Enkele aspecten van het theoretisch en experimenteelonderzoek verricht bij de leerstoel 'Gewapend beton',T. H. Delftir.N.J.Heijtir.M.LeewisIn het meinummer van Cement werd met eenartikel door W. van der Marel en C. Smits-kamp een reeks artikelen ge?ntroduceerdover oorspronkelijk theoretisch en experi-menteelonderzoek verricht door de leerstoel'Gewapend Beton' van de Technische Hoge-school Delft, die zouden volgen in dit juli-nummer. De thans gepubliceerde bijdragenvormen nog niet de gehele reeks; gezien deomvang van de artikelen door ir.J.Brakel enir.C.Hartsuiker, ir.P.Stroven en ir.J.Zwart,waren wij genoodzaakt deze te verschuivennaar het september- resp. oktobernummervan Cement.Redactiegrind betonlichtbeton9Os- of schuimbetonVgt_OVgt_O.5---.... korrelsterkte ( log. schaal)Vgt= volume van het grove toeslagmateriaal per volume eenheid betonVerband tussen korre/sterkte en beton-sterkteDe tussen vierkante haakjes geplaatstecijfers verwijzen naar de op blz. 296 en297 geplaatste litteratuurlijstCement XXI (1969) nr. 7Enige eigenschappen van licht- en grindbeton,vergeleken op basis van het toeslagmateriaalU.D.C. 666.972.022.5:666.973.022.5Eigenschappen van licht- en grindbeton, vergeleken op basis van het toeslagmateriaal1. Inleidinglichtbeton bezit andere eigenschappen dan grindbeton. De verschillen worden primair ver-oorzaakt door het toeslagmateriaal. Bij het vergelijken van lichtbeton en grindbeton op basisvan gelijke druksterkte, leveren vooral de kwaliteiten K 160 en K 225 moeilijkheden op. Dediverse betonsoorten van deze twee kwaliteitskiassen vertonen namelijk grote verschillen insamenstelling. Deze worden voornamelijk veroorzaakt door de verwerkbaarheid en de sterktevan de lichte toeslagmaterialen. Beide factoren be?nvloeden het cementgehalte in belangrijkemate.Naarmate aan de betondruksterkte hogere eise.n gesteld worden, zullen de zwakkere enslecht verwerkbare lichte toeslagmaterialen niet meer in aanmerking komen en houdt mende geselecteerde betere materialen over. Deze zijn in het algemeen rond of cilindervormig,aan de buitenzijde voorzien van een sinterhuidje en derhalve gced verwerkbaar. Voor eenbetondruksterkte ;;;. 300 kgf/cm2wordt het vergelijken tussen licht- en grindbeton dus mindergecompliceerd, omdat hier van dezelfde mortelsamenstelling kan worden uitgegaan en deeigenschappen vergeleken kunnen worden op basis van het toeslagmateriaal.2. Sterkte en vervormingIn grindbeton is het grove toeslagmateriaal veel sterker dan de omringende mortel.Verandering in de korrelsterkte van dit materiaal heeft daarom slechts weinig invloed op desterkte van het beton. In het algemeen wordt de sterkte van grindbeton alleen bepaald doorde normsterkte van het cement en de water-cementfactor, en is het gehalte aan grof toeslag-materiaal van ondergeschikte betekenis voor de betonsterkte. Lichtbeton verschilt in dit op-zicht van grindbeton; hier is nl. het toeslagmateriaal het zwakste bestanddeel van het beton.De sterkte ervan kan vari?ren van 0,1-1,0 maal de mortelsterkte [1] *. Naarmate de sterktevan het toeslagmateriaal toeneemt, wordt ook de sterkte van het lichtbeton groter.De sterkte van lichtbeton wordt behalve door de normsterkte van het cement en de water-cementfactor ook bepaald door het cementpasta-gehalte en de korrelsterkte.Zoals uit fig. 1 blijkt, wordt de invloed van het cementsteengehalte geringer naarmate detoeslagkorrels sterker zijn. Daar de korrelsterkte van de meeste lichte toeslagmaterialen af-neemt naarmate de korreldiameter groter wordt, moet de maximale korrelgrootte wordenbeperkt. Wordt grindbeton op druk belast, dan bieden de elastische toeslagkorrels die in-gebed zijn in de gemakkelijker vervormbare mortel, de grootste weerstand. Hierdoor zal despanning zich voornamelijk concentreren in de grove toeslagkorrels, zodat de krachtsover-dracht grotendeels via deze korrels geschiedt.In lichtbeton, waar het toeslagmateriaal juist de gemakkelijkst vervormbare component is,wordt de belasting door de mortel overgebracht. De mortel vormt als het ware een ruimte-lijk skelet dat voornamelijk de krachten opneemt. In hoeverre de grove toeslagkorrels bij-dragen aan de krachtsoverdracht, hangt af van het verschil in elasticiteitsmodulus tussenmortel en korrels. Naarmate de elasticiteitsmodulus van mortel en toeslagmateriaal elkaarmeer benaderen, gedraagt het beton zich homogener, hetgeen zich onder meer in belangrijkemate manifesteert in het vervormingsgedrag en de spreiding in de sterkteresultaten. Desterkte van grindbeton is voor een belangrijk deel afhankelijk van de