App Wereld Uitvindingen & Ontdekkingen

Beton - Cement

Beton is een kunstmatig steenachtig materiaal, dat als bouwmateriaal wordt gebruikt. Het moderne beton is samengesteld uit het bindmiddel cement en uit een of meer toeslagmaterialen zoals zand, grind of steenslag. Cement heeft de eigenschap dat het door toevoeging van water verhardt.

Goed beton is een mengsel waarin de korrelgroottes van de verschillende soorten zand en grind, in de juiste hoeveelheden, elkaar zodanig aanvullen dat het mengsel uithardt tot een steenachtig en duurzaam materiaal. In tegenstelling tot bijvoorbeeld gips lost uitgehard beton niet meer op in water.

Door de relatief lage prijs van het materiaal, de relatieve inertie (niet of nauwelijks reageren met vrijwel alle andere chemicaliën), de eenvoud van het gebruik en door de vele mogelijkheden is beton een veelgebruikt bouwmateriaal. Jaarlijks verbruiken de geïndustrialiseerde landen bijna een kubieke meter beton per persoon.

De Egyptenaren, Babyloniërs, Feniciërs, Grieken en Romeinen (foto linksboven) kenden reeds de voordelen van het gebruik van (ongewapend) beton. De Romeinen gebruikten het bij de bouw van bruggen en aquaducten. Ook bij de bouw van het Colosseum en het Pantheon werd door de Romeinen beton gebruikt. Als bindmiddel werd meestal kalk of tras gebruikt. Later raakte deze betontechniek eeuwenlang in onbruik. Pas in 1756 maakte de Brit John Smeaton voor de herbouw van een vuurtoren gebruik van een mengsel van kalk en klei. Na verdere verbetering van dit materiaal en na de uitvinding in 1824 van het Portlandcement (genoemd naar het Engelse Isle of Portland) door de Engelsman Joseph Aspdin (die er patent op verkreeg) werd het gebruik van beton herontdekt. De eerste industriële vervaardiging van portlandcement wordt in 1842 geplaatst. In Nederland werd in 1870 te Delfzijl een kleine portlandcementfabriek geopend. Momenteel wordt wegens de goede eigenschappen meer en meer hoogovencement gebruikt, dat sinds 1931 bij de Hoogovens, het huidige Tata Steel Europe te Velsen, wordt gefabriceerd.

Omstreeks 1845 werden ook de eerste experimenten met gewapend beton (zie linkerkolom) uitgevoerd.

Beton ontstaat door water te mengen met een bindmiddel (zoals cement) en granulaat (zand en grind), vulstoffen en eventueel met toeslagstoffen. Bij de juiste verhoudingen worden de holtes tussen het grind vrijwel geheel gevuld met zandkorrels waarbij het cement de verschillende korrels aan elkaar plakt. Na uitharding kan de hardheid en duurzaamheid van natuurlijk gesteente worden geëvenaard.

Het toegepaste betonrecept is enerzijds afhankelijk van de gewenste sterkte en gewenste eigenschappen en anderzijds van de omgeving waar de betonconstructie zich in bevindt (milieuklasse van het beton).

Water kan niet onbeperkt worden toegevoegd. Door meer aanmaakwater te gebruiken wordt het beton weliswaar beter verwerkbaar, het eindresultaat is echter slechter. De verharding van cement is een chemische reactie die een beperkte hoeveelheid water vraagt; een teveel aan water levert zwakker beton ("water is vergif voor beton"). Een tekort aan water zorgt er echter weer voor dat niet alle cement reageert. Bijgevolg is een juiste verhouding tussen water en cement (de zogeheten water/cementfactor) noodzakelijk om een goede kwaliteit beton te verkrijgen.

Er is een aantal mogelijke bindmiddelen. Een eerste mogelijk bindmiddel is gebaseerd op kalk, zoals de Romeinen het gebruikten. Dit is in onbruik geraakt. De eigenschappen leken het meest op het tegenwoordige metselspecie of ongewapend beton. Bij gebruik van het bindmiddel asfalt ontstaat asfaltbeton, dat gebruikt wordt voor de wegenbouw, parkeerplaatsen, bedrijfsvloeren. Men gebruikte vroeger ook pek/teer als bindmiddel. Deze worden vandaag de dag niet meer gebruikt in verband met hun vervuilende eigenschappen en slechtere mechanische eigenschappen.

