«

»

aug
22

Serie productie – deel 4; nabehandeling (warmte-/stoombehandeling)

Nadat een vvUHSB-element gestort is kan een nabehandeling gedaan worden. Deze nabehandeling bestaat uit het verhitten van het beton middels een warmte- of stoombehandeling. Een warmtebehandeling neemt 24 tot 48 uur in beslag. De warmtebehandeling moet plaatsvinden wanneer het beton nog jong is en verkiest een voorkeur tussen de 3e en 7e dag. De temperatuur wordt langzaam opgevoerd tot 90°C waardoor de mechanische eigenschappen van het beton verbeteren. De druksterkte wordt sneller bereikt en de scheurvorming wordt beperkt. Door de warmtebehandeling worden al snel sterktes boven de 200 MPA behaald.

Dit artikel maakt deel uit van de serie; de productiemethode van elementen in vvUHSB. Klik hier voor het hoofdartikel.

Er wordt onderscheidt gemaakt tussen 2 soorten nabehandeling. Aan de ene kant is dit mogelijk in een oven waar enkel de temperatuur de omstandigheden beïnvloedt. Aan de andere kant kan de behandeling autoclaaf plaatsvinden. Door middel van stoom kunnen betonnen elementen onder druk behandeld worden. De eigenschappen van het beton worden op deze manier wederom verbeterd. Belangrijk is dat na de warmtebehandeling het beton niet te snel opwarmt of afkoelt, omdat dan de verbetering van de microstructuur weer teniet gedaan wordt.

Proeven

Het toepassen van een warmtebehandeling en het gedrag van het beton daarop is nader bekeken in diverse onderzoeken. Aan de hand van deze onderzoeken zijn conclusies getrokken die een beeld geven van de invloed van een warmtebehandeling op het beton. De onderzoeken die als referentie gebruikt zijn voor deze documentatie zijn: [1] Effect of curing temperature at an early age on the long-term strength development of UHPC, [2] Micro texture and mechanical properties of heat treated and autoclaved UHPC, [3] The effect of heat treatment on the salt freeze-thaw durability of UHSC.

Fig. 1; nabehandeling

stoombehandeling van een vvUHSB element (5)

Sterkte op korte en lange termijn

Bekend is dat de sterkteontwikkeling van beton zich ontwikkeld naarmate de tijd vordert. De reacties vorderen langzaam waardoor de sterkte toeneemt. De sterkteklassen zijn gebaseerd op de 28-daagse sterkte. Ook na deze 28 dagen neemt de sterkte van het beton nog toe. Er zijn proeven gedaan die een vergelijking maken tussen de sterkte indien beton wel of niet een warmtebehandeling is ondergaan. Voor de proeven is vvUHSB gebruikt, de samenstelling van het mengsel is niet gewijzigd tijdens het onderzoek.

Indien het beton geen warmtebehandeling heeft ondergaan en het onder omstandigheden van 20°C is uitgehard blijkt het beton een druksterkte te hebben van ca. 125 MPa na 7 dagen. In de loop van de tijd zal het beton sterker worden waardoor na 28 dagen een druksterkte van ca. 160 MPa wordt behaald en na 6 jaar een druksterkte van 250 MPa. Daarnaast zijn eenzelfde mengsels een warmtebehandeling ondergaan van respectievelijk 50°C, 65°C en 90°C. Deze mengsels blijken veel sneller op sterkte te zijn waardoor na 7 dagen al druksterktes rond de 200 MPa worden behaald, een behandeling op 90°C resulteerde zelfs in een druksterkte van 225 MPa. Opvallend is dat na 28 dagen deze waarde nauwelijks veranderd zijn. Dit effect toont aan dat de temperatuur vooral van invloed is voor de sterkteontwikkeling op korte termijn.
Op de lange termijn blijkt het verschil aanzienlijk minder dan op korte termijn. Op een leeftijd van 6 jaar behaald beton met of zonder nabehandeling een druksterkte tussen de 250 MPA en 280 MPA.

