ZWELCEMENTdoor Ir. Henry Lossier *InleidingEen Hindoes spreekwoord zegt, dat elk geneesmiddel wordtverkregen uit vergif. En Inderdaad, hoeveel verschijnselen zijner niet, die -- na zieh eerst slechts door nadelige invloeden teuiten -- daarna in de hand kunnen worden gehouden en laterzelfs, door mensen geleid, ten eigen bate zijn toegepast. Zowelin de geneeskunde als in de techniek zijn hiervan vele voor-beelden te vinden.Zo kreeg Lossier de aantasting te zien van een belangrijkegewapend-betonconstructie, welke was veroorzaakt door devertraagde uitzetting van het cement, dat een overmaat aankalk bevatte. Hierdoor werd bij hem het idee opgewekt, kunst-matig een zwelling van beton te bereiken, welke tevens tecontroleren zou zijn, teneinde gebruik te kunnen maken vandeze zweikracht voor mechanische doeleinden. Met behulp vanLe Chatelier, Hendricks, Perr? en Lafuma lukte hetinderdaad zwelcement te maken.Alvorens in te gaan op de eigenschappen van deze cementen,zullen eerst de voordelen worden beschouwd, die ,,zwellen"kan geven.De kunstmatige effecten, die in een constructie kunnen wor-den opgewekt, zijn twee?rlei.In de eerste plaats die, welke het gedrag van de constructiekunnen wijzigen. Voorbeelden hiervan zijn:het leggen van hete stalen banden om houten wielen, zoalsde smeden dit nog steeds doen;het lineair voorspannen van beton, zoals reeds door Doeh-ring in 1888 werd geoctrooieerd;het aanbrengen van voorspanning bij betonbuizen, zoalsEmperger reeds in 1923 uitvoerde.In de tweede plaats zijn er effecten, die de eigenschappen vande materialen zelf veranderen. Het is bekend, dat een bol zeerhoge alzijdige druk kan verdragen. Uit proeven van F?ppl,Mesnager en Emperger bleek, dat bij alzijdige druknieuwe eigenschappen op sterktegebied optreden.Zwelcement veroorzaakt een zwelling in het beton in allerichtingen. Het is daarom alleen mogelijk deze zwelling in be-paalde richtingen op te heffen, door de uitgeoefende krachtenop te laten nemen door wapening, of de krachten tegen tehouden door grond- of metselwerk; op deze wijze is lengte-,vlakte- of ruimtedruk te bewerkstelligen. De spanningen kun-nen in elke richting worden geleid, hetzij volgens natuurlijke,hetzij volgens kunstmatige weg.In het navolgende wordt een overzicht gegeven van de samen-stelling, de eigenschappen en de toepassingen van zwelcement,waaraan nog een korte beschouwing over het berekenen vanhet zweieffect is toegevoegd.1. De samenstelling van zwelcementZwelcement wordt verkregen door menging van 3 ele-menten:a. een portlandcement als basis,b. een sulfur-aluminiumcement als zweifactor enc. een stabilisator die de zwellende werking onderbreekt,doordat deze de voornaamste reagens bij het zwei-proces, nl. het calciumsulfaat (CaS04) absorbeert;meestal worden hoogovenslakken daarvoor gebruikt.Een goede verhouding van deze 3 samenstellende delen(de basis, de zweifactor en de stabilisator) maakt hetmogelijk, zowel de intensiteit als de duur van het zwellenin de hand te houden en zelfs met opmerkelijke nauw-keurigheid te regelen.Zoals verderop zal blijken, is er gedurende het gebruikvan het cement een directe regeling mogelijk, die een-voudig en doeltreffend is.Wat betreft de theorie van het zweiproces, wordt ver-wezen naar de theorie van Perr?.2. Eigenschappen van zwelcementHet meest karakteristieke van deze cementsoorten is, datzij een zwelling geven, die stabiel blijft, zolang de om-geving dit is, en die practisch regelbaar is, wat grootte entijd betreft. Voor cementpasta (cement + water) kan dezwelling 50 mm/m1(d.i. dus 1/20 van de oorspronkelijkelengte) bereiken. De tijdsduur van het zwellen kan wordengeregeld tussen een niininiuni van 24 uur en een maximumvan ca 30 dagen.Teneinde de fabricage te vereenvoudigen worden vnl. 2soorten vervaardigd:a. een gering zwellend cement, dat 'krimpvrij'-cementwordt genoemd, d.i. een cement waarvan de aanvanke-lijke zwelling ca 3 tot 4 mm/m1bedraagt voor de ce-mentpasta en die dus ongeveer gelijk is aan de krimp,die van dezelfde orde van grootte is;b. een werkelijk zwellend cement, waarvan de zwellingvoor zuivere cementpasta ca 10 tot 25 mm/m1bedraagt.