•
do:-,
i ^ b b o l
Directoraat-Generaal RijkswateT
Bijlage B
mmumiim
••••••••••••^•••-•^lig'
BIBLIOTHEEK
Bouwdienst Rijkswaterstaat
Postbus 20.000
3502 LA Utrecht
ENCI N e d e r l a n d B.V.
dd. 23-04-1991
Bl/MM/15.4/1
BIBLIOTHEEK BOUWDIENST RIJKSWATERSTAAT
NR. . . £ & £ J . S . . & C l *
RWS WERKGROEP CEMBENTON
SUBGROEP A : "CEMENT
DEELRAPPORT : INTERACTIE CEMENT BENTONIET
- 1 -
BEGRIPPENLIJST
- AAS.
A t o m a i r e a d s o r p t i e s p e c t r o m e t r i e (AAS) i s een t e c h n i e k om z e e r g e r i n g e conc e n t r a t i e s m e t a a l - i o n e n te meten. Ze i s g e b a s e e r d op het f e i t d a t m e t a a l i o n e n
b i j z e e r hoge t e m p e r a t u r e n (2000°C) i n de g a s f a s e l i c h t met een v o o r e l k
metaal s p e c i f i e k e g o l f l e n g t e a d s o r b e e r t .
- A d s o r p t i e - i s o t h e r m z i e methyleenblauw a d s o r p t i e .
- AES.
A t o m a i r e e m i s s i e s p e c t r o s c o p y (AES) i s v e r g e l i j k b a a r met AAS a l l e e n wordt nu
g e b r u i k gemaakt van het f e i t d a t metalen onder m i n d e r hoge temperaturen H c h t
met een v o o r het metaal s p e c i f i e k e g o l f l e n g t e u i t z e n d e n .
- Gravimetrisch bepaling.
In de c o n t e x t van d i t r a p p o r t wordt b i j een g r a v i m e t r i s c h e b e p a l i n g de conc e n t r a t i e van een v a s t e s t o f , d i e f i j n v e r d e e l d aanwezig i s i n een overmaat
v l o e i s t o f , b e p a a l d door weging.
• BET z i e s t i k s t o f a d s o r p t i e .
• CEC
De c a t i o n exchange c a p a c i t y (CEC) i s een maat v o o r de o p p e r v l a k t e l a d i n g van de
k l e i c q . b e n t o n i e t . In f i g u u r 2 ( z e t a - p o t e n t i a a l ) , i s d i t het o p p e r v l a k
A + B.
Het vermogen van b e n t o n i e t c q . k l e i om ionen om t e w i s s e i e n wordt b e p a a l d
door met b e h u l p van een bekend c a t i o n de o p p e r v l a k t e l a d i n g t e n e u t r a l i s e r e n .
Op deze w i j z e i s het m o g e l i j k om de CEC t e b e p a l e n . De CEC wordt d e r h a l v e
u i t g e d r u k t i n eenheden e l e c t r i s c h e l a d i n g p e r kg.
Dormant p e r i o d e
De t i j d t u s s e n de h y d r a t a t i e r e a c t i e w a a r b i j u i t C A en g i p s e n t r i n g i e t
gevormd wordt en de aanvang van de vorming van de a n d e r e h y d r a t a t i e p r o d u k t e n
van cement.
3
- 2 -
DSC
D i f f e r e n t i e e l s c a n n i n g c a i o r i m e t r i e (DSC) i s een a n a l y s e t e c h n i e k waarmee het
v e r s c h i l i n warmte h o e v e e l h e i d b e n o d i g d om een p r o e f m o n s t e r i n t e m p e r a t u u r t e
verhogen t . o . v . de w a r m t e b e h o e f t e van een r e f e r e n t i e m o n s t e r wordt
g e r e g i s t r e e r d . M e e s t a l wordt deze p r o e f u i t g e v o e r d o v e r een lang temp e r a t u u r t r a j e c t , b.v. 50 - 600°C. Hiermee kan b i j v o o r b e e l d de b i n d i n g s e n e r g i e
van v e r s c h i l l e n d e s o o r t e n water, f y s i s c h o f chemisch gebonden, gemeten worden.
Dubbellaag z i e z e t a - p o t e n t i a a l .
E n e r g i e d i s p e r s i e v e a n a l y s e z i e SEM-EDS.
Kinetiek
K i n e t i e k g e e f t aan onder i n v l o e d van welke d r i j v e n d e k r a c h t e n een r e a c t i e
mechanisme v e r l o o p t .
M e t h y l e e n blauw a d s o r p t i e
Methyleenblauw i s een o r g a n i s c h e s t o f met een z e e r i n t e n s e b l a u w k l e u r i n g d i e
spontaan z e e r s t e r k aan a l l e r l e i o p p e r v l a k k e n a d s o r b e e r t . Door de z e e r i n t e n s e
blauwkleuring z i j n lage c o n c e n t r a t i e s r e l a t i e f eenvoudig s p e c t r o f o t o m e t r i s c h
t e b e p a l e n . H i e r d o o r i s h e t e e n v o u d i g om de a d s o r p t i e - i s o t h e r m van methyleen
blauw t e b e p a l e n ( z i e f i g u u r 1 ) .
Onder de aanname d a t m e t h y l e e n b l a u w op een b e p a a l d e m a n i e r i n een monolaag
a d s o r b e e r t kan u i t h e t p l a t e a u van de a d s o r p t i e - i s o t h e r m , op grond van de
m o l e c u l a i r e a f m e t i n g e n van m e t h y l e e n b l a u w , h e t s p e c i f i e k o p p e r v l a k van de s t o f
waarop m e t h y l e e n b l a u w a d s o r b e e r t berekend worden.
- 3 -
Adsorptie-isotherm
me t h y I e e n b i auw
van
9eadsorbeerde
n o e v e e l h e i d (mg/g)
453-
99+/
/
/
ai
0
evenwichtsconcentratie
1
1
1
2a
48
68
(mg/l)
1
—
88
F i g u u r I : Een v o o r b e e l d van een a d s o r p t i e - i s o t h e r m van methyleenblauw. De
geadsorbeerde h o e v e e l h e i d i s weergegeven i n mg methyleenblauw per
g k l e i . De e v e n w i c h t s c o n c e n t r a t i e i s gegeven i n mg methyleenblauw
per l i t e r w a t e r .
Monte C a r l o berekeningen
U i t g a a n d e van een g e s l o t e n systeem met een a a n t a l m o l e c u l e n en ionen d i e
v o l s t r e k t w i l l e k e u r i g v e r d e e l d z i j n wordt door middel van i t e r a t i e s de meest
w a a r s c h i j n l i j k v e r d e l i n g , d a t w i l zeggen de v e r d e l i n g met de l a a g s t e e n e r g i e inhoud, b e n a d e r d .
Normsterkte-ontwikkeling
D i t i s de d r u k s t e r k t e - o n t w i k k e l i n g van m o r t e l s samengesteld volgens norm EN
196; 1 d e e l cement, 3 d e l e n normzand, w a t e r c e m e n t f a c t o r = 0,5.
- 4 -
Oplosbaarheidsproduct
Het o p l o s b a a r h e i d s p r o d u c t i s een g e t a l w a a r d e d i e a a n g e e f t hoeveel van een
b e p a a l d e v e r b i n d i n g maximaal i n water onder s t a n d a a r d c o n d i t i e s o p i o s t .
Het o p l o s b a a r h e i d s p r o d u k t i s het rekenkundige p r o d u c t van de c o n c e n t r a t i e s van
de ionen w a a r u i t de v e r b i n d i n g i s samengesteld i n een v e r z a d i g d e o p i o s s i n g
w a a r b i j de i n d e x i n de chemische f o r m u l e a l s exponent i n het o p l o s b a a r h e i d s p r o d u c t voorkomt. Voor b i j v . C a ( 0 H ) i s ze g e d e f i n i e e r d a l s [ C a ]
[ O H ] ( [ ] b e t e k e n t c o n c e n t r a t i e i n mol/1).
2 +
2
-
2
O p s t i j v i n g v o l g e n s van Tussenbroek
De o p s t i j v i n g v o l g e n s Van Tussenbroek wordt gemeten aan een cementpasta met
een water/cement f a c t o r van 0,35.
0, 5, 10, 15, 20 en 30 minuten na aanmaak wordt een v i c a t p r o e f met een 1 cm
n a a l d u i t g e v o e r d . B i j e l k e v i c a t p r o e f wordt de a f s t a n d van de punt van de
n a a l d , nadat deze t o t s t i l s t a n d gekomen i s , t o t de bodem van het p r o e f s t u k
g e r e g i s t r e e r d . De p a s t a l a a g i s 36 mm d i k .
Deze p r o e f wordt v o o r a l g e b r u i k t om o p s t i j v i n g van de p a s t a v e r voor b e g i n b i n d i n g te d e t e c t e r e n .
2
Potentiometrische t i t r a t i e
Een p o t e n t i o m e t r i s c h e t i t r a t i e i s een t i t r a t i e t e c h n i e k w a a r b i j met behulp van
een s t a n d a a r d e l e c t r o d e de c o n c e n t r a t i e van een b e p a a l d e , i n de e l e c t r o l y t
o p g e l o s t e s t o f kan worden v a s t g e s t e l d .
B i j v o o r b e e l d het e i n d p u n t van een z u u r / b a s e t i t r a t i e kan met behulp van een
g e s c h i k t e e l e c t r o d e en een v o l t m e t e r met een hoge e i g e n weerstand worden
bepaald.
Rontgenfluorescentie
R b ' n t g e n f l u o r e s c e n t i e i s een meetmethode w a a r b i j g e b r u i k gemaakt wordt van het
f e i t d a t atomen d i e z i j n a a n g e s l a g e n met r o n t g e n s t r a l i n g z e l f ook
r d n t g e n s t r a l i n g gaan u i t z e n d e n met een g o l f l e n g t e d i e element s p e c i f i e k i s . De
i n t e n s i t e i t van de u i t g e z o n d e n s t r a l i n g i s een maat v o o r de c o n c e n t r a t i e van
het b e t r e f f e n d e element.
- 5 -
- SEM-EDS
S c a n n i n g e l e c t r o n e n m i c r o s c o p i e (SEM) i s een t e c h n i e k om onder hoog vacuum,
d o o r middel van een e l e c t r o n e n b u n d e l , d i e het o p p e r v l a k van een monster
a f t a s t , i n f o r m a t i e t e v e r k r i j g e n o v e r de s t r u c t u u r e r v a n . Van het a f g e t a s t e
o p p e r v l a k wordt een b e e l d samengesteld d a t op een b e e l d s c h e r m z i c h t b a a r kan
worden gemaakt o f op f i l m worden v a s t g e l e g d . V e r g r o t i n g e n t o t 100.000 maal
zijn mogelijk.
E n e r g i e d i s p e r s i e v e s p e c t r o m e t r i e (EDS) i s een t e c h n i e k w a a r b i j de e l e c t r o n e n
m i c r o s c o o p i s u i t g e r u s t met een e x t r a d e t e c t o r d i e de door de e l e c t r o n e n b u n d e l
opgewekte r b ' n t g e n s t r a l i n g a f k o m s t i g van het p r e p a r a a t k w a l i f i c e e r t naar
e n e r g i e inhoud en i n t e n s i t e i t . Hiermee wordt i n f o r m a t i e over de chemische
s a m e n s t e l l i n g van het a f g e t a s t e o p p e r v l a k v e r k r e g e n . Het o p l o s s e n d vermogen
l i g t i n de orde van 2 m i c r o m e t e r .
- Sterkteklasse
Aan een p a r t i j beton mag een bepaalde s t e r k t e k l a s s e worden toegekend a l s aan
de hand van g e n o r m a l i s e e r d e drukproeven op v o l g e n s de norm gemaakte en
bewaarde p r o e f s t u k k e n kan worden aangetoond d a t 95% van de massa m o g e l i j k e
d r u k s t e r k t e waarnemingen i n deze p a r t i j boven de i n de k l a s s e a a n d u i d i n g
genoemde d r u k s t e r k t e l i g g e n .
Stikstofadsorptie
U i t de s t i k s t o f a d s o r p t i e v o l g e n s BET (Brunauer, Emmett en T e l l e r ) kan het spec i f i e k o p p e r v l a k b e p a a l d worden. Deze t e c h n i e k b e r u s t op het v e r s c h i j n s e l dat
de g e a d s o r b e e r d e h o e v e e l h e i d s t i k s t o f p e r e e n h e i d van o p p e r v l a k toeneemt b i j
toenemende d r u k . U i t deze a d s o r p t i e - i s o t h e r m kan het s p e c i f i e k o p p e r v l a k b e r e kend worden. De t e c h n i e k s t e l t hoge e i s e n aan de v o o r b e r e i d i n g van het
m o n s t e r , het moet b i j v o o r b e e l d v o l l e d i g w a t e r v r i j en o n t g a s t z i j n . Ze i s k o s t b a a r omdat k l e i n e d r u k v e r s c h i 1 l e n b i j een l a g e druk en een g e r i n g volume
nauwkeurig gemeten moeten worden.
TGA
T h e r m o g r a v i m e t r i s c h e a n a l y s e (TGA) i s een t e c h n i e k w a a r b i j de v a r i a t i e s i n het
g e w i c h t van een m o n s t e r a l s f u n c t i e van de t e m p e r a t u u r gemeten worden.
G e w i c h t s v e r a n d e r i n g e n van een paar m i c r o g r a m op een m o n s t e r g e w i c h t van 50 mg
worden g e r e g i s t r e e r d . Met deze t e c h n i e k kunnen i n normaal cementbeton h y d r a t a t i e p r o d u c t e n van cement worden g e f d e n t i f i c e e r d .
Het t e m p e r a t u u r t r a j e c t l i g t m e e s t a l b e l a n g r i j k hoger dan b i j DSC.
- 6 -
• Zeta-potentiaal
De z e t a - p o t e n t i a a l i s de p o t e n t i a a l op d i e a f s t a n d van het o p p e r v l a k waar het
a f s c h u i f v l a k z i c h b e v i n d t . Het a f s c h u i f v l a k i s h e t v l a k waarbinnen w a t e r z i c h
g e d r a a g t a l s aan het o p p e r v l a k gebonden en w a a r b u i t e n het z i c h a l s " v r i j "
water gedraagt.
Toe!ichting
V e e l o p p e r v l a k k e n z u l l e n i n een w a t e r i g m i l i e u een o p p e r v l a k t e l a d i n g hebben.
Deze o p p e r v l a k t e l a d i n g kan v e r o o r z a a k t worden d o o r de d i s s o c i a t i e van chem i s c h e groepen aan het o p p e r v l a k . B i j g l a s b i j v o o r b e e l d kan de -SiOH groep een
H a f s p l i t s e n w a a r d o o r het g l a s o p p e r v l a k een n e g a t i e v e l a d i n g k r i j g t . B i j v e e l
k l e i e n , w a a r o n d e r b e n t o n i e t e n , wordt de n e g a t i e v e o p p e r v l a k t e l a d i n g n i e t
a l l e e n b e p a a l d door de d i s s o c i a t i e van o p p e r v l a k t e g r o e p e n maar ook d o o r h e t
f e i t d a t i n de k r i s t a l l e n 4-waardig en 3-waardig p o s i t i e v e ionen z i j n v e r vangen door 3- en 2-waardig p o s i t i e v e i o n e n , b i j v o o r b e e l d S i door A l .
Omdat een b e n t o n i e t s u s p e n s i e a l s g e h e e l e l e c t r o - n e u t r a a l i s wordt de n e g a t i e v e
o p p e r v l a k t e l a d i n g gecompenseerd door p o s i t i e f g e l a d e n ionen d i e z i c h i n de
o p i o s s i n g b e v i n d e n . Deze ionen z u l l e n om e n t r o p i s c h e reden ( s t r e v e n naar maximale wanorde) z i c h homogeen door de o p i o s s i n g w i l l e n v e r d e l e n en om
e l e c t r o s t a t i s c h e redenen z i c h zo d i c h t m o g e l i j k b i j het g e l a d e n o p p e r v l a k
w i l l e n b e v i n d e n . In de e v e n w i c h t s t o e s t a n d o n t s t a a t rond een g e l a d e n wand een
v e r d e l i n g van p o s i t i e f en n e g a t i e f g e l a d e n ionen ( z i e f i g u u r 2 ) . De l a a g
w a a r i n deze v e r d e l i n g z i c h v o o r d o e t wordt de e l e c t r i s c h e d u b b e l l a a g genoemd.
+
4 +
3 +
n..n_
F i g u u r 2: De v e r d e l i n g van p o s i t i e f en n e g a t i e f g e l a d e n ionen rond een
t i e f g e l a d e n wand a l s f u n c t i e van de a f s t a n d x.
nega-
- 7 -
Door de l a d i n g s v e r d e l i n g rond de g e l a d e n wand o n t s t a a t ook een p o t e n t i a a l
deling (zie figuur 3).
De e e n v o u d i g t e meten p o t e n t i a a l i n d i t f i g u u r i s de z e t a - p o t e n t i a a l .
F i g u u r 3: De p o t e n t i a a l v e r d e l i n g rond een g e l a d e n wand a l s f u n c t i e van de
a f s t a n d , y = de o p p e r v l a k t e p o t e n t i a a l , g = z e t a - p o t e n t i a a l .
c
- Zwichtspanninq
De z w i c h t s p a n n i n g i s d i e s c h u i f s p a n n i n g w a a r b i j een v a s t s t o f z i c h t i j d e n s
v e r v o r m i n g a l s een v l o e i s t o f g a a t g e d r a g e n .
ver-
- 8 -
WERKGROEP CEMBENTON
Subgroep A "Cement"
1.
INLEIDING
De werkgroep Cembenton h e e f t i n 1989 een l i t e r a t u u r o n d e r z o e k l a t e n u i t v o e r e n naar het g e b r u i k van b e n t o n i e t d i k s p o e l i n g e n i n c o m b i n a t i e met cement
i n de g r o n d - , weg- en waterbouw.
U i t d i t onderzoek b l e e k d a t e r v e e l bekend i s op h e t g e b i e d van de p r a k t i s c h e t o e p a s s i n g van c e m e n t - b e n t o n i e t [ c e m b e n t o n ] , maar d a t de
a c h t e r l i g g e n d e mechanismen nog n i e t waren o n d e r z o c h t .
D i t gebrek aan i n z i c h t maakt het nagenoeg o n m o g e l i j k d o e l m a t i g e b e s t e k s b e p a l i n g e n t e f o r m u l e r e n voor cembenton w a n d c o n s t r u c t i e s . Bovendien i s
het d a a r d o o r n i e t m o g e l i j k de g r o n d s t o f f e n voor een c e m b e n t o n d i k s p o e l i n g
v o o r a f op hun g e s c h i k t h e i d v o o r een gegeven t o e p a s s i n g t e b e o o r d e l e n .
T o t heden moeten c o m b i n a t i e s van b e n t o n i e t , cement en h u l p s t o f f e n p r o e f o n d e r v i n d e l i j k worden b e p a a l d .
Om meer i n z i c h t t e k r i j g e n i n deze m a t e r i e en om de i n de l i t e r a t u u r v e r melde i n f o r m a t i e b e t e r t e kunnen i n t e r p r e t e r e n h e e f t de werkgroep Cembenton
d r i e sub-groepen i n g e s t e l d .
De sub-groep A "Cement" i s e r een van.
Vanwege hun s p e c i a l i s t i s c h e k e n n i s , werden voor d i t d e e l o n d e r z o e k v i e r
onderzoeksinstituten ingeschakeld.
* C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m ENCI N e d e r l a n d BV [ C L ]
( B i j l a g e 1)
* INTRON I n s t i t u u t v o o r m a t e r i a a l - en mi 1 i e u - o n d e r z o e k BV [INTRON]
( B i j l a g e 2)
* A d v i e s bureau g r o n d m e c h a n i c a MOS BV, Rhoon. [MOS]
( B i j l a g e 3)
* Vakgroep C o l o Y d c h e m i e en Thermodynamica van de T e c h n i s c h e U n i v e r s i t e i t
van E i n d h o v e n . [TUE]
(Bijlage 4).
- 9 -
2.
DOELSTELLING VAN DIT DEELONDERZOEK
Het d o e l van d i t o n d e r z o e k i s d r i e l e d i g :
* een b e s c h r i j v i n g van de i n t e r a c t i e t u s s e n de b e n t o n i e t en de
v e r s c h i l l e n d e componenten van h e t cement i n een w a t e r i g m i l i e u t i j d e n s de
o p s t i j v i n g en de v e r h a r d i n g ;
* een v e r k l a r i n g van de i n de p r a k t i j k waargenomen v e r s c h i j n s e l e n z o a l s d i e
i n de l i t e r a t u u r worden b e s c h r e v e n en z o a l s waargenomen op een a a n t a l
nederlandse bouwplaatsen;
* h e t f o r m u l e r e n van o b j e c t i e v e k w a l i t e i t s c r i t e r i a voor cement c q .
" b i n d m i d d e l " t e n e i n d e de g e s c h i k t h e i d voor t o e p a s s i n g i n c e m e n t b e n t o n i e t s p e c i e s t e kunnen b e o o r d e l e n .
Het d e e l o n d e r z o e k h e e f t voldoende i n f o r m a t i e o p g e l e v e r d om een hypothese
b e t r e f f e n d e de i n t e r a c t i e t u s s e n cement en b e n t o n i e t i n c e m e n t b e n t o n i e t s p e c i e s t e f o r m u l e r e n . Deze hypothese g e e f t een r e d e l i j k e v e r k l a r i n g van i n
de p r a k t i j k waargenomen v e r s c h i j n s e l e n , maar nader o n d e r z o e k i s noodz a k e l i j k . D a a r v o o r worden a a n b e v e l i n g e n gedaan.
Het f o r m u l e r e n van o b j e c t i e v e k w a l i t e i t s c r i t e r i a v o o r cement c q .
" b i n d m i d d e l e n " t e n e i n d e de g e s c h i k t h e i d van t o e p a s s i n g i n c e m e n t b e n t o n i e t s p e c i e s t e kunnen b e o o r d e l e n , b l e e k op grond van d i t o n d e r z o e k n i e t mogel i j k . Wel z i j n e r a a n w i j z i g i n g e n gevonden d a t hoogovencement b e t e r e
r e s u l t a t e n l e v e r t i n cembenton dan p o r t l a n d c e m e n t en d a t bovendien
v e r h o g i n g van de s l a k / k l i n k e r v e r h o u d i n g i n hoogovencement een g u n s t i g e
uitwerking heeft.
- 10 -
3.
BESCHRIJVING VAN HET ONDERZOEK
3.1
Grondstoffen
De 3 i n N e d e r l a n d gangbare b e n t o n i e t s o o r t e n t e weten: CV15, E r b s l o h en CEBO
z i j n door het C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m van ENCI g e k a r a k t e r i s e e r d .
Van deze d r i e b e n t o n i e t s o o r t e n z i j n de CV15 en de E r b s l o h g e b r u i k t voor het
v e r d e r e o n d e r z o e k . Deze z i j n gecodeerd a l s r e s p e c t i e v e l i j k C en E.
Er z i j n d r i e cementsoorten g e s e l e k t e e r d ; een s n e l p o r t l a n d c e m e n t , zonder
s l a k ; een hoogovencement met c a . 75% s l a k en een hoogovencement met c a . 87%
s l a k . De cementen z i j n gecodeerd a l s r e s p e c t i e v e l i j k 50, A en 30. De cementen z i j n zo gekozen d a t z i j d e z e l f d e k l i n k e r en d e z e l f d e s l a k b e v a t t e n . D i t
i s n o o d z a k e l i j k om te voorkomen dat v e r s c h i l l e n i n s l a k - o f k l i n k e r samenstel 1 i n g de r e s u l t a t e n bei'nvloeden.
