Verdichten van beton metTRILAPPARATEN*) doorS.A. VisserNa de laatste oorlog worden in toenemende mate tril-apparaten bij het storten van beton op het bouwwerkgebruikt. Bijna elke nieuwe vinding van enige be-tekenis op technisch gebied wordt aanvankelijk enigs-zins cri tisch beoordeeld en schoorvoetend aanvaard;aldus is het ook gegaan met de toepassing van tril-apparaten bij het storten van beton op het bouwwerk.Thans is het bijna regel, dat bij het maken van enigs-zins belangrijke beton werken de verdichting van hetbeton door middel van trilapparaten geschiedt, waar-door de oude methode van porren of stampen tot hetverleden begint te behoren.De methoden om het beoogde doel te bereiken zijn:1e. het in trilling brengen van de bekisting, doormiddel van bekistingstrillers en2e. door inwendige trilling (vibreren) van het beton,door middel van trilnaalden.Laatstgenoemde methode zal aan de hand van de in-zichten, welke in Amerika en Zweden hieromtrentbestaan, met enige ervaringen uit eigen praktijk wor-den aangevuld. Genoemde inzichten zijn grotendeelsontleend aan een publicatie van ,,The Swedish CementAssociation" te Stockholm.De moderne methode tot verdichting van het betondoor middel van trilapparaten is een ontwikkeling vaneen vroegere uitvoeringswij ze, waarbij een ongewa-pend beton van zeer stijve consistentie in dunne lagenwerd gestort, om vervolgens door middel van zwarestampers een goede verdichting van de onderlingematerialen en verwijdering van luchtholten te ver-krijgen.De latere uitvinding van het gewapend beton schiepde noodzakelijkheid van een meer plastisch beton. Dekennis betreffende de fundamentele hoofdzaken voorhet maken van beton was toen echter nog zeer on-volledig. Overdreven vochtige mengsels werden dik-wijls gebruik, waardoor ontmenging en degradatievan de vastheden en duurzaamheid van het beton op-traden.De fouten van dit natte beton vertoonden zich spoedigin de practijk en gaven de stoot tot meer uitvoerigeonderzoekingen naar de invloed, die de verschillendesamenstellende materialen op de kwaliteit van hetbeton uitoefenen.Het bleek daarbij dat, om een beton van goede kwali-teit te verkrijgen, het watergehalte zo laag mogelijkmoest zijn.In 1927 octrooieerde de Franse ingenieur D e i a u demethode van directe trilling van het beton, welkemethode ook hier te lande de laatste jaren ingangheeft gevonden, terwijl in Amerika, waar toepassingvan deze methode de grootste vorderingen heeft ge- .maakt, bovendien belangrijke proefnemingen in labo-ratoria zijn verricht.De uitwerking van het trillen is onder meer, dat deconsistentie van beton, door een groot aantal trillingenper seconde, van bijvoorbeeld ,,stijf" in ,,plastisch"kan worden veranderd. Deze verandering in gradatietreedt op, doordat de trilling de wrijving tussen detoeslagen, die het beton bevat, opheft en deze metbehulp van de zwaartekracht gemakkelijker in hetkleinste volume doet samenvoegen dan dit met porrenhet geval is. Zodra echter de trilling ophoudt, wordende deeltjes door wrijving weer onbeweegbaar. Doordeze vermindering van inwendige wrijving tussen detoeslagdeeltjes door het trillen slinkt het mengsel doorde zwaartekracht in, met het resultaat dat het volumemet 10 tot 15% vermindert, zodat de dichtheid toe-neemt en de graad van vochtigheid stijgt.*) Zie ook de oproep op biz. 491.Wanneer de trilnaald wordt geplaatst in beton vaneen aardvochtige consistentie, dan zal de naaste om-geving rond de trilnaald zeer spoedig vloeibaar wor-den; deze vloeibaarheid plant zich na enige secondenin alle richtingen voort. De verandering, welke hetbeton tijdens het trillen ondergaat, kan gemakkelijkworden waargenomen, daar het beton in de omgevingvan de trilnaald -- hetwelk eerst poreus en dof was --plastisch en glinsterend wordt. Als de trilnaald tot opeen voldoende diepte in het beton wordt geplaatst,zal de verandering -- tijdens welke de ingesloten luchtals bellen wordt uitgestoten -- zich geleidelijk