Theorie en praktijk bij hettrillen van betonspecie () U.D.C. 666.97.033.16triIlen van betonspeciedoorir. C. Kreijger (Instituut T.N.O. voor Bouwmaterialen en Bouwconstructies)Voordracht op de 'Betondag 1962', Scheven'mgen, 20 nov. 1962InleidingB?? het trillen beoogt men in de kortst mogelijke tijd, beton-specie met relatief lage water-cementfactor zo volledig mo-gelijk te verdichten.De benodigde verdichtingsenergie hangt af van de verliezen,die optreden bij het overbrengen der trillingen van de tril-bron naar de specie, en van de verliezen die in de specie zelfoptreden.De transmissieverliezen zijn verschillend bij de voorkomendewijzen van trillen, zoals met behulp van een triltafel, een be-kistingstriller, een trilnaald en een oppervlaktriller (c.q. tril-balk). In dit artikel worden in eerste instantie nagegaan devoorwaarden, die leiden tot een zo groot mogelijke beperkingvan deze verliezen.Vervolgens wordt beschouwd de viscositeit van cementpastaen betonspecie en hoe deze verandert tijdens het trillen. Alsgevolg van de viscositeit treedt in de specie inwendige dem-ping van de trillingen op. Door deze demping is in beton-specie een minimum verdichtingsenergie nodig om verdichtingte bereiken.Nagegaan wordt, voor zover bekend, in hoeverre de benodig-de verdichtingsenergie bij de verschillende soorten trilbron-nen het beste kan worden bereikt met betrekking tot frequen-tie, amplitude en centrifugaalkracht.Zoal niet geheel exact, is het met behulp van deze gegevensdan mogelijk om voor elk afzonderlijk geval een redelijktrilschema op te stellen, zodat de effecten hiervan in het ver-harde beton tot uiting komen: enerzijds geringer luchtgehalte,kleinere krimp en kruip, verminderde permeabiliteit, en ander-zijds hogere sterkte, grotere elasticiteitsmodulus, toegenomenvolumegewicht en verbeterde hechting aan de wapening.Ten slotte wordt in dit artikel ?ets nader ingegaan op de fou-ten, die gemaakt kunnen worden, en op de feilen die hiervanhet gevolg zijn.Consequenties van het overbrengen van trillingen van detrilbron naar de betonspecieAfhankelijk van de vorm en de massa van het te trillen objectkan gebruik gemaakt worden van een triltafel, een bekistings-triller, een trilnaald of een oppervlaktriller (en eventuele hier-van afgeleide trilbronnen).Indirecte overbrenging heeft plaats bij de triltafel en de be-kistingstriller, directe overbrenging bij de trilnaald en de op-pervlaktriller.a. TriltafelEen triltafel (fig.1) bestaat in principe uit een stijf gecon-strueerde vlakke plaat, die door een aantal veren onder-steund is. De stijfheid van de veren bepaalt de trilwerking. Dewijze van aanstoten kan zijn een elektro-magneet, die trillin-gen in ??n richting veroorzaakt, of een roterend excentrischgewicht, dat gekoppeld is aan een motor en eventueel hier-mee een aparte eenheid vormt. Veelal worden twee van delaatstgenoemde eenheden naast elkaar gebruikt, die dan te-gen elkaar indraaien, zodat uitsluitend een verticale bewe-ging wordt opgewekt. Meestal bedraagt de frequentie 50--70Hz (3000--4200 toeren/min.), soms 100 Hz en een enkele maalnog hoger.De frequentie kan worden gewijzigd door het toerental vande motor te vari?ren; in de amplitude kunnen wijzigingen wor-den aangebracht door het excentrisch moment te veranderen of-- in het geval van een elektro-magnetische aandrijving --- doorhet magnetisch veld tussen de elektro-magneten te wijzigen.Indien wordt afgezien van eventuele beschadigingen van malen/of tafelblad, dan blijkt voor stalen mallen het niet-vast-klemmen van de mal aan de tafel tot de beste resultaten tefig. 