A l s w a t e r werd g e d e m i n e r a l i s e e r d w a t e r g e b r u i k t . H u l p s t o f f e n z i j n n i e t
toegepast.
De b e n t o n i e t e n en de cementen z i j n door de v a k g r o e p C o l l o Y d c h e m i e en
Thermodynamica van de TU-Eindhoven ook g e k a r a k t e r i s e e r d door het meten van
de z e t a - p o t e n t i a a l i n z e e r verdunde s u s p e n s i e s met z o u t c o n c e n t r a t i e s z o a l s
d i e ook i n p r a k t i j k m e n g s e l s voorkomen.
3.2
Bereiding dikspoelinq
Met behulp van mengapparatuur van het a d v i e s b u r e a u voor g r o n d m e c h a n i c a MOS
en op a a n w i j z i n g van i r . R. de Jong van d i t bureau z i j n d i k s p o e l i n g e n
b e r e i d waaraan een b r i j van cement en w a t e r werd toegevoegd. A l l e g e b r u i k t e
g r o n d s t o f f e n waren h i e r t o e g e c o n d i t i o n e e r d op 10°C.
V o l g e n s d e z e l f d e r e c e p t u u r z i j n b i j de TUE m e n g s e l s gemaakt om de z e t a p o t e n t i a a l t e meten van b e n t o n i e t CV15 i n c o m b i n a t i e met de 3 cementen.
Deze m e n g s e l s z i j n b e r e i d met de l a b o r a t o r i u m a p p a r a t u u r van de TUE. De
g r o n d s t o f f e n voor a l l e proeven z i j n a f k o m s t i g u i t d e z e l f d e p a r t i j ; zowel
het cement, de b e n t o n i e t a l s het w a t e r .
3.3
Eigenschappen
specie
Van de c e m b e n t o n s p e c i e s z i j n de " v i s c o s i t e i t " en het volumegewicht gemeten.
De v i s c o s i t e i t i s b e p a a l d met behulp van d r i e g a n g b a r e meetmethoden en met
een commercieel v e r k r i j g b a r e r o t a t i e v i s c o m e t e r .
Bovendien h e e f t MOS van twee p r o e f s e r i e s de t e m p e r a t u u r na menging en
van een p r o e f s e r i e het f i 1 t r a a t w a t e r v e r l i e s b e p a a l d .
- 11 -
3.4
Opstijvingsfase
T i j d e n s de o p s t i j v i n g s f a s e z i j n d o o r het C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m van ENCI
voor de v e r s c h i l l e n d e m e n g s e l s de a d i a b a t i s c h e w a r m t e - o n t w i k k e l i n g en het
o p s t i j v i n g s g e d r a g gemeten.
Door de TUE i s voor de v e r s c h i l l e n d e mengsels het v e r l o o p van de
z w i c h t s p a n n i n g a l s f u n c t i e van de t i j d v a s t g e s t e l d .
INTRON h e e f t op d i v e r s e t i j d s t i p p e n na aanmaak de
poriewatersamenstel1ing
gemeten; na 0 uur, 4 uur, 6 dagen en 28 dagen.
3.5
E i g e n s c h a p p e n verhardend
materiaal
MOS h e e f t de c y l i n d e r d r u k s t e r k t e n van de p r o e f s t u k k e n en de w a t e r d o o r l a t e n d h e i d gemeten; na 7, 28 en 56 dagen na aanmaak.
Door INTRON i s g l o e i v e r l i e s o n d e r z o e k v e r r i c h t aan 28 dagen oude
p r o e f s t u k k e n . Van twee, qua s a m e n s t e l l i n g extreme p r o e f s t u k k e n , z i j n
SEM opnamen gemaakt t e r b e s t u d e r i n g van de m i c r o s t r u c t u u r . Het ene
p r o e f s t u k was gemaakt met cement z o n d e r s l a k en het tweede met cement met
v e e l s l a k . Tevens z i j n aan 28 dagen oude p r o e f s t u k k e n DSC en TGA-metingen
verricht.
- 12 -
4.
SAMENVATTING VAN DE RESULTATEN
4.1
Inleiding
In d i t h o o f d s t u k worden de r e s u l t a t e n i n b e s c h r i j v e n d e vorm weergegeven,
voor de meetgegevens wordt verwezen naar de b i j l a g e n .
z i j n gecodeerd z o a l s aangegeven i n t a b e l 1.
De c e m e n t b e n t o n i e t m e n g s e l s
Tabel 1
\.
Cement\. s o o r t
Bento>v
nietsoort
\.
C (CV 15)
E (Erbsloh)
CEBO
4.2
30
(87% s l a k )
A
50
(75% s l a k )
(geen s l a k )
C30
E30
CA
EA
C50
E50
-
-
-
Grondstoffen
De g r o n d s t o f f e n z i j n f y s i s c h en chemisch g e k a r a k t e r i s e e r d door het
C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m van ENCI ( b i j l a g e 1 ) . A l l e i n d i t o n d e r z o e k
b e s c h r e v e n experimenten z i j n u i t g e v o e r d met g r o n d s t o f f e n a f k o m s t i g u i t
d e z e l f d e v o o r r a a d . Voor het mengen i s o v e r a l d e z e l f d e s o o r t g e d e m i n e r a l i seerd water gebruikt.
4.2.1
Bentoniet
De b e n t o n i e t e n z i j n f y s i s c h g e k a r a k t e r i s e e r d door het meten van de methyl e e n b l a u w a d s o r p t i e , de s t i k s t o f a d s o r p t i e , de " c a t i o n exchange c a p a c i t y "
(CEC), het g l o e i v e r l i e s en de m i n e r a l o g i s c h e s a m e n s t e l l i n g .
- 13 -
De m e t h y l e e n b l a u w a d s o r p t i e en de s t i k s t o f a d s o r p t i e i s gemeten, omdat deze
parameters een maat kunnen z i j n v o o r het m o n t m o r i 1 l o n i e t g e h a l t e van de
g r o n d s t o f . De CEC i s een maat v o o r het vermogen van de b e n t o n i e t om p o s i t i e f g e l a d e n ionen i n een w a t e r i g m i l i e u t e b i n d e n .
De CEC's van CV15 en E r b s l o h z i j n van d e z e l f d e g r o o t t e en b e i d e n g r o t e r
dan d i e van CEBO. D i t d u i d t erop d a t de CEC w a a r s c h i j n l i j k n i e t b r u i k b a a r
i s om het gedrag van deze b e n t o n i e t e n i n een c e m e n t b e n t o n i e t s p e c i e te
k a r a k t e r i s e r e n . Het s p e c i f i e k o p p e r v l a k van E r b s l o h en CEBO i s g r o t e r dan
het s p e c i f i e k o p p e r v l a k van CV15.
M i n e r a l o g i s c h z i j n de b e n t o n i e t e n CEBO en E r b s l o h i d e n t i e k , maar ze
v e r s c h i l l e n van CV15. De chemische s a m e n s t e l l i n g i s met
r b ' n t g e n f l u o r e s c e n t i e gemeten ( z i e b i j l a g e 1 ) . Het g l o e i v e r l i e s van de
b e n t o n i e t e n i s v r i j hoog ( c a . 1 5 % ) . D i t g l o e i v e r l i e s wordt voor een g r o o t
g e d e e l t e ( c a . 12%) v e r o o r z a a k t door f y s i s c h gebonden water.
4.2.2
Cement
De i n het onderzoek g e b r u i k t e cementen z i j n g e p r o d u c e e r d met d e z e l f d e
k l i n k e r en h o o g o v e n s l a k .
De g e b r u i k t e cementen z i j n twee hoogovencementen met een s l a k g e h a l t e van
r e s p e c t i e v e l i j k 75 en 87% en een s n e l p o r t l a n d c e m e n t .
ew
De s l a k g e h a l t e n z i j n berekend v o l g e n s :
gew.
S l a k
^*
(slak + klinker)
De cementen z i j n g e k a r a k t e r i s e e r d door het s l a k g e h a l t e , de
n o r m d r u k s t e r k t e - o n t w i k k e l i n g , het s p e c i f i e k o p p e r v l a k v o l g e n s B l a i n e , de
k o r r e l v e r d e l i n g , de o p s t i j v i n g v o l g e n s Van Tussenbroek en de chemische
samenstel1ing.
4.2.3
Z e t a ^ p o t e n t i a a j m e t i ^ n g e n aan d e _ g r o n d s t o f f e n
TUE h e e f t de z e t a - p o t e n t i a a l van b e n t o n i e t CV15 gemeten i n d r i e m i l i e u s
d i e r e p r e s e n t a t i e f z i j n v o o r de d r i e met deze b e n t o n i e t gemaakte cembent o n m e n g s e l s . De z e t a - p o t e n t i a a l i s de e l e c t r i s c h e p o t e n t i a a l op d i e
a f s t a n d van het d e e l t j e waar het a f s c h u i f v l a k z i c h b e v i n d t ; binnen het
a f s c h u i f v l a k i s het water s t a t i o n a i r d.w.z. gebonden aan het d e e l t j e .
- 14 -
Deze p o t e n t i a a l komt t o t s t a n d d o o r d a t v e e l a n o r g a n i s c h e k r i s t a l l i j n e
m a t e r i a l e n i n een w a t e r i g m i l i e u een o p p e r v l a k t e l a d i n g hebben.
De z e t a - p o t e n t i a a l hangt a f van de g r o o t t e van de l a d i n g e n op de d e e l t j e s , de z o u t c o n c e n t r a t i e en van s p e c i f i e k a d s o r b e r e n d e i o n e n . S p e c i f i e k
a d s o r b e r e n d e ionen z i j n ionen d i e b e h a l v e een e l e c t r o s t a t i s c h e a f f i n i t e i t
t . g . v . l a d i n g s t e g e n s t e l 1 i n g t u s s e n o p p e r v l a k en i o n ook nog een chemische
a f f i n i t e i t voor het o p p e r v l a k hebben.
B e n t o n i e t p l a a t j e s hebben een n e g a t i e v e z e t a - p o t e n t i a a l .
D e e l t j e s met een z e t a - p o t e n t i a a l van g e l i j k t e k e n s t o t e n e l k a a r a f . De
a b s o l u t e waarde van de z e t a - p o t e n t i a a l van b e n t o n i e t p l a a t j e s i n het
g e b r u i k e l i j k e cembentonmi1ieu i s e c h t e r zo l a a g d a t de e l e c t r o s t a t i s c h e
r e p u l s i e c o a g u l a t i e oftewel vlokking n i e t zal verhinderen.
Van de cementen z i j n de z e t a - p o t e n t i a l e n b e p a a l d i n een m i l i e u dat v e r g e l i j k b a a r i s met de i n de p r a k t i j k gemaakte cembentonmengsels. Voor d i t
o n d e r z o e k i s CV15 b e n t o n i e t g e b r u i k t .
De z e t a - p o t e n t i a l e n van de d r i e cementen z i j n o n d e r deze omstandigheden
n e u t r a a l o f l i c h t p o s i t i e f . In de p r a k t i j k s i t u a t i e z a l dus de c o a g u l a t i e
van b e n t o n i e t met b e n t o n i e t , b e n t o n i e t met cement en cement met cement om
e l e c t r o s t a t i s c h e redenen nagenoeg a l t i j d o p t r e d e n .
4
«3
B e r e i d i n g en k a r a k t e r i s e r i n g van de v e r s e
cementbentonietspecies
De c e m b e n t o n s u s p e n s i e s z i j n b e r e i d met de r e c e p t u u r 35 kg b e n t o n i e t en
200 kg cement per m m e n g s e l . Ze z i j n a l i e n gemengd v o l g e n s d e z e l f d e p r o c e d u r e ; e e r s t b e n t o n i e t d i s p e r g e r e n , deze s u s p e n s i e 2 uur l a t e n r i j p e n en
v e r v o l g e n s de cement a l s cement-watermengsel toevoegen.
Van de v e r s e d i k s p o e l i n g e n i s het s t r o m i n g s g e d r a g a l s f u n c t i e van de
a f s c h u i f s n e l h e i d o n d e r z o c h t . De c o n s i s t e n t i e van deze s u s p e n s i e s i s met
de g a n g b a r e meetmethoden nagenoeg n i e t v a s t t e s t e l l e n . Er wordt n a m e l i j k
gemeten b i j v e r s c h i l l e n d e a f s c h u i f s n e l h e d e n , t e r w i j l de c o n s i s t e n t i e
afschuifsnelheid afhankelijk i s .
De b e l a n g r i j k s t e r h e o l o g i s c h e g r o o t h e i d d i e het v l o e i g e d r a g van deze
d i k s p o e l i n g e n v r i j w e l v o l l e d i g k a r a k t e r i s e e r t i s de z w i c h t s p a n n i n g
(bijlage 4).
Van de v e r s e d i k s p o e l i n g e n i s de v l o e i g r e n s gemeten v o l g e n s de K u g e l h a r f e
en de L a r u - m e t e r , de u i t l o o p t i j d met de Marsh t r e c h t e r en het H t e r g e w i c h t ( b i j l a g e 3 ) . Van twee s e r i e s i s t e v e n s de temperatuur na mengen
en van 1 s e r i e het f i 1 t r a a t w a t e r v e r l i e s gemeten ( b i j l a g e 3 ) .
3
- 15 -
Van de s e r i e mengsels d i e gemaakt z i j n t.b.v. h e t o n d e r z o e k b i j INTRON
(mengdatum 11/4/90) z i j n tevens p r o e f s t u k k e n gemaakt v o o r h e t bepalen van
de d r u k s t e r k t e en w a t e r d o o r l a t e n d h e i d na 7, 28 en 56 dagen.
T e r c o n t r o l e van de r e p r o d u c e e r b a a r h e i d van de mengprocedure en de r e p r o d u c e e r b a a r h e i d van de m e t i n g e n van d r u k s t e r k t e en w a t e r d o o r l a t e n d h e i d
z i j n van de m e n g s e l s , aangemaakt op 14/5/90, ook de d r u k s t e r k t e en w a t e r d o o r l a t e n d h e i d na 28 dagen gemeten.
U i t de r h e o l o g i e m e t i n g e n aan de v e r s e m e n g s e l s v o l g t d a t de waarden d i e
v o o r de v l o e i g r e n s gemeten worden met de K u g e l h a r f e en h e t L a r i i - a p p a r a a t
v e r s c h i l l e n . B i j h e t ene mengsel g e e f t de K u g e l h a r f e een hogere
v l o e i g r e n s dan h e t L a r i i - a p p a r a a t t e r w i j l v o o r een volgend mengsel de
v o l g o r d e omgekeerd i s . D i t g e l d t z e l f s v o o r i d e n t i e k e m o n s t e r s d i e
gemengd z i j n op v e r s c h i l l e n d e t i j d s t i p p e n . T e r v e r d u i d e l i j k i n g i s i n
t a b e l 2 de v o l g o r d e van toenemende v l o e i g r e n s weergegeven, gemeten
v o l g e n s de 3 v e r s c h i l l e n d e methoden v o o r de 3 v e r s c h i l l e n d e m e n g s e r i e s .
De meest w a a r s c h i j n l i j k e v o l g o r d e i s g e s c h a t d o o r u i t e l k e kolom van
t a b e l 2 h e t d a a r meest voorkomende mengsel t e k i e z e n .
T a b e l _ 2 : De v o l g o r d e van de v l o e i g r e n z e n gemeten d i r e c t na h e t mengen met
3 methodes aan 2 mengsel s e r i e s en 4 methodes aan een m e n g s e l serie.
>
Methode
Toenemende v l o e i g r e n s
S e r i e 1 (11/4/1990)
Marsh-trechter
C30
CA
C50
E30
EA
E50
Kugelharfe
C30
EA
C50
E30
CA
E50
Larii-apparaat
C30
CA
E30 = EA
C50
E50
S e r i e 2 (14/5/1990)
Marsh-trechter
C30
EA
E30
CA
C50
E50
Kugelharfe
E30
C50
E30 = EA
CA
E50
Larii-apparaat
C30
E30
CA = EA
C50
E50
Z w i c h t s p a n n i n g (TUE)
EA = CA
E30 = C30
C50
E50
Serie 3 (verschillende
data)
Marsh-trechter
EA
CA
E30
C30 = C50
E50
Kugelharfe
EA
= E30 = CA
C50
C30
E50
Larii-apparaat
E30
EA = CA
C30
C50
E50
Meest w a a r s c h i j n l i j k e
C30
CA
E30
EA
C50
E50
volgorde
= b e t e k e n t d a t aan a a n g r e n z e n d e s p e c i e s d e z e l f d e v l o e i g r e n s gemeten i s
- 16 -
4.4
Metingen
aan o p s t i j v e n d e cembenton mengsels
Het o p s t i j v i n g s g e d r a g van de v e r s e s p e c i e s a l s f u n c t i e van de t i j d i s
door het C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m gemeten m.b.v. de m i n i - p e n e t r o m e t e r en
door TUE met een door hen o n t w i k k e l d a p p a r a a t om z w i c h t s p a n n i n g e n te kunnen meten. De z w i c h t s p a n n i n g i s de minimale s c h u i f s p a n n i n g n o d i g om de
d i k s p o e l i n g a l s een v l o e i s t o f t e vervormen. De m e t i n g e n van CL en TUE
l a t e n b e i d e n d e z e l f d e t r e n d z i e n : een s n e l l e o p s t i j v i n g v o o r de mengsels
met p o r t l a n d c e m e n t en een g e l e i d e l i j k e o p s t i j v i n g van de m e n g s e l s gemaakt
met hoogovencement.
U i t de m e t i n g e n komt d u i d e l i j k naar voren d a t de i n v l o e d van de s o o r t
b e n t o n i e t op de o p s t i j v i n g i n de e e r s t e 100 uur v o l l e d i g o n d e r g e s c h i k t i s
aan de i n v l o e d van het s o o r t cement.
B e r e k e n i n g e n ( b i j l a g e 4) aan de cembentonspecies l a t e n d u i d e l i j k z i e n dat
het netwerk, dat spontaan o n t s t a a t wanneer een cement-watermengsel en
een b e n t o n i e t s u s p e n s i e gemengd worden, voldoende d r a a g k r a c h t (hoge
z w i c h t s p a n n i n g ) h e e f t om t e voorkomen dat de c e m e n t d e e l t j e s u i t z a k k e n .
Metingen van de a d i a b a t i s c h e w a r m t e - o n t w i k k e l i n g (CL) l a t e n d u i d e l i j k
z i e n dat de r e a c t i e s n e l h e i d , z o a l s te verwachten i s , toeneemt met het
k l i n k e r g e h a l t e van de cementen i n de v o l g o r d e 30, A, 50 en d a t de bent o n i e t s o o r t w e i n i g i n v l o e d h e e f t op de w a r m t e - o n t w i k k e l i n g . De warmteo n t w i k k e l i n g van de m e n g s e l s met p o r t l a n d c e m e n t l o o p t a l na c a . twee
dagen naar een p l a t e a u - w a a r d e t e r w i j l voor de hoogovencementen z e l f s na
een week nog geen p l a t e a u b e r e i k t i s . De m e n g s e l s gemaakt met het cement
met het h o o g s t e s l a k g e h a l t e l i j k e n i n de p e r i o d e van 10-30 uur na aanmaken i n een r u s t f a s e t e v e r k e r e n .
Door INTRON i s op 0 uur, 4 uur, 6 dagen en 28 dagen na aanmaak de pH en
de s a m e n s t e l l i n g van het " p o r i e w a t e r " gemeten.
U i t deze m e t i n g e n b l i j k t d a t de s a m e n s t e l l i n g van het p o r i e w a t e r u i t cembenton m e n g s e l s z i c h goed l a a t v e r g e l i j k e n met de s a m e n s t e l l i n g van
p o r i e w a t e r i n c o n v e n t i o n e e l b e t o n ; i n i t i e e l een hoge c a l c i u m - en s u l f a a t c o n c e n t r a t i e d i e na 6 dagen s t e r k i s t e r u g g e v a l l e n en een nagenoeg t i j d s o n a f h a n k e l i j k e c o n c e n t r a t i e van de n a t r i u m en c h l o o r i o n e n . De a b s o l u t e
waarden van de c o n c e n t r a t i e s i n de cembenton m e n g s e l s z i j n wel l a g e r dan
i n c e m e n t b e t o n . D i t komt d o o r de v e e l hogere w a t e r c e m e n t f a c t o r i n de cembentonmengsels.
- 17 -
4.5
Metingen aan v e r h a r d e cembenton mengsels
4.5.1
D r u k s t e r k t e en_waterdoorJ_atendhei_d
Door MOS i s de d r u k s t e r k t e en de w a t e r d o o r l a t e n h e i d aan 1 s e r i e
p r o e f s t u k k e n gemeten d i e r e s p e c t i e v e l i j k 7, 28 en 56 dagen oud waren; van
de andere 2 s e r i e s i s a l l e e n op een l e e f t i j d van 28 dagen de d r u k s t e r k t e
en de w a t e r d o o r l a t e n d h e i d gemeten om een i n d r u k t e k r i j g e n i n h o e v e r r e de
e i g e n s c h a p p e n van i d e n t i e k samengestelde c e m e n t b e n t o n i e t m e n g s e l s , i n
verharde toestand, v e r g e l i j k b a a r z i j n .
U i t de d r u k s t e r k t e m e t i n g e n v o l g t o v e r d u i d e l i j k d a t 7 dagen oude
p r o e f s t u k k e n op b a s i s van p o r t l a n d c e m e n t een hogere s t e r k t e hebben dan
d i e op b a s i s van hoogovencement. Op l a n g e r e t e r m i j n , 28 en 56 dagen,
geven de p r o e f s t u k k e n v e r v a a r d i g d met hoogovencement hogere d r u k s t e r k t e n .
B l i j k b a a r wordt de d r u k s t e r k t e - o n t w i k k e l i n g nagenoeg n i e t b e Y n v l o e d t door
de b e n t o n i e t s o o r t ; a l l e e n b i j de mengsels E30 en C30 l i j k t e r een k l e i n
v e r s c h i l te b e s t a a n t u s s e n de s o o r t b e n t o n i e t ; CV15 g e e f t een i e t w a t
hogere s t e r k t e dan E r b s l o h .
Voor de d r u k s t e r k t e m e t i n g e n g e l d t d a t de o n d e r l i n g e v e r s c h i l l e n t u s s e n de
metingen aan p r o e f s t u k k e n a f k o m s t i g u i t h e t z e l f d e mengsel even g r o o t z i j n
a l s d i e t u s s e n p r o e f s t u k k e n a f k o m s t i g van mengsels d i e op v e r s c h i l l e n d e
t i j d s t i p p e n gemaakt z i j n . D i t kan duiden op een z e e r goed r e p r o d u c e e r b a r e
s p e c i e b e r e i d i n g , maar ook op de m o g e l i j k h e i d d a t de onnauwkeurigheid i n
de d r u k s t e r k t e m e t i n g e n g r o t e r i s dan de s p r e i d i n g o n t s t a a n door het
mengen op v e r s c h i l l e n d e t i j d s t i p p e n . Door het g e r i n g e a a n t a l metingen van
d r u k s t e r k t e n aan p r o e f s t u k k e n a f k o m s t i g u i t h e t z e l f d e mengsel kan o v e r de
a b s o l u t e s p r e i d i n g i n de methode geen u i t s p r a a k gedaan worden.
