C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelb etoncement 2007 3 53Staalvezelbeton is vooral in dejaren '80 bekend geworden. Debelofte dat niet alleen op de beton-dikte kon worden bespaard, maardat ook de onderlinge voegafstandgroter kon worden dan bij de tra-ditioneel toegepaste ongewapendebetonplaten, is toen helaas nietingelost. Het product staalvezelbe-ton verdween `geruisloos' naar deachtergrond. Toch zijn met namein de vloerentechniek (elastischondersteunde vloeren en vloerenop palen) de ontwikkelingen door-gegaan en zijn tal van productei-genschappen verbeterd. Tevens isintussen een beter inzicht in demateriaaleigenschappen verkre-gen en zijn mede daardoor derekentechnieken verbeterd. Naastde bekende draadvezels zijn ookandere vezeltypen toegepast.Inmiddels zijn tal van projectensuccesvol uitgevoerd en richtenmarktpartijen het vizier weer opde wegenbouw.De kennis over toepassen van(staal)vezelbeton (foto 1) in dewegenbouw is op dit moment nogverspreid aanwezig. Gebundeldeinformatie over projecten ont-breekt. Onder de vlag van deCROW-werkgroep `Staalvezelbe-ton in de wegenbouw' wordt debeschikbare informatie verzamelden het staalvezel(mix)beton functi-oneel op haar merites beoordeeld.Doel hiervan is objectieve infor-matie te verstrekken over de opge-dane ervaringen en kennis metvezelgewapende betonverhardin-gen in de wegenbouw, en in hetbijzonder met staalvezelbeton.Het projectplan waarmee de werk-groep in 2006 haar werkzaamhe-den is gestart, bevat de volgendeelementen:? beknopte, verkennende litera-tuurstudie;? opstellen van een monitorings-plan;? enqu?te over ervaringen metandere projecten in staalvezel-beton;? begeleiden, monitoren van pro-jecten in (staal)vezelbeton.L i t e r a t u u r s t u d i eOm een kort overzicht van deervaringen metstaalvezel(mix)beton in het alge-meen, en toepassingen in dewegenbouw in het bijzonder teverkrijgen, is een beknopte litera-tuurstudie uitgevoerd. Hieruit isgebleken dat het vooral de vloe-rentechniek is waar het staalvezel-beton toepassing heeft gevonden.Richtlijnen zijn opgesteld voor hetdimensioneren van elastischondersteunde vloeren. De reken-methode is daarbij echter noggebaseerd op een lineair-elastischeberekening, waarbij de optredendebetontrekspanningen voortko-mend uit een combinatie vanbuiging en normaalkracht een fic-tieve buigtreksterkte niet mogenoverschrijden. Hier is gesprokenover `fictief' omdat het voor staal-vezelbeton kenmerkende na-scheurgedrag met een verhoogdebuigtreksterkte wordt verdiscon-teerd.Gedurende het laatste decenniumis de rekenmethodiek geleidelijkaan gewijzigd en wordt in toene-mende mate gerekend met na-scheureigenschappen (taaiheid,vervormingscapaciteit). Dezeworden uit de resultaten van buig-proeven op staalvezelbetonbalkjesafgeleid. Aldus wordt voor staalve-zelbeton een rekenmethodiekgevolgd die aansluit bij die voorgewapend beton. Dit maakt hetdan ook mogelijk constructies meteen combinatie van staalvezels enbetonstaal op een uniforme wijzete dimensioneren.De verdere ontwikkeling van hetmateriaal gaat continu door. Zohebben marktpartijen onderzoekverricht naar de mogelijkhedenvan het toepassen van een vezel-mix (foto 2). Daarbij worden zowelkorte (veelal rechte) en lange(veelal vervormde of van omge-zette uiteinden voorziene) vezelstoegepast. Beoogd wordt om nietalleen na-scheursterkte te realise-ren, maar ook de betontreksterktezelf te doen toenemen. Globaalkan