aanhechting tussentoeslagmateriaal en mortel. Scheurvorming ontstaat ter plaatse van de grote spanningscon-centraties. Voor grindbeton zal ten gevolge van axiale drukbelasting de scheurvorming rond detoeslagkorrels bij 40 tot 60% van de bezwijkbelasting beginnen en zich bij hogere belastingvoortzetten door de mortel. Deze scheurvorming vormt de inleiding tot bezwijken en is vangrote betekenis voor de sterkte bij langdurige belasting.In lichtbeton loopt het breukvlak door het toeslagmateriaal. De aanhechting van de mortelaan de korrel is hier sporadisch het kritieke punt. De eerste micro-scheurvorming ontstaat inde mortel. Deze scheurvorming begint zich te ontwikkelen bij ca. 70% van de bezwijkbelas-ting. Het verschil met grindbeton is dus dat de scheurvorming eerst in een hoger belastings-stadium optreedt.L93~ E (vervorming)2Verloop van spanningsvervormingsdiagramvoor grind-, Iicht- en gasbeton3Relatie tussen de elasticiteitsmodulus vanbeton en die van het grove toeslag-materiaal~2,0 +---+---+--+---1----t,,5+-----l-~nt____1,0 +------,,1""---+--+----+----Q5~-_+--+_-_+--+_-----o 2Cement XXI (1969) nr. 73. VervormingsgedragIn het vervormingsgedrag onder belasting speelt de heterogeniteit van het beton een be-langrijke rol. Zoals bekend heeft het spanningsvervormingsdiagram van grindbeton bij eenbelastingspercentage dat groter is dan 30% ten opzichte van de bezwijkbelasting, een toe-nemend verloop. De oorzaak hiervan zijn micro-scheuren, die bij korrels met een glad opper-vlak in het scheidingsvlak van mortel en toeslagmateriaal reeds in onbelaste toestand doorkrimp ontstaan. Door het belasten vermeerderen zij in aantal, wijdte en lengte. Blijft debelasting lager dan 0,3 a'b, dan neemt deze scheurvorming niet toe. Daarboven ontstaanechter nieuwe scheuren en breiden reeds bestaande scheuren zich uit. Het gevolg hiervanis dat het spanningsvervormingsdiagram steeds meer begint af te buigen. Boven de 0,7 a'bgeven de hechtscheuren aanleiding tot micro-scheuren in de mortel. Wanneer deze mortel-scheuren de hechtscheuren gaan overbruggen is het beton in het bezwijkstadium gekomen[21. Bij toeslagmateriaal met een minder glad oppervlak dan grind gaat de samenwerkingtussen mortel en korrel minder gemakkelijk verloren, met het gevolg dat hechtscheuren ?fbij een hoger belastingspercentage ?f geheel niet ontstaan. Bovendien ontstaan door delagere elasticiteitsmodulus van het toeslagmateriaal niet zulke grote spanningsconcentratiesrondom de korrels. Bij constructief lichtbeton blijkt dat het spanningsvervormingsdiagram toteen belastingspercentage van 70-80% visceus-Iineair verloopt (fig. 2). Bij gasbeton waarhet grove toeslagmateriaal geheel ontbreekt, verlcopt het spanningsvervormingsdiagram totbreuk praktisch rechtlijnig. Door het ontbreken van grove vormvaste delen ontstaat hiereen betrekkelijk homogeen mortelskelet dat voor de krachtsoverdracht zorgdraagt. Span-ningspieken die hechtscheuren veroorzaken, zijn niet aanwezig.4. ElasticiteitsmodulusDe elasticiteitsmodulus van de toeslagkorrels, die in grindbeton worden gebruikt, bedraagtca. 600000-1 000000 kgf/cm2. Dit is aanzienlijk hoger dan de elasticiteitsmodulus van demortel, die tussen 200000 en 300000 kgf/cm' ligt. De elasticiteitsmodulus van het lichtetoeslagmateriaal bedraagt globaal 100000-200000 kgf/cm2[3].Het verschil in structuur tussen grind- en lichtbeton is, dat grindbeton in principe is opge-bouwd uit een continue component met een lage E en een elastische component met eenhoge E. Lichtbeton bestaat daarentegen uit een continu rooster van een elastisch materiaalmet een relatief hoge E, dat is opgevuld met een component met een lage E. Op grondhiervan heeft Hansen [4] twee formules ontwikkeld om de E van beton te bepalen uit deE-modulussen van de componenten en de volumina, die deze beide innemen. Formule (1)geldt voor het geval dat de E van het grove toeslagmateriaal groter is dan die van de mortelen formule (2) indien het omgekeerde het geval is.Voor Egt> Em geldt:1Eb= - - -Vm Vgt-+-Em Egthierin is:Eb = elasticiteitsmodulus van het betonEgt = elasticiteitsmodulus van het grove toeslagmateriaalEm = elasticiteitsmodulus van de mortelVgt = volume van het grove toeslagmateriaal per volume-eenheid betonVm = volume van de mortel per volume-eenheid betonTot de mortel behoren de toeslagkorrels < 2,8 mmo(1)(2)Uit beide formules volgt dat de elasticiteitsmodulus van beton groter wordt naarmate de Evan het grove toeslagmateriaal hoger is. Een weergave van dit verloop is in fig. 3 geschetstvoor de meest voorkomende samenstellingen (0,30