O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVezelbeton78 cement 2007 3Conventioneel vezelbeton enongewapend beton verschillenpraktisch gezien alleen maar in deaanwezigheid van vezels. Verdergaat het in beide gevallen om minof meer standaard betonnenmengsels, met bijvoorbeeld water-cementfactor = 0,4, Dmax = 32 mmen een cementgehalte van circa300 ? 350 kg/m3. Het vezelgehalteligt meestal bij 20 ? 50 kg/m3, endaarbij wordt bijna altijd slechts??n vezelsoort toegepast. De toe-gevoegde waarde van vezels inconventioneel vezelbeton is rede-lijk laag: er wordt meestal geenverbetering van treksterkte geregi-streerd, alleen is de ductiliteit ietsbeter. Daarom kan conventioneelvezelbeton meestal niet zonderwapeningsstaal in dragende con-structies worden toegepast.De keuze om korte en langevezels te combineren is logisch,omdat er op deze manier eensoort rolverdeling ontstaat: kortevezels verhogen de treksterkte enlange vezels verbeteren de ductili-teit van beton [1]. Deze werkingvan vezels wordt gerealiseerd doorhun vorm en geometrie. Kortevezels zijn dun; hun aantal is zeerhoog en daardoor overbruggen zeeffici?nt microscheuren, die ont-staan in de eerste fasen van trek-belasting. Hierdoor wordt de trek-sterkte hoger. Door verhoging vande trekbelasting worden scheurengroter. Korte vezels worden uit hetbeton getrokken en zijn daardoorminder effici?nt. Juist daarom zijner ook lange gehaakte staalvezelsnodig. Deze vezels overbruggengrote macroscheuren en zorgenvoor een zeer ductiel trekgedragvan beton.V e r w e r k b a a r h e i dNet zo belangrijk als het gebruikvan korte en lange vezels samen,is de samenstelling van het betonwaarin de vezels zich bevinden. Integenstelling tot conventioneelvezelbeton, gaat het in het gevalvan hybride vezelbeton om eenfijne mortel met hoge sterkte, metDmax = 1,0 mm en wcf = 0,2. Debelangrijkste voorwaarde voor allemengsels is dat ze zelfverdichtendzijn. Dit betekent, dat de meng-sels dusdanig moeten worden ont-worpen, dat ze in staat zijn omzeer hoge vezelpercentages teaccepteren, en dat ze tegelijk zelf-verdichtend zijn.Goede verwerkbaarheid is nietalleen belangrijk vanwege makke-lijkere productie: het gaat vooralom de be?nvloeding van de ori?n-tatie van de vezels in constructieveelementen (fig. 2). De vloeibaar-heid kan vooral in de prefab-betonindustrie goed wordengebruikt: door een gecontroleerdestroming van de mengselskunnen de vezels zich preciesnaar de richtingen voegen, waarbijvoorbeeld de trekspanningen inde constructie aanwezig zijn. Opdeze manier is het gebruik van detrekeigenschappen van staalvezelsvolledig geoptimaliseerd (fig. 3).T r e k g e d r a gTreksterkte [2], buigtreksterkte [3]en ductiliteit van hybride vezelbe-ton zijn veel beter dan van con-ventioneel vezelbeton. Afhankelijkvan het vezelgehalte kan de zuive-re treksterkte tot 15 N/mm2en debuigtreksterkte tot zelfs 40 N/mm2oplopen. De druksterkte is daarbijcirca 120 N/mm2.Ontwikkeling en toepassingsrichtingHybride vezelbeton (1)dr.ir. I. Markovic, Witteveen + Bos*)Op de TU Delft is onlangs een nieuw soort beton ontwikkeld: hybride vezelbe-ton. De uitdrukking `hybride' duidt op de `hybridisatie' van verschillende typenvezels: korte en lange staalvezels worden gebuikt samen in ??n betonmengselom betere eigenschappen te cre?ren (fig. 1). In een onderzoekstraject werdenin totaal vijftien verschillende mengsels ontwikkeld en beproefd. Alleen staal-vezels werden gebruikt: korte rechte vezeltjes (diameter/lengte = 0,16/6 mmen 0,2/13 mm), en lange gehaakte vezels (diameter/lengte = 0,5/40 mm en0,7/60 mm). Gebruikte vezelpercentages reikten van 0 tot 240 kg/m3, wathoger is dan bij conventioneel vezelbeton.