*) Buil. Techn. d.i. Suisse Bom., No. 16--17, 73e jaarg.De duur van het zwellen (hieronder wordt verstaan: detijd waarin het volume in vochtige omgeving geregeldtoeneemt tot het ogenblik dat de toeneming ophoudtzonder verandering van de omgeving) wordt gewoonlijkzo geregeld, dat zij 10 tot 15 dagen bedraagt voor proef-stukjes uit cementpasta bij verharding onder water. Eengrotere snelheid van het zweiproces heeft het nadeel, datde spanningen t.g.v. het zwellen reeds werken, voordathet cement de nodige sterkte heeft. Een kleinere snelheidvan het zwellen geeft aan de andere kant moeilijkhedenbij de uitvoering, aangezien het beton gedurende de ge-hele duur van het proces vochtig moet worden gehouden,teneinde de reacties, voor het zwellen nodig, te latenplaats vinden.Het zweiproces is in de graf. 1 en 2 afgebeeld.Graf. 1 heeft betrekking op proefstukken, die onder waterverharden. De zwelling is als ordinaat (in mm per m1ofin %o) en de tijd is logarithmisch als abscis uitgezet.De getrokken lijnen geven de zwelling aan van het zwel-cement en de streepjeslijnen die van het krimpvrijecement. Ter vergelijking is de krimp van een normaalPortlandcement bij verharding aan de lucht gestippeldaangegeven.Het blijkt dat het onderzochte krimpvrije cement en hetzwelcement onder water een zwelling van resp. ca 3 ?/00en 11 ?/00 vertonen, die na ongeveer 10 dagen zijn be-reikt. De waarnemingen zijn gedurende 5 jaren voort-gezet. In die zelfde tijd vertoonde het Portlandcementeen krimp van ongeveer 2,5 ?/00?Graf. 2 toont, dat proefstukken die eerst 10 dagen onderwater zijn verhard en daarna aan de lucht zijn bloot-gesteld, een normale krimp vertonen, welke de zwellingdus vermindert. Zo nadert de uiteindelijke zwelling vanhet krimpvrije cement practisch tot nul, daar de tweeverschijnselen (zwelling en krimp) elkaar nagenoeg op-heffen. De zwelling van het werkelijke zwelcement blijftgehandhaafd op 8 tot 9 ?/00.Voor beton vermindert de intensiteit van de zwelling alnaarmate het cementgehalte lager is. Wordt de zwellingvan de cementpasta als eenheid aangenomen, dan wordenvoor beton de volgende waarden verkregen, afhankelijkvan het cementgehalte:beton---------------- -zwellingcementpastakg cement per m30,900,700,450,200,101 000800600400200Overigens kan deze verhouding nog iets veranderen doorde cementkwaliteit en door de soort toeslag.Graf. 3 vertoont het verloop van de kromme. Wanneerhet beton zwelt door de uitgeoefende spanningen, hebbenplastische vormveranderingen plaats en deze reducerende grootte van de expansie.In graf. 4 is het verloop van de druksterkte t.o.v. de tijdaangegeven van proefstukken vervaardigd volgens het(Franse) normaalblad. Hieruit blijkt dat, in vergelijkingmet Portlandcement, de zwelcementen gedurende hetzweiproces een sterktevermindering vertonen, waarna desterkte gelijk aan die van het Portlandcement en tenslottezelfs groter wordt.De waterdichtheid van zwelcementen is voor dezelfdemengverhoudingen groter dan die van andere cement-soorten, hetgeen voor de bescherming van de wapeningen de weerstand tegen corrosie een belangrijk voordeel is.Bij toepassing van zwelcementen moet men echter voor-zichtig wezen, omdat zij gevoeliger zijn