1. principe van een triltafelfig. 2. principe van een kleminrichtingfig. 3voorbeeld van ver-beterde kleminrich-ting voor platen,trottoirbanden, enz.16 Cement XV (1963) Nr. 1fig. 5. voorbeeld van verbeterde kleminricht'mg met ketting= draaipunt; = verbindingsbalk; R = drukveer; D = ketting (verstel-baar in lengte); E = haak; = poelie; L = hefboomsarm; M = haakfig. 6. voorbeeld van kleminrichting voor dwarsliggerblokkenfig. 8. voorbeeld van kleminrichting met behulp van drukvijzelleiden (1)*). (d.w.z. verbeterde homogeniteit, grotere dichtheid,hogere sterkte en mooier oppervlak), vooral voor een tril-tafel met uitsluitend verticale beweging. Voor houten mallenis dit (afgezien dus van eventuele beschadigingen) nog devraag, daar hout een aanzienlijk grotere inwendige dempingheeft dan staal. Hierdoor zijn bij houten mallen een grotereamplitude en een lagere frequentie nodig (uitgaande van eengegeven versnelling) om eenzelfde resultaat te bereiken alsbij gebruik van stalen mallen. Laatstgenoemde mallen zijn dushet beste geschikt voor trillingen met een hoge frequentie (eneen lage amplitude).Van groot belang is verder de stijfheid van de malwanden.Afgezien van de mogelijkheid van minder constante afmetin-gen van het getrilde betonprodukt, zal bij een relatief slappemalwand een relatief grote beweging ontstaan, waarbij despecie tijdens het trillen deze beweging niet kan volgen enwaardoor lucht in de specie wordt getrokken. Constateert mendit laatstgenoemde verschijnsel, dan dient men dus ?f de mal-len stijver te maken, ?f met geringere amplitude en hogerefrequentie te trillen.Daar behalve de soort ook de dikte van het materiaal be-palend is voor de demping, zal deze dikte zo gering mogelijkgekozen moeten worden, waarbij voldoende stijfheid dus debeperking vormt. Voorop staat dat de mallen niet mogenlekken, daar dit tot het inzuigen van lucht leidt.Wanneer met het oogop beschadigingen de mal aan de tafelwordt vastgeklemd, dan dient deze bevestiging zo stijf te zijn,dat juist geen beweging los van de tafel kan optreden, ditdus om energie-verlies te beperken. De figuren 2 t/m 12 gevenenige mogelijke oplossingen (2).* De tussen haakjes geplaatste, cursieve cijfers 1 t/m 21 verwijzen naarde litteratuur-vermeldingen aan het eind van dit artikel (blz. 20).Cement XV (1963) Nr. 1 17fig. 10. voorbeeld van kleminrich-ting met dubbel werkendevijzel voor lage mallen (mettelescopische horizontalearm)fig. 9. voorbeeld van kleminrichting met dubbel werkendevijzel voor hoge mallenfig. 11voorbeeld van uni-versele kleminrichtingmet behulp vankettingbevestigingfig. 12. voorbeeld van universele kleminrichting met behulp vanvijzelbevestigingIndien mogelijk dient een bovenlast te worden aangebracht,daar hierdoor de gelijkmatigheid van het getrilde betonpro-dukt sterk stijgt, terwijl ook de absolute waarde van de sterktetoeneemt.b. BekistingstrillerBekistingstrillers worden aan de buitenzijde van de mal be-vestigd. De meeste bekistingstrillers zijn van het roterende,excentrische type, meestal met een frequentie van 50 Hz, hoe-wel ook hogere frequenties voorkomen (bijv. 100 en 150 Hz).Voor deze hogere toerentallen dient een elektrische omvor-mer aangebracht te worden. Ook elektro-magnetische be-kistingstrillers zijn verkrijgbaar, doch deze worden verhou-dingsgewijs weinig gebruikt. Voorts zijn pneumatische be-kistingstrillers verkrijgbaar, maar men dient dan over een ta-melijk sterke compressor te beschikken; de frequentie is daar-bij regelbaar door middel van de luchtdruk en kan tot ca.500 Hz gaan.De mal mag bij gebruik van een bekistingstriller (die hetzijaan de onderzijde daarvan is aangebracht, dan wel tegen demalwand is bevestigd), nooit direct op een stijve ondersteuningstaan, doch dient elastisch ondersteund te worden ten eindetransmissieverlies naar de ondersteuning te beperken. Destijfheid van de oplegging(en) hangt samen met het gewichtvan 'mal + inhoud' en de frequentie waarmee wordt getrild.De eigen frequentie van dit veersysteem kan gesteld wordenop.- fe = 5 y/y (waarin fe = eigen frequentie in Hz, en y = sta-tische inzakking in cm); deze eigen frequentie bepaalt hetenergieverlies.Wanneer men bij voorbeeld voor een statische doorzakking van1 cm zorgt, dan is re = 5 Hz. Voor een triller van 3000 toe-ren/min. of 50 Hz, gaat dan bij benadering (Vso)2? 100% = 1 %energie verloren. Indien de inzakking bij een geheel gevuldemal 1 cm bedraagt, zal deze inzakking echter zonder beton-specie veel minder zijn, bijv. 0,2 cm, m.a.w. bij het begin vanhet trillen gaat meer energie verloren [in dit voorbeeld dus(0,11/50)2? 100% = 5%)Enige voorbeelden van buffers worden gegeven in de figuren13 t/m 17 (3). Eigenlijk zou men dus buffers nodig hebben,waarvan de elasticiteit regelbaar is, ten einde gedurende hetgehele proces een minimum aan energieverlies te bereiken.De triller zelf dient weer stijf aan de mal bevestigd te zijn,opdat er geen systeem van slappe ondersteuning ontstaat ener zoveel mogelijk energie in de mal wordt gebracht. Detriller dient bij voorkeur op de verstijvingsribben van de malte worden bevestigd, dus hetzij aan de zijwand, dan wel aande onderzijde. Hierbij dient het vlak van de aandrijvendekracht bij voorkeur loodrecht op de lengte-as van de mal testaan. In beide gevallen is het raadzaam om een snelle ver-plaatsing mogelijk te maken door middel van speciale be-vestigingsmogelijkheden. Inrichtingen zoals geschetst in de fi-guren 2 t/m 12 kunnen daarbij als leidraad dienen.Een praktijkvoorbeeld van een houten bekisting wordt ge-geven in fig. 18, van een glijdende bevestiging met boutenin fig. 19 en van een glijdende bevestiging met vijzels in fig.20, alles voor verticaal trillen (4). Zowel theoretisch als proef-ondervindelijk kan gesteld worden, dat deze wijze van trillenvoor bekistingstrillers de beste wijze van verdichten is. In ver-ticale zin planten de trillingen zich verder voort dan in hori-zontale zin.In het buitenland worden dan ook grote geprefabriceerdeconstructiedelen, zoals brugliggers e.d., nagenoeg steeds ver-vaardigd met de bekistingstriller tegen de onderzijde van demal. Voor het vullen en verdichten heeft men op deze wijzeminder dan IJ uur per man per m3beton nodig (4). Hierbijmoet de mal wel berekend zijn op een vloeistof met eensoortelijk gewicht van 2,4 kg/dm3.Een sprekend voorbeeld gaf R e b u t (4) bij de fabricage vande brugliggers voor de Wouri-brug (T-vormige doorsnede,hoogte 2,40 m, lijfdikte 15 cm, onderflens 56 cm breed en 25cm hoog, bovenflens 98 cm breed en 20 cm hoog, lengte45 m, hoeveelheid beton 34 m3, totaal gewicht 85 ton). Dezeliggers werden eerst verdicht met tegen de zijwand beves-tigde bekistingstrillers, waarmee inderdaad een op het ooguitstekende verdichting werd bereikt; toen men daarna echtermet twee tegen de onderzijde van de mal aangebrachte be-kistingstrillers trilde, zakte de specie nog 5 cm Ijfig. 