IUTILITEITSBOUW ICONSTRUCTIEF ONTWERP IVEZELBETONBEDRIJFSVLOEREN VANSTAALVEZELBETONIn een aantal Europese landen zijn in de jaren 1982/1985 opslagplaatsen voor deNAVO gebouwd, waarvan er vijfin Nederland zijn gelegen. De opslagplaatsenbestaan in hoofdzaak uit opslagloodsen, elk tnet een vloeroppervlakte van circa3680 tn2? Veel van deze opslagloodsen bezitten vloeren van staalvezelbeton. Begin1986 zijn alle vloeren ge?nspecteerd en is de in een aantal vloeren opgetredenscheurvortning geanalyseerd. De oorzaken zijn aan het licht gebracht enaanbevelingen worden gegeven?otn probletnen bij de bouw van nieuwe vloeren tevoorkotnen. Tot slot worden de resultaten vertneld van een aan de TU Eindhovenuitgevoerd onderzoek naar buigtrekproeven op balken gezaagd uit dezestaalvezelbetonvloeren. Geconstateerd is dat door toevoeging van staalvezels detreksterkte niet toeneetnt, tnaar wel de taaiheid van het tnateriaal.ONTWERP VAN DE LOODSEN EN VLOERENing.H.Tielbeke, Raadgevend Ingenieursbureau Witteveen +Bos, DeventerDe loodsen zijn niet-ge?soleerde,onverwarmde hallen met af-metingen van 54,40 x 67,50 m,een goothoogte van 5,00 m en een dak-helling van 10% (foto 1).Ter voorkoming van corrosie aan hetopgeslagen materieel wordt de relatieveluchtvochtigheid in de loodsen be-grensd tot maximaal 40% door middelvan een luchtdrooginstallatie. Per kop-gevel zijn 3 stuks hermetisch sluitendeschuifdeurenvan 4,50 x5,50 m opgeno-men.1 Overzicht van ??n van de NAVO-opslagplaatsen10De hoofddraagconstructie is een staal-skelet, bestaande uit een 2-scharniers-pant, uitgevoerd als samengesteld pro-fiel instaal 52-3, met eenvrije overspan-ning van 53,50 m (foto 2). De spantenhart-op-hart7,SO mverzorgendestabi-liteit in dwarsrichting. De stabiliteit inlangsrichting wordt verkregen uitwindverbanden in het dak en windbok-ken in de langsgevels. Dakgordingen enwandregels zijn uitgevoerd in koudge-vorm~e Z-profielen, waarop de stalendak- en gevelbeplating is gemonteerd.2 Interieur van een opslagloodsVoor devereisteluchtdichtheidzijnspe-cifieke maatregelen genomen. De fun-dering (op staal) bestaat uit ter plaatsegestorte poerplaten met poeren en ge-prefabriceerde kantplanken. De beton-vloer is als monoliete vloer uitgevoerd,rondom gedilateerd van de. funderingen voorzien van zaagsneden, diep40mm.Voor de uitvoering van de vloer, die ge-schikt moet zijn voor het stallen vanvoertuigen met een max. gewicht vanCement 1988 nr. 10jrelab kant lonken600 kN, kon de aannemerkiezen tusseneen traditioneel gewapende betonvloer(dik 200 mm, met bouwstaalnetten06-150 boven en 07-150 onder) danwel eenvloer instaalvezelbeton (dik 180mm met 30 kg staalvezels per m3). Debestekseisen van de uitvoering van devloeren in staalvezelbeton zijn vermeldin de hierna volgende bijdrage vaning].G.Ooms.Met betrekking tot de berekening vande hallen zijn voor de windbelastingende co?ffici?nten van de TGB gehan-teerd, met dien verstande dat, in ver-band met de relatiefgrote deuropenin-gen,voorde overdrukinde hal eenco?f-fici?nt van 0,6 in plaats van 0,3 is aange-houden, zowel voor de tijdelijke faseCement 1988 nr. 103 Verankering vloer aan poer; terplaatse is een spreidingsnetopgenomen(hal gereed, vloer nog niet aanwezig) alsvoor de definitieve fase.In de tijdelijke fase werden de horizon-tale belastingen opgenomen door wrij-ving en passieve gronddruk op de poer-platen, poeren en kantplanken. Hiertoewerden de zandaanvullingen tot onder-kant betonvloer zowel binnen in deloods als buiten optimaal verdichtvoor-dat de dak- en gevelbeplating werd aan-gebracht.In de