? ? materialen ? wapeningprof.dr.J.M.J.M.Bijen, Intron BVen TU Delft/rapporteur CUR-onderzoekcommissie 860Scheuren In betonvloeren zijn lange tijd min of meer als onvermijdelijkbeschouwd. Ze be-horen bij hetmateriaal beton. Zolang scheuren nogmaarniet dooren doorgingen, werdenze geaccepteerd, al ging dat niet zonder m~rren.Krlmpwapeningwerd niet zozeer toege-past om scheuren te vermijden, als wel om scheuren beter te verdelen. Scheuren zijn ech-ter steeds minder gewild.Een belangrijke oorzaak van scheuren bij vloeren is plastische krimp. Om plastischescheurvormingvan beton te verminderen worden wel polypropyleenvezels gebruikt. In ditartikel zalworden Ingegaan op principesvan de werking Van dezevezels en op achtergron-den van de beproevingsmethode die is neergelegd in CUR-aanbeveling 42 'Bepaling vande invloed van polypropyleenvezels in beton op de vorming van plastische krimpscheurenen daardoor op de vloeistofdichtheid'.Debeproevingsmethode zal nietverder in detail wordenomschreven. Dat isgeschied in deCUR-Aanbeveling.POLYPROPYLEENVEZELSALSWAPENINGTEGENSCHEURVORMINGINVLOERENG) Verloop deformeerbaarheid beton inplastische fase en beginstadium verharding901 2 4 8 luren I 1{dag)~ tijd (log)7 (dagen 1 28Scheuren zijn aangrijpingspunten voor ver-vuiling en bij belasting door rollend verkeervormen ze het begin van schade. Afbrokke-ling en scheuren in jong beton vergroten demate van verdamping, waardoor ze een ne-gatief effect hebben op de voortgang van dehydratatie.De bodembeschermende functie die tegen-woordig aan vloeren wordt toegekend is ??nvan de redenen voorhetver(:lnderend accep-tatiegedrag jegens scheurvorming. Scheu-ren hebben onmiskenbaar een negatief ef-fect op de vloeistofdichtheid.Plastische krimp is een belangrijke oorzaakvan scheurvorming in beton. Om de hierbijoptredende scheurvorming te verminderenworden onder meer polypropyleenvezelstoegepast Inmiddels bestaaterruime ruimeervaring met deze vezels als wapening vanplastisch beton. De scheurverminderendewerking is in de praktijk onmiskenbaar vast-gesteld.In het kadervan kwaliteitsborging, verwijzingin bestekken e.d. was het wenselijk ook eenbeproevingsmethode te hebben om de ef-fectiviteit ondubbelzinnig vast te stellen.Zo'n proef bleek niet in genormaliseerdevorm in binnen- en buitenland beschikbaar.Vandaar dat op verzoek van producenten enleveranciers door CUR de onderzoekcom-missie 860 'Kunststofvezels in beton' is in-gesteld met als taakstelling zo'n beproe-vingsmethode te ontwikkelen.Principes van de werkingJongbeton is een sterkin detijd veranderendmateriaal. Het verandert van een vloeistofmeteen visceus gedragin een vaste stofmeteen hoge elasticiteitsmodulus en in belang-rijke mate elastisch gedrag. In de figuren 1 en2 is dit gedrag weergegeven. Indien in de fa-se van 0 tot 1 dagverdamping optreedt, kande krimp die daar het gevolg van is (plasti-sche krimp) gemakkelijk tot trekspanningenleiden die te hoog zijn voor de nog broze ce-mentsteen. Datde ontwikkeling van de elas-ticiteitsmodulus voorloopt (fig. 1) op die vande treksterkte (en nog meer op die van dedruksterkte), vergroot de gevoeligheid voorscheurvorming. Immers, dan ontstaatbij ver-hinderde vervorming reeds een trekspan-ning, terwijl de treksterkte nog nauwelijksontwikkeld is.In deze plastische fase blijken polypropy-leenvezels een heel nuttige rol te vervullen.De vezels hebben een elasticiteitsmodulusvan circa 3-7 kN/mm2 en een treksterktevan 300-800 N/mm2? Ze zijn minderstijf danverhard beton, maar wel treksterker. In deplastische fase zijn de vezels echter niet al-leen sterker, maar ook stijver dan het nogCEMENT1995/11@ Ontwikkeling elasticiteitsmodulus, trek-sterkte en druksterkte in de tijdals percenta-ge van de na 28 dagen bereikte waarden2B7 (dagen)2 (dagen)_.