R.N.SwamyM.Eng., Ph.D., C.Eng., M.LStruct.E., M.LC.E.,MAS.C.E., M.I.E. (India).Department of Clvil and Structural Engineer-ing, University of Sheffield (Engeland)Beton met vezelwapenin.g;technologie., eigenschappen entoepassi.ngenSamenvattingBeton heeft een lage treksterkte, een beperkt rekvermogen en biedt weinig weerstand tegenscheurvorming. De treksterkte kan in belangrijke mate worden verbeterd door te wapenenmet vezelmateriaal, waardoor het verder gaan van scheuren vanuit gebreken binnen het mate-riaal wordt tegengegaan, terwijl de scheurweerstand, de sterkte, het rekvermogen en destootweerstand verbeterd worden. De werking van vezelwapening en de verschillende facto-ren op de werkzaamheid van de wapening en het functioneren van de spanningsoverdrachtworden besproken. Eveneens wordt in het kort aandacht geschonken aan de eigenschappenvan vezelmengsels en een aantal toepassingen ervan. Er wordt met nadruk gewezen op debeperkingen van vezelmengsels en de problemen die zich bij produktie en verwerking en tenaanzien van de duurzaamheid voordoen. Voorts wordt vermeld dat de voordelen van nieuwematerialen alleen ten volle kunnen worden benut indien de constructies hierop zijn afgestemd.InleidingBeton is waarschijnlijk het meest verbreide door de mens vervaardigde constructiemateriaalter wereld. Desondanks heeft het enkele ernstige tekortkomingen, waardoor het als construc-tiemateriaal nooit gebruikt zou zijn als het niet zo vormvrij, duurzaam en in staat was geweestondervonden spanningen opnieuw te verdelen. Beton op zich is zwak onder trekspanningenen vertoont vergeleken met andere constructiematerialen een lage elasticiteitsmodulus, eenbeperktrekvermogen en een geringe scheurweerstand (tabel 1). Gedurende de fabricageontwikkelen zich in het materiaal microscheuren als gevolg van veranderingen in het volumeen de microstructuur. Het gevolg daarvan is dat er een discontinu heterogeen systeem ont-staat, zelfs voordat er ook maar enige uitwendige belasting wordt uitgeoefend. Het materiaalvertoont niet alleen een geringe treksterkte, maar tevens weinig weerstand tegen het zichverbreiden van scheuren, die door trekspanningen ontstaan. Daardoor zal onder belasting hetbegin van microscheuren waarneembaar worden, reeds bij een geringe vervorming in de ordevan grootte van 100 X 10-6mm, wat overeenkomt met 30-40% van de breukdruksterkte.Verder opvoeren van de belasting leidt uiteindelijk tot een moeilijk te stuiten groei van micro-scheuren. Deze geringe weerstand tegen de verbreiding van door trekspanning veroorzaaktescheuren heeft weer een lage breuksterkte tot gevolg, evenals een beperkte weerstand tegenstoot- en explosieve belasting.Als wij het materiaal dus voor constructiedoeleinden willen gebruiken, moeten de spanningenonder praktijkbelasting beperkt worden, waarbij het scheuren en vervormen verdere beper-kingen opleggen ten aanzien van de mogelijkheden die het materiaal biedt.Wanneer beton als dragend element gebruikt moet worden, dient men aan een betonnenconstructiedeel behoorlijke treksterkte te geven. Dit wordt reeds minstens honderd jaar ge-daan door toepassing van wapeningsstaven en in het meer recente verleden door voorspan-ning. Ofschoon deze twee methodes het betonnen constructiedeel een bepaalde mate vantreksterkte verlenen, wordt de eigen treksterkte van het beton er niet door vergroot. Hetgedrag van traditioneel gewapend beton wordt in feite dus nog steeds bepaald door de af-zonderlijke eigenschappen van de samenstellende componenten, te weten beton en staal.Men heeft dus naar twee materialen gestreefd, waarbij de zwakke matrix versterkt wordtdoor stijve vezels, zodat met het geheel betere eigenschappen worden verkregen.Tabel 1Constructieve eigenschappen van verschil-lende bouwmaterialenCement XXVI nr. 2Materiaalstaalaluminiumbetonhoutsamengestelde materialenpolymeren72%verlenging doorelasticiteitsmodulus absorptievermogen trek26 500,00 2025 500,00 2012 0,20 0,0512 20,00 0,50variabel 30,00 0,50laag 20,00 20veeelskor-teondel"'bl"'oken1Invloed van doorgaande en korte onder-breken vezels op de buiq-treksterkieInfluence of continuous fibres and short,discrete fibres on ilexurel crackingCement XXVI (1974) nr. 2VezelmengselsHet idee van twee componenten, waarbij twee materialen doelbewust worden samengebrachtom een mengsel te verkrijgen dat betere eigenschappen bezit, is sinds de oudste tijdenbekend geweest. Men heeft eeuwenlang stro gebruikt om in de zon gebakken stenen te ver-sterken en de vormvastheid ervan te verzekeren. De grote boog van Ctesiphon, 34,2 m hoogen met een overspanning van 27,50 rn, die zo'n 25 km stroomafwaarts van Bagdad werd ge-bouwd aan de oever van de Tigris in een tijd dat de Hornelnen nog maar pas Londen haddenverlaten, bestond uit licht gebakken stenen, gemetseld met modder uit de Tigris, hier en daarversterkt met teer en biezen. De beroemde middeleeuwse Damascener zwaarden zijn even-eens een voorbeeld van een sarnenqesteld materiaal, vervaardigd doorzacht metaal in devorm van smeedijzer te combineren met uiterst hard genitrideerd staal (1).* Stroken ijzer enstaal werden langdurig geslagen tot dunne platen van ten hoogste 0,025 mm dik. Dit is eenklassiek voorbeeld van een uiterst sterk doch bros materiaal dat in een taaie grondmassawordt ingebed. Het ene verleende het zwaard hardheid en scherpte en door het andere mate-riaal werd soepelheid en taaiheid verkregen.De sterkte van vele natuurlijke materialen wordt ook bepaald door vezelversterking. Houtbestaat bij voorbeeld uit betrekkelijk sterke cellulosevezels met een hoge E-modulus, ten op-zichte van de matrix (lignine). De lange, in lengterichting verlopende cellulosevezels hebbeneen elasticiteitsmodulus van ongeveer 28 kN/mm2en de lignine een van ca. 7 kN/mm2?In vezelachtige materialen van twee componenten gaan de vezels de vervorming van degrondmassa tegen en verbeteren zij de sterkte en stijfheid ervan. Spanningen tussen vezelsen grondmateriaal worden overgedragen via een schuifspanning in het grensvlak. In bepaaldegevallen (afhankelijk van het soort vezel) kan beschadiging van het vezeloppervlak tot gebre-ken en sterkteverlies leiden. Breuk van een enkele vezel hoeft echter niet onmiddellijk totvermindering van het draagvermogen te leiden.Mortels en beton bestaan in hoofdzaak uit twee-componenten mengsels waarin de betrekke-lijk stijve deeltjes van het toeslagmateriaal opgenomen zijn in een zacht, bros bindmiddel,waardoor het geheel stijf en stabiel wordt. Het gedrag van mortels en beton geeft een aan-wijzing voor mechanische ?igenschappen van een cementmatrix die door vezels is versterkt.De problemen van het aanhechtingsoppervlak tussen het ingesloten materiaal en de matrix,de grootte ervan en de verhouding tussen de modulus van het ingesloten materiaal en die vande grondmassa zijn factoren die voor beide componenten belangrijk zijn en zij bepalen hetalgemene gedrag van het uiteindelijke mengsel (2).Factoren die de vezelwapening be?nvloedenBeton met vezelwapening kan worden gedefinieerd als een samengesteld materiaal dat