?r.H.F.Westerink ci.J.P.A.Nelissen Aannemingsbedrijf N.V.en ir.K.L.Liem ci.J.P.A.Nelissen Advies enconstructiebureau N.V.Proef belasting van eenvoorgespannen betonbalk inArgex lichtbetonU.D.C. 666.972.12:620.17/.19Vergelijkende proeven op licht- en normaal toeslagmateriaalGebaseerd op het thema van de derde werkzittlng: 'Constructief lichtbeton'InleidingHoewel in Nederland het aantal toepassingen van constructief lichtbeton tot op heden nietgroot is te noemen, zal de ontwikkeling die zich in andere landen - met name Amerika,Rusland, Australi?, Engeland enz. - reeds jaren geleden heeft ingezet, ook in Nederlandwaarschijnlijk niet lang meer op zich laten wachten. Niet alleen begint de architecten- enconstructeurswereld belangstelling te krijgen voor de uitbreiding van de constructievemogelijkheden die dit nieuwe materiaal biedt; ook de interne research, door een beperktaantal betonverwerkende industrie?n en aannemingsbedrijven op dit gebied uitgevoerd, zalstimulerend werken om ook in Nederland tot het doelmatig en dus economisch toepassenvan lichtbeton te komen.Van de hier te lande verkrijgbare lichte toeslagmaterialen is slechts een aantal geschikt omvoor constructief lichtbeton K225 te worden benut.Indien voor voorgespannen lichtbeton als minimum kwaliteitseis K400 wordt gehanteerd enbovendien het volumegewicht niet hoger dient te zijn dan 1800 kg/m3, dan is de keuze zeerbeperkt geworden. E?n van de materialen die wel voldoet aan de genoemde kwaliteitseisenis het uit Belgi? afkomstige ge?xpandeerde klei-aggregaat Argex-S.Vergeleken met de bekende en voor dakplaten, muurelementen en blokken toegepastenormale Argex-korrel is de Argex-S-korrel minder sterk ge?xpandeerd, waardoor nietalleen het korrelgewicht maar ook de korrelsterkte aanmerkelijk toeneemt. Hierdoor ishet mogelijk met dit toeslagmateriaal beton te vervaardigen metdruksterkten tot 550 kgf/cm2.Uit talrijke genomen proeven blijkt, dat de spreiding in de gevonden resultaten niet bijzondergroot is, zodat we momenteel zeker in staat zijn voorgespannen lichtbetonprodukten te fabri-ceren met een gegarandeerde K400 kwaliteitseis.Ten einde de laboratorium-ervaringen te toetsen aan de praktijk, voorzag het proefprogram-ma in het proefbelasten van een aantal voorgespannen balken. Om een goede vergelijkingmet grindbeton mogelijk te maken, werden daarom de mallen van een grote lopende produk-tie in K600 grindbeton-balken gekozen aangezien hierop reeds verscheidene proefbelastingenuitgevoerd waren. De uitvoering van de proefbalken was qua voorspanning (volgens hetlange-banksysteem) en produktie identiek aan de grindbeton-balken; alleen was een kleineextra voorziening in zachtstaalwapening nabij de opleggingen aangebracht om te vermijdendat eventueel voortijdig bezwijken van de opleggingen maatgevend voor de proefbelastingzou worden.MengselsamenstellingDe proevenserie was gebaseerd op het samenstellen van een mengsel dat aan de volgendeeisen zou voldoen:a. Nat Startgewicht niet hoger dan 1800 kg/m3b. Sterkte na 28 dagen minstens 400 kgf/cm2en na 1 dag (stomen) minstens 250 kgf/cm2Het mengsel dat aan deze eisen voldeed en tevens zeer goed verwerkbaar bleek, had devolgende samenstelling:cement (Portlandcement klasse B) 375 kgzand 0/2 (droog) 610 kgArgex-S 3/10 (droog) 600 kgplastificeerder 0,12% van het cementgewichteffectieve water-cementfactor 0,395Startgewicht (bij 10% waterabsorptie in Argex) ? 