In het meeste beton wordt tegenwoordig een calcium-silicaat-cement als bindmiddel gebruikt. In beton kunnen verschillende hulpstoffen gebruikt worden. Deze dienen om de eigenschappen van het beton te verbeteren of aan te passen.



Info Contact Home

Gewapend beton

Gewapend beton is een combinatie van beton en stalen staven (betonijzer), wapening genoemd. De staven worden daar aangebracht waar trekspanning zal optreden. Op dit procedé werd in 1867 door de Fransman Joseph Monier een patent verkregen. Het met staal wapenen van beton kan omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt van staal gelijk is aan die van beton.

Betonrot is een aantasting van het beton die veel voorkomt bij gewapend beton van lage kwaliteit. Het treedt vaak op bij onvoldoende dekking van de wapening in het beton, waardoor deze gaat roesten. Het is herkenbaar aan de roestvlekken aan de oppervlakte van het beton. De steeds dikker wordende roestlaag drukt uiteindelijk het omliggende beton weg waardoor dit afbrokkelt. Betonrot wordt vooral veroorzaakt door carbonatatie en insijpeling van vocht en chloorionen, afkomstig uit bijvoorbeeld strooizout.

Voorgespannen beton lijkt op gewapend beton, maar in aanvulling op betonijzer wordt er gebruikgemaakt van voorgespannen (of nagespannen) staaldraden en -kabels in het beton. Door het spannen van de kabels wordt in de trekzone een drukkracht op het beton aangebracht welke de trekkracht als gevolg van de externe belasting compenseert. Hierdoor kan een voorgespannen betonelement een grotere belasting opnemen dan een element van gewapend beton van de zelfde afmetingen. Geprefabriceerde voorgespannen liggers worden veel toegepast bij de constructie van viaducten en vloeren.

Sterkte

Beton is een relatief bros materiaal met een hoge druksterkte (de kubusdruksterkte bedraagt bij traditioneel beton 5 - 55 N/mm2, dat wil zeggen dat een betonnen kubus met een ribbe van 150 mm het gewicht van zo'n 120 auto's (gewicht 1000 kg per stuk) kan dragen) terwijl de treksterkte slechts ongeveer 1/10 van de druksterkte is. Beton voor constructies moet in Nederland een KOMO-certificaat hebben en wordt vrijwel uitsluitend geleverd door gespecialiseerde betoncentrales, waardoor een constante samenstelling en kwaliteit van het beton kan worden gewaarborgd. Het grootste voordeel van beton is dat het flexibel toe te passen is. Voordat het uithardt, kan het in vele mogelijke vormen gegoten worden. Normaal beton weegt ongeveer 2400 kilogram per m³, echter speciale betonsoorten kunnen hier sterk van afwijken. Aangemaakt beton heeft een beperkte tijd waarbinnen het verwerkt moet worden, vaak is er een verwerkingstijd van maximaal een uur.

De zetmaat van een betonmengsel is een maat voor de plasticiteit ervan. Met een metalen vorm, de kegel van Abrams, wordt een hoeveelheid betonmengsel op een tafel geplaatst. De originele hoogte van de kegel is 300 mm. Na het plaatsen wordt de metalen kegel omhooggetrokken en het beton zakt uit. De inzakking wordt gemeten, dit is de zetmaat, bijvoorbeeld 80 mm.

Een andere maat voor de plasticiteit is de schudmaat. De schudmaat wordt bepaald door het scharnierende tafelblad waarop de zetmaat is bepaald een aantal keren tot een voorgeschreven hoogte op te tillen en te laten vallen. De uitgezakte betonkegel zal hierbij nog verder uitzakken en de diameter van het uitgezakte

beton bepaalt de schudmaat.

TOP

Cement

Cement (Frans: ciment, ontleend aan het Latijnse caementum, breuksteen of bouwsteen, dat refereert aan het verbinden (metselen) van gehouwen steen) is een snelhardend bindmiddel dat gebruikt wordt voor bouwwerken. Cement, dat voornamelijk uit calciumwaterstofsilicaat bestaat, is een fijngemalen materiaal dat na mengen met water een plastische massa vormt, die zowel onder water als in de buitenlucht verhardt. Met cement kunnen daartoe geschikte materialen aaneengekit worden tot een, ook in water, stabiele massa. Cement wordt voornamelijk gebruikt als grondstof voor beton en metselspecie.

