O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2002 5 83Lijmwerk als nieuwe bouwtech-niek kent steeds meer succes. Ditbetreft niet alleen buitenspouw-bladen van gebouwen, maareveneens dragende binnenwan-den. In tegenstelling tot gevel-lijmwerk waarbij esthetiek dedrijvende kracht is, zijn bouw-fysische, mechanische en renta-biliteitseisen de belangrijkstemotieven voor ontwikkeling vanlijmwerk bij binnenwanden.Dankzij de hogere hechting tus-sen lijmmortel en steen is debuigtreksterkte van lijmwerkaanmerkelijk hoger dan van met-selwerk, maar gaat deze redene-ring ook op voor de druksterkte?V e r l i j m e n v a n c e l l e n -b e t o n b l o k k e nBij cellenbeton heeft lijmwerkeen dubbel voordeel ten opzichtevan metselwerk. Indien cellenbe-ton wordt toegepast omwille vande gunstige thermische eigen-schappen, is het voor de hand lig-gend om de nadelige invloed vande meer thermisch geleidendemortelvoeg te minimaliseren.Het verlijmen van de blokkenmet een voegdikte van amper 1 ?3 mm biedt hiervoor eengeschikte oplossing. Voor hetrealiseren van dergelijke dunnevoegen wordt meestal een lijm-kam gebruikt (foto 1). Dankzijhet vlakke oppervlak van de cel-lenbetonblokken kan hiermee delijmmortel egaal over het ele-ment worden verdeeld.Het verhogen van de draagkrachtdoor het verlijmen van cellenbe-tonblokken is een tweede gun-stig effect van deze uitvoerings-techniek. Volgens de Neder-landse norm NEN 6790 (TGBSteen) [1] bedraagt de representa-tieve druksterkte van lijmwerkopgebouwd uit cellenbetonblok-ken met een gemiddelde steen-druksterkte van 4,5 en 6,8N/mm2, respectievelijk 3,0 en 4,3N/mm2.Voor de berekening van dekarakteristieke druksterkte vanmetselwerk en lijmwerk volgensde Europese norm voor steen-constructies Eurocode 6 [2] die-nen de volgende formules teworden gebruikt:metselwerk: fk= K fb0,7fm0,3(1)lijmwerk: fk= K fb0,85(2)waarin:fkis de karakteristieke druk-sterkte van het metselwerk oflijmwerk (in N/mm2);fbis de gemiddelde druksterktevan de steen (in N/mm2);fmis de gemiddelde druksterktevan de mortel (in N/mm2);K is een factor afhankelijk vanhet type steen (tabel 3.3 inEurocode 6).Aan de hand van deze formuleskan een vergelijking wordengemaakt tussen de theoretischekarakteristieke druksterkte vanlijmwerk en metselwerk. Voor debepaling van de K-waarden wor-den de stenen ingedeeld in viergroepen, afhankelijk van hetvolumegehalte aan holten. Groep1 omvat de stenen waarbij hettotale volume holten kleiner isdan 25%, terwijl bij stenen vande groepen 2 tot en met 4 meerperforaties aanwezig zijn (tabel3.1 in Eurocode 6). Aangezienalleen volle cellenbetonblokkenworden geproduceerd, zijn bij devergelijking van de druksterktevan lijmwerk versus metselwerkin tabel 1 alleen stenen van groep1 in ogenschouw genomen. Uitdeze tabel blijkt dat volgens deEuropese voorschriften de op-Ontwerpen en dimensioneren van steenconstructies (8)Druksterkte vanlijmwerkwanden*prof.ir.-arch. D.R.W. Martens, Leerstoel Stapelbouw TU/e; Studiebureau Dirk Martens bvba, Zingem (B)Het verlijmen van blokken en elementen voor dragende wanden is niet nieuw.Kalkzandsteenelementen en cellenbetonblokken worden reeds sinds vele jarenmet succes verlijmd. Constructief lijmwerk met keramische blokken daarente-gen is een ontwikkeling van het laatste decennium terwijl lijmwerk metbetonblokken in Nederland nog in de kinderschoenen staat. Als belangrijkvoordeel van lijmwerk wordt dikwijls de hogere druksterkte genoemd, maar isdeze eigenschap wel geldig voor alle steentypen? Een vergelijking tussen detheoretische druksterkte van lijmwerk en metselwerk in cellenbeton, kalk-zandsteen, baksteen en betonsteen kan hierover enig uitsluitsel geven.