7EJAARGANG1-2FEBRUARI1955CEMENTtijdschrift gewijd aancement en betonalgemeen-redacteur:ing. G. J, Hamer(verantwoordelijk voor de inhoud)redactie-secretaris:H. M. Mosredactie-adres:Herengracht 507, Amsterdam-C,telefoonnummer: 38531administratie-adres :Nw. Achtergracht 102-104, A'dam-C,tel. 56968, Postgiro 525812 t.n.v. N.V.Uitg. Mij ,,Met Couragie", A'damabonnementsprijzen :1. Nederland, Indonesi?,Overzeese Gebiedsdelen,Belgi? en Luxemburg 9,-- p. j.2. Studie-abonnementen voorT.H.-studenten, M.T.S.-ersen militairen 5,-- p. j.3. Buitenland .f 12,-- p.j.overneming van artikelen en illu-straties na schriftelijke toestemminguitgave ENCI-CEMIJ n.v.door ir A. S, G. BruggelingDe steeds groeiende behoefte aan kennisbij de constructeurs in voorgespannenbeton omtrent het gedrag van hoogwaardigstaal, heeft geleid tot contact tussen de'Bond van Materialenkennis' en de 'Stuvo'(Studievereniging tot ontwikkeling van hetVoorgespannen beton, onderdeel van de'Betonvereniging'), ten einde te komen totoprichting van een gezamenlijke Studie-Commissie ten, aanzien van hoogwaardigstaal voor voorgespannen beton. De naamvan deze commissie is 'Commissie Beton-staal'. Deze naam is algemeen gehouden omde werkzaamheden van de commissie tekunnen aanpassen aan de vraagstukken,welke in de practijk kunnen rijzen ten aan-zien van staal, toegepast in beton.De commissie is ge?nstalleerd op 15 Januari1951 en heeft sindsdien 21 vergaderingengehouden, waarvan er vele geheel of tendele gewijd waren aan de opstelling vankeuringsvoorschriften voor hoogwaardigstaal.Daarbij is tweemaal tussentijds contact ge-zocht met de 'Stuvo' en met fabrikantenvan hoogwaardig staaldraad om tot gerecht-vaardigde keuringsvoorschriften te komen.Het eerste concept keuringsvoorschriftenis gedateerd 16 October 1952, het tweede11 Maart 1954. Speciaal het tweede conceptis onder andere aan een groot aantal fabri-kanten van hoogwaardig staal toegezonden,waarna de commissie van vele zijden eengoed gedocumenteerde en opbouwendecritiek ontving.Gesteund door deze critiek en door ge-sprekken met fabrikanten van hoogwaardigstaal en binnen- en buitenlandse technici ophet gebied van hoogwaardig staal meent decommissie de huidige 'Voorlopige Keurings-voorschriften' te kunnen vaststellen. Dezedienen soortgelijk beschouwd te wordenals de V-bladen, uitgegeven door de H.C.N.N. (Hoofd-Commissie Normalisatie Ne-derland). Het ligt in de bedoeling, indien naverloop van tijd tot definitieve vaststellingwordt overgegaan, deze uitgave door deH.C.N.N. te doen verzorgen, waartoe enigcontact reeds is gelegd.De commissie meent dat, gezien de ont-wikkeling van de kennis aangaande hetvoorgespannen beton, en het draad voorvoorgespannen beton in het bijzonder, devaststelling van de definitieve voorschriftenwel enige tijd zal duren en zij moet daaromadviseren, deze voorlopige voorschriftenvoor alle staalleveranties ten behoeve vanvoorgespannen beton bindend te verklaren.Dit houdt echter niet in, dat zij geen op-merkingen over de 'Voorlopige Keurings-voorschriften' verwacht. Integendeel, zijstelt het inzenden van goed gedocumen-teerde en opbouwende critiek op hogeprijs. Deze opmerkingen kunnen wordengezonden aan de secretaris van de com-missie :*) Deze voorschriften zijn als losse bijlage in ditnummer opgenomen.ir G. M. Canta, Metaalinstituut-T.N.O.,Postbus 49, Delft.Zoals uit de 'Inleiding op de toelichtingen',behorend bij de 'Voorlopige Keuringsvoor-schriften', blijkt, ziet de commissie dezekeuringsvoorschriften niet als afzonderlijkgeheel, doch in samenhang met certificaten,welke door een nog in te stellen 'Certifi-caten-Commissie' zullen worden