1800 kg/m3Doordat het toeslagmateriaal buiten in de open lucht werd opgeslagen was het absorptie-water, dat bij levering 5-7% bedroeg, opgelopen tot 33%. Hierdoor was ook het Startgewichttoegenomen met ruim 130 kg/m3zodat het volumegewicht van de gestorte proefbalken 1920kg/m3bedroeg.Cement XXI (1969) nr.6 273tabel 1kubussen 10 X 10 X 10 cmouderdom 1 dg 7dgn 28dgnaantal 3 3 3druksterktein kgf/cm2298305322415425455485500505gem. druksterkte 308 431 497tabel 2balkjes 10 X 10 X 50 cmouderdom 1 dg 7dgn 28dgndruksterktein kgf/cm2433460450428465462440466gem. druksterkte 438 461fig. 3tabel 3kubussen 10 X 10 X 50 cmouderdom 1dg 7dgn 28dgnbuigtrekin kgf/cm25761,555,253,252,260gem. buigtrek 59.2 55,14Naar gelang het ouder worden van het beton,neemt het volumegewicht afTen einde te vermijden dat dit overtollige water het volumegewicht ongunstig be?nvloedt, ver-dient het aanbeveling het aggregaat zo droog mogelijk op te slaan en eerst in de molen metde helft van het aanmaakwater voor-te-bevochtigen, waardoor de uiteindelijke waterabsorp-tie tot 10 ? 15% van het gewicht van de droge toeslag beperkt blijft.Storten en nabehandelenDe proefbalken werden in stalen mallen gestort. De verdichting werd bereikt met bekisting-trillers. Twee uur na het storten werden de balken gedurende 6 uur gestoomd bij een tempe-ratuur van 60 ?C, waarbij de temperatuur per 2 uur met 20 ? opgevoerd werd. Na hetstorten werd de voorspanning aangebracht, de balken werden ontkist en in de buitenluchtopgeslagen.Buig- en druksterkteDe druksterkten werden bepaald aan de hand van kubussen 10 X 10 X 10 cm en balkjes10 X 10 X 50 cm, die na het storten en stomen aan dezelfde klimatologische omstandighedenwerden blootgesteld als de balken.Figuur 1 en tabel 1 geven de beproevingsresultaten van de kubussen.De drukproeven die genomen werden op de balkjes, vertonen een overeenkomstig beeld metiets lagere maxima (fig. 2 - tabel 2).De berekende druksterkte voor kubussen met 20 cm zijden (reductiefactor 15%) bedraagtIjl X 497 = 432 kgf/cm2.Bij een variatie-co?ffici?nt van 4,2% en een uitvalwaarschijnlijkheid van 10%, kan als mini-mum druksterkte zeker 400 kgf/cm2worden aangehouden.De druksterkte bepaald met de terugslaghamer op de proefbalken bedroeg ca. 450 kgf/cm2na 28 dagen.De buigtrekproeven werden bepaald volgens de 3-punts buigproef (fig. 3 - tabel 3).VolumegewichtDe gewichten werden bepaald door wegen van de kubussen en balkjes (fig. 4). Verwachtwordt dat het uitdrogen zich nog zeer lange tijd zal voortzetten in verband met het hoge aan-vangspercentage water in het toeslagmateriaal.Profielgegevens van de proefbalkHet proefelement is een vloerplaatelement met een I l-vormige doorsnede (fig. 5), voorge-spannen met 6 Demka-strengen 0J".Cement XXI (1969) nr. 6 2745Langs- en dwarsdoorsnede van de vervaar-digde proef balkDe theoretische overspanning van de vloerplaat bedraagt 10,55 m. Ter plaatse van de op-legging loopt het lijf van het profiel verzwaard door, zodat een lipoplegging wordt verkregen.