Partikelgrootte-analyse

Geen enkel betonmengsel slaagt zonder de juiste gradering. Partikelgrootte-analyse legt bloot hoe de verhouding tussen fijn en grof materiaal werkelijk in elkaar steekt. In de bouw draait alles om de pakkingsdichtheid; hoe beter de holle ruimtes tussen grote korrels worden opgevuld door kleinere deeltjes, des te sterker het eindproduct. Of het nu gaat om de vloeibaarheid van een gietmortel of de stabiliteit van een wegfundering, de korrelverdeling bepaalt de prestaties onder belasting. Men gebruikt hiervoor vaak de zeefkromme. Deze grafische weergave toont in één oogopslag of een zand- of grindmonster voldoet aan de gestelde bestekseisen en normen zoals de NEN-EN 933-serie.

Trilling en beweging vormen de fysieke kern van de analyse bij grove toeslagmaterialen. Een representatief monster ondergaat eerst een droogproces om klontering te voorkomen. Daarna volgt de plaatsing op een gestapelde reeks genormeerde zeven. De mazen worden van boven naar beneden steeds fijner. Het schudapparaat brengt de kolom in een gedefinieerde beweging. Deeltjes zoeken hun weg omlaag. Wat achterblijft op elk niveau wordt gewogen. Zo worden de massafracties bepaald. Dit proces van mechanische scheiding is de standaard voor zand en grind in de betontechnologie.

Wanneer de materie te fijn wordt voor fysieke mazen, verschuift de techniek vaak naar optische metingen. Laser-diffractie analyseert de interactie tussen licht en materie in een meetcel. De afbuiging van de laserstraal verraadt de omvang van de zwevende deeltjes. Sensoren registreren de lichtintensiteit onder verschillende hoeken. Geen zeven meer. Alleen data. In een vloeistofstroom of via een luchtstroom passeren miljoenen deeltjes de meetcel voor een statistisch betrouwbaar beeld. De resultaten van deze verschillende methodieken resulteren in een cumulatieve verdeling. Deze grafische weergave, de zeefkromme, maakt de onderlinge verhoudingen tussen de verschillende korrelgroepen inzichtelijk.

Klassieke zeving en sedimentatie

In de dagelijkse bouwpraktijk maken we een hard onderscheid tussen grove toeslagmaterialen en de fractie die door de vingers glipt. Voor zand en grind is de mechanische zeefanalyse de absolute standaard. Men spreekt hier vaak simpelweg over de graderingstest. Bij vervuilde granulaten of mengsels met een hoog gehalte aan fijne deeltjes is droog zeven onvoldoende; daar biedt natte zeving uitkomst om kleefstoffen en slibdeeltjes handmatig of machinaal van de grotere korrels te spoelen. Wanneer de materie de grens van 63 micrometer passeert, stopt de effectiviteit van de fysieke maas. In de geotechniek regeert dan de sedimentatiemethode, beter bekend als de pipetmethode of de hydrometermeting. De wet van Stokes vormt hier de theoretische basis. Deeltjes zinken in een vloeistofkolom. De bezinkingssnelheid verraadt de diameter. Zwaarder zakt simpelweg sneller.

Laserdiffractie en digitale beeldverwerking

Moderne laboratoria voor cement en vulstoffen wijken steeds vaker uit naar laserdiffractie. Het is razendsnel. De nauwkeurigheid bij microscopisch kleine fracties is ongeëvenaard in vergelijking met handmatige methoden. Toch schuilt er een addertje onder het gras: de aanname dat elk deeltje een perfecte bol is. In de werkelijkheid zijn korrels hoekig, plat of stengelvormig. Hier komt digitale beeldanalyse (DIA) om de hoek kijken. Terwijl een traditionele zeef enkel de kleinste dwarsdoorsnede van een korrel meet, analyseert een hogesnelheidscamera de volledige geometrie tijdens de val. Vormfactor telt mee. Hoekigheid beïnvloedt immers direct de interne wrijving van een asfaltmengsel en de vloeibaarheid van zelfverdichtend beton. Een ronde grindkorrel gedraagt zich fundamenteel anders dan een gebroken steenslag van exact dezelfde massa.

Een betontechnoloog controleert de binnenkomende zandfracties voor een hoogwaardig mengsel. Hij ziet in de zeefgrafiek een plotse dip bij de middelste korrels. Dit wijst op een discontinu mengsel. In de praktijk betekent dit dat er extra cementpasta nodig is om de holle ruimtes te vullen. Dat is duur. Bovendien verhoogt het de kans op krimpscheuren in de uiteindelijke constructie. De partikelgrootte-analyse voorkomt hier dat een inferieur mengsel de bekisting in gaat.