worden gesteld dat daarbij dekorte vezels aan het eerstge-noemde bijdragen; de lange vezelsaan het tweede.Staalvezels vertegenwoordigenweliswaar het grootste deel van demarkt, maar tegenwoordig komensteeds vaker betonmengsels metkunststofvezels voor. De staalve-zels dragen bij aan de taaiheid vanhet materiaal en bijvoorbeeld poly-propyleenvezels beperken descheurvorming veroorzaakt doorplastische krimp van het verhar-dende beton. De literatuurstudieStaalvezelbeton in de wegenbouwEen mix voor scheurarm beton !ir. A.J. van Leest, CROWStaalvezelbeton in de wegenbouw kan op verschillende wijzen worden toege-past: als een zelfstandig `dragende' constructie op een zandbed of puinfunde-ring of als een overlaging van een bestaande beton- of asfaltverharding. Aantoepassing ervan gaat verspreiden van kennis vooraf. In CROW-verbandwordt een publicatie voorbereid.1 |Vezelbetonmengsel indetail2 |Proefvak ongewapendbeton en beton met eenvezelmixC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelbeton54 cement 2007 3geeft inzicht in de functies van deverschillende vezels en gaat in opde richtlijnen en functioneleeigenschappen.M o n i t o r i n g s p l a nOmdat de werkgroep projectenslechts op afstand volgt en dusniet zelf ontwerpt en uitvoert, isde mogelijkheid tot be?nvloedingbewust beperkt gehouden. Demarkt heeft immers aangegevendat betonnen staalvezelverhardin-gen al over grotere lengtenscheurvrij kunnen worden aange-legd. Om enig houvast op de suc-cesfactoren te krijgen, is eenmonitoringsplan opgezet. Daarbijwordt aandacht besteed aan deverhardende en de verharde fasevan het beton. In de verhardendefase komen de betoneigenschap-pen tot stand, maar krijgt hetjonge beton ook met (gedeeltelijk)belemmerde krimp door afkoelingte maken. Hierbij is veelal sprakevan een combinatie van opgelegderek en kromming. Wordt deze kri-tische fase scheurvrij doorstaan,dan is het ergste leed waarschijn-lijk al geleden. Daarnaast is ernatuurlijk aandacht voor de ont-werpeigenschappen zoals de buig-treksterkte en de druksterkte diebenodigd zijn bij een ontwerp- oflaagdikteberekening. Ook speci-fiek nascheurgedrag hoort hierbij.De ontwerpeigenschappen zullenin belangrijke mate gaan bepalenhoe breed het toepassingsgebiedvan staalvezelbeton in de wegen-bouw gaat worden. De meeste toe-passingen zijn momenteel beperktgebleven tot het dienen als alterna-tief voor ongewapend (platen)beton.De voordelen van staalvezelbetonmanifesteren zich dan vooral in hetreduceren van het aantal dwarsvoe-gen (krimpvoegen) en, daarmeesamenhangend, het reduceren vande hoeveelheid stalen deuvels enhet zagen en vullen van de krimp-voegen. Of sprake kan zijn van eenvolledig krimpvoegvrij alternatief iseen nog niet beantwoorde vraag. Inhet verlengde hiervan ligt de vraagof staalvezelbeton ook een alterna-tief voor het voegloze doorgaand-gewapend beton kan zijn. Bij dit inde wegenbouw toegepaste conceptwordt wapening in de neutrale lijnaangebracht, ter regulering van dekrimpscheurvorming. Natuurlijkmoet hier niet alleen wordengedacht in uitersten; een combina-tie van betonstaal en staalvezels isuiteraard ook een optie.In het monitoringsplan is voordiverse deelaspecten (eigenschap-pen betonmengsel, jong en verhardbeton, uitvoeringssituatie en ?gege-vens, scheurontwikkeling, gedragvan de verharding) aangegeven ofhet zeer zinvol, wenselijk of welzinvol, maar niet pers? noodzake-lijk is om het aspect