Hoogwaardig betonstaal (I)door ir L. B. WellingInleidingDe toepassing van hoogwaardig staal in be-tonconstructies is vrij algemeen bekend.Bijna iedere constructeur zal wel eens over-wogen hebben, in een incidenteel geval methoogwaardig staal te rekenen, hetzij doortechnische, hetzij door economische mo-tieven geleid. Men heeft dan de keuze tussenstaalsoorten, die door hun chemische sa-menstelling een hogere staalspanning toe-laten, en staal dat door een speciale behan-deling veredeld is. Afhankelijk van de graadvan hoogwaardigheid zijn de toelaatbarespanningen in tabellen vastgelegd, zoals deG.B.V. 1950 die te zien geven. Het is ge-bleken dat voor de ,,klassieke" gewapend-betonconstructies, vergeleken met voor-gespannen beton, de chemisch hoogwaar-dige staalsoorten door hun vaak hoge pro-ductiekosten weinig economisch effect sor-teren, terwijl technisch gezien de hardheidvan het materiaal het buigen en knippendusdanig bemoeilijken, dat slechts in bij-zondere gevallen van deze staalbesparinggebruik wordt gemaakt.Anders is het met het nabehandeld staal-- aangeduid met het symbool QRn. Veelalzal men dan uitgaan van St 37, terwijl de na-behandeling-- een bepaald fabrieksproc?d?-- de productiekosten slechts weinig ver-hoogt. Hierbij wordt gedoeld op koudge-rekte of koudgewrongen staven. Verlenenkoudgerekte staven hun voordeel hoofd-zakelijk aan voorgespannen betonconstruc-ties, koudgetordeerde staven hebben reedsin het buitenland bewezen een goed ver-vangingsmateriaal te zijn voor het gewoneSt 37. De laatste groep van hoogwaardigestalen is sinds kort ook in Nederland ver-krijgbaar.Mechanische en technischeeigenschappenDe eigenschappen van de koudgetordeerdestalen hangen af van :het uitgangsmateriaal,de vorm van de doorsnede ende graad van vervorming.Torstaai b.v. heeft een ronde doorsnede mettwee diametrale opgewalste ribjes, diemeestal ca 1/10 van de diameter zijn. Dezeribben vormen in den regel niet meer dan2% van de doorsnede; bij dunne stavenevenwel tot 5%. De ribben zijn vooroppervlaktedoorsnede dus van weinig be-lang; voor de glijweerstand van het staal inhet beton zijn zij echter van grote betekenis(zie fig. I).fig. IBij het torderen in koude toestand wordtde staaf aan ??n zijde ingeklemd, terwijl hetandere uiteinde -- waar de wringingskrachtaangrijpt -- vrij verschuifbaar is. Bij hettorderen willen ronde staven namelijklanger worden. Zouden beide uiteinden dusingeklemd zijn, dan zou een drukspanningworden ge?ntroduceerd, die de knikspan-ning voor een staaf lengte van 12-14 m spoe-dig zou overschrijden, waardoor bij verderetordering een materiaal ontstaat, dat groteonregelmatigheden vertoont en dat voorgewapend-betonconstructies onbruikbaar is.Deze productiemethode is geoctrooieerd.Door de tordering treden dus in iederedoorsnede wringspanningen op, die aan deomtrek het grootst zijn en in de staafas hetkleinst. Hieruit volgt, dat de vloeigrens aande omtrek het eerst wordt overschreden.Bij verdere tordering zal dus steeds in eengroter gedeelte van de ronde doorsnede devloeigrens optreden. De hierdoor ontstanemoleculaire verandering heeft tot gevolg,dat het materiaal een versteviging onder-gaat. Bij grafische weergeving van de ver-houding tussen en blijkt, dat de gedefi-ni?erde vloeigrens -- een blijvende rek van0,2% -- aanmerkelijk hoger ligt dan die vanhet uitgangsmateriaal St 37 (fig. 2).De ligging van de aldus verkregen vloei-grens is afhankelijk van de graad van torde-ring; ook de verlenging van de staven ishiervan afhankelijk. Tordering tot een spoedvan 10d (d is diameter staaf) bleek de besteresultaten te geven. Vermoedelijk zal eenarbeidsbeschouwing hieraan wel niet vreemdzijn geweest evenals het uiteindelijk prac-tisch gebruik van het materiaal. Ter ver-duidelijking dient flg. 3.Door de koudvervorming zal de hardheidvan het materiaal ook veranderd zijn. Omhierop verder in te gaan, zou te ver voeren;daarom wordt volstaan met de resultatenvan buigproeven, die toch als vergelijkingfig. 2fig.3mogen dienen voor de hardheid van hetstaal.Ir N. J. Rengers, waarnemend directeurvan Bouw- en Woningtoezicht in Den Haag,heeft op verzoek buigproeven genomenmet staven van verschillende diameters(? 20, ? 14 en ? 