overde gehele betonmassa verspreiden en uiteindelijk aande oppervlakte zichtbaar worden. Zij, die dit ver-schijnsel enige keren hebben kunnen waarnemen, zul-len aldra op het oog kunnen bepalen, wanneer hetbeton het stadium van voldoende dichtheid heeft be-reikt.Daar de trekvastheid van beton betrekkelijk laag is,kunnen inwendige krachten tengevolge van krimpenvan het beton in betrekkelijk grote constructies aan-leiding geven tot scheurtjes, die als gevolg kunnenhebben, dat er aanzienlijke beschadiging optreedt.Dit gevaar kan aanmerkelijk worden verminderd doortoepassing van trilapparaten. Zoals men in tek. 1, diehet resultaat van Amerikaanse proeven weergeeft,ziet, kan de mate van krimpen worden verminderddoor de water-cementfactor (w.c.f.) te verlagen enhet cementgehalte te verkleinen.Vooral bij grote betonconstructies kunnen deze krimp-tek. 1. invloed van de water-cementfactor en het cementop de krimp480spanningen veel narigheid veroorzaken. Daarom zijner verschillende methoden beproefd om een onge-wenste temperatuurstijging gedurende de verhar-dingsperiode van het beton te voorkomen. Dit kano.a. verwezenlijkt worden door de reeds genoemdevermindering van het cementgehalte, welke door hettrillen mogelijk wordt gemaakt. Bovendien kan ertoeslagmateriaal van groter formaat worden gebruiktbij trilbeton en ook dit helpt mee het krimpen te ver-minderen.Op grond van de veronderstelling dat inwendigetrilling door middel van trilnaalden de homogeniteitvan het beton zou schaden, Was men in sommigekringen wat bevreesd voor deze methode. Men ver-wachtte dat de cementmortel zich zou ophopen in deonmiddellijke omgeving van de trilnaald, met het ge-volg dat het percentage grof materiaal in die delenvan de betonmassa, die het verst van de trilnaald ver-wijderd waren, in omvang zou toenemen.Deze vraag werd in een serie zeer nauwkeurige proe-ven onderzocht door de Professoren D a v i s en r o x e 11, aan de Universiteit te Californi?; de resul-taten van de proeven hebben de geuite veronder-stelling op geen enkele wijze bevestigd.. 2 is afgeleid van een proef genomen door hetCement- en Betoninstituut te Stockholm. In een vanhout samengestelde vorm, waarvan de afmetingenwaren 3,00?3,00?0,80 m werd het beton gestort. Bovende vorm werd door middel van een beweegbare ge-leiding een trilnaald opgehangen, welke op onder-linge afstanden van circa 50 cm in het beton werdneergelaten. De verandering van de drukamplitudewerd in verschillende punten rondom de trilnaald ge-meten en door middel van een oscillograaf geregis-treerd, waarbij het volgende werd vastgesteld.Rondom de trilnaald ontstaat een verdichtingszone inhet beton, hetgeen zich aan het oppervlak in de vormvan een duidelijke inzinking vertoont. Van hetgeener verder in het inwendige van het beton voorvalt,geeft de figuur een duidelijk beeld. Men ziet dat detrilling een hoofdzakelijk horizontale voortplantingveroorzaakt. De drukamplitude in het beton vermin-dert ongeveer lineair met de afstand van de onder-kant der trilnaald. Daar men echter bij het stortenvan het beton de trilnaald op en neer beweegt, zaldit de uitwerking ten goede komen.Het is echter van belang, dat men lang genoeg trilt,doch ook weer niet te lang, daar dit ontmenging kanveroorzaken, zodat de cementmortel naar boven stijgten de grove korrels naar beneden zakken.Men dient de naald bijna verticaal in het beton testeken. Na de vereiste triltijd trekt men haar lang-zaam terug, opdat geen gat in het beton overblijft,waardoor lucht kan worden opgesloten.Men moet steeds voor ogen houden, dat een trilnaalduitsluitend dient tot verdichting van het beton en nietvoor transport van het beton in zijdelingse richtingen.Een trilnaald omvat een stalen buis (vibrator), welkebestaat uit een ingebouwd roterend mechanisme omde trillingen op te wekken. De trilnaald wordt aan-gedreven door een motor, waarmee zij is verbondendoor een flexibele slang (zie foto 3).Inwendige trilling kan worden toegepast bij herHART AFSTANDEN VAN DE TRILNAALD IN Cmtek. 