ir. P. WARMENHOVEN, technisch secretaris e.U.R.De opbouw van beton en het gedrag onderbelastingDoor de Concrete Moterials Research Group van het Imperial Collegevan de Londense Universiteit is over bovengenoemd thema op 28 - 30september jJ. een conferentie gehouden. Het onderwerp bewoog zich-zoals de instigator Kenneth Ne w man het uitdrukte- op hetgrensgebied van de cementchemie en van de ontwerptechniek, waarhet in de eerste plaats goot om de grootte van de parameters die hetmechanisch gedrag bepalen. Het ging nu niet zozeer om het wat enhoeveel don wel om het hoe en waarom.Sir William G I0 n v i II e, vroeger hoofd van het Rood ResearchLoborotory, hield de openingstoespraak, waarin hij erop wees, dot dit-voorzover hem bekend- de eerste internationale conferentie was,die -zich meer fundamenteel met de materiaaleigenschappen vanbeton bezighield.De reacties' op het initiatief van Ne w man waren alom zeer positief.De grote deelname van 20 Amerikaanse onderzoekers -onder debijna 200 deelnemers- wijst ook op een grote belangstelling van dotwereld-halfrond. Van het Europese continent bleken de deelnemersvoornamelijk afkomstig uit Midden- en Noord-Europa.In de zeer beperkte tijd van drie dagen werden 29 voordrachten ge-houden, verdeeld over 9 secties.Beton als samengesteld materiaalVoor een verklaring en kwantitatieve bepaling van het mechanischgedrag zoals elasticiteitsmodulus, kruip en krimpvervormingen, neemtmen veelal zijn toevlucht tot een model, opgebouwd uit twee medio,waarvan de volumeverhouding en eigenschappen overeenkomen metdie van de verhouding toeslagmateriaal/cementpasta en de eigen-schoppen daarvan. Het fenomenologische gedrag van het beton kanhiermee, zoals verschillende sprekers aantoonden, goed beschrevenworden, hoewel men soms tot nogal gecompliceerde formules komt.Torben e. Ha n sen (Stockholm) spreekt het openlijk uit, dat de toe-pasbaarheid van de rheologie op beton vaak twijfelachtig wordt ge-noemd, omdat deze in feite fenomenologische benadering geen be-schrijving geeft van het mechanisme op het atomaire of moleculaireniveau. Hij stelt echter dat de afbeelding door modellen zeer nuttigblijkt te zijn om mathematische betrekkingen te kunnen formulerenvoor het gedrag van het heterogene materiaal beton, dot verschillendecomponenten bevat met elk hun eigen karakteristieke physisch-mecha-nische eigenschappen. De beperking van deze aanpak is echter, dotgeen verklaring gegeven wordt voor het breukgedrag.AI is men het met de strekking van het betoog eens, de kritische toe-hoorder van deze voordrachten zal ten aanzien van de toepasbaarheidsceptisch gestemd zijn, omdat nog vele gegevens ontbreken over deeigenschappen van de cementpasta, om de daarop betrekkende para-meters juist te kunnen kwantificeren, temeer daar de gevoeligheiddaarvan voor de vochttoestond en eventuele vochtbeweging de han-tering bemoeilijkt.Sterkte en bezwijkmec:hanisme onder kortdurende belastingIn deze groep voordrachten werd een aantal boeiende theorie?nvoorgedragen. Een chemicus probeerde de sterkte te berekenen uitde atomaire krachten, die overwonnen moeten worden om een splij-ting, en daardoor bezwijken van een proefstuk te doen ontstaan.A I e x 0 n der gaf een compilatie van gegevens, uit litteratuur eneigen proeven over'de verhouding van de sterkte van de cementpastaten opzichte van de aanhechtingssterkte tussen toeslagmateriaal encementpasta.Hieruit kwamen enkele pregnante conclusies voort. Zo is onder meergebleken dot bij vergelijking van de aanhechting aan steenslag vanverschillende petrologische herkomst de aanhechting lineair afhan-kelijk is van het silicagehalte. Belangrijker is nog de conclusie dat depasta-buigtreksterkte veelal groter is dan de aanhechting toeslagma-teriaal-pasta; de eerste is gevoelig voor de nabehandelingstempera-tuur, de laatste echter niet. Tot slot geeft de auteur een formule voorde betonsterkte (zowel voor druk als trek) opgebouwd uit de genoem-de sterktecomponenten, die zeer bevredigend met experimentele resul-taten overeenkomt.Een tweetal andere auteurs kwam tot een formule voor de sterkte vaneen type licht beton (ge?xpandeerde klei), samengesteld uit de sterktevan de mortel en de -op een aparte wijze gedefinieerde- eigensterkte van het