-------,,///;I//I/III/..,...."/./"///////./'---jt?rI--'--druksterkte-JI---r-- treksterkte+--r---=-~ elasticiteitsmodulus4 8 16 (uur)~ tijd (log)402080100plastische, visceuse beton. In die fase vor-men ze een effectieve wapening tegenscheurvorming. Ze verdelen de scheuren totop een niveau dat nog slechts van micro~scheurvorming sprake is; zelfs b? de gebrui-kel?ke, aan de geringe kant ogende percen-tages van 0,9 kg/m3 op het betonvolume.Evenals b? gewone wapening in verhard be-ton moeten ook in hetjonge beton krachtenworden overgedragen. Daarvoor is een goe-de verankering in de groene matrix nodig.De meest gebruikte polypropyleenvezelty-pen kennen zo'n goede verankering, zoalsde ge?xtrudeerde filamenten (fig. 3) en gefi-brilleerde vezels vervaardigd door hoogver-strekken van polypropyleen folies (fig. 4).Het laatste is een oorspronkelijke ontwikke-ling van Shell (Van Zonsveld), op de marktgebracht onder de naam Caricrete. Het per-centage vezels bedraagt in het algemeen0,9 kg/m3 beton. Meer is niet nodig. Meerleidt ook tot vermindering van de verwerk-baarheid.Aan de vezels worden ook andere positieveeffecten toegeschreven, zoals verminderingvan de droogkrimp. Het laatste is echter on-waarsch?nl?k. Dest?fheid van vezels is lagerdan van beton, terwijl het vezel percentageonder de kritische grens ligt. Eerstboven datlaatste kritische percentage vindt een ver-groting van de treksterkte plaats. Wel :zullende vezels op microniveau tot een betere ver-deling van de spanningen kunnen leiden enzal de kritische scheuropeningsverplaatsingworden vergroot.Polypropyleenvezels zouden ook de sl?tvast-heid van beton vergroten. Duidelijkheid daar-over bestaat echter niet. Mogel?k hangt hetsamen met de verminderde scheurvormingen gevoeligheid voor uitdroging.Beproeving van plastische krimpOm tot scheurvorming te leiden, moet deplastische krimp een bepaalde grootte heb-ben. In de ACI-handleiding 'Recommendedpractice forhot weather-concreting' is datgerelateerd aan de verdampingssnelheid.Deze hangt af van de relatieve vochtigheid,de windsnelheid en de temperatuur.Uit het monogram (fig. 5) kan de verdam-pingssnelheid worden afgeleid voor een be-paalde betonsamenstelling. Om plastischescheurvorming te kr?gen :zou de verdam-pingssnelheid ten minste lkg/m2per uuraan water moeten bedragen.Natuurl?k is het dan ook noodzakelijk dat deplastische krimp wordt verhinderd. Die ver-hindering vindt in de praktijk plaats door hetonderliggende beton.? Polypropyleenfilamenten (SEM-opname) @ Gefibrilleerde polypropyleenvezels (SEM-opname)CEMENT1995/11 91? ? materialen ? wapening? Verband tussen temperatuur, relatievevochtigheid en windsnelheid op de verdam-ping van vocht aan het betonoppervlakUit de literatuur zijn beproevingsmethodenbekend om de effectiviteit te kunnen vast-stellen van maatregelen om plastischekrimpscheurvorming te verkleinen. Dit be-treft in geen enkel geval genormaliseerdeproeven. De belangrijkste proeven zijn de zo-genoemde vaste kern- en