? ? onderzoek?ir.A.Th.Vermeltfoort, TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde, vakgroep KBOEen van de doelstellingen van het CUR-onderzoek naar constructief metselwerk [1, 2, 3]was het bepalen van materiaaleigenschappen van metselwerk, die gebruikt kunnenwor-den voor numerieke simulaties. Ditartikei ga~t in op de eigenschappen van mortel, steenen metselwerk onder druk.Van170gemetseldeproefstukken wordtdesterktegerelateerd aan dedruksterktevan degebruikte mortels en stenen en vergeleken met die welke volgt uit Eurocode 6.De gemeten kracht-vervormingsdiagrammen werden omgerekend naar dimensielozegrootheden en benaderd met tweede?graads parabolen, waardoor ze voor alle proevenmet elkaar vergeleken konden worden.Zowel desterkte als destijfheid van de proefstukken hadden een grotespreiding, zodat al?leen tendenzen zijn gesignaleerd.ONDERZOEKCONSTRUCTIEF METSELWERK(111)METSELWERK ONDER DRUKDe druksterkte van metselwerk wordt be-paald door de stenen, de mortel en de ma-nier waarop deze componenten worden ver-werkt. In normen voor steenconstructies zo-als NEN 6790 (TGB-Steenconstructies) enEurocode 6 [4], worden de mortel- en desteensterkten gebruikt om de metselwerk-druksterkte te bepalen. Daarbij hangt demetselwerksterkte vooral af van de steen-sterkte. Andere invloedsfactoren worden ge-negeerd. De mortel- en steensterkten uitta-bel 1 van de NEN 6790 zullen in de praktijkvaak veel hoger zijn. De druksterkte kan al-leen volledigworden benutindien extra proe-ven worden gedaan. NEN 6790 voorzietdaarin via artikel 9.1.2a.Aangezien voor numeriek onderzoek meermateriaalparameters nodig zijn dan alleende sterkte van het metselwerk, zijn detailme-tingen uitgevoerd om hetgedragvan stenen,TabellSteendruksterkten en elasticiteitsmoduli in N/mm236mortel en metselwerk te onderzoeken. Hetbetreft 'academisch' metselwerk, waarbij in-vloedsfactoren zoveel mogelijkgelijk werdengehouden. Bij alle proeven op metselwerk inhet Pieter van Musschenbroeklaboratoriumwerden tevens kleine proefstukken gemaakten beproefd. De resultaten van 170van dezeproeven worden hier besproken.Materialen en hun verwerkingStenenDe stenen in het onderzoek waren alle vanhet waalformaat, globaal 210 x 100 x 50mm3.ln tabellzijn de eigenschappen van detoegepaste stenen gegeven.De steendruksterkte is bepaald volgensNEN 2489 aan vlakgeslepen stenen. Ookzijn per steensoort drie prisma's van zevengeslepen stenen beproefd, waarvoorvlakge-slepen stenen op elkaar zijn gehecht meteen twee-componenten massa in een laag-dikte van maximaal 0,5 mmo Daardoor wor-den spanningen beter doorgegeven en wor-denbuigspanningen die ontstaan doordatde stenen nietgeheel vlak zijn, gereduceerd.Foto 1 toont de meting van de steenvervor-ming.MortelTabel 2 geeft de gebruikte mengverhoudin-gen voor de mortels. Naast de gangbaremengverhouding 1:~:4~ zijn twee 'uitersten'gekozen (lJH en 1:2:9) om de invloed vande mortelsterkten op de mechanische ei-CEMENT1995/11@ Proefstukafmetingen, resp. breed (b), smal (s), hoog (h), en positie van de opnemersCD Meten steenvervormingDe vochtconditie en het zuiggedrag van destenen hebben invloed op de verharding vande mortel. Om de stenen op een voor de ver-werkbaarheid optimaal en reproduceerbaarvochtgehalte te brengen, zijn ze in water ge-dompeld en vervolgens minimaal 12 uur inplastic zakken bewaard. Hierdoor kon hetwater zich gelijkmatig in het steenvolumeverdelen. De dompeltijd is proefondervinde-lijk vastgesteld. De Hallergetallen bij vermet-selen zijn in tabel 2 aangegeven.Om te voorkomen dat de proefstukken tij-dens het verharden uitdrogen, zijn ze gedu-rende de eerste drie dagen afgedekt metkunststoffolie en daarna bewaard in een kli-maatkamerbij 20 +j-0,5 ?C en een relatievevochtigheid van 60 +j- 3%.In totaal zijn negen mortelrecepturen en zessteensoorten in 45 combinaties beproefd.tigheid van circa 75%. De