opgesteld.Een werkelijk doeltreffende keuring vanhoogwaardig staaldraad zou voor de indivi-duele afnemers van hoogwaardig staal voorvoorgespannen beton grote problemen op-leveren. Enerzijds omdat zij de resultatenvan uitvoerige proeven moeilijk op hunwaarde kunnen schatten in verband met hetvaak strikt metallurgische karakter van hetprobleem en anderzijds omdat met dezeuitvoerige proeven relatief veel kosten enveel tijd zijn gemoeid. Speciaal het laatste iseen practisch probleem, dat of d? keuring ofde toepassing in grote moeilijkheden zoubrengen. Het ligt dan ook in de bedoelingeen commissie te benoemen, die volkomenonafhankelijk is van de fabrikant ?n de afnemer. Deze commissie zou dan door Hader:te bepalen offici?le instanties moeten w?r-den ingesteld en tot taak krijgen, via eenuitvoerige keuring bepaalde typen hoog-waardig staal van diverse fabrieken te onder-zoeken. De gang van zaken is als volgt ge-dacht.Fabrikant X te Y zou gaarne in Nederlandleveren, bijv. staal QVB 130, vallend onderde catagorie 'getrokken draad', zoals ver-meld in artikel 5.1.2 van de 'VoorlopigeKeuringsvoorschriften'. Daartoe stelt hijzich in verbinding met de 'Certificaten-Commissie'. Deze verzoekt de fabrikantopgave van: wijze van fabricage, vervaardi-ging van het ruwe product, samenstellingen gegevens over de mechanische eigen-schappen, enz. van het staal, en bovendienopgave van bouwwerken in binnen- en bui-tenland, waar het staal in die tijd wordt ver-werkt.Vervolgens koopt de commissie een bepaal-de hoeveelheid staal op een van de vermeldebouwwerken b u i t en de fabrikant om enlaat door een keuringsinstituut op dat staaluitvoerige proeven verrichten, bijv.: kruip-en/of relaxatieproeven, proeven omtrentspanningscorrosie, analyse van de rek-kromme, vermpeiingsproeven, invloed vanhoge temperaturen, het al of niet voor-komen van overwalsingen, enz.Aan de hand van dit onderzoek, dat geheelvertrouwelijk wordt behandeld en voorrekening van de fabrikant komt, geeft deCertificaten-Commissie na overleg met defabrikant, een advies uit, 'Certificaat' ge-noemd, bedoeld als voorlichting van de ge-bruiker omtrent de toepassingsmogelijk-heden van dat staal, mede in verband methet gedrag onder verschillende omstandig-heden, bijv. milieu's, welke gevaarlijk zijnvoor spanningscorrosie. Bovendien ver-meldt het 'Certificaat' gegevens v??r me-Cement 7 (1955) Nr 1-2 1Ter inleiding van de'Voorlopige Keuringsvoorschriftenvoor hoogwaardig staal voorvoorgespannen beton"1*) overgenomen uit Circulaire 21 van hetMetaalinstituut TNO, Delftchanische keuring, waaraan, met een zekere tolerantie, door datbeschouwde draad van die fabriek moet worden voldaan om erzeker van te zijn, dat de geleverde partij draad inderdaad die is,welke valt onder het uitgegeven 'Certificaat'. Bovendien kan indit 'Certificaat' worden aangegeven, op hoeveel relaxatie en/ofkruip bij bepaalde waarden van de aanvangspann'mg moet wordengerekend en, zo nodig, wat een veilige waarde van de aanvangs-spanning wordt geacht.De 'Certificaten-Commissie' behoudt zich het recht voor, niet voorrekening van de fabrikant, eens per jaar een monster van het onderhet 'Certificaat' geleverde staal uit een werk te betrekken om teonderzoeken, of het inderdaad hetzelfde staal is als destijds isonderzocht. Blijkt dat de fabrikant zich niet aan de levering vanhetzelfde product heeft gehouden, dan kan de 'Certificaten-Com-missie' het 'Certificaat' intrekken, en hieraan algemene bekendheidgeven via de technische pers.Getracht wordt de hier genoemde 'Certificaten-Commissie' zospoedig mogelijk te installeren, nadat contact met verschillendeoffici?le