volledige examen

Examen Betontechnoloog BV
Vragen en antwoorden cursusseizoen 2013/2014
Vraag 1 (14 scorepunten)
Een betonsamenstelling met cement CEM III/B 42,5 N moet voldoen aan de volgende eisen:
- sterkteklasse C30/37;
- milieuklassen XC3, XD1, XS1 en XF2;
- consistentieklasse S2.
De zeefanalyses van het zand en grind zijn in tabel 1 gegeven. Gekozen is voor een mengsel van
40% zand en 60% grind.
Tabel 1
zeef
zeefdoorval [%]
zand
grind
31,5
100
98
16
100
70
8
100
40
4
100
20
2
95
8
1
90
0
0,5
60
0
0,25
15
0
0,125
5
0
0,063
0
0
Vraag 1a
Bepaal het laagste cementgehalte om aan de eis van de sterkteklasse te voldoen.
Antwoord 1a
Eerst wordt op basis van de gegeven zeefanalyses de korrelgrootteverdeling van het
toeslagmaterialenmengsel bepaald (tabel 2).
Bij het toetsen van de korrelgrootteverdeling van dit toeslagmaterialenmengsel blijkt dat de
zeefdoorval bij de zeven 0,5 t.m. 8 mm buiten ontwerpgebied I ligt. Uit figuur 2 blijkt dat in
ontwerpgebied I + II moet worden gerekend met een 20 kg hogere waterbehoefte dan in
ontwerpgebied I.
Tabel 2
mengsel
31,5
zeefdoorval [%]
40%
60%
zand
grind
40
58,8
16
40
42
82
8
40
24
64
4
40
12
52
2
38
4,8
43
1
36
0
36
0,5
24
0
24
0,25
6
0
6
0,125
2
0
2
0,063
0
0
0
zeef
99
zeefdoorval in %
100
0
95
85
80
20
69
60
40
39
23
II 41
I
28
20
60
34
80
17
15
8
40
57
57
54
cumulatieve zeefrest in %
Figuur 2
9
5
2
0
0,125 0,25 0,5
1
2
4
8
100
zeefmaat in mm
Toelichting
De grootste zeefmaat en de korrelgadering van het toeslagmaterialenmengsel zijn in hoge mate
bepalend voor de waterbehoefte om een bepaalde consistentie te bereiken. Veel kandidaten vergaten
deze toets uit te voeren en rekenden daardoor met een te lage waterbehoefte.
Rekening houdend met de hogere waterbehoefte en het gewenste consistentiegebied S2 (tabel 3)
wordt de waterbehoefte 165 + 20 = 185 kg. De eis voor de sterkteklasse vraagt een gemiddelde
sterkte (fcm): 37 + 8 = 45 N/mm2. Het vervolg lijkt simpel. Immers de benodigde sterkte is bekend, de
normsterkte van het cement staat in de tabel en hiermee is de bijbehorende water-cementfactor te
berekenen.
Echter, in dit geval moeten we ook naar de eisen vanuit de milieuklassen kijken omdat deze invloed
hebben op de benodigde gemiddelde sterkte. De eis (voor de water-cementfactor) voor de hier van
toepassing zijnde milieuklassen is als volgt:
XC3: 0,55
XD1: 0,55
XS1: 0,50
XF2: 0,55 met 3,5% lucht of wcf = 0,45
Tabel 3
consistentieklasse
Dmax
8
11
16
22
32
C0
155
150
145
140
135
C1, S1, F1
170
165
160
155
150
C2, S2, F2
185
180
175
170
165
C3, S3, F3
200
195
190
185
180
Voor hogere consistenties zijn geen richtwaarden gegeven. Een hogere consistentie mag alleen met
behulp van een (super)plastificeerder worden verkregen, dus niet door meer water toe te voegen.