(De vloerelementen worden na montage voorzien van een 5 om dikke opgestarte druklaagvan betonkwaliteit 225).Uitgangspunten voor de berekeningAls uitgangspunten voor de berekening van de proefbalken werden de aanbevelingen vande CEB-commissie XII (constructies in lichtbeton) en de RVB 1962/1967 gehanteerd, aan-gevuld met de uit laboratoriumproeven verkregen gegevens.Ten opzichte van het normale voorgespannen grindbeton waren er de volgende afwijkingenin rekening te brengen:volume gewicht: 1 850 kg/m3druksterkte: 400 kgf/cm2E-modulus in eindtoestand: 255 000 kgf/cm2E-modulus bij aanvang voorspanning: 220 000 kgf/cm2Krimp: 110% van grindbeton. In de CEB-aanbevelingen is voor de krimpmaat van lichtbetoneen marge genomen die 1 ? 2 maal zo groot is als die van grindbeton.De gunstige factoren in aanmerking genomen voor wat betreft de mortelsamenstelling (fijnzand 0/2 als toeslagmateriaal) en de verhardingsmethode (stomen) is als krimpmaat aange-houden de waarde die door Shideler voor 410- 450 uit zijn proeven is gevonden.Kruip: 140% van grindbeton. De CEB-aanbevelingen geven als kruipmaat: 1,3 ? 1,6 maaldie van normaal beton van dezelfde kwaliteit: volgens de A.C.I.-standards varieert de kruiptussen 0,9 en 1,5 maal van die van normaal grindbeton.Spanningen: Voor de bepaling van de toe te laten druk- en trekspanningen in het beton tengevolge van buiging zijn de richtlijnen van de RVB 1962/1967 onverminderd toegepast.Voor de schuine trek zijn de CEB-aanbevelingen aangehouden, namelijk 80% van 0,10 5'b,waarbij bovendien aangenomen is dat alle trekkrachten geheel door betonstaal worden op-genomen. Vandaar de extra zachtstaalwapening in het proefelement.ProefopstellingHet belasten geschiedde volgens de vierpuntsbuigproef, waarbij de belastingspunten zo-danig werden gekozen dat in het breukstadium zowel het moment als de dwarskracht te-gelijk het bezwijkcriterium zouden bereiken. Van de twee vervaardigde proefelementen werder ??n aan een kortstondige destructieve proef onderworpen, terwijl de andere aan eenlangdurige belasting onderworpen zal worden. Voor de proefopstelling zie fig. 6 - foto 7.De belastingen worden door middel van 25-tons vijzels en eon speciale jukconstructie op debalk aangebracht. De belastingwaarden kunnen via ge?ikte manometers worden afgelezen.6-7Proefopstelling vierpuntsbuigproefCement XXI (1969) nr. 6 275Meetprogramma en wijze van belastenDe belasting werd in eerste instantie in gelijke trappen van 1 ton per vijzel opgevoerd meteen zodanige snelheid dat de scheurbelasting na een half uur werd bereikt.Na het bereiken van het scheurmoment werd de balk geheel ontlast om de blijvende ver-vormingen te kunnen meten. Hierna werd de balk weer belast tot bezwijken optrad.De vervormingen van de proefligger onder invloed van het buigend moment werden opge-meten uit de meetpunten die zijn aangebracht midden tussen de puntlasten in het veld.De meetpunten zijn evenwijdig aangebracht op een strook op 3 cm afstand van de boven-en onderranden met meetlengten van 10 cm. De aflezing tot 1/1000 mm nauwkeurig, ge-schiedde met een afneembare rekmeter.De vervormingen van het beton onder invloed van dwarskrachten nabij de oplegging, wer-den ook gemeten. De doorbuiging van de ligger in de verschillende belastingsstadia werdengemeten met behulp van een waterpasinstrument en meetlatjes, die zijn aangebracht bovende steunpunten en in het midden van de ligger.In onbelaste toestand waarbij de vijzelbelasting gelijk is aan 0, bedraagt de opbuiging vande voorgespannen