be-staat uit een matrix op cementbasis met daarin opgenomen een bepaalde hoeveelheid vezelsdie gerangschikt of willekeurig verdeeld zijn. De vezels gaan de groei van scheuren tegen enbeperken aldus het ontstaan van gebreken in deze matrix, zodat scheuren onder belastingzich niet zo sterk kunnen ontwikkelen dat het materiaal ten slotte bezwijkt. Door de verbrei-ding tegen te gaan van scheuren die ontstaan als gevolg van gebreken in de structuur van hetmateriaal, blijkt het mogelijk de statische en dynamische eigenschappen van het geheel aan-merkelijk te verbeteren, daar de vezels invloed uitoefenen op de scheurvastheid, sterkte,taaiheid en stootvastheid.Toepassing van doorgaande vezels in een matrix van cement verschilt in wezen niet van hetgebruikelijke gewapend of voorgespannen beton, waarin de dikke wapeningsstaven ofde dunnere voorspandraden zich analoog aan de in lengterichting lopende vezels gedragen.Het verschijnsel van meervoudige scheuren en de gezamenlijke werking ervan is reeds meerdan honderd jaar bekend (fig. 1). Het zal duidelijk zijn dat de grootste sterkte wordt verkregenwanneer de vezels zo gerangschikt zijn dat zij kritische spanningen kunnen opvangen, maardan wordt het materiaal wel sterk anisotropisch.Een meer interessante uitdaging, die kan leiden tot een nog grotere toepassing van vezel-wapening is het gebruik van korte, onderbroken vezels die gelijkmatig door het bindmiddelworden verdeeld. Het is natuurlijk waar dat bij willekeurige verdeling niet alle vezels ingelijke mate bijdragen tot het tegengaan van scheurvorming of tot het versterken en verstij-ven, maar toch zouden, indien men de sterkte en scheurvastheid kan verbeteren de praktischevoordelen van onderbroken vezels ten aanzien van sterkte veel groter zijn dan die van inlengterichting doorgaande vezels.De werkelijke versterking van de matrix en de doelmatige spanningsoverdracht tussen dezeen de vezel wordt bepaald door een groot aantal factoren. Vel? daarvan hebben een sterkerelatie tot elkaar en be?nvloeden het mengsel sterk op gecompliceerde wijze. AI die factorenkunnen worden teruggebracht tot drie, namelijk de relatieve stijfheid van vezelen matrix, deaanhechting tussen de twee materialen en de mate waarin zij ten aanzien van spanningensamenwerkenRelatieve stijfheidOm de spanningen zo goed mogelijk op de vezels over te brengen moet de elasticiteits-modulus van de matrix aanzienlijk lager zijn dan die van de vezel, zoals in met kunstharsgebonden glasvezels. Er bestaat dan ook een minimum verhouding Evezel/Ematrix waaronder demechanische sterkte van de samenstelling niet kan worden vergroot (fig. 2). Vezels met lageE-modulus, zoals nylon en polypropyleen, zullen daarom niet veel tot een verhoging van desterkte kunnen bijdragen, maar vezels met een hoge E-modulus, zoals metaalvezels (staal),glas of kristallijne anorganische vezels (asbest), doen dit wel. Zeer sterke vezels met eenhoge E-modulus zullen grote sterkte en stijfheid geven, terwijl vezels met een hoge E-modulus73o 0.6 1.Bvezels ino 8Irt asbeelveaele2aSterkte-eigenschappen van vezels methoge en lage elasticiteit in cementmortel-matrixStrength properties of high modulus endlow modulus fibres in cement mortar matrix2bBuig-treksterkte van asbestcementFlexural strength of asbestos cement3Schematische voorstelling van scheur-voortplanting en loslaten van de vezels bi]korte onderbroken vezelsSchematic representation of slow crackpropagation and progressive debondingmechanism of short discontinuous fibresCement XXVI (1974) nr. 2en tevens een groot rekvermogen, veel energie kunnen opnemen en het materiaal waarin zijverwerkt worden sterker en taaier kunnen maken waardoor de weerstand tegen stoten enexplosieve belasting wordt verhoogd. De eerstgenoemde vezels kunnen deze dynamischeeigenschappen ook geven, zij het in mindere mate.Aanhechting tussen matrix en vezelsDe aanhechting tussen matrix en vezel bepaalt de mate waarin spanningen tussen deze tweematerialen worden overgebracht. Wanneer korte vezels op willekeurige wijze over het mate-riaal verdeeld zijn, zal de aanhechting tussen de vezels en de matrix niet doorgaand zijn. Dezewordt daardoor een kritische factor bij het bepalen van de optimale verhouding tussen delengte en dikte van de vezel, met andere woorden: het volumetrische gehalte aan vezels iseen kritische factor voor de maximale toeneming van de sterkte. Verhoogde treksterkte vraagtom een goede aanhechting, maar daarentegen zou een minder goede aanhechting aan hetgrensvlak de breuksterkte en stootweerstand verbeteren omdat energie door discontinu?teitin het grensvlak wordt gedempt. Vezellengte en -dikte zijn dus kritische waarden voor destatische en dynamische eigenschappen.Wanneer de aanhechting aan de vezels zodanig is dat het samengestelde materiaal bezwijktals gevolg van het lostrekken van de vezels, dan moet de matrix de meeste belasting dragen.Het is duidelijk dat dan slechts een geringe verbetering van de treksterkte mogelijk is. Omeen werkelijke samenwerking in het samengestelde materiaal te verkrijgen, moet de matrixerop berekend zijn de belasting op de vezels over te brengen, zodat deze hun deel tot degecombineerde sterkte volledig kunnen bijdragen. Bij korte onderbroken vezels geldt boven-dien het criterium dat de aanhechting zodanig moet zijn, dat de verankerde lengte aan eenzijde van de scheur geen uittrekken van de vezel tot gevolg mag hebben.Rekvermogen van het componentenmengselNaast relatieve stijfheid en vezelaanhechting moet het mengsel ook aan bepaalde voorwaar-den voldoen ten aanzien van het rekvermogen. Van de uit cement bestaande matrix ligt descheurgevoeligheid en vaak de breukrek in de buurt van 250 tot 500 . 10-6mmo Aangezien demeeste vezels een veel groter rekvermogen bezitten, zal de binding vrij spoedig verbrokenworden, wat de werkzaamheid van vezelwapening zeker niet bevordert. De geringe weer-stand tegen scheuren van het cement houdt tevens in dat reeds een gering volumegehalteaan vezels als wapening voldoende functioneert.Andere factorenAndere factoren zoals het volumegehalte aan vezelmateriaal en de richting waarin de vezelsliggen, hebben eveneens invloed op het gedrag van met vezels versterkt beton. Het minimaleof kritische volumegehalte waaronder geen vergroting van de treksterkte kan worden ver-wacht, heeft alleen betrekking op de statische sterkte. Zelfs bij een gering gehalte aan vezelsworden stoot- en scheurweerstand aanzienlijk verbeterd. De werking van de vezels wordtbepaald door hun ruimtelijke ligging. Bij willekeurige ligging heeft slechts 41% van de vezelsals wapening enig nut.Een grote moeilijkheid bij cementmatrices met vezelwapening is de vraag hoeveel vezelmate-riaal men moet toevoegen opdat de sterkte-eigenschappen economisch aanvaardbaar zijn.Met de gebruikelijke mengmethoden kan slechts 2 tot 3 vol.% aan vezels toegevoegd wordenen de sterkte wordt dan slechts in geringe mate vergroot. Nieuwe technieken voor het toe-voegen van vezel materiaal, bij voorbeeld door het tegelijk met de matrix te doseren - gewij-zigde mengmethoden met aangepaste apparatuur en toepassing van speciale hulpstoffen enz.