*) Onderzoeksproject `Hybride vezelbeton:Ontwikkeling en toepassingen', werd doordr.ir. I. Markovic uitgevoerd aan de TU Delft,faculteit CiTG, Secties Betonconstructies enMicrolab. De begeleiders waren prof.dr.ir.J.C. Walraven (TU Delft) en prof. J.G.M. vanMier (ETH Zurich). Dit onderzoeksproject isuitgevoerd in het kader van het onderzoeks-programma Prioriteitsprogramma Materia-len (PPM) van de Stichting voor TechnischeWetenschappen (STW). Ook Rijkswaterstaatheeft deelgenomen in het sponsoren van ditonderzoekstraject.1 |Principe van hybride-vezelbeton: korte dunnestaalvezeltjes overbrug-gen kleine microscheu-ren in de eerste fasenvan de trekbelasting enverhogen zo de trek-sterkte van beton; langevezels overbruggen gro-tere macroscheuren,waardoor de ductiliteit(taaiheid) van beton ver-beterd wordtO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVezelb etoncement 2007 3 79Een van de meest bijzonderefacetten van dit materiaal is dezogenoemde `synergie' vanwerking van vezels. Korte en langevezels cre?ren, door een soortsamenwerking, een beter trekge-drag dan wanneer ze onafhanke-lijk van elkaar werken.In dit onderzoeksproject is ookveel aandacht besteed aan hetbeter begrijpen van de werkingvan verschillende vezels in beton.Uittrekproeven op individuelevezels zijn uitgevoerd, teneinde deoverbrugging van scheuren doorvezels te simuleren. Ook werd deori?ntatie van de vezels in ver-schillende betonnen proefstukkengemeten met een optischemethode en vervolgens verwerktmet een computerprogramma.Deze metingen vormden eenbasis om een analytisch modelvoor de overbrugging van scheu-ren in beton door korte en langevezels te ontwikkelen. Vergelijkingvan het gemodelleerde trekgedrag(dalende tak van het trekdiagram)met de resultaten uit de trekproe-ven, heeft een zeer goede overeen-stemming gegeven.P r a k t i j kOok hebben de toepassingen vanhybride vezelbeton in de praktijk denodige aandacht gekregen (fig. 4).Een goede kwaliteitscontrole tijdensproductie is heel belangrijk.Daarom is hybride vezelbeton zeergeschikt voor toepassing in verschil-lende prefab-betonelementen. Ineen afstudeeronderzoek is de toe-passing van hybride vezelbetonvoor voorgespannen liggers metgrote overspanning geanalyseerd.Daarbij werd alleen voorspanwape-ning gebruikt; gewone wapeningwas niet nodig. Het resultaat was,dat de liggers uit hybride vezelbetonmeer dan drie keer lichter zijn invergelijking tot bijvoorbeeld liggersvervaardigd in B 65 (bij dezelfdeoverspanning en belastingen). Opdeze manier worden hogere materi-aalkosten gecompenseerd. Naar ver-wachting is ook de duurzaamheidvan hybride vezelbeton beter dandie van conventioneel beton, wathybride vezelbeton ook aantrekke-lijk maakt voor toepassingen alsbruggen en waterbouwkundigeconstructies. nL i t e r a t u u r1. Markovic, I., High Perfor-mance Hybrid-Fibre Concrete:Development and Utilisation.Doctoraal Thesis TU Delft, fac.CiTG, 2006.2. Markovic, I., J.C. Walraven enJ.G.M. van Mier, Tensile Beha-viour of High PerformanceHybrid-Fibre Concrete. 5thInternational Symposium onFracture Mechanics of Con-crete and Concrete Structures,FraMCoS-5, Vail, Colorado,2004, Vol. 2.3. Markovic, I., J.C. Walraven enJ.G.M. van Mier, Developmentof High Performance Hybrid-Fibre Concrete. 4th Internatio-nal Workshop on HPFRCC,Ann Arbor, USA, 2003.4. Aljeboury, A., Applicability ofultra-high-performance fibreconcrete in structures. MSc.Thesis TU Delft, fac. CiTG,2005.4 |Vergelijking van de door-sneden van een voorge-spannen ligger in con-ventioneel beton metwapeningsstaal (boven)en een ligger in hybride-vezelbeton zonder con-ventioneel wapenings-staal (onder)2 |Hybride-vezelbeton inverse toestand (hoog-vloeibaar zelfverdichtendmengsel bij bepaling vande uitvloeimaat uit deconus van Abrams)3 |Detail uit de reeks vanzuivere trekproeven ophybride-vezelbeton (ope-ning van een scheur diewordt overbrugd doorstaalvezels, waarbij deori?ntatie van vezels vangroot belang is)conventioneel beton B 65hoogte: h = 750 mmoppervlakte: A = 0,42 m2met wapeningsstaalhybride-vezelbetonhoogte: h = 400 mmoppervlakte: A = 0,10 m2zonder wapeningsstaal