Zelfherstellend Beton (4hv) - Praktische Opdrachten

Proef 1: Hydratatie van cement
Proef 2: Zichtbaar maken van binding met water
Proef 3: Beton maken
Proef 4: Zouten, het aantonen van de ionsoorten in aanmaakwater
Proef 5: Chemische tuin
Proef 6: Kristalgroei
Proef 7: Bevat soda kristalwater?
Proef 8: Hoeveel mol water bevat kristalsoda?
Proef 9: Zelfherstellende materialen
Proef 10: Zelfherstellende werking van beton

 

 


Proef 1: Hydratatie van cement

 

Benodigdheden

•    2 plastic bekertjes
•    roerstaaf
•    10 mL maatcilinder
•    thermometer
•    weegschaal     
•    25 g snelcement
•    25 g metselzand
•    20 mL leidingwater

 

Handelingen
Deel 1: Het maken van zand & water- mengsel
Weeg met de weegschaal ca. 25 g zand af en doe dit in een plastic bekertje. Meet daarna met de maatcilinder ca. 10 mL leidingwater af. Meet de temperatuur van het leidingwater en noteer deze in de tabel. Voeg daarna het water bij het zand en roer het mengsel rustig door met de roerstaaf. Lees na ongeveer 2 minuten opnieuw de temperatuur af en noteer deze.

Deel 2: Het maken van een cement & water- mengsel
Herhaal bovenstaande proef, maar vervang het zand door evenveel snelcement.
Veiligheid: Weeg het snelcement af in de zuurkast.

Nooit cement door de gootsteen spelen. Altijd in prullenbak weggooien!

 

Waarnemingen
Noteer de waarnemingen.

Resultaten
Neem onderstaande tabel over en noteer de resultaten.

 

Conclusie
Noteer de conclusie.

 

terug naar inhoud

 

 

Proef 2: Zichtbaar maken van binding met water

 

Benodigdheden

•    2 plastic bekertjes
•    roerstaaf
•    25 mL maatcilinder
•    weegschaal
•    2 plastic boterhamzakjes     
•    50 g snelcement
•    50 g metselzand
•    40 mL leidingwater

Handelingen

Deel 1: Het maken van zand & water-mengsel

Weeg met de weegschaal ca. 50 g zand af en doe dit in een plastic bekertje. Meet daarna met de maatcilinder ca. 20 mL water af. Voeg nu het water bij het zand en roer het mengsel rustig door met de roerstaaf. Bind daarna het bakje af met het plastic zakje. Zorg er voor dat het zakje goed dicht is.

 

Deel 2: Het maken van een cement & water-mengsel

Herhaal bovenstaande proef, maar vervang het zand door evenveel cement.

Laat beide bakjes ongeveer een week staan.

 

Nooit cement door de gootsteen spelen. Altijd in prullenbak weggooien! 

 

Waarnemingen

Noteer de waarnemingen.

 

Resultaten

Noteer de resultaten.

 

Conclusie

Noteer de conclusie.

 

terug naar inhoud 

 

Proef 3: Beton maken

 

Deze proef bestaat uit twee delen:

Deel 1: mengsels maken

Deel 2: beton breken

 

Benodigdheden per groepje

• mengbak of emmer

• 500 mL bekerglas

• 200 mL bekerglas

• frikadellenbakjes

• boterhamzakje

• grote lepel of plamuurmes

• druppelpipet

• markeerstift 

• plateau

• plastic bekertje

• 1000 g Beamix (is een mengsel van cement, zand en grind)

 

Extra benodigdheden per groepje

groep 3: 500 g zand 

groep 4: 15 g suiker

groep 5: 3 druppels afwasmiddel

groep 6: volièregaas/kippengaas 

 

Handelingen

Deel 1: mengsels maken

In totaal ga je met je klas 6 verschillende soorten beton maken. Verdeel onderstaande 6 mengsels dus over de groepjes in de klas. In de onderstaande tabel staan de stoffen die je per groep moet mengen. 

Markeer de frikadellenbakjes met je naam en nummer!!  

 

Het mengsel maken:

• Weeg de stoffen af die jouw groep nodig heeft.

Veiligheid: Weeg de Beamix af in de zuurkast.

• Voeg de Beamix en het water bij elkaar

Let op: giet het water er voorzichtig bij, want het cement zal omhoog stuiven!

• Je moet ongeveer een minuut lang goed roeren om te zorgen dat alles gemengd is.

