De bestanddelen van beton: Granulaten

20 Maart 2019
 

Algemeen

Onder granulaten verstaat men het geheel van korrelige materialen - van natuurlijke of kunstmatige oor- sprong of afkomstig uit recyclage - die gebonden worden door het cement. De granulaten nemen ongeveer drie vierden van het volume van beton in en vormen er het "inert skelet" van. De eigenschappen van vers en ver- hard beton, zoals de druksterkte en de duurzaamheid, hangen in sterke mate af van de eigenschappen van de gebruikte granulaten.
 
Zoals geïllustreerd in tabel 1.3.1 maakt men een onderscheid tussen drie soorten granulaten: zand (rond of gebroken), grof granulaat (grind of steenslag, waarbij de term grind wordt voorbehouden voor materiaal van alluvionnaire oorsprong, doorgaans afgerond) en granulaatmengsels (mengsels van zand en grof granulaat, ook "all-in granulaat" genoemd).
Definitie en voorbeelden van de termen "zand", "grof granulaat" en "granulaatmengsel"
Tab 1.3.1 Definitie en voorbeelden van de termen "zand", "grof granulaat" en "granulaatmengsel


De term vulstof (of filler) wordt ook veel gebruikt. Hiermee wordt een granulaat aangeduid waarvan de korrels grotendeels door de zeef van 0,063 mm (63 µm) vallen en dat wordt toegevoegd aan beton om bepaalde eigenschappen te verkrijgen.
 

Kenmerken

De eisen met betrekking tot de kenmerken van granulaten voor beton worden gespecificeerd in de norm NBN EN 12620 "Granulaten voor beton" en in de PTV 411 "Codificatie van de granulaten".
 
De belangrijkste kenmerken van granulaten voor beton zijn :
  • geometrische kenmerken (korrelgrootte, gehalte aan fijne deeltjes, vorm, zuiverheid van zanden, schelpgehalte)
  • fysische kenmerken (Los Angeles, micro-Deval, volumieke massa en wateropslorping, weerstand tegen polijsting)
  • chemische kenmerken (petrografie, classificatie van gerecycleerde granulaten, gehalte aan zwavel, oplosbare sulfaten, chloriden en elementen die de binding van beton kunnen verstoren)
  • duurzaamheidskenmerken (vorst-dooibestandheid, alkali-silica reactiviteit, volumetrische stabiliteit).
Zeefopeningen voor de bepaling van de korrelmaat
Tab 1.3.2 Zeefopeningen voor de bepaling van de korrelmaat


Geometrische kenmerken

Korrelverdeling of granulometrische curve
De korrelverdeling heeft een bepalende invloed op de porositeit van het granulaatskelet (inert skelet) en bijgevolg ook op de dichtheid en de sterkte van het beton. Verder heeft ze een aanzienlijke invloed op de waterbehoefte en op de verwerkbaarheid van het beton.
 
De korrelverdeling geeft de dimensionele verdeling van de korrels, uitgedrukt in massaprocenten, die door een welbepaalde reeks van zeven gaan. Door de korrels te zeven met behulp van een reeks genormaliseerde zeven met vierkante mazen, verkrijgt men voor elke zeef een zeefrest, hetgeen toelaat om de kleinste korrelgrootte (d) en de grootste korrelgrootte (D) van het granulaat te bepalen en de korrelmaat uit te drukken als d/D. Aangezien alle korrelmaten van een granulaat voor normaal beton min of meer dezelfde volumieke massa hebben, volstaat het de korrelverdeling te bepalen in massaprocent. Hierna kan de korrelverdeling gevisualiseerd worden (zie de voorbeelden in fig 1.3.1 op de volgende bladzijde).
De zeven waaruit kan gekozen worden voor het aanduiden van de korrelmaat zijn opgenomen in tabel 1.3.2.  In België wordt doorgaans de combinatie "Basisreeks + reeks 2" gebruikt.
 
Granulaten worden over het algemeen geleverd en gebruikt in welbepaalde korrelmaten (tab 1.3.3).
 
Wanneer een (tussenliggende) korrelmaat in een betonmengsel gedeeltelijk of volledig ontbreekt spreekt men van een "discontinue" korrelverdeling. Ter hoogte van de ontbrekende korrelmaat vertoont de korrelverdeling (granulometrische curve) een horizontaal of licht hellend gedeelte (fig 1.3.2). Meestal opteert men echter voor een continue korrelverdeling, omdat dit gunstig is voor de goede verwerkbaarheid van beton.
Gebruikelijke korrelmaten
Tab 1.3.3 Gebruikelijke korrelmaten

 

Invloed van het zand en het gehalte aan fijne deeltjes
De fractie 0-4 mm heeft een overheersende invloed op de kwaliteit van het totale mengsel van granulaten. De porositeit, de korrelverdeling en de vorm van deze fractie bepaalt voor een groot stuk de waterbehoefte van het inert skelet.
Een goed zand (of combinatie van zanden) voor beton heeft ongeveer een derde van zijn korrels tussen 0,250 en 0,500 mm. Daarom kan het noodzakelijk zijn om de fractie 0-4 mm samen te stellen op basis van gewassen rond zand (zeezand of rivierzand), gewassen gebroken zand en/ of droog gebroken zand (voor magere mengsels).