nauwkeurig opte nemen, zodat het gedrag van devezelbetonverharding beter kanworden verklaard.E n q u ? t eAangezien in het verleden diversewegvakken in staalvezelbeton zijngerealiseerd, bestond de verwach-ting dat de ervaring met de aanlegen het gebruik van staalvezelbetonredelijk groot zou zijn. Om deprestatie in de praktijk te bepalen,en om na te gaan of staalvezelbe-ton aan de verwachtingen voldoet,is een enqu?te uitgevoerd. Hieruitbleek echter dat de ervaringen uitde praktijk achterbleven bij de ver-wachtingen van de werkgroep.M o n i t o r e n p r o j e c t e nDe werkgroep zal een beperktaantal projecten gaan volgen.Door het `naar de laatste standvan de praktijk' uitvoeren vanwegenbouwprojecten worden deprestatie en toepassingsmogelijk-heden van staalvezelbeton moge-lijk gedemonstreerd. Uitgangs-punt hierbij is dat deproducenten, waarvan een aantaltevens lid is van de werkgroep,zelf een ontwerp en uitvoerings-plan maken. Daarbij wordt aange-sloten op het monitoringsplan vande werkgroep. De resultatenworden binnen de werkgroep vast-gelegd en verklaard.Het aantal potenti?le wegenbouw-projecten waar staalvezelbeton ineen proefvak kan worden aange-bracht, is nog gering. Wel zijn erenkele aanverwante projectenzoals busbanen (foto 3), bushaltesen bedrijfsterreinen. Twee con-crete projecten waar staalvezelbe-ton als serieuze optie wordtonderzocht, zijn de Groenvense-weg in Tilburg, waarvan aanleg isvoorzien in voorjaar 2007, en devrachtwagenopstelplaatsen vaneen verzorgingsplaats langs deA73, een project dat medio 2007op de planning staat.R e s u l t a t e nUit de literatuurstudie wordt dui-delijk dat het toepassen van staal-vezels in beton in algemene zinleidt tot:? belemmering van brosse breuk,doordat het scheurmechanisme(aaneensluiten van haarscheu-ren) wordt vertraagd; brossebreuk treedt bij ongewapendbeton wel op. Het effect vanaanhechting speelt bij dezebelemmering tevens een rol.Ten opzichte van een enkelewapeningsstaaf is bij staalvezel-beton relatief meer hechtvlakaanwezig voor de cementmatrix;? grotere vervormingscapaciteitrespectievelijk breukrek enmede daardoor goede bestand-heid tegen stootbelastingen;? beter vermoeiingsgedrag alsgevolg van een vertraagdscheurmechanisme; hierdoorzijn kleinere plaatdikten moge-lijk. Bij dynamische belastingen(zoals op wegen) is vanwege de3 |Aanleg van een busbaanC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelb etoncement 2007 3 55grotere weerstand tegen ver-moeiing een reductie in diktetot wel 25% mogelijk. Bij stati-sche belastingen is een betervermoeiingsgedrag minder rele-vant en zal het verschil in dikteten opzichte van conventioneelbeton beperkt zijn;? toename van de eerste scheur-sterkte en betere scheurverde-ling (groot aantal kleinerescheurtjes);? restdraagvermogen na hetscheuren (nascheursterkte ofductiliteit); het beton wordt bijelkaar gehouden en lastover-dracht blijft behouden. Dit ver-mogen is vezelafhankelijk endaarnaast afhankelijk van deconcentratie van de toegepastevezels;? homogene doorsnede waarin devezels in alle richtingen aanwe-zig zijn. Hierdoor is er, integenstelling tot traditionele??ndimensionale wapening,geen sprake van een zwakkedoorsnede;? eenvoudige, snelle en arbotech-nisch vriendelijke uitvoering invergelijking met traditionelewapening, omdat er geenvlechtwerk op locatie nodig is.In tabel 1 is globaal het effect vanstaalvezelbeton in vergelijkingmet ongewapend beton