• Vul twee frikadellenbakjes tot de rand. 

 

De kans is groot dat er nog luchtbellen in het mengsel zitten. Wil je de luchtbellen eruit halen, dan kan je het de lucht eruit ‘kloppen’. Doe dat als volgt:

• Laat het bakje zachtjes een paar keer op de tafel vallen. Zo verdeelt al het materiaal zich goed in het bakje. 

• Zet de frikadellenbakjes op plek waar ze minimaal twee dagen kunnen ‘drogen’. Het mengsel gaat nu hydrateren, er ontstaat beton!

 

Extra handeling mengsel 6: 

• Knip het volièregaas/kippengaas zodat het in het frikadellenbakje past. Giet het frikadellenbakje voor de helft vol met het mengsel. Leg het gaas erop en druk dit goed aan. Giet vervolgens het bakje verder vol. 

 

• Doe de rest van het mengsel in een plastic bekertje. Keer het plastic bekertje om op een door de docent aangewezen plek (behalve mengsel 6).

 Nooit cement door de gootsteen spelen. Altijd in prullenbak weggooien!

 

Waarnemingen

 

Resultaten

Beschrijf hoe het beton er uitziet na uitharden.

 

Conclusies deel 1

De hoeveelheid water dat in beton verwerkt wordt heeft grote invloed op de consistentie (verwerkbaarheid). Hoe meer water des te vloeibaarder de specie. Meer water betekent ook dat het beton minder sterk wordt. De verwerkbaarheid wordt onderverdeeld in 6 consistentieklassen:

0 = droog   (bijna geen vocht zichtbaar)

1 = aardvochtig  (beetje vochtig)

2 = halfplastisch  (specie is sterk vochtig)

3 = plastisch   (specie kan matig uitlopen)

4 = zeer plastisch  (specie kan redelijk goed uitlopen

5 = zeer vloeibaar  (specie vloeit zeer goed)

Welke consistentieklasse heeft elk mengsel uit de plastic bekertjes? Gebruik hierbij de waarnemingen uit de tabel. 

 

Deel 2: beton breken

Na minimaal twee dagen is het beton nog lang niet ‘uitgehard’, dit duurt namelijk 28 dagen. Toch is het voldoende uitgehard om verschil in sterkte te kunnen meten tussen de mengsels.

 

Handelingen

•    Volg de instructies bij de pers (deze liggen bij de pers en anders te vinden achter in dit boek op pagina 67).
•    Breek beide beton staven en noteer beide waardes in de tabel en bereken het gemiddelde.

Vul met de hele klas de tabel verder in. 

 

Resultaten

 

Conclusies deel 2

Welk mengsel levert het sterkste beton? En leg uit waarom. 

 

terug naar inhoud 

 

Proef 4: Zouten, het aantonen van de ionsoorten Cl- en SO42- in aanmaakwater

 

Benodigdheden

     ·    analysemonster aanmaakwater
     ·    reageerbuis
     ·    reageerbuisrekje
     ·    druppelflesjes met diverse zoutoplossingen 0,1 M
     ·    trechter
     ·    filtreerpapier

 

Handelingen

Zoek een positieve ionsoort die slechts met één van de twee negatieve ionsoorten een neerslag vormt. Noteer dit bij je waarnemingen.

     ·       Vul een reageerbuis met ongeveer 3 mL aanmaakwater.

     ·       Voeg ongeveer 3 mL van de door jou gekozen oplossing toe aan het aanmaakwater in de reageerbuis.

Er zijn nu twee mogelijkheden: of er ontstaat een neerslag of niet.

     ·       Filtreer, indien nodig, het ontstane neerslag af.

     ·       In het geval er geen neerslag is ontstaan, vul dan een nieuwe reageerbuis met ongeveer 3 mL aanmaakwater.

Zoek nu een positieve ionsoort die met de overgebleven negatieve ionsoort een neerslag vormt.

     ·       Voeg ongeveer 3 mL van de door jou gekozen oplossing toe aan het (eventueel gefiltreerde) aanmaakwater.

 

Waarnemingen

Noteer alle waarnemingen.

 

Resultaten

Geef de vergelijking(en) van de neerslagreactie(s).

 

Conclusies
Geef antwoord op de vraag: zijn de ionsoorten Cl- en SO42- aanwezig in het aanmaakwater? Motiveer je antwoord.