De Grieken waren de eersten die metselkalk maakten door het branden van schelpen en/of kalk. De Romeinen verbeterden dit bindmiddel, een luchtkalk, door er inert vulkanische as, meer bepaald tras, en/of baksteengruis aan toe te voegen. Zo ontstond een hydraulisch bindmiddel. Door deze toevoeging werd het een bindmiddel waarmede grote constructies , zoals arena's, baden, amfitheaters of aquaducten konden worden gebouwd, waarvan sommige zelfs twintig eeuwen later nog perfect bewaard zijn gebleven.

In de lage landen verdween de kennis over het maken en toepassen van baksteen met de terugtrekking van de Romeinen. Tot in de Middeleeuwen werd voornamelijk met natuursteen en hout gebouwd. Vanaf de 12e eeuw keerde het gebruik van steenachtige materialen, waaronder gebakken kunststeen, terug. Het opgaand metselwerk, muren werd gemaakt met luchtkalkmortels, onder andere van schelpkalk. Voor waterbestendige muren bij kelders e.d. werd aan de kalkmortel tras toegevoegd zodat de mortel hydraulisch werd.

Tras is gemalen tufsteen afkomstig uit de Duitse Eifel en verhardt alleen in combinatie met luchtkalk. De handel in tufsteen werd vanaf de 17e eeuw gedomineerd door handelaren uit Dordrecht. Tufsteen werd over de rivier naar Dordrecht vervoerd en aldaar vermalen tot tras. Het met tras verrijkte cement werd om deze reden aangeduid als Dordts of Hollands cement. Dit werd via de Dordtse stapelmarkt verhandeld in noordwest Europa. Voor de verbouwing van het Kasteel van Versailles door Lodewijk XIV leverden de Dordste handelaren de benodigde ´tras ofte cement’.

Aan het eind van de 18e eeuw proberen de Duitse tufsteenhandelaren zich te mengen in de trashandel. De Nederlandse staten-generaal introduceren een invoerbelasting op ´bovenlandsche´ tras om de lokale trashandel te beschermen. De Duitse keurvorst van Pfalz voerde als tegenmaatregel een exportbelasting op tufsteen in. Door deze maatregelen werd de prijs van tras hoger en konden andere cementsoorten tot ontwikkeling komen.

De kennis over de hydraulische werking van cement nam in de 18e eeuw toe door onderzoek aan Romeins cement door het onderzoek van de Brit John Smeaton en de Fransman Louis Vicat. Smeaton ontwikkelde in 1759 een mortel die even hard was als steen, door luchtkalk te vermengen met vulkanische as. In 1817 ontdekte de Fransman Louis Vicat de chemische principes van hydraulisch cement. Zij worden dan ook beschouwd als de vaders van de moderne cement.