voor het vochtuit de lucht dan de normale cementsoorten. Daaromwordt zwelcement ook verpakt in zakken, die van eenlaag geteerd papier zijn voorzien. Daar zwelcementen eenovermaat aan S03 bevatten zijn zij gevoeliger t.o.v. aan-wezige sulfaten; de toeslag mag deze dus niet bevatten.Tenslotte dient nog te worden opgemerkt, dat zwel-cementen, die momenteel (1948) in Frankrijk verkrijgbaarzijn, nog niet bestand zijn tegen de inwerking van zee-water of water dat sulfaten bevat.Een verhoging van temperatuur door stoom of warm-water bij het begin van het zweiproces geeft een vermin-dering van de zwelling, ofschoon de aanvangssterktewordt verhoogd. Koude heeft d.e.t. weer weinig invloed.3. Eerste proevenmet zwelcementDe eerste proeven werden op-gezet als demonstraties om hetprincipe van het zwellen naderte onderzoeken. Hiervan wordteen drietal genoemd.a. Twee prisma's met doorsnedenvan 15 ? 20 cm werden onsym-metrisch gewapend en bij elkaargezet als in tek. 5 is afgebeeld.De wapening aan de buitenzijdenvan de doorsnede bestond uit 3staven ? 22 en die aan de binnen-zijde uit 306. Onder invloed vande zweikracht van het gebruiktecement bogen de beide prisma'szich uit elkaar. Hun afstond aande bovenzijde, die ongeveer hetdubbele bedroeg van die aan deonderkant, was na 15 dagen ca15 mm. Genoemde prisma's ble-ven gedurende 6 jaar aan weeren wind blootgesteld, waarna deafstand met ca 15% was toege-nomen, hetgeen de stabiliteit be-wijst.b. Een klein gewelf van 4 cm dikte met een overspanningvan 150 cm1en een pijl van 7,5 cm (d.i. 1/20 van d? over-spanning) werd geconstrueerd met behulp van een zwel-cement, dat een matige zwelling vertoonde. Direct deeerste dag reeds maakte het gewelf zich los van zijn onder-steuning en vertoonde na 8 dagen in de top een verheffingvan 19 mm, die niet verder aangroeide, terwijl geen spoorvan scheuren optrad. Deze heffing bedroeg ? van deoorspronkelijke pijl.Voor een boog met een overspanning van 100 m1en inverhouding dezelfde pijl (5 m) zou de automatische hef-fing van de top ca 1,25 cm bedragen. Het spreekt van zelf,dat het hier slechts om een demonstratie ging en dat in depraktijk veel gematigder zou moeten worden gehandeld.c. Een vloerelement met een overspanning van 3,5 m1bestond uit een zweibetonplaat op twee 'Christin-stalen'(tek. 6). Tengevolge van de zwellende werking van devloerplaat verhief deze zich de eerste dag reeds van haarbekisting en kreeg in het midden een pijl van 2 mm, welkena 5 dagen vochtig houden aangroeide tot 8 mm. Bij debelastingsproef was een last van 1 040 kg/m2nodig omhet ondervlak van de balken weer horizontaal te krijgen.4. Apparaten voor de controle van zwelcementenBehoudens de gebruikelijke apparatuur voor het onder-zoek van alle cementsoorten wordt een door Faury ont-worpen apparaat gebruikt om de zwe?energie te meten.Dit apparaat (tek. 7) bestaat uit een stijve basis A, eenvertikale kolom en een horizontale hefboom E; delaatste is door een scharnier aan de kolom bevestigd enaan het vrije uiteinde verbonden met een dynamometer G.De te beproeven prisma's F van 10 ?10 cm2doorsnede en1 m lengte worden in een vat geplaatst, dat met waterkan worden gevuld. Aan boven- en onderzijde zijn dezeproefstaven van opleggingen voorzien, teneinde de krach-ten te centreren. Twee rekmeters D geven de verlengingenvan' de proefstaven aan. Met genoemd apparaat is hetmogelijk de zweikracht onder een zelfde of een verander-lijke druk te meten. Ook kan men de elastieiteitsmodulusbeschouwd, indien het door waarnemingen gedurende eenvoldoende lange tijd is bevestigd. De toepassingen vanzwelcement, die vooral bij de 'Soci?t? Nationale desChemins de fer