-kunnen wellicht tot wezenlijke verbeteringen leiden.De gebruikelijke betonmengsels kunnen niet met vezels gecombineerd worden. De afmetin-gen, vorm, oppervlakstructuur en volumegehalte van het grove toeslagmateriaal be?nvloedenniet alleen de reologische eigenschappen van het mengsel maar ook die van het verharde74- beton. Vezels werken in feite als toeslagmateriaal en ofschoon zij eenvoudige afmetingenbezitten is hun invloed op de eigenschappen van vers beton nogal gecompliceerd. De wrijvingtussen de vezels afzonderlijk alsmede tussen vezels en ander toeslagmateriaal zal de richtingen verdeling van de vezels bepalen en daarmee de eigenschappen van het verharde vezel-beton. Hulpstoffen die de wrijving verminderen of de samenhang van de matrix verbeterenkunnen het ophopen van vezels in belangrijke mate tegengaan en de goede werkzaamheid enverdeling ervan waarborgen.4Buigtreksterkte in breukstadium vanverschillende soorten vezelversterkt beton,bepaald met de afgeleide formulesen volgens proevenCrack control-composite meehentemequation for ultimate flexural strength ofsteel fibrous concreteHet mechanisme van vezelwapeningDe huidige ontwikkeling op het gebied van vezelwapening is in hoofdzaak afkomstig uit deklassieke studies van Grifflth, die in 1920 aantoonde dat de sterkte van bulkmateriaal slechtseen fractie van hun theoretische sterkte is. Griffith's theorie is in wezen een lineair-elasti-sche benadering en stelt een criterium aan de uitbreiding van scheuren in een bros materiaal.In energie uitgedrukt kan men zeggen dat scheurgroei optreedt wanneer de hoeveelheidvrijgemaakte elastische vervormingsenergie gelijk is aan de mate waarin nieuwe opper-vlakte-energie gevormd wordt. In tegenstelling tot de ideale brosheid of 'Griffith materiaal'waarin het zich ontwikkelen van scheuren en breuk synoniem zijn, bestaat er in mortelen beton een toestand van beperkte scheurgroei. Het klassieke energiecriterium van Grlfflthkan niet op beton worden toegepast zonder rekening te houden met mechanismen die andereenergie dan oppervlakte-energie vormen. De mechanische werking van Jineair-elastischebreuk levert niet voldoende verklaring op voor het gedrag van beton (3).De principes die aan het mechanische gedrag van een lineair-elastische breuk ten grond-slag liggen, zijn echter toch toegepast om het mechanisme van vezelwapening in matrices opcementbasis te verklaren (6, 7). Volgens deze theorie zou, door de onderlinge afstand tussende wapeningselementjes kleiner te maken, de spanningsintensiteit aan het einde van descheur en daardoor de kracht die de scheur doet groeien, verkleind moeten worden. Devezels zorgen er dus in hoofdzaak voor dat scheuraangroei afgeremd wordt door 'klernkrach-ten' op te wekken die de neiging hebben om een scheur af te sluiten. Ook met wijzigingen inhet veronderstelde mechanisme dat scheurgroei tegengaat door aandacht te schenken aan deaanhechting van de vezels (B) en evenzeer met klassieke theorie?n omtrent samengesteldematerialen (9, 10) heeft men getracht de invloed van vezels op de sterkte en elastische eigen-schappen van het vezelbeton te verklaren. Veel van deze theorie?n besteden alleen aandachtaan de eerste scheurwerking en verklaren niet het gedrag na het scheuren en de breuksterktevan het vezelbeton. Dit zijn evenwel belangrijke waarden waarmee bij het ontwerpen rekeningmoet worden gehouden. Bovendien slagen deze theorie?n er niet in alle uit proeven verkregengegevens te verklaren.Nog niet zolang geleden is men uitgegaan van een tweeledig criterium betreffende scheur-beheersing en het mechanische gedrag van samengestelde materialen waarbij rekening werdgehouden met het gebrek aan effectiviteit van de aanhechting en de willekeurige verdelingvan de vezels, om de buigtrek van beton met korte, willekeurig aangebrachte maar ongelijk-matig in de matrix verdeelde vezels te verklaren (3, 11). Volgens deze theorie wordt de eerstescheur in het materiaal ingeleid door het loslaten van de hechting. Het breukproces wordtdan opgebouwd door steeds verdergaand loslaten van de vezels (fig. 3) waarbij de scheurenzich voortdurend uitbreiden. Ten slotte bezwijkt het materiaal door zodanige vergroting van descheuren dat de vezels worden uitgetrokken en de afschuifkracht van het scheidingsvlak demaximale aanhechtingssterkte bereikt.De buigtreksterkte bij de aanvang van de eerste scheur kan worden voorspeld door de ver-gelijking:0,B43 +2,93Vf.ejdwaarin:= buigtreksterkte van het vezelbeton bij de eerste scheur= buigtreksterkte van de ongewapende matrixVm volumegehalte van de matrixVf = volumegehalte van de vezels.ejd = lengte en diameter van de vezels.De buiqtreksterkte in het breukstadium wordt weergegeven door:= 0,97 + 3,41 Vf.ejdBeide vergelijkingen tonen een goede correlatie met de experimentele resultaten van ver-schillende onderzoekers (11) (fig. 4), en het is gebleken dat zij gelden voor een groot aantalmortelmengsels, soorten en zeefkrommen van toeslagmaterialen, vezelafmetingen en -gehalte.Ten einde het mechanisme van vezelwapening in cementmatrices te verklaren, stellen deauteur en zUn medewerkers een nieuw 'effectieve afstand'-principe (3) voor, waarin zowelrekening wordt gehouden met de schuifspanning tussen matrix en vezelmateriaal, veroorzaaktdoor belastingoverdracht tussen beide, als met de aanhechtingsspanning veroorzaakt bij hetoptreden van een scheur. Daarmee is gevonden dat (3) het principe van de 'effectieve afstand'op bevredigende wijze betrokken kan worden op zowel de buigtreksterkte bij de eerstescheurvorming als de buigtreksterkte in het breukstadium (fig. 5).105Relatie tussenbuigtreksterkte in het breuk-stadium en vezelafstand, bepaald doorverschillende onderzoekers (alsmede deauteur) voor verschillende soorten vezel-versterkt betonCorreleiion between ultimate modulus ofrupture ratio and the 'effective spacing'equation developed by the author (3)Eigenschappen van vezelversterkt betonHet is duidelijk dat de eigenschappen van beton met vezelwapening zullen afhangen van hetsoort vezel, de afmetingen ervan, de hoeveelheid, de verdeling en de richting van de vezels.In het algemeen gezegd zullen de minder gebruikelijke en geprononceerde eigenschappenvan vezEilwapening betrekking hebben op de trekspanning, scheurbeheersing en soortgelijkedynamische eigenschappen en deze kunnen worden ge?llustreerd aan de hand van een belas-Cement XXVI (1974) nr. 2 756Belasting-doorbuigingsgrafiek voor staal-vezelbetonTypical automatic load-deflection curve inflexure of steel itbre reinforeed concreteTabel 2Specifieke eigenschappen van vezels7Weerstand tegen scheuren en desintegratievan met vezels gewapende palen: op devoorgrond een met staalmat gewapendepaal na bezwijken; op de achtergrond eenmet polypropyleen gewapende paal nabezwijken.Resistance to cracking and desintegrationof fibre reinforeed piles: foreground, steelmesh shell after failure; background,polypropylene reinforeed shell after fai/ureCement XXVI (1974) nr. 2typetreksterkte