Kunstcement

In Nederland experimenteerde de Amsterdamse cementhandelaar Adriaan de Booys in 1789 met een ´kunst-cement´, die hij vervaardigde uit ´beklonkene molenklei´ gewonnen uit het Amsterdamse IJ. De klei werd gebakken en daarna vermalen. Deze vermalen klei puzzolaan werd gevoegd bij kalkmortel en hieruit ontstond het zogenaamde Amsterdamse of rood cement. In 1790 startte Booys een cementbranderij, waar het Amsterdamse cement werd vervaardigd. Tevens verkreeg hij een octrooi dat hem exclusieve rechten verleende voor de cementlevering voor de publieke werken van Amsterdam. In Utrecht richtte in 1792 Gijsbert Dirk Cazius een cementbranderij op, waar Utrechtse cement werd vervaardigd uit klei uit de Vaartsche Rijn. Het Amsterdamse octrooi oogstte veel afgunst bij de trashandelaren, en negatieve reclame en laster richtte het oorspronkelijke bedrijf van Booys in 1810 ten gronde. Unico W.T. Cazius, zoon van Gijbert, nam met het Utrechtse bedrijf de leveringen aan de Amsterdamse publieke werken over. Nadat in 1810 uit onderzoek de betere kwaliteit van de Amsterdamse cement boven het Utrechtse was vastgesteld, schakelde het Utrechtse bedrijf over op productie van Amsterdamse cement met klei uit het IJ. Uit het onderzoek bleek verder dat het Amsterdamse cement in kwaliteit nagenoeg gelijk was aan de Dordtse variant waarin tras was verwerkt. Cazius, Booys en een investeerder, Gijbrecht Asschenbergs, verwierven in 1810 een nationaal octrooi voor de vervaardiging van Amsterdamse cement, dat in 1814 door koning Willem I werd herbevestigd. In aanbestedingen van publieke ´waterdichte´ werken werd het geoctrooieerde Amsterdamse cement vereist. Het cement werd toegepast in vele sluizen van Amsterdam, kazernes van de genie en het droogdok bij het Nieuwe Diep, dat gebouwd werd onder leiding van inspecteur-generaal van de Waterstaat Jan Blanken. Door het exclusieve octrooi was er veel weerstand bij de reguliere aannemerij bij het gebruik van Amsterdamse cement. Na afloop van het octrooi in 1840 nam het gebruik van de Amsterdamse cement af.

In 1824 nam de Engelsman Joseph Aspdin een patent op portlandcement, een product van het branden van kalksteen en klei in steenkoolovens. De Eerste Engelse Portlandcementfabriek werd in 1843 opgericht, de eerste Duitse Portlandcementfabriek stamt uit 1855. De import en productie vanaf 1870 van deze cementsoort in Nederland decimeerde de handel in het Dordtse cement.

Nederlandse Cementindustrie

De ENCI (Eerste Nederlandsche Cementindustrie) ontstond als antwoord op de grondstoffenschaarste tijdens de Eerste Wereldoorlog. De overheidsstudie: Rapport betreffende de oprichting van eene Nederlandsche Cementfabriek stamt uit 1916. Oorspronkelijk zou het om een staatsbedrijf gaan, maar in 1923 begon een Belgisch consortium met het afgraven van de Sint-Pietersberg bij Maastricht ter export naar de Belgische fabrieken van Cimenteries et Briqueteries Réunies (CBR) te Antwerpen. Het is deze maatschappij die samen met het Zwitserse Fabrique Agrovienne de Ciment Portland Holderbank-Wildegg en het Belgische Société Générale de Ciment et de Matériaux (Gecima) te Brussel een consortium vormen. Hieruit ontstond in 1924 de N.V. Eerste Nederlandsche Cementindustrie (ENCI). Op 7 september 1928 begon de productie.

Uit klinker wordt cement geproduceerd door het te vermalen. Bij het vermalen kunnen dan nog hulpstoffen toegevoegd worden om het cement bepaalde eigenschappen te geven. Klinker is beter te bewaren, en goedkoper te transporteren dan cement.

Portlandklinker of klinker is een halffabricaat bij de productie van portlandcement. Het materiaal bestaat uit harde, steenachtige brokken die voortkomen uit sintering van kalksteen, klei en schalie.

TOP


  Museum JoCas © (CC BY-SA 3.0 NL) CC: Creative Commons - Naamsvermelding - Niet-commercieel - Gelijk delen 3.0  Nederland , licentie en © Format: Cor Bastinck ism vml JoCas, Jeugd- en jongerenvereniging. © teksten zie Wikipedia en “Info” © foto’s algemeen zie “Info” en wanneer afwijkend zie onderschrift foto’s bij artikel.

+

+

+

+

Romeins beton: afkomstig van het Fréjus's aquaduct (Fréjus: Romeinse badplaats in het zuiden van Frankrijk, Forum Iulii).

Foto: Michel Royon / Wikimedia Commons, Creative Commons-licenties Naamsvermelding-Gelijk delen 3.0 Unported, 2.5 Algemeen, 2.0 Algemeen en 1.0 Algemeen

Storten van betonmortel in gewapend beton.

Foto: Lionel Allorge

Storten van betonmortel.

Bron: U.S. Navy photo by Seaman Kenneth Johnson  ID 071011-N-5914J-015

Gloeiend hete ongemalen klinker.

 Foto: Macau500