Fran?ais' (SNCF) talrijk zijn, kunnen zichals vele oplossingen voordoen. Enkele hiervan, die tot demeest kenmerkende behoren, zullen hier nader wordenbeschreven.a. Het opvangen van funderingenEen muur van een historisch gebouw te Lille (PalaisRihour) moest worden opgevangen, daar de fundering inzeer slechte staat verkeerde. Voor dit werk waren 'Mega-palen' van Franki gekozen. Deze bestaan uit geprefabri-ceerde gewapend-betonblokken, die door vijzels in degrond worden gedrukt. Het kritieke punt komt, wanneerde tot de vereiste diepte geheide paal de last van de muurmoet opnemen. Over het algemeen gebruikt men hiervooreen speciaal U-vormig element, een vijzel en wiggen,waarna tenslotte mortel onder de balk wordt ingeperst.Het gebruik van zwelcement vereenvoudigde de uitvoe-ring aanmerkelijk. Op het laatste blok van elke 'Mega-paal' werd een demontabele metalen mal M geplaatst,voorzien van een vulopening E en een vibrator V (tek. 9).van het beton meten onder bepaalde druk, die korter oflanger kan worden uitgeoefend. Het apparaat wordt ge-bruikt om de dynamische zwelkromme te bepalen, waar-van bij de berekening gebruik wordt gemaakt.Een tweede apparaat (foto 8) dient voor het onderzoekvan gewelven en bogen met een trekstang. Het apparaatbestaat uit een vast en een beweegbaar blok, die doortrekbanden van veranderlijke lengte zijn verbonden en dietevens zijn voorzien van dynamometers en meetinstru-menten. Op de foto ziet men een model van een boog met12 m1overspanning, waarop proeven werden uitgevoerd.Wordt de afstand tussen de geboorten van de boog ge-fixeerd, dan heeft men het geval van een ingeklemdeboog; laat men de afstand tussen de geboorten veranderen,dan kan men het geval van een boog met trekstang ofdat van een boog op elastische (of plastische) onder-steuning verkrijgen.foto 13. model van een boog met 12 m overspanning5. Toepassingen van zwelcementDe eerste experimenten dateren van ongeveer 1935; hier-na werden zowel de vervaardiging vervolmaakt als de sta-biliteit van de karakteristieken t.o.v. de tijd verzekerd.Op het gebied van cement, meer dan op alle andere ge-bieden, kan een resultaat eerst als werkelijkheid wordenfoto 10. aanbrengen van de korf (eerste fare)foto 11. storten en trillen (tweede fare)foto 12. nat houden van het zwelbeton via gaten(derde fare)In de mal werd een lichte wapeningskorf geplaatst, waar-na het zwelbeton werd gestort en getrild, totdat tussenmal en balk mortel zichtbaar werd. Na afbinden vanhet beton en na verwijdering van de mal werd het betonenige dagen nat gehouden, totdat de vereiste druksterktewas bereikt. Deze methode maakte het mogelijk, tot eengelijkwaardige verbinding van paal en hamerkop tekomen, waarbij per paal tevens ca 20 kg wapening werdbespaard.De foto's 10--12 tonen in drie uitvoeringsfazen vandit werk. De tijdelijke openingen, die op foto 12 zicht-baar zijn, dienen om het water in het zwelbeton telaten dringen. De zwelling heeft nl. alleen plaats,als het beton (vanaf enige uren na de binding) vochtigwordt gehouden. Als het bevochtigen tijdens het verloopvan de zwelling plotseling wordt gestopt, dan komt ookde zwelling in 48 uur tot blijvende stilstand. Gedurendedeze periode wordt de zwelling nog 10 tot 40% groter(t.o.v. de zwelling bereikt ten tijde van het staken van debevochtiging), waarbij de variatie afhangt van de samen-stelling van het mengsel.Het staken met bevochtigen is dus een eenvoudige en af-doende methode om de zwelling op het werk in de hand tehouden.Tek. 13 laat een schets zien van het opvangen van eenmuur van het 'Minist?re des Colonies' in Parijs. Op elkder poeren (van gewoon beton) werd een kolom zwei-beton van 1 m hoogte gestort. De