aanpassingen richtwaarden:
mengsel in ontwerpgebied I + II
+ 20 kg
grof toeslagmateriaal gebroken
+ 5 kg
fijn toeslagmateriaal gebroken
+ 20 kg
Om een zo laag mogelijk cementgehalte te kunnen realiseren, moet voor de sterkteklasse worden
gerekend met een wcf > 0,45. In dat geval moet het luchtgehalte 3,5% zijn. Voor de berekening van
het mengselontwerp moet dit luchtgehalte op de volgende manier worden verrekend in de druksterkte:
fcm = 45 / 0,95(3,5 - 2) = 48,6 N/mm2
De wcf die nodig is voor het bereiken van deze sterkte wordt berekend met:
48,6 = 0,8 ∙ 58 + (25 / wcf) - 45 → wcf = 0,53
Uit de waterbehoefte en deze wcf wordt het cementgehalte berekend:
C = 185 / 0,53 = 349 kg
Vraag 1b
Bepaal het laagste cementgehalte om aan de eis van de milieuklassen te voldoen.
Antwoord 1b
Om te voldoen aan de eisen van de milieuklassen dient te worden gerekend met een
wcf: 0,50 - 0,02 = 0,48 (let wel: indien een luchtgehalte van 3,5% wordt toegepast).
Dit betekent dat een cementgehalte nodig is van 185 / 0,48 = 385 kg.
Bij de keuze voor een betonsamenstelling zonder lucht zou de eis vanuit de milieuklassen voor de wcf
0,45 - 0,02 = 0,43 zijn. In dat geval zou het cementgehalte 185 / 0,43 = 430 kg moeten zijn. De
gekozen optie met lucht levert dus een duidelijk lager cementgehalte.
Vraag 1c
Bepaal de gemiddelde sterkte die na drie dagen verharden bij 20 ºC kan worden verwacht.
Antwoord 1c
Bij een verhardingstemperatuur van 20 °C is de gemiddelde sterkte na drie dagen te berekenen:
fcm3 = 0,8 ∙ 25 + (25 / 0,48) - 45 = 27 N/mm2 (zonder lucht)
Als gevolg van het extra luchtgehalte van 3,5% wordt deze sterkte:
fcm3 = 27 ∙ 0,951,5 = 25 N/mm2
Als de rijpheidsgrafiek (figuur 3) wordt gebruikt, is na drie dagen de gewogen rijpheid:
3 ∙ 24 ∙ 23 = 1656 °Ch.
Uit figuur 3 volgt een gemiddelde sterkte van 25 N/mm2.
Figuur 3
Vraag 1d
Welke verhardingstemperatuur is nodig om een verhoging van de gemiddelde sterkte na drie dagen
verharden van 10 N/mm2 te verkrijgen? U mag daarbij gebruikmaken van de rijpheidsgrafiek met als
gegeven dat de C-waarde van het gebruikte cement 1,65 bedraagt.
Antwoord 1d
Om een sterkte van 25 + 10 = 35 N/mm2 te bereiken, is een gewogen rijpheid nodig van circa
3000 °Ch. Hieruit volgt een rijpheid van 1 uur van 3000 / (3 ∙ 24) = 42 °Ch. Daarbij hoort een
verhardingstemperatuur van 30 °C.
Vraag 2 (5 scorepunten)
Bij het storten en verdichten van een hoge wand wordt een horizontale betonspeciedruk uitgeoefend
op de bekisting.
Vraag 2a
Welke drie betonspecie-eigenschappen zijn van invloed op de horizontale speciedruk? Geef ook aan
hoe zij die invloed uitoefenen.
Antwoord 2a
De volgende betonspecie-eigenschappen zijn van invloed op de horizontale betonspeciedruk:
1.
consistentie: een hogere consistentie geeft een hogere speciedruk.
2.
volumieke massa: een hogere volumieke massa geeft een hogere speciedruk.
3.
snelheid van binding: als het tijdstip van binding wordt uitgesteld, neemt de speciedruk toe.
Vraag2b
Noem twee invloedsfactoren op de betonspeciedruk die door de uitvoering van het betonwerk worden
bepaald. Geef daarbij aan in welke mate die invloed wordt uitgeoefend.