gemiddelde voeg-dikte is 13 mmoHet metselen van telkens drie proefstukkenhad plaats op een lange stalen balk, tussenhouten stijltjes, vergelijkbaar met metselpro-fielen (foto 3). De stenen zijn langs een met-seldraad op hoogte gelegd, zoals datbij met-selen in de praktijk gebruikelijk is. De voegenzijn na het opstijven van de mortel glad endicht gestreken.500Metselen van de proefstukkenFiguur 2 toont de gekozen nominale proef-stukafmetingen. De proefstukken waren res-pectievelijk twee stenen, ??n steen en eenhalve steen breed en alle ??n steen dik. Alleproefstukken zijn gemetseld bij E}en tempe-ratuur van circa 15?C en een relatieve voch-genschappen te kunnen herkennen. Laterzijn tussenliggende recepturen beproefd.De specie werd in een dwangmenger ge-mengd en met water in een kuip op de juisteconsistentie gebracht. Daartoe diende on-geveer 16 ? 18% water te worden toege-voegd. Hierbij is niet de water-cementfactor,maar de verwerkbaarheid van de mortel alscriterium gehanteerd.110340Tabel 2Receptuur metselmortels en overzicht aantal proefstukkenCEMENT1995jll 37? ? onderzoek?Bij de eerste serie proefstukken is hetboven-vlak van de bovenste en het ondervlak vande onderste steen vlak geslepen. De proef-stukken van de latere series z?n gemetseldop een horizontale strook multiplex, waarb?werd begonnen met een mortelvoeg. De bo-venz?de van deze proefstukken bestaat uiteen mortelvoeg, die t?dens het verhardenwerd afgedekt met een strook multiplex.Hierdoor z?n de belastingsvlakken vlak, pa-rallel aan elkaar en loodrecht op de hoofdasvan het proefstuk. Om de proef eenvoudig tehouden is geen medium tussen het proef-stuk en delastplaten aangebracht.Druksterkte van de mortelTegelijk met het metselen van de proefstuk-ken zijn mortelprisma's gemaakt, die na 28dagen verharden z?n beproefd volgens NEN3835. De sterkteontwikkeling van de mortelwerd gevolgd doorde prisma's ookal na 7 en14 dagen te beproeven en na 56 en 90 da-gen [5]. Hetbleekniet nodig metbeproevente wachten tot 90 dagen na vervaardiging,omdat de toename van de morteldruksterk-te na 28 dagen gering is.gebracht. Andere verhardingscondities wer-den gerealiseerd met stalen mallen en hou-ten bakjes van 14 mm hoog voor prisma'svan 40 x 40 x 14 mm3.Na verharding werden uit deze sch?ven enprisma's mortelcilinders geboord met eendiametervan 25 mmo Uit mortelprisma's40x40 x 160 mm3, die op de gangbare manier instalen mallen waren vervaardigd, werdeneveneens cilinders flJ 25 mm geboord.De mortelprisma's en cilinders zijn vervor-mingsgestuurd beproefd.Tabel 3 geeft een overzicht van de resulta-ten. Hieruit kan worden opgemaakt dat dedruksterkte van de mortelcilinders die tus-sen droge stenen zijn verhard, als enige aan-zienlijk groter is dan die van gelijksoortigemortels, die op een andere w?ze zijn verhard.Door de beperkte omvang van het onder-zoek kan nog geen verband worden afgeleidtussen de mortelsterkte en de vochtconditievan de steen. Verder onderzoek op dit punt isin uitvoering.? Metselen van proefstukkenBeproeving gemetselde prisma'sMetingen.De metingen van de verplaatsing van de vierhoekpunten van de lastplaten zijn alleen ge-bruikt om het gedrag tijdens de proef tebeoordelen. Voorts werd per proefstuk metvier opnemers de verkorting gemeten (foto4). De meetlengte van deze opnemers in hetmidden van het proefstuk is, conform Euro-code 6, nominaal 110 mmo De opnemersvoor deze metingen zijn bij de eerste serieaan het proefstuk bevestigd met messingstiftjes gelijmd in een boorgaatje van onge-veer 10 mm diep. Bij later uitgevoerde proe-ven zijn op het proefstuk moeren M5 gelijmdwaarmee de opnemers werden bevestigd.De opnemers zijn zo dicht mogelijk b? het OWpervlak van het proefstuk bevestigd ommeetfouten door rotatie van de stiften te be-perken.Verloop van de proevenDe verplaatsingssnelheid van de bovenstedrukplaatvan de 2,5 MN drukbank was bij al-le proeven circa 28 ,um/min. Voor proefstuk-ken van rode vormbaksteen is de belastings-snelheid dan ongeveer 0,5 N/mm2/min.Bij ongeveer 80 ? 