definitieve situatie worden de ho-rizontale krachtenuitde spanten ten ge-volge van de veranderlijke belastingen(ca. 80% van de totale spatkracht) mid-dels een verankering vanuit de poerendoor de betonvloer opgenomen en viawrijving overgebracht naar de onder-grond.4 Dwarsdoorsnede over verankeringvloer aan poerTer plaatse van de verankering is in devloer een spreidingsnet van 2,60 x4,20 m (bouwstaal 0 6-150) opgeno-men (fig.3 en 4J.Deverankeringlang 2 mis over een lengte van 750 mm voorzienvan omhulling waardoor in de verbin-ding de benodigde vervormingscapaci-teit voor zowel verticale als horizontale(krimp- en temperatuur)vervormingenwordtverkregen. Deze staven zijn zoda-nig gedimensioneerd dat de horizontalekrimpvervorming van de vloer kanworden opgenomen door het vloeienvan deze verankering.ERVARINGEN EN AANBEVELINGENingJ.G.Ooms, Dienst Gebouwen Werken en Terreinen, directie GelderlandVan de in totaal 77 NAVO lood-sen die op vijf locaties zijn ge-bouwd, is door de desbetreffen-de aannemers op 4locaties gekozenvoorstaalvezelbetonindevloeren. Zodoendezijn 61 loodsen voorzien van staalvezel-betonvloeren en 16 loodsen van tradi-tioneel gewapend-betonvloeren.Begin 1986 zijn de vloeren van de op-slagloodsen ge?nspecteerd om te zien ofen in hoeverre de vloeren gebreken ver-tonen.Eerst enkele gegevens van de aange-brachte staalvezelbetonvloeren. De be-stekseisen waren:- werkvloer van vloeibeton dik 30 mm;- betonvloer dik 180 mm;- sterkteklasse B 22,5 (klasse I), consis-tentiegebied 2;- 340 kg hoogovencement klasse A perm3beton;- korrelverdeling tussen de grenzen Aen B als genoemd in de VB 1974/84,art. A-603.5;- toevoegen van een (super)-plastifi-ceerder ter verbetering van de ver-werkbaarheid;- minimaal 30 kg staalvezels per m3be-ton, 1/d-verhouding ca. 80 en vezelsvoorzien van eindverankering (haak-jes);11IMATERIALEN- het beton verdichten met trilnaaldenen een trilbalk;- vloeren mechanisch dicht en glad af-werken met behulp van vlinders en nahet afwerken voorzien van een curingcompound;- de vloeren te voorzienvan zaagsnedendiep 40 mm.De aannemers hebben als vezels toege-past de Dramix-vezel van Bekaert typeZC 60/80. Bij alle vloeren is het betonverpompt. Op ??n locatie zijn de vloe-ren in z'n geheel gestort, bij de overigelocaties is een stortvoeg aangebracht.Devloerenzijnzodanigingezaagddatervakken ontstonden met afmetingenvanminimaal 6,00 x 7,50 m tot maximaal11,25 m x 12,50 m (fig. 5).BevindingenNa de inspectie bleekdatop de ene1oca-tie wel en op de andere locatie niet ofnauwelijks scheurvormingin devloerenzichtbaar was.Op twee locaties waar de vloeren instaalvezelbetonzijn gemaakten de loca-tie waar de vloer van gewapend beton isgemaakt, is minimale scheurvorminggeconstateerd.Op ??n locatie zijn in een aantal vloerengrotere scheuren ontstaan; deze zijnechter te wijten aan de minder draag-krachtige ondergrond en daaruit voort-vloeiende zettingsverschillen. Dezescheurvorming wordt verder niet be-sproken maarwel kande conclusiewor-den getrokken dat staalvezelbetonvloe-renalleenzinvol toegepastkunnenwor-den op een goede ondergrond.Blijft over??n locatiewaar in 90%vandevloeren hetzelfde scheurpatroon voor-kwam. De scheurwijdte bedraagt maxi-maal 0,60 mmor----------------------------,(IJ CD'"NIVEZELBETONIn figuur 5 zijn zowel het zaagpatroonals de scheuren (1 en 2) aangegeven.Mogelijke oorzakenvan de scheur-vormingDe aanwezigheid van ~cheuren duidt opoverschrijding van de breukspanning.Spanningen die dat mogelijk kunnenveroorzaken zijn de volgende:a. Door de spatkracht uit het spant be-draagt