bevochtiginggatenA, B, en C waren 30 mm in diameter en om de 20 cmaangebracht. Ze werden gevormd door tijdelijk inge-ringstuk. In deze uitsparingen werden de expansievesluitstukken aangebracht. Het doel was hierbij, de ringin het gat zodanig voor te spannen, dat kunstmatig diespanning werd opgewekt, die beantwoordde aan de span-ningen van het overige deel van de boog: m.a.w. de doorhet zwellen ontwikkelde kracht moest ook de krimptijdens de verharding van het ringstuk compenserenen tegelijkertijd de drukspanningen door het eigengewichtover de gehele breedte van het gewelf verdelen. Het ring-betonneerde staven, die bij het begin van de verhardingwerden uitgetrokken. De bevochtiging had plaats d.m.v.een goot S, die over alle gaten was doorgetrokken en volwater werd gehouden. De zweikrachten brachten de ko-lommen zonder hulp van vijzels onder spanning.b. Ontkisten en blijvend opwiggen vanbeton-en metselwerkbogenDe lezer kent de klassieke wijze voor het ontkisten vanbogen d.m.v. vijzels in de top, waarbij een kracht gelijkof iets groter dan de horizontale reactie op het tijsdtip vanontkisten wordt uitgeoefend. Het uitvoeren kan in vierdelen worden ontleed:1. de vijzels onder druk brengen,2. de ruimte tussen de vijzels met beton opvullen,3. de vijzels verwijderen na voldoende verharden van hetbeton,4. de door de vijzels eerst ingenomen ruimte opvullen.Door zwelcement toe te passen kunnen deze 4 stadia tot??n gereduceerd worden! Het is voldoende in de top eenuitsparing open te houden en deze na het verharden vanhet beton van de boog met een sluitstuk van zwelbetonaan te vullen. Dit zwelbeton speelt de rol van een vijzel,die in de constructie zelf is opgenomen. Hierdoor kunnende elastische verkortingen t.g.v. het eigengewicht, maarook van de kruip en de krimp, en zelfs in noodgevallenook van de totale deformatie of een deel ervan t.g.v. debewegende last worden gecompenseerd.Voor grote bouwwerken kunnen meerdere expansieve boog-elementen worden toegepast, waarvan de zwelling opvooraf te bepalen wijze over, de gehele booglengte kanworden verdeeld. De foto's 14 en 15 tonen een gewapend-betonboogbrug in het Franse departement Eure et Loire.In foto 14 is de uitsparing in de top te zien, waarbij dewapening provisorisch teruggebogen is. In foto 15 ziet menhet zweisluitstuk van boven en de daarin aangebrachteopeningen voor het vochtighouden.Een typisch voorbeeld is ook het herstel van het spoor-wegviaduct te Poix voor dubbelspoor. Dit bouwwerk be-staat uit 12 halfcirkelvormige bogen op hoge pijlers metafstanden h.o.h. van 18,50 m1(tek. 16). De gewelvenhebben een dikte aan de top van 0,90 m. Doordat vierbogen vernield waren werd deze brug in 1940 hersteld. In1944 viel een bom door de boog van de 5e overspanningjuist naast de top en excentrisch t.o.v. de as. Nadat m.b.v.zware profielen eensporig verkeer langs de beschadigdeplek mogelijk was, werd de reparatie op de volgende wijzeuitgevoerd (tek. 17). Onder de boog werd een normalebekisting aangebracht; de randen van het gat werdenrechtgetrokken, zodat twee ringvormige stukken vanca 2 m breedte en met ongelijke lengte konden wordeningebracht. Elk der ringstukken hield in het midden eenuitsparing ter lengte van ca 1/14 van de lengte van hetCement 4 (1952) Nr 15-16stuk werd in het beton met normaal Portlandcement uit-gevoerd voorzien van een lichte wapening: bij latere uit-voeringen werd hiervoor gewoonlijk krimpvrij cementgebruikt (vgl. graf. 2).Het zwelbetonelement had, zoals uit tek. 17 blijkt, devorm van een onregelmatige zeshoek, De elementen wer-den in stukken van ca 1 m breedte uitgevoerd, die doorsmalle voegen waren gescheiden om met de