Aandacht voor het materiaalbetonVoordracht gehouden tijdens de CUR-VB-dag 1981 teRotterdam, 29 april jl,, door prof.dr.ir.A.S.G.Bruggeling,voorzitter van onderzoekcommissie 18 'Nieuwebetonsoorten'InleidingDe behandeling van dit onderwerp wil ik be-ginnen met het tonen van een relatieschemadat is opgesteld voor het introductiecollegevan de cursus Betonkunde van de StichtingPost Doctoraal Onderwijs in deCivieleTech-n iek (PDOC) (fig. 1). Dit relatieschema laat deverbanden zien in de moderne betontechno-logie, door ons Betonkunde genoemd. Inplaats van zich nagenoeg uitsluitend bezig tehouden met de samenstelling van beton-mengsels, blijkt het steeds meer noodzake-lijk te zijn om voor de met een bepaaldebetonsoort te realiseren constructie na tegaan, aan welke eisen de betonspecie en hetverharde beton in dat geval dienen te vol-doen.Wat betreft de betonspecie zal het vooral deverwerking zijn die mede bepalend is voordesamenstelling van het beton. Men kan hieronder meer denken aan onderwerpen zoals:mengen, transporteren (pompen), in hetwerk brengen (vloeibaarheid in verband methet vullen van de bekistingen), verdichten,eisen ten aanzien van de verharding (sto-men), alsmede de ter plaatse aanwezige toe-slagmaterialen en water.Wat betreft het verharde beton zullen er ver-schillende eisen worden gesteld, onder meerten aanzien van mechanische, fysische enchemische eigenschappen alsmede met be-1Relatieschema moderne betontechnologietrekking tot bijzondereeigenschappen zoalsuiterlijk en kleur.Tot voor kort was het zo, dat het in ons landvoorhanden zijnde zand en grind en het ver-krijgbare cement van een zodanige kwaliteitwas en in zulke hoeveelheden voorradig, datmen zich in feite relatief weinig aantrok vanalle eisen die vanuit de te realiseren con-structie aan beton en betonspecie werdengesteld. Ook voorkwam een minimum ce-mentgehalte problemen ten aanzien van deduurzaamheid. Het isdaaru it te verklaren dateen goede betonspecie de basis was voorbeton dat, zonder veel speciale voorzorgen,aan een groot aantal eisen voldeed. De sterk-te bleef dan over als een belangrijke kwali-teitseis, terwijl ook aan de verwerkbaarheidde nodige aandacht werd besteed. De laatstetijd is deze aanpak aan grote veranderingonderhevig of zal deze worden veranderd,omdat:- in verband met de grondstoffenpositie denoodzaak aan de orde komt om de kwaliteitmeer aan te passen aan de gestelde eisen;- de ontwikkeling van bepaalde construc-ties en een toenemende agressiviteit van hetmilieu om betonsoorten vraagt die meer zijntoegesneden op de eisen, aan de bedoeldeconstructies gesteld.Aanpassing van de betonsamenstelling inverband met de grondstoffenpositieDe laatste jaren doen zich een aantal nieuweontwikkelingen voor. Regelmatig wordt menopgeschrikt door het feit dater iets mis is methet bergen van het dagelijks in grote hoe-veelheden vrijkomende afval uit huishou-dens, industrie?n e.d. Het overschakelen vanenergiecentrales van gas (olie) op kolen le-vert als afvalstof grote hoeveelheden vliegasop. Bij chemische industrie?n komt bijvoor-beeld gips in grote hoeveelheden vrij.Naast de steeds g roeiende-en steeds meercontrole vragende - afvalberg ontstaat erelders gebrek aan grondstoffen die via op-pervlaktewinning worden verkregen, zoalsklei, zand, grind en mergel. Dit tekort ont-staat door een blijvende vraag naar grond-stoffen, terwijl het milieu steeds meer wordtbeschermd. De grondstoffenbalans is in onsland uit het evenwicht; enerzijds overschotaan afval, anderzijds tekort aan mineralegrondstoffen (fig. 2).Het gebrek aan zand en grind dwingt totbezinning. Dit blijkt ook te gelden voor onzeoosterburen, waar onlangs een rapport terbeschikking kwam waaruit ik hier moge cite-ren:'Als Folge der Missverh?ltnisse sind in dieletzten Zeit bereits in mehreren Bereichender BRD erhebliche Versorgungsenp?sseaufgetreten'en verder:'Es ist ein Gebot der Stunde und einer Ver-pflichtung den n?chtsten Generationen ge-gen?ber die hochwertigen Mineralstoffe nurnoch dort zu verwenden, wo es Konstruktionund Umwelteinwirkung erforderlich ma-chen.'In ons land is de situatie ernstiger dan inWest-Duitsland. Plaatselijk is het aanzichtvan Limburg reeds sterk veranderd door dewinning van zand, grind en mergel en wordthet steeds moeilijker om nieuwe ontgron-dingsvergunningen te krijgen.De zo eenvoudig lijkende mogelijkheid omde grindgaten te dichten met afval uit de bergoverschot is niet re?el, omdat in dit afvalzoveel onbekende stoffen voorkomen dat,afgezien van de kosten, het storten van afvaluit milieutechnisch oogpunt onaanvaard-baar is. Men suggereert daarom een andere,meer directe weg door het afval te gebruikenals vervangend toeslagmateriaal in beton.Afvalstoffen als grondstoffen voor betonDaarmede zijn we dan aangeland bij ons on-derwerp, namelijk de vraag: In hoeverre kanin betonconstructies afval - in de meest bre-de betekenis van het woord -worden ver-werkt? Het antwoord op deze vraag is nieteenvoudig te geven als daarin niet de infor-matie wordt betrokken over welk afval menspreekt.Cement XXXIII (1981) nr. 10 662Huishoudelijk afval komt niet in aanmerkingom te worden gebruikt als vervanging vanzand en grind. In dit afval komen zoveel voorbeton gevaarlijke stoffen voor-men denkein dit verband bijvoorbeeld aan glas-en dekwalificatie is zo moeilijk, dat het in dezevorm als re?le mogelijkheid