? ? onderzoek ? betontechnologieir.S.J.Lokhorsf, Technische Universiteit DelftDe aanwezigheid van scheuren In beton is in hetalgemeen geen probleem. Toch kunnen erredenen zijn om scheurvorming te beperken ofte voorkomen, bijvoorbeeld om hetfunctio-neren van beschermingsconstructies, opslagconstructies of vloeistofkerende construc-ties te waarborgen. Ook vanwege duurzaamheid afom esthetische redenen worden eisenaan scheurvorming gesteld. E?n van de oorzaken van scheurvorming is de spanningsont-wikkeling tijdens het verhardingsproces. Deze spanningen ziJn het gevolg van geheel ofgedeeltelijk verhinderde temperatuur? en krimpvervormingen. Scheurvorming treedt opals deze spanningen, eventueel in combinatie met spanningen uit gebruiksbelastingen,de treksterkte overschrijden.HETGRIJZEGEBIEDVANHETJONGEBETON (IV)SPANNINGEN EN SCHEURVORMING IN JONG BETONSteeds vaker worden in bestekken eisen ge-steld ter voorkoming van scheurvorming Injong beton. Deze eisen worden vaak uitge-drukt in toegestane temperatuurgradi?nten.Tijdens een recent gehouden symposium inM?nchen [1] werd er in verschillende bijdra-gen voor gewaarschuwd dat temperatuurcri-ter"la niet betrouwbaar zijn. Het hanteren er-van kan leiden tot onderschatting van span-ningen, maar ook tot onnodige maatregelenom scheurvorming te voorkomen. Dezewaarschuwingen waren zowel op praktijker-varingen als op theoretische overwegingengebaseerd. Het zou veel beter zijn, de kansop scheurvorming in jong beton te baserenop sterkte- en spanningsberekeningen.In dit vierde artikel in deze serie zal wordeningegaan op methoden en resultaten van ex-perimenteel onderzoek, op methoden voorspanningsberekeningen en op scheurcrite-ria. Ook is er aandacht voor de wijze waaropkennis van het verhardingsproces en de ont-wikkeling van de microstructuur kan wordenaangewend bij de modelleringvan het kruip-en relaxatiegedrag van jong beton.Relatie tussen temperatuur en spanningScheurvorming in jong beton kan het gevolgzijn van eigenspanningen tengevolge vantemperatuurverschillen in een betondoor-snede of van spanningen tengevolge van uit-wendige verhindering van de vervormingenvan een betonelement. Ter voorkoming vanscheurvorming zijn in het verleden tempera-tuurcriteria opgesteld. Temperatuurverschil-len in een doorsnede of tussen twee aanslui-tende delen van een constructie zouden nietgroter mogen zijn dan respectievelijk 15 en20'C [2J.CEMENT1996/3Bij de toepassing van temperatuurcriteriawordt impliciet verondersteld, dat de span-ningsontwikkeling alleen door de tempera-tuurwordt bepaald. Er zijn echter meer facto-ren die de spanningsontwIkkeling be?nvloe-den:? de autogene of verhardingskrimp Ea [3];? de verschillen in stijfheid van het beton alsfunctie van tijd en plaats;? de mate waarin de 'constructie' wordt ver-hinderd te vervormen (de verhinderings-graad R);? de relaxatie 1jJ.Formule 1 geeft de relatie tussen een span-ningsincrement ?.o( t, r) en deze factoren:Aa(t,r) ~ (aAT+Afo)' E(r)' R' 'I'(t,r)(l)waarin:a is de thermische uitzettingsco?ffici?nt;?.T is de temperatuurverandering bij r;is het actuele tijdstip;T is de leeftijd bij belasten;E is de elasticiteitsmodulus zowel voordruk als voor trek.AI deze factoren zorgen ervoor dat tempera-tuurcriteria een te conservatief ofte optimis-tisch beeld van de optredende spanningenkunnen geven. Een sterktecriterium (of eenrekcriterium) zou veel betrouwbaarder zijn.Echter, het formuleren van een sterktecrite-rium is alleen