dwarsuit-zetting Tekening te houden. Dicht bij de aanrakings-vlakken waren enige wapeningsstaven van kleine dia-meter in 2 richtingen ingebetonneerd. De krachten, diedoor het zwellen moesten worden uitgeoefend, warenberekend en het zwelcement m.b.v. het beschrevenapparaat van F a u r bepaald. Zoals gezegd, kan dezwelling op een eenvoudige wijze van plaats tot plaats272foto's 19 -- 22. viaduct van Larochebekisting van sluitstuk E1 (foto 19)sluitstuk E1 gebetonneerd (foto 20) endetail der deformatiemetingen van foto 20(foto 21-22)worden geregeld; immers, het is voldoende om het betondirect na afbinden goed nat te houden tot de nodigezwelling is bereikt, waarbij men nog met een kleine spelingrekening moet houden door de nawerking. In dit gevalwaren gaten van 25 mm op afstanden van 0,25 tot 0,30 min beide richtingen aangebracht, die tot enkele mm vande binnenzijde doorliepen. Elk der elementen werd om-geven met een opstaande rand van gips, zodat een water-niveau gehandhaafd kon blijven. Om de bevochtigingte be?indigen was het voldoende, de dunne bodem vanelk gat door te steken. Zoals voorzien was, werd na5 dagen de bevochtiging gestaakt, daar de berekendeuitzetting van 2,7?/00 aan de buitenzijde was bereikt.Naast de gedeeltelijke herstelling van beschadigde werkenwordt ook vermeld: de volledige opbouw van de spoor-wegbrug van ,,Laroche" voor 4 banen. Deze brug heeft5 openingen van 20 m wijdte, waarbij de dikte varieertvan 1,22 m aan de top tot 1,80 m bij de geboorte. In ver-band met de uitvoering (t.g.v. schaarste van materialenen ook om financi?le redenen konden de bogen niet in??n keer geheel worden hersteld, zodat het nodig was, debogen in 2 lagen op te bouwen en dus aan bekisting tesparen) werd elk gewelf uit 2 ringen opgebouwd, deonderste 50 cm dik en de bovenste vari?rend van 0,72 maan de top tot 1,3 m bij de geboorten. Na overleg met deSNCF werd het werk in 4 etappen uitgevoerd (tek. 18):tek. 18. opbouw in 4 etappenvan een nieuwe spoorwegbrug (Laroche)1. het betonneren van de eerste ring van elk gewelf,waarbij aan de top een uitsparing van 1,20 m lengtewerd aangehouden; dit sluitstuk werd in zwelbetonuitgevoerd;2. het inbrengen van het sluitstuk E1 uit zwelbetonvolgens de gebruikelijke methode. Dit eerste sluitstukwerd afgestemd op een zwelling van 2,5 mm;3. na be?indiging van de eerste ring van alle gewelvenwerd de tweede ring op de eerste gebetonneerd, waarbijeen sluitstuk van 0,85 m lengte werd opengelaten, datook in zwelbeton werd uitgevoerd.4. het aanbrengen van het tweede sluitstuk E2 in elkgewelf. De zwelling van dit bovenste sluitstuk werd zogeregeld, dat zij ongeveer 3/10 van die van het onderstesluitstuk E1 bedroeg, dus ca 0,7 mm.Alle sluitstukken bevatten 600 kg zwelcement per m/.De foto's 19-22 tonen de verschillende stadia.e. Betonpalen, funderingen en tunnelsDe zwelling, vooral bij een verbrede paalpunt (tek. 23),be?nvloedt op gunstige wijze de wrijving tussen grond enpaal en in bepaalde gevallen ook de dichtheid van degrond. Bij voldoende grondwater geschiedt de bevochti-ging van het beton automatisch. Toch wordt er de nadrukop gelegd, dat geen garantie wordt gegeven bij gebuikin zeewater of in gipshoudend water.Bij funderingen heeft de expansie tegen de grond altijdeen gunstige invloed op verzakkingen. Voor tunnels(evenals voor mijngangen) kan zwelcement met voordeelworden toegepast, enerzijds voor de sluiting van het ge-welf en anderszijds om de ruimte tussen de bekleding ende wand op te vullen.d. BetonbuizenWanneer buizen cirkelvormige wapening en langswape-ning hebben, waardoor zwelling wordt voorkomen, zalhierdoor in beide richtingen voorspanning worden op-gewekt. Hoewel