duurzaam beton door beheersing van de waterabsorptie - Febelcem

DUURZAAM BETONDOOR BEHEERSINGVAN DE WATERABSORPTIEtechnologie | NOVEMBER 2009BB/SfBf2(L33)WateraBsorptie door onderdompelingeisen volgens de normenaBsorptie door onderdompeling en Watergehalte van het Betonparameters voor de Betonsamenstellingarch. T. Craps

Het beheersen van de wateropslorping door onderdompeling vormt een essentiëlevoorwaarde om de duurzaamheid van het beton te garanderen. (foto’s PVA)Om beton duurzaam te maken is een doeltreffende en daadwerkelijke controle vereistvan alle factoren die het gedrag van het materiaal in de tijd kunnen beïnvloeden.De ervaring leert dat volgende factoren veruit de belangrijkste zijn en bijgevolgnauwgezet moeten worden opgevolgd : betonsamenstelling (cementgehalte enwater-cementfactor), betondekking, compactheid van het beton en beschermingvan het jonge beton tijdens het verhardingsproces.De compactheid van het beton beïnvloedt rechtstreeks zijn porositeit. Het doel vandeze publicatie is de « porositeit » nader te bestuderen. Zij wordt doorgaans gecontroleerddoor de wateropslorping door onderdompeling van het verharde beton temeten. Aan de hand van de norm NBN B 15-001:2004 kan beton vandaag wordenvoorgeschreven op prestaties, eventueel met inbegrip van specificaties voor waterabsorptiedoor onderdompeling. Het beheersen van de wateropslorping bij betonkan eenvoudig lijken. Nochtans moet iedereen zijn steentje bijdragen. De duurzaamheidvan een bouwwerk staat of valt er immers mee.Vertrekkend van de huidige kennis van het onderwerp worden de voornaamsteparameters onderzocht waarmee aan de criteria van de norm NBN B 15-001:2004inzake waterabsorptie door onderdompeling kan worden voldaan.

1. Wateropslorping door onderdompelingBeton is een poreus materiaal. Het bevat metandere woorden poriën of holle ruimten. Dezeporiën zijn bepalend voor de sterkte en de duurzaamheidvan het beton. Een geringe porositeitvormt voor beton inderdaad de beste verdedigingtegen agressieve stoffen.Porositeit is het natuurlijke gevolg van het feitdat enerzijds meer water aanwezig is dan nodigvoor de hydratatie en anderzijds de granulateneventueel holtes kunnen bevatten. Dit heeft eenongunstig effect op de mechanische weerstandvan het beton en op zijn duurzaamheid. Dehoeveelheid water die door portlandcementchemisch kan worden gebonden, bedraagtongeveer 25 % van de cementmassa. Hiernaastwordt nog een hoeveelheid water, ongeveergelijk aan 15 % van de cementmassa, gebondenals gelwater. Dit gelwater bestaat uit water datfysisch geadsorbeerd is aan het oppervlak vande hydratatieproducten en uit een monomoleculairewaterfilm die gebonden is tussen de vlakkekristallisatieproducten (interlayer-water). Hetgelwater ontwijkt volledig in een droogstoof bij105°C, maar is ondanks deze losse binding tochniet in staat om met het nog niet gebondencement te reageren. Bovendien nemen de vastehydratatieproducten een absoluut volume in datkleiner is dan de som van de absolute volumeswater en cement die reeds gereageerd hebben.Er is bijgevolg ruimte vrijgekomen binnen hetomschreven volume : capillaire holten. Dezeholten kunnen leeg zijn of gevuld met water. Vooreen goede verwerkbaarheid van het beton wordtde W/C-factor immers meestal groter genomendan 0,40. Een deel van het water wordt dus nietchemisch noch fysisch gebonden, en zal zich in decapillaire holten vestigen (poriënwater), waaruithet later eventueel kan verdampen. De gevormdecapillaire holten betekenen een verzwakkingvan het beton. Aangezien agressieve stoffen viadit poriënnetwerk bovendien gemakkelijk hetbeton binnendringen, wordt ook de duurzaamheidnadelig beïnvloed [1] .De porositeit van een materiaal is een maat voorhet volume van de som van alle capillaire holten.Van belang is het onderscheid tussen porositeiten permeabiliteit (doorlatendheid). Zo kan eenmateriaal slechts weinig poreus zijn en toch zeerdoorlatend (bijvoorbeeld beton met een halfopenstructuur); en omgekeerd, een materiaal kanrelatief poreus zijn zonder een druppel waterdoor te laten (compact beton van zeer middelmatigekwaliteit). De porositeit wordt uitgedruktin volume. Een porositeit van 5 % betekent datéén dm 3 van het beschouwde materiaal 0,05 dm 3of 50 cm 3 inwendige capillaire holtes bevat. Zewordt over het algemeen gemeten door eenonderdompelingsproef in water bij atmosferischeluchtdruk. Inderdaad, om de porositeit vaneen gegeven beton te bepalen volstaat het dewaterabsorptie door onderdompeling (in %) tevermenigvuldigen met de droge specifieke massa(in kg/dm 3 ) van dat beton. Veronderstel bijvoorbeeldeen stuk beton van 2,2 dm 3 dat 5,0 kg weegtin droge toestand en 5,3 kg na langdurige onderdompelingin water. De hoeveelheid geabsorbeerdwater bedraagt bijgevolg 0,3 kg of 0,3 dm 3 .De wateropslorping door onderdompeling is dangelijk aan 0,3 kg/5 kg = 6 %.De porositeit kan rechtstreeks worden afgeleiduit deze proef, namelijk 0,3 dm 3 /2,2 dm 3 = 13,6 %.Is de specifieke massa van het materiaal in drogetoestand gekend (5,0/2,2 = 2,27 kg/dm 3 ), dan kanze ook berekend worden aan de hand van dewateropslorping (6 % x 2,27 = 13,6 %).De wateropslorping door onderdompeling ishet resultaat van vochttransport in de capillaireporiën die in verbinding staan met de omgeving.Om de waterabsorptie te bepalen wordt hetbetonnen proefstuk ondergedompeld tot demassa constant blijft, waarna de massatoenamewordt geregistreerd. Ze wordt uitgedruktin procent ten opzichte van de droge massa vanhet proefstuk. Omdat ze een beeld geeft van deporositeit, wordt de waterabsorptie gebruikt alsindicator van de kwaliteit van het beton.Kunstwerken worden insterke mate blootgesteldaan agressieve stoffen.Daarom moet bijzondereaandacht worden besteedaan de samenstellingen de verwerking vanhet beton teneinde deporositeit laag te houden.(foto’s CLP)3 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