Het gehalte aan fijne deeltjes (≤ 0,250 mm, ook "fijn
 stoffen" of "fijnen" genoemd) speelt een belangrijke rol. Ervaring heeft aangetoond dat het totale gehalte aan  fijne deeltjes (cement, toevoegsels en het aandeel ≤ 0,250 mm van de granulaten) bij voorkeur de waarden van tabel 1.3.4 benadert. 
 
Dergelijk gehalte aan fijne deeltjes maakt het mogelijk om : 
  • beton vlot te verpompen
  • een mooie afwerking te verkrijgen (zichtbeton)
  • stabiel beton te bekomen (afwezigheid van bleeding en segregatie)
     
Wel moet men er op letten dat de fijne deeltjes zuiver zijn.
Aanbevolen gehalte fijne deeltjes (≤ 0,250 mm) voor pomp- en zichbeton, in functie van de maximale korrelgrootte van het beton
Tab 1.3.4 Aanbevolen gehalte fijne deeltjes (≤ 0,250 mm) voor pomp- en zichbeton, in functie van de maximale korrelgrootte van het beton.

 

Voorbeeld van granulometrische curves van zand en grof granulaat
Fig 1.3.1 Voorbeeld van granulometrische curves van zand en grof granulaat

 

 

Granulometrische curve van beton met (continue curve) en zonder (discontinue curve) tussen- fractie 4/8
Fig 1.3.2 Granulometrische curve van beton met (continue curve) en zonder (discontinue curve) tussen- fractie 4/8

 

 

Vorm
De porositeit en de vorm van de korrels, maar ook hun oppervlaktestructuur en de korrelverdeling hebben een aanzienlijke invloed op de waterbehoefte, de verwerkbaarheid en de stabiliteit (uitzweten) van het beton (tab 1.3.5).
 
Ervaring heeft aangetoond dat een mengsel voor beton met uitsluitend gebroken grove granulaten zeer goed gebruikt kan worden. De gebroken granulaten verbeteren de mechanische sterkte van het beton (trek- en druksterkte, afslijting), maar hebben een ongunstige invloed op de verwerkbaarheid. De beperking van exploiteerbare grindgroeven leidt tot een geleidelijke uitputting van de natuurlijke zand- en rolgrindafzettingen. Daarom zal in de toekomst steeds meer beroep gedaan worden op gebroken of gerecycleerde granulaten. Dit stelt geen enkel probleem op voorwaarde dat het volume cementpasta wordt aangepast.


Zuiverheid
Indien de granulaten onvoldoende zuiver zijn, heeft dit een nadelig effect op de kwaliteit van het beton. Zo kunnen de binding en de verharding verstoord worden of kan de vorstbestandheid verminderen. Daarom moeten sommige granulaten gewassen worden (fig 1.3.3) om organische stoffen, die gevaarlijk zijn voor de hydratatie van het cement, en kleideeltjes te verwijderen. De schadelijkheid van kleideeltjes wordt beoordeeld aan de hand van proeven zoals het zandequivalent en de methyleenblauwproef.

 

Fig 1.3.3 Lavage industriel des gravillons
Fig 1.3.3 Industrieel wassen van grove granulaten

 

Relatie tussen de vorm van de korrels en de eigenschappen  van beton
Tab 1.3.5 Relatie tussen de vorm van de korrels en de eigenschappen van beton

Fysische kenmerken

Volumieke massa en wateropslorping
De volumieke massa van een granulaat wordt bepaald door de mineralogische oorsprong en de porositeit ervan (tab 1.3.6). 
 
De bulkdichtheid (bepaald volgens NBN EN 1097-3) stemt overeen met de massa van het losgestort materiaal per volume-eenheid en wordt gebruikt voor het schatten van een voorraad. De reële volumieke massa (bepaald volgens NBN EN 1097-6) stemt overeen met de massa van het in een oven gedroogde materiaal ten opzichte van het volume dat dezelfde hoeveelheid materiaal inneemt in water, met inbegrip van de poriën (gesloten of toegankelijk voor water). De reële volumieke massa wordt gebruikt voor de samenstelling van beton.
 