Antwoord 2b
De invloed van de uitvoering op de horizontale speciedruk ontstaat door:
1.
snelheid van storten, in het bijzonder de stijgsnelheid. Door de snelheid van storten te
verhogen (met name de stijgsnelheid in een wand) neemt de speciedruk toe.
2.
methode van verdichten. Door af te wijken van het verdichten met trilnaalden (bijvoorbeeld
bekistingstrillers of trillen dieper dan 1 m) moeten we rekenen met een hydrostatisch
drukverloop.
Vraag 3 (3 scorepunten)
Noem zes oorzaken waardoor kleurverschillen in beton (zonder gebruik te maken van een kleurstof)
direct na het ontkisten kunnen worden geconstateerd.
Antwoord 3
Bij in het zicht blijvend (schoon)beton kunnen kleur- of tintverschillen erg storend zijn. Kleurverschillen
in beton kunnen door heel verschillende oorzaken ontstaan:
−
verblijftijd in bekisting;
−
cementsoort;
−
gebruik van vliegas, silica fume, gemalen hoogovenslak of steenmeel;
−
gebruik van (meng)granulaat;
−
verontreiniging van toeslagmateriaal;
−
verschillen in watergehalte of wcf;
−
textuur van het oppervlak;
−
vervuilde bekisting;
−
(zeer) fijne delen van het toeslagmateriaal; en
−
verontreiniging van het water.
Vraag 4 (4 scorepunten)
Vraag 4a
Noem 4 situaties waarin het nodig kan zijn om de betondruksterkte in een constructie te bepalen.
Antwoord 4a
Het kan nodig zijn om de sterkte in het werk te bepalen als:
− niet wordt voldaan aan de controleproef;
− bij twijfel over de kwaliteit van de constructie bv. na brand of na slechte uitvoering;
− als sterkte niet bekend is (geen gegevens beschikbaar);
− als projectspecificatie dit voorschrijft.
Vraag 4b
Noem 1 directe en 2 indirecte methoden voor het meten van de sterkte in het werk.
Antwoord 4b
Een directe meetmethode is het beproeven van geboorde cilinders.
Indirecte meetmethoden zijn:
− terugslaghamermetingen met referentiegrafiek;
− ultrasoonmetingen met referentietabel;
− uittrekproef.
Vraag 5 (5 scorepunten)
Op een bouwwerk wordt beton in een hoge sterkteklasse (C90/105) verwerkt in een wand, hoog circa
3 m, dik circa 250 mm. De volgende ochtend constateert de uitvoerder dat in het specieoppervlak aan
de bovenzijde van de wand vrij ernstige scheurvorming is opgetreden. De scheuren staan haaks op
de bekistingsvlakken (figuur 4).
Figuur 4
Vraag 5a
Hoe noemen we de schade die hier is opgetreden?
Antwoord 5a
Dit is scheurvorming door plastische krimp. (Mogelijke) oorzaken zijn (niet gevraagd op examen):
- Betonspecie voor beton in hoge sterkteklassen is zeer stabiel door het hoge aandeel fijn materiaal
en de lage water-cementfactor.
- Bij vochtverlies aan het oppervlak wordt nauwelijks vocht vanuit de onderliggende specie
aangevoerd, waardoor deze mengsels zeer gevoelig zijn voor plastische krimp. Daarom moet na het
afwerken van het oppervlak ook zo snel mogelijk worden begonnen met nabehandelen.
Vraag 5b
Welke maatregel(en) kan (kunnen) worden genomen om dit te voorkomen?
Antwoord 5b
Aanpassen van de betonsamenstelling is in dit geval nauwelijks mogelijk. De lage wcf als gevolg van
de hoge sterkteklasse, het zeer hoge aandeel fijn materiaal en de mogelijke toepassing van silica
fume, zijn nodig om de stabiliteit te waarborgen. Wijziging in de samenstelling zal direct invloed
hebben op de verkregen sterkte.
In de uitvoering moet veel sneller dan gebruikelijk worden begonnen met nabehandelen. Mogelijk is
zelfs uitsluitend afdekken met folie onvoldoende en moet direct na het storten een waterfilmpje
worden opgebracht.