ligger 23 mm; van hetzelfde element in grindbeton 600 bedroeg degemeten opbuiging eveneens voor 28 dagen ouderdom 17,5 mm.8-9Scheurpatroon bij 7 tf vijzelbelastingfoto 10-11Resultaten proefbelasting op lichtbetonbalkDe proefbelasting verliep in grote lijnen gelijk aan de proefbelastingen op de grindbeton-balken.Bij een vijzelbelasting van 4 tf, overeenkomend met een totaal optredend buigend momentvan 18 040kgfm, werd de eerste scheur waargenomen. De hierbij optredende trekspannin-gen aan de onderzijde van de balk waren 55 kgf/cm2.Het berekende scheurmoment bedroeg 16 610 kgfm waarbij was uitgegaan van de RVB1962/1967 onder de aanname van een maximale buigtrek van 0,33 ?'t>.Het optredende scheurpatroon was zeer gelijkmatig met scheurafstanden van ca. 25 cm. Bijca. 5 tf vijzelbelasting ontstonden kleine scheurtjes bij de lipopleggingen die daarna nietmeer groter werden.Bij 7 tf per vijzel was het gehele scheurpatroon aanwezig (fig. 8 - foto 9), daarna trad bij8 tf met een breukmoment van 32 280 kgfm vrij snel bezwijken op door het groter wordenvan ??n der schuinverlopende scheuren naast ??n der vijzelpunten (foto 10-11).In figuur 12 is de doorbuigingslijn van de lichtbetonbalk uitgezet tegen de belasting. Tevensis hierin gestippeld getekend de doorbuigingslijn van een grindbetonbalk.Cement XXI (1969) nr. 6 27612Doorbuigingslijnen van de lichtbetonbalken de grindbetonbalkDe doorbuiging bij het optreden van de eerste scheur was van het lichtbetoneiement tenopzichte van de beginstand 26 mm, bij de grindbetonbalk bedroeg deze doorbuiging 21 mm.De vijzeldrukken bedroegen resp. 4 en 4,5 tf.Uit het diagram blijkt dat de blijvende vervorming na ontlasting van de scheurbelasting inde orde van 0,02%o ligt. We zien dat in het gebruiksgebied beide balken zich vrijwel gelijkgedragen, zij het dat de lichtbetonbalk flexibeler is.Ook de opgemeten vervormingen (fig. 13) geven een goed beeld van het elastische gedragvan het lichtbeton ten opzichte van het grindbeton en toont duidelijk het identieke gedragaan, zowel in het elastische als in het plastische gebied.Uit tabel 4 blijkt dat de berekende en gemeten waarden goed met elkaar overeenstemmen.ConclusiesDeze en eerder genomen proef belastingen tonen aan dat voorgespannen balken van licht-beton kwalitatief niet onderdoen voor die uitgevoerd in grindbeton. Hoewel de eerstge-noemde wat flexibeler zijn, is hun gedrag tijdens belasting vrijwel identiek. Van een zozeergevreesde grotere dwarskrachtgevoeligheid is hier niets gebleken.Het werken met lichtbeton stelt door de speciale eigenschappen die het toeslagmateriaalbezit hogere eisen aan laboratorium- en fabriekspersoneel.Met voldoende zorg en deskundige begeleiding is echter een constant produkt van hogekwaliteit te realiseren.Tabel 4 berekende waarden gemeten waardeneigenschappenlichtbeton grindbeton lichtbeton grindbetonkubussterkte kgf/cm2K400 K600 410-430 620-700elasticiteitsmodulus kgf/cm2255 000 400000 250000-300000 450000-500000aanvangsvoorspankracht tf 71,5 71,5 71,5 71,5werkvoorspankracht tf 53 54,6 _ _betonspanningen in on- t belaste toestand incl. 1die t.g.v. eigen gewicht *-0bo-- 2,8-- 99,4-- 10,5-- 93,3_ _moment t.g.v.eigen gewicht kgfm 3260 4 400scheurmoment kgfm 16600 18650 18040 20925kgf/cm2-- 101,4 -- 116 -- 112 -- 134betonspanningen bijscheurmoment