de plaatproef.Bij de kernproef wordt een massieve stalenkern in het midden van een ronde mal ge-plaatst waaromheen het beton wordt ge-stort. De stalen kern verhindert de vervor-ming van het omliggende beton. Bij de plaat-proefbetreft het een mal waaraan aan de zij-kant wapeningsstaven zijn bevestigd, die dekrimp verhinderen. Omdat de plaatproefmeer op de praktijk aansluit, is door de CUR-commissie gekozen voor deze methode [i).Bij het ontwikkelen van de methode bleek debelangrijkheid van de verdampingssnelheidvoor de mate van scheuren. De verdam-pingssnelheidis dan ook in het beproevings-voorschrift nauwkeurig vastgelegd. De con-trole hierop geschiedtvoor het wegen van demal met beton. Uit de afname van het ge-wicht kan de verdampingssnelheid wordenbepaald.De belangrijkste parameters die de verdam-pingssnelheid bepalen, zoals ook uit de ACI"handleiding blijkt, zijn de temperatuur vanhet beton en van de omgeving, de relatievevochtigheid van de omgeving en de wind-snelheid. Ook deze zijn in de beproevings-methode voorgeschreven. Ze bieden eenhandvat om tot de juiste verdampingssnel-92heid te komen, maar ze zijn ook van belangomdat de temperatuur van het beton en deomgeving mede de verhardingsnelheid be-palen en daarmee desterktetoename. Hetbleek niet mogelijk op indirecte wijze doorhet sturen van temperatuur, vochtigheid enwindsnelheid tot een reproduceerbaarscheurgedragte komen. Dit kon wel geschie-den aan de hand van de verdampingssnel-heid.Niet alleen deomgevingsparameters zijnvan belang, ook de samenstelling van betonheeft grote invloed op de plastische krimp-en scheurvorming. Bij lager worden van dewater-cementfactor en bij hoger worden vande cement-fijnheid neemt in het algemeende scheurgevoeligheidaf. Heel logisch na-tuurlijk, omdat bij het afnemen van de water-cementfactor de cohesie van het mengselzal toenemen en ook de sterkte-ontwikke-lingsnellerzal verlopen. Hetzelfde geldtvooreen fijner cement.Daarbij kan men zich natuurlijk afvragen ofeen scheurvrij beton niet gemakkelijker temaken is doorhetkiezen van een lagere wa-ter-cementfactor. Hier moet echter toch welhet verschil worden benadrukt tussen de zo-genoemde 'Iab-crete' en 'real-crete', labora"toriumbeton en werkelijk beton. In de praktijkgaat het om veel grotere hoeveelheden be-ton meteen minder goed beheersbare uit-voering dan in een laboratorium.Bij een zeer lage water-cementfactor en bijtoevoeging van fijne vulstoffen neemt de ge-voeligheid van scheurvorming van betonweer toe. Dit is het gevolg van het achterwe-ge blijven van bleeding. Verder blijkt bij dezelage water-cementfactor en gebruik van fij-ne, puzzolane vulstoffen, zoals silicafume,ook chemische krimp op te treden die de to-tale krimp vergroot.Ditbetekent dat bij de beproevingsmethodeook de grondstoffen en de samenstellingvan het beton duidelijk moeten zijn vastge-legd. Eerst dan wordt voldaan aan de basis-eisen die aan de methode zijn gesteld: repro-duceerbaar en discriminerend; discrimine-rend met betrekking tot de werking van devezels. Discriminerend blijkt de proef te kun-nen zijn.Van groot belang bij de proeven :zijn de veran-kering van de vezels en de regelmaat van deverdelingvan devezels doorhetbeton geble-ken.VloeistofdichtheidEen belangrijke motivatie voor de totstand-koming van de beschreven beproevingsme-thode is dat scheuren in beton een zwakkeschakel vormen bij