De w a t e r d o o r l a t e n d h e i d i s gemeten i n een o p s t e l 1 i n g w a a r b i j het monster
a l z i j d i g door water wordt o n d e r s t e u n d . Deze o n d e r s t e u n i n g s d r u k i s r e l a t i e f hoog (0,05 N/mm ) i n v e r g e l i j k i n g met de 7-daagse d r u k s t e r k t e (0,1
N7mm ). Daardoor z u l l e n monsters met een g e r i n g e d r u k s t e r k t e door de
o n d e r s t e u n i n g s d r u k worden "samengedrukt" en een g e r i n g e r e waterd o o r l a t e n d h e i d te z i e n geven. Daarom i s b i j deze o n d e r s t e u n i n g s d r u k het
meten van de w a t e r d o o r l a t e n d h e i d a l l e e n maar z i n v o l aan monsters d i e
s t e r k e r z i j n dan 10 maal de o n d e r s t e u n i n g s d r u k . Dat b e t e k e n t b i j v o o r b e e l d
d a t het i s aan t e b e v e l e n om de w a t e r d o o r l a t e n d h e i d van p r o e f s t u k k e n
gemaakt met p o r t l a n d c e m e n t pas na 56 dagen t e meten.
2
2
- 18 -
Ondanks de z o r g v u l d i g u i t g e v o e r d e m e n g s e l b e r e i d i n g b l i j k t de samenhang
t u s s e n de m e e t r e s u l t a t e n n i e t g r o o t . D i t kan e r op w i j z e n d a t de
g e b r u i k t e t r i - a x i a a l meetmethode o n v o l d o e n d e b e t r o u w b a a r i s v o o r het
meten van de w a t e r d o o r l a t e n d h e i d van de p r o e f s t u k k e n . E r b l i j k t geen
d u i d e l i j k e samenhang t u s s e n de gemeten w a t e r d o o r l a t e n d h e i d en de t i j d
gedurende w e l k e h e t p r o e f s t u k d o o r s t r o o m d wordt v o o r d a t de m e t i n g p l a a t s v i n d t . B i j d e z e b e p r o e v i n g s m e t h o d e wordt met toenemend s l a k g e h a l t e een
afnemende w a t e r d o o r l a t e n d h e i d gevonden.
4.5.2
DSC e n J " G A j n e t Ingen
Door INTRON z i j n aan cembenton p r o e f s t u k k e n , 28 dagen na aanmaken, DSC
m e t i n g e n o v e r h e t t e m p e r a t u u r t r a j e c t van 105-320°C en TGA m e t i n g e n o v e r
het t r a j e c t van 105-875°C u i t g e v o e r d .
U i t de s a m e n s t e l l i n g van de mengsels v o l g t d a t ze v o o r 79,77. u i t w a t e r
b e s t a a n . De TGA m e t i n g e n l a t e n h i e r o p een maximale a f w i j k i n g van 4,4%
zien.
Ook b l i j k t u i t deze metingen d a t c a . 4 a 5% (m/m) van h e t w a t e r chemisch
gebonden i s .
Hoewel de t h e r m i s c h e a n a l y s e t e c h n i e k e n v e e l b e l o v e n d l e k e n i s h e t d o o r de
g r o t e h o e v e e l h e i d w a t e r n i e t m o g e l i j k g e b l e k e n om u i t de thermogr airmen
r e a c t i e p r o d u k t e n van cement en c e m e n t / b e n t o n i e t t e herkennen.
4.5.3
Microstructuur
INTRON h e e f t SEM onderzoek gedaan n a a r de m i c r o s t r u c t u u r van de cembenton
mengsels C30 en C50. U i t de opnames komt n a a r v o r e n d a t b i j mengsel C50,
p o r t l a n d c e m e n t , een meer open " w o l l i g e " s t r u c t u u r o n t s t a a t dan b i j
mengsel C30, hoogovencement met 87% s l a k .
In b e i d e g e v a l l e n was de m i c r o s t r u c t u u r zo f i j n d a t de a n a l y s e s g e p r o d u c e e r d met b e h u l p van een e l e c t r o n e n m i c r o s c o o p u i t g e r u s t met een EDS
systeem, geen cementgel a a n t o n e n . E l e c t r o n e n m i c r o s c o p e n u i t g e r u s t met
d e r g e l i j k e a p p a r a t u u r kunnen een k w a l i t a t i e v e chemische s a m e n s t e l l i n g
geven van een volume van c a . 8 k u b i e k e m i c r o m e t e r .
- 19 5.
INTERACTIE CEMENT EN BENTONIET
5.1
Conclusies
U i t de o n d e r z o e k s r e s u l t a t e n z i j n de v o l g e n d e algemene c o n c l u s i e s te
trekken.
- De h o e v e e l h e i d c a l c i u m d i e b e n t o n i e t kan binden i s g e r i n g i n v e r h o u d i n g
t o t de h o e v e e l h e i d c a l c i u m d i e door het cement wordt aangeboden.
- Een betrouwbare meetmethode voor het m o n t m o r i l l o n i e t g e h a l t e van bent o n i e t i s m o g e l i j k e r w i j s de
methyleenblauw-adsorptie.
- E l e c t r o s t a t i s c h g e z i e n z a l c o a g u l a t i e van b e n t o n i e t met b e n t o n i e t ,
cement met b e n t o n i e t en cement met cement v r i j w e l a l t i j d o p t r e d e n .
- De gangbare proeven voor de k a r a k t e r i s e r i n g van de v e r s e
cembentonspecies z i j n o n g e s c h i k t v o o r het b e p a l e n van de c o n s i s t e n t i e ;
bovendien zeggen z i j n i e t s over de t e verwachten eigenschappen van het
verharde mengsel.
- Het cement met het hoogste s l a k g e h a l t e g e e f t i n cembentonmengsels de
b e s t e r e s u l t a t e n qua d r u k s t e r k t e en w a t e r d o o r l a t e n d h e i d . Het b e n t o n i e t
CV15 g e e f t i n d i t g e v a l een i e t w a t g e r i n g e r e w a t e r d o o r l a t e n d h e i d dan
Erbsloh.
- De r e s u l t a t e n van de metingen aan de o p s t i j v e n d e mengsels geven aan dat
de o p s t i j v i n g v o o r n a m e l i j k b e p a a l d wordt door het s o o r t cement en n i e t
door de b e n t o n i e t s o o r t .
- Het netwerk dat o n t s t a a t wanneer c e m e n t p a s t a b i j een b e n t o n i e t d i k s p o e l i n g gevoegd wordt i s s t e r k genoeg om de a f z o n d e r l i j k e cementd e e l t j e s t e dragen.
- V e r h a r d cembenton gemaakt met cement met een hoog s l a k g e h a l t e h e e f t een
meer n e t w e r k a c h t i g e m i c r o s t r u c t u u r dan cembenton gemaakt met p o r t l a n d cement; deze h e e f t een meer w o l 1 i g e s t r u c t u u r .
5.2
Hydratatie
5.2.1
Hydra t a t j _ e _ v a n _ p o r t l andcement
2 +
Bekend i s dat b i j de h y d r a t a t i e van p o r t l a n d c e m e n t e m i s s i e van C a , en
Si0
- i o n e n p l a a t s v i n d t van de k l i n k e r d e e l t j e s naar het omringende
p o r i e w a t e r . Deze c o n c e n t r a t i e s worden dermate hoog d a t het o p l o s b a a r h e i d s p r o d u c t voor c a l c i u m s i l i c a a t h y d r a t e n wordt o v e r s c h r e d e n .
3
- 20 -
V o o r a l i n de d i r e c t e omgeving van de k l i n k e r k o r r e l p r e c i p i t e e r t de g e l i n
de vorm van n a a l d - o f b l o e m k o o l v o r m i g e " k r i s t a l l e n " .
D a a r n a a s t e m i t t e r e n de k l i n k e r d e e l t j e s n e t t o een o v e r s c h o t aan C a
ionen
t . o . v . c a l c i u m s i l i c a a t h y d r a a t - g e l . Dat o v e r s c h o t s l a a t neer i n de vorm
van C a ( 0 H ) k r i s t a l l e n .
2 +
2
5.2.2
Hyd r a t a t i_e_van_hoo2ovencemen t
In het g e v a l van een hoogovencement v i n d t e r een a f w i j k e n d p r o c e s p l a a t s .
N a b i j het o p p e r v l a k van de k l i n k e r d e e l t j e s z a l nog s t e e d s cementgel worden gevormd en n e t t o een C a i o n e n o v e r s c h o t o n t s t a a n .
Vanaf het s l a k d e e l t j e e c h t e r o n t s t a a t een n e t t o s i l i c a a t - e m i s s i e , omdat
de v e r h o u d i n g C a O / S i 0 i n de s l a k l a g e r i s dan d i e van de gevormde
c e m e n t g e l . Daarom h e e f t het p o r i e w a t e r n a b i j het s l a k d e e l t j e een l a g e r e
C a c o n c e n t r a t i e dan b i j het k l i n k e r d e e l t j e . D i t l e i d t e r t o e d a t
cementgel z i c h v e r d e r van s l a k d e e l t j e s dan van k l i n k e r d e e l t j e s kan a f z e t ten.
2 +
2
2 +
5.2.3
B e j a n g r i j k e waarn e m n g e n j T K b ^ C d e _ h y _ d r a t a t i e van
c erne n t b e n t o n i e t s pe c i_e s
cement_in
U i t het o n d e r z o e k i s g e b l e k e n d a t de o n d e r z o c h t e cembentonspecies d i r e c t
na aanmaak een d u s d a n i g s t e r k netwerk vormen d a t de c e m e n t d e e l t j e s n i e t
uitzakken.
Na aanmaak d o o r l o p e n C50 en E50 - dus de s l a k l o z e cembentonmengsels e e r s t een r u s t p e r i o d e van c a . 5 uur, waarna een s n e l l e o p s t i j v i n g v o l g t .
De s l a k h o u d e n d e cembenton m e n g s e l s s t i j v e n van meet a f aan g e l e i d e l i j k
op.
U i t de r e s u l t a t e n van de m e t i n g e n z o a l s p o r i e w a t e r a n a l y s e en o p s t i j v i n g s g e d r a g v o l g t d a t de h y d r a t a t i e van het cement a a n v a n k e l i j k op a n a l o g e
w i j z e v e r l o o p t a l s d i e in gangbaar cementbeton.
Er z i j n e c h t e r twee b e l a n g r i j k e v e r s c h i l l e n t u s s e n de opbouw van een
b e t o n s p e c i e en een cembentonspecie. In b e t o n s p e c i e l i g g e n de o p p e r v l a k k e n
van de c e m e n t k o r r e l s c a . 2 m i c r o m e t e r u i t e l k a a r , met u i t s l u i t e n d w a t e r
a l s s c h e i d i n g . B i j c e m b e n t o n s p e c i e l i g g e n de c e m e n t k o r r e l s e c h t e r c a .
15 m i c r o m e t e r u i t e l k a a r , met d a a r t u s s e n een b r e i van w a t e r en
u i t g e v l o k t e b e n t o n i e t d e e l t j e s ( z i e schets 1).
- 21 -
H y p o t h e s e met b e t r e k k i n g t o t de h y d r a t a t i e van cement i n
cembentortspecies
Op grond van wat bekend i s van de h y d r a t a t i e van p o r t l a n d c e m e n t en hoogovencement (5.2.1 en 5.2.2) en aan de hand van de r e s u l t a t e n van d i t
o n d e r z o e k i s een h y p o t h e s e voor de " h y d r a t a t i e " van
cementbentonietspecies opgesteld.
V o l g e n s de hypothese komt a a n v a n k e l i j k de c e m e n t h y d r a t a t i e gewoon op
gang. Dat w i l zeggen d a t de v e r s c h i l l e n i n h y d r a t a t i e g e d r a g van
s l a k h o u d e n d e cementen t . o . v . s l a k l o z e cementen ook i n c e m b e n t o n s p e c i e s
o p t r e d e n . Na de r u s t p e r i o d e komt het h y d r a t a t i e p r o c e s van het cement
(opnieuw) op gang.
De h y p o t h e s e gaat e r v a n u i t d a t de p r e c i p i t a t i e van cementgel op het
o p p e r v l a k van de b e n t o n i e t p l a a t j e s e n e r g e t i s c h g u n s t i g e r i s dan spontane
k r i s t a l l i s a t i e na het b e r e i k e n van een k r i t i s c h e c o n c e n t r a t i e i n
opiossing.
De k i n e t i e k i s voor s l a k h o u d e n d e cementen e c h t e r a n d e r s dan d i e voor
p o r t l a n d c e m e n t . B i j de h y d r a t a t i e van k l i n k e r komt een overmaat aan
C a ionen v r i j . H i e r d o o r z a l het v r i j k o m e n d e S i 0 " o n m i d d e l i j k
n e e r s l a a n a l s c e m e n t g e l . De S i 0 " c o n c e n t r a t i e i s dus z e l f s op g e r i n g e
a f s t a n d van een k l i n k e r k o r r e l , z e e r l a a g .
B i j de h y d r a t a t i e van een s l a k k o r r e l d a a r e n t e g e n komt e r een overmaat
S i 0 " ionen v r i j . De C a ionen d i e v r i j k o m e n worden gebonden t o t
cementgel v l a k b i j het k o r r e l o p p e r v l a k w a a r d o o r de C a c o n c e n t r a t i e op
e n i g e a f s t a n d van de s l a k k o r r e l z e e r g e r i n g i s . B i j h y d r a t a t i e van een
hoogovencement z a l dus d i f f u s i e van C a ionen vanaf het k l i n k e r d e e l t j e
en d i f f u s i e van S i 0 " ionen van het s l a k d e e l t j e p l a a t s v i n d e n . D a a r d o o r
zal b i j de h y d r a t a t i e van hoogovencement cementgel gevormd kunnen worden
in het g e b i e d t u s s e n s l a k - en k l i n k e r k o r r e l i n p l a a t s van u i t s l u i t e n d op
het k l i n k e r o p p e r v l a k .
De d i f f u s i e s n e l h e d e n van de C a en S i 0 " ionen z u l l e n d o o r het aanw e z i g e b e n t o n i e t netwerk worden b e Y n v l o e d .
Het i s w a a r s c h i j n l i j k d a t het b e n t o n i e t n e t w e r k d o o r de n e g a t i e v e
o p p e r v l a k t e l a d i n g de d i f u s s i e van C a ionen meer remt dan d i e van S i 0 "
i o n e n . H i e r d o o r z a l , i n t e g e n s t e l 1 i n g t o t i n c o n v e n t i o n e e l b e t o n , i n de
b e n t o n i e t r u i m t e p l a a t s e l i j k een S i 0 " c o n c e n t r a t i e kunnen o n t s t a a n d i e
hoog genoeg i s om met de l a t e r a a n g e v o e r d e C a ionen een cementgel te
kunnen vormen.
2 +
2
3
2
3
2
2 +
3
2 +
2 +
2
3
2 +
2
3
2 +
2
3
2
3
2 +
- 22 -
In a l l e c e m b e n t o n s p e c i e s , zowel met a l s z o n d e r s l a k , z a l k r i s t a l g r o e i
v a n u i t de k o r r e l s p l a a t s v i n d e n . Bovendien z a l i n b e i d e g e v a l l e n n e e r s l a g
op het b e n t o n i e t worden gevormd. In c e m b e n t o n s p e c i e s z o n d e r s l a k z a l de
n e e r s l a g v o r m i n g op het b e n t o n i e t e c h t e r h o o f d z a k e l i j k p l a a t s v i n d e n n a b i j
het k l i n k e r d e e l t j e .
In c e m b e n t o n s p e c i e s met s l a k z a l n e e r s l a g v o r m i n g van cementgel op de bent o n i e t p l a a t j e s ook op g r o t e r e a f s t a n d van k l i n k e r - en s l a k k o r r e l m o g e l i j k
zijn.
Op grond van de g e p o n e e r d e h y p o t h e s e z a l b i j toenemend s l a k g e h a l t e een
homogenere s t r u k t u u r o n t s t a a n i n de v e r h a r d e s p e c i e , omdat b i j toenemend
s l a k g e h a l t e de gevormde cementgel u n i f o r m e r o v e r de b e n t o n i e t r u i m t e v e r d e e l d z a l z i j n . D i t v e r k l a a r t waarom b i j s l a k r i j k e cementen u i t e i n d e l i j k
hogere d r u k s t e r k t e n een l a g e r e w a t e r d o o r l a t e n d h e d e n worden b e r e i k t .
Er i s u i t e r a a r d een b o v e n g r e n s aan het s l a k g e h a l t e te v e r w a c h t e n , i.v.m.
de o n m i s b a r e r o l van de k l i n k e r i n het g e h e e l .
Het i s n i e t geheel u i t t e s l u i t e n dat ook a n d e r e s i l i c a a t b r o n n e n , z o a l s
s i l i c a - f u m e , v l i e g a s e.d. b r u i k b a a r z i j n ; h i e r o v e r i s e c h t e r nog n i e t s
bekend.
Het type b e n t o n i e t zou v o l g e n s deze h y p o t h e s e van i n v l o e d kunnen z i j n
op:
- de p e r f e c t i e van het gevormde netwerk;
- een v e r s c h i l i n remming van de C a ionen d i f f u s i e . D i t kan samenhangen
met de " c a t i o n exchange c a p a c i t y " .
2 +
De h y p o t h e s e met b e t r e k k i n g t o t het mechanisme van de s t r u c t u u r o n t w i k k e l i n g i n c e m b e n t o n - s p e c i e s wordt o n d e r s t e u n d d o o r de SEM-opnames
( b i j l a g e 2 ) . INTRON h e e f t gevonden dat voor het mengsel b e r e i d met
p o r t l a n d c e m e n t de s t r u c t u u r een w o l l i g a a n z i e n h e e f t met een
k r i s t a l l e n g t e van 2 a 3 m i c r o m e t e r . Voor een mengsel b e r e i d met s l a k r i j k
cement i s het a a n z i e n v e e l g l a d d e r , f i j n m a z i g e r .
- 23 -
Een a a n t a l punten i n deze h y p o t h e s e z i j n a a n t o o n b a a r j u i s t , e n k e l e andere
z i j n echter veel minder zeker.
- Zeker:
. Bentoniet bindt in verhouding
maar w e i n i g c a l c i u m i o n e n .
t o t de h o e v e e l h e i d aanwezige c a l c i u m
. De a d s o r p t i e van ionen d o o r b e n t o n i e t be'invloedt de c a l c i u m
c e n t r a t i e i n o p i o s s i n g nagenoeg n i e t .
con-
. B e n t o n i e t i s k r i s t a l l i j n en p r a k t i s c h o n o p l o s b a a r ; het l e v e r t dus
geen b i j d r a g e aan de c o n c e n t r a t i e S i 0 ~ ionen i n o p i o s s i n g .
2
3
. B e n t o n i e t z o r g t , samen met de k l i n k e r en s l a k d e e l t j e s , voor een netwerk dat s t e r k genoeg i s om de a f z o n d e r l i j k e d e e l t j e s te d r a g e n .
- Speculatief:
. B e n t o n i e t met d a a r o p g e a d s o r b e e r d e c a l c i u m - i o n e n g e d r a a g t z i c h a l s
een c o n d e n s a t i e k e r n voor de vorming van c a l c i u m s i l i c a a t h y d r a t e n .
. N a b i j het o p p e r v l a k van b e n t o n i e t p l a a t j e s , op r e l a t i e f g r o t e a f s t a n d
van de s l a k - en k l i n k e r d e e l t j e s , o n t s t a a t een c o n c e n t r a t i e aan
2+
2
Ca - en S i C ^ " ionen d i e g r o o t genoeg i s om een n e e r s l a g van
c a l c i u m s i l i c a a t h y d r a a t m o g e l i j k te maken.
. De c a l c i u m s i l i c a a t h y d r a t e n " l i j m e n " de b e n t o n i e t p l a a t j e s o f c o n g l o meraten d a a r v a n aan e l k a a r .
- 24 -
AANBEVELINGEN EN ONDERZOEKSVOORSTELLEN AAN DE WERKGROEP CEMBENTON OM DE
SPECULATIEVE ELEMENTEN V/D HYPOTHESE TE ONDERBOUWEN
- De a n a l o g i e t u s s e n c e m e n t b e n t o n i e t m e n g s e l s en schuimbeton nader onderzoeken.
In s c h u i m b e t o n worden c e m e n t k o r r e l s gedragen door een netwerk van
s c h u i m v l i e z e n en de e r v a r i n g i s d a t een b e t e r e " p e r f o r m a n c e " van h e t
s c h u i m b e t o n wordt v e r k r e g e n b i j h e t t o e p a s s e n van f i j n e r e cementen.
2 +
2
- B e p a l e n van de l e v e n s d u u r van een C a c q . S i 0 " i o n i n een l o k a a l
v e r z a d i g d e o p i o s s i n g . Met a n d e r e woorden kan i n z o ' n s i t u a t i e een
Ca^" " o f een S i 0 ^ ~ i o n o n t s n a p p e n .
3
1
3
2 +
2
- Hoe v i n d t d i f f u s i e van C a en S i 0 ' i o n e n i n een b e n t o n i e t netwerk
p l a a t s en welke z i j n de d r i j v e n d e k r a c h t e n d a a r a c h t e r ?
3
- Wat z i j n i n d i t verband de m o g e l i j k h e d e n van s i m u l a t i e t e c h n i e k e n z o a l s
Monte C a r l o b e r e k e n i n g e n .
CEMBENTON WERKGROEP A
BIJLAGE 1
ENCI N e d e r l a n d B.V.
dd. 21-03-1991
R e s . n r . 3853
R u b r i e k 2065
B1/NL/TXT2.41
Werkgroep Cembenton
R i j k s w a t e r s t a a t , a f d . Bouwspeurwerk
Dr. I r . J . Blaakmeer
Rapportage van de m e t i n g e n v e r r i c h t aan c e m e n t b e n t o n i e t mengsels door h e t C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m ,
ENCI N e d e r l a n d B.V.
- 1 -
1.
INLEIDING
Naar a a n l e i d i n g van het l i t e r a t u u r o n d e r z o e k d a t de werkgroep Cembenton van
R i j k s w a t e r s t a a t a f d . Bouwspeurwerk i n 1989 h e e f t l a t e n u i t v o e r e n i s b e s l o ten om o n d e r z o e k t e l a t e n u i t v o e r e n naar de fundamentele eigenschappen van
cementbentonietmengsels.
D i t o n d e r z o e k , u i t g e v o e r d onder a u s p i c i e n van de
s u b g r o e p A "cement" i s v e r r i c h t door een 4 - t a l l a b o r a t o r i a .
In het navolgende worden de r e s u l t a t e n g e r a p p o r t e e r d van het o n d e r z o e k dat
door het C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m van ENCI N e d e r l a n d B.V. aan de cementbentonietmengsel s i s uitgevoerd.
2.
CONCLUSIES
- B e p a l i n g van het s p e c i f i e k o p p e r v l a k d.m.v. m e t h y l e e n b l a u w a d s o r p t i e
g e e f t een goede i n d i c a t i e van de z u i v e r h e i d van de b e n t o n i e t , m i t s e r
geen v e r o n t r e i n i g i n g aanwezig i s met ook een hoog s p e c i f i e k o p p e r v l a k .
- Van de g e k a r a k t e r i s e e r d e b e n t o n i e t e n z i j n E r b s l o h en CV15 m i n e r a l o g i s c h
gezien identiek.
- De CEC ( C a t i o n exchange c a p a c i t y ) i s d u s d a n i g l a a g d a t de h o e v e e l h e i d
c a l c i u m d i e door de b e n t o n i e t gebonden kan worden z e e r g e r i n g i s t . o . v .
de h o e v e e l h e i d c a l c i u m d i e door het cement w o r d t aangeboden.