moet wordenuitgesloten.Voor ongewapend beton meteen lage beton-kwaliteit komt wel de afvalverbrandingsslakin aanmerking. In de praktijk blijkt echter datstraatstenen, waarin het toeslagmateriaalvoor 30% uit vuilverbrandingsslakken be-staat, moeilijk zijn te verkopen om dat delagere buigtreksterkte van deze stenen nietaan de norm voldoet. De essenti?le vraag isdan of die hoge eis wel altijd nodig is.De vliegas die vrijkomt bij vuilverbranding isniet geschikt als vervangende grondstof inbeton.Gunstiger ligt een en ander voor bouwafval.Door selectief slopen van constructies kanmen de verschillende bouwstoffen (bak-steen, beton, wapening, staal, hout) reedstijdens de sloop zodanig van elkaar schei-den, dat hergebruik tot de re?le mogelijkhe-den behoort (roto 3). Op dit gebied ori?nteertzich de onderzoekcommissie 29 'Herge-bruik van beton- en metselwerkpuin', welkecommissie tot taak kreeg een grondslag teleggen voor de activiteiten van een voor-schriftencommissie die normen moet op-stellen om dit hergebruik te regelen. Het isoverigens een volgende stap om tot herge-bruik van betonelementen en demonteer-baar bouwen te komen.Alhoewel men geen overdreven voorstellingmag hebben van de bijdrage van beton- enmetselwerkpuin tot leniging van de grond-stotfennood, kan wel worden vermeld datverschillende vaste en mobiele puinverwer-kingsinstallaties in ons land in gebruik zijn(foto 4). Wanneer de kosten, verbonden aanhet storten van bouwafval steeds toenemen(bedragen van 20,- m3komen reeds voor),4Mobiele puinverwerkingsinstallatiedan worden de Produkten van de bedoeldeinstallaties voor de bouw spoedig-ook eco-nomisch gezien - interessant. Hierbij dientmen te bedenken dat dit gebroken puin nietnoodzakelijkerwijs in betonconstructies be-hoeft te worden verwerkt. Het kan bijvoor-beeld ook in de funderingsconstructies vanwegen worden gebruikt en dan op die wijzede nood aan minerale grondstoffen medehelpen lenigen.Naast beton- en metselwerkpuin vraagtvooral ook de toekomstige 'vliegasberg' on-ze aandacht. De samenstelling en eigen-schappen van vliegas afkomstig van kolen-gestookte elektriciteitscentrales, kan vankolenwinplaats tot kolenwinplaats zodanigsterk vari?ren, dat storten daarvan alleenmogelijk is indien een groot aantal kostbarevoorzorgsmaatregelen worden getroffen.De toepassing van vliegas is behalve in debaksteenindustrie?n en in de wegenbouwook op verschillende wijze mogelijk in debetonbouw, te weten:- als grondstof voor de vervaardiging vanlichte toeslagmaterialen;- als toeslagmateriaal of vulstof voor beton-specie - schrale mengsels met laag cement-gehalte (reeds lang in Engeland toegepast);- als cementcomponent in zogenaamd vlie-gascement;- als grondstof voor de vervaardiging vanportlandcementklinker.Deze verschillende mogelijkheden wordenmomenteel intensief bestudeerd en hebbendeels reeds geleid tot de voorbereiding vanrealisaties. Recente informatie wijsteropdatdoor het bedrijfsleven zodanig wordt inge-speeld op het vliegasprobleem, dat dit - al-thans voor de komende jaren - weinig pro-blemen zal geven. Op dit gebied stelt destuurgroep'Vliegas'van de Betonverenigingeen advies op ten aanzien van een doorCUR-VB uit te voeren onderzoek. Soortgelijke op-lossingen als voor vliegas besproken, kun-nen ook voor mijnsteen worden gereali-seerd.Afstemming van kwaliteit op behoefteUit dit alles komt duidelijk naar voren dat weons de luxe niet meer kunnen permitteren omgrondstoffen van hoge kwaliteit (zand, grind,cement) te gebruiken voor produkten, waar-in met grondstoffen van mindere kwaliteitkan worden volstaan, zonder dat in zulkegevallen de gebruikswaarde van een produktwordt aangetast. We zullen dus in de toe-komst er niet meer trots op kunnen zijn dat inplaats van een vereiste betonkwaliteit 17,5in feite een 30 is geleverd, omdat we danverspillers zijn!Niet door toevoegen van extra water, maardoor aanpassing van de toe te passen grond-stoffen zullen we genoodzaakt zijn in de toe-komst de vereiste kwaliteit te leveren!De beton voorschriften zullen derhalve dezeaanpassing van kwaliteit en samenstellingvoor de daarvoor in aanmerking komendegevallen mogelijk moeten maken. Wie denktdat dit een eenvoudige opgave is, vergistzich. Al onze beschikbare deskundigheid zalmoeten worden ingeschakeld om de aanpas-sing van de betonkwaliteit daadwerkelijk terealiseren zonder de veiligheid en de duur-zaamheid van de betonconstructies in hetgeding te brengen. Daarbij zal dus rekeningmoeten worden gehouden met de kwaliteitvan de alternatieve grondstoffen van betonen met de beperking van het toepassingsge-bied.Naast het selectief afstemmen van de beton-kwaliteit is het, met name voor bijzondereconstructies, noodzakelijk om de eigen-schappen zo goed mogelijk overeen te latenkomen met de gestelde eisen.Verbetering van de eigenschappenWanneer men het heeft over de verbeteringvan eigenschappen moet duidelijk onder-scheid worden gemaakt tussen de eigen-schappen vandebetonspecieendievan hetverharde beton. Reeds meer dan 30 jaar wor-den er hulpstoffen aan betonspecie toege-voegd om, vooral tijdens de verwerking, devloeibaarheid daarvan te verbeteren zonderde kwaliteit van het verharde beton in ongun-stige zin te be?nvloeden. In de rij van hulp-stoffen kan ook worden gerangschikt dehulpstof die ervoor zorgt dat betonspecie-mortel onder water niet meer uitspoelt (hetniet-uitspoelbare