* Dit is het laatste van een drietal artikelen over Verlijmde steenconstructies. De vorige delen verschenen in Cement2001 nr. 8 en Cement 2002 nr. 2.1 | Verlijmen van cellen-beton met de lijmkamO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiescement 2002 584neembare drukkrachten bij lijm-werk groter zijn dan bij metsel-werk van cellenbeton. Tevenskan worden vastgesteld dat dekarakteristieke druksterkte vancellenbetonlijmwerk volgensEurocode 6 iets lager is dan derepresentatieve sterkte overeen-komstig de Nederlandse norm.De karakteristieke waarde van dedruksterkte is evenwel niet hetenige getal dat de uiteindelijkerekenwaarde van de draagkrachtvan de wand bepaalt. Een eerlijkevergelijking tussen de theoreti-sche draagkracht conform Euro-code 6 en NEN 6790 dient ookrekening te houden met degebruikte belastings- en materi-aalfactoren die corresponderenmet beide normen.V e r l i j m e n v a nk a l k z a n d s t e e nHet verlijmen van kalkzand-steenblokken en -elementen iseen techniek die in Nederlandalgemene bekendheid genietomwille van de gunstige mecha-nische eigenschappen. Dankzijde grote draagkracht van kalk-zandsteenlijmwerk kunnen indit materiaal middelhoge gebou-wen probleemloos worden uitge-voerd. De populariteit van dezebouwtechniek heeft ook te ma-ken met de verregaande me-chanisering van de verwerkingvan kalkzandsteenelementen.Door de ontwikkeling van ge-schikte hijsmiddelen (foto 2) enhulpmiddelen voor het verlijmen(foto 3), heeft kalkzandsteen alsconstructief materiaal een be-langrijk marktaandeel weten teveroveren. En de tijd staat nietstil: het bouwen van dragendewanden in geprefabriceerd kalk-zandsteenlijmwerk is in volleontwikkeling. Hierdoor kan hettoepassingsgebied van kalkzand-steen nog verder worden uitge-breid.De berekening van de draag-kracht van lijmwerkwanden inkalkzandsteen is in NEN 6790goed geregeld. Op basis van degemiddelde druksterkte van dekalkzandsteenblokken en -ele-menten kan via tabel 1 van dezenorm de druksterkte van hetlijmwerk worden bepaald. Vooreen gemiddelde steendruksterk-te van 15 en 25 N/mm2 bedraagtde representatieve druksterktevan het lijmwerk respectievelijk6,0 en 8,5 N/mm2. VolgensEurocode 6 dient de berekeningvan de karakteristieke druksterk-te van kalkzandsteenlijmwerk opeenzelfde manier te gebeuren alsbij cellenbeton (tabel 2). Bij vollekalkzandsteenelementen blijktde theoretische druksterkte vankalkzandsteenlijmwerk tot 30%hoger te zijn dan van metsel-werk. Een vergelijking tussen dewaarden uit NEN 6790 en Euro-code 6 toont tevens aan dat dekarakteristieke druksterkte vol-gens Eurocode 6 tot 30% hogerkan zijn dan de representatievedruksterkte volgens NEN 6790.De introductie van Eurocode 6zal voor de kalkzandsteenindus-trie duidelijk geen windeierenleggen.V e r l i j m e n v a n b a k s t e e nSinds enkele jaren is ook bij debaksteenindustrie interesse ont-staan om dragende wanden uit tevoeren in lijmwerk, voorname-lijk in Duitsland en Belgi?. Hetlijmwerk wordt meestal gereali-seerd met sterk geperforeerdeblokken (snelbouwblokken), diehet lichte gewicht en de isoleren-de eigenschappen als voordeelhebben.De voornaamste reden voor hetintroduceren van het lijmen vangeperforeerde keramische blok-ken is het verhogen van het ren-dement bij de uitvoering. Hier-toe werd de geometrie van deklassieke blokken aangepast. Hetverlijmen vereist immers kleinetoleranties, die bij een gebakkenproduct moeilijk realiseerbaarzijn. Om de maatvastheid