de spanning maximaal190000/7500 x 180 ~ 0,14 N/mm2? De-ze spanning zal door wrijving naar hetmidden van de vloer toe afnemen en ister plaatse van de scheur inmiddels ge-reduceerd tot nul.b. Door krimp en temperatuursdalingwil de vloerverkorten. Ditwordt tegen-gewerkt door de wrijving tussen vloeren ondergrond. Bij een maximale hoekvan inwendigewrijvingvan 45? kanzichter plaatse van de scheur een spanningopbouwen groot (180 +30) x 24 X 10-6x22500 x 1/180 ~ 0,63 N/mm2?c. Omdatde loodsen niet ge?soleerd zijnen het dak en de wanden bestaan uit sta-len beplating, zijn door de koude win-ters van 1984-85 en 1985-86, de vloerenaan de bovenzijde fors afgekoeld.Bij een temperatuurgradi?nt van 8?Kleidt dit tot een buigspanning van:'t ~ Exa,x.?t;2 ~ 28000x 12x 10-6 x 812~ 1,35 N/mm2?d. In de loodsen wordt met luchtbehan-delingsapparatuur de relatieve vochtig-heid op 40% gebracht. Dit heeft als ge-volg dat de vloer aan de bovenzijde on-derworpen is aan een grote uitdrogings-krimp. Globaal komt dit overeen meteen temperatuurgradi?nt van lOOK of-wel een spanning van 1,68 N/mm2?De laatste drie spanningengesommeerdgeeft een totale spanning van0,63 + 1,35 + 1,68 ~ 3,66 N/mm2?Uit de proeven van ir.F.van Schaik (ziehet derde deel van dit artikel) is geble-ken dat de gemiddelde buigtrekspan-ning van de vijf uit de vloer gezaagdebalkjes 3,55 N/mm2bedraagt. Aange-zien deze buigtrekspanning door dehiervoor genoemde factoren kan wor-den overschreden, kan de scheurvor-ming daaruit worden verklaard.De boosdoeners zijn blijkbaar de koudewinters geweest te zamen met de in deloodsen aanwezige lage relatieve lucht-vochtigheid.Een ongunstigeinvloed heeft dewcfvan0,54 gehad. Het is denkbaar dat dooruitdrogingskrimp inde beginfasevandeverharding microscheuren zijn ontst-I---------------------l aan.5 Vloerveld in staalvezelbeton metvakindeling; aangegeven zijn descheuren (1 en 2), alsmede de plaatsenwaar kernen zijn geboord (*)12Ter plaatse van de scheuren is een aantalkernen geboord. Hetblijktdatde scheu-ren tot op + 20 mm van de onderkantdoorlopen, wat past bij de gedachte datbuigspanningen de oorzaak van descheuren zijn.In een loods waar geen zichtbarescheurvorming was geconstateerd zijnbij enkele zaagsneden eveneens kernengeboord. De desbetreffende plaatsenzijn met een * aangegeven in figuur 5.De vloeren zijn onder de zaagsnede he-lemaal doorgescheurd.Samenvatting en conclusiesDe scheuren werden zichtbaar na dekoude winters van 1984-85 en 1985-86.De scheuren zijn opgetreden voordat devloerenzijn belast door voertuigen. Na-dat de voertuigen op de vloeren zijn ge-stald, is de scheurvorming niet toegeno-men. De vloeren behoeven niet te wor-den gerepareerd, aangezien de scheurenvan 0,6 mm geen afbreuk doen aan defunctie van de vloeren.Het al of niet scheuren van de vloer iskritisch en is onder meer afhankelijkvan betontechnologische aspecten en deuitvoering, alsmede van de temperatuuren vochtigheidsomstandigheden. Hetblijkt dat met staalvezelbeton goede enfunctionele bedrijfsvloeren gemaaktkunnen worden. Maar in alle stadia vanvoorbereiding, uitvoering en nabehan-deling moet aan de vloer de nodige aan-dacht worden geschonken. Bovendiendient de ondergrond van goede kwaH-teit te zijn.De voordelen bij vergelijking met ge-wapend beton komen voornamelijknaar voren in de uitvoering en liggenderhalve in het economische vlak.Samengevat zijn de voordelen:- geen tekeningen en buigstaten;- geen loonkosten voor het vlechten;- geen vlechtfouten;- geen knipverliezen;- goedkoper vervoer van staalvezels invergelijking met wapening;- vloer