Het vochtgehalte van de granulaten omvat het water aan het oppervlak van de korrels en het door de korrels geabsorbeerde water. Het vochtgehalte van zand ligt in het algemeen tussen 4 en 10% van de massa, terwijl het vochtgehalte van de grove granulaten zelden hoger is dan 5%. Het vochtgehalte van de granulaten moet in aanmerking genomen worden voor de berekening van de volumes granulaten en voor de berekening van het aanmaakwater.
 
Het door de granulaten geabsorbeerde water is niet beschikbaar voor de hydratatie en de vloeibaarheid van het beton. Het door grove granulaten geabsorbeerde water kan nefast zijn voor de vorstbestandheid.
 
Los Angeles
De Los Angeles coëfficiënt bepaalt de weerstand tegen verbrijzeling van een grof granulaat. Een lage LA coëfficiënt duidt op een goede weerstand tegen verbrijzeling.
 
Eventuele andere kenmerken
Voor bepaalde toepassingen kan het nodig zijn om specifieke bijkomende eisen te stellen: voor beton voor wegverhardingen worden bijvoorbeeld eisen opgelegd qua slijtvastheid (micro-Deval MDE) en qua weerstand tegen polijsting (Polished Stone Value PSV).
Classificatie van granulaten  in functie van hun volumieke massa
Tab 1.3.6 Classificatie van granulaten in functie van hun volumieke massa

 

Chemische kenmerken

Chloorionen
Het gehalte chloorionen dat oplosbaar is in water, moet gekend zijn om het chloridegehalte van het beton (de "chloridenbalans") te kunnen beoordelen.
Het chloridegehalte van beton moet beperkt worden om de risico’s op corrosie van de wapening te beperken (zie hoofdstuk 4.3). Bepaalde chloorzouten versnellen bovendien de binding en verharding van beton. Ze zijn vooral te vinden in weinig of niet gewassen zeegranulaten.

Zwavel en oplosbare sulfaten
Het totale zwavelgehalte en het totale sulfaatgehalte zijn kenmerken die (in bepaalde regio’s) belangrijk zijn om de invloed van een bepaald type granulaat op de duurzaamheid van beton te beoordelen, en meer bepaald het risico op secundaire ettringietvorming (zie hoofdstuk 4.6).
Daarbij valt op te merken dat voor gerecycleerde granulaten de proefmethode aangepast moet worden om enkel de in water oplosbare sulfaten te verkrijgen. De sulfaten aanwezig in de mortelfractie zouden immers vrijkomen door de zuuraantasting die toegepast wordt in de proefmethode voor natuurlijke granulaten, waardoor een aanzienlijk hoger gehalte zou bekomen worden dan het beoogde gehalte aan actieve sulfaten.

Met de aanwezigheid van ijzersulfide (pyriet, marcassiet …) moet rekening worden gehouden bij beton waarvan het uitzicht een belangrijk kenmerk vormt (risico op roestvlekken).

Duurzaamheidskenmerken

Vorstbestandheid
Wanneer beton bestand moet zijn tegen vorst, moet de vorst-dooibestandheid van de grove granulaten verzekerd worden. Granulaten met een waterabsorptie ≤ 1% en/of een LA ≤ 25 worden beschouwd als niet-vorstgevoelig (zonder bijkomende proeven). Bepaalde granulaten kunnen echter een wateropslorping hebben > 2% en toch een afdoende vorstbestandheid bezitten.
De proef om de vorstbestandheid van granulaten te beoordelen bestaat erin met water verzadigde granulaten te onderwerpen aan vorst-dooi-cycli en daarna het massaverlies na zeving te bepalen.


Gevoeligheid voor alkali-silica reactie
De alkali-silica reactie wordt behandeld in hoofdstuk 4.9.
 

Reglementering

Sedert 1 juni 2004 zijn granulaten die op de markt gebracht worden onderworpen aan de verplichte CE-markering. De producent moet de prestaties van zijn granulaten ten opzichte van de norm NBN EN 12620 declareren. Een certificaat "Assessment and Verification of Constancy of Performance" attesteert deze verklaring. Een certificaat van niveau 4 komt overeen men een verklaring van de producent. Een certificaat van niveau 2+ impliceert bijkomend een bewaking en beoordeling van de zelfcontrole van de producent door een erkend organisme.
 

Certificatie

De vrijwillige BENOR-certificatie voor granulaten certificeert de codificatie van granulaten volgens PTV 411 alsook hun eventuele bijkomende kenmerken. Deze certificatie garandeert dat de productkenmerken voortdurend gecontroleerd en gerespecteerd worden door de producent alsook bevestigd worden door derde partijen (inspecteurs en laboratoria).