dr.ir.J.C.Walravenir.S.E.J.SpierenburgTH-Delft, vakgroep Betonconstructiesferrocement- een overzichte? : :b'&1dJcl"SSz sssSamenstellende materialenGaasVrijwel overal zijn verschillende soorten gaaste krijgen. De diverse typen zijn opgebouwduit dunne draden die tot een gaasvormigestructuur zijn geweven, gelast, gevlochten ofgetwijnd (fig. 2). De belangrijkste eis is datHoewel ferrocement door de jaarlijkse be-tonkanoraces voor studenten wat meer in depubliciteit is gekomen, bestaat er in Neder-land nog weing bekendheid met het mate-riaal en haar mogelijkheden. Om de kennis-overdracht omtrent ferrocement te bevorde-ren is 17 mei 1984 door de Betonverenigingen het Betondispuut de studiedag 'Ferroce"ment' georganiseerd. De voordrachten endiscussies van deze middag zullen wordengepubliceerd in een door de Betonvereni-ging uit te geven S&E-publikatie.Het hier gepubliceerde artikel is bedoeld alseen algemene introductie, waarbij een aantalbelangrijke aspecten ge?ntegreerd aan deorde komen.2Gaastypena. gewevenb. geweven met gegolfd draadc. gelastd. gedraaide. gevlochtenDe ontwikkeling van richtlijnenvoorferroce-mentconstructies is momenteel in vollegang. In de Verenigde Staten wordt momen-teel door ACI-Committee 549 gewerkt aanhet samenstellen van een handboek voor hetontwerp en de bouw van ferrocementcon-structies. Dit handboekzal hoofdstukkenbe-vatten omtrent eisen aan het materiaal, ont-werpcriteria, fabricage en onderhoud. Degeplande verschijningsdatum is het Interna-tionale Ferrocement Symposium in Bangkokin januari 1985.Op het ogenblik wordt wel gebruik gemaaktvan het door scheepsclassificatiebedrijfDetNorske Veritas uitgegeven voorschrift 'Ten-tative Rules for the Construction and Classi-fication of Ferrocement Vessels'. De hieringestelde eisen zijn echter typisch op descheepsbouw gericht.De laatste 20 jaar is uitvoerig onderzoek ver-richt naar de mechanische eigenschappenen constructieve karakteristieken van ferro-cement. Om deze kennis uit te dragen werdin 1976 het International Ferrocement Infor-mation Center (IFIC) opgericht, als. onder-deel van het Asian Jnstitute of Technology inBangkok. Nieuwe ontwikkelingen wordenverspreid in het drie-maandelijks uitkomen-de Ferrocement Journal. Verder zijn bij hetIFIC talrijke boeken en rapporten verkrijg-baar.Fraaie toepasingen vindt men in de architec-tuur.Een idee van dearchitectonische moge-lijkheden geeft foto 1, een opname van debouw van een aantal daken van een moskeein Amman, Jordani?.Tegenover de hoogwaardige toepassingenin ge?ndustrialiseerde landen, zoals over-kappingsconstructies en schepen, staat detoepassing van ferrocement inontwikke-Iingslanden. Omdat de componenten ce-ment en gaas vrijwel overal te krijgen zijn envervaardiging reeds met betrekkelijk onge-schoolde arbeidskrachten mogelijk is, ligthier als 'aangepaste techniek' een breedscala aan mogelijkheden voor de bouw vangoedkope huizen, waterreservoirs, voedsel-silo's, sanitaire voorzieningen, leidingen etc.Tussen de geschetste extremen van hoog-waardige en betrekkelijk primitieve toepas-singen bestaat nog een groot aantal moge-lijkheden van toepassing in diverse vormen;dit gebied is nog pas ten dele ontwikkeld.1Ferrocement daken op moskee in Amman,Jordani?InleidingFerrocement is een