 

Opdrachten bij proef 4:

Opdracht 2.2
Nitraten staan ook op de eerste pagina bij het rijtje stoffen, die in niet al te hoge concentraties mogen voorkomen in het aanmaakwater.
Leg uit of het mogelijk is om met behulp van een neerslagreactie de aanwezigheid van nitraten aan te tonen.

 

Opdracht 2.3
Wat is de invloed van een te hoog gehalte aan chloride- en sulfaationen op de duurzaamheid van het beton?
Bij het formuleren van je antwoord kun je gebruik maken van informatie die o.a. te vinden is op de volgende websites:
    www.cementenbeton.nl/lexicon-links/
    www.ervas.nl/?id=259

 

 

 

 

 

Proef 5: Chemische tuin


Benodigdheden
   •    calciumchloride of magnesiumchloride                
   •    ijzer(III)chloride                
   •    koper(II)sulfaat                
   •    koper(II)chloride                 
   •    natriumsilicaatoplossing (waterglas)(15%)    
   •    zilverzand
   •    filtreerpapier
   •    hoog bekerglas 250 mL
   •    spatel
   •    pincet

Handelingen
   •    Breng op de bodem van het bekerglas een laagje zand van 1 cm aan.
   •    Leg op het laagje zand een filtreerpapiertje (knip dat zo groot dat het zand juist wordt bedekt, maar er geen opstaande rand is ontstaan).
   •    Giet daarop 100 mL van de natriumsilicaatoplossing.
   •    Verwijder het filtreerpapier met een pincet.
   •    Neem een spatelpuntje van elk zout en leg het voorzichtig op het zand. Zorg ervoor dat de verschillende zouten over het zand zijn verspreid.
Kijk goed wat er gebeurt en bewonder de gevormde chemische tuin. Maak een filmpje of een fotoreeks van de chemische tuin (duur ongeveer 10-15 min).
 
Waarnemingen
Noteer je waarnemingen.

Resultaten
Noteer de formules van de zouten. Geef ook de notatie van de natriumsilicaatoplossing

Conclusie
Welke verklaring geef je aan wat er gebeurt?

 

terug naar inhoud 

 

Proef 6: Kristalgroei


Bij de vorige proef, de chemische tuin, was er veel waar te nemen. Die waarnemingen hebben te maken met kristalgroei. Daar gaan we verder op in. In tegenstelling tot de vorige proef gaan we nu één zout gebruiken: blauw koper(II)sulfaat.
De bedoeling is dat je een zo groot mogelijk kristal van dit zout gaat vormen. Je tegenstanders zijn je klasgenoten.

Benodigdheden
   •    blauw koper(II)sulfaat            
   •    hoog bekerglas 150 / 250 mL
   •    staafje (bijv. van glas) dat over het bekerglas kan liggen
   •    draadje
   •    filtreerpapier
   •    trechter

Handelingen
Zoek in Binas op wat de oplosbaarheid van blauw koper(II)sulfaat-pentahydraat is.
   •    Maak een verzadigde koper(II)sulfaatoplossing (verwarm daartoe de oplossing eventueel voorzichtig).
   •    Hang dan het draadje in de oplossing (zie figuur).
   •    Zet de oplossing op een plaats waar het ongeveer twee dagen kan staan. De oplossing moet je niet afdekken.

Na twee dagen:
   •    Filtreer de oplossing.
   •    Schenk het filtraat terug in een schoon bekerglas en hang het touwtje waarop enkele kristallen zitten in de gefiltreerde oplossing.
Herhaal deze handelingen om de twee dagen gedurende maximaal 2 weken.

 

Waarnemingen
Noteer de waarnemingen.

Resultaten
Meet na de laatste dag het kristal op. Noteer de diameter.

Conclusie
Wie heeft het grootste kristal? Wie heeft er gewonnen?

 

terug naar inhoud 

 

Proef 7: Bevat soda kristalwater?