toeslagmateriaaJ. Verschillende auteurs brachten uit-voerig verslag uit over onderzoekingstechnieken van scheurvorming en722U.D.e. 691.3.001.5betononderzoek-voortplanting tijdens het drukken van betonproefstukken. SI0 te sneedschijfjes uit van prisma's die tot verschillende belastingsstadia warenbelast, om die don microscopisch of met r?ntgenstraling te onderzoe-ken op microscheuren.Rob ins 0 n doorstraalde kubussen (7 cm) in het geheel, zodat op-eenvolgende beelden bij toenemende belasting verkregen werden vaneenzelfde proefstuk. De? analyse van deze foto's blijkt echter zeer tijd-rovend en deze techniek is ook gehandicapt doordat alleen de scheu-ren in het vlok van de straling te detecteren zijn.Rob ins 0 n beschrijft ook nog twee andere door hem gebruiktemethoden:Registratie van het uitgezonden geluid op een band. Middels eenomwerking met behulp van een computer tot ge?ntegreerde grafie-ken geven deze geluidsmetingen interessante gegevens. Een groteversterking van de afgegeven geluidsenergie blijkt juist samen tevollen met het belastingstadium, waarop de elasticiteitsmodulussterk afneemt en de dwarscontractie toeneemt. De interne vernielingvindt duidelijk plaats v??r het bezwijken. De rapporteur voegt aandeze waarneming de opmerking toe, dot in dit licht de definitievan maximale belasting misschien herzien moest worden. (Hoewelhij verscheidene vragen te beantwoorden kreeg, heeft het audito-rium op dit punt zich niet laten verleiden tot bij voorbaat onvrucht-bare discussies!). Het belangwekkende van deze methode en diemet ultrasonoorgeluid - waarmee ook vele proeven werden ge-daan - was dat kwantitatieve gegevens verkregen werden over deinvloed van de volumeconcentratie van het grove toeslagmateriaalop de scheurverschijnselen.Sterkte en bezwijkmec:hanismen bij langdurige belastingTwee bijdragen van G I u c k I i c h, resp. Ru e t z goven een ana-lyse van kruipwaarnemingen, die elkaar goed aanvullen. De eerstegaat de invloed na van microscheuren en onderscheidt daarbij viercategorie?n van scheuren: de initi?le en die, welke ontstaan bij hetopbrengen van de belasting zijn onafhankelijk van de duur; de spon-tane, naderhand ontstane scheuren en die, welke ontstaan door in-vloeden van de omgeving, in het bijzonder de vochtigheidstoestand ende temperatuur, zijn tijdsafhankelijk. Hieraan moeten de voortgaan-de kruipvervormingen en de eventueel uitgestelde breuk toegeschre-ven worden. Ru e t z hanteert de onderscheiding in kruip van decementpasta, die minder wordt, en de kruip ten gevolge van voort-gaande scheurvorming bij hogere belasting, die tot een uitgesteldebreuk leidt. Hij illustreert het verloop van deze verschillende kruip-mechanismen aan de hond van de vrijgegeven geluidsenergie, dieparallel loopt met de kruipsnelheid.Theorie?n over sc:heurvoortplanting en breukOmstreeks 1920 publiceerde G rif fit heen breuktheorie voorbrosse materialen, bijv. glas. Hierbij wordt gesteld deit een scheurzich in een materiaal doorzet, als ter plaatse van een kleine in-wendige scheur of discontinu?:teit de opgehoopte rek-energie, tengevolge van een trek, groter is dan de noodzakelijke oppervlak-spannings-energie voor een scheur. De vrijkomende rek-energiekomt don dus beschikbaar voor het vormen van de scheur, die zichvoortzet tot een punt waar de energiebalans weer negatief is.Deze theorie kwam weer in de belangstelling tijdens de laatstewereldoorlog, bij het onderzoek van lasbreuken in gelaste schepen.Door Kop I a n werd nu deze Griffith-theorie enkele jaren gele-den experimenteel onderzocht op hoor toepasbaarheid voor beton.Behalve het oorspronkelijke theorema voor getrokken doorsneden,heeft G rif fit h ook een theorie ontwikkeld betreffende descheurvorming van verticale scheuren in gedrukte elementen. Vol-gens Kop I a n is de kritische rek-energie precies zo'n fundamen-tele eigenschap van een materiaal, als bij voorbeeld de elasticiteits-modulus. Hoewel betreffende deze materie nog veel onderzochtmoet worden, leverden de gerapporteerde onderzoekingen eenhoopvol resultaat op.Aansluitend hierop volgen beschouwingen over 'scheurstop' doorgebruikmaking van staaldraden of glasvezels, hetgeen zeer effectiefblijkt te zijn. In een Amerikaanse bijdrage werd verslag gegevenover proeven met betonprisma's, waarbij