beton, hydrobeton, fofo 5).Dit wordt onder meer toegepast als dijkbe-kleding.Een hulpstof die mede ertoe bijdraagt om dekwaliteit van het verharde beton te verbete-ren is vooral de luchtbelvormer. Deze hulp-stof verbetert het best de vorstbestandheidvan beton (CUR-VB-rapport65).De CUR-VB-commissie 18 'Nieuwe beton-soorten' houdt zich voornamelijk bezig methet onderwerp van de verbetering van eigen-schappen van verhard beton.Naast de reeds genoemde vorstbestandheidzijn er verschillende eigenschappen van ver-hard beton die verbeterd zouden kunnenworden. Daarvan kunnen worden vermeld:1. de kleur van het oppervlak;2. de volumieke massa;3. de mechanische eigenschappen en met5Hydrobeton, toegepast als oeverbekledingCement XXXIII (1981) nr. 10 663name die betreffende het gedrag van bet?ronder trekbelasting en scheurvorming varhet betonoppervlak bij sterke temperatuur-gradi?nten in de betonhuid;4. de weerstand tegen invloeden van che-misch-fysische oorsprong, zoals:- de invloed van een agressieve omgeving;- de invloed van chemische stoffen die irbetonconstructies zijn opgeslagen en daar-mede in contact komen;- het accumulatievermogen van warmte;- het vermogen tot afscherming van radio-actieve straling.Wat deze laatste twee hoofdonderwerperbetreft zijn er ontwikkelingen te meldenwaarop hier wel zal worden ingegaan, name-lijk;- beton met vezeltoevoeging;- betonmetbijzonderetoevoegingenenwepolymeerbeton en zwavelbeton.Tabel 1Overzicht vezelsoorten en -eigenschappenBeton met vezeitoevoegingOp het gebied van vezeltoevoeging aan be-ton zijn er vele ontwikkelingen gaande, voor-namelijk op het gebied van asbest-, staal-,glas- en kunstvezels (tabel 1). Het isondoen-lijkom in het kadervan deze bespreking opaldeze ontwikkelingen in te gaan. Vandaar datde behandeling hier zal worden toegespitstop twee zaken:- technologische aspecten van vezeltoe-voegingen in het algemeen;- enige markante praktische realisaties.Technologische aspecten van vezeltoevoe-gingen aan betonDe mogelijkheden van vezeltoevoegingenaan beton I iggen vooral op het gebied van deverbeteringen van de mechanische eigen-schappen. In het algemeen kan worden ge-steld dat de vezels de matrix van het betonversterken doordat de vezels de scheuren -ook microscheuren - in deze matrix over-bruggen. Daardoor wordt de capaciteit vanbeton verbeterd voor het ondergaan van op-gelegde rek. Dit betekent niet alleen dat detreksterkte van vezelversterkt beton groter isdan die van normaal beton, maar vooral dathet beton door vezelversterking meer rek-energie kan opnemen alvorens te bezwijken.Hierbij speelt de aanhechtweerstand van devezels in de matrix een bijzonder grote rol.In dit verband zijn een aantal zaken van be-lang.? Minimum-percentage vezelsTen einde na scheuren van de betonmatrixeffect te kunnen sorteren, zal er een zodani-ge hoeveelheid aan vezels aanwezig moetenzijn, dat de kracht die het beton deed scheu-ren ook daarna kan worden opgenomen.Wanneer dit niet het geval is, blijft het betononder trek een bros breukgedrag vertonenbij gelijkblijvende belasting. Dit minimumpercentage aan vezels is sterk afhankelijkvan het al of niet geori?nteerd zijn van devezels.? Vezelori?ntatieIndien in een trekstaaf alle vezels in de rich-ting van de trekkracht zouden zijn geori?n-teerd, dan zou in dit opzicht van een maxi-maal effect sprake zijn. Omdat de vezels ech-ter een bepaalde lengte hebben, zal elke ve-zel ook in dat geval niet optimaal aan weers-zijden van een scheur zijn verankerd.Bij een willekeurige verdeling van de vezelsin alle richtingen (3D), zal de effectiviteit nietveel meer dan 15-20% bedragen van die bijvolledige ori?ntatie in de trekrichting. Dik-wijls zal door de vorm van een element (bijv.bij een plaat) reeds een bepaalde ori?ntatie(2D) optreden, waardoor deze effectiviteitongeveer wordt verdubbeld. De ori?ntatie inde vezels kan ook, zij het niet eenvoudig,worden verbeterd door bepaalde verwer-kingstechnieken, bij voorbeeld langs mag-netische weg of door middel van extrusie.? VezelafmetingenMet betrekking tot de kans dat een vezel aanweerszijden van een scheur goed is veran-kerd, speelt de lengte van de vezel een uiterstbelangrijke rol in combinatie met de aan-hechteigenschappen van de vezel aan dematrix. In dit opzicht kunnen drie verschil-lende vormen van staalvezels worden ge-noemd, te weten recht, over de lengte ver-vormd en aan het uiteinde voorzien vanhaakjes op peddels.De lengte van vezels varieert van enkelevezeleigenschappenvezeltype diameter vezel-lengtedichtheidvezel-materiaalelasticiteits-modulustreksterktevezel-materiaalrek bijbreukgebruikelijkvolume-percentagerichtprijsper kgmaximumtemperatuur\ mm kg/m3kN/mm2N/mm2 %0% ?Casbest- chrysotile(wit asbest)- chrocidolite(blauw asbest)0,02-300,1-201-1510-252,55x1033,4x1031602003000-4000350020-3020-3010-150,5-10,5-1,5300-1400300-1100glas- E-glas- Z-glas(Cem-Fil)- per strand (204 Fil)10-158-13100-65025-?>25-25-o?2,55x1032,7x10370-8070-8070-8025002400125030-5020-402-82-82-836-8800staal 10-600 10-60 7,8x103200 1100-3000 15-30 0,5-2 1,5-2 300-600polypropyleen 20-200 10-60 0,9 1035-8 300-500 200 0,2-5 3 ca. 100nylon 4-20 5-50 1,15x1034-5 500-1000 100-150 0,1-6 4-5kevlar 10 5-50 1,45x103 135 2800 25 2 50-200koolstof- type I- type II8910-10-001,9 x1031,9 x103380230180026005101-121-12200-300N.B. deze tabel is een keuze uit literatuuropgaven, die onderling sterke verschillen vertonen.Cement XXXIII (1981) nr. 10 664Invloed van de vezelvorm op de rekcapaciteit7o-t-relatie voor beton onder trek, voor eenongewapende en een vezelversterkte staafmm's tot 50 ? 