- De s a m e n s t e l l i n g en de performance van de cementen i s z o a l s mag worden
v e r w a c h t , alhoewel het s n e l l e p o r t l a n d c e m e n t e r g s n e l o p s t i j f t .
- Het o p s t i j v i n g s g e d r a g en de w a r m t e - o n t w i k k e l i n g worden v o o r n a m e l i j k
b e p a a l d door het s o o r t cement. De i n v l o e d van de o n d e r z o c h t e b e n t o n i e t s o o r t e n (CV15 en E r b s l o h ) op deze parameters i s m a r g i n a a l .
- 2 -
3.
KARAKTERISERING VAN DE BENTONIETEN
3.1
S p e c i f i e k oppervlak
Het s p e c i f i e k o p p e r v l a k van de b e n t o n i e t e n i s b e p a a l d door het meten van
de m e t y l e e n b l a u w a d s o r p t i e en de N - a d s o r p t i e v o l g e n s BET ( z i e t a b e l 1 ) .
B i j de m e t h y l e e n b l a u w a d s o r p t i e wordt de a d s o r p t i e - i s o t h e r m ( g e a d s o r b e e r d e
h o e v e e l h e i d a l s f u n c t i e van de e i n d c o n c e n t r a t i e m e t h y l e e n b l a u w ) b e p a a l d
waarna u i t het p l a t e a u van de a d s o r p t i e - i s o t h e r m de maximale g e a d s o r b e e r d e
h o e v e e l h e i d m e t h y l e e n b l a u w v o l g t . B i j de g a s a d s o r p t i e m e t h o d e v o l g e n s BET
wordt de g e a d s o r b e e r d e h o e v e e l h e i d s t i k s t o f a l s f u n c t i e van de druk
gemeten. U i t de vorm van de a d s o r p t i e - i s o t h e r m kan het s p e c i f i e k o p p e r v l a k
berekend worden. De d i s c r e p a n t i e t u s s e n de c i j f e r s v o l g e n s BET en methyl e e n b l a u w a d s o r p t i e komen w a a r s c h i j n l i j k , d o o r d a t h e t m o e i l i j k i s om een
mooi schoon ( w a t e r v r i j ) b e n t o n i e t o p p e r v l a k t e k r i j g e n . W a a r s c h i j n l i j k i s
de a d s o r p t i e van s t i k s t o f op water i . p . v . op b e n t o n i e t gemeten.
2
T a b e l _ l : Het s p e c i f i e k o p p e r v l a k van de g e k a r a k t e r i s e e r d e b e n t o n i e t e n
Soort
Methyleenblauw
a d s o r p t i e (mg/g)
s p e c i f i e k opp.
(m /g)
2
*
CV15
Erbsloh
CEBO
301
360
366
* u i t methyleenblauw-adsorptie,
** N a d s o r p t i e v o l g e n s BET
617
738
750
**
34,3
42,9
47,4
1 molekuul
i s 1,21 x 1 0 "
1 8
m
2
2
3.2
CEC ( C a t i o n Exchange C a p a c i t y )
De c a t i o n exchange c a p a c i t y (CEC) g e e f t aan h o e v e e l mi 1 1 i - e q u i v a l e n t e n
ionen d o o r h e t b e n t o n i e t o p p e r v l a k p e r 100 gram k l e i kan worden gebonden.
B i j de vorming van het m o n t m o r i 1 l o n i e t k r i s t a l ( h e t h o o f d b e s t a n d d e e l van
b e n t o n i e t ) z i j n i n het k r i s t a l r o o s t e r 4 o f 3 w a a r d i g e p o s i t i e v e ionen v e r vangen d o o r 3 o f 2 w a a r d i g e p o s i t i e v e ionen ( b i j v . s i l i c i u m door aluminium
o f a l u m i n i u m door c a l c i u m ) . Daardoor o n t s t a a t een n e t t o n e g a t i e v e l a d i n g
binnen h e t k r i s t a l .
- 3 -
Omdat a l l e s i n de n a t u u r e l e c t r o n e u t r a a l moet z i j n , wordt deze n e g a t i e v e
l a d i n g i n het k r i s t a l gecompenseerd door p o s i t i e f g e l a d e n ionen (Na, K,
Ca, H), d i e e l e c t r o s t a t i s c h (dus n i e t chemisch) aan het o p p e r v l a k van de
b e n t o n i e t p l a a t j e s gebonden z i j n . In een w a t e r i g e o p i o s s i n g z u l l e n deze
ionen dan ook een c o n c e n t r a t i e g r a d i e n t rond het b e n t o n i e t p l a a t j e t e z i e n
geven. De CEC i s b e p a a l d door a l l e p o s i t i e v e i o n e n , d i e g e b r u i k t worden om
de l a d i n g op het p l a a t j e t e compenseren, om t e w i s s e i e n tegen H . D i t i s
gedaan met behulp van een i o n e n w i s s e l a a r . V e r v o l g e n s i s de h o e v e e l h e i d H
b e p a a l d d o o r een p o t e n t i o m e t r i s c h e t i t r a t i e met NaOH ( z i e t a b e l 2 ) .
+
+
Tabel 2: De CEC van de g e k a r a k t e r i s e e r d e b e n t o n i e t e n
Soort
CEC (meq/100 g r ) *
CV15
Erbsloh
CEBO
22
22
17
* 20 meq/100 g = c a . 0,05 % Na?0
3.3
M i n e r a l o g i s c h e s a m e n s t e l l i n g van de b e t o n i e t s o o r t e n
De m i n e r a l o g i s c h e s a m e n s t e l l i n g van de b e n t o n i e t e n i s b e p a a l d met behulp
van r o n t g e n d i f f r a c t i e en wordt h i e r o n d e r p e r b e n t o n i e t s o o r t weergegeven.
CV15:
Montmorilloniet
[Ca
Na
Mg
0 > 2 4
0 > 0 1
0 > 3 6
Fe
0 > f J 2
Al
1 > 7 5
Cristobalite
Kwarts
Erbsloh:
Montmorilloniet
M
S i
0 H
CCAU.67 90.33) 4 ° 1 0 ( ) 2
Cristobalite
Trydimite
CaC0
3
N a
0.33^
Si
0
( 0 H ) 1.078 H 0
(ASTM 13-135)
3 > 8 7
1 0
2
2
]
- 4 CEBO:
Montmorilloniet
A1
M
S i
0 H
N a
L"( 1.67 9 0 . 3 3 ) 4 ° 1 0 ( ) 2 0 . 3 3 ]
Feldspaat
CaC0
3
OPMERKING
De m i n e r a l o g i s c h e s a m e n s t e l l i n g i s m.b.v. r b ' n t g e n d i f f r a c t i e - a n a l y s e
moeilijk vast te stellen!
3.4
Chemische s a m e n s t e l l i n g van b e n t o n i e t
De chemische s a m e n s t e l l i n g van de b e n t o n i e t e n i s b e p a a l d met
r b ' n t g e n f l u o r e s c e n t i e m e t i n g e n aan een p a r e l ( z i e t a b e l 3 ) . Het hoge
g l o e i v e r l i e s wordt voor h e t g r o o t s t e g e d e e l t e v e r o o r z a a k t door w a t e r . Met
de op CL b e s c h i k b a r e a p p a r a t u u r w a a r b i j h e t m o n s t e r t o t 250°C kan worden
opgewarmd, werd voor CV15 een w a t e r g e h a l t e van 12% gemeten.
B i j deze m e t i n g b l e e k , d a t b i j deze t e m p e r a t u u r nog n i e t a l l e water was
v r i j g e k o m e n , omdat a l s f u n c t i e van de t i j d water b l e e f v r i j k o m e n .
Tabel 3: De chemische
CaO
Si0
A1 0
Fe 0
K0
Na 0
2
2
2
3
3
2
2
so *
3
MgO
Ti0
Mn 0
P 0
Cl **
Gl.verl
Totaal
2
3
2
4
5
s a m e n s t e l l i n g van de b e n t o n i e t e n
CV15
0,8
63,8
12,6
2,49
1,25
1,21
0,2
1,69
0,27
0,04
0,00
0,02
14,63
99,0
Erbsloh
1,9
59,6
13,3
3,02
0,67
1,39
0,6
2,42
0,38
0,03
0,00
0,12
16,25
99,6
* a l l e zwavel i s weergegeven a l s SO
** v o l g e n s v o l h a r d
CEBO
2,9
53,2
16,5
3,91
1,44
1,53
1,2
2,66
0,67
0,06
0,03
0,90
15,20
99,3
- 5 -
Het l a g e A 1 0 g e h a l t e van de b e n t o n i e t e n CV15 en E r b s l o h d u i d t erop d a t
ze nog a l wat S i 0 , i n de vorm van k w a r t s o f c r y s t o b a l i t e , moeten b e v a t t e n .
D i t komt overeen met de m i n e r a l o g i s c h e s a m e n s t e l l i n g . De b e n t o n i e t s o o r t
CEBO moet op grond van de chemische s a m e n s t e l l i n g h e t m i n s t z i j n
v e r o n t r e i n i g d met S i 0 . D i t komt o v e r e e n met de m i n e r a l o g i s c h e
s a m e n s t e l l i n g . Ook h e t s p e c i f i e k o p p e r v l a k van deze l a a t s t e b e n t o n i e t s o o r t
is het grootst.
U i t de l i t e r a t u u r (Mc G r a w - H i l l S e r i e s i n Geology, C l a y m i n e r a l o g y , New
York, Mc G r a w - H i l l Book Company, i n c . 1953) i s h e t bekend d a t b e n t o n i e t e n
t o t 30% c r y s t o b a l i t e kunnen b e v a t t e n . Ook de chemische s a m e n s t e l l i n g kan
daardoor sterk v a r i e r e n .
2
3
2
2
- 6 -
4.
KARAKTERISERING VAN DE CEMENTEN
4.1
Fysische
De
50
30
A
parameters
c o d e r i n g e n van de cementen hebben de volgende b e t e k e n i s :
= z e e r s n e l p o r t l a n d c e m e n t i n de s t e r k t e k l a s s e 50 MPa
= hoogovencement met meer dan 85% s l a k i n de s t e r k t e k l a s s e 30
= hoogovencement conform NEN 3550 k l a s s e A.
MPa
De cementen z i j n f y s i s c h g e k a r a k t e r i s e e r d door het b e p a l e n van het s l a k g e h a l t e , de norm d r u k s t e r k t e - o n t w i k k e l i n g , de f i j n h e i d v o l g e n s B l a i n e , de
k o r r e l v e r d e l i n g en de o p s t i j v i n g v o l g e n s Van T u s s e n b r o e k .
Het s l a k g e h a l t e i s op twee manieren b e p a a l d ; m i c r o s c o p i s c h en met
r o n t g e n f l u o r e s c e n t i e aan een t a b l e t aan de hand van het MgO en A 1 0
g e h a l t e ( z i e t a b e l 4 ) . De g e h a l t e n z i j n zo weergegeven d a t s l a k + k l i n k e r
= 100%.
2
3
De gemeten n o r m d r u k s t e r k t e s samen met het s p e c i f i e k o p p e r v l a k v o l g e n s
B l a i n e s t a a n i n t a b e l 5. De met de l a s e r g r a n u l o m e t e r b e p a a l d e k o r r e l v e r d e l i n g van de 3 cementen s t a a n i n f i g u u r 1. In t a b e l 6 i s de o p s t i j v i n g
van de cementpasta z o a l s gemeten v o l g e n s Van T u s s e n b r o e k weergegeven.
Volgens deze methode wordt de o p s t i j v i n g i n de t i j d g e v o l g d . Op
v e r s c h i l l e n d e t i j d s t i p p e n wordt de a f s t a n d (mm) t u s s e n de i n de p a s t a
zakkende v i c a t n a a l d (1 cm ) en de bodem gemeten. De p a s t a l a a g i s 36 mm
d i k . U i t de metingen v o l g t d a t het p o r t l a n d c e m e n t s n e l o p s t i j f t .
2
Tabel 4: Het s l a k g e h a l t e van de g e b r u i k t e cementen
Cementsoort
30
A
50
slakgehalte
microskopisch
85
80
—
tablet
86
77
opgave
87
75
-
-
- 7 -
Tabel 5: De n o r m d r u k s t e r k t e - o n t w i k k e l i n g van de g e b r u i k t e cementen
i n MPa
Cementsoort
Tijd
(dagen)
30
3
7
28
Blaine
(mVkg)
11,0
27,9
40,4
419
A
16,0
31,7
45,4
398
50
26,9
49,9
61,7
500
F i g u u r 1: De k o r r e l v e r d e l i n g e n van de i n d i t onderzoek g e b r u i k t e cementen
- 8 -
T a b e l _ 6 : T u s s e n b r o e k w/c = 0,35 ( p a s t a ) , a f s t a n d t u s s e n n a a l d en bodem
i n mm.
T i j d (min)
Cementsoort
30
A
50
4.2
0
5'
10'
15'
20'
30'
0
0
0
0
0
4
0
0
12
0
3
17
0
5
23
0
7
25
Chemische s a m e n s t e l l i n g van de cementen
T a b e l 7 g e e f t de chemische s a m e n s t e l l i n g van de cementen z o a l s gemeten met
XRF.
T a b e l _ 7 : De c h e m i s c h e s a m e n s t e l l i n g van de d r i e cementen i n %.
30
CaO
Si0
A1 0
Fe 0
K0
Na 0
2
2
3
2
3
2
2
so
*
3
MgO
Ti0
Mn 0
P 0
Gl . v e r l
Totaal
2
3
2
4
5
45,3
29,9
9,6
1,62
0,48
0,11
4,2
7,27
0,41
0,18
0,00
0,84
99,9
* a l l e zwavel i s weergegeven a l s SO
A
47,3
28,6
9,2
2,05
0,60
0,11
3,9
6,96
0,40
0,15
0,00
0,42
99,7
50
64,1
20,8
4,5
2,81
0,85
0,11
3,2
2,00
0,26
0,06
0,07
0,80
99,5
- 9 -
5.
CEMENT-BENTONIETMENGSELS
De m e n g s e l s z i j n gemaakt v o l g e n s de r e c e p t u u r en met de menger van MOS.
De r h e o l o g i s c h e e i g e n s c h a p p e n van deze m e n g s e l s s t a a n i n het r a p p o r t van
MOS ( z i e de b e t r e f f e n d e b i j l a g e ) . De c o d e r i n g van de mengsels hebben de
volgende betekenis:
C = b e n t o n i e t CV15
E = bentoniet Erbsloh
50 = z e e r s n e l p o r t l a n d c e m e n t i n de s t e r k t e k l a s s e 50 mPa
30 = hoogovencement met meer dan 85% s l a k i n de s t e r k t e k l a s s e 30 mPa
A = hoogovencement conform NEN 3550 k l a s s e A.
5.1
Opstijving
De o p s t i j v i n g van de v e r s e b e n t o n i e t m e n g s e l s i s g e v o l g d met een zgn. m i n i
p e n e t r o m e t e r . D i t a p p a r a a t meet de k r a c h t , d i e n o d i g i s om een n a a l d i n de
s u s p e n s i e t e duwen. De r e s u l t a t e n s t a a n i n f i g u u r 2.
5.2
Adiabatische
warmte-ontwikkeling
De w a r m t e - o n t w i k k e l i n g van de v e r s c h i l l e n d e m e n g s e l s onder a d i a b a t i s c h e
o m s t a n d i g h e d e n (geen w a r m t e - u i t w i s s e l i n g met de omgeving) i s weergegeven
i n f i g u u r 3. De w a r m t e - o n t w i k k e l i n g i s weergegeven a l s een t e m p e r a t u u r s stijging.
- 10 -
F i g u u r 2: O p s t i j v i n g van de v e r s e cement b e n t o n i e t m e n g s e l s z o a l s gemeten met de
mini-penetrometer
8
18
tijd
weerstand
28
(uren)
(gram)
-8-
4 (30
E50
•+• E30
tijd
(uren)
- 11 -
i-iguur 3: De a d i a b a t i s c h e warmte-ontwikkel i n g van de cembenton mengsels
temperatuur CO
43
88
128
tijd
temperatuur
280
(uren)
(C)
48- 0 D D 0
48
0
88
tijd
128
(uren)
163
288
irttton
CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN EN
MICROSTRUCTUUR VAN CEMENTBENTONIETMENGSELS
I n t r o n r a p p o r t n r . 90484
INSTITUUT VOOR MATERIAAL- EN MILIEU-ONDERZOEK
B.V.
Intron
Dr.
Nolenslaan
126
6136
GV
SITTARD
tel.
046 - 5 2 8 8 8 8
Rapportnr.
: 90484
Opdrachtnr.
: G38550
Opdrachtgever : R i j k s w a t e r s t a a t
Uitvoering
: GWe/IMi
- eindrapport CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN EN
MICROSTRUCTUUR VAN CEMENT BENTONIETMENGSELS
D r . i r . G. v a n d e r Wegen
cember 1990
fatten
R90484
INHOUDSOPGAVE
pag-
SAMENVATTING
2
1.
INLEIDING
3
2.
ONDERZOEKSPROGRAMMA
3
3.
VERVAARDIGING PROEFSTUKKEN
4
4.
EXPERIMENTELE PROCEDURES
4
5.
EXPERIMENTELE RESULTATEN EN DISCUSSIE
5
5.1.
5.2.
Poriewatersamenstelling
DSC- en TGA-metingen
5
6
5.3.
Microstructuur
8
6.
CONCLUSIES
8
7.
LITERATUURVERWIJZING
8
1
R90484
SAMENVATTING
I n opdracht v a n R i j k s w a t e r s t a a t , a f d e l i n g Bouwspeurwerk h e e f t I n t r o n ,
i n s t i t u u t v o o r m a t e r i a a l - en m i l i e u - o n d e r z o e k B.V. , een onderzoek u i t g e v o e r d
n a a r de s a m e n s t e l l i n g van h e t p o r i e w a t e r , de b i n d i n g s t o e s t a n d v a n h e t
aanwezige w a t e r en de m i c r o s t r u c t u u r v a n een a a n t a l mengsels cementbentoniet.
Op b a s i s v a n de v e r k r e g e n r e s u l t a t e n kan worden g e s t e l d d a t de chemische
s a m e n s t e l l i n g v a n h e t p o r i e w a t e r i n cement-bentonietmengsels v o o r n a m e l i j k
wordt b e p a a l d door h e t type cement. Ook DSC- en TGA-metingen geven een
o v e r h e e r s e n d e r o l v a n h e t cement weer.
S l e c h t s een k l e i n d e e l van h e t aanwezige water i s chemisch gebonden. Deze
h o e v e e l h e i d kan worden v e r k l a a r d door de h y d r a t a t i e p r o d u c t e n van cement.
E r i s een o p v a l l e n d v e r s c h i l i n m i c r o s t r u c t u u r g e c o n s t a t e e r d t u s s e n mengsels
met p o r t l a n d c e m e n t en d i e met hoogovencement (met 80% s l a k ) a l s b i n d m i d d e l .
Deze waargenomen v e r s c h i l l e n z i j n i n overeenstemming met d i e g e p u b l i c e e r d
i n de l i t e r a t u u r .
Trefwoorden: b e n t o n i e t
cement
DSC
microstructuur
poriewater
TGA
2
R90484
1.
INLEIDING
Cement-bentoniet v o o r t o e p a s s i n g i n a f d i c h t i n g s w a n d e n komt meer en meer i n
de b e l a n g s t e l l i n g t e s t a a n . Tot op heden i s de k e n n i s omtrent d i t m a t e r i a a l
h o o f d z a k e l i j k g e b a s e e r d op p r a k t i s c h opgedane e r v a r i n g e n . Fundamenteel
i n z i c h t i n h e t gedrag v a n cement-bentoniet i s nog onvoldoende aanwezig.
R e g e l m a t i g i s g e b l e k e n d a t h e t gedrag v a n d i v e r s e cement-bentonietmengsels
t o t a a l v e r s c h i l l e n d i s , zowel wat b e t r e f t s t e r k t e - o n t w i k k e l i n g a l s waterd o o r l a t e n d h e i d . Om meer i n z i c h t i n h e t gedrag v a n d i t m a t e r i a a l t e v e r k r i j g e n , i s door de R i j k s w a t e r s t a a t de werkgroep "CEMBENTON" o p g e r i c h t .
I n opdracht v a n R i j k s w a t e r s t a a t , a f d e l i n g Bouwspeurwerk, h e e f t I n t r o n ,
i n s t i t u u t v o o r m a t e r i a a l - en m i l i e u - o n d e r z o e k B.V., een onderzoek u i t g e v o e r d
naar de s a m e n s t e l l i n g v a n h e t p o r i e w a t e r , de b i n d i n g s t o e s t a n d van het
aanwezige water en de m i c r o s t r u c t u u r v a n een a a n t a l mengsels cementbentoniet .
De door I n t r o n v e r r i c h t e werkzaamheden vormen een o n d e r d e e l v a n een
onderzoeksprogramma u i t g e v o e r d door ENCI ( C e n t r a a l L a b o r a t o r i u m ) ,
MOS
Rhoon, TU E i n d h o v e n ( a f d e l i n g Chemie, vakgroep C o l l o i d c h e m i e en Thermodynamica) en I n t r o n i n h e t kader v a n de a c t i v i t e i t e n v a n subwerkgroep A "Cement"
van
bovengenoemde werkgroep
"CEMBENTON". Het onderzoeksprogramma i s
g e c o o r d i n e e r d door ENCI.
2.
ONDERZOEKSPROGRAMMA
Het door I n t r o n u i t g e v o e r d e
onderzoek h e e f t omvat:
a. De a n a l y s e v a n p o r i e w a t e r , u i t g e p e r s t 0 u u r , 4 u u r , 6 dagen en 28 dagen
na aanmaak v a n een z e s t a l mengsels cement-bentoniet.
is
de
concentratie
2 +
aan c a l c i u m ( C a ) - ,
2
+
natrium(Na )-,
c h l o r i d e ( C l ' ) - , s u l f a a t ( S 0 " ) - en h y d r o x y l ( O H " ) - i o n e n
4
b. D i f f e r e n t i e l e
Van h e t p o r i e w a t e r
+
kalium(K )-,
bepaald.
S c a n n i n g C a l o r i m e t r i e (DSC) over h e t t e m p e r a t u u r t r a j e c t
105-320'C en Thermo-Gravische A n a l y s e
(TGA) o v e r h e t t e m p e r a t u u r t r a j e c t
105-875°C v a n een z e s t a l mengsels c e m e n t - b e n t o n i e t na 28 dagen verharden
bij
10°C. Van deze p r o e f s t u k k e n
i s tevens
het massaverlies
door drogen
b i j 105°C b e p a a l d .
c. K a r a k t e r i s e r i n g v a n de m i c r o s t r u c t u u r v a n een t w e e t a l mengsels cementb e n t o n i e t na 28 dagen v e r h a r d e n
3
b i j 10°C.
Tritron
R90484
3.
VER VAARDIGING PROEFSTUKKEN
De zes mengsels cement-bentoniet
cementen en 2 b e n t o n i e t e n :
* Cementen:
zijn
gecombineerd
u i t de
volgende
3
p o r t l a n d c e m e n t k l a s s e C (code=50);
hoogovencement met ca. 70% s l a k ( c o d e - A ) ;
hoogovencement met ca. 80% s l a k (code=30).
* Bentonieten:
CV15 (code=C);
E r b s l o h (code=E).
Deze cementen en b e n t o n i e t e n z i j n g e k a r a k t e r i s e e r d door ENCI.
