6 september2020 7 papers RILEM-congres Digital Concrete 2020 Interview Theo Salet en Freek Bos THEMA Digital Concrete 2020 GROUP Cement is een kennisplatform van én voor constructeurs. Het platform legt kennis vast over construeren met beton en verspreidt deze onder vakge- noten. Om deze kennisdeling te onders- teunen en het belang ervan te onderstre- pen, kan een bedrijf partner worden. Een partner geniet een aantal aantrekkelijke voordelen, zoals zichtbaarheid, flinke korting op lidmaatschappen, gratis plaatsing van vacatures en de mogeli- jkheid mee te praten over de inhoud van het platform. Heb je ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Marjolein Heijmans, m.heijmans@ aeneas.nl. Onze partners CEMENTONLINE Meer informatie over deze bedrijven en over het partner schap staat op www.cementonline.nl/partners. Cement wordt mede mogelijk gemaakt door:  partners CEMENT 6 2020 ?1 2? CEMENT 6 2020 6 42 COLOFON Cement, vakblad over betonconstructies, is hét vakblad van en voor constructeurs en verschijnt 8 keer per jaar. Het vakblad is een onderdeel van het kennisplatform Cement, een uitgave van Aeneas Media bv in opdracht van het Cement&BetonCentrum. Uitgave Aeneas Media bv, Veemarktkade 8, Ruimte 4121, 5222 AE 's-Hertogenbosch T 073 205 10 10, www.aeneas.nl Redactie dr.ir. Dick Hordijk (hoofdredacteur), ir. Paul Lagendijk, ir. Marloes van Loenhout, ir. Jacques Linssen, ir. René Sterken, ir. Cindy Vissering, ing. Henk Wapperom, dr.ir. Rob Wolfs Redactieraad ir. Edwin Vermeulen (voorzitter), ing. Dick Bezemer, prof.dr.ir. Jos Brouwers, ir. Maikel Jagroep, ir. Stijn Joosten, ir. Ad van Leest, dr.ir. Mantijn van Leeuwen, ing. Michael van Nielen PMSE, ir. Paul Oomen, ir. Dirk Peters, ir. Ton Pielken rood, ir. Kees Quartel, ir. Hans Ramler, ir. Luc Rens, ir. Paul Rijpstra, prof.dr.ir. Theo Salet, ir. Dick Schaafsma, ing. Roel Schop,  dr.ir. Raphaël Steenbergen, prof.dr.ir. Kim van Tittelboom, dr.ir. Rutger Vrijdagh, ing. Henk ter Welle, ing. Jan van der Windt Uitgever / vakredacteur ir. Jacques Linssen j.linssen@aeneas.nl, T 073 205 10 22 Planning en coördinatie Hanneke Schaap h.schaap@aeneas.nl, T 073 205 10 19 Eindredactie Hanneke Schaap Ontwerp Twin Media bv, Miranda van Agthoven Vormgeving Twin Media bv, Joyce Dekker Media-advies Leo Nijs, l.nijs@aeneas.nl, T 073  205 10 23 Klantenservice abonnementen@aeneas.nl, T 073 205 10 10 Website www.cementonline.nl Overname artikelen Overname van artikelen en illustraties is alleen toegestaan na schriftelijke toestemming. Lidmaatschappen 2020  Kijk voor meer informatie over onze lidmaatschappen op www.cementonline.nl/lidworden of neem contact op via abonnementen@aeneas.nl of 073 205 10 10. Voorwaarden Je vindt onze algemene voor- waarden op www.cementonline.nl/algemene- publicatievoorwaarden Hoewel de grootst mogelijke zorg wordt besteed aan de inhoud van het blad, zijn redactie en uitgever van Cement niet aansprakelijk voor de gevolgen, van welke aard ook, van handelingen en/of beslissingen gebaseerd op de informatie in deze uitgave. Niet altijd kunnen rechthebbenden van gebruikt beeldmateriaal worden achterhaald. Belang- hebbenden kunnen contact opnemen met de uitgever. ISSN 0008-8811 42 Topologische optimalisatie geprinte brug Onderzoek naar de materiaal­ eigenschappen en de optimale vorm van een voetgangers­ brug. 52 Auxetisch cementgebonden composiet Auxetisch gedrag van cement­ gebonden cellulaire compo­ sieten onder éénassige druk en cyclische belasting. 64 Chloride-indringing 3D-geprint beton Wat is de invloed van de laag ­ opbouw op chloride­ indringing en daarmee op de levensduur? 70 Oriëntatie staalvezels in 3D-geprint beton Onderzoek naar de invloed van het printproces op de vezel ­ oriëntatie en het effect op de mechanische eigenschappen. Artikelen 6 Een digitaal congres over digitaal beton De redactie van Cement in ge­ sprek met Freek Bos en Theo Salet over het RILEM ­congres Digital Concrete 2020. 12 Wapeningsstaal in 3D-geprint beton Onderzoek naar de aanhech ­ ting tussen kabels en mortel in 3D­geprint beton. 22 Optimalisatie constructieve en thermische prestaties Onderzoek naar een parametrische ontwerp­ methodiek voor een 3D­geprinte constructie. 32 IJzerrijk slak als hoofd- component in printbeton Wat is het effect van toepas­ sing van ijzerrijk slak op de eigenschappen van beton­ specie en verhard beton? Foto voorpagina:?3D-betonprinter, bron: www.3dprintedhouse.nl Inhoud Vakblad over betonconstructies CEMENT 6 2020 ?3 58 Een regelmatig terugkeren- de discussie bij Cement is de vraag of de geprinte versie nog wel van deze tijd is. Er zijn voorstanders van 'online only' (onlyne ), maar tot mijn grote genoegen vinden constructeurs (ook de jongere) nog steeds een geprinte versie op de mat fijn. Door de coronamaatregelen was de laatste tijd bijna de gehele maatschappij online only. Het geeft de toch al oprukkende digitale wereld nog eens een extra impuls. In ons vakgebied is digitalise- ring al geruimere tijd gaande. Maar de ontwikkelingen rond 3D-geprint beton geven daar- aan een extra dimensie. Reden gevoeg voor een RILEM-con- gres Digital Concrete 2020, dat in juli heeft plaatsgevonden en was georganiseerd door de TU Eindhoven. Het is absoluut bewonderenswaardig hoe het ze in no-time is gelukt, van- wege corona, het congres zelf ook te digitaliseren tot een zeer geslaagd online event. 'Onlyne' of print? Met genoegen presenteren we jullie, met een aantal artikelen gebaseerd op gepresenteerde papers, een inkijkje in het con- gres en de laatste ontwikkelin- gen op het gebied van 3D- geprint beton. Vaak wordt de duurzaamheid van deze tech- niek benadrukt, omdat materi- aal geprint kan worden alleen daar waar dat nodig is. Het op- timaliseren van het topologische ontwerp speelt daarin een rol. Zie bijvoorbeeld het onderzoek naar de optimalisatie van een Japanse voetgangersbrug. Maar anderzijds bevat het beton relatief veel cement, hetgeen een focus geeft op alternatieve bindmiddelen. Veel onderzoek is gericht op de optimalisatie van de betoneigenschappen in de belangrijke verwerkingsfase, het printen, maar ook de eigen- schappen in de verharde fase en de thermische eigenschap- pen krijgen aandacht. Wapenen bij 3D-geprint beton is nog een grote uitdaging. Zijn we op weg naar print only betonconstructies? Ik denk het niet. Maar het is absoluut zinvol de nieuwe mogelijkheden die het biedt te benutten en printen van betonconstructies zal zeker in belang toenemen. En wordt het vergaderen en samenwer- ken 'onlyne'? Ik kan het me niet indenken en hoop het niet! Dick Hordijk Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl En verder 21 3D-rekenuitdaging aan de Belgische kust Gesponsord bericht van Buildsoft over de woon ­ toren in project O'Sea in Oostende. 30 Innovatie en een voorspelbaar resultaat, gaat dat wel samen? Column Sander den Blanken. 40 De jonge constructeur Vincent Muris geeft zijn visie op het werken bij de overheid en vertelt over zijn rol bij het Advies­ college Veiligheid Groningen. 58 Meanderende muze The Muse in Rotterdam, een luxe woontoren met een opvallende knik in het ontwerp. 