Bepalen van de waterabsorptie door onderdompeling van verhard betonDe waterabsorptie door onderdompeling vanbeton wordt bepaald volgens de richtlijnenvan de norm NBN B 15-215:1989. Sommigenormatieve documenten of lastenboekenschrijven proefmethodes voor die enigszinsvan deze norm afwijken. Dit is vaak zo voorproducten in prefab beton (zie in dit verbandannex G van de norm NBN EN 13369:2004),of ook voor wegenbeton. In dit laatste gevalwordt de waterabsorptie door onderdompelingniet bepaald aan de hand van eenproefkubus maar van een boorkern afkomstiguit het wegdek. Enkel de bovenkant van dekern (een schijf van 4 à 5 cm dikte) wordtaan de proef onderworpen, vermits dat deelblootgesteld wordt aan agressieve stoffen, metname dooizouten. De verschillen met de normNBN B 15-215:1989 hebben vanzelfsprekendeen significante weerslag op het resultaat.TYPes ProeFsTUKKenDe proeven worden uitgevoerd op proefstukkendie door boren of zagen zijnweggenomen uit een bouwwerk, uit eenbetonproduct, of uit een proefstuk dat in eenmal is gegoten. Het volume van de proefstukkendie aan de absorptieproef door onderdompelingworden onderworpen bedraagtminstens 800 cm 3 en ten hoogste 1200 cm 3 .Bovendien moet de verhouding V/S vanvolume V (in cm 3 ) tot oppervlak S (in cm 2 )begrepen zijn tussen 1,2 et 2.Noteer dat de proef meestal wordt uitgevoerdop kernen met een doorsnede van 100 cm 2(diameter 113 mm) en een hoogte van 10 cm,waarbij alle oppervlakken het resultaat zijnvan boren of zagen.Behandeling van deProeFsTUKKen vÓÓr de meTingenGegoten proefstukkenNa ontvormen worden de proefstukkenbewaard in een vochtige kamer bij eentemperatuur van 20 ± 2 °C en een relatievevochtigheid van minstens 90 %, en dit tot ze14 dagen oud zijn. Dan worden de te testenmonsters op vorm gebracht (boren, zagen).De aldus geprepareerde proefstukken wordenvervolgens gedurende 28 dagen aan de luchtblootgesteld bij een RV van 60 ± 2 % en eentemperatuur van 20 ± 2 °C.Proefstukken afkomstig uit een bouwwerkdat minstens 14 dagen oud isZe worden gedurende 28 dagen blootgesteldaan de lucht, bij een relatieve vochtigheid van60 ± 2 % en een temperatuur van 20 ± 2 °C.Deze termijn kan eventueel worden ingekorttot wanneer het verschil tussen twee opeenvolgendewegingen van het proefstuk,uitgevoerd met een tussentijd van 24 uur,minder dan 0,05 % bedraagt van de massadie bij de laatste weging werd opgetekend.Er moet worden onderstreept dat deze behandelingin een droge kamer absoluut noodzakelijk is, opdathet water dat zich in niet onderling verbonden poriënbevindt uit het monster kan ontwijken. Zoniet zalhet bij het geabsorbeerde water worden opgeteld.Uit proeven is gebleken dat het kan gaan om eenhoeveelheid variërend van 0,0 tot 0,3 % t.o.v. hetgeabsorbeerde water, afhankelijk van het type beton.4 Technologie | DUURZAAM BeTon DooR BeheeRSing VAn De WATeRABSoRPTie

UiTvoering van de ProeFDe proef omvat de volgende verrichtingen :• Het proefstuk onderdompelen in een bakwater van 20 ± 2 °C, gedurende minimum48 uur en tot de vochtige massa constantblijft. Het proefstuk vóór het wegen afvegenmet een vochtig zeemvel teneinde het waterop het oppervlak weg te nemen.• Het proefstuk drogen gedurende minimum72 uur en tot de droge massa constant blijft.Dit gebeurt in een geventileerde droogstoofwaarin een temperatuur van 105 ± 3 °C wordtaangehouden.De massa wordt als constant beschouwdwanneer het verschil tussen twee opeenvolgendewegingen met een tussentijd van24 uur niet groter is dan 0,1 %.Meting van de vochtige en droge volumemassa’sHet kan nuttig zijn om naast de waterabsorptiedoor onderdompeling ook de vochtigeen droge volumemassa van het proefstuk tebepalen. Dit gebeurt volgens de richtlijnenvan de norm NBN EN 12390-7:2009.M onder waterM vochtigHet volume van het proefstuk wordt bepaalddoor hydrostatische weging. Nadat deconstante vochtige massa is opgetekend,wordt de massa bepaald van het proefstukonder water.M droogHet volume V van het proefstuk wordt alsvolgt berekend :Weergave van heT resUlTaaTDe waterabsorptie door onderdompeling (Abs)wordt uitgedrukt in procent van de drogemassa. Ze wordt als volgt berekend :Abs =m vochtig – m droogx 100m droogHierbij is• m vochtig de constante vochtige massa van hetproefstuk na onderdompeling ;• m droog de constante droge massa van hetproefstuk na droging in de droogstoof.V =m vochtig – m onder waterρ w (= 1000)Hierbij is• m vochtig , de vochtige massa van het proefstuk,gemeten nadat het na onderdompeling weeruit het water is gehaald ;• m sous eau , de massa van het proefstuk onderwater, bepaald door hydrostatische weging ;• ρ w , de volumemassa van het water, gelijk aan1000 kg/m 3 .De vochtige en droge volumemassa’s, respectievelijkVVM en DVM, worden als volgtberekend :VVM =m vochtigVen DVS =m droogV5 Technologie | DUURZAAM BeTon DooR BeheeRSing VAn De WATeRABSoRPTie