60 mm. De meeste vezeltypenworden als continue draden geleverd en inhet verwerkingsproces kort gehakt.? Het ged rag van vezel versterkt beton bij eentrekproefa. Stijfheid van de ongescheurde faseIn de ongescheurde fase (geen macroscheu-ren), zullen de vezels een geringe bijdrageleveren in de stijfheid van het betonelement.b. Rekcapaciteit van de gescheurde faseWanneer in de vezelversterkte trekstaaf eendoorgaande scheur is ontstaan, dan zal derekcapaciteit van de staaf sterk worden be?n-vloed door de mate van aanhechtweerstandvan vezel-matrix (fig. 6). Hierbij doen zich devolgende mogelijkheden voor.1. geringe aanhechtweerstandIn dat geval zullen de vezels uit de matrixworden getrokken nadat de doorgaande| scheur is ontstaan. De trekstaaf vertoont dan| nagenoeg hetzelfde brosse gedrag als deniet-vezelversterkte trekstaaf.2. zeer grote aanhechtweerstandIn dat geval zullen de vezels nagenoeg directnaast de scheur de trekkracht op de matrixhebben overgedragen. Het vezelgedeeltedat na scheurvorming kan rekken is daar-door klein, zodat het rekvermogen van detrekstaaf gering is. De trekstaaf breekt doorbreuk van de vezels.3. middelmatige aanhechtweerstandIn dat geval zullen de vezels over een groot' traject de trekkracht geleidelijk op de matrix overdragen. Er is een grotere 'reklengte'.' Een belangrijk deel van de vezel zal in eerste| instantie gaan werken als een veer. Hierdoor' krijgt de trekstaaf rekvermogen. Bovendien zuilen de vezels nu bij het uittrekken eenI grote weerstand ontwikkelen. Door dezej weerstand wordt dan een belangrijke krachtj over een lange weg in stand gehouden; er is dus veel energie nodig om een trekstaaf te! doen vervormen. Het rekvermogen is groot.Uit onderzoek bleek, dat vooral de staalve-j zeis met peddels of haakjes in dit opzichtjgunstige eigenschappen vertonen, omdatdeze overeen lange weg meteen behoorlijkekracht door de betonmatrix worden getrok-ken.\ Dit gedrag bij middelmatige weerstand kanI goed worden ge?llustreerd aan het gedragvan ongewapend beton en vezelversterkt be-ton in de 'Hopkinson-Bar' van het Stevinla-boratorium van de TH-Delft, vakgroep Be-tonconstructies. Figuur 7 geeft weer de -tijd-relatie van het beton onder trek (stoot-duur 10-?) vooreen ongewapend en vezel-versterkt trekmonster. Hierbij onderscheidtmen de fase tot scheurvorming, daarna derek van de vezels en vervolgens het, bij eenlagere belasting, uittrekken van de staalve-zels uit de matrix. Het door de figuur omslo-ten gedeelte is een maat voor de energie dievia het proefstuk is doorgegeven. Uit dezeproef resultaten blijkt dat een goed gedimen-sioneerde trekstaaf een grote vervormings-capaciteit heeft, gepaard gaande met eenbelangrijke energieopneming.? De duurzaamheid van vezelversterkt betonHierbij spelen een aantal zaken een rol, zoalshet verloop van de aanhechtweerstand in detijd en de verandering van de materiaalei-genschappen in de tijd.a. Aanhechtweerstand in de tijdHet is bekend dat in de loop van de tijd deaanhechtweerstand tussen vezel en matrixtoeneemt. Dit verschijnsel dat ook bij de aan-hechting van betonstaal aan beton optreedt,wordt veroorzaakt door in de tijd voortschrij-dende hydratatie en daaruit voortvloeiendegroei van kalkkristallen op het grensvlak ma-trix-vezel. Als gevolg van dit verschijnselwordt de aanhechtweerstand groteren daar-door de rekcapaciteit van de trekstaaf in deloop van de tijd geringer. Bij glasvezel betonkan dit verschijnsel leiden tot een dusdanigafnemen van de rekcapaciteit van de trek-staaf dat deze nog nauwelijksgroterisdan derekcapaciteit van de matrix zelf. Bij glasve-zelbeton wordt daaraan door enkele produ-centen tegemoet gekomen door de cement-matrix flexibeler te maken door middel vaneen polymeertoevoeging. Dit heeft echterwel consequenties voor de stijfheid van decomposiet.b. Verandering van materiaaleigenschappenin de tijdHieronder kan worden genoemd het corro-deren van staalvezels nabij het betonopper-vlak. Dit verschijnsel zal wel plaatselijk roest-vlekjes op het betonoppervlak geven, maargeen afdrukken van de betondekking; dedoorsnede van de staalvezels is daartoe tegering.Bij polypropyleenvezels moet gerekend worden op mogelijke verouderingsverschijnselen van deze kunststof. Hieromtrent is weinigbekend.Bij glasvezels treedt als probleem op de in-vloed van het alkalische milieu van de mor-tels op het glas (chem?sehe aantasting)en debeschadiging van de glasvezels door de on-der a. genoemde kristalgroei in hetgrensvlakmatrix-vezel. Nieuwere typen glasvezel heb-ben een oppervlaktestructuur die beter be-stand is tegen het alkalische milieu.Bij de onder a. bedoelde ontwikkeling-toe-voeging van polymeer aan de matrix-denktmen daardoor ook deze oppervlaktestruc-tuurvan de glasvezel niet meer nodig te heb-ben en dus met goedkopere vezels te kunnenwerken.? Temperatuurspanningen in de huid vanbetonconstructiesDoor zeer hoge temperaturen (lasspetterse.d.) en zeer lage temperaturen (cold spot;koude vloeistoftanks) kunnen plaatselijk inhet betonoppervlak zeer sterke tempera-tuurgradi?nten ontstaan die het losspringenvan scherfjes beton tot gevolg kunnen heb-ben. De hierdoor