73-J7voorbeelden van buffersfig. 13fig. 18. voorbeeld van houten bekisting met bevestigingscon-structie (bruggen over Juazeiro, Gallion en Merc?d?s ?nUruquay18 Cement XV (1963) Nr. 1fig. 75fig. 14fig. 17fig. 16fig. 79. bevestigingsconstructie voor bekistingstriller tegenonderzijde mal (glijdend met boutbevestiging)fig. 20. bevestigingsconstructie voor bekistingstriller tegenonderzijde mal (glijdend met vijzelbevestiging)fig. 22. effect von de stand van detrilnaald op de grootte vanhet vochtig-glanzende op-pervlakvolledig kuipoppervlak vocht-gianzend bij 6000 t/min; voorverticale stand na 60 sec, voorschuine stand na 90 sec; hetvochtglanzend gearceerde op-pervlak voor verticaal ingesto-ken trilnaald wordt bij 9000t/min en naaiddiam. van 3,3 cmbereikt na 50 sec, bij 6000 t/minen naaiddiam. van 5,4 cm na 30secHet registreren van de opgenomen energie met behulp vaneen Watt-meter kan een hulpmiddel zijn voor het beschouwenvan een goede verdichting'.Voor de mallen zelf geldt weer, dat ze zo dun en zo stijfmogelijk moeten zijn; de metalen mal is de beste, daarna demet staal verstijfde houten mal en ten slotte de geheel houtenmal.C NaaldtrillerDe trilnaald (fig. 21), met als krachtbron een elektromotor,benzinemotor of turbinemotor, bestaat in feite uit een ex-centrisch draaiende massa, zodat het trillerhuis zich diame-traal ten opzichte van het excentriek beweegt om het zwaarte-punt van het systeem. Gezien de over het algemeen geringediameter van een trilnaald, kan de amplitude dus nooit grootworden en wordt een grote centrifugaalkracht voornamelijkbereikt door een hoge frequentie.Wanneer een trilnaald in betonspecie gedompeld wordt, is zijals het ware elastisch ondersteund en zal daardoor energieafstaan. Dit kan echter alleen als er een viskeus laagje rondds naald ontstaat. Is de specie te droog, dan slaat de naaldeen gat in de specie en heeft zij geen verdichtend effect. Detrilnaald is dus hoofdzakelijk effectief voor de half-plastischespecies, en effectiever naarmate de naald dieper in de speciewordt gestoken, daar ?n dat geval het gewicht van de specieeen grotere rol speelt.De diameter van de naald is derhalve van belang met be-trekking tot de amplitude, echter ook in verband met de af-stand tussen de wapening en ten slotte nog in verband methet gat, dat bij uittrekken van de naald ontstaat en met speciedichtvloeien moet. Voor een hoge frequentie en een kleine am-plitude kan de naald dus dunner zijn dan voor een lage fre-quentie met een grotere amplitude. Het is echter niet mogelijkom een dunne naald te maken, die ?n een hoge frequentie?n een grote amplitude heeft.Gezien het feit, dat voor de meeste naalden tijdens het trillende amplitude aan de onderzijde aanmerkelijk groter is danaan de bovenzijde (tot een factor 5), is ook de verhoudinglengte/diameter van belang. Het is evenwel nog niet bekend,welke waarde van deze verhouding tot optimale resultatenleidt.Het probleem van de fabrikant van trilnaalden is dus om bijeen maximale amplitude de correcte frequentie te geven bijeen zodanige variatie in diameter, dat niet alleen massa-beton kan worden getrild, maar ook beton dat voorzien isvan zeer veel wapeningsstaven, voorspandraden of voorspan-kabels.Zoals onder b reeds voorlopig opgemerkt werd, is het effectvan trillingen het grootst voor verticale trillingen. Uit dit oog-punt bezien, is de horizontale stand dus de beste, terwijl hier-bij voorts de uittrekselsnelheid het grootst kan zijn {deze werk-wijze wordt wel voor verdichting van betonwegen gebruikt).Er is echter enerzijds geen controle mogelijk op eventueelachterblijvende gaten, en anderzijds beperkt de wapeningdeze wijze van trillen, die daarom dan ook niet gepropageerdkan worden.Bij een hellende stand van de naald zullen eveneens verticaletrillingen ontstaan, maar de naald steekt dan minder diepin de betonspecie en geeft uit dien hoofde minder effect.Duidelijk blijkt uit fig. 22, dat het zo diep mogelijk instekenvan de naald het grootste effect heeft. De verticale stand vande naald dient daarom zoveel mogelijk te worden nagestreefd.Het moet onjuist worden geacht om de trillingen via de wa-pening over te brengen, enerzijds omdat op deze wijze depositie van de wapening kan worden veranderd, anderzijdsomdat zich rond de wapening een laagje mortel vormt, dat eenovermaat aan fijne delen en een overmaat aan water bevat endaarom van een geringere kwaliteit is.d. OppervlaktrillersOppervlaktrillers kunnen bestaan uit een plaat met omgezettekanten, waarop een bekistingstriller is gemonteerd: een zgn.plaattriller (fig. 23). Wanneer gebruik gemaakt wordt van ??nexcentrisch draaiend gewicht, zal de plaattriller bewegen (fig.23) in een richting, die bepaald is door de draairichting. Indientwee excentrisch, tegen elkaar in draaiende massa's worden ge-bruikt, vinden alleen verticale trillingen plaats en moet de trillerworden voortbewogen. Voorts is er de trilbalk, waarbij een metstaalplaat beklede houten balk is voorzien van bekistingstrillersof pneumatische hamers, die een met veren onder de balk be-vestigd C-ijzer in trilling brengen. Wanneer de oppervlaktrillersCement XV (1963) Nr. 1 19fig. 21principe van een trilnaaldA = aansluiting flexibeleslang; = lager; = bui-tenmantei; D = excentrischgewicht; E = zwaartepuntvan het excentrisch gewicht;F = binnenmantelvoor het verdichten van betonwegen worden gebruikt, wordenzij op rails geplaatst en groeien zij uit tot gehele machines,waarbij zowel het spreiden en verdichten (soms in meerdere fa-sen) als het afwerken worden gecombineerd (fig. 24). Daar deoppervlaktriller direct op de betonspecie rust, is niet alleen hetgewicht van belang maar ook de doorsnede van de plaat ofschoen en voorts de voortplantingssnelheid. Het is gebleken dateen in verticale doorsnede rechthoekige bakvorm, met aan devoorzijde een afgeronde hoek, beter voldeed dan een in verti-cale doorsnede elliptische bakvorm.De overgang van de trillingen geschiedt het beste als een plas-tisch mortellaagje onder de plaat is gevormd (het zgn. 'kleven'),zodat ook deze vorm van trillen, evenals de toepassing van tril-naalden, uitsluitend geschikt is voor half-plastische specie. Deconsistentie is hier nog kritischer, daar de trilplaat in een teplastische specie wegzakt, terwijl de specie dan over de randvan de bekisting vloeit. Met een trilmachine kan een veel stijve-re specie worden verdicht dan met een trilplaat mogelijk is.De triller dient weer stijf op de trilplaat bevestigd te worden,terwijl deze plaat altijd van metaal en daarbij zo dun mogelijkmoet zijn. Een gunstiger werking ontstaat als de trillende plaatdoor middel van veren verbonden is met een ballast-gewicht,hetgeen over het algemeen het geval is bij de wegentril-machines. (wordt vervolgd)Litteratuur7. 