dunne stukjes staaldraad(lang 12 mm) in het beton verwerkt waren. Ook vergelijkende ver-moeiingsproeven zijn met deze bijzondere toevoeging verricht.Cement XVII (1965) Nr. 11.Verslag van een internationale conferentie, Londen 28-30 september 1965Eigenschappen van beton onder dynamische en pulserende belas-tingE?n bijdrage werd besproken over de inwendige demping bij tril-lingen en de factoren die daarop van invloed zijn. Over de invloedvan de frequentie blijken de meningen bij de onderzoekers nogalverdeeld te zijn; de invloed van de ouderdom en het vrije water-gehalte is definitiever aangetoond.Op het gebied van vermoeiing blijken er vele proeven genomente zijn. De variabelen, zoals belastingsinterval, frequentie, rustpe-rioden, zijn echter zo eindeloos te vari?ren, dat er nog geen over-zichtelijk b?eld ontstond over de vermoeiingssterkte.Voorts werd een b.eschrijving gegeven van nieuwe apparatuur voorde meting van de resonantiefrequentie en de toepassing daarvanop enkele balken. Verandering van deze frequentie vormt een aan-wijzing voor de verandering in E-waarde en een indicatie voorscheurvorming.Betoneigenschappen bij complexe spanningstoestandenDe meeste proeven voor de bepaling van de mechanische sterktevan beton zijn verricht aan de hand van eenvoudige druk- of buig-proeven met spanningen in ??n richting (uniaxiaall; bovendien zijndit, zoals bekend, veelal korte-duurproeven. In feite hebben de ver-kregen gegevens dus een beperkte geldigheid en zijn ze onvoldoen-de voor de voorspelling van het gedrag bij complexe spanningstoe-standen met belasting in verschillende richtingen tegelijk. Bi- entriaxiale proeven geven een vollediger beeld van de breuktheorievoor dit materiaal en de omhullende van de kritieke spannings-combinaties.Behalve het begrip breukbelasting werd door Ne W man de des-integratie-belasting als criterium ge?ntroduceerd. Immers door hetniet-homogene karakter kan men eigenlijk niet spreken van eenelasticiteitsgrens. Men verklaart dit door het feit dat in elke belas-tingfase kleine scheurtjes ontstaan en ten gevolge daarvan een zichherverdelende krachtsoverdracht over cementpasta en toeslagma-teriaal. Bij een bepaald belastingniveau wordt echter het systeeminstabiel. Zoals vorige sprekers ook al naar voren brachten, ont-staan dan zichzelf voortplantende scheuren. Op dit ogenblik begintde desintegratie, waarbij het geheel niet langer als samenhangendbeschouwd kan worden. Uit onderzoekingen is reeds het een' enander bekend over verschillende factoren die de grootte van dezebelasting be?nvloeden, zoals samenstelling, vochttoestand, spanning-toestand en belastingsnelheid. Ook voor deze belasting kan meneen kritieke omhullende gaan bepalen voor spanningen in drie ortho-gonale richtingen.In de betongroep van het ImperiaI College heeft men een appa-raat voor biaxiale beproevingen (in de toekomst eventueel triaxiaal)ontwikkeld, dat zowel gebruikt kan worden voor druk/druk op blok-ken van 25 X 25 X 10 cm, als voor trek/druk op getrokken prisma'sonder dwarsdruk. Mededeling werd gedaan over een nog niet ge-heel afgesloten programma van onderzoekingen op een aantal soor-ten mengsels.Krimp- en kruipmechanismenIn deze sectie werden drie voordrachten met drie verschillende be-naderingen gehouden. E?n der sprekers gaf het vernietigend oor-deel, dat de meeste experimenten op kruip de zaak slechts fenome-nologisch benaderden, dat wil zeggen een beschrijving probeerdente geven van het uitwendig gedrag, waaruit men kwantitatieve, directbruikbare gegevens wil afleiden voor de ontwerper. Deze proevenzijn slechts zelden te gebruiken voor wetenschappelijke analyse.Tegelijkertijd heeft de fundamentele research nagelaten de toepas-baarheid in het oog te houden van allerlei chemische en fysischeprocessen in de interne structuur op de interpretatie en voorspel-ling voor het uiteindelijk mechanisch gedrag.Er zijn in de loop der tijden acht, gedeeltelijk tegenstrijdige theo-rie?n geponeerd. De reeds genoemde spreker deed een pogingzo'n verbinding te leggen. Een markante demonstratie van de doordeze spreker veroordeelde situatie, vormde het feit, dat de voor-afgaande spreker Po w ers een interessant fysisch-chemisch betooggaf met allerlei berekeningen over de inwendig opgewekte krach-ten