O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2007 1 7519moerhulssteundiktekimvoeg+40mmlijmLVDTBij het bouwen van een gelijmdekalkzandsteenwand wordt meteen kim begonnen [1]. Hanteerba-re blokken kalkzandsteen wordenin een laag specie (kimvoeg) `aande draad' gelegd. De oneffenhe-den van de betonvloer wordenhiermee overbrugd, zodat voor hetlijmen van de wand met een vlak-ke ondergrond kan worden begon-nen en uiteindelijk de gehelewand waterpas wordt uitgevoerd.Voor kimvoegen wordt een streef-dikte van 20 mm geadviseerd, maarin de praktijk blijkt de gerealiseerdedikte vaak van deze maat af te wij-ken en worden dikten tussen10 mm en 50 mm aangetroffen.Doel van het experimenteel onder-zoek was de invloed vast te stellenvan de kimvoegdikte op de druk-sterkte van een wand. Daartoewerd een deel van een wand cen-trisch op druk belast tot breuk. Debovenkant van de betonvloer werdnagebootst met een betonnentegel, waarop een kimvoeg, eenkimblok en een kalkzandsteenele-ment werden aangebracht (foto 1).De proefstukken werden gemaaktvan twee kwaliteiten kalkzand-steen en twee verschillende kim-mortels, met kimvoegen van 0, 20,40 en 60 mm dikte.In principe wordt de kimvoegmor-tel overwegend op druk belast,waardoor de kwaliteit van de mortelmede bepalend is voor het draag-vermogen van de wand. De mortelin de kim is opgesloten tussen devloer en het kimblok. Bij hetsamendrukken zullen stenen enmortel (verschillend) lateraal uitzet-ten, waardoor in een van beidematerialen trek optreedt. Bij dikkerevoegen is het opsluitende effect vande stenen kleiner en zal de kimvoegeerder bezwijken.M a t e r i a l e nPer type kalkzandsteen werd dedruksterkte bepaald van prisma'svan 100 x 100 x 214 mm3(h x l xb), die in een oven of aan de luchtwaren gedroogd [2] (tabel 1).Van elke charge mortel werdenbalkjes gemaakt van 40 x 40 x160 mm3die na 26 dagen, 33dagen (bij aanvang van de proe-venserie) en 61 dagen (op heteinde van de proevenserie) wer-den beproefd volgens NEN-EN1015-11 [3]. Hiermee werd eenindicatie verkregen van de sterk-teontwikkeling in de tijd (tabel 2).Van de tegels die dienden om debovenkant van de betonnenondergrond te simuleren, wer-den met mortelbalkjes vergelijk-bare proefstukken gezaagd, dieeerst op buiging werdenbeproefd. De gemiddelde buig-treksterkte bedroeg 8,4 N/mm2.Daarna werden de breukstukkenop druk belast, vergelijkbaar metproeven op mortelbalkjes. Degemiddelde druksterkte was59,1 N/mm2met een variatieco-effici?nt van 4,1%.P r o e f o p z e tOpbouw van de proefstukkenAls basis hadden de proefstukkeneen halve betontegel, waarop metkimvoegmortel en kimblokken dekim werd gemaakt. Na drie dagenwerd het kalkzandsteenelement ophet kimblok gelijmd. Alle proef-stukken werden in het Pieter vanOntwerpen en dimensioneren van steenconstructies (33)Invloed kimvoegdikteop druksterkte vankalkzandsteenmurendr.ir. A.T. Vermeltfoort, TU Eindhoven, faculteit BouwkundeKimvoegen vangen oneffenheden in de ondergrond op, waardoor de voeg-dikte varieert, en worden overwegend op druk belast. Bij dikke voegenbestond twijfel over de druksterkte, reden waarom hiernaar in opdracht vande kalkzandsteenindustrie experimenteel onderzoek is uitgevoerd. Daarnaastwerden door middel van vervormingsmetingen elasticiteitsmoduli en dwars-contractieco?ffici?nten van kalkzandsteen en voegstijfheden bepaald.1 |Proefstuk met tegel,kimvoeg, kimblok enkalkzandsteenelement2 |Schematische doorsnedevan bevestiging LVDT'svoor meten voegvervor-ming en de steun metvariabele lengteO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc ties76 cement 2007 1Musschenbroeklaboratorium onderdezelfde omstandigheden geprepa-reerd en op dezelfde maniergemaakt en opgeslagen. Na hetvervaardigen zijn de