstukken K = correctiefactor volgens de cementsoort c = volume aan cement w = totaal volume aan water a = volume aan lucht
Water, vriend of vijand van beton? Voorbeeld Beton 1: 380 kg/m³ cement, 4 % lucht, wcf = 0,45 Beton 2: 380 kg/m³ cement, 4 % lucht, wcf = 0,50 Beton 1
Beton 2
w= a= c=
380 . 0,45 = 171 l 4 % = 40 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l
380 . 0,50 = 190 l 4 % = 40 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l
(w + a)/c
(171 + 40)/127 = 1,66
(190 + 40)/127 = 1,81
(1/(1 + 1,66))² = 0,141
(1/(1 + 1,81))² = 0,127 0,127/0,141 = 0,90 of – 10 %
Als wcf ↑ , wat met de duurzaamheid?
Water, vriend of vijand van beton?
Duurzaamheid =∼ waterabsorptie door onderdompeling ∼ dooizoutbestendigheid Vuistregel Als wcf ↑ : waterabsorptie ↑ en dooizoutbestendigheid ↓ ⇒ als wcf ↓, duurzaamheid ↑ Als c ↑: waterabsorptie ↓ en dooizoutbestendigheid ↑ (want pakkingsdichtheid ↑ ) Maar als c ↑ en wcf gelijkblijft: w↑ ook ⇒ duurzaamheid ↓
Water, vriend of vijand van beton? Voorbeeld Beton 1: 380 kg/m³ cement, wcf = 0,45 ⇒ w = 171 l Beton 2: wcf = 0,45 maar 420 kg/m³ cement ⇒ w = 189 l
Geldig voor beton zonder luchtbelvormer!
www.febelcem.be publicaties
Water, vriend of vijand van beton?
Voorbeeld Beton 3: 380 kg/m³ cement, wcf = 0,45 Beton 4: wcf = 0,45 maar 420 kg/m³ cement Abs = 0,044 . wtotaal – 3,09 Beton 3
Beton 4
wtotaal =
380 . 0,45 = 171 l
420 . 0,45 = 189 l
Abs =
0,044 . 171 – 3,09 = 4,43 %
0,044 . 189 – 3,09 = 5,23 % 5,23/4,43 = 118 of + 18 %
w= a= c=
171 l 10 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l
189 l 10 l 420 kg / 3,0 kg/l = 140 l
wcf
(171 + 10)/127 = 1,42
(189 + 10)/140 = 1,42
(1/(1 + 1,42))² = 0,171
(1/(1 + 1,42))² = 0,171 0,169/0,169 = 1,00 of + 0 %
Water, vriend of vijand van beton? Water = VIJAND van beton wcf niet verhogen c verhogen, maar w niet verhogen!!, ⇒ meer (super)plastificeerder toevoegen Water = VRIEND van beton nodig voor cementhydratatie ⇒ pas gestort beton tegen uitdroging beschermen nodig om een goede verwerkbaarheid en een homogeen mengsel te verkrijgen
Luchtgehalte en dooizoutbestendigheid
Voorbeeld: beton voor gemeentewegen met 375 kg/m³ CEM III/A 42,5 N LA, Dmax = 20 mm Eisen: wcf ≤ 0,50 – 3 tot 6 % lucht – Absm ≤ 6,3 % - Massaverlies ≤ 10 g/dm² Beton 1
Beton 2
Beton 3
Beton 4
Beton 5
Beton 6
(zonder plastificeerder en luchtbelvormer)
(met plastificeerder, zonder luchtbelvormer)
(met plastificeerder en luchtbelvormer)
(met plastificeerder en luchtbelvormer)
(met plastificeerder en luchtbelvormer)
(met plastificeerder en luchtbelvormer)
wcf
0,49
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
Slump Vebe
40 mm 4,0 s
40 mm 4,0 s
25 mm 4,0 s
45 mm 3,0 s
35 mm 3,5 s
65 mm 2,0 s
Luchtgehalte
0,8 %
1,3 %
2,4 %
4,5 %
5,7 %
8,3 %
Massaverlies vorst-dooi
25,1 g/dm²
14,0 g/dm²
10,8 g/dm²
7,1 g/dm²
6,3 g/dm²
3,9 g/dm²
R’c 90 d
73,6 N/mm²
82,0 N/mm²
73,0 N/mm²
65,9 N/mm²
58,9 N/mm²
44,6 N/mm²
Absm
6,0 %
5,6 %
5,5 %
6,4 %
6,2 %
7,3 %
Vermijden vorstschade SB 250 versie 2.2 (C – w/c) Beperkt zandgehalte 0/2
Courbe granulométrique - Korrelverdelingskromme Béton 0/20 Beton Routes communales - Gemeente wegen
63
50
40
31.5
25
20
16
10
12.5
8
5
6.3
4
2.5
3.15
0 2
10
1.6
90 100 1
20
1.25
30
80
0.8
70
0.5
40
0.63
50
60
0.4
50
0.25
60
0.315
40
0.2
70
0.16
80
30
0.125
20
0.1
90
0.08
100
0.063
0 10
Ouverture des mailles en mm - Opening van de mazen in mm
33 % van de fractie 0/2 (of max. 600 kg/m³)
Passant en % - Doorval in %
Refus en % - Zeefrest in %
Oppervlakafwerking : bezemen
Vermijden vorstschade SB 250 versie 2.2 (C – w/c) Beperkt zandgehalte 0/2 Watergehalte beperken tot ca. 180 l/m³ Luchtbelgehalte vers beton 4 % Indien kleurstoffen : verminderde verwerkbaarheid compenseren met hulpstoffen, niet door toevoegen water Verdichting – Nabehandeling I.g.v. manuele plaatsing : beschermen met impregneermiddel
Impregneermiddelen (hydrofobering)
Doeltreffend (schade vermeden of uitgesteld) Niet de bedoeling om minderwaardig beton toe te laten Twee lagen – na verdwijnen of verwijderen curing compound Op basis solventen / water / bio Doeltreffendheid impregnatiemiddel 60
Gecumuleerd verlies na 30 cycli
50
40
30
20
10
0 CaCl2
AVIFORM Vergelijking onbehandelde proefstukken m et geïm pregneerde
CLEARWAY
Toekomst… Registratie en certificatie betonmengsels Eind 2012 : nieuwe FEBELCEM publicatie !
Dank u voor uw aandacht!
Speciale dank aan ir. Claude Ployaert