2. Eisen van de normenNBN EN 206-1 en NBN B 15-001D e n o r m e n N B N E N 2 0 6 - 1 : 2 0 0 1 e nNBN B 15-001:2004 bieden de mogelijkheidom naast de omgevingsklassen ook een klassevan waterabsorptie door onderdompelingvan het verharde beton voor te schrijven. Deklassen worden aangeduid met het letterwoordWAI (van het Engelse Water Absorption byImmersion) en zijn gelinkt aan het betontype.De eisen van de norm die voor de WAI-klassengelden, zijn samengevat in tabel 1. Zo kan bijvoorbeeldvoor een beton met een voorgeschrevenomgevingsklasse EE4 – m.a.w. betontypeT(0,45) – de waterabsorptieklasse WAI (0,45)worden gespecificeerd. Naast de prestatiesvan minimum sterkteklasse C35/45, gewapendof ongewapend, omgevingsklasse EE4 – dusbetontype T(0/45), W/C-factor ≤ 0,45 en cementgehalte≥ 340 kg/m 3 – zal het beton een waterabsorptiedoor onderdompeling vertonen die,gemeten op proefstukken volgens de richtlijnenvan de norm NBN B 15-215, beantwoordt aanvolgende eisen: gemiddelde waarde (meting op3 proefstukken) lager dan 5,5 % en individuelewaarde lager dan 6,0 %. Noteer dat de norm dezeeisen vastlegt in functie van de water-cementfactorvan het beton.Tabel 1 –Waterabsorptieklassendoor onderdompelingen overeenkomstigeduurzaamheidseisenvolgens de normNBN B 15-001:2004WaterabsorptieKlassen WAI (0,50) WAI (0,45)door onderdompelingGemiddelde waarde (%) ≤ 6,0 ≤ 5,5Individuele waarde (%) ≤ 6,5 ≤ 6,0Betontypes T(0,50) T(0,45)Ongewapend betonEA2EE4ES4EA3OmgevingsklassenEE3EE4Gewapend betonES1ES3ES2ES4EA2EA3Water-cementfactor ≤ 0,50 ≤ 0,45Cementgehalte (kg/m 3 ) ≥ 320 ≥ 340Minimum sterkteklasse C30/37 C35/45In deze publicatie wordt abstractie gemaaktvan betonsoorten met ingebrachte lucht.Hun toepassingsgebied omvat doorgaansbetonverhardingen in buitenomgeving dieworden blootgesteld aan dooizouten. Opbasis van de normen NBN EN 206-1:2001 enNBN B 15-001:2004 kunnen nochtans ook voorbeton met luchtbelvormer grenzen wordenopgelegd inzake waterabsorptie. In dat gevalworden de maxima uit tabel 1 verhoogd metexact 0,3 %. Enerzijds vormen de luchtbelleneen onderbreking van de capillaire poriën,waardoor de hoeveelheid geabsorbeerd waterdaalt ; anderzijds heeft een beton met luchtbelvormereen kleinere massa dan betonzonder ingebrachte lucht. Laatstgenoemdkenmerk geeft evenwel de doorslag, zodat dewaterabsorptie, uitgedrukt in % van de drogemassa van het beton, meestal hoger is. De lezermag er evenwel van uitgaan dat de hiernauitgewerkte principes ook van toepassing zijnvoor beton met luchtbelvormer.sterkteklasseCf ckcy /f ckcubOBGBVBconstructie-eisengebruiksdomeinomgevingsklasseE…E……consistentieklasseS…F…uitvoeringseisenmaximumkorreldiametereventueleaanvullendegegevens zoalsWAI (...)D max E+BENORgarantie van conformiteitmet de normenBeton voorschrijven op prestaties betekent :(1) verwijzen naar de normen NBN EN 206-1:2001 en NBN B 15-001:2004 ;(2) sterkteklasse, gebruiksdomein, omgevingsklasse, consistentieklasse en maximum korreldiameter aanduiden ;en (3) eventuele bijkomende gegevens vermelden, bijvoorbeeld de waterabsorptieklasse zoals toegelicht in annex O van de norm NBN B 15-001:2004.Alleen deze methode laat toe beton voor te schrijven dat drager is van het BENOR-merk. Dit garandeert dat het beton aan de gespecificeerde prestatie-eisenvoldoet, met inbegrip van de eventueel voorgeschreven waterabsorptieklasse.6 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