elasticiteitsmodulus maximale rek soortelijk(N/mm2) (Nfmm2) (%) gewichtacryl 205-415 2070 25-45 1,1asbest 550-965 8 - 14 X 1040,6 3,2katoen 415-690 5 X 1033-10 1,5glas 1000-4000 7 X 1041,5-3,5 2,5nylon (hoge taaiheid) 750-850 4 X 10316-20 1,1polyester (hoge taaiheid) 725-865 8 X 10311-13 1,4polyethyleen 695 140 420 10 0,95polypropyleen 550-750 35 X 10325 0,90kunstzijde (hoge taaiheid) 415-620 7 X 10310-25 1,5steenwol 480-750 7 12 X 1040,6 2,7staal 275-4150 20 X 1040,5-35 7,8ting-doorbuigingsgrafiek van een hoogwaardig met staalvezels versterkt beton (fig. 6).Debuigtreksterkte van vezelversterkt beton wordt bepaald door A op het moment van deeerste scheur, de breuksterkte B en een duidelijk gedrag na het optreden van scheuren. Eenonmiddellijk gevolg van dit laatste gedrag van vezelversterkt beton zijn de nieuwe eigen-schappen voor wat betreft het vermogen tot energieopname, zoals blijkt uit het gebied onderde belastingdoorbuigingscurve en dat heeft een bijzonder duidelijke verbetering in de stoot-weerstand en breuksterkte van het materiaal tot gevolg. Een van de meest kenmerkendeeigenschappen van beton met vezelwapening is dat de vezels in de matrix scheurwerkingtegengaan waardoor het op zichzelf brosse en niet-elastische materiaal met de bekendegeringe treksterkte en stootweerstand, enkele gewenste eigenschappen als grotere scheur-sterkte en taaiheid verkrijgt, met een duidelijk gedrag na het ontstaan van de scheuren, voor-afgaande aan het moment van bezwijken.Beton met vezelwapening heeft natuurlijk nog enkele andere voordelen ten opzichte van on-gewapend beton. Verschillende soorten vezels zullen alle :hun eigen specifieke eigenschap-pen hebben en de verschillende eigenschappen van beton dienovereenkomstig veranderen.Deze aspecten worden later behandeld.Toepassingen van vezelversterktbetonOfschoon men praktisch elke denkbare soort vezel in een cementmatrix heeft geprobeerd,kunnen ze niet alle even doelmatig en economisch worden toegepast. Elke vezel heeft natuur-lijk zijn eigen bijzondere eigenschappen en beperkingen (tabel 2) en de eigenschappen vanhet beton worden daardoor be?nvloed. Natuurlijk zijn er vele toepassingen waarbij men voor-deel kan trekken uit de verbeterde eigenschappen van vezelversterkt beton. In dit verbandzullen echter alleen de meest opmerkelijke aspecten van de belangrijkste vezelsoorten en devoornaamste toepassingen worden besproken. De vezel waar men het meeste succes meeheeft gehad, namelijk asbest, heeft een geheel aparte industrie doen ontstaan en zal hier danook niet worden besproken.KunststofvezelsKunststofvezels zoals nylon en polypropyleen vertonen een grote treksterkte (550-850 N/mm2)en rek (15-25%), maar door hun lage E-modulus zijn zij ongeschikt om als versterkend mate-rlaal te worden gebruikt. Door het grote rekvermogen kunnen zij veel energie opnemen endoor toevoeging van kunststofvezels kan een betonmengsel 10 tot 25 maal meer energie.absorberen dan ongewapende mortel of beton. Waar veel energie moet worden opgenomen,kunnen kunststofvezels dan ook met succes worden toegepast.De vorm waarin men met polypropyleen als wapeningsmateriaal het meeste succes heeftgehad is die van de gefibrilieerde folievezels, die op het ogenblik veel worden gebruikt alswapening in palen en in niet-dragende elementen. Polypropyleen is in hoofdzaak een thermo-plastische polymeer uit de familie der polyolefinen en wordt bij verwarming zacht, zodat detemperatuurbestendigheid niet al te groot is. Voordelen zijn de chemische bestendigheid in decementpasta en het feit dat zuren en alkalische stoffen er geen invloed op hebben. Het mate-riaal is waterafstotend maar verliest aan sterkte na langdurige inwerking van ultraviolet licht.De vezels worden voor een willekeurige verdeling in stukken van 10 tot 100 mm gehakt en inhoeveelheden van 0,2 tot 0,4 gewichtsprocent van het totale betonmengsel toegevoegd.Gewoonlijk gebruikt men vezels van 6000 tot 26000 denier (1500 tot 350 m/kg), meestal inlengtes van 70 mmo Polypropyleen vezels vinden op het ogenblik het meest toepassing inbetonpalen. De bijzonder hoge stootweerstand vloeit voort uit een zuiver mechanische bindingtussen de vezel en de matrix. De vezels zijn opgebouwd uit een aantal zeer fijne fibrillen. Hetmateriaal van de matrix kruipt daar tussen en werkt er mee samen; omdat er geen fysisch-chemische binding bestaat, behoeven de vezels tijdens het mengen slechts weinig contactmet de matrix om gelijkmatig te worden verdeeld.De versterkende eigenschappen van de vezels worden bepaald door de dikte (d.w.z. dedenier), de lengte, :het aantal slagen per lengte-eenheid van de twijn, de hoeveelheid aan-wezigevezelstofende toestand van de vezel na het mengen (12). Stukken die korter zijn dan40 mm blijken in de menger verscheurd te worden en hebben dan geen enkele versterkende76Gegevens: lengte paalsecties 2,745 rn: driegedeelten werden aan elkaar verbonden doormiddel van schroefverbinding; samenstellingbetonspecie: 1 portlandcement: 2 zand: 4grindGemiddelde breuklast: gemeten op een paal-stuk van:381 mm met staalwapening: 2820 kN381 mm met polypropyleenvezels: 3540 kN444 mm met staalwapening: 4170 kN444 mm metpolypropyleenvezels: 4330 kNStootweerstand bij verschillende vezel/eng-ten:aantal slageneerste scheur bezwijkenvezellengte75mm50mm40mm8311790139186+werking. De mate waarin de mechanische aanhechting ontstaat, hangt af van de lengte vande vezel, de mate waarin hij kan fibrilleren, de vastheid van de twUning, de menqtljd om vol-doende spreiding te krUgen en de schurende werking van de toeslagmaterialen.Uit bezwijkproeven op palen met polypropyleenwapening is de buitengewone sterkte en stoot-weerstand gebleken (tabel 3); deze stootweerstand wordt be?nvloed door hoeveelheid enlengte van de vezels. De beste stootresultaten werden verkregen waar de vezels in hoeveel-heden tussen 0,15 en 0,25 gewichtsprocent (0,4 tot 0,65 vol.%) werden toegevoegd. Verqele-ken met palen met normale wapening vertonen palen met vezelwapening betere bestandheidtegen scheuren en desintegratie en vallen niet uiteen na het bezwijken (fig. 7).Polypropyleen vezels worden behalve voor palen, ook op grote schaal toegepast in niet-dragende corrosiebestendige elementen (onder de handelsnaam Caricrete). In vele gewonebetonwaren waarin alleen met het oog op transport en behandeling stalen wapening is opge-nomen,kan men door toepassing van kunststofvezels werken met lichtere elementen die eenbetere schokbestandheid hebben, waardoor materiaal wordt bespaard en de transport- enbouwkosten verlaagd worden. Het materiaal kan gebruikt worden voor bekledingspanelen enin drljfstukken die men vervaardigt door blokken polystyreen met een 19 tot 25 mm dikke laagcaricrete te bekleden. Men heeft ook met succes de vezels gebruikt bi] de reparatie van eenrlvlerdt]k met spuitbeton en bl] de aanleg van kunstmatige meren om scheurvorming tegente gaan.Tabel 3Verbrijzelingsproeven op ware grootte opmet polypropyleenvezels gewapende beton-palen8Brugconstructie van alkalibestendig glasin normaal portlandcement