85% van de breuklastbe-lasting begon zich scheurvorming te mani-festeren, soms ingeleid met gekraak en paslater zichtbaar. Met name bij de harderestrengpersstenen trad scheurvorming plot-seling op (foto's 5). De scheuren waren nage-noeg recht en evenw?dig aan de werklijn vande drukbelasting. Er kwamen schijven losmet een dikte van 15 ? 20 mm, vaak tegelijkb? verschillende stenen boven elkaar. Bij ver-der vervormen valt het proefstuk uiteen enresteert een diabolo-vormig deel.Tabel 3Om de invloed van de verhardingsomstan- Morteldruksterkten onder verschillende verhardingscondities in N/mm2digheden op de eigenschappen van eenmortel te onderzoeken, zijn in een deelon-derzoek sch?ven mortel vervaardigd doormortel in verschillende omstandigheden telaten verharden.Er werd gebruik gemaakt van volledig verza-digde stenen, stenen met een HalIergetaIvan circa 12g/dm2/min en drogerode vorm-bakstenen. Om het 'lossen' te vereenvoudi-gen z?n tussen mortel en steen tissues aan"38 CEMENT1995/11@ Breed proefstuk met opnemersB? de proefstukken van vormbaksteen ver-liep hetscheurprocesgeleidel?kerdan b? dievan de hardere strengpersstenen en warende schilfers die loskwamen van het proef-stuk, kleiner. Door de fabricagew?ze van destenen, strengpers versus vormbak, is destructuur van de materialen duidel?k ver-schillend, hetgeen herkenbaar is in hetscheurgedrag en de breukstukken.De proeven opvan kalkzandsteen gemetsel-de proefstukken vertoonden een soortgel?kbeeld als die op proefstukken van vormbak-steen; in vergel?king met de strengpersste-nen was het scheurproces echter geleidel?-ker.Resultaten beproevingDruksterkte gemetselde proefstukkenDe gevonden druksterkten van de gemetsel-? Breed en smal proefstuk na beproevende prisma's z?n in tabel 4 gegeven. De afme-tingen van een proefstuk7?n van invloed opde sterkte; in [6] wordt een formule gegevenom de invloed ervan te corrigeren. De ver-houding tussen de sterkte van brede ensmalle proefstukken volgens deze formule is1,10. Dit is nagenoeg gel?k aan de experi-menteel gevonden gemiddelde waarde van1,11 [7].Metselwerk- versus morteldruksterkteIn figuur 6 is voor elk prisma de metselwerk-druksterkte uitgezet tegen de morteldruk-sterkte. De lijnen geven de tendens aan voorprisma's gemaakt van dezelfde stenen. Tezien is dat de druksterkte van metselwerkgroteris als de druksterktevan de mortel gro-ter is. Bij minder sterke stenen is de metsel-werksterkte met sterke mortelnauwel?ksgroter dan die met minder sterke mortels.Het toepassen van te sterke mortel heeftdan ook weinig zin.Gemeten versus berekende druksterkteDe karakteristieke metselwerkdruksterktef~k kan volgens Eurocode 6 worden bepaalduit:(1)Hierin is:f~: de gemiddelde steendruksterkte van zesstenen, gecorrigeerd met een factor0,75 voor de afmetingen;f:r,: de gemiddelde waarde van zes druk-proeven op mortelprisma's.Tabel 4Druksterkten gemetselde proefstukken in N/mm2CEMENT1995j11 39? ? onderzoek?o 10 W ~ 40 ~----;:.. inortelsterkte IN/mm2 )? Metselwerkdruksterkte versus mortelprismadruksterkte000oo + IJ. xV steensoorten'ideale' verband------- f~k; 0,84 f!.goo 20--7 metselwerksterktegemeten flga282824~22"C~20E 181l(J) Berekende versus gemeten metselwerkdruksterkteooooooo + Co? xV steensoorten120, J30,60,30en 10 steendruksterkte gebruikt in formule (1)4030.~20~:J:~ 10E10~(4)EE = - -rEgOFa. = - -r FmaxEgO is de rek bij ar = 0,90De parameters A en Buit (4) zijn voor elkproefstuk apart bepaald met de methodeder kleinste kwadraten. Daarbij geldt: A+ B= 0,9, omdatvoorfunctie (4) relatieve waar-den zijn gebruikt en deze daardoor door deoorsprong en het punt ar = 0,9; Er = 1,0gaat. Gemiddeld is A = 1,32 en B = - 0,42.Behoudens enkele uitschieters blijkt dat: 1