instanties heeft plaats gehad.Ten einde de achtergrond van deze 'Voorlopige Keuringsvoor-schriften' nader toe te lichten, zullen hieronder de daartoe in aan-merking komende artikelen zo nodig nader worden toegelicht aande hand van de beschrijving van enkele fabricage-proc?d?'s vanhoogwaardig staal voor voorgespannen beton.Fabricageproc?d?'sI. Reeds verschillende jaren is een methode bekend, welke wordttoegepast bij de vervaardiging van draad van hoge kwaliteit. Dezemethode wordt 'patenteren' genoemd, een naam welke is afgeleidvan patent, aanvankelijk door een patent gedekte methode1).Patenteren van draad bestaat hierin, dat de draad op een tempera-tuur van ca 800--850 ?C wordt gebracht en vervolgens z??r snel-binnen de tijd van een seconde- wordt afgekoeld tot ca 500 ?C.Vervolgens wordt de draad enige tijd op deze temperatuur gehou-den en daarna afgekoeld tot kamertemperatuur.Wordt de draad op een temperatuur gebracht van ca 850 ?C, danverkrijgt ze daarbij een austeniet-structuur. Deze vertoont eenkubisch-vlak gecentreerd molecuulrooster. De draad is daarbij nietmagnetisch. Bij het sneller afkoelen gaat het austeniet bij ca 550 ?Cover in een zeer fijne perliet-structuur 'sorbiet' genoemd. Normaalperliet heeft een fijne structuur, die er mikroskopisch als parelmoeruitziet en bestaat uit naast elkaar afgescheiden lamellen ferriet(zuiver ijzer) en cement?et (koolstofijzerverbinding Fe3C).Al naar gelang de uitgangstemperatuur van het patenteren is hetperlietweefsel fijner of grover van structuur ('korrel'), afhankelijkvan het feit of de uitgangstemperatuur van de oven (v??r het af-koelen) respectievelijk lager of hoger is. Dit perliet is een materiaaldat zeer 'kneedbaar' -ductiel- is, waarom het dan ook uitermategeschikt is te worden 'getrokken'.Het 'koudtrekken' is: de draad in doorsnede verkleinen door dezedoor een te nauwe treksteen van hardmetaal te trekken (tek. 2).Hierdoor wordt de vorm van kristalkorrels in de draad veranderdin een langgerekte textuur2). Deze is meer gericht, dat wil zeggen :de kristalkorrels worden meer gestrekt, naar gelang het trekkeneen grotere reductie van doorsnede heeft gegeven, hetgeen dan inmeer stappen (passen) geschiedt.De hierboven beschreven methode van patenteren en koudtrekkenis reeds lang toegepast voor de vervaardiging van o.m.: seindraad,veren en andere draadtypen (bijv. voor afrasteringen, enz.).Ook pianosnaren worden op deze wijze vervaardigd. Deze hebbeneen hoge treksterkte (200 kg/mm2) bij een kleine doorsnede. Eenen ander is bereikt door in vele 'passen' koudtrekken. Op deze be-kende wijze is het eerste hoogwaardig staal voor voorgespannenbeton vervaardigd: het normale 'getrokken draad'.Dit draad heeft eigenschappen welke voor bepaalde toepassingenzeer gunstig zijn o.a. grote plasticiteit (mijnkabels). Dit betekentechter dat het spanningsrekdiagram feitelijk een kromme is, datwil zeggen : het materiaal heeft in geen enkel spanningsinterval eenconstante vervorming. Aangezien variatie in vervorming niet alleenvoor de spanningsintervallen maar meer nog voor de diverse rollenverschilt, is het in de practijk van het voorgespannen beton nood-zakelijke eenvoudig verband tussen spanning en verlenging nietaanwezig.1) De voetnoten staan aan hec einde van dit artikel.foto la. textuur getrokken draad *)(vergroting 2 000 x)foto Ib. 