zinvol als de spanningsantwik-keling nauwkeuriggemeten of berekend kanworden. Veel recent onderzoek spitst zichdan ook toe op methoden om de spannings-antwikkeling op ??n of andere wijze te kun-nen kwantificeren.23? ? onderzoek ? betontechnologieex =1.10-6 K-1ge?soleerde bekistingverhinderde elastische vervorming veroorzaaktIIE drukspanning * trekspanning )1, I . T(t)I , g'OJet-elas,tlsche I niet-elastische '?L.. vervorming _-__ Tz.2 vervorming '-:J ; ' . - - - - - - - - - ~~ ". Tz (tl I ---- ~~ ~~ elastisc~e1 ~2! vervormlOg 1:i i ~7?+i-~----+--~~----r-~~tijdCD ReiBrahmen uit M?nchen [1, 4JClc:'?c:reg.+(J? Principe van de nu/spanningstemperatuur [7J@ Temperature Stress Testing Machine uithet Stevinlaboratorium (hier zonder thermi-sche isolatie)24Experimenteel onderzoekMethodenIn M?nchen wordt onder leiding van Sprin-genschmid al sinds hetbegin van dejaren ze-ventig onderzoek gedaan naar scheurvor-ming in jong beton. Daar zijnde instrumen-ten en principes ontwikkeld, waarmee nuook aan andere instituten in Europa onder-zoek wordt gedaan. Springenschmid en Ni-scher [4] begonnen hun onderzoek met hetReiBrahmen (fig. 1). Met ditstalen raamwerkkunnen de opgelegde temperatuurvervor-mingen van het verhardende beton gedeel-telijk (tot 75 ? 85%) worden verhinderd. Despanningsontwikkeling wordt berekend uitde gemeten vervorming van het raamwerk.Door thermische isolatie van het proefstukkunnen verschillende verhardingsomstan-digheden worden nagebootst.Van meer recente datum is de TemperatureStress Testing Machine (TSTM) [5] (foto 2)waarmee zowel spanningsontwikkelings-proeven als kruip- en relaxatieproeven opverhardend beton kunnen worden uitge-voerd. Vergelijkbare beproevingsapparatuuris ontwikkeld in Braunschweig, Lulea, D?s-seldorf, Delft, Bergamo en Trondheim. Demeeste apparaten zijn inmiddels operatio-neel en geleidelijk aan worden de resultatengepubliceerd.ResultatenHet onderzoeksprogramma van Sprin-genschmidheeft een grote hoeveelheid ge-gevens opgeleverd over invloeden van be-tontechnologische maatregelen (cementge-halte, cementsoort, water-cementfactor, ty-pe toeslagmateriaal enz.) op de scheurge-voeligheid van jong beton [6]. De onder-zoeksresultaten worden gebruikt om nieuwetemperatuurcriteria te formuleren.Een centrale rol in dit onderzoek wordt toe-gekend aan het begrip nu/spanningstempe-ratuur. Dat is de temperatuur tot welke hetbeton moet worden opgewarmd of afge-koeld om een spanningslozetoestandte ver-krijgen. Twee nulspanningstemperaturenkunnen direct uit het gemeten spannings-verloop worden afgelezen (fig. 3). Dat zijn detemperaturen TZ1 en Tz2? waarbij respectieve-lijk de spanningsontwikkeling begint en despanningvan druk overgaat in trek. Op ande"re tijdstippen tzou de nulspanningstempera-tuur Tz( t) kunnen worden berekend uit de ge-meten spanningsontwikkeling met de for-mule:a{t) = E(t) . a[Tz(t) - T(t)]In [7] stellen Mangold en Springenschmidvoor om scheurvorming te koppelen aan hetverschil tussen de actuele temperatuur vanhet beton en de nulspanningstemperatuur.Deze methode is rekentechnisch zeer een-voudig, maar kenteen aantal praktische be"zwaren. Het verloop van de nulspannings"temperatuur kan alleen worden berekend uitde met het ReiBrahmen gemeten spannings-CEMENT1996j3120967224 48tijd (uren)--- PC-A,...1:'';~_._-- HOC-A',,; "" .. ~',HOC-A*....... --- _._., "- "\~""'".,\, "'" ........., r-J ........... ... "-1?,;3o~2o-2-145PC-A40HOC-A0 N-E0E.... -..::l Z::l~ OlQ) 30 .!:0- c:E c: