VEZELS IN BETONSTAALVEZELBETON IN DEWEGENBOUWir.K.Verhoeven, Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk en Technisch Onderzoek der Cementnijverheid, BrusselStaalvezelbeton vindt met succes toepassing in onder meer bedrijfsverhardingen.Een verbeterde scheurtaaiheid en bestandheid tegen dynamische belastingen zijnbelangrijke voordelen. Daarom is ook gekeken naar het toepassen vanstaalvezelbeton in de wegenbouw, met name bij het overlagen van bestaandewegverhardingen. De ervaring daarmee was gering. Vandaar dat in Belgi? hiertoeeen achttal proefvakken is aangelegd van overlagen in staalvezelbeton op zowelbitumineuze als betonverhardingen. Van de ervaringen wordt verslag gedaan. Opeen bitumineuze onderlaag blijkt de toepassing tot nu toe succesvol. Op een oudebetonverharding is een rechtstreekse overlaging met staalvezelbeton nog alsexperiment te bestempelen.taalvezelbeton is een materiaalwaarvan de toepassing in feite al20 jaar in ontwikkeling is. In hetbegin van de jaren zeventig waren deverwachtingen hoog gespannen enwerd, vooral in de USA, sterk geantici-peerd op grootschalige toepassing in dewegenbouw. De kennis omtrent samen-stelling, vezel types (destijds meestalrechte vezels), vezelpercentages, plaat-dimensionering enz. stond echter nog inde kinderschoenen. Er traden specifiekeproblemen op zoals verwerkbaarheid(balvorming) en scheurvorming aanplaathoeken als gevolg van opkrullen.Besparingen werden nauwelijks bereikten aspecten als verhoogde duurzaam-heid of eenvoudiger constructiemetho-den werden niet gerealiseerd. Het is danook niet verwonderlijk dat door dezevroege experimenten het aanvankelijkeenthousiasme is geluwd. Desalniette-min hebben zij wezenlijk bijgedragentot de ontwikkeling van vezeltypeswaarmee, dankzij een verbeterde veran-kering in de betonmatrix, een opmerke-lijke reductie van het vezelgehalte (vanmeer dan 100 kg/m3tot circa 30 kg/m3)en daardoor een betere verwerkbaar-heid van het betonmengsel, mogelijk isgeworden.Staalvezels worden nu algemeen toege-past in bedrijfsvloeren, waar zij in deplaats zijn gekomen van het vroeger ge-bruikelijke wapeningsnet. In overdektevrij liggende bedrijfsvloeren die opsteenslag of zand worden aangelegd,zorgen de vezels ervoor dat de doorkrimp en temperatuur opgewekte span-ningen beter worden verdeeld (tot 20%spanningsreductie), waardoor grotereplaten mogelijk zijn, zonder gevaar vanscheurvorming. In de open lucht is detemperatuurinvloed echter te groot,waardoor de platen tot de gebruikelijkehorizontale afmetingen beperkt moe-ten blijven.Moderne vezels (foto l) zijn effectiefdoor de verankering in het beton. Koudof warm getrokken vezel types zijn danook gegolfd, voorzien van afgeplatteuiteinden of haken en in dat geval metlijm gebundeld tot pakketten. Daar-naast bestaan er ook uit plaatstaal gesne-den en vervormde vezels met een even-tuele oppervlaktebehandeling, waarbijde verankering voornamelijk wordtontleend aan de aanhechting over hetgehele oppervlak.De gebundelde vezels worden zonderenig probleem in het beton gemengddoor de mechanische mengenergie endoor oplossing van de lijm in het water.78 Cement 1991 nr. 5SAndere vezels worden op trilzeven uitelkaar geschud en via een blaasinrich-ting in het mengsel verdeeld.Eigenschappen van staalvezelbe-tonMet toevoeging van staalvezels aan be-ton wordt in eerste instantie beoogd descheurtaaiheid, dat wil zeggen de ver-vormingscapaciteit van het beton, tevergroten. De in het composietmate-riaal aanwezige vezels vertragen en con-troleren scheurvorming door trek enbuiging. Een brosse breuk in ongewa-pend beton wordt hier omgevormd ineen trage, gecontroleerde groei van descheur. Het versterkingsmechanismebehelst een krachtsoverdracht van dematrix naar de vezel via afschuiving ofdoor verankering als de vezel vervormdis. Vezel en matrix nemen samen detrekkracht op, totdat de matrix scheurt(eerste scheur) en alle kracht op de vezelen de haakweerstand van het granulaatwordt overgebracht. Brosse breuk, diekenmerkend is voor ongewapend betonen die ontstaat door een plotselinge ver-binding van een reeks haarscheurtjes diealtijd wel in het beton aanwezig zijn, isniet mogelijk in staalvezelbeton