4? CEMENT 6 2020 auteurs Zeeshan Ahmed TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde p. 12 - 20 Akihito Hata Taisei Corporation Advanced Center of Technology, Yokohama (Jap) p. 42 - 51 Glenn Beersaerts KU Leuven p. 32 - 39 Philip Van den Heede Universiteit Gent, Laboratorium Magnel-Vandepitte p. 64 - 69 Wouter De Corte Universiteit Gent, Vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen p. 22 - 29 Veerle Boel Universiteit Gent, Vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen p. 22 - 29 Kamal Khayat Department of Civil, Architectural and Environmental Engineering Missouri University of Science and Technology (VS) p. 70 - 76 Koji Kinomura Taisei Corporation Advanced Center of Technology, Yokohama (Jap) p. 42 - 51 Sandra Lucas TU Eindhoven p. 32 - 39 Jacques Linssen Aeneas Media / redactie Cement p. 6 - 11 Arun Arunothayan Center for Smart Infrastructure and Digital Construction Swinburne University of Technology (AUS) p. 70 - 76 Shin Hau Bong Center for Smart Infrastructure and Digital Construction Swinburne University of Technology (AUS) p. 70 - 76 Sander den Blanken BAM Infra Nederland p. 30 - 31 Anne Hoekstra Bekaert p. 12 - 20 Steven Dezaire TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde p. 12 - 20 Freek Bos TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde p. 6 - 20 Foka Kempenaar Redactie Ridderkerk p. 58 - 63 Paul Lagendijk Aronsohn Constructies raadgevende ingenieurs b.v. / redactie Cement p. 42 - 51, 70 - 76 Marloes van Loenhout Ingenieursbureau Gemeente Amsterdam / redactie Cement p. 12 - 20 Satoshi Murata Taisei Corporation Advanced Center of Technology, Yokohama (Jap) p. 42 - 51 Aan dit nummer van Cement werkten mee: CEMENT 6 2020 ?5 auteurs Vincent Muris Adviescollege Veiligheid Groningen p. 40 - 41 Branko ?avija TU Delft, fac. CiTG p. 52 - 57 Hirotoshi Obi Taisei Corporation Advanced Center of Technology, Yokohama (Jap) p. 42 - 51 Geert De Schutter Universiteit Gent, Laboratorium Magnel-Vandepitte p. 64 - 69 Theo Salet TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde p. 6 - 20 Jolien Van Der Putten Universiteit Gent, Laboratorium Magnel-Vandepitte p. 64 - 69 Kim Van Tittelboom Universiteit Gent, Laboratorium Magnel- Vandepitte p. 64 - 69 Melissa De Volder Universiteit Gent, Laboratorium Magnel-Vandepitte p. 64 - 69 Yujin Yamamoto Taisei Corporation Advanced Center of Technology, Yokohama (Jap) p. 42 - 51 Behzad Nematollahi Center for Smart Infrastructure and Digital Construction Swinburne University of Technology (AUS) p. 70 - 76 Erik Schlangen TU Delft, fac. CiTG p. 52 - 57 Yiannis Pontikes KU Leuven p. 32 - 39 Marijke Steeman Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw p. 22 - 29 Jay Sanjayan Center for Smart Infrastructure and Digital Construction Swinburne University of Technology (AUS) p. 70 - 76 Ravi Ranade Department of Civil, Structural and Environmental Engineering (CSEE) University at Buffalo (VS) p. 70 - 76 Gieljan Vantyghem Universiteit Gent, Vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen p. 22 - 29 Yading Xu TU Delft, fac. CiTG p. 52 - 57 Een digitaal congres over digitaal beton De redactie van Cement in gesprek met Freek Bos en Theo Salet over de RILEM-congres Digital Concrete 2020 1 3D-betonprinten van de fietsbrug in Gemert, op de TU Eindhoven 1 6? CEMENT 6 2020 3D-betonprinten is een techno- logie die zich, zeker voor een tra- ditionele sector als de bouw, in een razend tempo ontwikkeld. We weten steeds meer en er kan steeds meer. Zo zijn er de in de loop van de afgelo­ pen decennia veel verschillende printtech ­ nieken ontwikkeld. Ook technieken die afwijken van het eerste principe, waarbij constructies met behulp van extrusie laag voor laag worden opgebouwd. Printtechnie­ ken die nu worden toegepast zijn contour crafting, smart dynamic casting, particle-bed technology (o.a. D­Shape), shotcrete 3D prin - ting [1, 2]. Ze vallen allemaal onder een noe­ mer die in de wetenschappelijke wereld wordt aangeduid als digital fabrication of cement- based materials (DFC). Bij de ontwikkeling van de betonprinttechniek wordt aandacht besteed aan het hele maakproces, van (parametrisch) ontwerp, via mengsamen ­ stelling en materiaaleigenschappen tot constructieve eigenschappen, wapening en robotica (fig. 3). Betonprinten kan op een grote belang ­ stelling rekenen. Hoewel de uitvinding al dateert uit de jaren 90, toen Behrokh Khoshnevis zijn contour crafting introdu ­ ceerde, heeft de aandacht vooral de afgelo­ pen jaren een enorme impuls gekregen. Niet alleen vanuit de wetenschappelijke wereld. Ook de industrie is enthousiast. Velen zijn ervan overtuigd dat 3D­ printen de enige manier is om de bouw eindelijk wakker te schudden. Om de techniek echt volwassen te ma ­ ken is kennisdeling essentieel. Dat is de reden dat RILEM het initiatief heeft genomen voor het organiseren van congressen over digi ­ taal beton. De eerste, Digital Concrete 2018, vond plaats bij het ETH Zurich. De tweede, Digital Concrete 2020, vond afgelopen juli plaats en werd gehost door de TU Eindhoven. Even leek de corona ­crisis roet in het eten te gooien, maar juist omdat snelle kennis­ deling essentieel is in een vakgebied dat zich zo snel ontwikkelt, was uitstel geen optie. Het alternatief, een volledig online congres, had verassend genoeg een aantal grote voordelen. De redactie van Cement sprak met Freek Bos, voorzitter van het Organizing Committee en Theo Salet, hoofd van de on ­derzoeksgroep van de TU Eindhoven die zich richt op 3D­betonrpinten. Techniek als middel De bouw staat gesteld voor enkele grote uitdagingen. De twee belangrijkste zijn duurzaamheid, met alles wat daarmee samenhangt (CO 2­emissie en circulariteit), en productiviteit. Salet: "De bouw is de enige sector waarin de productiviteit al 30 á 40 jaar op hetzelfde niveau is gebleven. Als dat niet verandert, kunnen we bij lange na niet voldoen aan de vraag. Productiviteitsstijging is alleen mogelijk met digitalisering, zo is het in andere industrieën ook gegaan. Door de juiste printtechniek in te zetten kan de bouwsnelheid en daarmee de productiviteit enorm omhoog. En doordat je alleen daar materiaal hoeft aan te brengen waar je het nodig hebt, kan de techniek bovendien bijdragen aan duurzaamheid." Om 3D­ printen een rol van betekenis te laten spelen bij deze uitdagingen, is het belangrijk de ontwikkeling niet te veel van ­ uit de techniek te benaderen. Salet: "In het begin was de techniek leidend. We zijn gaan uitzoeken of en hoe we konden printen. Maar inmiddels hebben we bewezen dat het kan. De techniek is nu slechts het middel. De volgende stap is te laten zien hoe we die techniek kunnen inzetten bij grote maat­ schappelijke vraagstukken en vooral naar het applicatiegebied te kijken. We hebben al ervaring opgedaan met kleine fiets­ en voet­ gangersbruggen (o.a. brug in Gemert, red.) (foto 1, 2 en 4) en we zijn op dit moment woningen in Eindhoven aan het printen (project Milestone, red. (fig. 6)). De volgende stap is de realisatie van verkeersbruggen. Vervolgens moeten we ook met economisch interessante oplossingen voor de woning ­ bouw komen. Die liggen misschien wat ver­ der weg ? woningen zijn een stuk complexer dan bruggen ? maar daar moeten we wel aan werken." Het is volgens Salet wel belangrijk het hele proces in ogenschouw te nemen. "Je moet niet proberen een tekening na te prin ­ ten. Dat wordt een ramp. Je moet ontwerp, materiaal en printtechniek op elkaar af ­ stemmen, liefst op een parametrische manier. Dat is echt de makke van de DR.IR. FREEK BOS Assistant Professor TU Eindhoven, Department of the Built Environment Voorzitter Organizing Committee RILEM-congres Digital Concrete 2020 PROF.DR.IR. THEO SALET Decaan Faculteit Bouwkunde & Hoogleraar Structural design of concrete structure TU Eindhoven, Department of the Built Environment door?ir. Jacques Linssen, Aeneas Media / redactie Cement SELECTIE VAN PAPERS IN CEMENT In dit themanummer van Cement staat van zeven papers een vertaalde bewerking. Het grootste deel hiervan komt van Nederlandstalige Universiteiten (Eindhoven, Delft, Gent en Leuven). CEMENT 6 2020 ?7 2 3D-geprinte fietsbrug in Gemert, foto: BAM Infraconsult 3 Materiaal, printen en ontwerp moeten integraal worden bekeken? 