De chemische samenstelling van beton

Door Isabelle Robinson, M.Sc.4 mrt 2019

/Bannafarsai_Stock

Beton is een belangrijk onderdeel van moderne infrastructuur. Het wordt gebruikt in gebouwen, wegen, bruggen en dammen. Het staat bekend om zijn hoge druksterkte en veelzijdigheid, waardoor het een ideaal materiaal is voor de basis van de meeste constructies.

Beton is eigenlijk een mengsel van cement (het bindmiddel), water en een vorm van toeslagmateriaal (de vulstof). Dit betekent dat beton een samengesteld materiaal is. Daarnaast is cement ook een samengesteld materiaal, aangezien het een mengsel is van kalksteen en klei. Het wordt gemaakt door de twee verbindingen samen te verbranden bij extreem hoge temperaturen, variërend van 1400 – 1600°C.

Hoewel er een scala aan cementsoorten op de markt is – naast nieuw onderzoek naar duurzame alternatieven – staat de meest populaire cementsoort bekend als portlandcement. Portlandcement maakt gebruik van gemalen CaCO3 (ook bekend als kalksteen), gemengd met klei, zand en ijzererts om een homogeen poeder te vormen.

Dit poeder wordt verhit tot de eerder besproken hoge temperaturen. Om deze temperaturen te bereiken, wordt het mengsel in ovens gegoten die bestaan uit lange stalen cilinders die op een helling ronddraaien. Afhankelijk van de grootte van de oven, kan het tot 2 uur duren voordat het materiaal langzaam door de cilinder gaat. Dit langzame proces zorgt ervoor dat de verschillende elementen van het materiaal kunnen reageren. De reactie van deze materialen omvat de volgende processen:

1. Verdamping – de eerste fase van het proces is het verlies van water uit het mengsel door verdamping.
2. Verbranding – in het droge mengsel vindt ontleding plaats door het verlies van water en kooldioxide.
3. Verklinkering – het mengsel ondergaat vervolgens een transformatie waarbij calciumsilicaten worden gevormd. Dit zijn stukjes ter grootte van knikkers.
4. Afkoeling – zodra het mengsel de oven verlaat, laat men het afkoelen tot werktemperaturen.

De afgekoelde klinker wordt dan nog eens gemalen, en een verbinding die gips wordt genoemd, wordt aan het mengsel toegevoegd. Dit is om de uitharding van het mengsel te regelen. In portlandcement bestaat 5% van de chemische samenstelling uit het mineraal gips.

De belangrijkste verbindingen waaruit portlandcement is opgebouwd zijn tricalciumsilicaat, dicalciumsilicaat, tricalciumaluminaat, tetracalciumaluminoferriet en gips. Zodra dit proces is voltooid, wordt het cement verpakt en opgeslagen voor gebruik in beton op een later tijdstip.

Beton kan ter plaatse worden gemaakt met behulp van een roterende metalen trommel, die toepasselijk cementmengsel wordt genoemd. Het cement wordt met water gerehydrateerd tot een dikke consistentie en grote of fijne toeslagstoffen worden toegevoegd, afhankelijk van het beoogde gebruik.

Slagstoffen zijn een belangrijk onderdeel van het betonmengsel, omdat zij de gewenste eigenschappen van het beton bepalen. Van alle aggregaten is bekend dat zij chemisch inert zijn, maar zij variëren in vorm, grootte en materiaal. De meest gebruikte zijn een mengsel van fijn zand en grove steen. Zij maken ook het grootste deel uit van de materiaalsamenstelling van het beton, idealiter tussen 70-80% van het volume. Beton moet vervolgens worden getrild, om eventuele luchtbellen die de structurele integriteit van het materiaal in gevaar kunnen brengen, te laten ontsnappen. Eenmaal gestort heeft beton ten minste 28 dagen nodig om uit te harden tot volledige sterkte.

• Bye, G. C. Portland Cement: Samenstelling, Productie en Eigenschappen. Pergamon Press, NY, 1983.
• Hewlett, P.C., and Young, J.F. “Physico-Chemical Interactions Between Chemical Admixtures and Portland Cement,” Journal of Materials Education. Vol. 9, No. 4, 1987.
• Roy, D. Instructional Modules in Cement Science. Pennsylvania State University, PA, 1985.

Disclaimer: De hier geuite meningen zijn die van de auteur, uitgedrukt in hun persoonlijke hoedanigheid en vertegenwoordigen niet noodzakelijk de meningen van AZoM.com Limited T/A AZoNetwork de eigenaar en exploitant van deze website. Deze disclaimer maakt deel uit van de gebruiksvoorwaarden van deze website.

Citaties