Vraag 6 (8 scorepunten)
Op een woningbouwproject worden wanden en verdiepingsvloeren tegelijkertijd gestort. Het geheel
wordt afgedekt met een zeil en de aldus verkregen ruimte wordt gedurende de eerste 16 uur
verwarmd. Het beton moet de volgende dag worden ontkist bij een gemiddelde sterkte van 15 N/mm2.
De betonsamenstelling is als volgt:
330 kg cement CEM I 32,5 R (C-waarde 1,25);
165 kg water;
1905 kg toeslagmateriaal (zand 0/4 en grind 4/32 samen).
Met sensor 1 wordt de temperatuur in de verwarmde ruimte direct tussen de wanden en onder de
vloer gemeten. Sensor 2 registreert de buitentemperatuur. Er worden twee temperatuursensoren op
voor de betonsterkte maatgevende plekken in het beton geplaatst (sensoren 3 en 4). Figuur 6 geeft
het temperatuurverloop. Van bovenstaande samenstelling heeft de betoncentrale de rijpheidsgrafiek
bijgeleverd (figuur 3).
Figuur 6
Vraag 6a
Na hoeveel uren kan worden ontkist?
Antwoord 6a
Er mag worden ontkist bij een gemiddelde sterkte van 15 N/mm2. Deze sterkte wordt volgens figuur 3
bereikt bij een gewogen rijpheid van circa 850 °Ch. Uit het gegeven temperatuurverloop blijkt dat de
sensoren 3 en 4 maatgevend zijn voor het ontkisten.
Voor beide sensoren is berekend na hoeveel uren de gewogen rijpheid van 850 °Ch is bereikt (tabel
4). Het ontkisten zou voor sensor 3 na ongeveer 17 uur mogelijk zijn, voor sensor 4 is ongeveer 26
uur nodig. Deze laatste is maatgevend.
Tabel 4
sensor 3
tijdvak
gem. temp. [°C]
gewogen rijpheid [°Ch]
0 - 4 uur
30
4 x 39
156
4 - 16 uur
40
12 x 56
672
16 - 17 uur
39
1 x 54
54
totaal
882
sensor 4
0 - 10 uur
25
10 x 32
320
10 - 16 uur
30
6 x 39
234
16 - 26 uur
25
10 x 32
320
totaal
874
Vraag 6b
Door omstandigheden wil men eerder gaan ontkisten. Welke maatregelen kunnen worden genomen
om eerder te kunnen ontkisten, zonder dat de samenstelling daarvoor wordt aangepast?
Antwoord 6b
Eerder ontkisten is mogelijk door meer te verwarmen. Vooral een hogere temperatuur is effectief. Als
dat niet kan, moet de periode waarover wordt verwarmd worden verlengd.
Vraag 6c
Welke maatregelen kunnen we nemen om eerder te ontkisten als de samenstelling wel mag worden
aangepast?
Antwoord 6c
Hierbij moeten we denken aan maatregelen zoals toepassen van een cement met een hogere
sterkteklasse dan wel een cement dat beter reageert op een verhoging van de temperatuur zoals een
CEM III/B. Ook kan worden gekozen voor een lagere wcf of een hogere specietemperatuur. Indien de
betonsamenstelling wordt veranderd, moet met een daarbij passende nieuwe ijkgrafiek worden
gewerkt.
Vraag 7 (7 scorepunten)
Een mengsel zelfverdichtend beton moet voldoen aan de volgende specificaties:
− Sterkteklasse C35/45;
− Milieuklasse XC4 / XD3 / XF4;
− Er wordt gebruikgemaakt van een CEM I 52,5 R.
Vraag 7a
Bereken de te hanteren water-cementfactor.
Antwoord 7b
Benodigde gemiddelde sterkte = 45 + 8 = 53 N/mm²
w/c = 25 / (fcm + 0,8 · N - 45) = 25 / (53 + 0,8 · 63 - 45) = 0,43
XC4: 0,50, dus 0,45 – 0,02 = 0,43
XD3: 0,45, dus 0,45 – 0,02 = 0,43
XF4: 0,45, dus 0,45 – 0,02 = 0,43
De te hanteren w/c = 0,43
Vraag 7b
Bereken de samenstelling van 1,000 m³ pasta als gegeven is dat de pasta bestaat uit:
CEM I 52,5 R (βp = 1,25) en kalksteenmeel (βp = 0,77).