3. Verband tussen de wateropslorping dooronderdompeling en het watergehalte van het betonFiguur 1 geeft voor verschillende in het labovervaardigde betonstalen de waterabsorptiedoor onderdompeling in functie van hunW/C-factor, los van cementtype en -gehalte,korrelverdeling enz. Wel moet wordengenoteerd dat de nominale diameter van degrofste korrels steeds boven 16 mm ligt. Uitde grafiek valt geen enkele relatie af te leidentussen de waterabsorptie door onderdompelingvan verhard beton en zijn water-cementfactor.Figuur 2 geeft het verband weer tussen dewaterabsorptie door onderdompeling vanverhard beton en het totale watergehaltevan het beton in verse toestand. De grafiek isgebaseerd op gegevens afkomstig van verschillendebetons gemaakt op bouwplaatsen. Zewerden vervaardigd op basis van verschillendecementtypes en -gehaltes, en van verschillendekorrelverdelingen (type en gehalte aan zand, typeen gehalte aan grove korrels, maar wel allemaalvan natuurlijke oorsprong en met een waterabsorptiecoëfficiëntlager dan 1 %). Elk beton werdin verse en verharde toestand gecontroleerddoor het labo van het Nationaal Centrum voorWetenschappelijk en Technisch Onderzoek voorde Cementnijverheid (CRIC-OCCN).Op de bouwplaats worden doorgaans devolgende proeven op vers beton uitgevoerd :• zetmaat, d.w.z. de slumptest met de Abramskegelvolgens NBN EN 12350–2:2009 ;• vochtige volumemassa volgens NBN EN12350–6:2009 ;• luchtgehalte volgens NBN EN 12350–7:2009 ;• watergehalte volgens de methode beschrevenop pagina 13 ;• realiseren van proefstukken voor decontrole van het verharde beton volgensNBN EN 12390–2:2009.Van het verharde beton worden de volgendeeigenschappen bepaald :• druksterkte volgens NBN EN 12390-3:2009 opkubussen met zijde 15 cm ;• waterabsorptie door onderdompeling volgensNBN B 15-215:1989, op kernen van 1 dm 3geboord uit betonplaten.De betonplaten worden na 1 dag naar het labo vanCRIC-OCCN overgebracht waar ze na ontvormingworden bewaard in een vochtige kamer bij(20 ± 2) °C en meer dan 90 % relatieve vochtigheid.Na 14 dagen worden volgens de richtlijnen vanWaterabsorptie door onderdompeling in %9,08,58,07,57,06,56,05,55,04,54,03,53,02,52,01,51,00,50,00,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60W/C-factor van het betonFiguur 1 – Waterabsorptie door onderdompeling van verhard beton in functie van zijnW/C-factor (proeven uitgevoerd op beton gemaakt in het labo). Elk punt is het gemiddeldevan 3 meetresultaten.Waterabsorptie door onderdompeling in %9,08,58,07,57,06,56,05,55,04,54,03,53,02,52,01,51,00,50,0150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270Totaal watergehalte van het beton in liter/m 3Figuur 2 – Verband tussen waterabsorptie door onderdompeling van verhard beton enhet totale watergehalte van dat beton in verse toestand. Elk punt is het gemiddelde van3 resultaten.de norm NBN B 15-215 drie kernen geboord. Dieworden gedurende 28 dagen in een droogkamerbewaard bij (20 ± 2) °C en 60 à 65 % RV.De eigenlijke waterabsorptieproeven vangenaan met de onderdompeling in water bij 20 °Ctot wanneer de vochtige massa constant blijft,gevolgd door een verblijf in de droogstoofbij 105 °C tot wanneer de droge massa constantblijft. Behalve de waterabsorptie worden ook devochtige en de droge volumemassa van de proefstukkenbepaald, cfr. NBN EN 12390-7:2009.Abs = 0,044 W totaal - 3,09r = 0,899n = 677 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

Uit de grafiek kan een verband wordenafgeleid met een vrij goede correlatiecoëfficiënt,zodanig dat vertrekkend van het totalewatergehalte van het verse beton, de waterabsorptiedoor onderdompeling van hetverharde beton kan worden voorspeld :Abs = 0,044 x W totaal – 3,09 (1)Hierbij is :• Abs (in %) de waterabsorptie door onderdompelingvan het verharde beton ;• W totaal (in l/m 3 ) het totale watergehalte vanhet beton in verse toestand.Noteer dat een gelijkaardig verband werdvastgelegd voor betons gefabriceerd in hetlabo, maar waarschijnlijk is dat niet correct.Een verklaring moet wellicht gezochtworden in het feit dat in een labo betonwordt gemaakt met droge granulaten. Ophet ogenblik dat water aan het mengselwordt toegevoegd, zullen de granulaten ereen deel van absorberen. Deze hoeveelheid isevenwel zeker kleiner dan het absorptievermogenvan de granulaten. De korrels wordeninderdaad vrij snel door cementpasta omhuld,zodat ze er niet in slagen water te absorberentot verzadiging. Dit is vooral het geval bijgebroken granulaten, waar het water meeroppervlak te bevochtigen heeft. Het resultaatis dat de poriën niet verzadigd raken en datde werkelijke W/C-factor hoger is dan bij eenmaximale waterabsorptie door de granulaten.Aldus zal bij gelijke betonsamensteling eenbeton vervaardigd met droge granulateneen lagere mechanische weerstand en eenhogere waterabsorptie laten optekenen daneen beton gemaakt met vochtige granulaten,en dit bij eenzelfde totale watergehalte.Uit vergelijking (1) kunnen we afleiden datvoor elke verhoging van het totale watergehaltemet 1 liter/m 3 , de waterabsorptie dooronderdompeling met 0,044 % stijgt.Welnu, zoals vastgelegd in de normNBN B 15-215 wordt de waterabsorptie dooronderdompeling berekend uit de volgendevergelijking (zie kaderstuk op pagina’s 4 en 5) :Abs =m vochtig –m droogx 100 (2)m droogmet :• m vochtig , de vochtige massa van hetproefstuk na onderdompeling ;• m droog de massa na drogen in droogstoof.Deze vergelijking kan ook als volgt wordengeschreven :Abs =VVM - DVMDVMx 100 (3)met :• VVM de vochtige volumemassa van hetproefstuk na onderdompeling ;• DVM de droge volumemassa van hetproefstuk na drogen in droogstoof.Wordt de teller in vergelijking (3) gelijkgesteldaan 1 en de noemer aan 2250 (gemiddeldeDVM van verhard beton gelijk aan 2250kg/m 3 , hetgeen een klassieke waarde is voor dedroge volumemassa van gewoon beton), danwordt Abs = 0,044 %.Dit is precies de hellingscoëfficiënt van derechte lijn in figuur 2 (vergelijking 1).Uit dezelfde vergelijking (1) kan ook wordenafgeleid dat het totale watergehaltewaarbij de waterabsorptie gelijk is aan nul,70 l/m 3 bedraagt. In feite stemt deze waardeovereen met de hoeveelheid scheikundiggebonden water (gemiddelde van 67 betonstalen).De rest van het totale watergehalte isverrekend in de waterabsorptiewaarde. Hetgaat om fysisch gebonden water (gelwater), vrijwater en water dat door de granulaten is geabsorbeerd.Vertaald naar waterabsorptie dooronderdompeling wordt dit water genoteerdals VVM – DVM, hetgeen de teller is in vergelijking(3). Dit betekent :W totaal = VVM - DVM + 70 (4)8 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