beter bestand tegen schok- enstootbelastingen.De nadelen zijn:- hogere eisen aan de betonsamenstel-ling;- moeilijker te verwerken dan gewoonbeton;- meer verdichtingsenergie nodig.Aanbevelingen'Om een optimaal resultaat teverkrijgenworden de volgende aanbevelingen ge-daan:- minimale sterkteklasse B 25;- grootste korrelafmeting D 31,5 aan-vullen met een gedeelte D 16;- voldoende hoeveelheid f~n materi-aal < 0,25 mm;Cement 1988 nr. 10- water-cementfactor beperken tot 0,50en (super)plastiflceerder toevoegen;- zaagsneden zo spoedig mogelijk aan-brengen nadat het beton voldoende isverhard endevezelsvoldoendezijn in-gebed (gewoonlijk na 24 uur);- vakkenbeperken tot? 150 m2met eenmaximale maat van 15 m;- diepte van de zaagsnede 1/3 van devloerdikte;- stortnaden op maximaal 40 m;- vloeren goed nabehandelen door af-dekken meteen pvc-folie ofopspuitenvan een curing compound;- teveel afkoeling en tocht voorkomendoor ramen en deuren afte dichten;- {lventueel een folie aanbrengen tussenwerkvloer en staalvezelbetonvloer omkrimpspanning te reduceren;- een werkvloer in vloeibeton aanbren-gen in plaats van een folie uitleggen.Bij toepassing van folie zal er een va-riatie in dikte optreden en ook kan defolie plaatselijk door bijv. de slang vande betonpomp worden opgestuiktwaardoor er een verzwakking in devloer wordt aangebracht;- eenproefStukstortenbijv.inde funde-ring;- de injuni 1987 verschenen CUR Aan-beveling 10 'Ontwerpen, berekenenenuitvoeren van bedrijfsvloeren vanStaalvezelbeton' van toepassing ver-klaren.ptpt--?bongewapende liggerligger gezaagd uit plaatligger in mal gestort6 Spanning-doorbuigingdiagrammen voor de drie typenliggers, twee van staalvezelbeton en ??nvan ongewapend betonCement 1988 nr. 10PROEVEN OP STAALVEZELBETONir.F. van Schaik*StaalveZelbeton geniet met name inde wegenbouw, bij de fabricagevan rioolbuizen en voor op zandgefundeerde bedrijfsvloeren, steedsmeer belangstelling. Toevoeging vanstaalvezels geeft het beton een minderbros karakter, waardoor een betere her-verdeling van momenten en een beterescheurVerdeling verktegen kunnenworden.Om meer inzicht in het mechanischegedrag van staalvezelbeton belast opbuiging te verkrijgen, zijn aan de TUEindhoven proeven gedaan op enkeleliggers.Proeven12 Liggers, alle met eenzelfde betonsa-menstelling, zijn onderworpen aan eenvervormingsgestuurde driepuntsbuig-proef 2 liggers zonder en 10 liggers met30 kg/m3staalvezelwapening. Van de 10met staalvezels gewapende liggers zijner 5 in een mal gestort en 5 uit een plaatgezaagd.*ir. VanSchaikbehandeltin ditartikel de resul-tatenvanzijn afstudeerprojectaan deTUEind-hoven.De staalvezels hebben een lengte van60 mm, een diameter van 0,8 mm,haakjes aan de einden en een maximaletrekspanning van ca. 1000 kN/mm2(Bekaert ZC 60/80). Belastingsnelheid1/1000 mm/s.Gelet is op:- het verloop van de P-?curve (fig. 6);- het verschuiven van de neutrale lijndoor het meten van verlengingen overde hoogte van het proefstuk;- verschillen tussen de drie groepenproefstukken.ResultatenBij scheurvorming blijktde neutrale lijnzich zeer snel naar de uiterst gedruktezone te verplaatsen.De staalvezelbetonliggers bleken eenzeer grote vervormingscapaciteit te be-zitten (foto 7).De buigtreksterkte bleek door dezestaalvezeltoevoeging niet verhoogd.De in een mal gestorte liggers bezitteneen hogere nascheursterkte dan de uiteen plaat gezaagde liggers.Nasch~mrsterkteFactoren die van invloed zijn op het na-scheurgedrag van staalvezelbeton zijn:7 Proefopstelling; zeer grotevervormingen zijn mogelijk bijbeton met staalvezels13IMATERIALEN8 