betonTypical bridge unit made from alkali-resistent glass and ordinary Portland cementCement XXVI (1974) nr. 2GlasvezelMet glasvezel versterkt cement heeft men reeds gedurende enige tijd beschouwd als eenrnoqelljk vervangingsmiddel en verbetering van asbestcement. Glasvezel wordt op commer-ci?le schaal in drie hoofdvormen gefabriceerd, namelijk gesponnen, als strengen en gewevenof geslagen materiaal. De afzonderlijke draden zijn tussen de 10 en dik en worden metlijm behandeld om de vezel te beschermen tegen oppervlakteschuring en ook om ze te bun-delen.Er doen zich echter twee problemen voor bij de toepassing van glasvezel in betonprodukten,namelijk het breken van de vezels en de aantasting van het oppervlak door de hoge mate vanalkaliteit van de gehydrateerde cementpasta. Verschillende fabricageprocessen hebbenechter de indruk gegeven dat er betonprodukten metglasvezelwapening vervaardigd kunnenworden die niet die sterke breuk zullen vertonen als bij de gebruikelUke proc?d?s voor devervaardiging van asbestcement. Het voork?men van chemische inwerking heeft daarentegentot verschillende benaderingen geleid. Men heeft corrosiebestendige bekledingen toegepast,meestal op kunstharsbasis, en meer recentelijk zijn nog pogingen gedaan om glassoorten teontwikkelen die tegen alkalische stoffen bestand zijn en men heeft de indruk dat deze soortenwel geschikt zijn voor de toepassing in portlandcementpasta. Voor beide gevallen moet echternog worden bewezen dat ook op de lange duur de betrouwbaarheid verzekerd is (13).Fabricagetechnieken hebben veel invloed op de sterkte van glasvezel versterkt beton. Eenhoge water-cementfactor is nodig om de pasta goed te mengen, waarbij de overmaat aanwater door zuigen of persen verwijderd wordt. Bij de methode waarbij gebruik gemaakt wordtvan een afzuigmal, ontwikkeld door de Building Research Establishment (13), wordt eenmengsel van pasta en vezels over het oppervlak van de mal gespoten. Deze mal :is bekleedmet een speciaal soort vochtbestendig papier of teryleendoek om de vezel vast te houden,terwijl het water'door zuiging verwijderd wordt. Met de persmethode wordt het watergrondi-ger verwijderd en het mengsel beter verdicht, maar tot dusver is deze techniek beperkt ge-bleven tot de produktie van vlakke platen.Terwijl de eerstgenoemde methode een twee-dimensionale willekeurige verdeling van dewapeningsvezels tot gevolg heeft, kan men ook gebruik maken van een normaal mengprocesmet een willekeurige vezelverdeling. Beide technieken maken gebruik van glasvezels met eenlengte tussen 10 en 50 mmo Zij worden beide toegepast bi] de vervaardiging van bekledings-panelen, raamkozijnen en onderdelen van gebouwen en bruggen (fig. 8). Men heeft ook kortebuizen van vezelbeton volgens het centrifugaal-proc?d? vervaardigd.Een van de belangrijkste verbeteringen in de eigenschappen van beton door glasvezelwape-ningis de spectaculaire vergroting van de stootweerstand. namelijk 20 25 X 103J/m2verge-leken met 3 - 5 X 103J/m2voor asbestcernent. Het materiaal krijgt bovendien een grote weer-stand tegen schokbelasting en een hogere bestandheid tegen brand, zodat het geschikt is alsbekledingsmateriaal :of als permanente bekisting voor constructiebeton. Wat de breuksterkteen stootweerstand van met glasvezel versterkt beton op de lange duur betreft, werdaange-toond dat deze aanzienlijk kan worden verbeterd door toepassing van alkalibestendig glas inplaats van het gebruikelijke E-glas (14) (fig. 9). Er doet zich nog steeds een sterkteverminde-ring voor naarmate het materiaal langer aan de lucht is blootgesteld; deze teruggang is noggroter :bij bewaring onder water. De kwaliteitsvermindering leidt echter niet tot een totaalsterkteverl jes.De duurzaamheid kan bevorderd worden door toevoeging van aluminiumcement of vliegas.Niettemin is er nog een duidelijk bewijs nodig ten aanzien van de duurzaamheid op langetermijn (10 tot 15 jaar of een versneld equivalent daarvan) voordat met glasvezel versterktbeton aanvaard zal worden, vooral wanneer sprake is van dragende constructies.Op grote schaal werd reeds gebruik gemaakt van het goedkopere borosilicaatglas (E-glas) incombinatie met aluminiumcement (15) en gipspleister (16) zonder dat sprake was van aantas-ting van de vezels. Op het ogenblik ligt de grootste ontwikkeling op het gebied van debekledingspanelen en scheidingselementen. Andere eigenschappen van deze vezelversterktebeton of mortel die de aandacht vragen zijn de brandbestandheid, de chemische inwerking en7710Invloed samenklontering van vezels opverlaging en variatie van de buig-treksterktevan metstaalvezels gewapend betonInfluence of balling effects on the reduciionand variability strength of steel fibrereinforeed concretexx?: mm 0 ( 1 ): mm x: ?_ mm )-rI 1.10 mmI/ II / JI. I 10/ I I ?I 1I1n/ Io1.01,80E..9Breuk-treksterkte en stootweerstand in det?d van met borosilikaatglas en alkali-bestendig glas gewapend beton (14)Durtbility of strength and impact resistanceof conventional E glass iibre and alkaliresistent glass iibre in ordinary Portlandcement matrix (14). s:___de waterdichtheid. Verschillende combinaties van aluminiumcement en E-glasvezel zijn metsucces toegepast in graansilo's, jachten, holle bodems voor woonschuiten, verwarmings-lichamen, enz.11Met een transportband worden vezels in demixer gebracht voor de produktie vangrote hoeveelheden staalvezelbeton op debouwplaatsUse of conveyer belt for feeding iibresinto the mixer for production of largevolumes of steel iibre reinforeed concreteStaalvezelsHet derde type vezel waarvan men op grotere schaal in de techniek gebruik maakt, is hetstaal. De meeste staalvezels worden verkregen door het snijden van getrokken draad; verderzijn de vezels van zeer gevarieerde vorm en oppervlakstructuur ten einde de mechanischeaanhechting te vergroten, zoals Duoferm. Ook worden staalvezels met lagere treksterkte(700 N/mm2) geproduceerd uit platgewalste staalspiralen met laag koolstofgehalte (bijv. USSFibercon). Uit proeven is echter gebleken dat de treksterkte weinig invloed heeft op de buig-treksterkte tijdens de eerste scheur, ofschoon het van beduidende invloed kan zijn op debuigtreksterkte als het vezelbeton in het breukstadium als gevolg van vezelbreuk bezwijkt enniet doordat de vezels uitgetrokken worden. De kosten van de vezels kunnen be?nvloedworden door de manier waarop ze worden geproduceerd.Ook bij toepassing van staalvezels doen zich twee belangrijke problemen voor. De eerstebestaat in de neiging van uiterst fijne vezels om tijdens het mengproces samen te kleven ofte klonteren, waardoor zich kleine 'egeltjes' vormen. Daarom kan niet genoeg gewezenworden op de noodzaak de vezels geleidelijk aan in de menger toe te voegen. Om maximalewerkzaamheid te garanderen, moet elke vezel in de matrix zijn ingebed; vezels die al bundelsof klonten gevormd hebben, zijn met de thans beschikbare mengmethodes niet gemakkelijklos te maken. Dergelijke opeenhopingen hebben tot gevolg dat de vezels niet gelijkmatig ver-deeld worden, waardoor de sterkte vermindert, zoals proeven met wisselende