te kun-nen garanderen worden de leg-vlakken van de stenen vlak enparallel geslepen. Een tweedeTabel 1|Karakteristieke druksterkte van lijmwerk versus metselwerk van cellenbetonsteen volgens Eurocode 6 (in N/mm2)groep gemiddelde gemiddelde K karakter. K karakter. verhoudingsteendruksterkte morteldruksterkte metselwerk druksterkte lijmwerk druksterkte lijmwerk/metselwerk lijmwerk metselwerk1 4,5 5 0,55 2,55 0,80 2,87 1,124,5 10 0,55 3,14 0,80 2,87 0,916,8 5 0,55 3,41 0,80 4,08 1,206,8 10 0,55 4,20 0,80 4,08 0,972 | Hijsmiddelen voor hetverlijmen van kalkzand-steenelementen(foto links)3 | Lijmbak voor het verlij-men van kalkzandsteen-elementen(foto rechts)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiecement 2002 5 85aanpassing heeft betrekking opde vorm van de kopse kanten vande blokken. Aangezien het verlij-men van de stootvoegen moeilijken tijdrovend is, zijn de kopsekanten van de blokken met eenvertanding uitgevoerd, waardoorhet verlijmen van de stootvoegenoverbodig wordt. De luchtdicht-heid van het binnenspouwbladmoet dan volledig door het pleis-terwerk worden verzekerd. Dit ismogelijk dankzij de vormstabili-teit van de keramische stenen.Voor de uitvoering van het lijm-werk zijn door de diverse fabri-kanten verschillende lijmtech-nieken ontwikkeld. In Duitslandgebeurt het verlijmen meestaldoor het dompelen van de blok-ken in een lijmmortelbad (foto4), terwijl in Belgi? de lijmrolwerd ge?ntroduceerd (foto 5). Dedompeltechniek is alleen toe-pasbaar bij vuil werk, terwijl metde lijmbaktechniek eveneensschoon lijmwerk kan wordengerealiseerd.Kenmerkend voor beide technie-ken is de zeer dunne lijmvoegdie maximaal 2 mm bedraagt.Dit heeft tot gevolg dat het lijm-mortelverbruik heel laag is endat het bouwafval veel beperkteris dan bij traditioneel metsel-werk. Sinds enkele jaren is debaksteenindustrie ook volopbezig met het ontwikkelen vantechnieken voor het vervaardigenvan geprefabriceerde verlijmdewanden. In dit geval kan hetbouwafval nog verder wordenverminderd.Voor de berekening van verlijm-de geperforeerde baksteenblok-ken zijn in de Nederlandse normgeen voorschriften opgenomen.De theoretische bepaling van dedruksterkte kan wel geschiedenvolgens Eurocode 6 door toepas-sing van formules (1) en (2) metgebruik van de specifieke K-waarden als functie van de perfo-ratiegraad van de blokken. In eeneerdere versie van Eurocode 6waren de K-waarden heel ongun-stig voor baksteenlijmwerk metsterk geperforeerde blokken [3],maar in de laatste versie zijndeze aangepast tot meer realisti-sche waarden. In tabel 3 is eenvergelijking gemaakt tussen dekarakteristieke druksterkte vanlijmwerk en metselwerk van bak-steen. Lijmwerk met volle bak-stenen blijkt sterker te zijn danmetselwerk, terwijl de omgekeer-de conclusie van toepassing is oplijmwerk met geperforeerde ste-nen of blokken. De fabrikantenvan geperforeerde baksteenblok-ken zijn evenwel van mening datde druksterkte van lijmwerk metstenen van de groepen 2 en 3 ooksterker is dan van metselwerk.Bijkomend experimenteel onder-zoek zal moeten uitwijzen wiehet bij het rechte eind heeft.V e r l i j m e n v a n b e t o n s t e e nHet verlijmen van betonsteenvoor dragende wanden wordtmomenteel in Nederland nognauwelijks toegepast. Volgens deNederlandse norm bedraagt derepresentatieve druksterkte vanbetonsteenlijmwerk met gemid-delde steendruksterkte van 15 en25 N/mm2, respectievelijk 5,5 en8,5 N/mm2. De berekening vande karakteristieke druksterkte vol-gens Eurocode 6 kan plaatsheb-ben met dezelfde formules, welis-waar met aangepaste K-waardenzoals