zij minder bedraagt dan die m.b.v.mechanische middelen bereikt wordt, kan zij in bepaaldegevallen wel degelijk voldoende zijn.Ook een omhulling van Fibro-cement als bekisting(tek. 24) geeft zonder wapening deze twee-dimensionalespanningstoestand. Bovendien zal de absolute water-dichtheid van het zwelcement een belangrijke factorkunnen zijn.Cement 4 (1952) Nr 15-16 278e. Vlakke daken en pleisterlagenZoals gezegd, zijn zwelcementen wat de waterdichtheidbetreft superieur aan andere cementen. Proeven werdengenomen met vlakke daken, volgens twee richtingengewapend, van zwelcement, zodat bovendien in beiderichtingen een voorspanning wordt verkregen. Fauryheeft proeven genomen met pleisters van bv. krimpvrijcement. Tot nu toe (1948) zijn de resultaten bevredigend.. Betonwegen en vliegveldenHet krimpen van beton bij het verharden noodzaakt,meer nog dan de temperatuurswisselingen, het makenvan voegen op bepaalde afstanden om scheurvormingt.g.v. trekspanningen te voorkomen. Deze voegen hebbenechter, evenals bij spoorrails, vele nadelen, zowel watDeze verhouding karakteriseert het systeem. Wanneerhet expansieve prisma A zich elastisch zou gedragen,dan zal de verhouding R/R gelijk aan 1/Ea worden(Ea =de elasticiteitsmodulus van prisma A). Deze ver-houding is echter door de plastische vormveranderingvan het beton gedurende zijn verhinderde zwelling eenveranderlijke grootheid, waarvan de kromme de dyna-mische zwellingscurve is. Deze kromme kan met hetapparaat van F a u r y worden vastgesteld. Stel dat vooreen bepaald beton de kromme vastligt (tek. 27), waarbijbetreft de vermoeidheid van de voertuigen als het onge-mak voor de passagiers. Ter plaatse van de voeg kan deplaatselijke specifieke druk op de ondergrond door eeneenheidslast t.o.v. de druk van die last op de ondergrondbij een doorlopende plaat, het viervoudige bedragen.Wapening, die dient om de last aan weerszijden van devoeg over te brengen, geeft nog een druk, welke tweemaaldie bij de doorlopende plaat is (tek. 25).Met behulp van zwelbeton is het mogelijk, zoal nietzonder voegen dan toch een veel geringer aantal toe tepassen. Hierbij wordt in herinnering gebracht, dat enkelespoorwegmaatschappijen in USA en in Zwitserland railstot 1.200 m lengte zonder voeg leggen. Bij temperatuurs-verhoging zullen de raus uitzetten; onder druk voor-gespannen weerstaan ze de druk, zolang als haar neigingtot knik in vertikale zin door het eigengewicht wordttegengehouden en in horizontale zin door steun van hetballastbed.Voor brede betonplaten behoeft alleen op knik in verti-kale zin te worden gelet. Het vraagstuk is dan gereduceerdtot dat van een prisma, dat op een stabiele fundering ligten wordt belast door zijn eigengewicht, dat zich verzettegen de neiging om omhoog te lichten. Ook is het nodigde invloed van temperatuurswisseling in rekening tebrengen. Men is met proeven hierover bezig.6. Berekening van het zweieffectZwelling wordt vergezeld door belangrijke plastischeeffecten; de klassieke formules voor de elastische defor-maties kunnen hier daarom niet zonder meer worden toe-gepast. Het is echter mogelijk, elk probleem terug tebrengen tot de formules van de elastische deformaties,door gebruik te maken van een bepaalde kromme, dievoor elke gegeven kwaliteit zwelcement experimenteelkan worden gevonden. Deze kromme wordt de ,,dyna-mische zwellingskromme" genoemd. Zij stelt voor deveranderlijke betrekking tussen de spanning t.g.v. dezwelling R en de overeenkomende lineaire verplaatsingR.Beschouw als eenvoudigste geval 2 prisma's met ge-ringe sterkte, aan de einden vast met elkaar verbonden.Zij zijn dus gedwongen dezelfde lengte te bewaren, ter-wijl de ene