'Sorbiet'structuur*)veredeld draad (vergroting 20 000 x)foto Ic. fijne perllet-structuur *)getrokken draad (vergroting I2000x)Cement 7 (1955) Nr 1-2II. Vandaar dat door de betontechn?ci werd gevraagd naar draadmet een vervorming ?n een zeker spanningsinterval, welke tothoge staalspanningen constant is. Op deze wijze werd het reedsbekende proces van kunstmatig verouderen voor de vervaardigingvan draad voor voorgespannen beton van groot belang. Bij dezenabehandeling van getrokken draad wordt dit laatste gedurendeenige tijd op een temperatuur gebracht van 200--250 ?C3). Als een-voudige voorstelling van dit verschijnsel is op te merken, dat daar-door langs de korrelgrenzen van de getrokken perliet-structuurzich afscheidingen van zuurstof en stikstof voordoen, die als hetware als haken de verplaatsing van de gestrekte vezels van de ge-trokken draad-textuur ten opzichte van elkaar verhinderen. Ditzgn. thermisch nabehandelen geschiedt bijvoorbeeld in een zout-bad of aan de lucht. Aldus ontstaat een draad dat getrokken enthermisch nabehandeld is. Het spanningsrekdiagram van ditdraad vertoont nagenoeg een rechte tot ca 75--80% van de trek-sterkte.III. Een totaal andere methode voor de vervaardiging van hoog-waardig staal is die van het harden. Dit geschiedt door het staal inde austeniet-structuur bij ca 850? te brengen en vervolgens plot-seling tot kamertemperatuur af te koelen, waardoor de draad eenmartensiet-structuur verkrijgt. Dit is mikroskopisch gezien eennaaldvormige structuur, die zeer hard is (vandaar de naam 'harden').Dit geharde staal is veelal zeer bros, waardoor het 'ontlaten' moetworden. Dit ontlaten geschiedt bij temperaturen van 300--400 ?Cen heeft als effect, dat de inwendige spanningen in het staal, tengevolge van het zeer snelle afkoelen, worden opgeheven, terwijltevens de harde naaldvormige martensiet-structuur overgaat in eenwat zachtere tussenstructuur, waarbij enige afscheiding van perlietkan optreden. Staal dat is gehard en ontlaten, wordt ook welveredeld staal genoemd. In gehard staal zijn hardingsscheurtjesals gevolg van de hierboven genoemde inwendige spanningen nietaltijd uitgesloten. Om onder andere dit laatste tot een minimum tebeperken, wordt het hardingsproces ook wel trapsgewijze uitge-voerd, nl. eerst zeer snel afkoelen van ca 850 ?C tot 300 ?C, bij welketemperatuur de austeniet-structuur enige tijd houdbaar is en ver-volgens langzamer van 300 ?C tot kamertemperatuur. Deze laatstemethode wordt 'martemperen' of 'oiltemperen' genoemd.Het hierboven genoemde geharde draad wordt dus geleverd inwalstoestand en is dus niet getrokken4). Deze groep bevat dusgewalst draad, eventl. thermisch nabehandeld5). Dit typedraad heeft een spanningsrekdiagram, dat tot een hoge treksterktepractisch recht is.Conclusies die uit het fabricage-proces volgenI. Bij het patenteren wordt de draad veelal afgeschrikt in eenloodbad van ca 550 ?C. Er kunnen dus restanten lood op het draad-oppervlak achterblijven. Zij worden echter bij het koudtrekkenover een groot oppervlak verdeeld. Normaliter komen geennoemenswaardige loodresten op het draadoppervlak voor (dit isook voor de fabrikant van belang -- lood is kostbaar). Bij het koud-trekken wordt zgn. trekzeep gebruikt. Deze kan op het draad-oppervlak, al dan niet in grafietvorm, achterblijven en gevaarlijkzijn voor de verankering van draden.Bij het thermisch nabehandelen van getrokken draad wordt ookwel gebruik gemaakt van een zoutbad. Wordt het zout daarna nietgoed afgewassen, dan kan dit oorzaak zijn van snelle roestvormingop het draadoppervlak (art. 2).2. In verband met het trekken door een treksteen is de doorsnedevan getrokken draad zeer nauwkeurig te garanderen. Alleen deeconomie (verwisseling van treksteen) vereist een redelijke tole-rantie. Gewalst draad heeft noodzakelijkerwijs grotere tolerantiesnodig.Te kleine doorsneden van de draad ten opzichte van de theoreti-sche doorsnede zijn