Krimp in relatie tot scheurvorming

De hoeveelheid water in een vers met cement gemengd funderingsmateriaal is afgestemd op de verwerkbaarheid van het mengsel in het werk. Het water werkt als smeerolie tussen de materiaalkorrels bij het verdichten van de funderingslaag. Bij het zogenoemde optimumvochtgehalte bevat het mengsel de hoeveelheid water waarbij de maximumproctordichtheid wordt bereikt. In de praktijk wordt bij de aanleg gewerkt met een vochtgehalte dat ongeveer 2% (m/m) lager ligt dan dit optimumvochtgehalte. Slechts een gedeelte van het aanwezige water is benodigd voor de hydratatie van het uithardende cement dat de korrels bindt tot een stijve plaat. Het gehalte aan vrij (= niet chemisch gebonden door hydratatie) water en het gehalte aan vrij cement bepalen hoofdzakelijk de potentiële krimp van het gebonden funderingsmateriaal. Krimp is een belangrijke eigenschap van cementgebonden materialen die kan leiden tot scheurvorming.

Scheuren ten gevolge van krimp zijn doorgaans brosse scheuren. Figuur 2.10 verduidelijkt de begrippen bros en taai scheurgedrag. Een breuk is bros als na bezwijken de sterkte of draagkracht in één keer in elkaar klapt (zie materiaal J). Bij een taai materiaal blijft na bezwijken nog reststerkte over waardoor het materiaal nog steeds spanningen kan overdra­gen (zie materiaal K). Taai vervormingsgedrag is kenmerkend voor bitumineus gebonden materialen.

De aanwezigheid van scheuren met beperkte scheurwijdte hoeft in eerste instantie geen desastreuze gevolgen te hebben voor de draagkracht van de constructie. Ter plaatse van de scheurtjes in de funderingslaag worden in de bovenliggende verhardingslaag scheurtjes geïnitieerd, die in de gebruiksfase van de weg doorgroeien tot aan de bovenkant van het wegdek. Indringend hemelwater en vuil kunnen dan een ondermijnende werking uitoefenen op het gedrag van de verhardingsconstructie. Om de doorgroei van de scheuren naar het wegdek te vertragen worden in wegontwerpen eisen gesteld aan de minimumdikte van de dekking door asfalt.

Krimp kan in de volgende vormen worden onderscheiden:

• plastischekrimp;
• hydratatiekrimp,ookwelchemische ofinwendige krimp genoemd;
• uitdrogingskrimp,ookwelhygrischekrimpgenoemd;
• temperatuurkrimp,ookwelverhardingskrimp genoemd.

Plastische krimp treedt op wanneer het pas verdichte, nog niet verharde materiaal aan het oppervlak sterk uitdroogt. Er kan dan scheurvorming optreden met een spinnenwebachtige structuur zoals in uitdrogende klei. Deze scheuren zijn meestal niet diep en kunnen voor het bereiken van de eindbinding van het cement nog worden dichtgewerkt.

Na menging van het cement met water zal het cement hydrateren. Bij dit chemische proces worden cementhydraten gevormd die niet meer in water oplosbaar zijn. Tijdens de cementhydratatie wordt een deel van het ingemengde water opgenomen in de hydraatproducten. Omdat het in deze vorm aanwezige water minder volume inneemt dan het oorspronkelijke water, krimpt de cementsteen (chemische krimp). Deze chemische krimp resulteert in fijne poriën in de cementgel, maar heeft geen uitwendige volumeverandering tot gevolg en kan dus geen aanleiding zijn voor scheurvorming.Indebetontechnologiewordt dezekrimpdanookwelinwendigekrimp genoemd.

Het resterende, niet-­gebonden water (door uitdrogingzaldehoeveelheidafnemenindetijd), zal zich steeds meer terugtrekken op de korrelcontactpunten, wat leidt tot steeds grotere capillaire krachten. Dit proces zal capillaire krimp tot gevolg hebben. Deze wordt ook wel uitdrogingskrimp genoemd (hygrische krimp).

Uitdrogings- en temperatuurkrimp samen worden in deze publicatie samengevat met de term uithardingskrimp. Deze beide vormen van krimp veroorzaken samen de externe vormverandering van het funderingsmateriaal.

Ten slotte komt bij de cementhydratatie warmte vrij. Deze hydratatiewarmte zorgt er in eerste instantie voor dat het verhardende mengsel uitzet. Bij een afnemende hydratatiesnelheid zal steeds minder warmte worden geproduceerd en zal het mengsel weer krimpen. Dit is de zogenoemde verhardingskrimp.

Alle uitwendige vormen van krimp zullen tot krimpscheuren kunnen leiden wanneer de vervorming van de fundering wordt verhinderd. Bij een belemmering van de krimp treedt een trekspanning op. Als deze trekspanning groter is dan de tot dan toe opgebouwde treksterkte van de fundering, zal de fundering scheuren. Bij verhinderde verhardingskrimp zal zich in de funderingslaag vaak één tot twee weken na aanleg op regelmatige afstanden van ongeveer 5 m scheurvorming met een beperkte (minder dan 1 mm) wijdte manifesteren. Bij sterke en stijve cementgebonden funderingslagen zijn de scheurafstand en scheurwijdte (5 mm of meer) groter dan bij zwakkere en slappere funderingen. Door een afgewerkte funderingslaag van zandcement binnen 24 uur na aanleg te sealen of te asfalteren, kan de uitdroging in enige mate worden gereguleerd met grotere (10 à 15 m) scheurafstanden en een relatief beperkte (2 à 3 mm) scheurwijdte als resultaat. Bij verwachte hoge sterktes en stijfheden wordt in de praktijk gekozen voor het ‘ontspannen’ van de funderingslaag, waarbij vóór het asfalteren met behulp van een zwaar voertuig scheuren in de fundering worden geïnitieerd.