Uittreksterkte afhankelijk van be-tonkwaliteit9 Geschematiseerde spanningsgrafie-ken voor de gescheurde doorsnedein het elastische stadium14IVEZELBETONlage betonkwaliteit hoge betonkwaliteit- de sterkteklasse: bij hoge betonsterkteis meer arbeid nodig om de vezels uithet beton te trekken (fig. 8),- aantal vezels en de verdeling daarvanover het betonmengsel;- ori?ntatie van de vezels ten opzichtevan de trekrichting (deze wordt ondermeer bepaald door de geometrie vande constructie);- eigenschappenvan devezels zelf: trek-sterkte, hechting aan beton (uittrek-karakteristiek), lengte en diameter;langere vezels zijn effectiever, maarmoeilijker te verwerken.Het verschuiven van de neutrale lijn bijscheurvorming heeft tot gevolg dat detrekzone groter wordt en dus meer ve-zels in het beton effectiefworden. Hetgeschematiseerde spanningsveld ziet erdan uit als aangegeven infiguur 9. Wan-neer nu het inwendige moment van dedoorsnede in het gescheurde stadiumnet zo groot is als in het elastische stadi-um vlakvoordat de scheurvorming zichheeft ingezet, is het 'kritische vezelge-halte' bereikt.Wanneer we wapenen boven dit vezel-gehalte, betekent scheurvorming nietmeer een verzwakking van de doorsne-de en kan door herverdeling van mo-menten in de constructie de scheurvor-ming beperkt blijven.De theoretische waarde voor het kriti-sche vezelgehalte, dus onder ideale om-standigheden ten aanzien van ori?ntatieen verdeling van de vezels, is te benade-ren met het quoti?nt van de buigtrek-sterkte van de matrix en de treksterktevan de vezels.Voor staalvezelbeton is deze waarde danongeveer 3,5/1000 ~ 0,35% oftewel27,5 kg/m3?In de praktijk moetenwe rekening hou-den met waarden die in de orde vangrootte van 50 kg/m3kunnen liggen,omdat vooral ori?ntatie van de vezels eneen niet homogene verdeling van de ve-z~ls door het mengsel van grote invloedz~n.[!J---Jelastisch gescheurde doorsnedeHiermee valt ook het verschil te verkla-ren in resultaat tussen de in een mal ge-storte liggers en de liggers die uit eenplaat zijn gezaagd. Door het 'wandef-fect' zullen bij het eerstgenoemde typeliggers de vezels meer in de asrichtingvan de ligger geori?nteerd zijn en daar-door bij de buigproeven betere resulta-ten geven.Rekenen ofgeschiktheidsproeven?Wanneer we alle factoren in beschou-wingnemendiehetnascheurgedragvanstaalvezelbetonbepalen, is het aantalve-zels te berekenen dat nodig is om eenideaal plastisch materiaalgedrag te kun-nen verkrijgen.Rekening houdend met de spreidingvan materiaaleigenschappen en de ver-deling van de vezels over het mengsel,ontstaatervaak eenerg grote marge tus-sen de veilige waarde met een geringeonderschrijdingskans en de waarde diegemiddeld voldoet.Geschiktheidsproeven geven een beterbeeld van de werkelijkheid en biedeneen betere mogelijkheid om tot econo-misch aantrekkelijke waarden voor hetbenodigde aantal vezels in een beton-constructie te komen. wel moet menbedenken dat bij het nemen van buig-proeven, bijvoorbeeld als voorgesteld inCUR-Aanbeveling 10, door het wand-effect in het algemeen een beter resul-taatwordtverkregen dan in dewerkelij-ke situatie zal optreden.Conclusies- Door toevoegen van staalvezels wordteen taaier beton verkregen en is het mo-gelijk, dat er een herverdeling van mo-menten kan plaatsvinden en scheur-wijdtes beperkt blijven.- In de praktijk heeft staalvezelbeton bijeen hoeveelheid vezels van 30 kg/m3g??n hogere treksterkte dan ongewa-pend beton.- Er zijn geschikheidsproeven nodig omaan te tonen dat het staalvezelbeton zalvoldoen aan de gestelde eisen.Cement 1988 nr. 10