proefstukkengedurende drie dagen afgedektmet plastic om uitdrogen in degevoeligste fase te voorkomen.Tabel 3 geeft een overzicht vanproefstuktypen. In totaal werdendrie steen-mortelcombinaties metvier voegdikten in tweevoudbeproefd (24 proeven). De breedtevan de proefstukken was ongeveer330 mm ofwel een derde van debreedte van een element. Vierextra proefstukken met een voeg-dikte van 30 mm waren 495 mmbreed (de halve elementbreedte).Experimentele detailsDe proeven werden uitgevoerd ineen 2,5 MN drukbank, waarbij devervormingen van de kimvoeg enhet kalkzandsteenblok metLVDT's werden gemeten. Alleproefstukken waren aan de boven-zijde vlak (zelfkant van het ele-ment); om de belasting gelijkma-tig te verdelen werd een plaatjekarton aangebracht.De vervorming van de kimvoegwerd gemeten met vier LVDT's meteen vaste kern, twee aan de voor- entwee aan de achterzijde. Op hetproefstuk waren moertjes gelijmd,waaraan via een huls de LVDT'swaren bevestigd. Figuur 2 toont demeting van de voegvervorming indetail. Op de tegel werd een meta-len steun geplaatst met een op devoegdikte afgestemde hoogte. Debevestiging van de bovenste opne-mer bevond zich steeds 70 mm vande onderkant van het kimblok.De vervorming in de drukrichting(verticaal) van de kalkzandsteenwerd gemeten op halve proefstuk-hoogte met twee LVDTs voor entwee LVDTs achter (meetlengte150 mm). In een aantal gevallenwerden twee van deze vier LVDTsdwars geplaatst om de dwarsver-vorming te meten.V e r b a n d k i m v o e g d i k t ee n s t e r k t eIn figuur 3 is voor elke proef dedruksterkte uitgezet tegen devoegdikte, met daarbij de vergelij-king van de rechte die volgens demethode van de kleinste kwadra-ten het beste past bij de meetdata.Met deze vergelijkingen kan desterkte worden voorspeld. Dewaarde van R2is een getal tussen0 en 1, dat aangeeft hoe goed demet de vergelijking voorspeldewaarden overeenstemmen met degemeten waarden.In serie 1 is het effect van de kim-voegdikte op de sterkte significant.Bij de proefstukken van serie 1 ishet verschil tussen de druksterktevan de kalkzandsteen (36 N/mm?)en de druksterkte van de kimvoeg(12 N/mm?) het grootste. Voordeze serie blijkt de voeg een zwak-ke schakel te vormen. Naarmatede voeg dikker wordt, neemt dedruksterkte af. Dit is ook te zienin het scheurpatroon van debetreffende proeven. Door het ver-schil in druksterkte van beidematerialen ontstaan trekspannin-gen in het kimblok, die leiden totscheurvorming van de kalkzand-Tabel 1 | Gemiddelde druksterkte van telkens drie kalkzandsteenprisma's, ovendroog enluchtdroogkalkzandsteentype droging druksterkte variatieco?ffici?nt(N/mm?) (%)type A (zwak) oven 21,5 0,8lucht 14,0 3,6type B (sterk) oven 48,8 2,4lucht 38,0 4,3Tabel 2 | Druksterkte lijm- en kimvoegmortel type X en type Youderdom (dagen)26 33 61lijmmortel 26,1 28,0 28,6type X (zwak) batch 1 11,1 12,9 18,2batch 2 9,0 9,2 12,0type Y (sterk) batch 1 33,3 33,2 44,4batch 2 29,1 31,4 35,9y = -0,1022x + 24,915R2= 0,98690,05,010,015,020,025,030,00 20 40 60 80voegdikte (mm)sterkte(N/mm2)serie 1sterke kalkzandsteen & zwakke mortely = -0,0436x + 25,167R2= 0,4957serie 2sterke kalkzandsteen & sterke mortely = -0,0065x + 11,932R2= 0,41280,05,010,015,0serie 3zwakke kalkzandsteen & zwakke mortel0,05,010,015,020,025,030,00 20 40 60 80voegdikte (mm)sterkte(N/mm2)0 20 40 60 80voegdikte (mm)sterkte(N/mm2)3 |Druksterkte per proefuitgezet tegen kimvoeg-dikteabcO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2007 1 77steen rond de kimvoeg en laterbezwijken van het proefstuk.Bij serie 2 en serie 3/4 is het ver-band sterkte-voegdikte matig. Debijdrage van de voegdikte aan desterkte als die zou worden voor-speld met de in figuur 3 gegevenvergelijkingen is gering. Bij