4 3D-geprint element voor fietsbrug in Nijmegen?5 Shotrete 3D printing, foto: Institute of Structural Design, TU Braunschweig 6 Impressie van project Milestone in Eindhoven, bron: Houben / Van Mierlo architecten; a.i: Backbone 2 3 4 5 6 8? CEMENT 6 2020 huidige industrie: eerst wordt een ontwerp gemaakt, dan wordt het geëngineerd en dan wordt er gekeken of het gemaakt kan worden. Dat is bijna schattig!" Rol universiteiten en congressen Bij de ontwikkeling van de techniek spelen universiteiten een belangrijke rol. Universi­ teiten vormen één van de poten in de zoge­ noemde quadrupel ­helix, een innovatiemo­ del dat uitgaat van samenwerking tussen universiteiten, de industrie, de overheid en de burger. De academische wereld draagt kennis aan, de industrie gaat ermee aan de slag, de overheid ziet erop toe dat het veilig gebeurt en de burger, daar doen we het uit­ eindelijk voor. Bos: "Er is heel veel kennis ontwikkeld, wereldwijd. En die kennisont­ wikkeling neemt al decennialang exponenti ­ eel toe. Het is nu zaak die kennis praktisch toepasbaar te maken en beschikbaar te stel ­ len voor de industrie. Daar ligt een grote opgave. We moeten gaan bewijzen dat de in ­ dustrie er ook daadwerkelijk wat mee kan." Dat het een weg is van vallen en op­ staan, daarvan is iedereen zich wel bewust. Ook op de TU/e. Salet: "We moeten niet bang zijn onze neus te stoten. We hebben wat stomme dingen gedaan sinds we vijf jaar terug zijn begonnen. Daar moet je van leren. En als je echt iets wil veranderen moet je kennis durven delen." Het is duidelijk dat congressen daarbij een grote rol spelen. Bos: "Als je alles voor jezelf houdt kun je in een paar jaar tijd mis­ schien één idee uitwerken. Bovendien is het risico van academische communicatie dat het eenrichtingsverkeer is. Terwijl feedback juist zo belangrijk is. Lang niet alles wat wordt onderzocht is even goed, iemand moet je daarop wijzen." Een probleem van congressen is ech ­ ter de frequentie. En juist hierin kunnen online activiteiten een rol spelen. Salet: "Kennisdeling via congressen is hartstikke noodzakelijk, maar ook tijdrovend. Als je de resultaten van jouw onderzoek in een paper verwerkt ben je gauw een half jaar tot een jaar verder voordat de kennis bij anderen belandt. Waarom laten we anderen niet ge­ woon meekijken? Zet een camera op een proef en deel de beelden." Dat er zo veel kennis ontwikkeld wordt komt niet in het minst door het grote aantal in ­ stanties dat zich met de techniek bezig ­ houdt. Je ziet daarbij wel een aantal koplo­ pers ontstaan en daar is TU Eindhoven er zeker ook een van. Die koplopers zijn zo hun eigen specialismen gaan ontwikkelen. Bos: "De universiteit in Braunschweig richt zich bijvoorbeeld op verschillende printtechnie­ ken, andere dan extrusie. ETH Zürich is heel sterk in chemie. Daar weten ze haast van seconde tot seconde wat er met de mor­ tel gebeurt." Eindhoven richtte zich aanvan ­ kelijk vooral op de constructieve kant. In ­ middels komt de universiteit daar iets van terug. De reden is dat steeds duidelijker wordt dat alles met elkaar samenhangt. Dat je materiaal niet los kun zien van robotica of constructie. Een onderwerp dat in de wetenschap­ pelijke wereld nog wat is onderbelicht is de robotica. Bos: "De bouw wordt vanuit de ro­ botica nog nauwelijks als interessante sector gezien. Die richten zich veel meer op vlieg ­ tuigbouw, chipsindustrie en chirurgie. Een partij als ABB beseft denk ik nog niet hoe groot de bouw is en hoe interessant de sec­ tor voor ze kan zijn. Maar dat gaat nog wel gebeuren. De kans op succes is veel groter als partijen van buiten de bouw zich ermee gaan bemoeien. Het is veelzeggend dat twee belangrijke pioniers in dit vakgebied, Khoshnevis voor filamentprinten en Dini voor poederbedprinten, van huis uit werk ­ tuigbouwkundigen zijn." RILEM-congres Al met al genoeg redenen voor RILEM om het congres uit 2018 een vervolg te geven. En de wetenschappelijke wereld dacht er net zo over. Met 111 papers was het congres bijna 4x zo groot als twee jaar terug. Een beter bewijs voor het enorme tempo waarin het vakgebied zicht ontwikkelt is er haast niet. En met 400 deelnemers was de belang ­ stelling groter dan gedacht. Dat had wellicht ook met de breedte van het programma te maken, dat besloeg het complete veld van digitaal beton, van extrusieprinten tot poe­ derbedprinten, van reologie tot robotica, van ontwerp tot constructie. Salet: "Het heeft onze ogen toch weer wat verder "De bouw is de enige sector waarin de productiviteit al 30 á 40 jaar op hetzelfde niveau is gebleven" BESTE PAPERS Tijdens het congres zijn enkele awards toegekend. Die voor de beste papers gingen uit naar (ex aequo): ?Application of 3D printed segments designed by topology optimi- zation analysis to a practical scale pres- tressed pedestrian bridge; Koji Kinomura, Satoshi Murata, Yujin Yamamoto, Hirotoshi Obi, Akihito Hata, Taisei Corporation, JAPAN. ?Gravity driven tests to assess mecha- nical properties of printable cement- based materials at fresh state; Yohan Jacquet, Vincent Picandet, Damien Rangeard, Arnaud Perrot, South Brittany University, FRANCE. ?Influence of processing parameters on the layer geometry in 3D concrete printing: experiments and modelling; Raphael Comminal, Wilson Ricardo Leal da Silva, Thomas Juul Ander- sen, Henrik Stang and Jon Spangen- berg, TU Denmark / DTI, DENMARK. CEMENT 6 2020 ?9 geopend. Natuurlijk weten wij dat er meer technieken zijn dan onze extrusiemethode. Maar je zag tijdens het congres dat er in die andere technieken ook meer onderzoek is gedaan. Dat is belangrijk om te weten. Straks gaan we nog denken dat extrusie­ printen de heilige graal is. Maar er is niet één oplossing de ideale. En ook voor het traditioneel storten van beton zal er een plek blijven. Het zou idioot zijn alles op één manier te doen." De organisatie heeft een uitgebalan ­ ceerd programma samengesteld. Zo waren er veel uiteenlopende keynote speakers. Uit het vakgebied zelf enkele topsprekers, maar ook enkele uit andere vakgebieden. Bos: "Wij hebben Maarten Steinbuch uitgeno­ digd, een absolute autoriteit als het gaat om robotica. Maar ook iemand als Virginia San Fratello, een kunstenares/architect die met een brede blik de meest fantastische projec­ ten heeft gerealiseerd." Naast de keynote speakers waren er 13 invited speakers, onderzoekers die ook een paper hebben geschreven voor een special issue van CCR (Cement and Conrete Research) over Digital Concrete. En dan dus 111 open inzendingen. Bos: "Juist die individuele papers zijn essen ­ tieel. Die vormen de ruggengraat van het congres." Onderwerp verbreed Wat opviel tijdens het congres was de ver­ breding van het onderwerp. Zoals gezegd was er veel aandacht voor verschillende en ook nieuwe printtechnieken zoals 3D­shot­ crete (foto 5). Maar ook aanverwante zaken worden meegenomen. Bos: "Je ziet dat nu ­ meriek modelleren steeds belangrijker wordt. En voorzichtig zie je de eerste resul ­ taten van levenscyclusanalyses." Volgens Salet ontstaat er veel meer het besef dat er controle op het proces moet zijn. "Dat wat je vandaag print moet van de­ zelfde kwaliteit zijn als wat je morgen print. Anders heeft proeven doen geen zin en kun je niet naar normering toe. Want dat is noodzakelijk. We kunnen niet elke keer een een ­op­eenproef doen." Om ervoor te zorgen dat 3D­ printen vaste voet aan de grond krijgt, is het nood ­ zaak dat het verder komt dan de academi ­sche wereld en dat de industrie het oppakt. En dat gebeurt ook al op grote schaal. Salet: "Kijk naar wat bedrijven als BAM, Weber Beamix, Bruil en Vertico al doen. Ook dat wilden we laten zien tijdens het congres. Dat was de reden om het onderdeel Science meets industry toe te voegen, waarin de industrie kon laten zien waar ze mee bezig zijn." Van fysiek naar online De voorbereidingen voor het congres waren in volle gang en toen was daar opeens coro­ na. Salet: "Geleidelijk ontstond het besef dat we een alternatief moesten bedenken. Af ­ slanken? Uitstellen? De papers waren al ingediend dus lang wachten was geen optie. Gezien de snelheid