Uit (3) en (4) volgt dan) :Abs =W totaal –70DVMx 100 (5)In tabel 2 staan alle resultaten die in dezeanalyse zijn verrekend. Er kan wordenvastgesteld dat het experimenteel bepaaldewatergehalte waarbij de waterabsorptie gelijkis aan nul, gemiddeld 73 l/m 3 bedraagt. Er is duseen zeer goede overeenkomst met de waardebepaald uit vergelijking (1).Figuur 3 geeft het verband tussen de waterabsorptiedoor onderdompeling van betonen zijn droge volumemassa, en wel voor allehier beschouwde resultaten. Met deze figuuris het mogelijk om op basis van proefresultatendie voor een willekeurig beton de waterabsorptiedoor onderdompeling en de drogevolumemassa geven, na te gaan of een betonaan dezelfde wetmatigheid voldoet. Vervolgenskan met vergelijkingen (1) en (5) een raminggemaaakt worden van zijn totale watergehalte.Zo te zien hangt de waterabsorptie dooronderdompeling van een beton enkel afvan het totale watergehalte van het betonin verse toestand. In feite wordt ze rechtstreeksbepaald door het totale watergehalte,en onrechtstreeks door alle factoren die eeninvloed hebben op het watergehalte van hetbeton. Zo moet bijvoorbeeld de impact van dekwaliteit van het zand vermeld worden. Eenbeton gemaakt op basis van alleen maar tefijn zand behoeft geen verdere commentaar.Dergelijk zand vraagt veel aanmaakwater,waardoor de porositeit van het betonaanzienlijk stijgt. Breekzand biedt het voordeelvan een beter gespreide korrelverdeling van 0tot 4 mm. Anderzijds blijkt breekzand door dehoekige korrelvorm veel minder verwerkbaar.Om de gewenste consistentie te halenmoet de cementpasta vloeibaarder wordengemaakt. Hoekig zand heeft daarom dezelfdeuitwerking als fijn zand, met bovendien nogeen bijkomend risico. Het vloeibaar maken vande cementpasta heeft immers een ongunstigeinvloed op de stabiliteit van het mengsel enleidt tot ontmenging en overvloedig uitzweten(‘bleeding’). Vooral dit laatste fenomeen tast dekwaliteit van de betonhuid aan en precies aande kwaliteit van dat oppervlaktelaagje moetvoldoende aandacht worden besteed om deduurzaamheid van het beton te verzekeren.Zand van kaliber 0/2 of 0/4, namelijk rivierenzeezand – dit laatste gebaggerd in de groteriviermondingen en mits strikte beperkingvan het gehalte aan schelpen en chloor – enin mindere mate mengsels van gewassenbreekzand en fijn zand, lenen zich goed totde fabricage van beton (figuur 4). Zij wordengekenmerkt door :• een goede korrelverdeling : deze zandtypesbevatten hoofdzakelijk grove en vooralmiddelgrove korrels, met een idealeafgeronde vorm, waardoor ze slechts eenminimum aan water vergen om bevochtigdte worden ;• een laag gehalte aan fijne deeltjes(< 0,063 mm) ; het is deze fijne fractie dieeen ‘dorstige natuur’ heeft ;• het aandeel van de korrels groter dan 2 mmbeslaat niet meer dan 15 %, of beter nog, nietmeer dan 10 %.Het verband tussen de waterabsorptie door onderdompeling van verhard beton en hettotale watergehalte van het beton in verse toestand geldt ook voor zelfverdichtend beton.Enkele van de resultaten in figuur 1 hebben overigens betrekking op dergelijk beton.Zelfverdichtend beton heeft een groter volume aan cementpasta dan gewoon beton envertoont een specifiek rheologisch gedrag dat afwijkt van klassiek vloeiende betonsoorten.Omwille van dit grotere volume aan pasta zou zelfverdichtend beton een grotereporositeit kunnen hebben, maar dit vermoeden wordt ontkracht door de uitgevoerdemetingen. Uit studies in verband met de invloed van de nabehandelingsmethode ende duurzaamheid van zelfverdichtend beton is bovendien gebleken dat de bestandheidvan zelfverdichtend beton tegen uitwendige en inwendige vormen van aantastingonderhevig is aan mechanismen die vergelijkbaar zijn met deze gekend bij gewoon beton.9 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