de vloeistofdichtheid vanbetonconstructies. Het heeft weinig zin omeen vloeistofdicht beton te makengeba-seerd op een maximaal toelaatbare waterin-dringing conform ISO/DIS 7031, als indewerkelijke constructie scheuren voorkomen.Een scheurvrij beton is, zeker wat betreftdoorgaande scheuren, een eerste voorwaar-de voor een vloeistofdichte betonconstruc"tie.Om heteffectvanscheurvorming0 pdevloei-stofdichtheid vast te stellen is door CUR-commissie B60 een proefmethode ontwik-keld.Het gehele proefstuk wordt omgeven meteen kraag en ophet proefstuk wordt een wa-terlaag van 10 mm aangebracht. Aan het wa-ter wordt een fluorescerende kleurstof toe-gevoegd. Aan de bovenzijde wordt de opstel-ling afgedekt om waterverdampingte vermij-den. Na 24 uur wordt het waterlaagje verwij-derd en het proefstuk gespleten, loodrechtop de wijdste scheuren.Indien het vezelbeton niet is gescheurd,wordt het proefstuk over de lengterichtinggespleten. Het breekvlak wordt met UV-lichtbestraald; de diepte tot waar de vloeistof isingedrongen, kan eenvoudig met een lineaalworden opgemeten.Gebleken is dat de indringing bij beton zan-der plastische krimpscheuren beperkt blijfttot enkel millimeters. Bij de gescheurdeproefstukken was de indringing minimaal10mm en vaak had het indringingsfront deonderzijde bereikt.In het kader van het Plan Bodembescher-mende Voorzieningen (PBV) wordt doorCUR-onderzoekcommissie D29 een onder-zoekingesteld dat bestaat uit een inventari-satie en evaluatie van kennis van de vloei-stofdichtheid van betonvloeren en van daar-op betrekking hebbende beproevingsme-thoden. Daaruit zal nadere informatie volgenover geschikte beproevingsmethoden voorde vloeistofdichtheid van constructies in depraktijk.CEMENT1995/11ConclusiesDe ontworpen beproevingsmethode maakthet mogelijk het effect van kunststofvezelsbij het ontstaan van scheuren door plasti-sche krimp vast te stellen.Uit het onderzoek is gebleken dat de proe"ven reproduceerbaar z?n en discriminatiefmet betrekking tot de werking van de vezels.Doordatscheuren worden tegengegaan kun-nen de vezels in de prakt?k een belangr?keb?drage leveren aan de vloeistofdichtheidvan vloeren.De VBC in de praktijk,Rekenvoorbeelden voor de constructeur,Betonvereniging, Gouda,245 x175 mm, 300blz., pr?s f 195,-, voor leden van de Beton-vereniging f 155,-.Sinds het versch?nen van de VBC bestaat ereen grote behoefte aan informatie over on-derwerpen betreffende het construeren inbeton. Datgeldt zowel voor het onderw?s alsvoor de constructeurs. De overhaasteinvoe-ring van de VBC 1990 is daartoe de directeaanleiding geweest.De Betonvereniging heeft door het gevenvan cursussen en het organiseren van ken-nisoverdrachtsb?eenkomsten veel aan-dacht besteed aan de introductie van deVBC. Desondanks bleek er veel behoefteaan een naslagwerk dat een aantal veelvoorkomende problemen uit de construc-teursprakt?k behandelt. Met deze achter-grond is 'De VBC in de praktijk' ontstaan.De auteurs van dit naslagwerk zijn alle verte-genwoordigers van vooraanstaande con-structiebureaus. Z? kozen voor een twaalftalrekenvoorbeelden van de meest voorko"mende prakt?kproblemen. De voorbeeldenworden zodanig gepresenteerd dat eenvou-dig de weg door de VBC gevolgd kan worden.Daarwaar de VBC geen ondubbelzinnige uit-leg geeft, z?n noten toegevoegd ter onder-bouwing van de gekozen aanpak.Tevens Z?n alle gemaakte rekenvoorbeeldenaan