resultaten tezien geven (fjg. 10). Men is thans bezig met de ontwikkeling van mechanische doseerappara-tuur, pneumatische toevoerinrichtingen en andere methodes om de vezels toe te voegen. Hetblijkt dat vele problemen verbonden aan het met de hand mengen zodoende op bevredigendewijze kunnen worden opgelost (fig. 11).Het probleem van de corrosie dient grondig bestudeerd te worden. Er zijn op het ogenblikproeven aan de gang om de invloed van de omgeving op ongescheurde en gescheurde ele-menten na te gaan. Men beschikt nog over weinig gegevens en de beschikbare ervaringenhebben bovendien betrekking op betrekkelijk korte tijd. Toch is wel gebleken dat het roestenvan staalvezels zich tot het oppervlak beperkt en dat verkleuring van het oppervlak plaatselijken niet storend is. Bovendien gelooft men dat de omstandigheden waaraan met staalvezelgewapend beton blootgesteld wordt, de sterkte-eigenschappen en duurzaamheid van het ma-teriaal niet ernstig zullen be?nvloeden (tabel 4 en fig. Er zijn echter gegevens over langeretermijn nodig om te bewijzen dat staalvezels die aan allerlei inwerkingen blootgesteld worden,zich bevredigend zullen blijven gedragen.Belangrijke verbeteringen ten aanzien van de buigtreksterkte bij de eerste scheurwerking ende buigtreksterkte in het breukstadium, zijn tot stand gekomen door toepassing van korte(6,4 tot 63,5 mm) en dunne (0,15 tot 0,91 mm) staalvezels (fig. 13) (11, 17). De eigenschappenkunnen echter alleen worden verbeterd door te zorgen voor een gelijkmatige verdeling vande vezels en verdichting van de matrix om de vezels heen. Een doelmatige verdeling hangt afvan de structuur van de vezel, het vezelgehalte, :de meng-en verdichtingstechnieken, deCement XXVI (1974) nr. 2 78Tabel 4Sterktebehoud van staa/veze/s, blootgesteldaan verschillende omstandighedenomstandigheden waaraan hetmateriaal is blootgesteld% van de oorspronkelijke sterkte na eenexpositie-duur van:6 maanden 8 maanden 1 jaar8990".mm0xo,Gl?mm0.1' e.0.91..d100829681ree800'..afmetingen en vorm van het toeslagmateriaal en de betonsamenstelling. De verwerkbaarheidvan vers beton neemt snel af met vezelgehalte en -structuur: de verdichtingsmethode, devezelvorm. -lengte en -dlameter zullen de positie van de vezel in het geharde materiaal opverschillende wijze be?nvloeden (18).Bij de huidige 'ontwikkeling op het gebied van vezels, bezwijkt het beton eerder doordatvezels losgetrokken worden, dan doordat zij gaan vloeien en tot dusver heeft men nog maarweinig van wat mogelijk is de sterkte-eigenschappen kunnen verwezenlijken. Het is duide-lijk dat de aanhechting tussen vezel en matrix, belangrijkste element in de samenwerking,verder verbeterd moet worden, ofschoon chemische reiniging, galvaniseren en mechanischaangebrachte inkepingen de aanhechtingssterkte reeds aanzienlijk hebben verbeterd (19).Ondanks deze problemen heeft met staalvezels gewapend beton reeds een aantal praktischetoepassingen gevonden. Door de zeer goede constructie-eigenschappen is het materiaalideaal gebleken in de vorm van de zgn. 'overlays' op wegen, bestratingen, vliegvelden enbrugdekken, industrie- en andere vloeren, vooral waar deze aan slijtage en chemische invloe-den onderhevig zijn. Er bestaan op dit gebied reeds verschillende voorbeelden van deze toe-passing. Men heeft voorts met succes spuitbeton met staalvezels toegepast en daardoor velenieuwe mogelijkheden geopend voor toepassing in de tunnelbouw, kustwerken, dambouw,herstellingswerk in koeltorens enz.Van alle genoemde vezels zijn staalvezels wellicht het meest geschikt voor constructiedoel-einden. Uit recente proeven is gebleken dat staalvezels een doelmatige versterking kunnengeven tegen afschuifbreuk en dat met 3 volume% staalvezel een vermoeiingssterkte bij 2 mil-joen spanningswisselingen (20,21) te bereiken is van 74 en 83% van de buigtreksterkte bijeerste scheurvorming. Een praktische toepassing van staalvezels in een constructie vindt menin de dekvloer van een parkeergarage over twee verdiepingen op Heathrow Airport (22). Degarage bestaat uit een stalen frame als hoofdvloer. gecombineerd met 62,5 mm dikke beton-platen, versterkt met 3 gewichts% gehakte staalvezels (0,25 mm dik en 25 mm lang) (fig.geheel ondergedompeld in zeewatergedeeltelijk ondergedompeld in zeewaterplaatoppervlak in buitenlucht (ongescheurd)plaatoppervlak in buitenlucht (gescheurd)8, , ,100 teecrace13Invloed van vezelverdelingen volume opde buig-treksterkte van met staalvezelsgewapend betonlnfluenceof fibregeometry and fibrevolume on the f1exural strength of steelitbroue concrete12Invloed van blootstelling aan de buitenluchtvan met staalvezels gewapend beton opde be/asting-doorbuigingskarakteristiekInfluence of weathering on the load-deflection characteristics of steel iibrereinforeed concrete14Met staa/veze/s gewapende vloerplaten,opgelegd op een stalen ondersteunings-constructie voor een parkeergarage inHeathrowSteel fibre reinforeed concrete deck slabson steel space frame construction for carpark at HeathrowCement XXVI (1974) nr. 2 79Tabel 5Proetresultaten van met staalvezels gewa-pende betonplatenplaat: 62,5 mm dikvezelpercentage 3%plaat nummer123ontwerpbelasting: 9,0 kNbelasting bt] eerste scheur (kN)20,2014,8026,60breuksterkte (kN)30,6018,6026,60Tabel 6Vergel?kende eigenschappen van koolstof-vezelseigenschappen koolstofvezelshoge el. modo hoge sterktehoogwaardig hoogwaardigestaal glasvezelssoortelijk gewichttreksterkte kNfmm2treksterkte kNfmm2soort. gew.elasticiteitsmodulus kNfmm2elasticiteitsmodulus kNfmm2soort. gew.breukrek %2,00 1,74 7,87 2,542,07 2,76 1,31 2,621,04 1,71 0,17 1,03414 276 207 83207 159 26,3 32,7O,S 1,0 20,0 3,015Bezw?ktoestand van met staalvezelsgewapend-betonplaten, onderworpen aanherhaalde stootbelastingen; opmerkel?k isdat de platen hun vorm behielden en nietin stukken uit elkaar vielenFai/ure condition of steel fibre reinforeedconcrete slabs subjected to repeatedimpact loads; note that the slabs retaintheir shape and hold together and notshattered tnto piecesCement XXVI (1974) nr. 2Belastingproeven (tabel 5) toonden aan dat de platen van voldoende draagkracht en veilig-hied waren (22). Proeven met betonnen buizen hebben eveneens aangetoond dat staalvezelsin de plaats van de gebruikelijke wapening toegepast kunnen worden.KoolstofvezelsHet voordeel van koolstofvezels is dat zij niet alleen zelf een hoge treksterkte en elasticiteits-modulus hebben, maar ook in vergelijking met andere staal- en glasvezels (tabel 6). Men heefttechnieken ontwikkeld, waarmee de afzonderlijke vezels van eenkoolstofdraad kunnen wor-den losgemaakt; proeven hebben aangetoond dat de breuksterkte van een cementmatrix met8 vol.-% in lengterichting geplaatste koolstofvezels wel 160 Nfmm2kan bedragen. Het samen-gestelde materiaal heeft een lineair spanning-rekdiagram en blUkt voldoende bestand tegenvermoeiing, terwijl de kruip aanvaardbaar is. Uit buigtrekproeven blijkt over het algemeen datde buigtreksterkte en elasticiteitsmodulus per procent aanwezige vezels respectievelijk metca. 