van de ontwikkelingen wilden we dat ook niet. Eigenlijk bleef er maar een optie over: een compleet congres, volledig online. We hadden alleen geen flauw benul hoe dat zou moeten." Bos: "Er waren heel veel vraagtekens. Wat zouden de deelnemers gaan doen? Hoe zouden de sponsors reageren? We hebben uiteindelijk besloten alles zelf te organise­ ren, ook om kosten te besparen. En we wis­ ten vooraf ook niet wat we precies wilden. Een fatsoenlijke opdracht aan een externe partij konden we dus helemaal niet formule­ ren. Gelukkig hadden we de mazzel dat we een aantal hele goede krachten in ons team hadden. Een zeer prettige bijkomstigheid van het zelf organiseren is dat we de kennis en de spullen nu in huis hebben. We kunnen nu als we willen in een handomdraai iets kleinschalig organiseren." Wat ontbreekt op een online congres is uiteraard het elkaar fysiek ontmoeten. Maar contactmomenten waren er genoeg. Bos: "Daarin zat voor ons de grootste uitda ­ ging. Hoe zorgen we ervoor dat mensen met elkaar in contact komen en hoe voorkomen we dat het een grote saaie Zoom ­meeting wordt? Hoe houden we mensen aan boord? Variatie was heel belangrijk. Een main stage met lezingen, een parallel programma, in ­ terviews, Science meets industry, break ­out rooms waar mensen elkaar konden ontmoe­ ten, een chat. Daar is allemaal veelvuldig gebruik van gemaakt. Bij haast elke sessie werden vragen gesteld. We hebben ook veel "Het risico van academische communicatie is dat het eenrichtings- verkeer is" TERUGKIJKEN Een groot deel van de leningen is terug te kijken op een speciaal YouTube-kanaal: www.youtube.com/channel/ UCBdyr8bya4GMyAjB2CJcf7Q. Daarop zijn de keynote lezin- gen en de invited speakers terug te zien. De special issue van Cement and Concrete Research is te lezen op: www.sciencedirect.com/ journal/cement-and-concrete- research/special-issue/ 10W6F4DB63B. 10? CEMENT 6 2020 aandacht besteed aan de kwaliteit van de parallelsessies. We hebben ervoor gekozen ze vooraf op te nemen, zodat je zeker bent van een bepaalde kwaliteit. En we hebben heel veel geoefend vooraf. We zaten natuur­ lijk wel met het tijdsverschil. Sommigen moesten al om 5 uur 's ochtends inschakelen en anderen waren tot wel 12 uur 's nachts online. Maar het grote voordeel was dat het voor de deelnemers veel minder tijd kostte. Het programma was telkens relatief kort, van 12:00 uur tot 16:30 uur. Het was dus veel makkelijker in de agenda in te passen dan een normaal congres. Dat hebben we van verschillende kanten terug gehoord. Sommigen vonden het zelfs beter dan normaal." Salet: "We hadden ook de tijdgeest mee. Het was voor iedereen nieuw. Mensen hadden onderzoek gedaan en waren soms nauwelijks nog op de universiteit geweest. Ze stonden te popelen om hun verhaal te vertellen." Toekomst Er is dus zeker een toekomst voor deze ma ­ nier van kennisuitwisseling. Salet: "Het lijkt me raar als we na covid ­19 de wereld rond blijven reizen. Maar er moet ook voldoende gelegenheid zijn elkaar in het echt te treffen. Zeker jonge onderzoekers moeten elkaar fysiek ontmoeten om vertrouwd te raken in de wereld. Voor die groep organiseren we normaal iets in het weekend voorafgaand aan het congres. Nu kon dat niet. Daarom organiseren we nog Digital Concrete revistied, zodra corona dat toelaat. Iets kleinschaligs, een workshop of iets degelijks." Bos: "Ik denk dat het meer toegaat naar hybride concepten, ook al kost dat voor de organisatie nog meer tijd!" Over het congres zijn de beiden bij­ zonder tevreden. Salet: "We zijn als weten ­ schappelijke wereld weer een stap verder gekomen. Als je ziet hoe deze grote en vooral heel jonge community met elkaar heeft gecommuniceerd, dan denk ik: hoera!". "De voorberei - dingen voor het congres waren in volle gang en toen was daar opeens corona" LITERATUUR 1?Salet, T.A.M., Wolfs, R.J.M., 3D-printen van betonconstructies. Cement 2015/7. 2?Bos, F.P., Wolfs, R.J.M., Salet, T.A.M., CCR Digital Concrete 2020 SI: Editorial. Cement and Concrete Research 135 (2020). 7 Freek Bos (l) en Theo Salet tijdens de opening van het congres 8 Virginia San Fratello tijdens haar keynote speach 7 8 CEMENT 6 2020 ?11 Om geprinte constructies van extra sterkte te voorzien wordt in de praktijk vaak gebruikge- maakt van volledige voorspan- ning [7] of een combinatie van geprint en gestort beton met tra - ditionele wapening [5] (foto 1). Als alternatief wordt er in het onderzoeks­ veld gekeken naar printbare strain harde­ ning cementitious composites (3DP ­SHCC) [12], voor of na geplaatste wapeningsele­ menten [13, 14] en het gelijktijdig plaatsen van een flexibel wapeningsnet [15]. In 2017 kwamen onderzoekers van de TU Eindhoven met een methode om tijdens het betonprinten een hogesterktestaal ­ draadkabel mee te nemen (foto 2). Een proof ­of­concept toonde aan dat de weer­ stand van een geprinte balk onder buiging op een zelfde manier berekend kan worden als een conventionele balk van gewapend beton [16]. Een daaropvolgende studie onder zocht de eigenschappen van de aan ­ hechting van de kabel en geprint beton [17]. Deze staalkabels zijn in de praktijk voor het eerst toegepast als aanvullende wapening in een smalle brug [7]. Er worden vergelijk ­ bare systemen met kabels ontwikkeld door andere partijen [18, 19]. Uit eerdere studies bleek dat de hechtsterkte tussen de gladde, gecoate kabel en de geprinte mortel beperkt is. Daarom is aan de TU Eindhoven een studie gestart waarin de aanhechting tussen de kabel en de mortel verder wordt onder­ zocht. Onderzoek Opzet onderzoek? Het onderzoek is onder­ verdeeld in drie delen: 1?Directe uittrekproeven op in situ gestorte proefstukken. De resultaten worden Wapeningsstaal in 3D-geprint beton Constructies van 3D-geprint beton (3DCP) [1-10] zijn niet meer weg te denken uit deze tijd. Een veel voorkomend probleem bij deze constructies is het gebrek aan een goede wapeningsmethode [11]. Op de TU Eindhoven is een methode ontwikkeld waarbij een wapeningskabel tijdens het printproces kan worden meegenomen. Bepalend voor de effectiviteit is de aanhechting tussen deze kabels en de mortel. Onderzoek naar de aanhechting tussen kabels en mortel BRON Dit artikel is een vertaalde bewerking van de paper Bond of Reinforcement Cable in 3D Printed Concrete van Freek Bos (TU/e), Steven Dezaire (TU/e), Zeeshan Ahmed (TU/e), Anne Hoekstra (Bekaert) en Theo Salet (TU/e). De paper is geschreven voor de RILEM- conferentie Digital Concrete 2020. Deze conferentie is georganiseerd door de TU Eindhoven en vond digitaal plaats van 6 tot 9 juli 2020. De bewerking is gedaan door ir. Marloes van Loenhout (Ingenieursbureau Gemeente Amster- dam / redactie Cement). 12? CEMENT 6 2020 1  3D-geprinte betonnen fietsbrug in Gemert, onderdeel van het project Rondweg Gemert Noord-Om, foto: Johan van de Laar?2 Kabelwapeningsapparaat, ontwikkeld door TU Eindhoven De proeven op geprinte proefstukken zijn deels uitgevoerd als directe uittrekproeven en deels als uittrekproeven op basis van driepunts- buigproeven FREEK BOS TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde STEVEN DEZAIRE TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde ANNE HOEKSTRA Bekaert THEO SALETTU Eindhoven, faculteit Bouwkunde ZEESHAN AHMED TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde auteurs gebruikt als referentie voor de resultaten van de geprinte proefstukken. 2?Interactie bij de spuitmond (nozzle) tussen kabel en mortel. Door middel van visuele beoordelingen en microscopie is de inter­ actie bij de spuitmond (nozzle) tussen mortel en kabel bestudeerd, evenals het effect van de positie van de kabel. 