Bovengenoemde g r o n d s t o f f e n , e v e n a l s g e k o e l d , g e d e m i n e r a l i s e e r d w a t e r ,
door ENCI a f g e l e v e r d op het I n t r o n - l a b o r a t o r i u m d.d. 10-04-1990 en
door I n t r o n i n een k o e l c e l b i j 10°C o p g e s l a g e n .
zijn
zijn
Op 11-04-1990 z i j n door MOS Rhoon op h e t I n t r o n - l a b o r a t o r i u m zes mengsels
cement-bentoniet
v e r v a a r d i g d met
een s p e c i a l e hoge-toerenmenger. Voor
gegevens van de m e n g s e l s a m e n s t e l l i n g e n , mengprocedure en e n k e l e e i g e n s c h a p pen van de v e r s e s u s p e n s i e s wordt verwezen naar de r a p p o r t a g e van MOS Rhoon.
De v e r v a a r d i g d e p r o e f s t u k k e n z i j n o p g e s l a g e n b i j 10"C t o t h e t moment van
beproeven.
4.
EXPERIMENTELE PROCEDURES
Het
p o r i e w a t e r van de c e m e n t - b e n t o n i e t s u s p e n s i e s
(0 en 4 uur na
aanmaak)
i s v e r k r e g e n door een h o e v e e l h e i d van ongeveer 200 ml s u s p e n s i e gedurende
30
minuten
te
c e n t r i f u g e r e n b i j een
lingen/minuut. H i e r b i j
i s ongeveer
toerental
van
ca.
5.000
omwente-
100 ml h e l d e r p o r i e w a t e r a f g e s c h e i d e n
voor analyse.
Op
een
ouderdom van
speciaal
daartoe
6 en
28 dagen i s h e t
vervaardigd
apparaat
p o r i e w a t e r met
geperst
u i t de
behulp
verharde
b e n t o n i e t m e n g s e l s . De benodigde p e r s d r u k om u i t c a . 250 ml
ca.
25 ml p o r i e w a t e r t e v e r k r i j g e n , bedroeg
0,2
t o t 2,6
van
een
cement-
cement-bentoniet
MPa.
2 +
De c o n c e n t r a t i e aan C a
i s b e p a a l d met behulp van AAS. De c o n c e n t r a t i e
aan N a en K"*" met behulp van AES. De c o n c e n t r a t i e C l " en S0 " z i j n r e s p e c t i e v e l i j k p o t e n t i o m e t r i s c h (met AgN0 ) en g r a v i m e t r i s c h (met B a C l ) b e p a a l d .
De c o n c e n t r a t i e OH' i s bepaald met behulp van een g e c a l i b r e e r d e pH-meter.
+
2
4
3
4
2
Thifbn
R90484
De DSC-metingen z i j n u i t g e v o e r d op M e t t l e r DSC-12E met een opwarmsnelheid
van 10*C/min. De TGA-metingen z i j n u i t g e v o e r d op een M e t t l e r - T o l e d e met een
opwarmsnelheid van 20*C/min.
Het g e h a l t e aan v r i j
massa.
water i s bepaald
door drogen b i j 105*C t o t constante
Het m i c r o s t r u c t u u r o n d e r z o e k
i s u i t g e v o e r d met b e h u l p van een
scanning
electronenmicroscoop
(SEM
505 van P h i l i p s ) i n c o m b i n a t i e met
energied i s p e r s i e v e a n a l y s e van r o n t g e n s t r a l e n (EDAX PV9900 van P h i l i p s ) .
K l e i n e d e e l m o n s t e r s c e m e n t - b e n t o n i e t z i j n d i r e c t na s p l i j t e n z e e r s n e l
i n g e v r o r e n i n een mengsel van v a s t k o o l z u u r en a c e t o n , t e n e i n d e vorming
van i j s k r i s t a l l e n en d a a r d o o r v e r a n d e r i n g van de m i c r o s t r u c t u u r tegen te
gaan. V e r v o l g e n s z i j n de t o t ca. -70*C d i e p g e v r o r e n monsters i n een Edwards
M i c r o Modulo g e v r i e s d r o o g d t o t een druk van 10"
mbar i s v e r k r e g e n . Het
v r i e s d r o g e n i s u i t g e v o e r d door TU D e l f t . De g e v r i e s d r o o g d e monsters waren
dusdanig s t a b i e l dat s t r u c t u u r v e r a n d e r i n g e n t i j d e n s het t r a n s p o r t naar het
I n t r o n - l a b o r a t o r i u m o n w a a r s c h i j n l i j k wordt geacht (N.B.
er z i j n geen
afgesprongen f i j n e d e e l t j e s van de g e p r e p a r e e r d e monsters i n de s p e c i a l e
v e r p a k k i n g waargenomen).
J
5.
EXPERIMENTELE RESULTATEN EN DISCUSSIE
5.1.
Poriewatersamenstelling
De
s a m e n s t e l l i n g van
de
onderzochte
monsters p o r i e w a t e r
t a b e l 1 en z i j n g r a f i s c h weergegeven a l s f u n c t i e van de
t/m
5 i n b i j l a g e 1. De s a m e n s t e l l i n g van de o n d e r z o c h t e
u i t g e d r u k t i n meq/1
Uit
een r e l a t i e f
6
dagen
gedaald
getoond i n
i n figuren 1
monsters p o r i e w a t e r
l a d i n g der i o n e n i s weergegeven i n b i j l a g e
t a b e l 1 en f i g u r e n 1 t/m
- de mengsels met
zijn
tijd
2.
5 van b i j l a g e 1 b l i j k t d a t :
cementen A (HC-70% s l a k ) en 30 (HC-80% s l a k ) a a n v a n k e l i j k
hoog c h l o r i d e g e h a l t e i n het p o r i e w a t e r b e z i t t e n , hetgeen na
respectievelijk
28
dagen naar
een
beduidend
lager niveau
is
(chemische b i n d i n g ) ;
- het s u l f a a t g e h a l t e op een ouderdom van 6 dagen t o t een z e e r l a a g n i v e a u ,
v e r g e l i j k b a a r met
- het
een
calciumgehalte
relatief
d i e i n c o n v e n t i o n e e l beton,
na
een
i s gedaald;
aanvankelijke piekconcentratie terugvalt tot
l a a g n i v e a u v e r g e l i j k b a a r met
deze c o n c e n t r a t i e wordt b e p a a l d
door de
p o r i e w a t e r , welke afneemt b i j toenemende
5
die i n conventioneel
oplosbaarheid
pH;
van
beton;
k a l k i n het
m&bn
R90484
Tabel
1. S a m e n s t e l l i n g o n d e r z o c h t e monsters
poriewater.
verhardingsduur
monster- C l "
S0 ~
code*
(mg/l) (mg/l)
0 uur
C30
C50
CA
E30
E50
EA
273
98
208
203
85
192
1820
2120
1410
1490
2300
1420
564
780
560
388
772
508
440
1168
548
316
1184
508
588
544
576
544
640
660
12,4
12,5
12,6
12,4
12,8
12,6
4 uur
C30
C50
CA
E30
E50
EA
284
97
223
215
82
203
1950
1220
1360
1570
1300
1380
1160
704
940
1040
848
1080
496
1320
556
356
1128
496
676
692
556
748
752
596
12,8
13,0
12,8
12,8
13,0
12,8
6 dagen
C30
C50
CA
E30
E50
EA
129
27
64
143
42
44
212
130
183
252
271
152
116
308
148
128
340
216
660
1384
720
464
1472
600
712
780
720
648
788
752
12,7
13,0
12,8
12,7
13,0
12,8
28 dagen
C30
C50
CA
E30
E50
EA
76
28
27
76
22
29
99
75
94
106
162
58
116
364
232
120
296
192
320
812
416
252
808
396
708
868
744
728
812
732
12,9
13,2
13 ,0
12,9
13,1
13,0
* bentoniet: C
cement
2
4
2 +
Ca
K
Na
(mg/l) (mg/l) (mg/l)
+
+
pH
(-)
= CV15; E = E r b s l o h
: 50 = PC-C; A = HC met 70% s l a k ; 30 = HC met 80% s l a k
- h e t g e h a l t e aan n a t r i u m -
en k a l i u m i o n e n nagenoeg t i j d s o n a f h a n k e l i j k i s ;
- de i n v l o e d v a n h e t type b e n t o n i e t op de p o r i e w a t e r s a m e n s t e l l i n g
s c h i k t i s aan d i e van h e t cement;
onderge-
- de i o n e n s t e r k t e v a n het p o r i e w a t e r i n h e t algemeen afneemt i n de v o l g o r d e
van de cement: 50 (PC-C), A (HC-70% s l a k ) , 30 (HC-80% s l a k ) .
5.2.
DSCDe
bij
en TGA-metingen
verkregen
resultaten
met
betrekking
t o t het v o c h t g e h a l t e
105*C en de TGA-metingen z i j n samengevat i n t a b e l 2.
6
door
drogen
m&on
R90484
T a b e l 2. M a s s a v e r l i e s ( i n % m/m op v o c h t i g monster) b i j 105°C ( f y s i s c h
gebonden w a t e r ) en b i j hogere t e m p e r a t u r e n (chemisch gebonden
water).
mengselcode
C30
C50
CA
drogen b i j 105"C
TGA-metingen:
t r a j e c t 105-350°C
t r a j e c t 350-550°C
t r a j e c t 550-875°C
77,9
72,9
76,0
totaal
82,0
2,3
1,0
0,8
2,2
1,3
1,1
77,5
2,5
1,1
0,9
80,5
E30
E50
EA
80,1
78,2
76,6
2,2
1,0
0,7
2,4
1,8
1,7
84,1
84,0
I n d i e n de cement-bentonietmengsels de volgende beoogde
hebben bezeten:
cement
bentoniet
water
200 kg/m
1
= 17,3% m/m
35 kg/m
3
=
920 kg/m
3
= 79,7% m/m
2,5
1,1
1,0
81,0
mengselsamenstelling
3,0% m/m
dan d i e n t h e t t o t a a l g e h a l t e aan water dus c a . 80% m/m
2 g e e f t een maximale a f w i j k i n g h i e r o p van 4% m/m
t e bedragen. T a b e l
(E50).
U i t t a b e l 2 kan worden a f g e l e i d , dat h e t w a t e r s l e c h t s v o o r een beperkt
d e e l ( c a . 4 a 5% m/m) i n chemisch gebonden vorm aanwezig i s . D i t komt
overeen met een h y d r a t a t i e g r a a d van h e t cement v a n 75 a 95%, hetgeen zeer
wel m o g e l i j k l i j k t . U i t t a b e l 2 i s daarom n i e t a f t e l e i d e n i n hoeverre
de b e n t o n i e t w a t e r f y s i s c h / c h e m i s c h boven 105*C kan b i n d e n .
De r e s u l t a t e n v a n de DSC-metingen z i j n weergegeven i n t a b e l 3.
T a b e l 3. R e s u l t a t e n van DSC-metingen.
monstercode
endotherm p i e k o p p e r v l a k ( J / g )
105-125'C
C30
C50
CA
E30
E50
EA
2,4
6,6
4,4
1,0
6,5
6,8
125-250°C
71
42
66
68
41
71
250-320°C
2,7
2,6
1,4
1,6
2,3
2,8
U i t t a b e l 3 b l i j k t d a t de b i n d i n g s e n e r g i e v a n h e t w a t e r d a t i n h e t temper a t u u r t r a j e c t v a n 125-250°C wordt u i t g e d r e v e n een g r o o t t e - o r d e hoger i s
dan d i e van de p i e k e n i n de beide andere t e m p e r a t u u r t r a j e c t e n .
7
fatten
R90484
O p v a l l e n d aan zowel de DSC-spectra a l s aan de TGA-spectra i s de overeenkomst
i n p i e k v o r m t u s s e n monsters met d e z e l f d e cement. Ook h i e r l i j k t het type
cement t e o v e r h e e r s e n t e n o p z i c h t e van het type b e n t o n i e t .
5.3.
Microstructuur
I n b i j l a g e 3 z i j n SEM-microfoto's getoond van de mengsels
b e n t o n i e t met r e s p e c t i e v e l i j k HC-80% s l a k en PC-C).
C30 en C50
(CV15
U i t deze f o t o s e r i e b l i j k t d u i d e l i j k de i n v l o e d van het s o o r t cement op de
m i c r o s t r u c t u u r . I n het g e v a l van p o r t l a n d c e m e n t i s een " w o l l i g e " en een
meer open s t r u c t u u r aanwezig dan b i j hoogovencement met een hoog s l a k g e h a l t e , d i e een meer g e l i j k m a t i g e en g e s l o t e n s t r u c t u u r v e r t o o n t . Deze
b e v i n d i n g e n komen overeen met d i e g e r a p p o r t e e r d i n de l i t e r a t u u r [ l i t . 1,2] .
6.
CONCLUSIES
Op b a s i s van de v e r k r e g e n r e s u l t a t e n kan worden g e s t e l d dat de chemische
s a m e n s t e l l i n g van het p o r i e w a t e r i n cement-bentonietmengsels v o o r n a m e l i j k
wordt b e p a a l d door het type cement. Ook DSC- en TGA-metingen geven een
o v e r h e e r s e n d e r o l van het cement weer.
S l e c h t s een k l e i n d e e l van het aanwezige w a t e r i s chemisch gebonden. Deze
h o e v e e l h e i d kan worden v e r k l a a r d door de h y d r a t a t i e p r o d u c t e n van cement.
Er i s een o p v a l l e n d v e r s c h i l i n m i c r o s t r u c t u u r g e c o n s t a t e e r d t u s s e n mengsels
met p o r t l a n d c e m e n t en d i e met hoogovencement (met 80% s l a k ) a l s b i n d m i d d e l .
Deze waargenomen v e r s c h i l l e n z i j n i n overeenstemming met d i e g e p u b l i c e e r d
i n de l i t e r a t u u r .
7.
LITERATUURVERWIJZING
1. P o r t i e r , J . - L . , "Le compartement re"el des c o u l i s de b e n t o n i t e - c i m e n t .
N o u v e l l e s a p p l i c a t i o n s " , A n n a l e s de l ' i n s t i t u t t e c h n i q u e du b a t i m e n t e t
des t r a v a u x p u b l i c , No. 423, 1984, p. 18-35.
2. P l e e , D. , e t a l . , " M i c r o s t r u c t u r e , p e r m e a b i l i t y and r h e o l o g y of
b e n t o n i t e - c e m e n t s l u r r i e s " , Cement and c o n c r e t e r e s e a r c h , v o l .
1990, p. 45-61.
8
20,
Tntron
R90484
Bijlage
3.
M i c r o s t r u c t u u r C30
(CV15
+ HC met
M i c r o s t r u c t u u r C50
(CV15
+
PC-C)
80%
slak)
fatten
R90484
Bijlage
3.
M i c r o s t r u c t u u r C30
(CV15
+ HC met
M i c r o s t r u c t u u r C50
(CV15
+
PC-C)
80%
slak)
CEMBENTON WERKGROEP A
BIJLAGE 3
MOS
V
Opdracht
Kaart
Plaats
028290
37G
Rhoon
SCHUTBLPID
&RZ0NDEN 2 i rtftftHI
Betreft:
Proefresultaten
fundamenteel
m a t e r i a a l onderzoek
werkgroep Cembenton
Opdrachtgever:
Werkgroep
p/a
Rijkswaterstaat
afd.
Bouwspeurwerk
Postbus
3502
MOS
I n g . J . de
Vries
door:
GRONDMECHftNICP
K l e i d i j k 35,
K a n a a l d i j k n.o. 1 0 4 a ,
E n t e r s t r a a t 194 ,
P.O.
20.000
L A UTRECHT
t.a.v.
Uitgevoerd
Cembenton
3 1 6 1 EK R h o o n ,
5 7 0 2 NW H e l m o n d ,
7 4 6 1 PE R i j s s e n ,
B o x 8 0 1 . - 3 1 6 0 A A R h o o n - Kleidijk 3 5 . - 3 1 6 1
t e l . 01890-30200
t e l . 04920-35455
t e l . 05480-12363
E K R h o o n - T e l e f o o n Q1 B 9 Q - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 B 5 B
Opdracht
Kaart
Plaats
028290
37G
Rhoon
INHOUDSBLRD
Project:
Cembenton
RHOON
Gez. R.J,
INHOUP
Rapport
Pagina
1.
2.
Verantwoording
Mengprocedure
2.1. A l g e m e e n
2 . 2 . M e n g p r o c e d u r e s c h e m a t i s c h v o o r 20
l i t e r mengsel
3. R e s u l t a t e n r h e o l o g i e m e t i n g e n
4. S a m e n v a t t i n g r e s u l t a t e n d r u k - e n d o o r l a t e n d heidsproeven
4.1. I n l e i d i n g
4.2. B e s p r e k i n g r e s u l t a t e n e e n a x i a l e d r u k proeven
4.3. D o o r l a t e n d h e i d s p r o e v e n
4.4. N a d e r o n d e r z o e k d o o r l a t e n d h e i d
Illustraties
Proefresultaten
P.O.
1
1
1
2
3
4
4
4
5
7
Bi jlage
(grafisch
samengevat)
1 en 2
B o x B Q 1 . - 3 1 6 0 A A R h o o n - Kleidijk 3 5 . - 3 1 6 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 8 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 B 5 6
MQS
Opdracht
V
028290
37G
Rhoon
RHOON
1.
FUNDERINGSADVIES
Project:
Cembenton
Gez. R . J .
Pag.
l
VERANTWOORDING
In h e t k a d e r v a n de onderzoekswerkzaamheden
v a n de subwerkg r o e p Cement (werkgroep Cembenton) z i j n
i n het afgelopen
jaar
onder
onze b e g e l e i d i n g een z e s t a l
onderzoeksmengsels
aangemaakt.
Het b e t r o f de v o l g e n d e b e n t o n i e t - c e m e n t m e n g s e l s :
C50;
CA ;
C30;
E50j
EA ;
E30;
bentoniet
bentoniet
bentoniet
bentoniet
bentoniet
bentoniet
CV15 - P o r t l a n d c e m e n t , k l a s s e C
CV15 - Hoogoven A
C V 1 5 - H o o g o v e n h o o g s l a k g e h a l t e (permetaal)
Erbsloh - Portlandcement, klasse C
E r b s l o h - Hoogoven A
E r b s l o h - H o o g o v e n h o o g s l a k g e h a I t e (permetaal)
De m e n g i n g e n h e b b e n p l a a t s g e v o n d e n b i j h e t o n d e r z o e k s i n s t i t u u t I n t r o n e n op v e r s c h i l l e n d e t i j d s t i p p e n b i j de ENCI i n
Maastricht.
H i e r b i j z i j n s t e e d s 35/200 k g m e n g s e l s
aangemaakt.
Tijdens
h e t mengen z i j n r h e o l o g i e p r o e v e n op de o n v e r h a r d e
bentoniet-cement mengsels
uitgevoerd.
Daarna
z i j n zowel e e n - a x i a l e d r u k s t e r k t e p r o e v e n en d o o r l a t e n d h e i d s p r o e v e n op de v e r h a r d e
bentoniet-cement
uitgevoerd .
Deze p r o e v e n vonden op de 7 e , 28e en 56e d a g p l a a t s .
Doel
v a n de proeven
w a s om n a t e g a a n i n w e l k e o r d e v a n
g r o o t t e de d r u k s t e r k t e en d o o r l a t e n d h e i d v a n de
diverse
mengsels
lagen
e n o o k om
een c o n t r o l e t e hebben o f de
d i v e r s e op v e r s c h i l l e n d e t i j d s t i p p e n u i t g e v o e r d e
mengingen
identiek
waren.
In
d i t r a p p o r t worden
achtereenvolgens
de
gehanteerde
mengprocedure,
de r e s u l t a t e n v a n de r h e o l o g i e p r o e v e n en de
resultaten
v a n de p r o e v e n op de v e r h a r d e b e n t o n i e t - c e m e n t
proefstukken
gegeven.
Tot
slot
zullen
enige
conclusies
aan de d r u k s t e r k t e en
d o o r l a t e n d h e i d s p r o e v e n verbonden worden.
2.
MENGPROCEDURE
2.1.
Het
Algemeen
volgende
bentoniet/cementmengsel
werd
samengesteld:
35 k g b e n t o n i e t e n 2 0 0 k g c e m e n t p e r 1 m3 s l u r r y .
H i e r b i j i s b i j h e t maken v a n d i t m e n g s e l e e r s t d e zogenaamde m a s t e r m u d , b e s t a a n d e u i t b e n t o n i e t e n w a t e r , gemengd.
De m a s t e r m u d i s m e t e e n t o e r e n t a l v a n 3 0 0 0 omw/min g e d u r e n de 10 m i n g e m e n g d .
Daarna
h e e f t z e 2,0 u u r g e r i j p t .
Daarna
werd
de cement met w a t e r gemengd. D i t g e b e u r d e met
de h a n d e n d u u r d e 5 m i n .
P.O.
B o x B 0 1 , - 3 1 B O A A R h o o n - Kleidijk 3 5 , - 3 1 B 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 8 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 6 5 B
mu3
V
Opdracht
Kaart
Plaats
028290
37G
Rhoon
FUNDERINGSADVIES
Project:
Cembenton
Gez
Pag
R.J
2
RHOON
Nadat
h e t cementmengsel
i n de
j u i s t e v e r h o u d i n g b i j de
m a s t e r m u d was g e v o e g d , w e r d d i t m e n g s e l
gedurende
10 m i n
b i j e e n t o e r e n t a l v a n 3 0 0 0 omw/min g e m e n g d .
Het m e n g s e l k o n d a a r n a i n de m o n s t e r b u s s e n gedaan worden.
Per
mengcharge
i s c a . 20 l i t e r
mengsel
aangemaakt.
V o o r h e t mengen b e d r o e g de t e m p e r a t u u r v a n w a t e r , b e n t o n i e t
e n c e m e n t 10 g r a d e n C.
Het
verhardende materiaal
i s b i j 10 g r a d e n C o n d e r w a t e r
bewaard.
2.2.
B.
Mengprocedure
schematisch
v o o r 20 l i t e r
to
= start rijptijd
termud )
met w a t e r gemengde
to
- 10 m i n . = s t a r t m e n g i n g b e n t o n i e t
t o e r e n t a l 3 0 0 0 omw/min d u u r
mastermud
bestaat u i t
Mastermud
2 uur l a t e n
mengsel
bentoniet
10 m i n .
15,7 l i t e r w a t e r
700 g r . b e n t o n i e t
rijpen
C. H e t w a t e r c e m e n t m e n g s e l w o r d t 5 m i n . v o o r d a t
ze
b e n t o n i e t ( m a s t e r m u d ) g e v o e g d w o r d t met d e h a n d
en w e l g e d u r e n d e 5 m i n .
De v e r h o u d i n g e n v a n d i t m e n g s e l z i j n :
w a t e r : 2,8 l i t e r
c e m e n t : 4,0 k g
D.
(mas-
b i j de
gemengd
Daarna op t i j d s t i p t o + 2 u u r w a t e r c e m e n t m e n g s e l t o e v o e gen en b e n t o n i e t c e m e n t m e n g s e l mengen g e d u r e n d e
10 m i n .
b i j 3 00 0 omw/min.
Bi jvoorbeeld:
to
- 8.00 u u r
A.
7 . 5 0 - 8.00 u u r
mengen b e n t o n i e t ( m a s t e r m u d )
10 m i n . — > 3 0 0 0 omw/min.
B.
8.00 - 1 0 . 0 0 u u r
rijpen
bentoniet
C.
9.55 - 1 0 . 0 0 u u r
mengen
cement
D.