plotseling sterk uitbreiden-de micro-scheurvorming kan door vezelsworden tegengegaan. Niet alle soorten ve-zels zijn daartoe geschikt, omdat nu ook hetgedrag van de vezel onder extreme tempera-tuur hier een rol speelt. Met name kunnenstaalvezels hier een belangrijk effect heb-ben.? Praktische toepassingenHet is hier niet de plaats om uitvoerig op depraktische toepassingen van vezels in tegaan, te meer omdat veel typen nog in ont-wikkeling zijn. Belangrijke toepassing in depraktijk vinden (momenteel gezien) staalve-zels, glasvezels en kunststofvezels.a. Staalvezels (zie ook CUR-rapport 89)Uitgaande van de specifieke eigenschappenvan staalvezelbeton, alsmede van een mate-riaalprijs per kg die voor staalvezels belang-rijk hoger is dan voor een klassieke staaf, ishet duidelijk dat de toepassingen van staal-vezelbeton niet zomaar in een vervangingvan gewapend beton moet worden gezocht.Staalvezels moeten daarom vooral daar wor-den toegepast waar de klassieke wapeningminder effectief kan worden gebruikt of waarde speciale eigenschappen van staalvezel-Cement XXXIII (1981) nr. 10 6658Staalvezelversterkte betonbuis9Opstelplatform voor vliegtuigen, eenbelangrijk toepassingsgebied voorstaalvezelbetonbeton tot hun recht komen.Een toepassing die momenteel met succeswordt toegepast in het buitenland, is het ge-bruik van staalvezels in spuitbeton. Het be-spuiten van ruwe bergflanken ter voorko-ming van losrakende stenen en het stabilise-ren van tunnelgangen zijn voorbeelden waarhet moeilijk te plaatsen wapeningsnet effi-ci?nt door vezels wordt vervangen.Belangrijke toepassingen zijn in de eersteplaatste vinden inde prefabbouw. In mono-bloc garages of soortgelijke dunwandigeconstructies, is de wapening uit wanden endak vervangen door vezelwapening. De fijn-verdeelde wapening evenals de mogelijk-heid om een droger beton te gebruiken,waarborgen een betere beheersing van descheurvorming. Het vermijden van moeilijkte plaatsen wapeningsnetten is zeker eeneconomisch argument.Een belangrijke toepassing van het materiaal ligt ook in het wapenen en versterkenvan buizen (foto 8). De taaiheid van het mate-riaal laat ook herverdeling van momententoe, zodat de totale breuklast belangrijk ho-ger kan worden. Als vuistregel kan wordenaangenomen dat vezels met goede aanhech-ting een verhoging waarborgen van 1% perkg/m3staalvezelwapening. Een belangrijkvoordeel isookdatdescheurbelasting hogerblijkt en de buis dus langer haar functie kanvervullen. Door het feit dat men te makenheeft met een homogeen materiaal zonderdiscontinu?teiten van wapening of afstand-houders, is er ook minder gevaar voor spui-tende lekken. Een analoge toepassing meteen soortgelijk breukgedrag vormen contro-leputten. In Nederland en Engeland wordenals eerste landen ter wereld de staalvezelge-wapende betonbuizen op industri?le schaalvervaardigd en in de praktijk toegepast.Fabrieksvloeren in vezelbeton vormen eensnelgroeiende markt. De moeilijkheden voorhet op de juiste plaats brengen van de wape-ning vervallen. De goede scheurweerstand,gecombineerd met schokvastheid en ver-moeiingsweerstand, zijn pluspunten voordeze toepassing.10Kantoorgebouw in Den Haag metgevelelementen van lichteglasvezelbetonpanelenfoto: H.Degens, RotterdamOp brugdekken kan een slijtlaag in vezelbe-ton een gunstig alternatief vormen voor as-faltbeton, vooral in betonnen wegen. Spoor-vorming enkel ter plaatse van brugdekken ?simmers dubbel gevaarlijk. In Raamsdonk-veerwerd in 1976 een eerste brugdek op diemanier met goed gevolg uitgevoerd.Op enkele plaatsen werden ook proeven uit-gevoerd aan wegen uit vezelbeton. In be-paalde gevallen werden de voegafstandenvergroot (tot 40 m!); in andere gevallen(proefvak in Leuze, Belgi?) wil men het ge-drag van vezelbeton nagaan op een weinigdraagkrachtige ondergrond. In platen metlengten vari?rend van 4 tot 10 m worden devermoeiingseigenschappen onderzocht.Hiermede wordt het voorbeeld van de Vere-nigde Staten van Amerika gevolgd, waar hetmateriaal vooral op luchthavens een toepas-sing heeft gevonden en waareind 1979 reeds90 000 m2opstelplatforms voor vliegtuigen invezelbeton was uitgevoerd (foto 9).Tot slot kan nog worden vermeld de reedsjaren met succes bij de Hoogovens gereali-seerde toepassing van staalvezelbeton in af-tapgoten.b. GlasvezelGlasvezelversterkt beton bestaat, hetzij uiteen cementmortel waaraan alkalibestendigeglasvezels worden toegevoegd, hetzij uiteenmortel op basis van latex waaraan gewoneglasvezels worden toegevoegd (Forton-pro-c?d?). Dit mengsel wordt in beide gevallennormaal gespoten, waarna iedere laag vanenkele millimeters dikte gecompacteerdwordt door rollen.E?n van de belangrijkste toepassingen vanglasvezelversterkt beton is de vervaardigingvan gevelpanelen. Deze panelen zijn ?et-dragend en licht, terwijl het eenvoudig ?s omgoed ge?soleerde panelen te maken. Een ge-velelement in glasvezel beton bestaat meest-al uit een laag van 10 ? 15 mm die wordtgespoten in een vorm; hierop wordt een laagisolatie aangebracht en daarop een tweedelaag glasvezelbeton met een dikte van 10mm. Het gevelelement dat op een dergelijkemanier is gemaakt, weegt 40 ? 