2. drukamplituden in de omgeving van de trilnaald, ge-meten na verschillende tijdstippenbetonneren van wanden, kolommen, vloeren, binten endergelijke constructiedelen. De consistentie van hette trillen beton kan vari?ren van aardvochtig totplastisch. Bij het betonneren van wanden bijv., wordthet beton in lagen, vari?rende van 20 tot 30 cm dikte,opgebracht.De trilnaald wordt in het beton gestoken tot eendiepte van de opgebrachte laag beton. Na algeheleverdichting van het beton rondom de trilnaald, het-geen in normale gevallen ongeveer 10 tot 15 secondenduurt, wordt de buis langzaam terug getrokken en opeen afstand van ongeveer 50 cm weer in het betonneergelaten, totdat de gehele laag beton ten volleverdicht is. Een nieuwe laag beton wordt dan opge-bracht en op dezelfde wijze getrild.Bij het storten van zware vloerconstructies wordt hetbeton, voor zover mogelijk, over de volle vloerdiktegestort en op gelijke wijze als dit bij het betonnerenvan wanden geschiedt, n?et de trilnaald verdicht.Bij het storten van dunnere vloerplaten, b.v. van 10cm dikte, kan de trilnaald ook nog met succes wordentoegepast. Men steekt de naald enigszins schuin in hetop stort aangevoerde beton, trekt haar na enige secon-den langzaam uit en herhaalt dit op korte afstand vande vorige insteek, totdat het beton zich gelijkmatigover een vloergedeelte heeft verspreid.Bij het storten van betonpalen kan men het veelal zoregelen, dat het beton doorlopend wordt gestort doorde trilnaald geregeld op te halen en te verplaatsen.De meest gebruikelijke trilnaalden hebben een toe-rental van 9000 trillingen per minuut. Voor zwareconstructiedelen, zoals funderingswanden en -vloerenwordt over het algemeen een 2?"-trilnaald toegepast,terwijl voor dunne wanden, lichte vloerconstructies envloerbinten, een l3/4"-trilnaald wordt gebruikt.Resumerende kunnen de volgende richtlijnen wordengegeven voor het storten van beton op bouwwerkenbij gebruik van trilnaalden.foto 3. vibrator of trilnaald4811. Zorgvuldige sortering en samenstelling van de fijneen grove toeslagmaterialen zijn voor trilbeton evenbelangrijk als voor gewoon beton.2. Het watergehalte moet in ieder geval zo laag mo-gelijk zijn. Het is echter duidelijk, dat geen over-dreven droge mengsels moeten worden gebruikt.De consistentie van het beton is in het algemeenvoor inwendige trilling goed te noemen, indien hetbeton zich na het uittrekken van de tr?lnaald directweer sluit.3. Het beton wordt het best aangebracht in lagen,vari?rende van 15 tot 30 cm dikte, naar gelang vanhet te storten constructiedeel. In hoeken en opplaatsen, waar het beton bij horizontale verplaat-sing neiging heeft te ontmengen, verdient het aan-beveling het beton vooraf te storten en pas daarnate trillen.Wanneer men beton moet storten op reeds eerdervervaardigd betonwerk, verdient het aanbeveling,eerst een laag cementmortel van 3 tot 4 cm dikteaan te brengen. De consistentie van dit mengselmoet echter vloeibaarder zijn dan die van het nor-male betonmengsel.4. De frequentie en de capaciteit van trilnaalden zijnafhankelijk van de aard van het werk, waarvoordeze moeten worden gebruikt. De frequentie vantrilnaalden moet als volgt zijn:voor inwendige trilling niet minder dan 5 000 tril-lingen per minuut, gewenst echter 9 000 trillingenper minuut of nog hoger. Zware betonconstructies,waarvoor beton van stijve consistentie met grovetoeslag wordt vereist, vragen een tr?lnaald vangrote capaciteit.5. De tr?lnaald moet:a. systematisch in het beton worden gestoken bij eenvoldoend aantal over de oppervlakte verspreid lig-gende punten, welke een afstand van 60 cm innormale gevallen niet mogen te boven gaan; de af-stand mag in elk geval niet groter zijn dan die,welke nodig is om overlapping te verkrijgen van dedoor de tr?lnaald bestreken gebieden van twee aan-grenzende insteekpunten;b. in de gehele dikte van de gestorte laag