door de zweikracht de neiging heeft langer teworden (tek. 26). Hierbij stelt voor:A =het prisma van zwelbeton,B =het prisma van gewoon beton,0 =de verlenging van A, als deze niet aan B is ge-koppeld,R =de verlenging die de prisma's A en B t.o.v. elkaarkrijgen,a en b = de doorsneden van de beide prisma's,Eb =de elasticiteitsmodulus van prisma B,H =de kracht die beide prisma's moet verbinden,R = de drukspanning van prisma A t.g.v. H.de verlenging R als ordinaat en de bijbehorende druk-spanning als abscis is aangegeven. Wanneer nu de straalON zo wordt getrokken, dat tg = R/R, dan heeftmen de werkelijke waarde van R en R van het be-schouwde beton. Meestal is het probleem omgekeerd enmoet de kwaliteit van het zwelbeton worden vastgesteldom bepaalde verlangde waarden te geven. In dit geval kangebruik worden gemaakt van series krommen, die bij ver-schillende kwaliteiten beton horen, en kan de kwaliteitzo worden gekozen, dat aan de gestelde condities wordtvoldaan.In tek. 28 zijn de dynamische zwelkrommen voor 4 ver-schillende betonmengsels geschetst en met 1...................4 ge:nummerd. Het blijkt dat kwaliteit 2 is gekozen.Wanneer de prisma's A en een spanning hebben, dieniet te verwaarlozen is, dan moet natuurlijk rekeningworden gehouden met de buigingsdeformaties. Zijn deprisma's over de gehele lengte vast verbonden, dan moe-ten de kromtestralen gelijk zijn. Echter, hoe het geval ookzij, steeds moet de verhouding R/R van het systeemworden beschouwd.7. ConclusiesProeven en practische toepassingen hebben aangetoond, datzwelcementen zowel stabiel als gemakkelijk controleerbaarzijn. Verschillende autoriteiten, zoals de Franse spoorwegen,hebben vertrouwen getoond in zwelcementen, die de eerstevoorspellingen hebben gerechtvaardigd.Het is duidelijk, dat, zodra de technologie en de vervaardigingvan zwelcementen ons in staat stellen, spanningen van de-zelfde grootte als nu door vijzels worden opgewekt, te bewerk-stelligen, de economie en de grote eenvoud van het verkrijgenvan voorspanning in alle richtingen, het zwelcement een on-betwistbaar voordeel zal geven bij het voorspannen. Dit sta-dium is nog niet bereikt; de mechanische methoden van voor-spannen zijn de enigen, die geschikt zijn voor dit werk, waarhoge spanningen worden verlangd.Toch moet worden gezegd, dat de methode van de zwelcemen-ten de jongste toepassing is in de betontechniek. Het is 90 jaargeleden, dat gewapend beton zijn eerste toepassing had in deboot van Lambot, en 60 jaar geleden dat Doehring heteerste octrooi verkreeg voor lineaire voorspanning. Empergerstelde 25 jaar geleden voor, voorgespannen buizen te maken;5 jaar later kreeg Freyssinet zijn eerste octrooi voor hetgelijktijdig voorspannen van verschillende draden, hetgeenzich heeft uitgebreid tot die stand van voorspannen, zoals wijdie momenteel kennen.Slechts 15 jaar geleden werd op verzoek van Ir. H. bossier be-gonnen met het onderzoek van zwelcement; het is een iederbekend, dat het meer tijd kost om een chemisch proces teontwikkelen dan ??n op mechanisch gebied. Ook de stilstandgedurende de Duitse bezetting heeft nog invloed gehad.De vooruitgang zal des te sneller zijn, naarmate de cement-fabrikanten groter initiatief kunnen tonen. Toch moet bedachtworden, dat -- niettegenstaande de voordelen verkregen bijvoorgespannen beton met voorgerekt resp. nagerekt staal en'self-stressing' -- deze methoden slechts een deel van de toe-passingen van gewoon beton dekken. De werkelijke toepas-sing van de nieuwere technieken, die elkaar normaal steedshelpen, zullen zonder twijfel, hoewel zeer belangrijk, toch eenbeperkt gebied vinden. Ir. F. KREIJGER274 Cement 4 (1952) Nr 15-16
Reacties