10.00 -10.10 u u r
10 . 10
P.O.
met w a t e r
mengen b e n t o n i e t / c e m e n t
10 m i n . — > 3 0 0 0 omw/min
- bentoniet
cementmengsel
gereed
B o x B 0 1 . - 3 1 B O A A R h o o n - Kleidijk 3 5 . - 3 1 B 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 B 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 B 5 6
Opdracht
Kaart
Plaats
MOS
028290
37G
Rhoon
FUNDERINGSADVIES
Project:
Cembenton
RHOON
3.
RESULTATEN RHEOLQGIE
Gez. R . J .
Pag.
3
METINGEN
Hieronder
worden e e r s t de r e s u l t a t e n v a n de r h e o l o g i e p r o e ven w e l k e z i j n u i t g e v o e r d op de o n v e r h a r d e
bentoniet-cement
m e n g s e l s t i j d e n s twee mengdagen i n t a b e l v o r m g e p r e s e n t e e r d .
I n d e e e r s t e t a b e l s t a a n d e r e s u l t a t e n v a n 11 a p r i l 1 9 9 0 .
Deze menging h e e f t p l a a t s g e v o n d e n b i j I n t r o n
(Sittard).
In
d e t w e e d e t a b e l s t a a n d e r e s u l t a t e n v a n 14 m e i 1 9 9 0 , o p
d e z e d a g w e r d b i j de ENCI t e M a a s t r i c h t gemengd.
Sittard
(11-4-1990) m e e t t i j d s t i p
1 tabel
I
1Kugelharfe
1Larumeter
1 Marsh t r .
1Volumegew.
ENCI
1
1 d i m I CA
1 C30
1 N / m 2 1 68
1 N / m 2 | 56
1 S e e l 72
1 k g / m 3 1150
1 53
52,5
1 63
1170
1 temp.*
1Kugelharfe
1Jessber.app
IMarsh t r .
1Volumegew.
Ifiltr.verl.
1 d i m 1 CA
C30
1
14,6
39
39
53
1130
56
C 1
1N/m21
1N/m2I
1 Seel
1kg/m3
1 CM 3 I
14 , 2
53
47
65
1130
52
o + 2 u 15'
| C50
EA
| 58
| 63
I 106
I 1160
(14-5-1990) m e e t t i j d s t i p t
tabel I I
t
| E30
|
54
I
59
> 2min1
1140 |
63
59
137
1150
1 E50 |
1 68
1 87
I
|
1> 3 m i n 1
1 11401
o + 2 u 15 '
I C50
| 15 , 0
I 39
I 53
| 73
I 1140
| 55
EA
14,4
39
| 47
60
| 1120
58
| E30
1 E50 |
|
|
|
|
|
|
116,2|
1 68 I
1 70 I
15,0
37
42
63
1130
61
1> 2 m i n 1
1 11401
I
163
Tot
slot
worden i n de v o l g e n d e t a b e l de r e s u l t a t e n v a n de
r h e o l o g i e p r o e v e n w e l k e b e p a a l d z i j n op de mengsels
d i e op
a n d e r e mengdagen d a n (11-4 en 14-5) aangemaakt z i j n .
Deze
mengingen
vonden
steeds
b i j de ENCI t e M a a s t r i c h t
plaats.
De m e t i n g e n v o n d e n s t e e d s p l a a t s o p t i j d s t i p t o +
2 u 15 ' .
1
tabel
III
1
1 temp*
1Kugelharfe
1Larumeter
1Marsh-tr .
1Volumegew.
1 dim.
1
1 C
1 N/m2
1 N/m2
1 Sec
1kg/m3
* het betreft
hier
CA
25/9
C30
18/4
C50
29/5
15,1
44
44
54
1116
14,2
54
52
65
1115
16,2
52
56
65
1132
de t e m p e r a t u u r
1 E A I E30 I E50 |
1 4/5 I 2 2 / 5 I 17/5 I
15,5 1
44
|
44
I
53
I
1120 1
15,4 1 17,2
44
I 68
43
I 73
64
I > 120
1 1 2 4 1 1136
1
|
I
|
1
na mengen
Met
d e L a r u m e t e r e n K u g e l h a r f e w o r d t d e v l o e i g r e n s (N/m2)
bepaaId.
Bij
de L a r u m e t e r g e b e u r d d i t d o o r b o l l e n met e e n b e p a a l d e
d i a m e t e r i n de s u s p e n s i e rond t e d r a a i e n .
De
ondervonden
w e e r s t a n d i s e e n maat v o o r de v l o e i g r e n s . B i j de K u g e l h a r f e
gebeurt de b e p a l i n g door k o g e l s v a n een g e s t a n d a a r d i s e e r d e
d i a m e t e r en gewicht i n de s u s p e n s i e t e l a t e n zakken.
P.O.
B o x B 0 1 , - 3 1 B O A A R h o o n - Kleidijk 3 5 . - 3 1 6 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 8 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 6 5 6
jyiQg
Opdracht
FUNDERINGSADVIES
: 028290
Project:
Cembenton
RHOON
De g r o o t s t e i . e . z w a a r s t e k o g e l d i e
g e e f t e e n maat v o o r de v l o e i g r e n s .
nog net
Gez.
Pag.
blijft
R.J.
4
drijven
b l e k e n de bentonietcementmengsT i j d e n s de r h e o l o g i e p r o e v e n
els
dikker
t e z i j n d a n d i e w e l k e i n de werken
gebruikt
z i j n . D i t i s h o o f z a k e l i j k toe t e s c h r i j v e n aan het f e i t d a t
t i j d e n s d i t onderzoek geen v e r t r a g e r s
en/of
plastificeerders gebruikt
zijn.
4. S A M E N V A T T I N G R E S U L T A T E N DRUK- EN D O O R L A T E N D H E I D S P R O E V E N
4.1.
Inleiding
Onderzocht
zijn
E50;
Erbsloh
E30; E r b s l o h
EA ; E r b s l o h
de v o l g e n d e
mengsels:
35 k g / P o r t l a n d , k l a s s e C 2 0 0 k g
35 k g / P e r m e t a a l 2 0 0 k g
35 k g / H o o g o v e n A 2 0 0 k g
C 5 0 j C V 1 5 35 k g / P o r t l a n d , k l a s s e C 2 0 0 k g
C30; C V 1 5 35 k g / P e r m e t a a l 2 0 0 k g
CA j C V 1 5 35 k g / H o o g o v e n A 2 0 0 k g
Eerste
menging
v o n d p l a a t s o p 11 a p r i l 1990 b i j I n t r o n t e
Sittard.
Beproevingstijden
v a n deze m e n g s e l s : 7 e , 28e en 56e dag.
In
de
een l a t e r stadium z i j n
ENCI t e M a a s t r i c h t .
eveneens
monsters
aangemaakt
bij
Op
bijlage
1 en 2 staan
de r e s u l t a t e n v a nde d r u k - en
doorlatendheidsproeven
zowel
i n tabelvorm
a l s grafisch
weergegeven.
In
de v o l g e n d e
paragraaf
zullen
eerst
conclusies
met
b e t r e k k i n g t o t de p r o e f r e s u l t a t e n ( s t e r k t e - en
doorlatendh e i d ) op de 7e, 28e en 56e d a g b e s p r o k e n worden.
In de s l o t p a r a g r a a f w o r d t n o g e e n n a b e s c h o u w i n g gegeven v a n
e n k e l e proeven w a a r b i j de c o n s o l i d a t i e - o f t e w e l
aanpassingst i j d r e s p e c t i e v e l i j k 1 d a g en 6 dagen duurde.
4.2.
Bespreking
resultaten
een a x i a l e
drukproeven
I.
Drukproeven
A.
Combinaties
met P o r t l a n d c e m e n t
(E50/C50)
hebben een
h o g e r e b e g i n s t e r k t e na 7 dagen d a n de c o m b i n a t i e s met
hoogovencement.
A l l e e n het m o n s t e r C30 vormt h i e r o p e e n u i t z o n d e r i n g .
Z i e h i e r v o o r d e g r a f i e k o p b i j l a g e 1.
B.
Algehele
sterkte
ontwikkeling
(7e,
28e en 56e dag).
Combinaties met:
1. P o r t l a n d c e m e n t ( E 5 0 / C 5 0 ) : Na e e n " s n e l l e " s t a r t
verloopt
de s t e r k t e o n t w i k k e l i n g v e r d e r t r a a g .
Op d e 2 8 e d a g i s e r n a u w e l i j k s
verbetering, terwijl
de
s t e r k t e o p d e 5 6 e d a g i s o p g e l o p e n v a n 0,1 N/mm2 n a a r 0,2
N/mm2.
P.O.
Box B 0 1 , - 31 SO
A A R h o o n - Kleidijk 3 5 . - 3 1 6 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 8 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 B 5 6
MQS
Opdracht
V
028290
37G
Rhoon
FUNDERINGSADVIES
Project:
Cembenton
RHOON
Gez. R . J .
Pag.
5
2.
H o o g o v e n A c e m e n t ( E A / C A ) : Na e e n a a n v a n k e l i j k
"trage"
s t a r t v e r l o o p t de s t e r k t e o n t w i k k e l i n g d u i d e l i j k opwaarts
Op d e 2 8 e d a g i s d e g e m i d d e l d e d r u k s t e r k t e 0,3 N/mm2 om
zich
v e r v o l g e n s v e r d e r t e o n t w i k k e l e n n a a r 0,5 N/mm2 o p
de 5 6 e d a g .
De g e m i d d e l d e d r u k s t e r k t e o p d e 7 e d a g ( a a n v a n g s s t e r k t e )
b e d r a a g t 0 , 0 5 N/mm2.
3.
Permetaal (E30/C30): H i e r v a l t eveneens een
g e s t a g e g r o e i v a n d e d r u k s t e r k t e waar t e nemen.
Opvallend
i s h i e r d a t d e c o m b i n a t i e C30 e e n hoge
druks t e r k t e t e z i e n g e e f t , op z o w e l de 7 e , 28e en 56e d a g .
Op
de 28e d a g b e d r a a g t de d r u k s t e r k t e v a n deze combinat i e s c a . 0,5 N/mm2 e n g r o e i t v e r v o l g e n s d o o r n a a r 0,7 e n
0,8 N/mm2 o p d e 5 6 e d a g .
Deze
druksterkten
z i j n gemiddelde waarden v a n monsters
d i e b i j ENCI gemengd z i j n ( 2 p r o e f s t u k k e n ) .
De
monsters
u i t h e t C30 m e n g s e l d i e b i j I n t r o n gemengd
zijn
vertonen
eenb e t e r e s t e r k t e o n t w i k k e l i n g en worden
i n d e h i e r g e g e v e n g e m i d d e l d e n d a n o o k n i e t meegenomen.
Deze monsters b e z i t t e n ook e e n hoger volume
gewicht.
Een
oorzaak
h i e r v o o r i s n i e t echt aan t ew i j z e n . I n de
rheologieproeven
d i e op d i e d a g u i t g e v o e r d z i j n ,
worden
geen
echte
afwijkingen geconstateerd.
De o o r z a a k h o e f t
n i e t t e l i g g e n i n e e n a n d e r m e n g v e r h o u d i n g maar k a n o o k
het g e v o l g z i j n v a n eenm o g e l i j k s t e r k e r e u i t z a k k i n g .
C. A l g e h e l e
conclusies
druksterkte
proeven
1.
C o m b i n a t i e s met p o r t l a n d c e m e n t v e r t o n e n
h o g e r e d r u k s t e r k t e maar b l i j v e n d a a r n a
c o m b i n a t i e s met h o o g o v e n c e m e n t .
2.
C o m b i n a t i e s met hoogovencement met e e n hoog s l a k g e h a l t e
v e r t o n e n e e n v e e l h o g e r e e i n d s t e r k t e d a n c o m b i n a t i e s met
e e n n o r m a l e h o o g o v e n c e m e n t A.
4.3.
i n het begin een
v e r achter b i j
Doorlatendheidsproeven
Algemeen:
Gedurende
de doorlatendheidsproeven
bedroeg de a l z i j d i g e
s t e u n d r u k s i g m a 3 - 5 0 kN/m2 • 0 , 0 5 N/mm2 e n h e t v e r h a n g
i
= 30.
Bij
de b e s t u d e r i n g v a n d e o n d e r z o e k s r e s u l t a t e n moet s t e e d s
nagegaan worden hoe deze a l z i j d i g e
spanning
ten opzichte
van de d r u k s t e r k t e
ligt.
Het
s p r e e k t voor z i c h d a t e e n sigma 3 d i e r e l a t i e f hoog i s
ten o p z i c h t e v a n de d r u k s t e r k t e
t o t "grote"
vervormingen
van h e t m o n s t e r z a l l e i d e n .
P. O . B o x S O I . - 3 1 6 0 A A R h o o n - Kleidijk 3 5 , - 3 1 6 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 8 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 6 5 6
MOS
U
028290
Opdracht
Kaart
:
:
Plaats
: Rhoon
De g e m e t e n d o o r l a t e n d h e i d
Vergelijking
7-daagse
FUNDERINGSADVIES
37G
Project:
Cembenton
wordt
hierdoor
"schijnbaar"
Gez. R . J .
Pag.
6
laag.
doorlatendheden
doorlatendheid
De
druksterkte
v a n d e m o n s t e r s i s n a 7 d a g e n 0,05 a 0,15
N/mm2, t e r w i j l s i g m a 3 - 0 , 0 5 N/mm2.
Er
mag v a n u i t
gegaan
worden
d a tde monsters t i j d e n s de
doorlatendheidsproef
i n deze
fase
sterk
ingedrukt
zijn
geweest.
De
resultaten zijn
dan ook n i e t
a l srepresentatieft e
beschouwen en v a l l e n w a a r s c h i j n l i j k t e l a a g u i t .
28-daagse
Hier
doorlatendheid
k a neenonderscheid
gemaakt worden i n :
-
C o m b i n a t i e s met P o r t l a n d c e m e n t ( E 5 0 / C 5 0 ) :
Hier
i s d e s i g m a 3= 0 , 0 5 N/mm2 m a a r e e n f a k t o r 2 k l e i n e r
dan d e d r u k s t e r k t e .
Op b a s i s v a n d e z e l f d e r e d e n a t i e a l s b i j d e 7 - d a a g s e p r o e f r e s u l t a t e n z i j n deze waarden a l s n i e t
representatief te
beschouwen.
-
C o m b i n a t i e s met H o o g o v e n c e m e n t e n :
De a l z i j d i g e s t e u n s p a n n i n g
l i g t v e e l l a g e r dan de druks t e r k t e ( 0 , 0 5 N/mm2 t . o . v . 0,3 t o t 0,5 N/mm2 d r u k s t e r k t e )
De v e r v o r m i n g
( i n d r u k k i n g ) v a nde monsters
z a l hierdoor
t i j d e n s de proef v e e l k l e i n e r z i j n .
Deze p r o e v e n z i j n w a a r s c h i j n l i j k w e l
reproduceerbaar.
A l l e d o o r l a t e n d h e d e n lagen op de 28e d a g i n e e n range v a n
le-8
t o t 5 e - 8 m/s.
56
daagse
doorlatendheid
In
p r i n c i p e wordt h i e r nog steeds een lage d r u k s t e r k t e b i j
de p o r t l a n d c o m b i n a t i e s g e m e t e n ( 0 , 2 N/mm2).
Ze
zijn
waarschijnlijk
a l w e l hoog
genoeg
om v a n e e n
reproduceerbare
proef t e kunnen
spreken.
Bij
de hoogovencementcombinaties
i s de d r u k s t e r k t e nog
verder
opgelopen
en i s w a a r s c h i j n l i j k zeker sprake v a n
reproduceerbare
proeven.
Ten o p z i c h t e v a n d e 2 8 - d a a g s e p r o e v e n v a l t o p t e m e r k e n d a t
de d o o r l a t e n d h e i d i s a f g e n o m e n , t e r w i j l d e p r o e f r e s u l t a t e n
over e e nb r e d e r e band g e s p r e i d z i j n .
Het v a l t h i e r o o k op d a t d e c o m b i n a t i e s met e e n H o o g o v e n c e ment met e e n hoog s l a k g e h a l t e h e t m i n s t
doorlatend
zijn.
Deze
conclusie
i s zeker
g e r e c h t v a a r d i g d , omdat b i j d e z e
monsters
eveneens
h e t minste sprake van randbeinvloeding
i s , waardoor een "zuiverdere" m a t e r i a a l
grootheid
gemeten
wordt.
P.O.
B o x B 0 1 . - 3 1 B O A A R h o o n - Kleidijk 3 5 . - 3 1 6 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 B 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 6 5 6
MOS
U
Opdracht
Kaart
: 028290
: 37G
Plaats
: Rhoon
Conclusies
FUNDERINGSADVIES
Project:
Cembenton
Gez. R . J .
Pag.
7
doorlatendheidsproeven:
Zie
ook de g r a f i e k
o p b i j l a g e 2.
met h e t v e r l o o p
v a n de d o o r l a t e n d h e d e n
-
E r moet v a n u i t gegaan worden d a t de waarden
rond
de 7e
dag n i e t r e p r o d u c e e r b a a r z u l l e n z i j n .
De m o n s t e r s h e b b e n t i j d e n s d e p r o e v e n n o g t e v e e l
last
van r a n d s t o r i n g e n (sigma 3 ) .
-
B i j de 28e d a g wordt de r e p r o d u c e e r b a a r h e i d b e t e r .
M e t name b i j d e 4 m e n g s e l s m e t h o o g o v e n c e m e n t
i s waarschijnlijk
sprake van r e d e l i j k reproduceerbare proeven.
- B i j de 56e d a g worden de p r o e f r e s u l t a t e n g e d i f f e r e n t i e e r der
( l e t op de b r e d e r e band) en naar a l l e w a a r s c h i j n l i j k heid beter reproduceerbaar.
-
Doorlatendheidsproeven zoals
d i e nu u i t g e v o e r d
zijn alleen zinvol a l shet materiaal
een zekere
consistentie
i n d i t geval
dus minimale s t e r k t e
H e t g e e n i n d i r e c t o o k k l o p t met de l i t e r a t u u r .
-
De
alzijdige
druk
(sigma
3) moet
voldoende
o p z i c h t e v a n de d r u k s t e r k t e g e k o z e n worden.
-
Een goede
v a s t e c o n s i s t e n t i e z a le r ook voor z o r g e n d a t
de m o n s t e r s a a n d e i n s t r o o m z i j d e n i e t e r o d e r e n ,
waardoor
ze
dichtslibben.
4.4.
Nader
onderzoek
worden
vaste
bezit.
laag ten
doorlatendheid
In
augustus
z i j n vervolgens enkele extra monsters doorgestroomd.
De
leeftijd
van deze
monsters
v a r i e e r d e v a n 93 t o t 1 1 5
dagen.
Doel
van d i t onderzoek
w a s om m e t name n a t e g a a n w e l k e
i n v l o e d de c o n s o l i d a t i e t i j d d i e aan h e t doorstromen
vooraf
gaat h e e f t op de gemeten i . e . berekende d o o r l a t e n d h e i d .
Hiertoe
zijn
een v i e r t a l
monsters
( E A , E 3 0 , C 3 0 , CA)
g e d u r e n d e 24 u u r g e c o n s o l i d e e r d v o o r d a t m e t d e
doorstromingsmeting
gestart
werd
en e e n v i e r t a l andere monsters
(E30,
C 3 0 , E 5 0 , C50) 6 dagen waarna z e pas gemeten werden.
Verder
werd
d e d o o r s t r o m i n g u i t g e v o e r d met s p e c i a a l r o o d
gekleurd water.
H i e r d o o r k o n e e n i n d r u k v a n de mate
van indringing i n het
monster gekregen worden.
Op m o n s t e r s v a n d e z e l e e f t i j d z i j n g e e n d r u k s t e r k t e p r o e v e n
u i t g e v o e r d , omdat d i e n i e t meer v o o r h a n d e n w a r e n .
Er
i s dan ook n i e t s bekend over de s t e r k t e v a n deze oudere
beproefde monsters.
We
mogen
e r w e l v a n u i t gaan d a t deze p e r c o m b i n a t i e hoger
h e e f t g e l e g e n d a n d e 56 d a a g s e s t e r k t e .
P.O.
B o x 8 0 1 , - 3 1 B O A A R h o o n - Kleidijk 3 5 , - 3 1 6 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 8 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 6 5 6
MOS
V
Opdracht
Kaart
Plaats
028290
37G
Rhoon
FUNDERINGSADVIES
Project:
Cembenton
Gez. R . J
Pag.
8
RHO
In
de
hierbij
1
1
onderstaande
tabel
worden
voor
het overzicht
gemeten d o o r l a t e n d h e d e n weergegeven:
monster
nr.
consolidatietijd
de
doorlatendheid 1
[m/s]
1
1
1
1
1
EA
E30
C30
CA
24
24
24
24
uur
uur
uur
uur
9 ,61
,26
3 ,67
3,,31
e--10
e--11
e--11
e--10
1
1
1
1
1
1
1
1
E30
C50
E50
C30
6
6
6
6
dagen
dagen
dagen
dagen
3 ,62
2 ,82
2 ,82
6 ,75
e- -11
e--9
e--10
e- -11
1
I
|
1
Deze
berekende
d o o r l a t e n d h e d e n komen o n g e v e e r o v e r e e n met
de w a a r g e n o m e n i n d r i n g i n g v a n e n k e l e m i l l i m e t e r s .
Verder v a l t t e zien d a t :
1.
De s p r e i d i n g v a n d e d o o r l a t e n d h e d e n
geworden i s .
B e h a l v e h e t m o n s t e r C50 l i g g e n a l l e
de o r d e v a n e-10 t o t • — 1 1 .
aanzienlijk
minder
doorlatendheden
i n
2.
V e r s c h i l l e n i n doorlatendheden b i j een c o n s o l i d a t i e t i j d
v a n 24 d a g e n e n 6 d a g e n z i j n , w a a r d e z e l f d e m o n s t e r s b e proefd z i j n , n i e t s i g n i f i c e n t aanwezig.
3.
De m a s s a b a l a n s
( o f z o men w i l w a t e r b a l a n s ) w a a r o p d e w e t
van Darcy gebaseerd i sv e r s t o o r d
lijkt.
B i j g e l d i g h e i d v a n de wet v a n Darcy ( l a m i n a i r e s t r o m i n g )
g a a t men e r i m m e r s v a n u i t d a t d e h o e v e e l h e i d i n g e s t r o o m d
w a t e r g e l i j k i s aan de h o e v e e l h e i d u i t g e s t r o o m d w a t e r .
D i t water evenwicht l i j k t b i j de proeven e n i g s z i n s
verstoord.
Concluderend
m o e t d a n o o k g e s t e l d w o r d e n d a t men b i j z o n d e r
voorzichtig dient te zijn
met h e t i n t e r p r e t e r e n
v a n de
d o o r l a t e n d h e d e n berekend v o l g e n s de wet v a n Darcy.
Niet
alleen
kruipeffecten
t e n gevolge
v a n de a l z i j d i g e
s t e u n d r u k , maar ook e r r o s i e v e r s c h i j n s e l e n t e n g e v o l g e v a n
de w a t e r d o o r s t r o m i n g s p e l e n e e n b e l a n g r i j k e r o l .
Het
laatste
kan dan w e l d e e l s voorkomen worden door h e t
verhang laag t e kiezen. Het probleem d a t z i c h
dan echter
z a l v o o r d o e n , z o n i e t e r b i j e e n v e r h a n g v a n i = 50 a l r e e d s
s p r a k e v a n w a s , i s d a t de w a t e r s t r o m i n g
zeker
diffuus
wordt,
hetgeen een berekeningsmethode
volgens Darcy d i s c u t a b e l maakt.