55 kg/m2.In ons land zijn reeds gevelelementen vanglasvezelbeton toegepast, zoals bij het kan-toorgebouw van de SER aan de Bezuiden-houtseweg in Den Haag (foto 10). Ook in deVerenigde Staten van Amerika is glasvezel-beton verschillende malen toegepast. Ge-noemd kunnen worden The Pacific NationalOffice in San Francisco (een gebouwvan 20verdiepingen bekleed met elementen be-staande uit een enkele laag glasvezelver-sterkt beton) en The Watergate Building inEmeryville in California.Een andere Nederlandse toepassing vanglasvezelbeton betreft sandwichpanelen dieonder meer in koelhuizen worden toegepastCement XXXIII (1981) nr. 10 66677Isolerende sandwich-elementen vanglasvezelbetonals isolerende gevel- en dakelementen (foto11). Deze elementen bestaan uit een vullaagvan polyurethaan, waaromheen glasvezel-beton is gespoten. Een hierop gelijkendetoepassing is die van drijfkisten in jachtha-vens. Hierbij heeft de 'vulling' de functie omde kisten drijfvermogen te geven.Glasvezelprofielen worden ook wel toege-past als verloren bekisting. Niet alleen ver-fraaien deze profielen het uiterlijk van beton-constructies, zij zorgen ook voor extra dek-king (fofo 12).Tenslotte kan als een bijzondere toepassingworden vermeld het glasvezelschaaldak datvoor de Bundesgartenschau in Stuttgartwerd gebouwd en betonkano's die deel-namen aan de bekende jaarlijkse beton-kanoracesffofo 13).c. PolypropyleenDit type vezel is met name gebruikt als toe-passing van paalkoppen (West-Piling). Devezels zijn ook toegepast in geprefabriceer-de betonnen binnenwanden, waarinze voor-al een functie vervullen tijdens de montageen samenbouw, en wel om het naar benedenstorten van beschadigde wandgedeelten tij-dens het hijsen en monteren te voorkomen.12Glasvezelprofielen toegepast als verlorenbekisting13Betonkano's als 'alternatieve' toepassingvan glasvezelbetonWanneer de wanden eenmaal zijn gesteld,speelt de vezel geen rol meer.Kunstoffen in betonSoorten kunststoffenDe toepassing van beton wordt soms beperktdoor een aantal minder gunstige eigen-schappen zoals de porositeit, de lage trek-sterkte, de scheurvorming en de matige che-mische bestandheid. Door de pori?n van hetbeton te vullen met een kunststof blijkendeze eigenschappen sterk te verbeteren.Kunststoffen kunnen worden ingedeeld naarhun chemische structuur, te weten:- thermoplasten; deze verweken bij een be-paalde temperatuur;- thermoharders; deze kunststoffen smel-ten niet, maar ontleden boven een bepaaldetemperatuur;- elastomeren; deze stoffen worden geka-rakteriseerd door een rubberachtig, elas-tisch gedrag.Doorgaans vallen onder de eerste groep dekunststoffen die de basis vormen voor veran-derde eigenschappen van beton. Dezekunststoffen in vloeibare of pasta-vorm wor-den na verwerking hard als gevolg vana. fysische processen, en wel- verstijven uit gesmolten toestand;- verdampen van oplosmiddelen;- vastkleven uitdispersieondergelijktijdigeverdamping van water;b. chemische processen- oxydatie aan de lucht;- reactie tussen twee componenten.Deze chemische uitharding wordt ook welpolymeriseren genoemd. Dooreen gerichtekeus te maken uit de beschikbare grondstof-fen en bereidingsprocessen is de moleculai-re opbouw (en daarmee de eigenschappenvan de kunststof) te be?nvloeden.Kenmerkend voor thermoplastische kunst-stoffen zijn de temperatuurgevoeligheid enmeestal ook het feit dat deze kunststoffen inde loop van de tijd een verouderingsprocesondergaan. Wat de temperatuurgevoelig-heid betreft, kan worden vastgesteld dat po-lymeren beneden een bepaalde temperatuur(glaspunt) glasachtig worden. Boven dezeverwerkingstemperatuur gedragen ze zichmeer plastisch. Verouderingsverschijnselenleiden bij deze polymeren meest tot volume-vermindering en brosser worden bij hogeresterkten.Soorten polymeerbeton en hun vervaardi-gingDe volgende mogelijkheden van polymeer-beton kunnen worden vermeld1. PCC-Polymer Cement ConcreteIn dit geval worden kleine hoeveelhedenkunststof aan de mortel toegevoegd. De po-lymerisatie treedt op natuurlijke wijze op tij-dens of na verharding van de mortel (bijv.latex).2. PC-Polymer ConcreteIn dit geval fungeert het polymeer als bind-middel in het beton, dus in plaats van ce-ment.3. PIC - Polymer Impregnated ConcreteIn dit geval wordt reeds verhard cement (be-ton) ge?mpregneerd met zogenaamde mo-nomeren. Na het impregneren worden de inde pori?n aanwezige monomeren gepolyme-riseerd. Alvorens te impregneren dienen depori?n beslist vrij te zijn van water.Het impregneren van beton kan als volgt:- volledig, dus het gehele betonvolume vanhet betonelement;- gedeeltelijk, waarbij met name de beton-huid van het element tot een gewenstedieptewordt ge?mpregneerd.Het polymeriseren kan geschieden dooreenvolledig met monomeer ge?mpregneerd be-tonelement gedurende bijvoorbeeld 4 uur ineen waterbad van 80 ?C onder te dompelen.Het water gaat verdamping v?n het mono-meer tegen; de temperatuur geeft de poly-merisatie. Bij gedeeltelijk ge?mpregneerdebetonoppervlakken kan het drogen metbranders geschieden. Men moet dan even-wel bijzonder voorzichtig zijn bij plaatselijkeverhitting geen te grote temperatuurspan-ningen in hetoppervlakoptewekken, metalsgevolg dat bijvoorbeeld het impregneren vanscheurtjes aan de bovenzijde van een brug-dek het scheuren van de onderzijde van hetdek veroorzaakt. Polymerisatie van het mo-nomeer-ge?mpregneerde betonoppervlak-ken is ook mogelijk door middel van bestra-ling.Onder de categorie waartoe polymeer-ge?m-pregneerd beton behoort, kan ook gerekendworden de methode waarbij zwavel in warme(vloeibare) toestand in het betonoppervlakwordt