3?De effecten van de inbeddingslengte van de kabels in geprinte proefstukken. Hierbij is gebruikgemaakt van zowel directe uittrek ­ proeven als buigproeven op ingekeepte balkjes. Er zijn drie verschillende printmortels ge­ bruikt: Weber 3D 115 ­1 [20], Weber 3D 145 ­1 [21] en Weber 3D 145 ­2. De meeste experi ­ menten zijn uitgevoerd met kabels Bekaert Syncrocord Flex 1.2­ kabel. Ter vergelijking is in sommige proefstukken ook de Bekaert Syncrocord Flex 0.9 toegepast [17]. Voor de berekeningen van de gemiddelde aanhech ­ tingsspanning is de theoretische contact­ omtrek gebruikt. Het is nog onduidelijk of de volledige contactomtrek ook daadwerke­ lijk wordt geactiveerd. Deel 1: Directe uittrekproeven op gestorte proefstukken? Tijdens de directe uittrek ­ proeven wordt de kabel uit een gegoten proefstuk, 100 x 100 x 35 mm³ getrokken. De ingestorte lengte van de kabel komt overeen met de hoogte van het proefstuk, h = 35 mm. De uitgangspunten bij de proe­ ven, variabelen en resultaten zijn weergege­ ven in tabel 1. In sommige gevallen zijn de resultaten ter vergelijking aangevuld met resultaten van eerdere proeven in [17]. De proefopstelling wordt getoond in figuur 3. Deel 2: Optische beoordeling? Het tweede deel was puur fenomenologisch van aard, en bevatte geen destructief onderzoek. Deel 3: Directe uittrekproeven en buig- proeven op geprinte proefstukken? De directe uittrekproeven op de geprinte proefstukken zijn op dezelfde manier uitge­ voerd als op de gestorte exemplaren. De proefstukken bestaan uit vijf geprinte lagen. In de middelste laag is een wapeningskabel ingevoerd. Tussen 1 en 2 uur na het prin ­ 1 2 CEMENT 6 2020 ?13 Bij serie 1 zijn rechte stukken (40 x 40 mm² doorsnede) gezaagd uit geprint beton met zeven lagen, bij serie 2 met vijf geprinte lagen. Vanuit het evenwicht van intern en extern moment (vergelijking 1), en de proefbelasting en overspanning (vergelij­ king 2) kan eenvoudig de kabelkracht en maximale hechtkracht worden berekend (vergelijking 3). Een nadeel van deze methode is dat de berekening afhangt van de hefboomarm z, die niet exact kan wor­ den bepaald. Echter vanwege de kleine balkhoogtes is de mogelijke variatie vrij klein.M E + M I = 0 (1) M E = ¼ F · l (2) M I = N c · z = N s · z = N b · z (3) Met: M E = extern moment M I = intern moment F = belasting in driepuntsbuigproef l = overspanning van driepuntsbuig ­ proef N c = normaal drukkracht in het beton N s = normaal trekkracht in de wapening N b = aanhechtkracht z = hefboomsarm 3 Proefopstelling voor directe uittrekproeven op gestorte proefstukken? 4 Kabeloriëntatie toegepast in de gestorte proefstukken: (a) horizontaal en (b) verticaal? 5 Weergave van de procedure om proefstukken te krijgen uit het geprinte beton voor de directe uittrekproeven Tabel 1?Uitgangspunten en resultaten van de directe uittrekproeven op gestorte proefstukken serienr. aantal*mortel kabelkabelorïëntatie F u,ave [N] (rel. SD) f b,ave [MPa] voorspelde l anch. [mm] 1 5115-1Flex 0.9horizontaal 827 (13%) 4.651 2 5 + 5 115-1Flex 1.2horizontaal 960 (16%) 4.772 3 514 5 -1 Flex 0.9horizontaal 363 (26%) 2.0125 4 514 5 -1 Flex 1.2horizontaal 393 (13%) 1.9177 5 5145-2 Flex 1.2horizontaal 397 (26%) 1.9182 6 514 5 -1 Flex 1.2horizontaal 329 (30%) 1.6222 7 514 5 -1 Flex 1.2 verticaal 209 (68%) 1.0442 * getallen in rood betreffen resultaten uit eerder onderzoek [17] 3 5 4a 4b ten is het natte beton tussen de opvolgende proefstukken uitgesneden en verwijderd om een vrije kabellengte te verkrijgen die in de proefopstelling kon worden vastgeklemd (foto 5). In de tabellen 2, 3 en 4 staan de resultaten (vergelijkbaar met tabel 1). Een nadeel van de directe uittrek ­ proeven is dat het maken van de proef ­ stukken erg arbeidsintensief is, en het moeilijk is de ingebedde kabel niet te ver­ storen. Daarom zijn voor verder onderzoek naar de aanhechting, geprinte proefstuk ­ ken van verschillende lengtes onderwor­ pen aan een driepuntsbuigproef (foto 6). 14? CEMENT 6 2020 Tabel 2?Uitgangspunten en resultaten van de directe uittrekproeven op geprinte proefstukken aantal*mortel kabell embed [mm] F u,ave [N] (rel. SD) f b,ave [MPa] voorspelde l anch. [mm] 14 14 5 -1Flex 0.9 35282 (53%) 1.58188 4 145-2 Flex 1.2 35184 (43%) 1,12293 8 145-2 Flex 1.2 80275 (29%) 0,69476 3 145-2 Flex 1.2 120266 (6%) 0,38870 3 145-2 Flex 1.2 160536 (35%) 0,57575 3 145-2 Flex 1.2 200488 (4%) 0,42788 Tabel 3?Uitgangspunten en resultaten van de buigproeven op de geprinte proefstukken, serie 1 (mortel: 145-2, kabel: Flex 1.2) aantal l [mm] l embed [mm] l span [mm] F u,ave [N] (rel. SD) f b,ave [MPa] voorspelde l anch. [mm] 2 120 60100362 (26%) 1,03319 4 160 80100277 (14%) 0,59556 2 200 100100361 (4%) 0,61534 2 240 120200460 (10%) 0,65502 2 280 140200391 (4%) 0,48689 2 320 160200336 (46%) 0,36915 2 360 180200608 (20%) 0,58570 2 400 200200666 (11%) 0,57578 2 440 220200706 (7%) 0,55600 2 480 240200979 (26%) 0,69472 2 520 2602001193 (19%) 0,78419 1 560 2802001089 ? 0,66495 2 600 3002001025 (5%) 0,58563 Nb 1: De inbeddingslengte is 0,5 keer de balklengte (niet de overspanningslengte) Nb 2: F u,ave laat de uittrekkracht zien, niet de uiterste belasting bij de driepuntsbuigproef Tabel 4?Uitgangspunten en resultaten van de buigproeven op geprinte proefstukken, serie 2 (mortel: 145-2, kabel: Flex 1.2) aantal l [mm] l embed [mm] l span [mm] F u,ave [N] (rel. SD) f b,ave [MPa] voorspelde l anch. [mm] 2 400 200200371 (56%) 0,321038 2 500 250200619 (10%) 0,42778 2 600 300500596 (5%) 0,34969 2 700 350500667 (35%) 0,321011 2 800 400500615 (16%) 0,261253 2 900 450500870 (60%) 0,33996 2 1000 5005001005 (26%) 0,34958 1 1080 5401000 881 ? 0,281180 1 1200 60010001020 ? 0,291132 1 1300 6501000 908 ? 0,241378 1 1400 7001000 904 ? 0,221490 2 1500 75010001014 (2%) 0,231424 1 1600 80010001018 ? 0,221512 CEMENT 6 2020 ?15 6 Driepuntsbuigproeven op een balk met inkeping (Flex 1.2, 145-2, serie 2)?7 Relatie belasting-slip bij directe uitrekproef bij kabel Flex 0.9?8 Relatie belasting-slip bij directe uitrekproef bij kabel Flex 1.2 Resultaten Deel 1: Kabels in gestorte proefstukken? In Figuur 7 en 8 zijn de resultaten van de directe uittrekproeven op gestorte proefstukken weergegeven. De gemiddelde maximale uittrekkracht en bijbehorende gemiddelde hechtsterkte zijn vermeld in tabel 1. Deze zijn berekend volgens vergelijking 4. Ook is de voorspelde verankeringslengte gegeven, dat wil zeggen de ingebedde lengte berekend volgens vergelijking 5, die nodig zou zijn om kabelbreuk te bereiken in plaats van uittrek ­ ken, gebaseerd op de uittreksterkte en de treksterkte van de kabel. Voor de berekening van de gemiddelde aanhechtspanning is uitgegaan van een constante schuifspanning langs de inbeddingslengte. N B = p · l embed · fb,ave (4) Met: p = omtrek [mm] l embed = inbeddingslengte [mm] f b,ave = gemiddelde aanhechtsterkte [MPa] l anch  = l embed · F t,cable / F u,ave (5) Met: l anch = voorspelde verankeringslengte [mm] F t,cable = treksterkte kabel [N] F u,ave = gemiddelde gevonden uittreksterkte [N] De aanhechting van de Flex 0.9­ kabel lijkt te worden gedomineerd door adhesie (te zien aan de steile initiële helling), waarop een lange geleidelijk afnemende wrijvings­ weerstand volgt. Bij de modellen met Flex 1.2­ kabels wordt het stijve initiële adhesietraject gevolgd door een meer mee­ gaand gedrag tot de maximale weerstand. Aangezien de maximale weerstand niet veel hoger is van deze kabel in vergelijking met 0.9­ kabel, lijkt dit te worden veroorzaakt door het verschil in de structuur van de staaldraadkabel. Een opvallend resultaat is het ver­ schil in maximale uittrekbelasting en aan ­ hechtspanning in de mortel 115 ­1 versus de mortels 145 ­1 en 145 ­2. De mortels 145 ­1 en 145 ­2 hebben een significant hogere trek ­ sterkte en druksterkte dan 115 ­1, maar de 6 7 8 16? CEMENT 6 2020 a. Weber 3D 115-11.2 mm b. Weber 3D 145-11.2 mm aanhechtsterkte is meer dan 50% lager. Aangezien wordt aangenomen dat de hechtsterkte van conventionele wapening in normaal gestort beton (lineair) toeneemt met