Antwoord 7b
Vc/Vp = βp,vulstof / (w/c · ρa,cement + βp,vulstof – βp,cement) = 0,77 / (0,43 · 3,15 + 0,77 – 1,25) = 0,88.
Dus 88% cement.
Vv/Vp = 100% - 88% = 12%
Vw/Vp = βp,combinatie = 88% · 1,25 + 12% · 0,77 = 1,19
Vp = 1,000 m³/ (1 + Vw/Vp) = 1,000 m³ / (1 + 1,19) = 0,457 m³
CEM I 52,5 R = 88% · 0,457 m³ = 0,402 m³ · 3150 kg/m³ = 1266 kg
Kalksteenmeel = 12% · 0,457 m³ = 0,055 m³ · 2700 kg/m³ = 149 kg
Water = 1,000 m³ - 0,457 m³ = 0,543 m³ * 1000 kg/m³ = 543 kg
Tabel 5
Materiaal
CEM I 52,5 R
Kalksteenmeel
Water
Pasta
Vw/Vp = 1,19; Vc/Vp = 88%
m³
0,402
0,055
0,543
1,000
kg
1266
149
543
Vraag 8 (12 scorepunten)
Gegeven een betonmengsel, per m3 bestaande uit:
− 300 kg CEM III/B 32,5 N;
− 1220 kg grind (inclusief 1,7% vocht);
− 705 kg zand (inclusief 4% vocht);
− w/c = 0,50;
− een luchtbelvormer die 4% lucht geeft.
Gevraagd wordt een betonmengsel met een volumieke massa bij aflevering van 1800 kg/m3 te
ontwerpen. Dit kunt u bereiken door het grind gedeeltelijk te vervangen door een toeslagmateriaal met
een volumieke massa ρrd van 1200 kg/m3 en een maximale absorptie na 45 minuten van 10%. Het
beton wordt na ca. 1 uur verwerkt.
Het vochtgehalte van het lichte toeslagmateriaal is 3%.
De overige gegevens van de samenstelling blijven ongewijzigd.
De absorptie van het zand en grind mag worden verwaarloosd.
Vraag 8
Maak een weegstaat van het gevraagde mengsel voor de mengmeester.
Antwoord 8
Volume grind moet vervangen worden door mengsel van grind en licht toeslagmateriaal. Hiervan dus
te bepalen volume en massa.
grind nat 1220 kg, droog 1220/1,017 = 1200 kg → 1200/2650 = 0,453 m3
massa cement + zand + water = 300 + 705/1,04 + 150 = 1128 kg
dus massa grof toeslagmateriaal in het te maken mengsel 1800 - 1128 = 672 kg
Licht toeslagmateriaal met water verzadigd in rekening te brengen, om te voorkomen dat de
volumieke massa te hoog wordt.
ρrd = 1200 kg/m3 droog, dus verzadigd 1200 x 1,10 = 1320 kg/m3.
Stel er is X m3 licht toeslagmateriaal aanwezig, dan is er (0,453 - X) m3 grind aanwezig.
X · 1320 + (0,453 - X) · 2650 = 672 kg → X = 0,397 m3
Dus 0,397 m3 licht toeslagmateriaal en 0,453 - 0,397 = 0,056 m3 grind.
massa licht toeslagmateriaal 0,397 · 1200 = 476 kg
nat licht toeslagmateriaal 476 · 1,03 = 491 kg
massa droog grind 0,056 · 2650 = 148 kg
massa nat grind 148 · 1,017 = 151 kg (+ 3 kg water)
extra absorptiewater te doseren 476 · 0,07 = 33 kg
droog zand 705/1,04 = 678 kg, dus 27 kg water in zand
te doseren water: 150 - 27 - 3 + 33 = 153 kg
Opgave mengmeester:
300 kg hoogovencement
491 kg licht toeslagmateriaal
151 kg grind
705 kg zand
153 kg water
1800 kg
Vraag 9 (9 scorepunten)
Gegeven de volgende resultaten van een mengsel. De consistentie is gemeten bij het begin van het
lossen van de truckmixer. De processtandaardafwijking bedraagt 4,0 N/mm².