wordenneergelaten, teneinde van een goede aanhechtingmet de onderliggende laag verzekerd te zijn;c. ongeveer verticaal in het beton worden gestoken entijdens het trillen in het beton kunnen doordringen,voornamelijk tengevolge van de zwaartekracht,zonder geduwd te moeten worden;d. langzaam worden uitgetrokken zonder het trillente onderbreken, opdat geen holte in het beton wordtachter gelaten, waardoor lucht kan worden inge-sloten.Globaal genomen, zal de tr?lnaald in normale ge-vallen bij tussenpozen van ongeveer 10 tot 15 secon-den ingestoken en opgehaald worden voor puntenvan circa 0,50 m van elkaar, terwijl voor grotereafstanden langere tijden nodig zijn.De consistentie van het betonmengsel is ??n van debelangrijkste factoren, die de verwerkbaarheid vanhet beton bepalen. Aangezien beton, dat tijdens hetstorten door middel van trilapparaten wordt verdicht,de mogelijkheid biedt tot het verkrijgen van hogerevastheden, is het noodzakelijk gebleken, voor iederesoort te gebruiken beton een uitbreiding ten aanzienvan het bepalen van de consistentie-waarden te moe-ten toevoegen.Een speciaal apparaat van Zweedse oorsprong en be-kend als de ,,Vee Bee"-consistometer, maakt het mo-gelijk de consistentie onder zeer nauwkeurige con-trole te houden. Genoemde meter, w?lke in tek. 4 isaangegeven, bevat allereerst een triltafel (G), welkeeen metalen pan (A) draagt, die een afgeknotte kegel-vormige trechter bevat, de z.g. kegel van Abrams (B).Deze kegelvormige trechter wordt met beton gevulden daarna op de bekende wijze verwijderd. Nadat debetonnen kegel tot rust is gekomen, kan de zetmaatof slump worden bepaald en een glazen plaat (C) ophet bovenvlak van de kegel worden neergelaten.Vervolgens wordt de triltafel ingeschakeld en de tijd,benodigd om de betonnen kegel in een cylindervormiglichaam te veranderen, wordt met een chronometeropgenomen. Nadat de nodige correcties zijn gemaakt,wordt deze tijd, uitgedrukt in seconden, beschouwdals gelijk te zijn aan het aantal consistentiegraden of,zoals men ze noemt: V-B-graden.tek. 4. schema van een ,,Vee Bee-consistometerA = metalen pan E = stelschroefB = kegel van Abrams F = stelschroefC = glazen plaat G = triltafelD = vultrechter H = bevestigingI = instelstanqconsistentie enaantal V-B-gradente gebruiken: eigenschappenaardvochtigeconsistentiealleen voor enkele fabriekmatig tevervaardigen betonproductenrisico voor ontmengingzeer stijveconsistentie,20 tot 15 tot 10V-B-gradenvoor inwendige trilling, b.v. zwarepijlers en wanden, en voor andereconstructies met lichte waneningHet beton heeft de consistentie vaneen zeer stijve brij.stijve consistentie,10 tot 7 tot 5V-B-gradenvoor inwendige trilling, b.v. kolom-men, vloeren en binten, en andereconstructies met normale wapeningHet beton heeft de consistentie vaneen stijve brij.plastische consistentie,5 tot 4 tot 3V-B-gradenvoor de gewone methode van stor-ten met behulp van porlatten ofvoor inwendige trilling van beton-constructies met zeer nauwe wape-ning.Het beton kan tussen de palmen vande handen tot een bal worden ge-kneed; de mortel kleeft aan de huid.482CONSISTENTIE-SCHAALDe foto's a, b en c illustreren:a. de kegel van Abrams wordt verwijderd;b. de glazen plaat wordt op het beton neergelaten;c. de tijd benodigd voor het trillen wordt opgenomen.Na een groot aantal van zulke consistentie-metingen,toegepast op verschillende soorten beton, werd onder-staande consistenitieschaal opgesteld. Deze consis-tentieschaal is van toepassing voor elke soort beton;gebleken is, dat deze schaal van grote waarde is bijhet vervaardigen van beton van hoge kwaliteit.De kwaliteit van het beton neemt toe, naarmate dewater-cementfactor afneemt. Deze regel, welke bij deaanvang van dit artikel reeds werd genoemd, is fun-damenteel bij het maken van beton.Tot slot van dit artikel enkele eigen ervaringen bijgebruik van trilnaalden op het bouwwerk.Onderstaande foto's tonen enkele details van hetbetonskelet t.b.v. de uitbreiding