21 Nfmm2en2100 Nfmm2verbeteren.Op kleine schaal uitgevoerde onderzoekingen betreffende de duurzaamheid van met koolstof-vezels gewapend beton, hebben uitgewezen dat bij normale omgevingstemperatuur bij zowelaan de lucht als onder water verharde monsters, de oorspronkelijke butqtreksterkte geduren-de een jaar behouden bleef (23). In dit opzicht vertonen koolstofvezels een grotere stabili-teit dan de verkrijgbare glasvezels op borosilicaatbasis. Bij voortdurende verharding onderwater bij 50?C, vertoonden de samenstellingen een sterktevermindering van 20% in de tijdvan ??n jaar. Met een gehalte van 4% aan doorgaande, in dezelfde richting geplaatstevezels, heeft beton met koolstofvezels een elasticiteitsmodulus die 1,5 maal zo groot is alsdie van de matrix.Bij toepassing van een geringe hoeveelheid vezels ligt de breuksterkte van het beton nietveel hoger dan die van de matrix en beduidend lager dan die van met glasvezel gewapendbeton. Meer recente proeven hebben echter aangetoond dat een combinatie van koolstof-vezels met andere vezels de stootweerstand aanzienlijk verbetert.Toepassing van koolstofvezels in de bouwkunde biedt beslist aantrekkelijke mogelijkheden,vooral in dunne elementen zoals bekledingspanelen, schaal constructies, brugdekken enz. (24).Ondanks de hoge prijs van de vezels zUn de specifieke eigenschappen zodanig, dat verdereontwikkeling alleszins gerechtvaardigd is.Dynamische respons van beton met vezelwapeningEen eigenschap van beton met vezelwapening die speciaal vermelding verdient, is het ver-mogen om enorme hoeveelheden energie te absorberen en stoot- en explosieve belastingenop te vangen. Bij proeven op platen meteen lading van 4,5 kg springstof bleek de snelheidwaarmee de losgeslagen stukken werden weggeslingerd ongeveer 20% lager te liggen en deverbrijzeling meer dan 80% kleiner te zijn. Het materiaal blijkt bljzonder bestand te zijn tegenoverdruk en schokgolven en het lijkt erop of men hier met een geheel nieuw materiaal temaken heeft, dat zich bijzonder stabiel en vast gedraagt bij explosieve belasting in construc-ties. De stoot- en verbrijzelweerstand blijken eveneens zeer groot te zijn, misschien wel 30maal die van mortel en beton zonder deze wapening. Uit figuur 15 blijkt dat de platen na hetbezwijken niet gedesintegreerd waren, maar min of meer intact bleven zonder in stukkenuiteen te vallen. Op kleine schaal uitgevoerde proeven hebben aangetoond dat beton met eenwapening van staalvezels en ge?mpregneerd met polymeren, een breuksterkte kan bezittendie 40 maal die van gewoon ongewapend beton bedraagt. De taaiheid van het beton wordteveneens vergroot en de breukrek bedraagt daarbij meer danConclusiesBij de huidige stand van de ontwikkeling is het niet mogelijk voor alle omstandigheden een'meest geschikte' vezel te noemen. Het is trouwens de vraag of er ooit een dergelijk unieksoort vezels zal komen. Vezels kunnen in twee hoofdgroepen worden verdeeld, namelijk die80Cement XXVI (1974) nr. 2welke een hogere elasticiteitsmodulus dan de matrix vertonen en afhankelijk zijn van span-ningsoverdracht om maximaal werkzaam te kunnen zijn en die met een geringere elastlcltelts-modulus. Alleen de eerstgenoemde soort zal sterke mengsels geven. Asbest, glas en staalvertonen alle een hoge elasticiteitsmodulus en kunnen bij hogere temperaturen worden toe-gepast dan de vezels met lagere modulus zoals nylon en polypropyleen, die bij ongeveer100?C hun belastingssterkte verliezen. De grote verbetering van de stootweerstand en taai-heid bij breuk, die vezels van glas, staal en kunststof bieden, vindt men niet bij asbest, datzich vooral door zijn hoge treksterkte kenmerkt.Zoals te verwachten is, verbeteren sommige vezels bepaalde eigenschappen van beton, waar-toe andere vezels niet of niet in dezelfde mate in staat zijn. Glas- en asbestvezels verhogenbij voorbeeld in aanzienlijke mate de brandbestandheid van dunne panelen. Aan de anderekant vergroot staalvezelwapening het warmtegeleidend vermogen van beton en gaat deinvloed tegen van temperatuurverschillen; deze vezels verminderen de scheurwerking en demate van verbrijzeling en verbeteren zodoende ook de brandbestandheid.Bij vezels met hoge E-modulus, vooral staal, blijft ondeugdelijkheid van de aanhechting hetvoornaamste probleem, maar de toepassing van vezels biedt nog andere voordelen danverhoging van de sterkte. Door de minder vanzelfsprekende eigenschappen zoals verbeterdebestandheid tegen stoten en explosieve belasting, tegen thermische schokken, slijtage, ver-brijzelen en scheuren en het vermogen om energie op te nemen, zal het materiaal ongetwijfeldin menig toepassingsgebied zinvol zijn. Combinaties van verschillende vezels leiden mogelijkweer fot andere eigenschappen.AI deze eigenschappen moeten worden beschouwd in samenhang met het corrosieprobleemen de inwerking van alkalische stoffen op respectievelijk staal- en glasvezels, terwijl kunst-stofvezels in dit opzicht duurzamer zijn. In tegenstelling tot corrosie, die bepaald wordt doorhet milieu, treedt inwerking door alkalische stoffen op als functie van de microstructuur vande samenstelling. Het is dan ook nodig de bestandheid over een periode van 10 tot 15 jaaraan te tonen, of via een versnelde beproeving, voordat de toepassing van glasvezel in cement-matrices voor constructiedoeleinden mogelijk wordt.Hoewel er duidelijk mogelijkheden zijn om de sterkte en stijfheid door vezelwapening te ver-beteren, doen zich daarbij toch problemen voor zoals de verwerking, het mengproces en hetbehoud van constante kwaliteit. De meeste vezels zijn moeilijk te scheiden en er zijn bepaaldedoseringsmethoden nodig, hetzij pneumatisch of door trillen, om ze gelijkmatig door hetmengsel te verdelen en te voorkomen dat samenklontering optreedt. Dan zijn er nog factorenzoals verdichting, invloed van de bekistingsvorm, enz. waarmee rekening moet worden ge-houden.Beton met vezelwapening zal de eerste jaren nog wel beduidend duurder blijven dan normaalbeton. De kosten van beton met vezelwapening mogen echter niet zonder meer op basis vanmateriaalkosten tegenover die van ongewapend of gewapend beton gesteld worden. De voor-delen moeten beschouwd worden in relatie tot eigenschappen en bruikbaarheid - dat is eenvan de voornaamste functies van het construeren - en men moet de extra kosten van de.nieuwe samenstelling overwegen, uitgaande van de verschillende voordelen die de toepassingbiedt.Het zou evenzeer verkeerd zijn om te zeggen dat beton met vezelwapening een volmaaktmateriaal is dat alle aan beton verbonden problemen oplost. Ook is het niet waarschijnlijk dathet bekende constructiebeton er in zijn geheel door zal worden vervangen. Het nieuwe mate-riaal heeft desondanks enkele zeer unieke eigenschappen, waarvan men zowel de mogelijk-heden als de beperkingen moet leren kennen. De voordelen die nieuwe technische materialenbieden, gaan verloren indien men de daarmee te maken constructies op de traditionele wijzebenadert. Wellicht is :het een eerste vereiste om nieuwe inzichten te ontwikkelen ten aanzienvan het construeren met en het toepassen van deze materialen.DankbetuigingDe