ge?mpregneerd. Door afkoeling treedthierbij een verharding op, waardoor holtenen pori?n in het betonoppervlak worden op-gevuld. In deze zelfde sfeer beweegt zich hetimpregneren van betonoppervlakken metlijnolie, teneinde de vorstbestandheid vandeze oppervlakken te vergroten. De werkinghiervan duurtslechts2?3jaar.Voor de genoemde soorten van polymeerbe-ton geldt dat de kwaliteitvan het gerealiseer-de produkt zeer sterk wordt be?nvloed doorCement XXXIII (1981) nr. 10 667Tabel 2Materiaaleigenschappen van beton enkunststoffende mate van nauwkeurigheid waarmede,wordt gewerkt. De gevoeligheid van de kwa-liteit van het eindprodukt voor schommelin-gen in samenstelling, bewerkings- en ver-werkingstechnieken is veel groter dan bijbeton.Technologische aspecten van het samen-spel polymeren en betonWorden de eigenschappen van de hier be-doelde polymeren vergeleken met die vanhet materiaal beton, dan kan worden vastge-steld dat de kenmerkende eigenschappenvan het polymeer in vergelijking met betonzijn:- hogere treksterkte,- groot vervormingsvermogen;- hogere gasdichtheid en vloeistofdicht-heid;- grotere weerstand tegen chemische aan-tasting.Deze goede eigenschappen betreffen vaakdezelfde zaken die bij beton ongunstig zijn.Als ongunstige eigenschappen van polyme-ren kunnen genoemd worden:- temperatuurgevoeligheid met betrekkingtot mechanische eigenschappen;14 a-dProefstukken van polymeer-ge?mpregneerdbeton, na 56 dagen expositie in eenoplossing van melkzuur en zwavelzuur- tijdsafhankelijke be?nvloeding van de me-chanische eigenschappen, krimp;- grote thermische uitzettingsco?ffici?nt;- verouderingsgevoeligheid;Bovendien zijn polymeren duur en vraagt devervaardiging van de grondstof vaak veelenergie.Men ziet uit de opsomming van de eigen-schappen (tabel 2) duidelijk dat beton enkunststoffen in een samenspel tot deoptima-le bouwstof polymeerbeton zouden kunnenkomen, met onder meer de volgende gunsti-ge eigenschappen:- grote bestendigheid tegen chemischeaantasting;- hoge dichtheid;- hoge sterkte;- groot vervormingsvermogen;- goede vorstbestendigheid.Als gevoelige eigenschap van polymeren endus ook van polymeerbeton kan de afhanke-lijkheid van deeigenschappen van de tempe-ratuur worden genoemd. Reeds bij tempera-turen hoger dan 30 ?C kan de bestandheidtegen chemische aantasting al verminderenen kan versterkt krimpen optreden. Bij tem-peraturen boven 50 ?C kunnen ook de anderegunstige eigenschappen reeds be?nvloedworden. Boven de 150-200 ?C functionerende meeste kunstoffen niet meer. Dit betekentdat daar waar de brandveiligheid van beton-constructies in het geding is, de toepassingvan kunststoffen in beton moet worden uit-gesloten. De ene kunststof zal gevoeligerzijnvoor temperatuurinvloeden dan de andere.Voor een goede keuze moet de gebruikstem-peratuur bekend zijn.De foto's 14 a tot en met d verstrekken nogenige informatie omtrent proeven die in hetStevinlaboratorium op polymeer-ge?mpreg-neerd beton zijn uitgevoerd, ten einde deweerstand tegen aantasting te bepalen.De prisma's hadden afmetingen van 50x50x100 m m3. Zij zijn over d riekwart van de hoog-te in mei kzuuren5%-ig zwavelzuurgeplaatstgedurende een periode van 56 dagen; pHmelkzuur = 3, pH zwavelzuur = 1. De foto'sgeven de proefstukken weer na 56 dagenexpositie.ToepassingsgebiedenPolymeer-ge?mpregneerd beton wordt inhoofdzaak in die gevallen toegepast waarmen de duurzaamheid van de betoncon-structie wil verbeteren. Genoemd kan wor-den de toepassing van het impregneren vandoor dooizouten aangetaste brugdekkenvan beton in de USA, reparatie van grotebeton nen wandvlakken en opslagtanks voorontziltingsinstallaties.Polymeer als toevoeging aan de specie(PCC) wordt onder meer gebruikt als repara-tiespecie en in latexvloeren.Het eigenlijke polymeerbeton (dus zonderhet bindmiddel cement) is, hier en daar opgrote schaal, onder meer toegepast voor af-voerbuizen van sterk agressieve, chemischeProdukten en rioleringsputten.Tot slot kan worden gesteld dat door toepas-sing van kunststoffen in beton vele nieuwemogelijkheden voor de betonbouw zijn ge-opend. De hoge kosten verbonden aan dezetoepassingen zullen evenwel een sterke remop de ontwikkeling zijn. Dit betekent dat detoepassing voorlopig waarschijnlijk beperktzal blijven tot bijzondere gevallen en tot re-paraties van betonconstructies. Op dit laat-ste gebied blijkt een grote markt aanwezig tezijn, als gevolg van het feit dat op verschillen-de plaatsen met onvoldoende zorgvuldig-heid betonconstructies zijn gerealiseerd.Hoe belangrijk de toepassing dus ook is, wijkunnen daar niet trots op zijn!BesluitHiermede wordt de beschouwing afgeslotenmet betrekking tot nieuwe ontwikkelingenop het gebied van het materiaal beton. Omevenwel duidelijk te maken dat in de behan-deling van dit onderwerp niet alle huidigeontwikkelingen zijn besproken, wordt hiertot besluit een opsomming gegeven van nogniet genoemde zaken.Deze betreffen onder meer de ontwikkelingvan betonsoorten die in staatzijn belangrijkehoeveelheden warmte te absorberen en deontwikkeling van betonsoorten die in staatzijn om radioactieve straling af te schermen.Op het gebied van het gewapend beton kandan nog worden gewezen op de mogelijkhe-den van ferrocement. Door middel van debeton kan o races worden dit materiaal nietalleen onder de aandacht van velen ge-bracht, maar ook door het idee om de kano'szelf te moeten