met eenvoldoende aantal goed verankerde ve-zels. De vezels overbruggen de haar-scheurtjes en vertragen aldus hetscheurmechanisme.De genoemde krachtsoverdracht zorgtvoor belangrijke verbeteringen vanscheurtaaiheid, stootweerstand, buig-treksterkte, erosie, krimp, duurzaam-heid en vermoeiingssterkte. Scheurtaai-heid en vermoeiingssterkte onder dyna-mische belasting zijn nauw met elkaarverbonden. Dit verbeterde vermoei-ingsgedrag speelt een grote rol bij toe-passing in verhardingen en brugdekken.De eigenlijke buigtreksterkte (bij deeerste scheur) is bij de gebruikelijke,economische en gemakkelijk verwerk-bare vezelpercentages van 25 tot maxi-maal 50 kg/m3evenwel weinig of niethoger dan van ongewapend beton. Hetverloop van de druksterkte geeft eenzelfde beeld. Bij normale percentages iser geen merkbare verbetering. Alleen bij80 a 100 kg vezels/m3is er sprake van eensterkteverhoging die tot 20% kan oplo-pen.Figuur 2 geeft een voorbeeld van ver-schillende last-vervormingsdiagram-men voor verschillende vezelpercenta-ges en vezeltypes.Ook de stootweerstand is een in de we-genbouw nuttige eigenschap. Dwars-voegen zij immers noodzakelij enve-zels brengen duurzaamheid ten aanzienvan afbrokkelen van de voegranden enverhoogde schokweerstand voor de her-haalde wielovergangen.De buigtaaiheid - de ingebouwde mo-gelijke energieabsorptie - is echter hetmeest kenmerkend voor staalvezelbe-ton.De buigproef op prisma's vormt echterslechts een grove benadering van het ge-drag van een plaat. Recente proevenhebben uitgewezen dat het plaatgedragde gunstige werking van de vezels in dewegverharding beter tot zijn recht doetkomen. In bepaalde gevallen is er zelfspas sprake van zichtbare scheuren bijbelastingen die de eerste scheurbelas-ting met meer dan 50% overtreffen.De buigtaaiheid speelt ook in de onge-scheurde fase een rol. Vermoeiingsproe-ven tonen dit duidelijk aan. Waar eenongewapend proefstuk onder een her-haalde wisselende last bij 50% van debreukspanning op buiging bezwijkt,heeft dit bij een goed opgebouwd staal-vezelbeton pas bij 75 tot 90% van de eer-ste scheursterkte plaats.Samenstelling en verwerking vanstaalvezelbetonBij de vezelpercentages die met de hui-dige vezeltypes worden toegepast - 25 ?40 kg/m3- ontstaan geen problemenmet de verwerkbaarheid. Wel moet aaneen paar regels worden voldaan. Zomoeten de meeste vezeltypes geleidelijkaan het mengsel worden toegevoegd.Dit gebeurt meestal door gelijkmatiguitstrooien op de toeslagmaterialen opde transportband. Dit lijkt eenvoudig,maar doordat met zakken van circa 30kg moet worden gezeuld, komen de ve-zels wel eens op het verkeerde momentop de band terecht.Indien geen speciaal inblaassysteemvoorhanden is kunnen de vezels beterniet in een truckmixer worden ver-mengd. Transport met platte wagens isderhalve aan te bevelen.Voor 'dunne' toepassingen (laagdikte100 ? 120 mm) wordt de korre?diameterbeperkt tot 20 mm. Een hoger zandge-halte kan dan de waterdosering be?n-vloeden. Dit vereist zand met een conti-nue korrelverdeling en een fijnheids-modulus van ten minste 2,4. Het ce-mentgehalte (klasse B) is nooit minderdan 400 kg/m3. Toevoeging van een wa-terreducerend middel of een luchtbel-vormer is zonder meer noodzakelijk. Inieder geval wordt ernaar gestreefd omhet watergehalte lager dan 200 l/m3tehouden. Met een goede gradering is cir-ca 180 l/m3mogelijk.Overlagen met staalvezelbeton?Waarop, waarmee en hoe overlagen? Opoud asfalt of op oud beton, met het ge-Cement 1991 nr. 5 79VEZELS INBETONbruikelijke ongewapende beton ofdoorgaand gewapend beton of met ge-bruikmaking van nieuwe materialen(staalvezelbeton, latexbeton), al dan nietgehecht aan de onderlaag?Op deze vragen werd in het NationaalCentrum voor Wetenschappelijk enTechnisch Onderzoek der Cementnij-verheid tussen 1982 en 1988 een ant-woord gezocht via literatuurstudie, be-perkt laboratoriumonderzoek en eenreeks proefvakken (foto 3). Met een her-nieuwde internationale belangstellingvoor het materiaal staalvezelbeton aanhet begin van dit decennium, vooral inde hand gewerkt door de verbeterdeverwerkingsmogelijkheden en verlaag-de percentages staalvezels, werd gedachtaan toepassingen in dunne overlagen (