het Centraal Overleg BouwconstructiesDe in deze rubriek besproken boeken kun-nen worden uitgeleend door het Beton-infor-matiecentrum van de Vereniging Nederland-se Cementindustrie in 's-Hertogenbosch.Aanvragen bij voorkeur via de Beton-Info-Fax: (073) 6401284.CEMENT1995j11Literatuur1. CUR-Aanbeveling42: 'Bepaling van de in-vloed van polypropyleenvezels in beton opdevormingvan plastische krimpscheuren endaardoor op de vloeistofdichtheid', Gouda,1995.2. Kokier, K., J.Sikuler en A.Bentur Tree andrestained shrinking of fibre reinforced con-crete with low polypropylese fibre content atearly age', Fibre Reinforced Cement andConcrete, e.d., D.W.Swamy, E & EN.Spon;1992 p.p. 91-101.COB = 'Bouwtoezichten') voorgelegd. Doordeze aanpak I?kt een brede acceptatie ge-waarborgd.In de eerste drie rekenvoorbeelden wordende meest voorkomende meerpaalspoerenbehandeld. Rekenvoorbeeld 4 heeft betrek-king op de excentrisch belaste, korte conso-le en sluit daarmee goed aan op de eerstedrie rekenvoorbeelden. Rekenvoorbeeld 5behandelt de centrisch belaste kolom. Te-vens wordt aandacht besteed aan de aan-sluitdetails van de kolom aan de vloer, balken poer.De rekenvoorbeelden 6 en 7 geven een prak-tische uitlegoverde wijze waarop de puntvor-mig ondersteunde strokenvloer en de punt-vormig ondersteunde (paddestoel)vloerzouden kunnen worden berekend.Voorbeeld 8 behandelt een statisch onbe-paalde balk die wordt voorgespannen metnagerekt staal (VMA). De berekening is uit"gevoerd volgens de evenwichtsbelastingme-thode. Rekenvoorbeeld 9 geeft inzicht in dewijze waarop een stabiliteitsberekening vaneen kern in een gebouw van tien verdiepin-genkan worden uitgevoerd. Helaas is nietaangegeven hoe de veerconstante van defundering moet worden bepaald. Blijkbaarbestaan er ook op het gebied van de grond-mechanica interpretatieproblemen over deuitleg van artikelen uit de TGB, in dit gevaldan de TGB Geotechniek.3. B?en, J., 'Kunststofvezels in beton', Ce-mentm.5, 1991; pp. 86-90.?In voorbeeld 10 wordt aan de hand van eenberekening van een tunnelwand aangege-ven hoe op basis van de VBC de scheurvor-ming in een wand kan worden beheerst. DeVBC geeft geen toetsingsregels voor descheurbeperkingin zo'n wand. Daarom isge-bruik gemaaktvan de bepalingsmethode uitCUR-rapport 85.Voorbeeld 11 is ontleend aan deprakt?k vande gezondheidstechniek. Berekend wordteen doorsnede van een tank van een riool-waterzuiveringsinstallatie. In het voorbeeldwordt vooral ingegaan op de belastingsfac-toren die zich kunnen voordoen. Specialeaandacht wordt besteed aan de invloed vande normaalkracht op dwarskracht en pons.Ten slotte wordt in voorbeeld 12 het onge-schoorde raamwerk bekeken. Eerst wordteen gewichtsberekening metde b?behoren-de berekening van de windbelasting uitge-voerd. Vervolgens wordt op een overzichtel?"ke manierde kruisjesmethode verduidelijkt.Om de kruisjesmethode te toetsen is hetraamwerk vervolgens doorgerekend met be-hulp van een tweede-ordeprogramma.Samenvattend kan worden gesteld dat hetboek een waardevol naslagwerk is zowelvoor de constructief ontwerper als voor detoetsende overheid in Nederland. De waar-de van het boek is vooral gelegen in de over-zichtelijke en praktische aanpak van de re-kenvoorbeelden. Het kritisch doornemenvan de voorbeelden kan leiden tot een beterbegrip van de betreffende VBC-artikelen ende praktische interpretatie ervan.R.Sage/?93