eenvoegdikte van 60 mm zou de voor-spelde waarde afnemen met0,0436 x 60 = 2,6 N/mm2(serie 2),bij een gemiddelde van bijna25 N/mm2, respectievelijk 0,39 N/mm2(serie 3/4).Ook uit het scheurpatroon volgtdat bij serie 3/4 de kimvoegdikteweinig invloed heeft op de druk-sterkte, de scheuren ontstondenter plaatse van de lijmvoeg.ScheurvormingBij proevenserie 1, morteldruk-sterkte lager dan kalkzandsteen-druksterkte, puilde de mortel uit.Direct hierna ontstonden de eer-ste verticale scheuren in de onder-zijde van het kimblok, waarnadeze verder in het proefstuk lie-pen en het proefstuk geheelbezweek (foto 4).Bij proevenserie 2, morteldruk-sterkte nagenoeg gelijk aan kalk-zandsteendruksterkte, trad eenandere bezwijkvorm op. De voegpuilde niet uit en de scheurvor-ming begon in de lijmmortelvoegtussen het kimblok en het element(foto 5). De gehele kimvoeg kon nade proef als een schijf uit hetproefstuk worden genomen.Bij proevenserie 3/4 trad dezelfdescheurvorming en ?initiatie op alsbij proevenserie 2. Ook hier warende mortel- en kalkzandsteendruk-sterkte vrijwel gelijk, maar lagerdan in serie 1. Scheurvorming ont-stond in de lijmvoeg, eventueel uit-puilen van de kimvoeg was niet tezien.Van de twee mogelijke bezwijkvor-men kenmerkte de eerste zichdoor het uitpuilen van de kimvoeg,waarna de kalkzandsteen verticaalscheurde. Bij de tweede bezwijk-vorm scheurde het proefstuk terhoogte van de lijmmortelvoeg oferboven, en scheurde de kimvoegniet. Scheurvorming ontstond vaakaan de randen van het proefstuk,waar de voeg meestal minder goedmet lijmmortel was gevuld.Scheuren concentreerden zich,zoals verwacht, merendeels in hetvoor- en achtervlak, omdat de verti-cale dwarsdoorsnede een kleineroppervlak heeft dan de verticalelangsdoorsnede.De scheuren liepen geheel doorhet proefstuk (van voor naar ach-ter); na de proef resteerden tweehelften.Na beproeven zijn van een aantalkimvoegen foto's gemaakt (foto 6).In een aantal gevallen waren spo-ren van de productie herkenbaar,zoals het gebruik van latjes om dejuiste voegdikte te realiseren of hetin twee fasen aanbrengen van demortel. Vooral bij de zwakkeremortel is te zien dat deze aan deranden uitpuilde, ongeveer overeen afstand gelijk aan de voegdikte.V e r v o r m i n gElasticiteitsmodulus kalkzandsteenOm de elasticiteitsmodulus tebepalen werd in het --diagrameen lineaire 'best fit' bepaald voorresultaten tussen ongeveer 10%en 75% van de sterkte. Waar vantoepassing werd tevens de verhou-ding tussen de rek in dwarsrich-ting en die in lengterichting uitge-zet tegen de kracht.De gemiddelde E-waarden waren6368 N/mm2(variatieco?ffici?nt16%) voor type A en 13 045 N/mm2(variatieco?ffici?nt 6%) voor kalk-zandsteen type B. Bij het metenwerden soms aanzienlijke ver-schillen waargenomen tussen deresultaten van de verschillendeLVDTs. De orde van grootte vande verhouding tussen de gemid-delden per zijde kon een factortwee bedragen. De gevonden vari-atieco?ffici?nt van 6%, respectie-velijk 16%, is van een orde vangrootte als mag worden verwachtop grond van andere drukproe-ven.Uiteraard is de gemeten E-modu-lus van het kalkzandsteen nauwe-lijks afhankelijk van de kimvoeg.Elasticiteitsmodulus kimvoegenVoor voegdikte nul is geen kim-voegmortel maar een 2 ? 3 mmdikke lijmmortel gebruikt. Uit demetingen zou daarom een E-waarde moeten volgen die gelijkis aan die van de metingen op dekalkzandsteen op halve hoogtevan het proefstuk. De resultatenwaren echter sterk wisselend enlager, waarschijnlijk door deinteractie tegel-lijmmortel-kim-blok.Tabel 3 | Proefstuktypenserie aantal voegdikte*) kalkzandsteen mortel streefmaten b x h x d **)(mm) (mm3)1 4 x 2 0, 20, 40, 60 type B type X 330 x 640 x 2142 4 x 2 0, 20, 40, 60 type B type Y 330 x 640 x 2143 4 x 2 0, 20, 40, 60 type A type X 330 x 640 x 2144 4 30 type A type X 495 x 640 x 214*) Bij voegdikte 0 mm is een lijmvoeg van 2 ? 