Benodigdheden
   •    wit kopersulfaat
   •    kristalsoda
   •    erlenmeyer
   •    reageerbuis
   •    stop met een gat erin, die past op de erlenmeyer
   •    stop met twee (!) gaten die past op de reageerbuis
   •    slangetje die in het gat van de stop past
   •    bunsenbrander
   •    driepoot
   •    lucifers
   •    houten reageerbuishouder

Handelingen
   •    Bouw de opstelling van hiernaast.
   •    Breng in de erlenmeyer ongeveer 5 gram kristalsoda.
   •    In de reageerbuis doe je een schep wit koper(II)sulfaat.
   •    Doe daarna beide doorboorde stoppen met de slang op de erlenmeyer en de reageerbuis.
   •    Houd de reageerbuis vast met een reageerbuishouder, zodat je je vingers niet kunt branden.
   •    Verwarm nu voorzichtig de soda.
Tip: Het handigste is om de brander voorzichtig heen en weer te bewegen onder de erlenmeyer.
Verwarm minimaal gedurende 10 minuten de erlenmeyer met de.

 

Waarnemingen
Noteer de waarnemingen.

Resultaten
Zoek de formule van kristalsoda op en schrijf deze op.

Conclusie
Zit in soda kristalwater? Leg uit waarom en hoe je dit hebt aangetoond.

 

terug naar inhoud 

 

 

Proef 8: Hoeveel mol water bevat kristalsoda?


Benodigdheden
   •    10 g kristalsoda
   •    petrischaaltje
   •    kroezentang
   •    weegschaal
   •    oven

Handelingen
   •    Noteer op het petrischaaltje je naam en klas.
   •    Weeg het lege petrischaaltje en noteer het gewicht (maak een schema/tabel om je resultaten in te noteren).
   •    Leg ongeveer 10,0 gram soda op het petrischaaltje.
   •    Weeg het petrischaaltje met de soda. En noteer het gewicht.
   •    Zet het petrischaaltje met de soda 30 minuten in de oven (ongeveer 100 - 120 ºC).
Na 30 min:
   •    Haal met een kroezentang het petrischaaltje met de soda uit de oven.
Let op: Warm!
   •    Weeg het petrischaaltje met soda en noteer de massa.
   •    Zet daarna het petrischaaltje weer terug in de oven.
Na 10 min:
   •    Haal het petrischaaltje opnieuw uit de oven.
   •    Noteer weer de massa.
Herhaal de laatste handeling totdat de massa nagenoeg gelijk blijft.

Waarnemingen
Noteer de waarnemingen

Resultaten
Noteer de tabel met de massa’s.
Zoek de chemische formule op van soda. Uit welke ionen bestaat soda?
Wat is de molaire massa van soda?
Bereken hoeveel mol H2O kristalsoda per mol bevat.

Conclusie
Vergelijk het aantal mol H2O in kristalsoda met de chemische formule van soda. Noteer de conclusie.

 

terug naar inhoud 

 

Proef 9: Zelfherstellende materialen


Deze proef bestaat uit twee delen:
Deel 1: Grootmoeders wijze
Deel 2: zelfherstellende materialen

Deel 1: Grootmoeders wijze

Benodigdheden
     •    Borstplaat op grootmoeders wijze
     •    Mes of scherp voorwerp

Handelingen
Van je docent krijg je een stuk borstplaat gemaakt op grootmoeders wijze.
     •    Pak een mes of ander scherp voorwerp en maak een kras in je borstplaat. Probeer dit een aantal keren.
Na 5 min:
Bekijk wat er gebeurt met de sneden in grootmoeders borstplaat.

Waarnemingen
Noteer de waarnemingen.

Resultaten
Wat gebeurt er met grootmoeders borstplaat als je er met een mes in snijdt?
Wat gebeurde er met deze krassen? Wat zegt dit over de borstplaat?

Conclusie
Zijn de krassen verdwenen? Met andere woorden is grootmoeders borstplaat een zelfherstellend materiaal?


 

Deel 2: zelfherstellende materialen

Vraag aan je docent of je de zelfherstellende borstplaat zelf maakt of dat je er één krijgt.
Krijg je er één van je docent, ga verder met de handeling vanaf ‘experimenten met borstplaat’. Maak je de borstplaat zelf, ga verder hieronder.