de betonsterkte (treksterkte), is dit resultaat tegen de verwachtingen in. Het lijkt dat de mortels 145­1 en 145 ­2 bestand ­ delen bevatten (bijvoorbeeld hulpstoffen) die een negatieve interactie hebben met het kabeloppervlak. Met optische microscopie is het hech ­ tingsgedrag van de proefstukken verder bestudeerd. Bij het vergelijken van de 115 ­1 ­ en 145 ­1 ­proefstukken die zijn opengesneden en waarbij de kabel is verwijderd, bleek dat het contactoppervlak van de 145 ­1 ­proef ­ stukken minder duidelijk de afdruk van het kabeloppervlak vertoonde, maar een sponsachtige interface (fig. 9 en 10). Dit kan worden toegeschreven aan een opgetreden chemische reactie, bijvoorbeeld waterstof ­ vorming [22]. Dit is niet verder onderzocht; er wordt aangenomen dat deze interface relatief zacht is en daardoor de hechtsterkte vermindert. De visuele studie toonde aan dat er, in ongeveer de helft van de proefstukken met mortels 145 ­1 en 145 ­2, kleine horizontale scheuren zijn opgetreden op een kleine afstand onder de kabel. Deze scheuren kunnen worden toegeschreven aan lokale segregatie rond de kabel. Er ontstaan gebie­ den met een hoger gehalte aan hulpstoffen onder de kabel, en in het gebied boven de kabel grotere toeslagkorrels. Om dit te voor­ komen, is er een extra serie proefstukken gemaakt waarin de kabel verticaal, parallel aan de gietrichting (fig. 4), is ingevoerd. Deze exemplaren vertoonden inderdaad geen scheuren rond de kabel. Deel 2: Optische beoordeling ? Bij de visuele studie van de geprinte proefstukken met de Flex 1.2­ kabel zijn verschillende parameters bestudeerd die bij het aanbrengen van de kabel tijdens het printen effect kunnen heb­ ben op de aanhechting. In het algemeen blijkt dat de beton ­ stroom die van boven komt, wordt 'doorge­ sneden' door de kabel die horizontaal wordt aangebracht (foto 11). Daarna moet de mor­ tel rond de kabel stromen. Dit heeft twee gevolgen. Allereerst kan er een holte onder de kabel achterblijven. Ten tweede kan er segregatie van bestanddelen optreden, om ­ dat de grotere toeslagkorrels worden ge­ blokkeerd door de kabel, terwijl de kleinere eromheen stromen. 9 Proefstukken met kabel Flex 1.2, na het verwijderen van de kabel. Het bovenste proefstuk, met mortel 115-1, laat een veel duidelijkere kabelafdruk zie dan de onderste, met mortel 145-1?10 Sponsachtige interface (aangegeven met pijlen), in proefstuk met mortel 145-1 9 10 Een van de meest opmerke- lijke resultaten was dat nergens kabelbreuk optrad CEMENT 6 2020 ?17 Beide effecten zijn visueel en met de opti­ sche microscoop waargenomen (de holtes zijn zichtbaar in figuur 12). De mate waarin dit gebeurt, hangt af van een aantal parame­ ters, waaronder: de mortel (in tegenstelling tot de verwach ­ ting kwamen er in de mortel 145 ­2 grotere holtes voor dan in de mortel 115 ­1, die een hogere aanvangssterkte en stijfheid heeft [23]); de hoogte van de invoer van de kabel (hoe lager het ingangspunt, hoe kleiner de holte, zie figuur 12). Waarschijnlijk speelt ook de hoek tussen de stroomrichting van het filament en de invoer van de kabel een rol, maar dit is niet onderzocht. Geen van de bovenstaande effecten is uitgebreid bestudeerd. Ze moeten daarom nader worden onderzocht. Deel 3: Resultaten van de kabels in de geprinte proefstukken? De uittrekproeven en de eerste serie buigproeven op de geprin ­ te proefstukken lieten een verankerings­ lengte zien variërend van minder tot meer dan de theoretische verankeringslengte, 11 12 11 Interactie tussen stroomrichting van het filament en kabelinvoer. De kabels forceren het filament om eromheen te stromen, om uiteindelijk de filament in tweeën te snijden 12 Analyse (d t/m f) van de invloed van de hoogte waarop de kabel is ingebracht in de geprinte laag: (a) bodem , (b) midden, (c) top. De lagen zijn aangegeven als stippellijnen a b c d e f 18? CEMENT 6 2020 van geprinte proefstukken is gevonden, is echter lager dan in de gestorte proefstuk­ ken, maar lijkt ook verder af te nemen voor langere inbeddingslengten (fig. 14). Er zijn twee mogelijke hoofdoorzaken voor het sterkteverschil tussen de gestorte en de geprinte proefstukken. Ten eerste is de spanningsverdeling van de aanhechting niet constant over de lengte van de aan ­ hechting. Er zijn verschillende spannings­ verdelingsmodellen gehanteerd [24, 25, 26], maar die hebben gemeen dat er op een be­ paald punt een maximum optreedt die af ­ neemt tot 0 bij een eindige bindingslengte. Omdat de kabel ­mortelbinding over het algemeen vrij zwak is in geprinte proef ­ stukken, is het denkbaar dat de kabelsterkte gewoonweg niet kan worden bereikt. Een andere, mogelijk nog relevantere oorzaak, is de toenemende kans op defecten langs de bindingslengte. De experimenten met inbeddingslengtes van 35 mm vertonen veel variatie. Over een langere inbeddings­ lengte wordt het steeds waarschijnlijker dat er kritieke defecten optreden die fungeren als zwakke schakel van waaruit het ont­ hechten begint. Conclusie De hechtkwaliteit en ­sterkte van de kabels zijn onderzocht met twee soorten uittrek ­ proeven, aangevuld met microscopisch 13 14 13 Inbeddingslengten versus maximale uitrekkracht, verkregen uit de directe uitrekproeven en twee series buigproeven?14 Inbeddingslengten versus gemiddelde bindingssterkte De gemiddelde maximale hechtsterkte lijkt af te nemen voor langere inbeddings- lengten zoals bepaald bij de testen op gestorte proefstukken. De verwachting was dat op een bepaald moment kabelbreuk zou op­ treden. Omdat dit niet gebeurde, werd een tweede reeks buigproeven uitgevoerd op proefstukken met veel grotere inbeddings­ lengten. Figuren 13 en 14 geven de resulta ­ ten weer, respectievelijk de maximale uittrekkracht en de maximale gemiddelde aanhechtspanning. Tabellen 3, 4 en 5 ver­ melden ook de (gemiddelde) resultaten. Allereerst kan er bij het vergelijken van de resultaten van de directe uittrek ­ proeven en de buigproeven (serie 1) wor­ den geconcludeerd dat de resultaten in hetzelfde bereik liggen. De buigproef lijkt dus een acceptabel alternatief voor de uit­ trekproef. Ten tweede is de spreiding in proefresultaten opvallend. Er werd een verschil van factor 2 of meer gevonden tussen de proefresultaten. Een reden om deze wapeningsmethode verder te verbete­ ren en daarmee variatie in de resultaten te beperken. Een van de meest opmerkelijke resul ­ taten was dat nergens kabelbreuk optrad. Op basis van de uittrekproeven op gestorte proefstukken met horizontaal georiënteerde kabels, was de verwachting dat kabelbreuk zou optreden bij een inbeddingslengte van ongeveer 200 mm of meer. De gemiddelde maximale hechtsterkte die in alle series CEMENT 6 2020 ?19 LITERATUUR 1?3D Printing as a Construction Process for Structural Members, (n.d.). http://ijsrd.com/C_ Article.php?manuscript=HABTP003 (accessed January 9, 2020). 2?M. Sakin, Y.C. Kiroglu, 3D Printing of Buildings: Construction of the Sustainable Houses of the Future by BIM, in: Energy Procedia, Elsevier Ltd, 2017: pp. 702?711. doi:10.1016/j.egypro.2017.09.562. 3?The 3D Printed Office of the Future - ASME, (n.d.). https://www.asme.org/topics-resources/ content/3d-printed-office-the-future (accessed January 9, 2020). 4?Complex concrete column made using 3D printed formwork - MaterialDistrict, (n.d.). https:// materialdistrict.com/article/complex-concrete- column-3d-printed-formwork/ (accessed January 9, 2020). 5?CyBe Construction Announces That 3D Printing is Complete for Dubai's R&Drone Laboratory - 3DPrint.com. The Voice of 3D Printing / Additive Manufacturing, (n.d.). https://3dprint.com/176561/ cybe-3d-printed-dubai-laboratory/ (accessed January 9, 2020). 6?3D printed bridge - IAAC, (n.d.). https://iaac.net/ project/3d-printed-bridge/ (accessed January 9, 2020). 