Veroudering van cementgebonden materialen

Probleemstelling

De probleemstelling van Hendrix gaat over veroudering van cementgebonden materialen. Hij stelt dat we niet weten wat de rol van veroudering is bij de aantastingsmechanismen die we al kennen en welke gevolgen veroudering heeft voor de levensduur. Hendrix merkt op dat we steeds meer bindmiddelen gebruiken met een heel laag klinkergehalte, omdat dit duurzamer is. Maar we weten niet hoe deze bindmiddelen op de lange termijn presteren. Doordat we dit allemaal niet weten, ontwerpen we nu misschien betonconstructies die minder lang mee zullen gaan.

Achtergrond

Hendrix deed een literatuurstudie naar het begrip veroudering in verschillende materiaaldisciplines. Over veroudering van onder andere kunststoffen, metalen en legeringen en microprocessors is veel bekend. In deze materialen zien we diffusie-verschijnselen die kunnen leiden tot veranderingen in het materiaal. Deze verandering noemen we dan veroudering.

Opzet

In deze studie ging het om vrije veroudering in cementgebonden materiaal. Hiervoor zette Hendrix twee onderzoeken op. De eerste ging over hoe het vervormingsgedrag van cementgebonden materialen. Hij bekeek op microscopische schaal hoe de materialen in de loop van de tijd veranderden door vochtwisselingen. De tweede was een onderzoek naar veranderingen in de samenstelling van cementgebonden materialen in de tijd.

Hendrix bekeek de vervormingen onder verschillende microscopen (elektronenmicroscopie en lichtmicroscopie). Omdat veroudering in cementgebonden materiaal heel langzaam, probeerde hij de veroudering te versnellen. Daarvoor stelde hij proefstukken bloot aan vochtwisselingen, soms ook in combinatie met temperatuurwisselingen, zodat er misschien veranderingen ontstaan in de cementpasta. Hendrix deed dit in vier testseries, met ongeveer vijftien weken ertussen. In die tussentijd lagen de proefstukken in verschillende klimaatomstandigheden (droog, nat, temperatuurwisselingen en nat-droogwisselingen).

Veranderingen in de structuur en samenstelling onderzocht Hendrix met röntgendiffractometrie (XRD). Hij analyseerde het materiaal voor en na blootstelling. Die blootstelling bestond uit ongeveer 40 weken in verschillende klimaatomstandigheden (droog, nat, temperatuurwisselingen en nat-droogwisselingen).

Hendrix onderzocht bindmiddelen die we in Nederland veel gebruiken: CEM I, CEM III/B, CEM III/B met vliegas en CEM III/C. Hierbij is CEM I de standaard en CEM III/C een goed voorbeeld van nieuwe bindmiddelen.

Resultaten

Hendrix probeerde veranderingen te vinden in de cementpasta, op microscopische schaal, als deze te maken heeft met steeds verschillende vochtigheid (van 50% naar 100% en terug), soms ook met temperatuurwisselingen. Hij vond geen veranderingen in de vervormingen ie op veroudering wijzen. Hij zag wel dat er op microscopische schaal grote vervormingen optreden in cementpasta.

Het tweede onderzoek gaf een opvallend resultaat, maar ook hier is dit geen veroudering. Hendrix vond dat bij dezelfde omstandigheden, de proefstukken met CEM I bindmiddel minder veranderden dan de proefstukken met gemengde cementen (CEM III).

Conclusies

Hendrix concludeert:

• Cementgebonden materiaal kan op microscopische schaal grote vervormingen aan zonder dat er schade ontstaat. Cementgebonden materialen zijn duidelijk sterk.
• Het kan niet zo zijn dat cementgebonden materialen helemaal niet verouderen. Het lijkt erop dat de gebruikte aanpak niet genoeg was om veroudering te versnellen en dus veroudering te kunnen vinden.
• Onder de microscoop was geen verschil te zien in vormveranderingen bij de verschillende cementtypen.
• De gevonden veranderingen in de cementpasta waren geen veroudering, maar er kwamen wel meer veranderingen voor bij de proefstukken met CEM III dan bij die met CEM I.
• De studies lieten geen verschil zien tussen de verschillende omstandigheden waarin de proefstukken waren opgeslagen tussen de testseries.