De verklaring voor de sterkteontwikkeling van beton kan gevonden worden in de scheikundige reacties van het cement. Het cement bevat mineralen die in reactie met water hydraatproducten vormen. Deze hydraatproducten hebben de eigenschap te verharden en niet meer op te lossen in water. De 2 mineralen in het cement die voor de sterkte zorgen zijn de tri- en di-calciumsilicaten (C3S en C2S). Bij de reactie met water ontstaan calciumsilicium hydraten. Deze hydraten worden afgekort met de naam C-S-H deeltjes. De volgende reactievergelijkingen ontstaan [4]:

Vergelijking 1: 2 (CaO)3(SiO2) + 7 H2O  –> (CaO)3(SiO2)2· 4(H2O) + 3 Ca(OH)2

Vergelijking 2: 2 (CaO)2(SiO2) + 5 H2O  –> (CaO)3(SiO2)2· 4(H2O) + Ca(OH)2

Naast de C-S-H deeltjes ontstaat calciumhydroxide, Ca(OH)2, wat een reactie aan kan gaan met silicafume. De silicafume deeltjes reageren met de calciumhydroxide waaruit wederom C-S-H deeltjes ontstaan. Voor vvUHSB zorgt deze 2e groei voor een extra hoge sterkte van het beton. De volgende reactievergelijking ontstaat:

Vergelijking 3: Ca(OH)2+ H4SiO4 à Ca2+ + H2SiO42- + 2 H2O –> CaH2SiO4· 2 H2O

Wanneer beton een warmtebehandeling ondergaat zal dit de reactie van de silicafume met de calciumhydroxide versnellen waardoor sneller C-H-S deeltjes ontstaan en dus de sterkte toeneemt. Op de lange termijn heeft dit dus minder effect doordat de reactie van de silicafume wel plaatsvindt maar pas naar verloop van tijd. In de onderzoeken is dit bevestigd door de meting van het percentage hydratatie bij cement (vergelijking 1 en 2) en silicafume (vergelijking 3). Het cement reageert voor 30% tot 40%. De factoren warmtebehandeling of tijd hebben weinig invloed op deze waarde. De grootte van deze waarde is afhankelijk van water/cementratio, bij vvUHSB ligt deze waarde laag waardoor ook een laag percentage hydratatie ontstaat. Het grote verschil zit in de reactie van het silicafume, wat bepaald wordt door de temperatuur en tijd. Silicafume toont een constante reactie naar verloop van tijd, zo blijkt in onbehandeld vvUHSB na 1 dag 10% gereageerd te hebben, na 7 dagen 26% en na 28 dagen 47%. Deze toename staat direct in verband met een toename van de druksterkte. Daarnaast blijkt dat de reactie wordt bevorderd door warmte. Op korte termijn heeft meer silicafume gereageerd dan onder normale omstandigheden. Daarnaast reageert op lange termijn meer silicafume, als is dit verschil niet al te hoog.

Bronnen:

  • Tekst & afbeelding (tenzij anders vermeld): CAE Nederland B.V.
  • [1] I. Schachinger, T. Stengel, H. Hilbig “Effect of curing temperature at an early age on the longterm strength development of UHPC”, Symposium Kassel 2008, TU München, Duitsland
  • [2] U. Müller, H.C. Kühne, P. Fontana, B. Meng, J. Nemecek “Micro texture and mechanical properties of heat treated and autoclaved UHPC”, Symposium Kassel 2008, BAM, Duitsland
  • [3] A. Cwirzen, V Penttala, K.H. Cwirzen “The effect of heat treatment on the salt freez-thaw durability of UHSC”, Symposium Kassel 2008, TU Helsinki, Finland.
  • [4] A.R. Barron, “Hydration of Portland Cement”
  • [5] Presentatie: “UHPC in Iowa”by Dean Bierwagen, 2009.

Permanente koppeling naar dit artikel: http://www.uhsb.nl/?p=579

Geef een reactie