bouwen, wordt het doorvoe-ren van innovaties op dit gebied sterk gesti-muleerd. Ferrocement biedt zeker grote mo-(vervolg op blz. 669)Cement XXXIII (1981 ) nr. 10 668materialenpolymeerbetonmateriaaleigenschappen beton kunststofPC PICtreksterkte gering - matig + + +vervormingsvermogen gering - groot + + -vloeistofdichtheid goed + uitstekend + + +gasdichtheid beperkt - goed + + +chemische resistentie beperkt - groot + + +temperatuurgevoeligheidt.a.v. mechanischeeigenschappen gering + groot - - +tijdsafhankelijkeinvloeden beperkt + groot - - +veroudering zeer beperkt + groot - + +dr.ir.J.Stratingvoorzitter NEN-subcommissie 351 01 01'TGB Algemeen gedeelte en belastingen'Veiligheid nader beschouwdCommentaar op het artikel 'Veiligheid' van ir.W.R. deSitter, gepubliceerd in Cement 1981 nr.4, bl.262-266In Cement (1981) nr. 4 heeft ir.W.R. de Sitter een artikel gepubliceerd onderde titel 'Veilig-heid', waarbij hij in de vorm van een subtitel de vraag stelt of wij metonze veiligheidsbeschou-wingen en de daarmee in verband staande kwaliteitscontroles op de goede weg zijn. In detekst van het artikel wordt deze vraag vervolgens ontken nend beantwoord. De Sitter komt totdeze conclusie door de ontwikkelingen op het gebied van de probabilistische veiligheidsbe-schouwingen, zoals die onder andere door het werk van de Joint Committee on StructuralSafety (JCSS) zijn (worden) gestimuleerd, te confronteren met analyses van bouwschade-statistieken. Dergelijke analyses hebben zonder enige twijfel aangetoond dat menselijkefouten de belangrijkste oorzaak vormen van schadegevallen in de bouw. Het artikel refereertaan het onderzoek van het Franse bureau Securitas; hieraan kan worden toegevoegd hetonderzoek van Matousek en Schneider [1]. Beide publikaties komen tot de conclusie datongeveer 90 procent van alle schadegevallen worden veroorzaakt door ??n of meerderemenselijke fouten. Het argument dat De Sitter in zijn publikatie naar voren brengt, is dat ditaspect van het abstracte beg rip'veiligheid'te weinig aandacht krijgt in de huidige (probabilis-tische) veiligheidsbeschouwingen. Hij stelt, mijns inziens terecht, dat de veiligheid vanbouwconstructies het meest gediend is met kwaliteitsbewakingprocedures die erop gerichtzijn menselijke fouten bij ontwerp, uitvoering en gebruik van een bouwwerk te voorkomen enop te sporen. Dit betekent echter niet dat de beschikbare probabilistische modellen hunwaarde en bruikbaarheid verliezen.De aanduiding 'probabilistische veiligheidsbeschouwingen'wordt hieroverigensgebruikt inde meest ruime zin en bestrijkt het hele gebied van eenvoudige Niveau 0 tot en met volledigprobabilistische Niveau III beschouwingen. Het is voor de ge?nteresseerde lezer van belang teweten dat, naast het doordeSittergenoemdeStuPOC rapport'Veiligheidsbeschouwing voorOffshore Constructies', door CUR-VB onderzoekcommissie A-16 'Veiligheid' een State-of-the-Art rapport wordt samengesteld waarin een overzicht wordt gegeven van de toegepastetheorie; het concept van dit rapport is nagenoeg gereed.De menselijke factorBij de bekende toepassingen van probabilistische modellen voor de veiligheidsbeschouwingvan bouwconstructies wordt veel aandacht geschonken aan de (continue) spreiding inverwachte belastingen en sterkte. Dit is onder andere het gevolg van de geobserveerdevariaties in dezeontwerpvariabelen, hetgeen ??n van de belangrijkstestimulansen isgeweestvoor het tot ontwikkeling komen van dergelijke modellen in de afgelopen 30 jaar.Het ontbreken van een algemeen, probabilistisch model waarin ook de menselijke fout(en)zijn plaats vindt, wordt door alle betrokkenen als een grote tekortkoming ervaren. Men gaat erevenwel vanuit dat, met enige inspanning, zo'n model in de nabije toekomst operationeel zalzijn; of hierbij de door De Sitter aangehaalde wollige verzamelingen een rol zullen spelen valtnog te bezien. Over de betekenis daarvan zijn internationaal de meningen verdeeld. Van mijnkant merk ik slechts op dat ervaring en intu?tie een onzekere factor kunnen vormen bij hetbeoordelen van de veiligheid (of risico's); tevens dient men hierbij te bedenken dat deVervolg van blz. 668 (Aandacht voor het ma-teriaal beton)gelijkheden voor ontwikkelingslanden. Erworden ook steeds meer zeewaardige jach-ten in gebouwd, omdat ferrocement daar-voor een ideaal materiaal blijkt te zijn.Een andere interessante ontwikkeling maghier nietonvermeld blijven, namelijkdat mengeleerd heeft dat het niet noodzakelijk is omlange vezels in stukjes te knippen om daar-mee vezelbeton te maken; ook de lange on-verkorte vezels kunnen als wapenings- ofvoorspanelementen in betonconstructiesworden gebruikt! Daarvan vormen dearami-devezels een interessant voorbeeld met wel-licht grote toekomstmogelijkheden.De ontwikkeling van nieuwe betonsoortenlijkt zeer langzaam te gaan. Het wordt echtersteeds duidelijker dat deze wel doorgaat enleidt tot nieuwe mogelijkheden. Dit betekentniet dat in de nabije toekomst op de veeltoegepaste betonconstructies grote invloe-den van deze ontwikkeling moet worden ver-wacht, maar w?l dat andere mogelijkhedenworden geopend voor het constructiemate-riaal beton.Geraadpleegde literatuur1. VDI-Berichte 384, Kunststoffe im Beton-bau; Ulm 19802 Bakker, R.F.M. en K?hne, J.H..Afvalstof-fen - vervangende grondstoffen voor be-ton?; Cement 1981 nr. 3Cement XXXIII (1981) nr. 10 669