I r . R.G.A. d e J o n g -J?
(01890-30233)
P.O.
B o x B Q 1 , - 3 1 6 Q A A R h o o n - Kleidijk 3 5 . - 3 1 B 1 E K R h o o n - T e l e f o o n 0 1 8 9 0 - 3 0 2 0 0 - F a x 1 3 6 5 6
z
uiuj/N NI
3i^b3isxnaa
bijlage 1
mom
TiP
RELATIE DOORLATENDHEID - LEEFTIJD
Opdracht:
028290
RHOOM
01
V w NI ai3HQN31Via00Q
CEMBENTON WERKGROEP A
BIJLAGE 4
TECHNISCHE UNIVERSITEIT
EINDHOVEN
V A K G R O E P COLLOIDCHEMIE EN T H E R M O D Y N A M I C A
POSTBUS 513,
5600 MB,
EINDHOVEN
FYSISCH-CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN
VAN CEMENT/BENTONIET MENGSELS,
TIJDENS HET
V A N HET
BEGIN
UITHARDINGSPROCES
AUTEURS: DR.J.LAVEN, C.L.M.HOLTEN, PROF.DR.H.N.STEIN
21 maart 1991
RAPPORTAGE VAN HET ONDERZOEK VERRICHT IN HET KADER VAN DE
SUBWERKGROEP A: CEMENT VAN DE WERKGROEP CEMBENTON
(COORDINATOR IR.J.BLAAKMEER,
1
ENCI)
Laven,Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
SAMENVATTING
In o p d r a c h t van R i j k s w a t e r s t a a t , a f d e l i n g Bouwspeurwerk, h e e f t de
T e c h n i s c h e U n i v e r s i t e i t Eindhoven, vakgroep C o l l o i d c h e m i e en Thermodynamica,
een
onderzoek
uitgevoerd
naar
het
gedrag
van
cement-
voor
cement-
b e n t o n i e t m e n g s e l s aan h e t b e g i n van de o p s t i j v i n g .
Er
zijn
metingen
u i t g e v o e r d van z w i c h t s p a n n i n g e n
b e n t o n i e t m e n g s e l s i n water. Ook z i j n z.g. z e t a p o t e n t i a l e n gemeten, d i e
een maat z i j n voor de e l e c t r i s c h e
l a d i n g op d e e l t j e s :
zulke ladingen
kunnen l e i d e n t o t a f s t o t i n g zodat d e e l t j e s v e r h i n d e r d worden samen t e
k l o n t e r e n , t e coaguleren.
De s t e r k t e o n t w i k k e l i n g
cement
i s de o n d e r z o c h t e
sterkteontwikkeling
port
i n cement-bentonietmengsels
e e r s t e 4 dagen
sterk
v e r s n e l d t.o.v.
i n mengsels met slakhoudende
van MOS-Rhoon g e e f t i n f o r m a t i e o v e r
lange
met P o r t l a n d -
cementen,
de
(het rap-
t e r m i j n gedrag). D i t
kan worden v e r k l a a r d v a n u i t de s a m e n s t e l l i n g van de cementen. De twee
o n d e r z o c h t e t y p e s b e n t o n i e t gedroegen z i c h nagenoeg i d e n t i e k .
E r i s s p r a k e van een s p e c i a l e w i s s e l w e r k i n g t u s s e n cement en bentoniet.
V a n u i t cement
l o s s e n z o u t e n e.d. op wat e r t o e l e i d t
d a t de
b e n t o n i e t d e e l t j e s aan e l k a a r v a s t gaan z i t t e n en een g e l vormen. D i t
g e l f u n g e e r t a l s vangnet
v o o r de c e m e n t d e e l t j e s d i e nu n i e t meer kun-
nen u i t z a k k e n . De c e m e n t d e e l t j e s l o s s e n langzaam
these
i s d a t de o p g e l o s t e cement-ionen
v e r d e r op. Onze hypo-
uitkristalliseren
t a c t p u n t e n t u s s e n de g e g e l e e r d e b e n t o n i e t d e e e l t j e s .
met
uitgekristalliseerd
materiaal versterkte
z i j n zo k l e i n ,
D i t langzamerhand
bentonietnetwerk
de mechanische s t e r k t e van cement-bentonietmengsels.
netwerk
op de c o n -
levert
De p o r i e n i n d a t
d a t een z e e r l a g e w a t e r d o o r s t r o o m b a a r h e i d
belangrijkste gebruiksfunktie) gerealiseerd
2
wordt.
(de
Laven.Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
1.INLEIDING
De g r o n d w a t e r h u i s h o u d i n g v e r e i s t
soms v e r h i n d e r i n g
van h o r i z o n -
t a l e g r o n d w a t e r s t r o m i n g . A f h a n k e l i j k v a n andere e i s e n k a n een w a t e r k e r i n g op b a s i s van cement met e v e n t u e l e h u l p s t o f f e n dan gewenst
Een n a d e e l van d i t m a t e r i a a l i s d a t h e t n o r m a l i t e r r e l a t i e f
is.
Geringe vervormingen
kage.
Het b l i j k t
zijn.
e r g bros
l e i d e n r e e d s t o t breuk en b i j g e v o l g t o t l e k -
d a t mengsels
van cement en b e n t o n i e t k l e i
v e e l meer
v e r v o r m i n g kunnen v e r d r a g e n .
In de p r a k t i j k worden z u l k e mengsels
mengverhouding:
g e b r u i k t i n bv. de volgende
18,5 kg w a t e r , 4,0 kg cement en 0,7 k g b e n t o n i e t . De
p r o d u k t k w a l i t e i t i s u i t e r a a r d s t e r k b e p a a l d door de mengprocedure.
Voor de Werkgroep A: CEMENT v a n de commissie CEMBENTON i s g e z a menlijk
Lab
onderzoek
ENCI
en MOS
u i t g e v o e r d door
Rhoon.
c e m e n t - b e n t o n i e t mengsels
de TU Eindhoven,
Het d o e l was een a a n t a l
Intron,
Centraal
eigenschappen
van
tijdens o p s t i j v i n g te analyseren.
Door de TUE z o u t e n e e r s t e o n d e r z o c h t worden hoe z u l k e
mengsels,
b i j a f w e z i g h e i d van h u l p s t o f f e n , o p s t i j v e n gedurende de e e r s t e dag na
menging. D i t i s een b e l a n g r i j k
a s p e c t omdat, a l s e r i n h e t mengsel
d i r e c t na mengen geen dragend vermogen aanwezig
i s , verwacht kan wor-
den d a t de c e m e n t d e e l t j e s u i t z a k k e n gedurende de e e r s t e u r e n na meng i n g . Immers, i n d i e p e r i o d e kan h e t u i t h a r d e n d e cement, b i j de toegep a s t e l a g e c o n c e n t r a t i e s , z e l f nog geen d r a a g k r a c h t hebben.
Omdat op c o l l o i d c h e m i s c h e gronden vermoed werd d a t de e l e c t r i s c h e
o p p e r v l a k t e l a d i n g e n een r o l s p e l e n t i j d e n s h e t mengproces werden ook
z e t a p o t e n t i a l e n ( a l s maat voor de o p p e r v l a k t e l a d i n g ) b e p a a l d zowel van
de c e m e n t d e e l t j e s a l s van de b e n t o n i e t d e e l t j e s . Deze p o t e n t i a l e n werden
gemeten
onder
omstandigheden
d i e de c o n d i t i e s
d i r e c t - n a - m e n g i n g zo goed m o g e l i j k benaderen.
3
i n het
mengsel-
Laven, Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
2. ZETAPOTENTIALEN VAN
BENTONIET CV 15 IN FILTRAAT VAN
DRIE
BENTONIET/CEMENT MENGSELS.
2.1
Theorie
Soort
zoekt
soort.
Dit
lijkt
een
wat
banale
opmerking,
maar
b e d o e l d wordt een fundamenteel f y s i s c h mechanisme g e b a s e e r d op de
Van der Waals k r a c h t e n .
sen
alle
materie,
Dit z i j n aantrekkingskrachten
gelijksoortig
of o n g e l i j k s o o r t i g ,
z.g.
d i e werken t u s echter
nadrukke-
l i j k e r t u s s e n g e l i j k s o o r t i g e . Daarom z u l l e n i n een d i s p e r s i e van d e e l tjes
(cement o f b e n t o n i e t ) i n water de d e e l t j e s de n e i g i n g hebben
elkaar
te kleven,
te coaguleren.
Soms o n t s t a a n
zo v l o k k e n ,
k l e v e n ze t o t een netwerk* dat aan de d i s p e r s i e e n i g e
zwichtspanning,
(van
zodat
b.v.
het
tot
soms v e r -
s t e v i g h e i d , een
g e e f t waardoor een "weak s o l i d " o n t s t a a t . Zo'n
bentoniet)
op
heeft
zekere
een
hoogte
dragend
kan
of
"suspenderend"
voorkomen
dat
aan
netwerk
vermogen
deeltjes
(b.v.
cement) u i t z a k k e n .
Vooral
geladen.
i n water z i j n d e e l t j e s e c h t e r vaak e l e c t r i s c h een
Nu g e l d t dat g e l i j k e
beetje
l a d i n g e n e l k a a r a f s t o t e n . Omdat g e l i j k -
soortige deeltjes natuurlijk gelijke
l a d i n g e n hebben z a l e r naast
Van
Zowel i n een netwerk a l s i n een v l o k z i t t e n een a a n t a l " p r i m a i r e "
d e e l t j e s samengeklonterd. Het v e r s c h i l t u s s e n een v l o k en een netwerk
i s dat een v l o k z e l f weer een l o s , z i j het g r o o t , d e e l t j e i s dat l o s
zweeft i n de v l o e i s t o f . B i j een netwerk i s e i g e n l i j k s p r a k e van een
g i g a n t i s c h g r o t e , de h e l e s l u r r y omvattende, v l o k . Je kunt a l s het
ware v i a o n d e r l i n g verbonden v a s t e - s t o f d e e l t j e s van de ene naar de
andere k a n t van de s l u r r y lopen. Zo'n g i g a n t i s c h e v l o k z a l wel i n
s t u k k e n b r e k e n a l s j e i n de s l u r r y r o e r t maar z i c h ook
voortdurend
weer t r a c h t e n t e h e r s t e l l e n . A l s e r nu een c e m e n t d e e l t j e op een v l o k
" r u s t " z a l het samen met de v l o k omlaag zakken omdat de v l o k z e l f geen
"steun" h e e f t . A l s een c e m e n t k o r r e l op een b e n t o n i e t d e e l t j e van het
netwerk " r u s t " s t e u n t d i t d e e l t j e v i a het e r o n d e r l i g g e n d e netwerk op
de bodem en h e e f t dus een dragend, een "suspenderend" vermogen. De
g r o o t t e van d i t dragend vermogen wordt b e p a a l d door de k r a c h t d i e
n o d i g i s om het netwerk t e "breken". Deze k r a c h t hangt o.a. a f van de
s t e r k t e van de b i n d i n g e n e n de i j l h e i d van het netwerk. s t e r k o f zwak
z i j n en het netwerk kan compact o f i j l z i j n
4
Laven,Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
der
Waals a a n t r e k k i n g
den.
ook " e l e c t r o s t a t i s c h e " a f s t o t i n g kunnen
Deze e l e c t r i s c h e l a d i n g e n
door de h o e v e e l h e i d
en s o o r t
wordt v o o r a l
beinvloed
optre-
door de pH en
van de i n h e t water o p g e l o s t e
zouten.
A f h a n k e l i j k van de s t e r k t e van deze a f s t o t i n g kan V a n - d e r - W a a l s - k r a c h t
g e i n d u c e e r d e c o a g u l a t i e worden o n d e r d r u k t .
Gebruikelijk
z.g.
i s om i . p . v . e l e c t r i s c h e l a d i n g t e s p r e k e n o v e r de
zetapotentiaal
£ d i e een maat
l a d i n g . B i j een waarde van C t u s s e n
latie
normaliter
heel
I s voor
de
totale
hoeveelheid
+15 en -15 mV v e r l o o p t de coagu-
s n e l . Naarmate de a b s o l u t e
waarde van C meer
u i t s t i j g t boven 15 mV wordt c o a g u l a t i e e f f e c t i e v e r o n d e r d r u k t .
Syste-
men met een a b s o l u t e waarde van C g r o t e r dan c a 25 mV c o a g u l e r e n
prak-
t i s c h h e l e m a a l n i e t meer. Bovenstaand gedrag g e l d t
ladingsdragers
z i j n , z o a l s b.v. OH"
ionen.
t r e e d t een e x t r a c o m p l i c a t i e op. B e n t o n i e t
In de z.g. Na* vorm
B i j bentonietdispersies
b e s t a a t u i t dunne p l a a t j e s .
+
( i n d i e n N a - i o n e n op de randen v a n h e t
z i t t e n ) z a l zo'n d i s p e r s i e n i e t c o a g u l e r e n
2+
voldoende n e g a t i e f
sen de c a l c i u m
zowel
i s . Toevoegen van Ca
2+
(Ca )
a l s negatieve
op een d e e l t j e wordt
licht positief.
tuur
omdat de o p p e r v l a k t e l a d i n g
leidt
dan h e e l
-
(OH )
klein,
t o t u i t w i s s e l i n g tus-
ladingsdragers.De
dus l i c h t
netto
negatief of
Zodoende t r e e d t h e e l s n e l l e v l o k k i n g op i n een k a a r -
tenhuisstructuur waarbij vooral rand-vlak
ontstaan
oppervlak
en n a t r i u m i o n e n met a l s r e s u l t a a t de a a n w e z i g h e i d van
positieve
lading
a l s e r een s o o r t
2+
met C a o p de c o n t a c t e n .
meer d o o r l a t e n d
contacten
t u s s e n de p l a a t j e s
Weliswaar i s z o ' n k a a r t e n h u i s s t r u c -
dan een p l a t t e p a k k i n g
van p l a a t j e s z o a l s b i j
f i l t r a t i e van de Na-vorm o n t s t a a t , t o c h i s b l i j k b a a r b i j t o e p a s s i n g i n
cembenton de p e r m e a b i l i t e i t l a a g genoeg.
5
Laven, Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
2.2. Recept c e m e n t / b e n t o n i e t mengsels
Mengsel A:
( v e r s t r e k t door i r . J . Blaakmeer)
water (demi, ENCI k w a l i t e i t ) : 157 g
B e n t o n i e t CV 15:
Dit
mengsel
snelheid
7 g.
(A) i s m.b.v. een M o u l i n e x m i x e r t y p e 394 met de hoogste
en d r a a i e n d e mengkom
10 min gemengd b i j kamertemperatuur.
H i e r n a h e e f t h e t mengsel 2 u u r g e s t a a n .
2
Mengsel B:
cement
:
40 g
water (ENCI):
Dit
mengsel
(B) i s gedurende
28 g
5 min met de hand gemengd ( s p a t e l i n g l a -
zen v a t ) . V e r v o l g e n s z i j n de mengsels A en B samengevoegd i n de M o u l i nex m i x e r en 10 min met de hoogste s n e l h e i d gemengd.
2.3. Recept
filtraat
Een h e l d e r f i l t r a a t van de d r i e mengsels
tie
i s v e r k r e g e n door
i n een r o e s t v r i j s t a l e n v a t met a l s f i l t e r m a t e r i a a l
b r a a n f i l t e r met daarop een g l a s v e z e l - v o o r f i l t e r
filtra-
een 3 (am mem-
t y p e GF 92, b e i d e van
S c h l e i c h e r en S c h u e l l . De f i l t r a t i e werd u i t g e v o e r d met een druk van c a
6 B a r op h e t c e m e n t / b e n t o n i e t mengsel.
Het f i l t r a a t werd opgevangen i n
een p o l y e t h y l e e n p o t j e onder een s t i k s t o f a t m o s f e e r ,
van o n o p l o s b a r e r e a k t i e p r o d u c t e n met C 0
f i l t r a t i e p r o c e d u r e vond
2
d i t om de vorming
u i t de l u c h t t e voorkomen. De
zo s n e l m o g e l i j k na h e t b e r e i d e n v a n de meng-
sels plaats.
D r i e c e m e n t s o o r t e n : hoogovencement,
met een hoog s l a k g e h a l t e
6
portlandcement,
hoogovencement
Laven,Hoi ten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
2.4. B e p a l i n g v a n de z e t a p o t e n t i a l e n v a n B e n t o n i e t CV 15 i n de d r i e
f i l t r a t e n van
bentoniet-cementmengsels.
De e l e c t r o f o r e s e metingen werden u i t g e v o e r d met een " z e t a s i z e r 3"
( M a l v e r n ) , met een meetcel
Met de v e r k r e g e n
gemaakt.
Deze
voor
hoge e l e c t r o l y t c o n c e n t r a t i e s
(AZ 3 ) .
f i l t r a a t z i j n verdunde s u s p e n s i e s v a n B e n t o n i e t CV15
suspensies
zijn
k o r t voordat
gemeten
werd
c a . 2 min
u l t r a s o o n g e t r i l d . E r i s b i j de v o o r b e r e i d i n g e n g e t r a c h t om CO^ z o v e e l
mogelijk u i t te s l u i t e n .
2.5. R e s u l t a t e n v a n de C - p o t e n t i a a l m e t i n g v a n B e n t o n i e t CV 15
C mean
(mV)
st.dev .
(mV)
spec.geleid.
(Sm )
hoogovencement
- 13.4
0.2 (n=3)
1.04
portlandcement
- 17. 1
1.2 (n=3)
1.44
hoogovencement (hoog s l a k g e h a l t e ) - 15.0
2.5 (n=5)
0.89
i n f i l t r a a t u i t mengsel van
b e n t o n i e t CV15 en:
7
-1
Laven, Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
3. ZETAPOTENTIALEN VAN DE CEMENTEN KLA, P50 EN LK 30 IN DE FILTRATEN
VAN CEMENT-BENTONIET CV 15 MENGSELS
3.1 R e c e p t u r e n
Voor de z e t a p o t e n t i a a l - m e t i n g e n
filtraten
i s gebruik
gemaakt v a n d e z e l f d e
a l s b e s c h r e v e n onder 2.3. De v o o r b e r e i d i n g e n
en
werkwijze
z i j n d e z e l f d e a l s v e r m e l d onder 2. (voor e l k e m e t i n g i s de
suspensie
opnieuw u l t r a s o o n
3.2.
getrild).
R e s u l t a t e n van C ~ p o t e n t i a a l metingen v a n de c e m e n t s o o r t e n KLA,
P50
en LK30 i n f i l t r a t e n u i t mengsels met b e n t o n i e t CV 15
B i j deze metingen i s een t i j d s e f f e k t waargenomen z o a l s i n onderstaande r e s u l t a t e n t e z i e n i s . De r e s u l t a t e n z i j n g r a f i s c h weergegeven
i n F i g u u r 3.1.
Portlandcement
( i n f i l t r a a t u i t mengsel van d i t cement met b e n t o n i e t CV15)
tijdstip na mengen:
zetapotentiaal:
2 min
+ 4,4 mV
6 min 4Z s e c
+ 1,4 mV
10 min 26 s e c
+ 0,2 mV
14 min 11 s e c
+ 2,8 mV
18 min 2 s e c
+ 0.4 mV
23 min 6 s e c
- 0,0 mV
26 min 40 s e c
- 0,9 mV
8
Laven,Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
Hoogovencement met hoog s l a k g e h a l t e
(In
f i l t r a a t u i t mengselvan d i t cement met b e n t o n i e t CV15)
tijdstip na mengen:
zetapotentiaal:
2 min
+ 7,2 mV
6 min 28 s e c
+ 4,3 mV
12 min 5 s e c
+ 5,5 mV
15 min 47 s e c
+ 4,3 mV
19 min 42 s e c
+ 4,4 mV
25 min 5 s e c
+ 3,0 mV
Hoogovencement
( i n f i l t r a a t u i t mengsel van d i t cement met b e n t o n i e t CV15)
tijdstip na mengen:
zetapotent iaal:
2 min
- 0,7 mV
6 min 29 s e c
- 0,4 mV
10 min 10 s e c
- 0,5 mV
14 min 12 s e c
- 0,1 mV
19 min 8 s e c
+ 2,8 mV
19 min 20 s e c
+ 1,5 mV
27 min 18 s e c
+ 3,0 mV
Opgemerkt kan nog worden d a t i n KLA en LK30 ook k l i n k e r d e e l t j e s
voorkomen en d a t de z e t a p o t e n t i a a l van d i e d e e l t j e s
afwijken
van d i e van de aanwezige c e m e n t d e e l t j e s .
blijkt
echter
gering
zijn.
dat a l s er a l v e r s c h i l l e n
9
zijn
i n p r i n c i p e kan
U i t onze metingen
deze
i n ieder
geval
Laven, Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
4.RE0L0GIE
4.1.
Theorie
V o l g e n s hun mechanisch gedrag z i j n m a t e r i a l e n i n t e d e l e n i n twee
h o o f d k l a s s e n , n l . d i e van de v a s t e s t o f f e n en d i e v a n de v l o e i s t o f f e n .
Een v a s t e s t o f
i s een m a t e r i a a l waarop een k r a c h t kan worden u i t g e o e -
f e n d zonder d a t h i j b l i j v e n d vervormt.
Een v l o e i s t o f d a a r e n t e g e n d e f o r -
meert b l i j v e n d , w a a r b i j de v e r v o r m i n g s s n e l h e i d min o f meer e v e n r e d i g i s
aan de opgelegde k r a c h t . A l s v o o r b e e l d van r e s p . v a s t en v l o e i b a a r : een
rubber
elastiek
vrijwel
In
veert
na u i t r e k k i n g
weer
terug,
een s t u k j e
niet.
de p r a k t i j k b l i j k e n m a t e r i a l e n vaak k a r a k t e r t r e k k e n van zowel
v a s t e a l s v l o e i b a r e s t o f f e n t e hebben. Denk bv. aan slagroom:
riaal
kauwgum
i s gemakkelijk
schepbaar en dus d e f o r m e e r b a a r
d i t mate-
( i s dus onder d i e
omstandigheden v r i j dun v l o e i b a a r ) maar een k l o n t j e e r v a n v l o e i t
niet
uit
stof
onder
i n v l o e d van de z w a a r t e k r a c h t
eigenschappen).
als
(en h e e f t
dus ook v a s t e
Zo'n m a t e r i a a l z o u mechanisch gedrag kunnen hebben z o -
i n de v l o e i c u r v e i n g r a f i e k 4.1 i s weergegeven w a a r i n de deforma-
t i e s n e l h e i d Y d u b b e l l o g a r i t h m i s c h i s u i t g e z e t tegen de opgelegde spann i n g x. B i j l a g e spanning
van
een v a s t e
stof.
i s e r geen d e f o r m a t i e s n e l h e i d : e r i s sprake
B i j hogere b e l a s t i n g e n i s e r v l o e i
waarvan de
s n e l h e i d min o f meer e v e n r e d i g i s aan de opgelegde spanning:
r i a a l gedraagt
Het
h e t mate-
z i c h a l s een v l o e i s t o f .
vermoeden bestond
d a t de cement-bentoniet
mengen een v l o e i g e d r a g v e r t o n e n
mengsels
k o r t na
v e r g e l i j k b a a r aan d a t v a n
slagroom.