in pori?n en mortel bij uitdroging en vochtopname door capil-laire en oppervlakspanningen, hetgeen echter niet tot concreet toe-Cement XvII (1965) Nr. 11.pasbare inzichten leidde. De volgende spreker wijdde geen woordaan de inwendige mechanismen of processen, maar gaf een uitvoe-rige beschrijving met talrijke grafieken over een aantal kruipproe-ven, waarbij het kruipgedrag onder allerlei condities van be- en ont-vochtiging werd bestudeerd. Dit resulteerde in interessante conclusiesen een daarop gegronde hypothese betreffende enkele invloeden ophet kruipgedrag, die echter kwantitatief bezwaarlijk gegeneraliseerdkunnen worden, omdat de directe samenhang met samenstelling envooral structuur van de beton niet of matig verduidelijkt is.Invloed van tijd en uitwendige omstandigheden op het mechanischgedrag van betonHet is onduidelijk, welke redenen de symposiumleiding aanleidinggaven deze sectie apart te houden van de vorige. Men heeft wel-licht de vorige sectie speciaal een expos? willen doen zijn vanhypothesen, terwijl in de onderhavige meer de experimentelen aanhet woord waren. Hierbij werden dus vele proefmethoden en -con-dities beschreven, die telkens andere facetten van de kruip naarvoren brachten.Een systematisch overzicht is moeilijk te geven; hier zij daaromvolstaan met de vermelding van de belangrijkste onderwerpen: ver-gelijkende kruipproeven op prisma's in normaal en licht beton;kruipproeven bij hoge temperaturen; tijdsafhankelijke deformatiesna ontlasting van de pro~fstukken (recovery); vergelijkend onder-zoek van de recovery na gelijkmatige en ongelijkmatige spannings-verdeling.Andere volumeveranderingen in betonHoewel de titel van deze sectie de indruk maakt van een romme-lige rubriek 'diversen', werd hierbij van Amerikaanse zijde een be-langwekkende serie rapporten ingediend over de toepassing vanzwelcementen.Met op kleine schaal zelf-ontwikkelde cementcomposities werdenproeven genomen over zwelling, c.q. ge?nduceerde eigenspanningbij belemmerde zwelling en zwellingssnelheid, en de gevolgen daar-van op de mechanische eigenschappen. Dosering (geen evenredigeffect!), temperatuur en nabehandeling blijken zeer gevoelige fac-toren op het zwellingsniechanisme. Gesignaleerd werd dat de ge-wone cementchemie al een geschiedenis heeft van meer dan 50jaar en er dus veel kennis vergaard is over technologie van decement en samenstelling van de mortel. De nieuwe cementsoortheeft nog een grote achterstand in te lopen en vele problemen die-nen onderzocht te worden om tot praktische bruikbaarheid te ko-men van zwelcementen.Voor de gelijkmatige expansie is een goede toegankelijkheid vanwater tijdens de binding en verharding nodig. Lichte toeslagmate-rialen schijnen in dit geval gunstige perspectieven te openen, door-dat deze een waterreservoir vormen.Zoals hierboven reeds aangeduid, is men op dit gebied nog niettot betrouwbare inzichten voor de praktijk gekomen. Experiment enempirie zullen daartoe nog veel moeten bijdragen.In de laatste voordracht van deze conferentie werden behandeldde temperatuureffecten op de interne spanningen tussen matrix entoeslagmateriaal ten gevolge van verschil in uitzettingsco?ffici?nten elasticiteitsmodulus. Geringe temperatuursverhoging kan eenbeton sterker maken: de trekspanningen, ten gevolge van krimp inde mortel tussen het grindskelet, worden dan opgeheven. Bij hogeretemperatuur echter gaat de mortel verder uitzetten en oefent dandrukkrachten uit op het skelet, waardoor het conta~tvlak toeslag-materiaal-mortel op trek belast wordt. Het interne systeem wordtzwakker door deze parasitaire spanningen. Daarbij komen nog despanningstoringen ten gevolge van een te grote onregelmatigheidin opwarming van een betonelement. Vooral het toeslagmateriaalis gevoelig voor een ongelijkmatige uitzetting, met als gevolg nei-ging tot splijten van de steen. Daarom is de thermische spannings-weerstand voor het toeslagmateriaal een belangrijk criterium. Aan-geraden wordt om in bepaalde gevallen, speciaal met het oog daar-op, fijner toeslagmateriaal te gebruiken.De conferentie werd besloten met een bezoek aan de laboratoriavan de Cement and Concrete Association te Wexham Springs, waarmen kennis kon nemen van de researchactiviteiten op het gebiedvan cement en beton.723