Benodigdheden
     •    bunsenbrander
     •    lucifers
     •    200 mL bekerglazen
     •    250 mL maatcilinder
     •    10 mL maatcilinder
     •    petrischaal
     •    mes of ander scherp voorwerp
     •    weegschaal    
     •    225 g suiker
     •    10 mL huishoudazijn (4 massa %)
     •    water

Handelingen
     •    Doe in een bekerglas 115 ml water.
     •    Voeg 10 ml azijn aan toe.
     •    Los hierin 225 gram suiker op.
     •    Roer zo lang tot er geen suikerkristallen meer te zien zijn.
     •    Verwarm het mengsel voorzichtig.
Je gaat nu het mengsel inkoken tot een stroperige massa. Zorg er voor dat het mengsel aan de kook komt, maar pas op dat je het niet te hard verwarmt (de suiker karameliseert dan/er ontstaat een bruine oplossing).
Na ongeveer 20 minuten:
Het mengsel is nu stroperig.
     •    Controleer of het stroperig genoeg is door met een lepel wat van het stroperige mengsel in een bekerglas met water te gooien. Als het mengsel stroperig genoeg is zakt het als een klont naar de bodem.
     •    Als het niet stroperig genoeg is, dan nog even verwarmen en opnieuw controleren.
     •    Giet het mengsel in een petrischaal.
Laat de stroperige massa afkoelen en opstijven. Je hebt nu je borstplaat.

Experimenteren met borstplaat
     •    Pak een mes of ander scherp voorwerp en maak een kras in de borstplaat.
     •    Doe dit een aantal keer.
Na 5 min:
Bekijk wat er gebeurt met de sneden in de zelfherstellende borstplaat.
 
Waarnemingen
Noteer je waarnemingen.

Resultaten
Wat gebeurt er met de zelfherstellende borstplaat als je er met een mes in snijdt?
Wat gebeurde er met deze krassen? Wat zegt dit over de borstplaat?

Conclusie
Zijn de krassen verdwenen? Met andere woorden is deze borstplaat een zelfherstellend materiaal?

 


Conclusie deel 1 en 2
Beschrijf in eigen woorden wat een zelfherstellend materiaal is.

 

terug naar inhoud 

 

Proef 10: Zelfherstellende werking van beton


Achtergrondinformatie
Als beton wordt gemaakt, zijn er heel veel aspecten waarop gelet moet worden. Behalve het soort materiaal, cement, zand, grind en water, dat gebruikt wordt, moet ook gelet worden op de vochtigheid van de omgeving of de temperatuur. Zal de omgeving in de woestijn te droog zijn? Zou het op de Noordpool te koud zijn? Je gaat nu onderzoeken wat goede omstandigheden zijn voor cement om uit te harden.

Benodigdheden per groep
    •    500 mL bekerglas
    •    emmer of mengbak
    •    5 frikadellenbakjes
    •    plastic boterhamzakjes
    •    lepel of plamuurmes
    •    elastieken    
    •    cement
    •    zand
    •    water

Handelingen
Er zijn twee soorten mengsels die gemaakt kunnen worden, de docent beslist welke jouw groep gaat doen.

    •    Schrijf op het frikadellenbakjes mengsel A of B en jullie namen.
    •    Weeg de stoffen af.

Veiligheid: Weeg het cement af in de zuurkast.

    •    Voeg de stoffen samen en meng goed.
    •    Verdeel het mengsel over de 5 frikadellenbakjes.
    •    Zet 2 van de 5 bakjes in een boterhamzakje.
    •    Zet 2 van de 5 bakjes in de open lucht.
    •    Zet 1 bakje in de koelkast.
Laat de mengsels 3,5 - 4 uur laten hydrateren. Als de mengsels nog te nat en dus niet echt breekbaar zijn, laat ze dan iets langer staan.
Na ca. 4 uur:
    •    Let op: Breek de betonstaven in het bakje.
    •    Voeg bij alle 5 de betonstaven een klein beetje water toe.
Zorg dat het water voornamelijk in het breukvlak komt.
    •    Doe een elastiek om het frikadellenbakje
Laat de betonstaven een week rusten/reageren.



Waarnemingen
Bekijk welke betonstaven zijn hersteld van de breuk, en welke nog steeds gebroken zijn.

Resultaten
Is de samenstelling belangrijk om beton ‘zelfherstellend’ te maken?
Heeft zelfherstellend beton een bepaalde hardingstemperatuur nodig?
Heeft zelfherstellend beton een bepaalde vochtigheid nodig tijdens het harden?
Is de breukgrootte belangrijk?
Wat zijn de beste omstandigheden om zelfherstellend beton te maken?

Conclusie
Sommige breuken zijn hersteld ander waarschijnlijk niet. Dat maakt niet uit, je wilt immers weten welke omstandigheden wel en welke niet ideaal zijn om zelfherstellend beton te maken. Geef nu in eigen woorden weer wat de beste omstandigheden zijn om zelfherstellend beton te maken.

 

terug naar inhoud