aangegeven in tabel 4. Eenblik op deze tabel leert dat volgensEurocode 6 lijmwerk van beton-blokken in alle gevallen sterker isdan metselwerk, in het bijzondervoor blokken die behoren totgroep 2. Bovendien is de theore-Tabel 2|Karakteristieke druksterkte van lijmwerk versus metselwerk van kalkzandsteen volgens Eurocode 6 (in N/mm2)groep gemiddelde gemiddelde K karakter. K karakter. verhoudingsteendruksterkte morteldruksterkte metselwerk druksterkte lijmwerk druksterkte lijmwerk/metselwerk lijmwerk metselwerk1 15 10 0,50 6,64 0,80 7,99 1,2015 12,5 0,50 7,10 0,80 7,99 1,1325 10 0,50 9,50 0,80 12,34 1,3025 12,5 0,50 10,15 0,80 12,34 1,222 15 10 0,45 5,98 0,55 5,50 0,9215 12,5 0,45 6,39 0,55 5,50 0,8625 10 0,45 8,55 0,55 8,48 0,9925 12,5 0,45 9,14 0,55 8,48 0,934 | Verlijmen met dompel-techniek5 | Verlijmen met lijmrol-techniekO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiecement 2002 586tische druksterkte volgens Euro-code 6 aanmerkelijk hoger danberekend volgens NEN 6790. Ofdit al dan niet met de realiteitovereenstemt dient nog verder teworden onderzocht.V l o e r - w a n d i n t e r a c t i ev o l g e n s E u r o c o d e 6Als de druksterkte van het lijm-werkmateriaal bekend is, dientvoor de berekening van de draag-kracht van een lijmwerkwand deinvloed van de excentriciteit van debelasting te worden bepaald.Hiervoor kan gebruik wordengemaakt van een raamwerkbere-kening of kan men zijn toevluchtnemen tot de vereenvoudigdemethode die in bijlage C vanEurocode 6 is opgenomen. Aan-gezien de stijfheid van lijmwerk-wanden meestal vrij groot is invergelijking met de stijfheid vande vloeren, zal de aldus berekendeexcentriciteit over het algemeengroter zijn dan 0,4 maal de diktevan de wand. Dit impliceert dat deeerste-orde excentriciteit mag wor-den berekend uitgaande van hetrechthoekig spanningsdiagramdat in figuur 6 is weergegeven.Omwille van de beperking van degrootte van de gedrukte zone tot0,2 t is de rekenwaarde van demaximaal opneembare normaal-kracht in dit geval gelijk aan:Nd,max= 0,2 t fd(3)waarin:Nd,maxis de rekenwaarde van demaximaal opneembare nor-maalkracht van de wandper lengte;Tabel 3|Karakteristieke druksterkte van lijmwerk versus metselwerk van baksteen volgens Eurocode 6 (in N/mm2)groep gemiddelde gemiddelde K karakter. K karakter. verhoudingsteendruksterkte morteldruksterkte metselwerk druksterkte lijmwerk druksterkte lijmwerk/metselwerk lijmwerk metselwerk1 10 10 0,50 5,00 0,75 5,31 1,0610 12,5 0,50 5,35 0,75 5,31 0,9915 10 0,50 6,64 0,75 7,49 1,1315 12,5 0,50 7,10 0,75 7,49 1,062 10 10 0,45 4,50 0,55 3,89 0,8710 12,5 0,45 4,81 0,55 3,89 0,8115 10 0,45 5,98 0,55 5,50 0,9215 12,5 0,45 6,39 0,55 5,50 0,863 10 10 0,40 4,00 0,45 3,19 0,8010 12,5 0,40 4,28 0,45 3,19 0,7415 10 0,40 5,31 0,45 4,50 0,8515 12,5 0,40 5,68 0,45 4,50 0,794 10 10 0,35 3,50 0,35 2,48 0,7110 12,5 0,35 3,74 0,35 2,48 0,6615 10 0,35 4,65 0,35 3,50 0,7515 12,5 0,35 4,97 0,35 3,50 0,70Tabel 4|Karakteristieke druksterkte van lijmwerk versus metselwerk van betonsteen volgens Eurocode 6 (in N/mm2)groep gemiddelde gemiddelde K karakter. K karakter. verhoudingsteendruksterkte morteldruksterkte metselwerk druksterkte lijmwerk druksterkte lijmwerk/metselwerk lijmwerk metselwerk1 15 10 0,55 7,31 0,80 7,99 1,0915 12,5 0,55 7,81 0,80 7,99 1,0225 10 0,55 10,45 0,80 12,34 1,1825 12,5 0,55 11,17 0,80 12,34 1,102 15 10 0,45 5,98 0,80 7,99 1,3415 12,5 0,45 6,39 0,80 7,99 1,2525 10 0,45 8,55 0,80 12,34 1,4425 12,5 0,45 9,14 0,80 12,34 1,353 15 10 0,40 5,31 0,60 6,00 1,1315 12,5 0,40 5,68 0,60 6,00 1,0625 10 0,40 7,60 0,60 