Totaalwatergehaltein l/m 3Druksterktegemeten opkubussen na28 dagenin N/mm 2 Abs in % VVMin kg/m 3(± 5 kg)Tabel 2 – Synthese van de verkregen resultaten uit 67 betons gemaakt op de bouwplaatsDVMin kg/m 3(± 5 kg)Geabsorbeerdwaterin l/m 3(= VVM - DVM)Gebonden waterin l/m 3(= totaal water- geabsorbeerdwater)155 62,5 3,9 2395 2305 90 65160 67,4 4,0 2430 2335 95 65165 88,7 4,1 2465 2370 95 70173 63,0 3,8 2465 2375 90 83177 47,8 4,9 2380 2270 110 67181 51,5 5,7 2415 2285 130 51182 48,7 4,8 2375 2270 105 77184 59,5 4,5 2435 2330 105 79185 46,4 5,6 2390 2265 125 60186 57,4 5,2 2385 2265 120 66187 56,5 5,7 2300 2175 125 62187 50,0 5,2 2385 2270 115 72188 53,9 4,6 2430 2325 105 83189 48,6 5,5 2390 2265 125 64190 76,1 4,9 2455 2340 115 75190 72,8 5,5 2370 2250 120 70190 55,6 5,3 2390 2270 120 70190 41,8 6,0 2355 2225 130 60191 73,1 5,4 2365 2245 120 71192 57,9 5,2 2390 2270 120 72193 53,3 4,6 2435 2330 105 88193 51,9 6,0 2395 2255 140 53194 54,2 6,2 2385 2245 140 54195 56,6 5,7 2375 2250 125 70195 52,0 6,4 2390 2245 145 50196 76,2 4,3 2420 2325 95 101196 56,8 6,2 2380 2245 135 61197 57,5 5,3 2375 2255 120 77197 51,2 6,1 2410 2270 140 57198 81,1 4,8 2395 2300 95 103198 54,1 5,5 2380 2255 125 73200 46,4 5,5 2360 2235 125 75200 54,2 6,4 2395 2255 140 60201 45,0 5,9 2440 2305 135 66202 51,8 5,8 2420 2290 130 72204 47,8 5,4 2420 2295 125 79205 74,8 5,6 2390 2275 115 90206 51,0 5,1 2385 2240 145 61206 46,0 6,1 2395 2255 140 66207 44,5 6,2 2405 2265 140 67207 59,8 6,0 2415 2275 140 67208 52,2 6,3 2410 2270 140 68208 48,3 6,1 2405 2265 140 68208 42,5 6,4 2385 2245 140 68210 70,9 5,2 2325 2205 120 90210 68,6 6,2 2365 2230 135 75210 40,2 5,7 2420 2290 130 80210 45,1 5,7 2405 2275 130 80211 43,9 7,3 2360 2205 155 56211 75,4 6,3 2325 2185 140 71212 45,4 6,1 2385 2250 135 77218 35,3 7,0 2335 2185 150 68218 74,7 6,5 2310 2170 140 78220 48,2 6,2 2420 2280 140 80222 49,7 6,7 2385 2235 150 72222 43,0 7,0 2395 2240 155 67224 38,0 6,7 2390 2245 145 79226 34,0 6,8 2330 2180 150 76235 31,3 6,7 2375 2250 125 110236 42,5 7,4 2370 2210 160 76240 43,0 6,9 2400 2245 155 85244 42,4 8,0 2325 2155 170 74247 41,9 8,3 2300 2125 175 72252 35,8 8,4 2310 2130 180 72253 35,9 7,7 2350 2215 135 118254 41,6 8,4 2300 2120 180 74265 39,6 8,8 2285 2105 180 85Gemiddelde205 53,1 6,0 2385 2250 73,010 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

Waterabsorptie door onderdompeling in %9,08,58,07,57,06,56,05,55,04,54,03,53,02,52,0Abs = 0,017 DVM +43,7r = 0,845n = 67Fuguur 3 – Verbandtussen de waterabsorptiedoor onderdompelingvan verhard beton enzijn droge volumemassa.Betons gemaakt op debouwplaats. Elk puntis het gemiddeldevan 3 resultaten..1,51,00,50,02080 2100 2120 2140 2160 2180 2200 2220 2240 2260 2280 2300 2320 2340 2360 2380 2400Droge volumemassa van het verharde beton in kg/m 3010010Korrels met afgeronde of kubusvormGespreide korrelverdeling van 0 tot 2 mm90208030Zeefrest op 2 mm-zeef< 15 % en liefst zelfs < 10 %704060Zeefrest in %50605040Doorval in %70Gehalte fijne deeltjes≤ 3 % (< 0,063 mm)Aandeel korrels begrepentussen 0,25 en 0,5 mm > 30 %308020901010000,063 0,08 0,1 0,125 0,6 0,2 0,25 0,315 0,4 0,5 0,63 0,8 1 1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3Maaswijdte in mmFiguur 4 – Kenmerkenvan goed betonzand.11 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

4. « Minimale » betonsamenstellingwaarbij VOLDAAN WORDT AAN de eisenvoor waterabsorptie door onderdompelingen AAN de water-cementfactor in functievan de omgevingsklassenVertrekkend van de grafiek die het verband geeft tussen de waterabsorptie door onderdompelingvan het verhard beton en het totale watergehalte van dat beton in verse toestand (figuur 2),kunnen de voornaamste parameters van de betonsamenstelling worden vastgelegd, zodat aanalle in tabel 1 vermelde eisen van de norm NBN B 15-001:2004 wordt voldaan.Aan de hand van figuur 5 kan inderdaad het watergehalte van het verse beton bepaald wordendat niet mag overschreden worden om te voldoen aan de voorgeschreven waarden voor waterabsorptiedoor onderdompeling.9,08,58,07,57,06,56,05,55,04,54,03,53,02,52,01,51,00,50,0Figuur 5 – Totaalwatergehalte dat nietmag overschredenworden om een lagewaterabsorptie dooronderdompelingte garanderenWaterabsorptie door onderdompeling in %150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270Totaal watergehalte van het beton in l/m 3Abs = 0,044 W totaal - 3,09r = 0,899n = 67WAI (0,45), Abs ≤ 5,5%W totaal ≤ 194 of 175 l/m 3WAI (0,50), Abs ≤ 6%W totaal ≤ 206 of 187 l/m 3Indien als totaal watergehalte enkel de waardewordt beschouwd die volgt uit de regressielijn– namelijk 206 en 194 l/m 3 voor respectievelijkWAI(0,50) en WAI(0,45) – dan blijfthet risico bestaan dat een hogere uitkomstvoor de waterabsorptie wordt verkregendan de geschatte. Daarom is evenwijdig metde regressielijn een tweede lijn getekend.Deze rechte loopt door de hoogste waardevoor de waterabsorptie door onderdompelingdie werd vastgesteld in het gebied onderde 6 % absorptie. Met deze rechte kunnentwee waarden voor de totale waterhoeveelheidvan het verse beton worden bepaald,onder dewelke nooit een waterabsorptie iswaargenomen die hoger lag dan de vereiste:• voor WAI(0,45) moet het totale watergehaltelager blijven dan 175 l/m 3 ;• voor WAI(0,50) moet het totale watergehaltelager blijven dan 187 l/m 3 .Welnu, onder totale watergehalte van hetbeton (W totaal ), wordt verstaan :W totaal = W granulaten + W toegevoegd + W hulpstoffen (6)In verband hiermee stelt de norm dat enkelhet effectieve watergehalte (W eff ) werkzaamis. Anders uitgedrukt, het water dat door degranulaten wordt geabsorbeerd, moet nietmeegeteld worden bij de berekening vande W/C-factor, omdat het de kwaliteit vande cementmatrix niet beïnvloedt. Eenvoudigheidshalvewordt aangenomen dat degranulaten die doorgaans in België wordengebruikt (natuurlijke of weinig poreuzegranulaten zoals kalksteen, profier,...) ongeveer10 liter water per m 3 beton opslorpen :W eff = W totaal – 10 (7)12 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