V o l g e n s r e o l o g i s c h e t e s t s aan een a a n t a l monsters b l e e k d i t
inderdaad
het
geval
te z i j n :
e r werden b i n n e n
het snelheidsmeetbereik
van een
a a n t a l decades z e e r s t e i l e l i j n e n gevonden i n d u b b e l l o g a r i t h m i s c h e g r a f i e k e n v a n -jr v e r s u s x, met h e l l i n g e n i n de orde van g r o o t t e t u s s e n 10
en
100 o f hoger.
B i j z u l k gedrag
i s de k a r a k t e r i s t i e k e
m a t e r i a a l g r o o t h e i d de z w i c h t s p a n n i n g .
10
mechanische
Beneden de z w i c h t s p a n n i n g
i s er
Laven,Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
geen s p r a k e van v l o e i .
Overigens
kan e r beneden deze s p a n n i n g nog w e l
b l i j v e n d e deformatie optreden a l s i n het vaste m a t e r i a a l
optreedt.
Dit laatste
aspect
kan n a a s t
scheurvorming
de z w i c h t s p a n n i n g
z i j n waar h e t h e t cembenton a l s bouwmateriaal
van b e l a n g
b e t r e f t ; v o o r de s t a b i l i -
t e i t van h e t mengsel t i j d e n s u i t h a r d i n g i s v o o r a l de z w i c h t s p a n n i n g van
belang.
Twee v e r s c h i j n s e l e n van mechanische i n s t a b i l i t e i t kunnen z i c h met
name voordoen t i j d e n s h e t u i t h a r d e n van deze mengsels. A l l e r e e r s t kan
de z w i c h t s p a n n i n g van h e t mengsel zo l a a g z i j n d a t h e t m a t e r i a a l a l s
z o d a n i g de i n d i v i d u e l e
cementdeeltjes n i e t
kan dragen;
ze v a l l e n e r
a l s h e t ware (langzaam) doorheen.
Het tweede v e r s c h i j n s e l hangt samen met u i t d r o g i n g en wordt s t e r k
mede b e p a a l d door de r u i m t e w a a r i n h e t mengsel wordt o p g e s l o t e n . A l s
het mengsel i n de p r a k t i j k
de omliggende grond
lijk
i n een s l e u f
i n de grond wordt g e s t o r t en
een l a g e r e grondwaterdruk
i n de cembenton,
h e e f t dan d i e p l a a t s e -
dan z a l i n de cembenton
op h e t c o n t a c t v l a k
s c h e r f v o r m i n g kunnen o p t r e d e n t.g.v. u i t d r o g i n g . Deze s c h e r f h e e f t een
grotere
massadichtheid
dan de omgeving;
potentieel
bestaat
dus h e t
r i s i c o d a t deze s c h e r f omlaag " v a l t " . De mate w a a r i n de s c h e r f aan h e t
g r e n s v l a k hecht en de l o k a l e z w i c h t s p a n n i n g i n de a a n g r e n z e n d e . n i e t o f
minder u i t g e d r o o g d e
cembenton b e p a l e n w a a r s c h i j n l i j k o f de s c h e r f z a l
v a l l e n . H i e r z a l a l l e e n een s c h a t t i n g gegeven worden v a n de voor h e t
eerste
verschijnsel
tweede v e r s c h i j n s e l
critische
niveau
van z w i c h t s p a n n i n g e n ;
voor h e t
i s d i t n i e t m o g e l i j k zonder nadere a n a l y s e v a n de
condities.
We benaderen een c e m e n t d e e l t j e a l s een b o l v o r m i g d e e l t j e met d i a meter 2a en d i c h t h e i d p . A l s z o ' n d e e l t j e door h e t cembenton mengsel
c
heenvalt
z a l het v o o r a l
kleinste
c e m e n t d e e l t j e s en de ( z e e r k l e i n e ) b e n t o n i e t d e e l t j e s hangen
aan
de
grootste
cementdeeltjes
o f maken d e e l u i t van h e t "netwerk"
d a t voor
11
de
de z w i c h t s p a n n i n g
v e r a n t w o o r d e l i j k i s . S t e l d a t h e t netwerk een dusdanige
h e e f t d a t a l l e e n c e m e n t d e e l t j e s g r o t e r dan s t r a a l a
betreffen;
zwichtspanning
(dus een f r a c t i e
haven,Eolten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
<P van a l l e
ingewogen cement) door h e t netwerk z u l l e n h e e n v a l l e n .
v
zwaartekracht
z a l dan v i a een g r o o t
4
cementdeeltje
3
netwerk u i t o e f e n e n van F=-rca (p -p )g w a a r b i j
2
3
c
w
water
en g de i n t e n s i t e i t
netwerk
uitgeoefende
een k r a c h t op h e t
p de d i c h t h e i d van h e t
w
van h e t z w a a r t e k r a c h t s v e l d
spanning
x
kan
De
geschat
i s . De op h e t
worden
op
ongeveer
2
x=F/(ira ) o f w e l x=-a(p -p )g w a a r u i t de s c h a t t i n g v o l g t v a n de g r o o t 3
d
w
3
ste
d e e l t j e s d i e door h e t netwerk worden gedragen: a =- x / ( ( p -p ) g ) ,
c 4
y
c
w
o f w e l a =36 x w a a r b i j a i n |am en de z w i c h t s p a n n i n g x i n Pa (omdat
c
y
y
p„ , =3150 kg/m
en p
=2950 kg/m
werd
p =3050
kg/m
3
3
Portland
3
slakcement
c
gebruikt).
4.2.
Materialen
G e b r u i k t z i j n de v o l g e n d e
e n t o n i e t en cement t y p e s :
cement
hoogovencement (hoog
hoogovencement
portlandcement
slakgeh.)
omschrijving
code
permetaal;
70% s l a k
snel;
30
A
50
>85% s l a k
bentoniet
CV15
Erbsloh
code
C
E
E r werden 8 s a m e n s t e l l i n g e n gemaakt: de 6 g e d i s p e r g e e r d e
van
steeds
bentonieten
een cement en een b e n t o n i e t
afzonderlijk.
Enci beschikbare
Mengen/roeren
en tevens
werd
d i s p e r s i e s van de
uitgevoerd
schijfroerder-menger. Dispergeren
mengsels
met de b i j
geschiedde
i n demi
water van 10° C, ex E n c i . B e n t o n i e t d i s p e r s i e s werden b e r e i d door 0,7
kg b e n t o n i e t i n 15,7 kg water t e d i s p e r g e r e n gedurende 10 min. en d i t
3
Onder b e p a a l d e omstandigheden moet i . p . v . p h i e r de d i c h t h e i d van (net
werk+water) worden genomen. D i t maakt voor de b e r e k e n i n g i n ons g e v a l w e i n i g u i t en wordt h i e r v e r d e r n i e t behandeld.
12
Lav en,Ho it en, Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
mengsel
v e r v o l g e n s 2 uur t e l a t e n s t a a n t e r r i j p i n g .
Cement werd g e -
d i s p e r g e e r d door 4,0 kg cement met 2,8 kg water t e mengen gedurende 15
min. , zonder v e r d e r e r i j p i n g .
B e n t o n i e t - c e m e n t m e n g s e l s werden v e r k r e -
gen door b e i d e d i s p e r s i e s gedurende
4.3. Heetmethoden,
Er
traves
10 min. t e mengen.
resultaten
z i j n twee r h e o l o g i s c h e m e e t i n s t r u m e n t e n g e b r u i k t , n l . een ConRheomat 115 en een s p e c i a a l
instrument
(zelfbouw) voor het
meten van k l e i n e z w i c h t s p a n n i n g e n i n k l e i n e meetvolumes.
m e t r i e e n werden g e b r u i k t
een c o n c e n t r i s c h
b i j de C o n t r a v e s en twee dompellichamen
cylinder
A l s meetgeo-
systeem
behorend
(een g r o o t en een k l e i n ) ,
zelf
ontworpen s p e c i a a l met h e t oogmerk t e meten i n een m a t e r i a a l d a t n i e t
bewerkt i s . De c o n s i s t e n t i e van de t e onderzoeken m a t e r i a l e n d a a l t n l .
a a n z i e n l i j k a l s i n h e t m a t e r i a a l wordt g e r o e r d o . i . d .
De monsters werden bewaard
i n plastic
k o f f i e b e k e r s , a f g e d e k t met
p e t r i s c h a a l t j e s zodat u i t d r o g i n g werd voorkomen.
In
F i g . 4 . 2 en 4.3 z i j n
de z w i c h t s p a n n i n g s m e t i n g e n
weergegeven,
zowel van de b e n t o n i e t d i s p e r s i e s a l s van de c e m e n t / b e n t o n i e t d i s p e r s i e s . Na ongeveer 1 u u r b e g i n t b i j de mengsels de opbouw van een n e t werk z i c h t b a a r t e worden d a t s t e v i g e r i s dan h e t netwerk d a t e r vanaf
het
moment van mengen aanwezig i s . B i j de b e n t o n i e t d i s p e r s i e s
alleen
i s s l e c h t s een langzame toename van de n e t w e r k s t e r k t e waarneembaar.
13
haven, Hoi ten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
5. DISCUSSIE
A l l e r e e r s t z a l h e t d i r e c t na menging optredende c o a g u l a t i e g e d r a g
van de v e r s c h i l l e n d e mengsels worden besproken.
Daarna wordt
ingegaan
op de mechanisme van v e r d e r e o p s t i j v i n g van de o n t s t a n e netwerken.
Waargenomen i s d a t s u s p e n s i e s van de cementsoorten
P50
i n water
LK30, KLA en
t i j d e n s de b e r e i d i n g v r i j w e l waterdun z i j n ; ze hebben dus
een v e r w a a r l o o s b a a r
lage zwichtspanning.
Van d i s p e r s i e s van de b e n t o n i e t e n CV15 en E r b s l o h i n water
reologisch
gedrag
onderzocht.
Ze v e r t o n e n
direct
i s het
na b e r e i d i n g p l a s -
t i s c h gedrag met een l a g e maar meetbare z w i c h t s p a n n i n g . De oorzaak van
de z w i c h t s p a n n i n g b i j b e n t o n i e t l i g t i n de i n t e r a c t i e t u s s e n de l a d i n gen
op de b e n t o n i e t k l e i - p l a a t j e s
( z i e § 2.1). De z e t a - p o t e n t i a a l van
de C en E systemen i s n i e t gemeten maar kan worden v e r o n d e r s t e l d aanzienlijk
licht
negatief te z i j n
( c a -70 mV) b i j een l a g e z o u t s t e r k t e . Wel-
komen e r op de p l a a t j e s p o s i t i e v e
e l k a a r voor
zodat
en n e g a t i e v e
ladingen
naast
v e e l netwerkvormende i n t e r a c t i e s m o g e l i j k z i j n .
De
s t e r k t e v a n d i t netwerk neemt z e e r langzaam t o e zodat h e t na 4 dagen
3x zo s t e r k i s geworden a l s k o r t na b e r e i d i n g .
Menging v a n een b e n t o n i e t d i s p e r s i e - i n - w a t e r met een c e m e n t s l u r r y
leidt
t o t een z w i c h t s p a n n i n g welke d i r e c t
bentonietdispersie zelf
3-8 maal de waarde van d i e
i s . De z e t a p o t e n t i a a l van de k l e i p l a a t j e s i n
zo'n mengsel i s ongeveer -15 mV ( z i e §2.5), h e t g e e n e r op d u i d t d a t e r
z o v e e l o p g e l o s t e z o u t e n door de c e m e n t d i s p e r s i e i n h e t cembenton mengs e l wordt i n g e b r a c h t d a t de z e t a p o t e n t i a a l van de b e n t o n i e t d e e l t j e s i n
a b s o l u t e z i n a a n z i e n l i j k afneemt t o t een waarde w a a r b i j de k l e i p l a a t jes
z u l l e n c o a g u l e r e n met e l k a a r . N i e t g e h e e l d u i d e l i j k
i s waarom b i j
P o r t l a n d f i l t r a a t de z e t a p o t e n t i a a l de g r o o t s t e waarde h e e f t . B l i j k e n s
het b e g e l e i d e n d e
I n t r o n - r a p p o r t i s de C a
juist
hetgeen een drukkend
tiaal.
h e t hoogst
M o g e l i j k wordt d i t e f f e c t
2 +
concentratie b i j Portland
effect
h e e f t op de z e t a p o t e n -
t e n i e t gedaan door a d s o r p t i e van i n
2-
P o r t l a n d aanwezige SO
14
Lav en, Ho It en, Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
Echter
belangrijker
i s het
feit
dat
mengsel een z e t a p o t e n t i a a l van b i j n a 0 mV
de
cementdeelt j e s
in
het
( i n de meeste g e v a l l e n l i c h t
p o s i t i e f ) hebben (Nb. p o s i t i e v e z e t a p o t e n t i a l e n van cement z i j n ook a l
vermeld
Coll.
door H.N.Stein i n J.Appl.Chem. London, 11,
S c i . 16,
681
(1961)). De
cementdeeltjes
met
e l k a a r kunnen c o a g u l e r e n ware het
dit
tegenhoudt.
ren.
te
niet
(1961) en J .
zouden dus
dat
het
gemakkelijk
bentonietnetwerk
B i j a f w e z i g h e i d van b e n t o n i e t zouden ze wel
Immers e r i s genoeg zout aanwezig om
drukken,
474
zodoende de
coagule-
de d u b b e l l a a g e f f e c t i e f
coagulatieverhinderende
repulsie
in
onderdruk-
kend.
Het
b e l a n g r i j k s t e p r o c e s b i j de
d e e l t j e s h e e l goed en ook
l e r e n omdat een
deeltje niet
sen.
De
meer a f s t o o t zodat
cementdeeltjes
b i j de
zullen
ongeladen
aantrekkingskrachten verre
overheer-
worden
ingebouwd
onmogelijk
i n het
i s . A l s deze c o a g u l a t i e v e r m e d e n
het
zelf
netwerk.
cementdeel-
netwerk
(dus voor
waarde van
de
kader
van
kritisch
cq. o n d e r d r u k t kan worden (door b e t e r e
benodigdeben-
t o n i e t g e h a l t e omlaag t e brengen hetgeen t o t k o s t e n b e s p a r i n g
Ook
de v e r w e r k b a a r h e i d
menging
d i t onderzoek
zwichtspanning
p r o c e s s i n g ) b e t e k e n t d i t dat het m i s s c h i e n m o g e l i j k het
den.
kunnen
z i j n door s l e c h t e r o e r i n g (wat
i s maar b u i t e n het
het voorkomen dat de
door
cementdeeltjes
met b e n t o n i e t ) a a n z i e n l i j k g e c o a g u l e e r d
l a g ) kan
mV)
gemeten z w i c h t s p a n n i n g s n i v e a u s
niet
cement-
een v r i j w e l
dus
(-15
u i t g e v o e r d e b e r e k e n i n g moeten a l l e
worden gedragen. A l l e e n a l s de
beslist
d a t de
de b e n t o n i e t d e e l t j e s kunnen coagu-
l i c h t geladen d e e l t j e
G e z i e n de i n s e c t i e 4.1
tjes
s n e l met
coagulatie l i j k t
van de cement/bentonietmengsels
kan
kan
leihier-
door m i s s c h i e n v e r l e n g d worden.
De toename van de s t e r k t e van de cembenton-massa's i s n i e t
de
g r o e i van
cementdeeltjes
een
netwerk van
o n d e r l i n g . De
calciumsilikaathydraat
cementdeeltjes
op een o n d e r l i n g e a f s t a n d van gemiddeld
voor
een
cementbeton met
wcf=0.5).
Het
(CSH)
tussen
de
z i t t e n n . l . i n cembenton
ongeveer 15 (am ( v g l . met
i s niet
aannemelijk
r e l a t i e f z e e r s n e l l e toename i n z w i c h t s p a n n i n g , b i n n e n b.v.
15
t.g.v.
2 (am
dat
de
de e e r s t e
Laven, Ho It en,Stein, Colloidchemie van
10 uur a l met
werkgroei
een
f a c t o r 10,
o v e r 15 |om i n 10
hypothese
De
bentonietnetwerk
s a t i e van
CSH
adsorbeert
i s dat
op
om
r e s u l t a t e n van
vreemde o p p e r v l a k k e n
kan
h i e r de
juist
op
de
kristalliseren
is
een
dan
zal
contactpunten
2 +
nog
het
kristalli-
nadrukkelijk
wellicht
oppervlak-
t e doen
ontstaan.
C.L.M.Holten en
H.N.Stein
( i n hun
de
ettringiet
geval
kiemvorming
tussen
in
op
kwarts).
bentoniet
zijn.
Als
vooral
bentonietdeeltjes
l a g e r kan
op
Dus
omdat
is
dan
i d e a l e l i j m d i e de b e n t o n i e t p l a a t j e s aan e l k a a r cementeert
op de meest e f f e c t i e v e w i j z e . De
na het
Ca
(1977)) d i e vonden dat ook
benodigde o p p e r v l a k t e e n e r g i e
het CSH
kristalnet-
i s van
Bekend i s dat
h i e r k r i s t a l k i e m e n CSH
7, 291
hypothese
een
ingevangen z i t t e n
D i t maakt het o p p e r v l a k
o n d e r s t e u n d door
plaatsvinden
cementdeeltjes
bentonietoppervlak.
(Cement & Concr. Res.
onze
z i j n van
uur.
de
aan b e n t o n i e t .
wordt
kan
en dat de s t e r k t e t o e n a m e het g e v o l g
te-energetisch geschikt
Dit
het g e v o l g
uithardende cement/bentoniet
netwerksterkte
z a l dan
a l heel
mengproces toenemen; d i t i s i n overeenstemming met
de
snel
zwicht-
spanningsresultaten.
Waarom de
reeds het
lijk.
zwichtspanningen
d u b b e l e i s van de
D i t houdt w e l l i c h t op
kende i o n e n s a m e n s t e l l i n g
gens §2.5
van
cembenton met
P o r t l a n d na
10
min
andere cembenton mengsels i s n i e t
duide-
een
afwij-
complexe w i j z e verband met
de
d i e de e l e c t r i s c h e r e p u l s i e b e i n v l o e d t
i s het e l e c t r i s c h g e l e i d i n g s v e r m o g e n
(vol-
50 % hoger; z i e ook
het
begeleidende Intron-rapport).
De
cembenton op
sterkteontwikkeling
effectiviteit
van
Portland
basis
gedurende de
heeft
eerste
een
dagen.
aanzienlijk
snellere
Mogelijkerwijs i s
gips a l s vertrager h i e r verlaagd
z o a l s eerder
de
ook
werd gevonden door C.L.M.Holten en H.N.Stein (de r e e d s genoemde p u b l i c a t i e i n Cement & Concr. Res.
7, 291
(1977)). Z i j vonden dat k w a r t s o p -
p e r v l a k een ondergrond i s v o o r p r e c i p i t a t i e van e t t r i n g i e t waardoor de
m.b.v. g i p s t e vormen v e r t r a g i n g s s c h i l rond c e m e n t d e e l t j e s
i n aanzien-
lijke
ondersteund
door
mate wordt
adiabatische
vermeden.
De
s n e l l e r e omzetting
warmteontwikkelingsmetingen
16
wordt
zoals
vermeld
in
het
Laven,Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
begeleidende
ENCI-rapport.
De v e r s c h i l l e n
uit
t u s s e n de twee b e n t o n i e t t y p e n z i j n
de r e o l o g i s c h e metingen kan b l i j k e n ,
klein.
voorzover d i t
In s e c t i e
4.1 werd
g e s t e l d d a t s c h e r f g r o e i b e l a n g r i j k kan z i j n v o o r de k w a l i t e i t
van de
u i t e i n d e l i j k gevormde w a t e r k e r i n g . Om de i n v l o e d h i e r b i j v a n de b e n t o n i e t k e u z e v a s t t e s t e l l e n z i j n meer g e r i c h t e e x p e r i m e n t e n n o d i g .
17
Laven,Holten,Stein, Colloidchemie van uithardende cement/bentoniet
6. CONCLUSIES
1.
Cement en b e n t o n i e t c o a g u l e r e n met e l k a a r d i r e c t b i j mengen.
2.
Het
v l o e i g e d r a g van b e n t o n i e t s u s p e n s i e s en van
suspensies
i s adequaat g e k a r a k t e r i s e e r d door
b e p a l e n van een v i s c o s i t e i t i s n i e t
3.
de
cement/bentoniet-
zwichtspanning.
Het
zinvol.
Het n i v e a u van de o n t s t a n e z w i c h t s p a n n i n g i s r u i m voldoende om
primaire
cementdeeltjes
uitharding.
t e kunnen dragen t i j d e n s de
E v e n t u e e l aanwezige g r o t e agglomeraten
e e r s t e uren
van
de
van
cementdeeltjes
z i j n m o g e l i j k e r w i j s wel zo zwaar dat ze u i t z a k k e n . I n t e n s i e v e menging
(high
shear)
kan
deze agglomeraatvorming
tegengaan.
Nader
onderzoek
h i e r n a a r i s i n t e r e s s a n t vanwege een p o t e n t i e l e k o s t p r i j s r e d u c t i e ( r e d u c t i e van b e n t o n i e t g e h a l t e ) van cembenton.
4.
Cement / b e n t o n i e t mengsels op b a s i s van P o r t l a n d c e m e n t
harden
e e r s t e 4 dagen s n e l l e r u i t dan d i e op b a s i s van LK30 en KLA.
zaak i s de
hoge o p l o s b a a r h e i d van
van het c a l c i u m b i n d e n d e
5.
calciumtrisilicaat
in
klei.
Cement i n de w a t e r i g e b e n t o n i e t / c e m e n t
met
oor-
aanwezigheid
dispersiemengsel heeft i n
a b s o l u t e z i n een z e e r l a g e e l e c t r i s c h e l a d i n g en kan s n e l
zowel
De
de
andere c e m e n t d e e l t j e s a l s met
coaguleren,
b e n t o n i e t d e e l t j e s . De
bento-
n i e t d e e l t j e s z u l l e n o n d e r l i n g w a a r s c h i j n l i j k langzaam v l o k k e n .
6.
Tussen de
twee b e n t o n i e t s o o r t e n z i j n
nauwelijks
systematische
v e r s c h i l l e n i n r e o l o g i s c h e e f f e c t e n waargenomen.
7.
Op
b a s i s van
de
resultaten
over de a a r d van sterkteopbouw
De b e n t o n i e t vormt i n i t i e e l
l o s t op
en p r e c i p i t e e r t
een
kon
een
h y p o t h e s e worden
opgesteld
i n cembenton gedurende de e e r s t e dagen.
c e m e n t d e e l t j e s dragend netwerk.Cement
vervolgens p r e f e r e n t i e e l
t u s s e n de b e n t o n i e t d e e l t j e s .
18
op de
contactpunten
Aw /
leeiiueiodeiez
U LU
•
9 o
£
o
TJ
i_
<D
TJ
D
o
I
I
U
LU
o •
0 o
1
i
O
LU
o
< <
B<J /
Buiuueds^qoiMZ
U
LU
<
*
<X>
O
LU
•
9 °
CO
E
U
I
I
LU
o
•
o
TJ
<D
TJ
3
o
-
CM
0 o
n oo
1
i
O
LU
o
< <
U
o
o
O
U>
o
o
O
LO
CM
Bd /
BumuedsiipiMz
LU

Stertekt TD Technische eigenschappen

Uitnodiging

Klik hier: Brochure Nederlands

Technische gegevens Aslon® EPDM tegel

TOELICHTING VOOR DE ATTESTGEBRUIKER BRL 1802 d.d. 25

Fiche N° 2

SIKAGROUT®-334 – DUURZAAMHEIDSBEWIJS

Presentatie_Claire_e.. - Contrast :::. Law Seminars

Po l y A d m i x

Memento