9,26 1,2225 12,5 0,40 8,12 0,60 9,26 1,14O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2002 5 87fdis de rekenwaarde van dedruksterkte van het lijm-werk;t is de dikte van de wand.Voor zover de rekenwaarde vande drukbelasting kleiner is danNd,maxis de sterkte van de wandter hoogte van de oplegging vande vloerplaat verzekerd.Dit rekenmodel is gebaseerd opervaringen met traditioneel met-selwerk. Over de krachtsverde-ling ter plaatse van de vloer-wandaansluiting bij lijmwerkmet sterk geperforeerde stenenis momenteel weinig informatiebeschikbaar. Teneinde de geldig-heid van het vereenvoudigderekenmodel volgens Eurocode 6te controleren, zullen in de twee-de helft van 2002 op de TUEindhoven proeven worden uit-gevoerd op grote wanden waaropkanaalplaten worden opgelegd.Door middel van mechanischeen optische metingen zullen devervormingen van de wanden ende vloerplaat in detail wordenbestudeerd, in het bijzonder bijgrote excentriciteiten.T w e e d e - o r d e - e f f e c tDe rekenwaarde van de draag-kracht van een lijmwerkwandNRdwordt niet alleen be?nvloeddoor de druksterkte en de excen-triciteit van de belasting, maarevenzeer door de slankheid vande wand. Deze invloed dient vol-gens bijlage E van Eurocode 6 alsvolgt in rekening te wordengebracht:NRd= Fmt fd(4)Fm= A e ?u?/2(5)A = 1 ? 2 emk/t (6)(7)waarin:NRdis de rekenwaarde van deopneembare normaalkrachtper lengte;Fmis de reductiefactor voor hettweede-orde-effect;t is de dikte van de wand;fdis de rekenwaarde van dedruksterkte van het lijm-werk;emkis de excentriciteit in hetmidden van de wand;hefis de effectieve hoogte vande wand (kniklengte).Deze formules zijn initieel opge-steld voor traditioneel metsel-werk en werden zonder afdoendeverificatie ge?xtrapoleerd voorlijmwerk. Aangezien de hechtingen stijfheid van lijmwerk veelhoger zijn dan van metselwerk,is te verwachten dat de invloedvan de slankheid op de draag-kracht bij lijmwerkwanden klei-ner zal zijn. Het toepassen vande formules uit Eurocode 6 magbijgevolg als een veilige benade-ring worden beschouwd.C o n c l u s i e sLijmwerk voor dragende binnen-wanden biedt een aantal belang-rijke voordelen ten opzichte vanmetselwerk. Uit de voorschriftenin Eurocode 6 blijkt dat de draag-kracht van lijmwerk meestal gro-ter is dan van metselwerk, metuitzondering van lijmwerk metgeperforeerde blokken. Voor deberekening van kalkzandsteen-en cellenbetonlijmwerk bestaaner voldoende onderbouwderekenregels. Dit geldt evenwelniet voor lijmwerk met anderematerialen zoals betonsteen enbaksteen. De rekenmethoden dievoor deze materialen wordenvoorgesteld dienen dan ook metde nodige omzichtigheid te wor-den toegepast. Om deze onzeker-heid om te buigen in vertrouwenwordt bij de TU Eindhoven insamenwerking met de baksteen-industrie een onderzoeksprojectopgestart waarbij zowel de druk-sterkte als de vloer-wandaanslui-ting van lijmwerkwanden metgeperforeerde baksteen zullenworden onderzocht. L i t e r a t u u r1. NEN 6790, TGB 1990,Steenconstructies, Basiseisenen bepalingsmethoden.2. prEN 1996-1-1: Draft Stage34, Eurocode 6: Design ofMasonry Structures ? Part 1-1: Common rules for rein-forced and unreinforcedmasonry structures.3. Martens, D.R.W.,Mechanische eigenschappenvan baksteen- en betonsteen-lijmwerk. Studiedag KVIV, 6juni 2002.4. Martens, D.R.W., A.Th.Vermeltfoort, G. Bertram,Collegedictaat Ontwerpen endimensioneren van steencon-structies. TU Eindhoven,augustus 2000.draagvlak 0,2 t 0,4 ttNdfdheft? 2u =23 ? 37emkt6 | Vereenvoudigde bereke-ning van de eerste-ordeexcentriciteit e volgensEurocode 6 als e > 0,4 t