Zoals andere materialen wordtook beton blootgesteld aande impact van vervuiling ; hetvervuilt al of niet snel, en zeldenop een uniforme manier. Ditcomplexe fenomeen wordtversterkt in functie van deoorsprong van de vervuilendeelementen – mineralen enmicro-organismen – en vanfactoren als klimaat, winden oriëntatie. Beton vangoede kwaliteit, met een lageporositeit, draagt bij tot debeperking van de vervuilingvan het geveloppervlak omdathet beter weerstand biedt tegende indringing van agressievestoffen. (© arch. L. Binst /Crepain Binst Architecture nv)Dit betekent :• voor T(0,45) en WAI(0,45) moet het effectievewatergehalte lager blijven dan 165 l/m 3 .Omdat de W/C-factor kleiner moet zijn dan0,45, bedraagt het minimum cementgehalte367 kg/m 3 , en dit onafhankelijk van het typecement en het korrelskelet van het beton ;• voor T(0,50) en WAI(0,50) moet het effectievewatergehalte lager blijven dan 177 l/m 3 . Omdatde W/C-factor kleiner moet zijn dan 0,50 is duseen minimum cementgehalte van 354 kg/m 3vereist, onafhankelijk van het type cement enhet korrelskelet van het beton.Het is belangrijk dat deze gehaltes aan water encement gekend zijn en ook toegepast worden.Is dit niet het geval, en wordt een watergehaltegekozen in de buurt van bovenvermelde waarden(170 à 180 liter/m 3 ), en een cementgehalte datvoldoet aan de minimumeis van de norm (zietabel 1), dan wordt de hoeveelheid cementpastaweliswaar beperkt, maar ze is van lagere kwaliteit(water-cementfactor niet gerespecteerd).Anderzijds, met een watergehalte dat beperktwordt om nauwgezet te voldoen aan de voorgeschrevenW/C-factor zal het beton eencementpasta van goede kwaliteit bevatten, maarin een te geringe hoeveelheid om aan het versebeton een goede interne cohesie te verlenen. Ermag niet uit het oog worden verloren dat meteen lichte overmaat aan cementpasta (en dusook aan aanmaakwater) een betere verwerkbaarheiden een betere omhulling van wapeningenen granulaten worden bereikt, hetgeen ookgunstig is voor de weerstand tegen corrosie. Eengrotere cohesie tussen de verschillende korrelsvan het betonskelet maakt de betonspecie ookbeter bestand tegen ontmenging.13 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

5. BesluitOm beton te beschermentegen uitdroging,bestaan er verschillendeoplossingen : eenvoldoende langeontkistingstermijnvoorzien, verstuiven vaneen curing compound,het beton afdekken meteen plastic folie, eenzeil of vochtige dekens,of het onder waterzetten. (Foto’s PVA)De lezer moet onthouden dat de duurzaamheidvan beton het resultaat is van een lageporositeit, een goede verwerking (betondekking,geen ontmenging, …) en van een voldoendecementgehalte. Het cement is het bestanddeeldat verantwoordelijk is voor de alkalische eigenschappenvan beton en een reserve aan alkaliniteitvormt een natuurlijke barrière tegencabonatatie. Daarom moeten onderstaandefundamentele regels gerespecteerd worden :• voor beton van sterkteklasse C35/45 of hogeren waterabsorptieklasse WAI (0,45) :cementgehalte ≥ 370 kg/m 3 en totaal watergehalte≤ 175 l/m 3 (W/C ≤ 0,45) ;• voor beton van sterkteklasse C30/37en waterabsorptieklasse WAI(0,50) :cementgehalte ≥ 350 kg/m 3 en totaal watergehalte≤ 185 l/m 3 (E/C ≤ 0,50) ;• een continu korrelskelet en gebruik van goedbetonzand (ronde korrels met een gespreidekorrelverdeling van 0 tot 2 mm) ;• verwerkbaarheid in overeenstemming metde verwerkingsmiddelen ; afhankelijk vande waterbehoefte van de betonbestanddelenmoet de vloeibaarheid aangepast wordendoor het toevoegen van een (super)plastificeerder;• het beton na verwerking doeltreffend engedurende een voldoende lange tijdspannebeschermen tegen uitdroging.Alle actoren van het bouwproces hebben erbelang bij zorg te besteden aan het materiaal datzij aanwenden. Zij moeten voor ogen houden datbeton maar duurzaam is wanneer het correct issamengesteld. Het cementgehalte en de waterdoseringzijn hiervan een onderdeel.Tot slot, het verse beton onmiddellijk na hetverwerken beschermen tegen uitdroging, blijfteen essentiële opdracht. Het meest kritisch zijnde niet bekiste betonoppervlakken, vermitszij worden blootgesteld aan zon en wind. Decontrole van de doeltreffende beschermingtegen het voortijdig verdampen van hetwater nodig voor de hydratatie bekleedt eenbelangrijke functie met het oog op het gedragvan het beton tijdens de latere gebruiksfase.Blijft deze bescherming in gebreke dan ontstaataan het betonoppervlak een tekort aan waternodig voor de hydratatie van het cement. Debetonhuid zal poreuzer zijn, de kleine en grotereinwendige holten vormen doorsteken voorallerhande agressieve stoffen.14 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