7?T.A.M. Salet, Z.Y. Ahmed, F.P. Bos, H.L.M. Laagland, Design of a 3D printed concrete bridge by testing. Virtual and Physical Prototyping 13 (2018) 222?236. doi:10.1080/17452759.2018.1476064. 8?Construction of first 3D-printed building to start, De Ingenieur, (n.d.). https://www.deingenieur.nl/ artikel/construction-of-first-3d-printed-building- to-start (accessed January 9, 2020). 9?G. Grasser, L. Pammer, H. Köll, E. Werner, F.P. Bos, Complex architecture in printed concrete: the case of the Innsbruck University 350th anniversary pavilion Cohesion, in: Digit. Concr. 2020, 2nd RILEM Int. Conf. Concr. Digit. Fabr., 2020: p. Submitted. (this conference). 10?Dubai is now home to the largest 3D-printed building in the world - Business Insider, (n.d.). https://www.businessinsider.com/dubai-largest-3d- printed-building-apis-cor-photos-2019- 12?international=true&r=US&IR=T (accessed January 9, 2020). 11?D. Asprone, C. Menna, F.P. Bos, T.A.M. Salet, J. Mata-Falcón, W. Kaufmann, Rethinking reinforcement for digital fabrication with concrete. Cement and Concrete Research 112 (2018) 111?121. doi:10.1016/j.cemconres.2018.05.020. 12?Victor Li, Freek Bos, Kequan Yu, Wes Mcgee, Tsz Yan Ng, Stefan Chaves Figueiredo, Karsten Nefs, Viktor Mechtcherine, Venkatesh Naidu Nerella, Jinlong Pan, Gideon van Zijl, Jacques Kruger, On the emergence of 3D printable Engineered, Strain Hardening Cementitious Composites (ECC/SHCC). Cement and Concrete Research, accepted for publication. doi: 10.1016/j. cemconres.2020.106038. 13?N. Hack, W.V. Lauer, Mesh-Mould: robotically fabricated spatial meshes as reinforced concrete formwork. Architural Design 84 (2014) 44?53, http://dx.doi.org/10.1002/ad.1753. 14?D. Asprone, F. Auricchio, C. Menna, V. Mercuri, 3D printing of reinforced concrete elements: technology and design approach, Construction and Building Materials 165 (2018), http://dx.doi. org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.018.15?T. Marchment, J. Sanjayan, Mesh reinforcing method for 3D Concrete Printing, Automation in Construction 109 (2020), 102992. doi: 10.1016/j. autcon.2019.102992. 16?F.P. Bos, Z.Y. Ahmed, R.J.M. Wolfs, T.A.M. Salet, 3D printing concrete with reinforcement, in: High Tech Concr. Where Technol. Eng. Meet - Proc. 2017 Fib Symp., 2017. doi:10.1007/978-3-319-59471- 2_283. 17?F.P. Bos, Z.Y. Ahmed, E.R. Jutinov, T.A.M. Salet, Experimental exploration of metal cable as reinforcement in 3D printed concrete, Materials (Basel). 10 (2017). doi:10.3390/ma10111314. 18?J.H. Lim, B. Panda, Q.C. Pham, Improving flexural characteristics of 3D printed geopolymer composites with in-process steel cable reinforcement, Construction and Building Materials 178 (2018) 32?41. doi:10.1016/j. conbuildmat.2018.05.010. 19?G. Ma, Z. Li, L. Wang, G. Bai, Micro-cable Reinforced Geopolymer Composite for Extrusion- based 3D Printing. Materials Letters 235 (2018) 144?147. doi:10.1016/j.matlet.2018.09.159. 20?Bos, F. P., Wolfs, R. J. M., Ahmed, Z. Y., & Salet, T. A. M. (2016). Additive manufacturing of concrete in construction: potentials and challenges of 3D concrete printing. Virtual and Physical Prototyping, 11(3), 209-225. https://doi.org/10.1080/17452759.2016 .1209867. 21?Wolfs, R. J. M., Bos, F. P., & Salet, T. A. M. (2019). Hardened properties of 3D printed concrete: the influence of process parameters on interlayer adhesion. Cement and Concrete Research, 119, 132-140. https://doi.org/10.1016/j. cemconres.2019.02.017. 22?Pernicova, R.; Dobias, D.; Pokorny, P. Problems connected with use of hot-dip galvanized reinforcement in concrete elements. Procedia Eng. 2017, 172, 859?866. 23?Wolfs, R. J. M., Bos, F. P., & Salet, T. A. M. (2018). Correlation between destructive compression tests and non-destructive ultrasonic measurements on early age 3D printed concrete. Construction and Building Materials, 181, 447-454. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.060. 24? Zhou, Y., Wu, Y. & Yun, Y. (2010) Analytical modeling of the bond?slip relationship at FRP-concrete interfaces for adhesively-bonded joints. Composites Part B 41. 423-433. 25?Toniolo, G. & Di Prisco (2017) Reinforced Concrete Design to Eurocode 2. Springer. ISBN 978-3-319-52033-9. 26? Wu, Y., Xu, X., Sun, J. & Jiang, C. (2012) Analytical solution for the bond strength of externally bonded reinforcement. Composite Structures 94. 3232-3239. onderzoek. Hieruit is gebleken dat de che­ mische interactie tussen de mortel en de kabel de kwaliteit van de hechting kan ver­ slechteren. Bovendien is de hechtsterkte bij geprinte proefstukken met kabels over het algemeen lager dan bij gestorte exemplaren. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het gebrek aan verdichting en door het vloeigedrag van de mortel rond de kabel, waardoor er bij de geprinte proefstukken een holte onder de kabel ontstaat. Een belangrijke observatie is dat de hechtsterkte lijkt af te nemen met toene­ mende inbeddingslengten. Dit kan worden veroorzaakt door een niet­constante verde­ ling van de aanhechtingsspanning en de toenemende kans op defecten. Hierdoor wordt kabelbreuk niet bereikt, wat de maximale (moment)weerstand aanzienlijk beperkt. Uit deze resultaten blijkt de noodzaak om de hechtkwaliteit verder te verbeteren in op extrusie gebaseerd 3D­geprint beton met automatische invoer van een wape­ ningskabel. De auteurs zijn van plan om hier toekomstige onderzoeksinspanningen aan te wijden. 20? CEMENT 6 2020 CEMENT 6 2020 ?21 gesponsord bericht www.hrc-europe.com HRC T-headed reinforcement ?? robust and flexible design ?? ultimate capacity ?? speeds up construction ?? BIM tools T-heads never thicker than rebar anchored HRC Europe NL BV NL-8211 AD Lelystad +31 320 727030 Het O'Sea-project is Oostende (B) bestaat uit een reeks lagere gebou- wen en als absolute blik - vanger een 16 verdiepin- gen hoge woontoren. Die heeft een eenvoudig rechthoe- kig grondplan van 17 x 25 m², maar over vier boven elkaar gelegen verdiepingen wordt dat grondplan telkens over ruim 2,5° geroteerd om een hoekpunt. Het opvangen van de torsie- krachten die hiervan het gevolg zijn, was een belangrijke con- structieve uitdaging. Deze kon worden waargemaakt dankzij het 3D-rekenpakket Diamonds van BuildSoft. Voor ingenieurs- bureau Stedec was het voor- spellen van deze vervormingen een van de belangrijkste aspec - ten bij het gebruik van deze software. 3D-rekenuitdaging aan de Belgische kust WWW.CEMENTONLINE.NL/OSEA Meer over het project O'Sea en de rol van het pakket Diamonds van Buildsoft staat in een gesponsord artikel op www.cementonline.nl/osea. Diamonds 3D-rekenmodel woontoren O'Sea in Oostende Optimalisatie constructieve en thermische prestaties Onderzoek naar een parametrische ontwerpmethodiek waarbij constructieve en thermische prestaties van een 3D-geprinte constructie worden geoptimaliseerd 1 Printrobot in het Laboratorium Magnel-Vandepitte van de Universiteit Gent 1 22? CEMENT 6 2020 Het doel van het onderzoek was om bruikbare elementen te prin- ten die aan alle eisen voldoen, zonder dat er nabewerkingen no- dig zijn, zoals het toevoegen van externe wapening of thermische isolatie. Om dit doel te bereiken zijn si ­ mulaties gebruikt waarmee het gedrag van elementen kan worden voorspeld. Optimali ­ satietechnieken met een parametrisch model kunnen helpen bij het maken van de beste ontwerpkeuzes. Om de mogelijkheden te onderbouwen is een casestudie gedaan, gebaseerd op het onderzoek uit [1]. Het betreft het eerste ge­ printe kantoor in Dubai. Het project bestaat uit vier rechthoekige volumes, samengesteld uit verschillende segmenten die aan elkaar zijn gekoppeld (fig. 2). Deze segmenten heb­ ben een U ­vorm en hebben maximale afme­ tingen van 8,1 x 2,1 x 2,1 m³ (l x h x b). De reden waarom voor het betreffende kantoor, voor exact deze vorm en het betreffende printpad is gekozen, is verder niet omschre­ ven in [1]. In