Bij de aanleg van een wegfundering met menggranulaat is de fractie aan fijne deeltjes juist de kritieke factor. Te veel stof? Dan wordt de laag vorstgevoelig. Door capillaire werking trekt de fundering water aan, dat vervolgens bevriest en het asfalt omhoog drukt. De wegbeheerder voert daarom controles uit om te zien of de korrels optimaal in elkaar grijpen. Stabiliteit onder zwaar verkeer valt of staat bij deze interne wrijving tussen de verschillende korrelafmetingen.

Producenten van zelfverdichtend beton sturen op microniveau. Hier volstaat de traditionele zeeftoren niet. Men zet laserdiffractie in om vulstoffen, zoals kalksteenmeel, nauwkeurig te keuren. Een minieme afwijking in de deeltjesgrootte verandert de viscositeit van de mortel direct. Het vloeit niet meer soepel langs de wapening. Of de boel ontmengt juist. Een consistente verdeling garandeert dat het beton elke hoek van een complexe bekisting bereikt zonder dat er een trilnaald aan te pas komt.

De stukadoor merkt het effect van de analyse ook direct aan zijn spaan. Bij de productie van dunpleister of fijne mortels bepaalt de korrelopbouw de zogenaamde 'open tijd'. Een verkeerde gradering onttrekt te snel vocht aan het mengsel. Het resultaat is een korrelig oppervlak dat nauwelijks fatsoenlijk glad te strijken is. De fabrikant monitort dit proces continu om de verwerkbaarheid op de bouwplaats constant te houden.

NEN-EN 933 en de Verordening Bouwproducten

Naleving is in de professionele bouwketen geen vrijblijvende keuze. Voor toeslagmaterialen vormt de NEN-EN 933-serie de ruggengraat van de kwaliteitsborging, waarbij specifiek deel 1 de mechanische zeefmethode dicteert. Deze normen zijn onlosmakelijk verbonden met de Europese Verordening Bouwproducten (CPR). Fabrikanten moeten een prestatieverklaring (DoP) opstellen. Zonder een correct uitgevoerde partikelgrootte-analyse is een CE-markering ongeldig. Geen geldige markering betekent simpelweg dat het materiaal niet mag worden toegepast in constructieve elementen. De wetgever eist via het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) dat bouwstoffen de veiligheid niet in gevaar brengen. Korrelverdeling is hierbij een fundamentele parameter.

Productspecifieke eisen vallen onder geharmoniseerde normen zoals NEN-EN 12620 voor betonmortel of NEN-EN 13242 voor ongebonden materialen in de weg- en waterbouw. Deze standaarden verwijzen direct naar de analysemethodieken voor de korrelgradering. In bestekken, zoals de RAW-systematiek, wordt vaak verwezen naar deze normatieve kaders om de civieltechnische kwaliteit te waarborgen. Een afwijking in de zeefkromme buiten de gestelde toleranties leidt juridisch tot non-conformiteit. Levering afgekeurd. Herstelwerkzaamheden onvermijdelijk.

Het begon met grof vlechtwerk en handmatige selectie. De Romeinen wisten al dat de sterkte van hun mortel afhing van de korrel, maar van een gestandaardiseerde analyse was toen nog geen sprake. Pas met de opkomst van modern cement in de negentiende eeuw ontstond de noodzaak om fijne fracties exact te meten. Ingenieurs realiseerden zich dat willekeur de vijand van constructieve veiligheid was. In 1907 publiceerden William Fuller en Sanford Thompson hun onderzoek naar de optimale pakkingsdichtheid. De Fuller-curve was geboren. Deze ideale parabool vormt nog steeds de theoretische basis voor moderne betonmengsels. Men streefde naar minimale holle ruimtes. Maximale dichtheid werd het doel.

De techniek bleef decennialang fysiek en arbeidsintensief. Zeeftorens werden met de hand geschud tot de spieren verzuurden. Pas halverwege de twintigste eeuw deden mechanische schudapparaten op grote schaal hun intrede in het laboratorium, spoedig gevolgd door de eerste pogingen om met vloeistofsedimentatie de grens van de zichtbare korrel te passeren. De wet van Stokes, al in 1851 geformuleerd, werd eindelijk de praktische standaard voor geotechnisch bodemonderzoek. Maar de echte revolutie was optisch. Vanaf de jaren zeventig veranderde laserdiffractie het speelveld volledig. Wat voorheen uren kostte, gebeurde nu in seconden. Geen zand tussen de vingers meer. Alleen nog pulserend licht en algoritmes die de chaos van miljoenen deeltjes vertalen naar een strakke grafiek.

• https://www.microtrac.nl/nl/toepassingen/kennis-databank/vergelijking-van-verschillende-deeltjes-analyse-technieken/
• https://benelux-scientific.be/nieuws/bepaling-van-deeltjesgrootte-en-deeltjesvorm-in-het-lab/
• https://libstore.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/275/152/RUG01-002275152_2016_0001_AC.pdf
• https://www.retsch.nl/nl/producten/zeven/analysezeven/mesh-sieves-other-sizes/