materiaal dat be-schouwd kan worden als een grensgeval vangewapend beton. De betekenisvan dit mate-riaal is vooral gelegen in haar toepasbaar-heid op gebieden die voorheen aan staal enhout waren voorbehouden.Ferrocement is opgebouwd uit cementmor-tel met daarin een aantal lagen gaas, be-staande uit draden met diameters van 0,5 tot1,0 mm op afstanden van 5 tot 25 mmo Hetvolume van het gaas is ongeveer 1 tot 8%van het totale volume van het composietma-teriaal. De dekking op de buitenste laag is1,5 tot 2,0 mm voor eenvoudige en 3 tot 4mm voor hoogwaardige toepassingen. Demortel is samengesteld uit normaal cement,water en fijn zand en wordt meestal met dehand opgebracht. De fijne verdeling van dewapening leidt tot een relatief homogeenmateriaal met grote sterkte, vervormingsver-mogen en stootvastheid. Door de fijn ver-deelde wapening blijven de scheuren in hetgebruiksstadium met het blote oog bijna on-zichtbaar.Door haar eigenschappen is het materiaalbijzonder geschikt voor dunwandige con-structies. Dat zelfs aan hogeeisen van water-dichtheid en stootvastheid kan worden vol-daan, blijkt uit toepassing in descheeps-bouw fjachten).Vergeleken met gewapend beton bestaat ereen grotere vrijheid van vormgeving. Daarte-genover staat dat de vervaardiging tamelijkarbeidsintensief is en dat het gaas per kiloduurder is dan betonstaal.Cement XXXVI (1984) nr. 9 5838 x810 x 10mooswijdteproefstuk dikte 20 mmdraaddiameter 1mmma/Jswijdte 10 x 10 mmdraaddiameter 1mm4r---~----~--~----'E?~ 3E.!:'"C-.;~ 2-"x"E5r---~-~~----------'8 10aantal logen gaas4 x 46x6E?45Maximum korrelafmeting in afhankelijkheidvan het aantal lagen gaas [4]MortelDe mortel wordt in het algemeen met de handopgebracht. De samenstelling moet daaropzijn afgestemd. De maximum korrelafmetingvan de toeslagmaterialen hangt af van demaaswijdte van het gaas, het aantal lagen,de gewenste dekking en de dikte van het fer-rocement-element. Door een juiste begren-zing van de korrelgrootte wordt ontmengingvan de mortel verhinderd en wordt een goedeen snelle verdichting verkregen. Figuur 5geeft voor een veel voorkomend geval de re-latie tussen maaswijdte, aantal lagen en ma~ximum korrel. In figuur 6 is voor maaswijdte1Ox1 0 mm en draaddiameter 1 mm de relatiegegeven tussen plaatdikte, aantal lagen enmaximumkorrelafmeting.Wat betreft de korrelgradering kunnen de infiguur 7 aangehouden grenzen worden aan-bevolen. Meestal zal het noodzakelijk zijnfracties samen te voegen om de vereiste op-bouw te verkrijgen.3Veel toegepaste wapeningsvormen25plaatd i kte in mm200.60 1.18 2.36 4.75 9.5zeetopening mm1520100 r----~-----_z"""'~_===-"g' 80?"~"~60coc:"co:; 40o"tJ6Maximum korrelafmeting als functie van deplaatdikte [4]In het Stevin laboratoriurn van de TH-Delftwerd een onderzoek gedaan op het gebiedvanlow cost housing 16,7] (foto 8). Om eco-nomische redenen werden hier minder ce-mentrijke mengsels gebruikt, die echter nogredelijk hoge sterktewaarden leverden (ta?belt).De sterkte die men wil bereiken zal afhanke-lijk zijn van de gebruiksbestemming van deconstructie. Voorgevallen waarin hoge eisenworden gesteld aan sterkte, stootweerstanden waterdichtheid, zoals bijvoorbeeld bij debouw van schepenhet geval is, wordt aanbe-volen uit te gaan van een gewichtsverhou-ding van ??n deel cement