gevaarlijk in verband met het feit, dat bij hetspannen op het werk de staalspanning dan hoger wordt dan is toe-gestaan, indien op meting van de kracht wordt gespannen (art. 4).3. De verhouding tussen 0,05 en de B is voor getrokken draadkleiner dan voor getrokken en thermisch nabehandeld draad ?nvoor gehard draad (art. 5.1.2).4. De breukrek is kleiner, indien bij het fabricageproces reeds eengedeelte van de rek uit het draad is gehaald, dit wil zeggen dat voorgetrokken draad de breukrek kleiner is dan voor gewalst draad.In werkelijkheid kunnen hier veel meer beschouwingen aan wordenvastgeknoopt, want het is niet zo eenvoudig als hier is voorgesteld ;het geeft echter, zij het simplistisch, een verklaring (art. 5.1.3).5. Getrokken draad is als het ware plastischer dan gehard draad,hetgeen ook blijkt uit de buigproef en de heen-en-weerbuigproef(art. 5.2 en 5.3).6. In gehard draad kunnen hardingsscheurtjes voorkomen, welkemede van invloed kunnen zijn op de gevoeligheid voor spannings-corrosie. Getrokken draad kan daarom veel minder gevoelig zijn,aangezien oppervlaktefouten door het koudtrekproces meer ofminder afhankelijk van het aantal passen kunnen worden dicht-ged ru kt (Certificatencommissie).Behoudens de uit het fabricageproces voortvloeiende toelichtingop de 'Voorlopige Keuringsvoorschriften', moge nog het volgendeworden vermeld.7. Het blijkt dat de kruiprek van hoogwaardig staaldraad minderafhankelijk is van de spanning, welke ten opzichte van het span-ningsrekdiagram is gekozen, dan aanvankelijk zou worden \er-wacht. Dit betekent dat de kruiprek in 300 uur van getrokkendraad bij een spanning gelijk aan -bijvoorbeeld- de 0,05-rekgrens,beslist niet van dezelfde orde van grootte is als die van gewalstdraad bij de 0,05-rekgrens. De kruiprek van laatstgenoemde staal-soort bij de genoemde spanning is vele malen meer dan die van ge-trokken draad. Eisen ten aanzien van de kruip- of relaxatieproefkunnen daarom niet eerder worden opgesteld, dan na het gereed-komen van het onderzoek op dit gebied door de commissie inge-steld. Zij zullen ook samenhangen met op het 'Certificaat' van eenbepaald type draad van een bepaalde fabriek vermelde gegevens(art. 5S).8. In graf. 3 is met een voorbeeld gegeven de grafische uitwerkingvan de gegevens van de trekproef volgens Brown. Zoals aange-geven, wordt het spanningsrekdiagram verdeeld in trappen vanbijvoorbeeld 10 kg/mm2spanning. Over elke trap wordt de toe-neming van de rek bepaald en uitgezet als functie van de spanning. Zodoende ontstaat een kromme als aangegeven in graf. 3b.Deze kromme geeft dus in feite het verband tussen de rekmodulus?(j(raaklijnen van het -g-diagram) en de spanning (toelichtingart. S.U).9. Bij het bestuderen van de resultaten van wringproeven kwamCempnl 7 (195S) Nr 1-2 3foto 5. langsfouten in getrokken,thermisch nabehandeld draad (foto TNO)foto 4. gewrongen staaf naar voren, dat het breukbeeld van bepaalde gewrongen stavenniet vlak was, zoals algemeen gebruikelijk is, maar onder anderehet karakter vertoonde van foto 4. Vaak waren dan langsscheurenin het draad, uitgaande van de breuk, waarneembaar. Deze langs-scheuren waren soms met het blote oog aan de nog niet gewrongenstaaf eveneens waar te nemen.Een nader mikroskopisch onderzoek wees uit, dat in het draadwalsfouten voorkwamen van het karakter, zoals foto 5 toont. Dezefouten zijn ontstaan bij het vervaardigen van het draad en onderandere te wijten aan fouten, afkomstig: van de ingot, niet voldoen-de voorzorg tijdens het walsen, enz. Aangezien dit langsfouten zijn,heeft de commissie zich nader bezonnen over het al of niet toelatener van in het