'Versuche ?ber die Verdichtung von Beton auf einem R?ttel-tisch in lose aufgesetzter und in aufgespannter Form', Wa I z,S c h ? f f l e r , Deutscher Ausschuss f?r Stahlbeton, Heft 135(zie ook Heft 116)2. 'Les moules ? b?ton doivent-ils ?tre brid?s sur les tables vi-brantes?', Reb ut, Revue des Mat. de Constr. Nr. 541, 19603. Third Intern. Congr. of the Precast Concr. Ind., 16/22 ?uni 1960,'The practical application of vibration to the manufacture ofprecast concrete products', Genera/ Report by E. F. Wet-tern4. 'Les techniques de coul?e sous vibration des poutres deponts pr?contraintes', Reb ut, Annales de l'Inst. Techn. duB?t. et des Tr. Publ., juli-aug. 19625.'Rh?ologie des suspensions de ciment', M. P a p a d a k i s ,Revue des Mat. de Constr., Nr. 476,1955.6. 'Recherches sur le malaxage ? 'haute turbulence' des sus-pensions de ciment', M. P a p a d a k i s , Revue des Mat. deConstr., Nr. 498, 19577. 'La vibration du b?ton frais', L' H e r m i t e, Annales de l'Inst.Techn. du B?t. et des Tr. Publ., febr. 19488. 'Compaction of Mortar and Concrete by vibration', Gr ee n,Civil Eng., april-mei 19629. 'Vibration waves in concrete', Fa rra r, The Engineer, 5 sept.195810.'Effectiveness of Vibration of Concrete', P l o w m a n , TheEngineer, 26 febr. 19547?. 'The influence of variables in the vibration of concrete',P l o wma n , Concrete Building and Concrete Products, sept.195312. 'Recent research on the vibration of concrete', P l o w m a n ,The Reinforced Concrete Review, sept. 195613. 'The influence of amplitude and frequency in the compactionof concrete by table vibration', s e n s. Magazine of Con-crete Research, aug. 195814. 'The vibration of Concrete', 1956, Prepared by a joint com-mittee of the Institution of Civil Engineers and the Institutionof Structural Engineers15. 'Compaction of Concrete by vibration', P l o w m a n , The En-gineer, 31 mei 195716. 'The external Vibration of Concrete', Kolek, Civ. Eng. and. Works Rev., Vol. 54, Nr. 633, maart 195917. Persoonlijke mededeling -- B r u g g e l i n g18. 'The internal vibration of concrete', K I e, Civ. Eng. andPubl. Works Rev., Vol. 54, Nr. 640, november 195979. 'Untersuchungen ?ber die Verdichtungswirkung von Tauch-r?ttlern', Ersoy, Diss. T. H. Aachen, 196220. 'Untersuchung des Verdichtungsvorganges bei derTauchr?tt-lung', Weber, Beton. Herstellung und Verwendung, juli 196227. 'Die Bedeutung der Kennwerte von R?ttelbohlen und ihr Ein-satz bei der Oberfl?chenverdichtung von Beton', Kirkham,Strasse und Autobahn, januari 1959Nieuwe verzamelbandvoor de jaargang 1963Teneinde alle nummers van de jaargang 1963van 'Cement' zorgvuldig te kunnen bewaren entevens ieder nummer na ontvangst direct zelfin te binden, wordt wederom een in grijs linnenuitgevoerde verzamelband verkrijgbaar gesteld.De prijs van deze band bedraagt 5,65 per stuk.Ook voor de jaargang 1961 en 1962 kan nogeen verzamelband worden geleverd. Prijs 5,40per stuk.Bestellingen uitsluitend door overschrijving ten gunste van N.V. Drukkerij 't Koggeschip', Nieuwe Achtergracht 104, Amsterdam-C, metvermelding van 'band Cement 1963' (resp. 1961/1962) op een der volgende rekeningen: Postgiro nr. 28767 -- Gemeentegiro 1048 --Amsterdamsehe Bank N.V., Weesperplein 2, Amsterdam -- Ned. Middenstandsbank N.V., Herengracht 589, Amsterdam -- De TwentscheBank N.V., Sarphatistraat 11, Amsterdam. ADMINISTRATIE 'CEMENT'20 Cement XV (1963) Nr. 1fig. 24. schema betonwegverdichtingsmachine