Tabel 6
nummer
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
consistentie
500
510
460
470
520
560
490
500
520
470
510
530
490
520
510
470
480
510
500
500
500
530
480
470
540
560
530
500
480
470
cementgehalte
300
300
290
300
300
310
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
310
300
300
300
290
w/c factor
0,55
0,54
0,54
0,55
0,54
0,56
0,53
0,54
0,55
0,55
0,54
0,54
0,53
0,54
0,54
0,55
0,55
0,54
0,54
0,54
0,54
0,55
0,52
0,53
0,55
0,57
0,55
0,54
0,53
0,52
druksterkte
30,1
32,4
33,4
35,6
44,3
32,1
29,8
34,5
34,0
32,1
29,9
35,6
33,6
31,4
33,3
34,5
32,3
36,3
32,4
29,8
30,4
30,0
34,5
35,3
32,4
31,5
34,4
33,3
32,1
34,5
Vraag 9
Geef aan of voor de 4 gegeven eigenschappen (consistentiegebied F4, cementgehalte 300 kg/m3,
w/c-factor 0,55, sterkteklasse C20/25) sprake is van conformiteit volgens de EN 206.
Consistentiegebied
Bijna alle waarden voor de consistentie liggen tussen de 490 – 20 = 470 mm
en de 550 + 20 = 570 mm.
Alleen voor nummer 3 is de schudmaat 460.
De conformiteit voor de consistentie voldoet, met uitzondering van nummer 3.
Cementgehalte
Er zijn twee afwijkingen van het cementgehalte van 290 kg. Deze voldoen aan de eis dat er tussen de
20 en 31 waarden maximaal twee afwijkingen mogen zijn van maximaal 300 – 10 kg = 290 kg.
De conformiteit voor het cementgehalte voldoet.
Watercementfactor
Er zijn twee afwijkingen van de w/c-factor van 0,56 en 0,57. Deze voldoen aan de eis dat er tussen 20
en 31 waarden maximaal twee afwijkingen mogen zijn van maximaal 0,55 + 0,02 = 0,57.
De conformiteit voor de w/c-factor voldoet.
Druksterkte
Voor alle individuele druksterktes geldt dat de druksterkte groter is dan fck – 4 = 21 N/mm². Dit voldoet
aan het criterium dat elk enkel testresultaat ≥ fck - 4 .
Voor de eerste serie van 15 geldt dat het gemiddelde gelijk is aan 33,5 N/mm² en de
standaardafwijking 3,5 N/mm².
Criterium voor het gemiddelde van n resultaten is:: ≥ fck + 1,48σ
Voor het gemiddelde geldt: fcm > fck + 1,48 · 4,0 = 25 + 5,9 = 30,9 N/mm².
Dit voldoet.
Standaardafwijking moet liggen tussen 0,67 · 4,0 en 1,37 · 4,0
(= tussen 2,7 N/mm² en 5,5 N/mm²).
Dit voldoet ook.
Voor de tweede serie van 15 geldt dat het gemiddelde gelijk is aan 32,9 N/mm² en de
standaardafwijking 2,0 N/mm².
Criterium voor het gemiddelde van n resultaten is:: ≥ fck + 1,48σ
Voor het gemiddelde geldt: fcm > fck + 1,48 · 4,0 = 25 + 5,9 = 30,9 N/mm².
Dit voldoet.
Standaardafwijking moet liggen tussen 0,67 · 4,0 en 1,37 · 4,0
(= tussen 2,7 N/mm² en 5,5 N/mm²). Dit voldoet niet.
Er dient een nieuwe processtandaardafwijking over laatste 35 meetwaarden te worden bepaald.

Download Report