van het Bergweg-Ziekenhuis te Rotterdam, benevens enige opnamentijdens het betonstorten.De totale hoeveelheid gestort beton voor deze bouwbedroeg ruim 4 000 m3. Het beton is tijdens het stortendoor middel van trilnaalden verdicht. De hoeveelheidcement per m3beton bedroeg voor het waterdichtwerk 370 kg en voor het gewone betonwerk vanaf debegane grond 350 kg.Het beton was over het algemeen van een plastischeconsistentie; de zetmaat of slump vari?erde van 6 tot8 cm. De gemiddelde drukvastheid van het beton over28 dagen van 50 series van drie proefkuben, bedroeg310 kg/cm2. Er zijn voor dit betonwerk 2 trilapparatengebruikt met verschil in naalddikte. Voor het stortenvan de vloeren en wanden der kelders, dus voor hetbetrekkelijk zwaardere betonwerk, is het apparaatmet de naald van 21/2"diameter gebruikt en voor hetlichtere betonwerk boven de begane grond, het appa-raat met de naald van 1?"diameter. Over het alge-meen is voor het verdichten van het beton tijdens hetstorten van gewone vloerconstructies, binten, kolom-men, enz., zoals deze voor skeletbouw worden toe-gepast, een naald van 1?" diameter voldoende. Defrequentie van beide trilnaalden bedroeg 9 000 tril-lingen per minuut, aangedreven door een 1? pkelectromotor.Foto 6 toont het aanzicht tegen de punten van enigerijen op elkaar gestorte betonpalen, een en ander vol-gens het geoctrooieerde systeem van de gemeente Rot-terdam. De verdichting van het beton van deze palenis door middel van een trilnaald geschied. De palenzijn over de volle schachthoogte, vanaf de kop naar depunt achtereenvolgens afgestort; de verdichting vanhet beton is door ??n man, die de trilnaald bediende,verricht.Foto 7 geeft een willekeurige doorsnede van een der340 voor deze bouw vervaardigde betonpalen. Men zietdat de verdeling van het toeslagmateriaal vrij gelijk-matig over de doorsnede is verdeeld; dit bleek trou-wens ook bij de overige palen bijna zonder uitzonde-ring het geval te zijn. Al het beton is door middelvan de trilnaald verdicht.foto 7. gedeeltelijke doorsnede van een der betonpalenfoto 5a-c. bepaling van de consistentie door middel van de,,Vee Bee"-consistometerfoto 6. betonnen funderingspalenfoto 9. het storten van een betonnen vloerplaat foto 10. betonstorten met gebruik van de trilnaaldfoto 8. getrild beton zonder grindnestenFoto 8 geeft een gedeelte van het betonframe. Bijgeen enkele van de volgens deze methode gestorte ko-lommen zijn na het ontkisten grindnesten of holtengeconstateerd.Foto 9 laat de bewerking met de trilnaald zien vanhet pas gestorte beton op het stort. Het betreft hiereen 25 cm dikke vloerplaat, te storten op een beton-nen werkvloer, welke over een zandlaag is aange-bracht.Met het oog op de betrekkelijk geringe betondiktevan de vloerplaat werd de naald enigszins in schuinestand gehouden.Foto 10 toont een soortgelijke opname van dezelfdevloerplaat. Men ziet hier het volledige apparaat: demotor met flexibele slang waaraan de trilnaald is be-vestigd.De ervaring met de trilnaald opgedaan bij de ondertoezicht van schrijver dezes uitgevoerde betonwerken,heeft aangetoond, dat getrild beton onderstaandevoordelen geeft boven beton, dat door middel \'anporlatten is verdicht:1. hogere vastheden (minder cement nodig of lich-tere constructie);2. grotere dichtheid en homogeniteit;3. minder krimp;4. betere verbinding bij stortnaden.Een belangrijk voordeel in de uitvoering bij toepas-sing van trilnaalden bij het storten, is wel het ge-ringe aantal werklieden nodig op het stort. Buiten dearbeiders, belast met het aanvoeren van het betonvanaf de molen naar de stort, zijn bij toepassing vaneen trilnaald normaal 2 werklieden op het stort vol-doende, terwijl bij de oude werkwijze van porren ten-minste 4 werklieden vereist zijn. Dit geeft niet enkeleen besparing in loonkosten, doch ook minder ergernisdoor van het plattrappen van de wapening tijdenshet storten ten gevolge van het grote aantal werk-lieden op het stort.
Reacties