weergege-ven. Hierbij wordt opgemerkt datveel onderzoeken zijn gebaseerdop relatief vloeibaar beton en inmindere mate op aardvochtigemengsels zoals die worden toege-past in de wegenbouw.Op basis van ge?nventariseerdeervaringen met vezelbeton in dewegenbouw heeft het toepassenvan (staal)vezelbeton, vergelekenmet traditionele wapening, de vol-gende economische voordelen:? reductie van materiaal- enarbeidskosten die bij de toepas-sing van wapeningsstaal w?lnoodzakelijk zijn;? reductie van materiaalkostendoor een verminderd verbruikvan beton;? afname van faalkosten aange-zien de kans op fouten bij detoepassing van ingewikkeldewapeningspatronen komt te ver-vallen;? toename van de bouwsnelheidomdat het aanbrengen vanwapening geheel of grotendeelskomt te vervallen;? betere arbeidsomstandighedendoor het niet hoeven stellen envlechten van de staalwapening.Er zijn ook nog wel enkele aan-dachtspunten te noemen. Als destaal- en/of kunststofvezels nietgelijkmatig verdeeld zijn in hetbetonmengsel, ontstaat ontmen-ging in de vorm van samenballingvan grote hoeveelheden vezels. Ditverschijnsel wordt balvorming(ook wel kluit- of egelvorming)genoemd. Om balvorming van destaalvezels te voorkomen is vooralde lengte/diameterverhouding vande staalvezels van belang. Zoalsalle typen betonverhardingen isook staalvezelbeton in de uithar-dingsfase gevoelig voor te sterketemperatuurwisselingen tussendag en nacht; het aanbrengen vanisolatiedekens kan preventiefwerken. Mocht er onverhoopt eendwarsscheur ontstaan, dan kandeze in het beginstadium wordengehydrofobeerd of in een laterstadium worden ge?njecteerd.Wordt de scheurwijdte uiteindelijkzodanig dat de lastoverdracht dui-delijk afneemt, dan kan reparatiemet inbrengen van deuvels plaats-hebben.De mythe dat er op grote schaallekke autobanden ontstaan doorhet rijden over staalvezelbeton isechter niet waar. In vrijwel allegevallen wordt de textuur van hetbeton zodanig afgewerkt dat ergeen vezels rechtop blijven staan.Bovendien zullen de relatiefdunne staalvezels normaal gespro-ken buigen onder een autobanden er niet doorheen prikken.V e r v o l gOp basis van de monitoring vande aanleg van wegvakken in staal-vezelbeton zullen enkele veron-derstellingen getoetst gaanworden. Zo wordt nadere onder-bouwing gezocht of staalvezelbe-ton op een hydraulisch gebondenfundering een technisch en eco-nomisch goed alternatief vormtvoor een doorgaand-gewapendebetonverharding op een bitumi-neuze tussenlaag. Tevens wordtgekeken of ten opzichte van onge-wapend beton grotere afstandenvan krimpvoegen kunnen wordentoegelaten; gedacht wordt aanmeer dan 30 m, tot zelfs 80 m.Naar verwachting vragen uitvoe-ring en onderhoud van staalvezel-beton niet wezenlijk meer ofandersoortige aandacht dan onge-wapend of gewapend beton.Als resultaat van de door de werk-groep uitgevoerde werkzaamhe-den en opgedane kennis en erva-ringen wordt een CROW-publi-catie met richtlijnen en aanbeve-lingen voor de toepassing vanstaalvezelbeton in de wegenbouwopgesteld, die in de loop van 2007zal verschijnen. nTabel 1 | Vergelijking materiaaleigenschappen staalvezelbeton en ongewapend betonaspect waarde staalvezelbeton tenopzichte van ongewapend betonbuigtreksterkte 1,5 tot 3 x betergeringere dikte door hogere 1,25 x betervermoeiingsweerstandimpact weerstand 1,5 tot 5 x beterafschuifsterkte 1,25 tot 2 x beterafsluiting (abrasion) 1,2 x beter bij zware belastingen,anders geen verschil