Bepalen van het watergehalte van vers betonPrincipe van de methodeEen hoeveelheid vers beton wordt gedroogd metbehulp van een intense warmtebron, en wel zosnel mogelijk om te vermijden dat waterverliesplaatsvindt door binding met het cement.Met de hierna beschreven methode kan hettotale watergehalte van het verse beton bepaaldworden ; om het effectieve watergehalte tekennen, moet rekening worden gehouden methet water dat door de granulaten geabsorbeerdwordt.Uitrusting• Een recipiënt met een inhoud van ongeveer10 liter, die hermetisch kan worden afgesloten.• Een weegschaal waarmee een hoeveelheidvers beton tot op 10 g nauwkeurig kan wordengewogen.• Een vlakke metalen schaal met eenoppervlakte van minstens 2000 cm 2 envoldoende hoge randen.• Een krachtige warmtebron waarmee eentemperatuur van 300 °C kan worden gehaald(gasvuur, kookplaat).• Gereedschap om het beton om te roeren(kleine hark, truweel, enz.).MonsternemingDe betonmonsters worden genomen conformde norm NBN EN 12350-1:2009.De hoeveelheid beton die aan de proefonderworpen wordt, bedraagt 4 à 5 liter. Ditkomt neer op een vochtige betonmassa van 10à 12 kg (beton met een normale volumemassabegrepen tussen 2350 et 2450 kg/m 3 ).De proef moet zo snel mogelijk na de monsternemingbeginnen. Tot dan wordt het monsterbewaard in een hermetisch gesloten recipiënt.Verloop van de proef• De metalen schaal en het roergereedschaptot op 10 g nauwkeurig wegen : noem m 0 demassa van schaal en gereedschap, uitgedruktin gram.• Spreid het verse beton uit in de schaal enweeg het geheel tot op 10 g nauwkeurig :noem m 1 de gezamenlijke massa van schaal,gereedschap en beton, uitgedrukt in gram.• Droog het beton door het op te warmen bovende warmtebron.• Roer het beton regelmatig om tijdens hetdrogen.• Vermijd elk materiaalverlies.• Het drogen moet worden voortgezet tot hetgewichtsverlies van het beton, gemetentussen twee opeenvolgende wegingen meteen tussentijd van minstens 15 minuten,kleiner is dan 0,1 %.• Weeg het geheel na drogen opnieuw tot op10 g nauwkeurig: noem m 2 , uitgedrukt ingram, de massa van schaal, gereedschap engedroogd beton.NB : Drogen in een droogstoof bij 105 °C is geen optie. Dezewerkwijze verloopt immers te traag,; het water dat doorhet cement gebonden is, zal niet kunnen verdampen.Weergave van het resultaatHet totale watergehalte van het verse beton w,uitgedrukt in procent van de droge massa, wordtberekend met de formule :m 1 – m 2w =x 100m 2 – m 0Het resultaat wordt uitgedrukt tot één cijfer nade komma.Vertrekkend van de vochtige volumemassaVVM van het verse beton, uitgedrukt in kg/m 3 en bepaald volgens de richtlijnenen vande norm NBN EN 12350-6:2009, kan het totalewatergehalte van het verse beton W totaal (l/m 3 )gevonden worden aan de hand van de volgendeformules :VVMDVM =en Wtotaal = VVM - DVM1 + w/100Hierbij is DVM de droge volumemassa vanhet beton, uitgedrukt in kg/m 3 . W totaal wordtweergegeven tot op de eenheid nauwkeurig.Controle van hetverse beton op debouwplaats. Op deachtergrond : betonwordt gedroogdmet het oog ophet bepalen vanhet watergehalte.15 Technologie | DUURZAAM BETON DOOR BEHEERSING VAN DE WATERABSORPTIE

T-2Dit bulletin is een publicatie van:FEBELCEMFederatie van de Belgische CementnijverheidVorstlaan 68 – 1170 Brusseltel. 02 645 52 11 – fax 02 640 06 70www.febelcem.beinfo@febelcem.beAuteur :ir. C. PloyaertCover foto’s :A. NullensWettelijk depot :D/2009/0280/12V.U.: A. JasienskiBIBLIOGRAFIE[1] BetontechnologieBrussel : BBG - Belgische Betongroepering, 2006[2] NBN B 15-001:2004 : Aanvulling op NBN EN 206-1:2001 - Beton - Specificaties,eigenschappen, vervaardiging en conformiteitBrussel : BIN, 2004[3] NBN EN 206-1:2001 : Beton – Deel 1 : Specificatie, eigenschappen,vervaardiging et conformiteitBrussel : BIN, 2001[4] NBN B 15-215:1989 : Proeven op beton – Wateropslorping door onderdompelingBrussel : BIN, 1989[5] NBN EN 13369:2004 : Algemene bepalingen voor geprefabriceerde betonproductenBrussel : BIN, 2004[6] La maîtrise de l’eau dans le béton hydraulique – Guide techniqueParijs : LCPC, 2001[7] NEVILLE A.Propriétés des bétonsParijs : Eyrolles, 200016 Technologie | DUURZAAM BeTon DooR BeheeRSing VAn De WATeRABSoRPTiearch. : © Group O - Architecten De Brabandere