op ongeveer 1,5tot 2 delen zand. De water-cementfactormoet zo laag mogelijk worden gehouden omhet materiaal een consis~ente kwaliteit enverwerkbaarheid te geven. De na te strevenwater-cementfactor is ongeveer 0,40. Opdeze manier bereikt men, afhankelijk van decementsoort, 28-daagse prismadruksterk-ten tussen 70 en 100 N/mm2en buigtrek-sterkten tussen 10 en 16 N/mm2(gemetenop prisma's 40x40x150 mm). In andere ge~vallen is een dergelijke hoge kwaliteit nietvereist.4Aanbrengen van de mortel met de handhet gaas gemakkelijk te hanteren is en, zo-nodig, flexibel genoeg is om rond scherpehoeken te worden gevouwen.De opbouw van het gaas in lagen kan heelverschillend zijn. Wanneer de lagen gaas di-rect over elkaar worden aangebracht, zijndikten van minderdan 10 mm mogelijk. Wan-neergebruik wordt gemaakt van afstandhou-ders, meestal in de vorrn van wapeningssta-ven met kleine diameters (0 6 mm), vindtmen als regel dikten tussen 15 en 30 mm(fig. 3).De laatste opbouw treft men veel in descheepsbouwaan.De functie van het gaas is twee-ledig. In deconstructiefase fungeert het, in combinatiemet de verstijvende wapeningsstaven, alsondersteunende structuur voor de aan tebrengen mortel (foto 4). In de gebruiksfasewerkt het gaas als wapening.Aanbrengen van de mortelIn het algemeen vindt het aanbrengen vande mortel nog met de hand plaats. Door destijfheid van het mengsel blijft de mortel bijhet opsmeren op zijn plaats. Meestal vindthet aanbrengen tweezijdig plaats. Wanneerde ene zijde is aangesmeerd en verhard, kande mortel vanaf de andere zijde worden op-gebracht. Hierbij is trillen, met een handtril-ler, noodzakelijk om luchtinsluitingen tussende lagen te voorkomen.Bij eenzijdig aansmeren is het moeilijker omtot volledige mortelpenetratie te komen.Hierbij kan gebruik worden gemaakt vansteun door triplex of latten aan de anderezijde. Foto 9 toont het opbrengen van demortel bij de vervaardiging van een dakele-ment in het Stevinlaboratorium [6]. De wape-ning bestond hier uit zes lagen kippegaas.Hiervan werden er eerst drie gespannen enafgesmeerd, waarna deze procedure met devolgende drie lagen werd herhaald. De uit~7Korrelopbouw, met ASTM-grenslijnen [tl8Dakelement voor low-cost housing, nabeproeving in het Stevin-IaboratoriumCementXXXVI (1984) nr. 9 584Tabel 1Enkele martelsamenstellingen metsterktewaardentoepassing jachtbouw low-cost housing(lit. 2) (lit. 7)cementsoort heB pcBzeefdoorgang (OIo) 14/51/83/100/100 9/22/40/65/100bij 0,25/0,5/1 ,0/2,0/4,Ommvolumieke massa kg/m32,27 2,30water-cementfactor 0,35 0,50 0,60water (kg/m3) 255 208 171cement (kg/m3) 729 415 283toeslagmateriaal (kg/m3) 1282 1680 1645kwartspoeder (kg/m3) - - 121plastificeerder(kg/m3) - 1,6 1,6buigtreksterkte (N/mm2)* 16 10 6druksterkte (N/mm2)* 91 50 30* op prisma's 40 x 40 x 150 mm, na 28 dagen verharding2. Spanning waarbij eerste scheur optreedtKenmerkend voor het gedrag van ferroce-ment is de spanning, waarbij de eerstehet aanmaakwater verhindert, voldoende.Daarna moet besproeing met water plaats-vinden.Mechanische eigenschappenBelasting in het vlak1. Stijfheid en sterktePlaatvormige elementen van ferrocementhebben door hun geringe dikte een beperktdraagvermogen qua buiging. Bij het dimen?sioneren van constructiedelen zal men danook vaak stijfheid en