3 mm dikte toegepast**) Afmetingen exclusief tegel en voeg4 |Bezwijkpatroon serie 15 |Bezwijkpatroon serie 2O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc ties78 cement 2007 1De E-waarden van de kimvoeg-mortels werden op dezelfdemanier bepaald als die van dekalkzandsteen. In de metingenwas echter ook de vervorming van70 mm kalkzandsteen betrokken,reden waarom de gemeten vervor-mingen werden verminderd meteen geschatte kalkzandsteenver-vorming. Voor deze schattingwerd de gemiddelde E-waarde vande kalkzandstenen gebruikt.Worden de E-waarden van de kim-voegmortels uitgezet tegen dedikte (fig. 7), dan is nauwelijkseen trend te herkennen. Ze blij-ken niet significant afhankelijkvan de voegdikte. De gemiddeldeE-waarden van de voegmortelswaren respectievelijk 2076 N/mm2voor type X en 2245 N/mm2voortype Y met variatieco?ffici?ntenvan 57% en 34%. Gezien de sterk-te zijn deze waarden relatief laag,het verschil ertussen is klein ende spreiding groot. De spannings-verdeling in het proefstuk bij deaansluiting aan de betontegel incombinatie met de interactie tegel-kimmortel-kimblok in de nietaltijd optimaal gevulde kimvoe-gen, is waarschijnlijk debet aan degevonden relatief lage E-waardenen de grote spreiding.DwarscontractieUit de dwarscontractiemetingenblijkt dat de dwarscontractieco?ffi-ci?nt () varieert met de belasting(fig. 8).Globaal lijkt voor kalkzandsteentype B gelijk aan 0,20 en voor typeA gelijk aan 0,30. Benadruktwordt dat deze waarde volgt uitoppervlaktemetingen. Dwarsme-tingen uitgevoerd op halve hoogteop het kimblok (50 mm boven dekimvoeg) bevestigen het idee dathet materiaal daar is opgesloten;de dwarsvervorming is daar lagerdan op ongeveer halve hoogte inhet proefstuk.T e n s l o t t eDe invloed van de kimvoegdikte opde druksterkte van proefstukkendie de onderkant van een kalk-zandsteenwand nabootsten, is vast-gesteld.Wanneer de druksterkte van dekimmortel gelijk is aan of hoger isdan de druksterkte van de kalk-zandsteen, heeft de kimvoegdikteweinig invloed op de druksterkte.Wanneer de druksterkte van dekimmortel (veel) lager is dan dedruksterkte van de kalkzandsteen,heeft een grotere kimvoegdikte eennegatief effect op de druksterkte.Het onderzoek richtte zich opvoegdikten tussen 0 mm en60 mm, waarmee nagenoeg alle inde praktijk voorkomende voegdik-ten worden ondervangen.Uiteraard blijft het belangrijk devoegen correct uit te voeren; eenslechte vulling heeft een negatiefeffect op het draagvermogen vande wand, maar bij qua sterkte opelkaar afgestemde elementen enmortel is de dikte van de kimvoegniet kritiek.Aan het onderzoek is door S. deKok, N. Popal en M. van Dijkmeegewerkt in het kader van eenTU/e Masterproject. nL i t e r a t u u r1. Brochure Kalkzandsteen-kim-blokken, 20062. NEN-EN 772-1:2000, Beproe-vingsmethoden voor metsel-stenen - Deel 1: Bepaling vande druksterkte. NederlandsNormalisatie-instituut, Delft.3. NEN-EN 1015-11:1999,Beproevingsmethoden voormortel voor metselwerk - Deel11: Bepaling van de buigtrek-en druksterkte van verhardemortel. Nederlands Normalisa-tie-instituut, Delft.8 |Langs- en dwarsvervor-ming (a) en dwarscon-tractieverhouding (b)versus belasting015003000450060000 20 40 60 80voegdikte (mm)E-waardevoegmortel(N/mm2)serie 1 st/zwserie 2 st/stserie 3 zw/zw6 |Sporen van de productiein de kimvoeg en het ver-kruimelen van mortelaan de randen7 |Veerstijfheid voegen(Knet) versus diktea b0400800120016002000-0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75vervorming (mm)kracht(kN)proef 12,kalkzandsteen04008001200160020000 0,1 0,2dwarslangsdwarslangsverhouding(mm/mm)kracht(kN)a b
Reacties