draad. Gezien het feit, dat de draad alleen op trekwordt belast, lijkt het aanwezig zijn van langsfouten niet zo ernstig.Realiseert men zich echter, dat:1. gespannen draden veelal in verankeringselernenten wordengeknikt of scherp gebogen,2. de langsfouten de kans op het optreden van spanningscorrosieverhogen,3. de draden onder hoge spanning worden gebracht en veelal indragende constructies een zeer belangrijke taak ten aanzien vanhet draagvermogen vervullen,4. het vermijden van deze langsfouten zonder meer mogelijk iszonder de economie van het product te schaden,dan kan men inzien, dat de geconstateerde langsfouten in draadvan voorgespannen beton niet kunnen worden geaccepteerd.Een moeilijkheid ten aanzien van de keuring blijft echter open, ge-zien het feit dat:1. de wringproef bij gewalst draad een vlakke breuk geeft, ook altreden daarin ernstige langsfouten op.2. naarmate de kwaliteit hoger wordt, de wringproef van deandere draadsoorten meer selectief wordt, met andere woordenzij geeft eerder niet-vlakke breuken bij getrokken draad datthermisch is nabehandeld;3. niet-vlakke breuken bij zeer hoge wringgetallen kunnen voor-komen, zonder dat langsfouten in het draad aanwezig zijn.Gezien de belangrijkheid van deze fouten is toch een eis betreffendehet breukvlak bij een laag wringgetal in de 'Voorlopige Keurings-voorschriften' opgenomen. Dit betekent dus dat de wringproef-althans voorlopig- als zodanig, dat wil zeggen wat het wringgetalbetreft, niet zo belangrijk wordt geacht, maar dat speciaal een eisis opgenomen, het leveren van draad met ernstige langsfouten teverhinderen.Zolang niet voor alle draadtypen duidelijk omschreven keurings-eisen ten aanzien van het optreden van langsfouten kunnen wordenopgenomen, verdient het aanbeveling het al of niet aanwezig zijndaarvan nader vast te stellen aan de hand van mikroskopischonderzoek. Hierbij zouden dan scheurtjes groter of gelijk aan 0,02tot 0,03 mm diepte als langsfouten zijn aan te merken.Teneinde een juistere basis voor de keuring op dit punt te kunnenvinden, wordt dringend verzocht alle gegevens van proeven tenaanzien van dit onderwerp aan de commissie ter beschikking testellen (art. 5.4).Zend daarom al uw opmerkingen, resultaten van keuringen, enz.aan de Secretaris van de 'Commissie Betonstaal' op het hierbovengenoemde adres.Als besluit van deze inleiding moge de wens worden geuit, dat hetgereedkomen van de 'Voorlopige Keuringsvoorschriften voorVoorgespannen Beton' er toe zal bijdragen, dat de toepassing vanvoorgespannen beton op grote schaal, maar meer nog op verant-woorde wijze zal plaats vinden.Verklaring van de noten:1) Het patenteren van draad dateert uit ca 1870. Het staat nietvast, dat het patenteren ooit door een patent is beschermd. VolgensA. Pomp, 'Stahldraht', is het een fabrieksgeheim geweest van deEngelsman W. Smith uit Warrington, dat tenslotte uitlekte en nuoveral wordt toegepast.2) De term structuur slaat hoofdzakelijk op de verdeling en vormvan de fazen. De term 'textuur' houdt verband met de vorm envormverandering van de kristal korrels ten gevolge van koudedeformatie.3) In Amerika wordt bijvoorbeeld veel een andere methode toe-gepast, ni. de zogenaamde 'stress relief-methode.4) Men verwarre dus niet het thermisch nabehandelen van ge-trokken draad (perliet-structuur) en gehard draad (martensiet-structuur).5) In bepaalde gevallen wordt wel een zekere kalibrering van hetwalsdraad doorgevoerd. Dit geschiedt met behulp van een trek-steen bij toepassing van een zeer kleine reductie. Wordt dit draadveredeld, dan behoort het n/et onder de groep van koudgetrokkendraad.4 Cement 7 (1955) Nr 1-2