12 met een spoed van10d).Deze staven zijn gebogen over een doornmet diameter D=d. De resultaten warengoed en scheurvrij. De graad van torderingbleek -- zoals buitenlandse onderzoekingenaantoonden -- ook hier van invloed. Bij eenspoed van de ribbe van 3d namelijk kon geenenkele voorgeschreven buigproef koud wor-den uitgevoerd.Het schroefvormige verloop van de ribbeheeft, behalve de reeds eerder genoemdevoordelen, ook de mogelijkheid van controleop de gelijkmatigheid van het materiaal,zodat een staaf met een veranderlijke spoeddirect op de fabriek kan worden verwijderd,terwijl staven met nog grotere afwijkingenin het uitgangsmateriaal het torderen nieteens doorstaan.De verdere gegevens als: rekgrens, breuk-grens, rek bij breuk, enz., zijn te vinden bijhet diagram van fig. 2.Lassen van staven TorstaaiOver dit probleem zijn nog uitgebreideonderzoekingen gaande. Wel kan reedsworden gezegd, dat op het laboratoriumvan een buitenlandse fabriek verschillendeseries proeven zijn genomen, die aantonenCement 5 (1953) Nr 5-6 85dat bij het lassen van staven met een diametergroter dan 20 mm de vastheidsgroothedenslechts 2-4% verminderen. Dat voor dezekoudvervormde staven een speciale lasme-thode zal moeten worden voorgeschreven,is duidelijk. Te zijner tijd zullen deze onder-zoekingen worden gepubliceerd.Torstaai ?n betonconstructiesBij gebruik van hoogwaardige staalsoortenen de daardoor verhoogde toelaatbarespanning, zal -- gezien het constant blijvenvan de elasticiteitsmodulus -- de rek even-redig worden vergroot. Gaat men uit vangladde ronde staven, dan zal deze rekver-,groting resulteren in een grotere scheur-wijdte, die weer een maat is voor de toe-laatbare spanning. De orde van grootte voorde toelaatbare scheu rwijdte is volgens deG.B.V. 1950 voor normaal binnenwerk0,20 mm en voor normaal buitenwerk 0,15mm. Blijkt dus dat deze grens bij een be-paalde spanning niet wordt overschreden,dan zal men deze spanning als toelaatbaarmogen kwalificeren. Een eventuele veilig-heidsfactor kan hierin nog worden ver-werkt.Heeft men dus gegevens over de optredendescheurvorming bij gewone gewapend-beton-constructies ( bijvoorbeeld I 400 kg/cm2),dan kan men vaak reeds theoretisch descheurwijdte berekenen bij het toepassenvan hoogwaardig glad staal.Heeft dit hoogwaardige staal een verander-lijke doorsnede of -- zoals bij Torstaai --een constante doorsnede met schroefvor-mige rib, dan zullen proeven moeten uit-wijzen, in hoeverre de toelaatbare spanningbij scheurvorming kan worden verhoogd.Torstaai, dat voldoet aan de eisen van QRn42heeft dus volgens de G.B.V. 1950 een toe-laatbare spanning van 2 000 kg/cm2. Dezespanning geeft ten opzichte van breuk de-zelfde veiligheid als QR 24, nl. :3 700/1 400 = 2,65 resp. 5 400/2 000 = 2,70.De veiligheid ten opzichte van vloeien isechter bij gebruik van Torstaai groter, nl.:2 400/1 400 = 1,7 resp. 4 200/2 000 =2,1.De resultaten van proeven op het gebiedvan scheurvorming, aanhechtingsspanningen de daarmee samenhangende veilige las-lengte zullen over enige tijd in ,,Cement"worden gepubliceerd.Gebruik van Torstaai economisch gezienHeeft men te maken met constructies, dievallen onder normaal binnen- en buiten-werk, dan bespaart men met de toelaatbarespanning van 2 000 kg/cm2circa 30% staal(0,7 cm2Torstaai is namelijk krachtsaequiva-lent aan I cm2St 37). Daar dit hoogwaardigestaal ongeveer 20% duurder is, is 0,84 cm2Torstaai in aankoop dus aequivalent aanI cm2St 37, hetgeen dus een besparing op-levert van 16% op de inkoop v?n de te ver-vangen hoeveelheid materiaal. Het is van-zelfsprekend, dat het duurdere hoogwaar-dige staal niet voor drukwapening in aan-merking komt, evenmin o.a. als voor bind-wapening.Behalve de inkoopbesparing wordt ook nogbespaard op het arbeidsloon voor het bui-gen, verleggen en knippen, al dient ver-meld te worden, dat vanwege de eerstekennismaking momenteel ca 10% meer ar-beidsloon per ton moet worden berekenddan voor gewoon staal. In het buitenland --waar dit materiaal reeds veelvuldig wordtgebruikt -- is dit percentage al tot 3% ge-daald. Ondanks de hogere kosten per tonte verwerken materiaal blijkt echter in velegevallen, dat de totale arbeidsbesparingnog de helft is van de inkoopbesparing.Thans zijn de maten van bijgaande tabel uitvoorraad in Nederland verkrijgbaar.nominalediametergewichtincl. ribbenals rondstaalkern-diameterdoorsnedeincl. ribbenals rondstaalomtrekd G dk F 0mm kg/m1mm cm2cm6 0,222 5,93 0,28 2,107 0,302 6,91 0,38 2,458 0,395 7,90 0,50 2,8010 0,617 9,88 0,79 3,5012 0,888 11,85 1,13 4,191,21 13,82 1,54 4,9016 1,58 15,80 2,01 5,5918 2,00 17,77 2. 6,2920 2,47 19,75 3,14 6,9922 2,98 21,72 3,80 7,6924 3,55 23,70 4,52 8,3926 4,17 25,67 5,31 9,0928 4,83 27,63 6,16 9,7830 5,55 29,62 7,07 10,532 6,31 31,60 8,04 11,2Diameter, gewicht, kerndiameter, doorsnede en omtrek
Reacties