in het voorgaande genoemde feiten en gegevens zijn uit verschillende bronnen afkomstigen aangevuld met de resultaten van eigen onderzoekingen van de auteur. Tallozen hebbenmedewerking verleend door het verschaffen van foto's, feiten en gegevens, en door aanbesprekingen deel te nemen. De auteur zou allen hiervoor zijn bijzondere erkentelijkheidwillen betuigen.Litteratuur1. Slayter, G., Two-phase materiais', Scientific American, Vol. 206, No. Jan. 1962, p. 1242. Swamy, R.N., Fattuhi, N.1. and Mangat, P.S., 'Mechanies of fibre-reinforced concrete', Proc.International Conf. on Mechanical Behaviour of Materiais, Kyoto 1971, Vol. V, 1972, p.1683. Swamy, R.N., Mangat. P.S. and Rao, C.v.S.K., The mechanics of fibre reinforcement ofcement matrices', presented at the International Symposium on Fibre Reinforeed Concrete,Ottawa, Oct, 19734. Grtfflth, AA, The phenomena of nipture and flow in soltds', Philosophical Transactlens. RoyalSociety, Series A, Vol. 221,1920, p. 163Swamy, R.N., Discussion, 'Theortes of crackpropagation and fracture', Session 0, Proc. Inter-national Conf. on the Structure of Concrete, London 1965, Cement and Concrete Association1968,p.2126. Romualdi, J.P. and Batson, G.B., 'Behaviour of reinforeed concrete beams with closely spaeedreinforcement', AC/Journa/, Proc. Vol. 60, No. 6, June 1963, p. 7757. Romualdi, lP. and Batson, G.B., 'Mechanies of crack arrest', JI. Engineering Mechanics Dlvl-sion, Proc. American Society of Civil Engineers, Vol. 89, No. EM3, June 1963, p. 147818. Kar, lN. and Pal, A.K., 'Strength of fibre-reinforced concrete', Jl. Structural Division, Proc.American Society of Clvll Engineers, Vol. 98, No. ST5, May 1972, p. 10539. Shah, S.P.,and Rangan, B.V., 'Fibre reinforced concrete properties', AC/ Journal, Proc. Vol.68, No. 2, Feb. 1971, p. 12610. Hughes, B.P., 'Fibre reinforcement for concrete', Paper 1, Symposium Fibreus Concretes USAand UK, Sept. 1972, p. 811. Swamy, R.N. and Mangat, P.S., 'A theory for the flexural strength of steel ftbre reinforcedconcrete'; to be published.12. Fairweather, A.D., 'The use of polypropylene film fibre totncrease impact reststance of con-crete', Proc. International Building Exhibition Conference on Prospects for Fibre ReinforcedConstruction Materiais, Olyrnpla, Nov. 1971, p. 4113. Cahn, D.S., Phillps, lC., Ishai, O. a.nd Aroni, S., 'Durablltty of fiber glass in Portland cementcomposites', ACI Journal, Proc. V. 70, No. 3, March 1973, p. 18714. Steeie, B.R., 'Glass fibre reinforced cement', Proc. Internationa.l Building Exhlbltlon Confe-rence on Prospects for Fibre Helnforeed Construction Materiais, Olympia, Nov. 1971, p, 2915. Private communication.16. Ryder, lF., 'Glass fibre relnforeed gypsum plaster', Proc. International Building ExhiblttonConference on Prospects for Fibre Reinforced Construction Materiais, Olympia, Nov. 1971,p.6917. Snyder, M.l. and Lankard, D.R., 'Factors affecting the flexural strength of steel fibrous con-crete', AC/ lournel, Proc. Vol. 69, No. 2, Feb. 1972, p.9618. Edgington, 1 and Hannant, D.J., 'Steel ftbre relnforeed concrete. The effect on ftbre orientationof compaction by vibratlon', R/LEM Materials and $tructures, Vol. 5, No. 25, Feb. 1972, p. 4119. Mayfield, B. and Zelly, B., 'Steel fibre treatment to improve bonds', Concrete, Vol. 7, No. 3,March 1973, p. 3520. Batson. G., Jenkins, E. and Spatney, R., 'Steel ftbres as shear reinforcement in beams', AC/lournel, Proc. Vol. 69, No. 10, Oct. 1972, p.64021. Batson, G., Bali, C., Landers. E. and Hooks, 1, 'Flexural fatigue strength of steel fibre rein-forced concrete beams', ACI Journal, Proc. Vol. 69, No. 11, Nov. 1972, p. 67322. .Swarny, R.N. and Kent, B., 'Some practical structural applications of steel fibre reinforcedconcrete', Paper presented at the ACI Symposium on New Developments in ConstructionMateriais, Nov. 1972; to be published.23. All, MA, Majumdar, A.l and Rayment, DOL., 'The strength and durablllty of carbon-fibre-reinforced cement composites', Proc. Conference on the Properties of Fibre Composites,Natlorral Physical Laboratory, Nov. 1971, p. 2724. Waller, JA, 'Carbon fibre cement composltes', Civi/ Engineering and Public Works Review,Vol. 67, No. 789, April 1972, p. 35725. Williamson, G.R., 'Response of fibrous-reinforced concrete to explosive loading', TechnicalReport No. 2-48, Department of the Army, Ohio River Dlvlslon Laboratorles. Corps of Engi-neers, Jan. 1966, p. 83Voorlichting VB 1974gaat onverminderd door!Van de Voorlichtingsbijeenkomsten VB 1974,die georganiseerd worden door de Beton-vereniging en het AVBB (Afd. Opleidingen),zijn er inmiddels al zo'n 60 gehouden, metin totaal meer dan 3000 deelnemers.Zoals bekend is, zijn er twee series: deeen is speciaal bedoeld voor betontekenaarsen anderen in vergelijkbare functies, de an-Cement XXVI (1974) nr. 2der is speciaal bestemd voor functionarissenop het werk, zowel aan de uitvoerende alsaan de toezichthoudende kant.Elke bijeenkomst duurt een gehele dag. Dedeelnemers ontvangen een 'syllabus', waarinde essentie van de aangehoorde voordrach-ten staat, en ook een 'Staat van wijzigingen',zijnde een overzicht van de (vele) verschil-len tussen de VB 1974 en de GBV 1962.Inmiddels is al diverse malen gebleken, datzo'n bijeenkomst niet overbodig is. Voorvelen vormden de Voorschriften Beton 1974nog een 'vreemde zaak'. De meeste deel-nemers hebben - gelukkig - begrepen, datzij hier niet mee kunnen volstaan. Zij zullenz?lf nog het nodige moeten doen om tekunnen 'bijblijven' en om straks de VB 1974te kunnen toepassen.In de komende maanden (februari en maart)worden er ten minste nog 25 bijeenkomstengehouden, grotendeels voor functionarissenop het werk, omdat uit deze groeperingmeer belangstelling komt dan uit de (klei-nere?) kring van betontekenaars. Voor dereeds voorbereide bijeenkomsten te Am-sterdam, Arnhem, Eindhoven, Rotterdam enUtrecht (functionarissen op het werk) kanmen zich nog aanmelden. De Rotterdamsebatontekenaars hebben ook nog een aantal82mogelijkheden. Maar zodra er voldoende be-langstelling bestaat, zullen er in die plaat-sen en ook elders nog meer voorlichtings-bijeenkomsten worden georganiseerd (inbeide series).Misschien dat sommige bedrijven, diensten,fabrieken en organisaties uit de Nederland-se bouwwereld nog een aansporing nodighebben om hun medewerkers, die daarvoorin aanmerking komen, te stimuleren en in degelegenheid te stellen aan zo'n Voorlich-tingsbijeenkomst deel te nemen.De voorlichting aan betontekenaars en aanfunctionarissen op het werk is bijzondergoed voorbereid. De 'syllabussen' zijn ge-reed, de organisatie loopt gesmeerd en dedocenten staan paraat. Daarom is het goedte begrijpen, dat enkele vooraanstaande be-drijven en bureaus dit 'apparaat' al hebbenuitgenodigd voor een 'interne' voorlichtings-dag betreffende de Voorschriften Beton1974.Brochures met aanmeldingsformulieren als-mede verdere inlichtingen kunnen wordenaangevraagd bij het Algemeen VerbondBouwbedrijf (AVBB), Afdeling Opleidingen,Benoordenhoutseweg 21, 's-Gravenhage, tel.(070) - 24 50 08, toestel 18.
Reacties