sterkte ontlenen aan devorm van de doorsnede (fig. 10). De trekzo-ne kan hierbij opgebouwd worden gedachtuit een aantal lagen die op zuivere trek wor-den belast. Het gedrag onderzuivere trekbe-lasting is dan ook een van de belangrijksteaspecten van ferrocement.Een typisch last-verplaatsingsdiagrarn zietmen in figuur 11 [13]. Evenals bij gewapendbeton ziet men het optreden van een onge-scheurde-, een elastische gescheurde- eneen vloeifase. Evenzo neemt de draagkrachttoe met een toenemende hoeveelheid wape-ning (lagen gaas).Opmerkelijk is dan ook de toename van debreukrek. Bij9 lagen nadert de maximale rekvan het proefstuk de maximale rek van hetstaal alleen. Shah [13] schrijft hierover: 'Ditlaatste verschijnsel kan beschouwd wordenals de sleutel van het gedrag van ferroce-ment. Als het aantal wapeningslagen toe-neemt vanaf 2 dan blijkt dat in de gescheurdezone door het toenemende hechtingsopper-vlak van het gaas meer en meer scheuren perlengte-eenheid optreden. Bij weinig wape-ningslagen ziet men dan ook weinig scheu-ren, hetgeen inhoudt dat het staal slechts openkele punten onder hoge spanning staat.Worden echter veel wapeningslagen toege-past dan ontstaat er, als gevolg van het groteaantal scheuren, een min of meer uniformespanningsverdeling van het staal in lengte-richting, waardoor een grotere totale rek vanhet proefstuk bij breuk ontstaat'.Walkus [11] beschrijft een gemechaniseerdemethode voor de produktie van dakliggersvan ferrocement met een willekeurige door-snede. Hierbij wordt uitgegaan van het lan-ge-bank systeem. Alle handelingen, vereistvoor het aanbrengen van de mortel, het ver?dichten en het vormen van de vereiste door-snede, vinden plaats in ??n arbeidsgang,waarbij de apparatuur zich met een snelheidvan 0,5 - 2,0 m/min voortbeweegt. Een an-dere methode ishetstampen of drukken vaneen schaalelement met een voorgevormdwapeningsnet [4].eindelijke dikte van het verharde elementwas gemiddeld 14 mmoHet arbeidsintensieve karakter van de ver-vaardiging van ferrocement is er debet aandat het materiaal voornamelijk buiten dege?ndustrialiseerde landen een grote vluchtheeft genomen. Massaproduktie, met man-kracht, vindt men dan ook in landen als Chinaen Cuba, waar per jaar duizenden vis- envrachtboten worden gebouwd.De laatste tijd wordt ook melding gemaaktvan procedures, waarbij het aanbrengen vande mortel gemechaniseerd is. Succesvol ge-bruik van de spuitbetontechniek bij de ver-vaardiging van schepen en pontons wordtgemeld inlit. 8 en 9. Hierbij wordt uitgegaanvan een waterrijk mengsel. Bij het gebruikvan droge mengsels kan terugspringen vantoeslagstoffen en kunnen andere kwaliteits-controleproblemen optreden. Dezelfdetechniek werd ook aangewend voor de pro-duktie van 35 m lange en 2,17 m hOJe koker-liggers uit ferrocement[10].Na het aanbrengen van de mortel moet dedekking minstens gelijk zijn aan de draaddia-meter, maar niet meer bedragen dan onge-veer 2 mmo Omdat de oppervlakte/volume-verhouding van de aangebrachte mortelgroot is en bovendien met eenlage water-ce-mentfactor wordt gewerkt, is een zorgvuldi-ge nabehandeling essentieel. Gedurende deeerste 12 tot 24 uuris een over de oppervlak-te aangebrachte folie, die de verdamping van7la en9~9_~la!;!:ge~n_ _-i ~[)IIfm(]..IIIII:+[)I?m:].IIIII 1I