de in dit artikel beschreven studie is onderzocht of de vorm verder kon worden geoptimaliseerd. Casestudie Voor deze studie is een vergelijkbaar maar vereenvoudigd volume beschouwd als in [1] (fig. 3). Dit volume bestond uit vier gekoppel ­ de segmenten met gemiddelde afmetingen van 4,8 x 1,5 x 1,9 m³ (l x h x b). Deze afme­ tingen liggen binnen het maximale bereik van de robot in het Laboratorium Mag ­ nel ­Vandepitte. Daardoor konden optimali ­ saties van het ontwerp altijd worden geprint. In deze studie zijn alleen de bovenste seg ­ menten onderzocht (groen en rood in fig. 3). Voor de ontwerpoptimalisatie is geko­ zen voor een heuristische optimalisatie­ methode (wetenschappelijke strategie om problemen systematisch op te lossen), in tegenstelling tot eerdere studies [2, 3] waarin gradiënt­gebaseerde optimalisatietechnieken zijn toegepast (bijvoorbeeld topologische optimalisatie). De reden hiervoor is dat er met de huidige state­of ­the­art printtechnieken grenzen zijn aan de complexiteit van een ontwerp. Hoewel er flinke vorderingen zijn geboekt, onder meer om de overhang (het overstek) van vers geprint beton te vergroten, blijven de resultaten van topologische opti ­ malisatie erg lastig te printen. Een tweede reden om voor een heuristische optimalisatie te kiezen, is dat die ideaal is voor optimalisa ­ tie van vooraf gedefinieerde vormen. En in deze studie is de opbouw van de constructie al grotendeels bepaald, namelijk bestaande uit drie printpaden: een buitenschil, een binnenschil en daartussen een sinusvor­ Met de mogelijkheid constructies te printen liggen optimale vormen vanuit het oogpunt van materiaalbeperking, constructief gedrag en bouwfysica binnen handbereik. Met parametrische modellen en de juiste ontwerpmethodieken kan handen en voeten worden gegeven aan deze optimalisaties. Aan de Universiteit Gent is op basis van een casestudie onderzocht wat de mogelijkheden zijn op dit gebied. BRON Dit artikel is een vertaalde bewerking van de paper Design optimization for 3D concrete printing: Improving structural and thermal performances van Gieljan Vantyghem, Marijke Steeman, Wouter De Corte en Veerle Boel (allen Universiteit Gent). De paper is geschreven voor de RILEM-conferentie Digital Concrete 2020. Deze conferentie is georganiseerd door de TU Eindhoven en vond digitaal plaats van 6 tot 9 juli 2020. De bewerking is gedaan door ir. Jacques Linssen (Aeneas Media / redactie Cement). CEMENT 6 2020 ?23 mig, verbindend intern printpad. Daarom is de ontwerpvrijheid sterk beperkt, waardoor evolutionaire solvers, zoals genetische algo­ ritmes (GA) of simulated annealing (SA), meer passend zijn. Daarbij komt dat deze methodes meer interactie met de gebruiker mogelijk maken. Bovendien zijn ze 'verge­ vingsgezind' en flexibel (ze kunnen uiteenlo­ pende problemen oplossen). Een zwak punt is dat deze methodes trager zijn dan gradi­ ent­gebaseerde methodes. Daarom moet aandacht worden besteed aan het beperken van de rekentijd van een optimalisatie en moeten er vereenvoudigingen worden door­ gevoerd. In de eerste plaats is het model vereen ­ voudigd op basis van symmetrie, waardoor er van een segment maar een half ontwerp­ domein hoeft te worden beschouwd. Ten tweede is de belasting vereenvoudigd tot slechts één symmetrisch belastinggeval: de meest nadelige combinatie van verticale belasting (gebruiksbelasting en sneeuw) en horizontale belasting (wind). Het eigen gewicht is in dit voorbeeld buiten beschou ­ wing gelaten. Parametrisch model De eerste stap was het opzetten van een parametrisch model. Het opzetten van zo'n model was een van de belangrijkste stappen in het ontwerpproces, omdat het de optima ­ lisatiegraad sterk beïnvloedt. Voor het ma ­ ken van het model zijn de softwarepakket­ ten Rhinoceros en Grasshopper gebruikt. De basisvorm (hartlijn) van het segment (blauwe lijn in fig. 4a) is getekend in Rhinoceros en vormt de basis van de vorm van het segment. Deze geometrische component kan niet worden aangepast door het optimalisatie­ algoritme. Vanuit deze lijn zijn de buitenste en de binnenste schillen gevormd, gebaseerd op een aantal inputparameters. Onder meer de dikte van de gehele constructie en de kromming van het sinusvormige interne printpad worden in verschillende punten 2 Het eerste 3D-geprinte kantoorgebouw: (a) dwarsdoorsnede, (b) impressie en (c) testopstelling [1] GIELJAN VANTYGHEM Universiteit Gent, Vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen MARIJKE STEEMAN Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw VEERLE BOEL Universiteit Gent, Vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen WOUTER DE CORTE Universiteit Gent, Vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen auteurs 2a 2b 2c 24? CEMENT 6 2020 vastgelegd. Dit interne printpad verbindt de twee buitenste schillen waardoor er een re­ kenkundige mesh in het model kan worden gemaakt (fig. 4b). De vorm van de sinuscur­ ve is bepaald met een speciale component 'Bezier Span Extensible'. Hierin zijn Bezier­ krommen gemaakt op basis van een aantal punten en vectoren. Uiteindelijk bedraagt het aantal onafhankelijke variabelen 18. De breedte van het printpad is constant en be­ draagt 30 mm, een praktische maat voor geprinte lagen beton. De ontwerpvrijheid en de kwaliteit van de oplossing worden beperkt door de gegeven parameters en hun domeinen. Hier komt een ander voordeel van deze optimali ­ satietechniek van pas. Omdat het rekenpro­ ces zeer transparant is, kan op basis van snelle optimalisatiepogingen bruikbare ontwerpbeslissingen worden genomen en kunnen suboptimale oplossingen sneller worden gevonden. FEM-simulatie Om de constructieve en thermische presta ­ ties te beschouwen met een FEM ­analyse, is een Grasshopper­script geschreven. Aan de onderzijde van de constructie zijn rolopleg ­ gingen voorzien, en aan de bovenzijde links is een symmetrie­as geplaatst. De combina ­ tie van gebruiks­ en sneeuwbelasting is ge­ plaatst op de buitenrand van de constructie, de plaatselijke helling van de buitenste schil in acht nemend. De horizontale belasting is aangebracht van links naar rechts. De ver­ houding van de horizontale en verticale krachten is ongeveer 1:1. Beide analyses (constructief en ther­ misch) zijn uitgevoerd met een FEM ­solver. Hierbij zijn de volgende materiaaleigen ­ schappen toegepast: E­ modulus E = 30 GPa dichtheid ? = 2500 kg/m³ poisson ­factor ? = 0,2 warmtegeleiding k = 1,0 W/(mK). 3 Vogelperspectief van de casestudie en de robotopstelling?4 Het model: (a) 2D-model met vaste basisvorm (hartlijn, blauw) en de parametrisch bepaalde printcurves (rood); (b) vereenvoudigde FE-mesh met 600 elementen 3 4a 4b Er is een heuristische optimalisatie- methode toe- gepast en geen topologische optimalisatie CEMENT 6 2020 ?25 5 Rhinoceros-output van geoptimaliseerde ontwerpen (kleuren: Von Mises-spanning). Voor de thermische analyse zijn de equiva­ lente warmtegeleiding en gemiddelde U ­waarde berekend bij een temperatuurgra ­ diënt tussen de binnenste en de buitenste schil van 20 K en adiabatische holle ruimtes in de constructie. De combinatie van beide analyses leidt tot een gemiddelde rekentijd van 2 seconden met een mesh die bestaat uit circa 7000 elementen. Constructieve optimalisatie In het eerste deel van de studie is de con ­ structie alleen constructief geoptimali ­seerd in relatie tot het gewicht (g ). Het doel was de vervorming (? ) van de bovenrand te minimaliseren, gebruikmakend van zo min mogelijk materiaal. Hiervoor kan zo­ wel de Galapagos­ als de Octopus­solver worden gebruikt, twee plug ­ins in Gras­ shopper. Omdat de laatste voor verschil ­ lende doeleinden het Pareto­ principe gebruikt (een principe waarbij (tegenstrij­ dige) doelstellingen tegen elkaar worden afgewogen), geniet deze de voorkeur. Deze solver maakt het mogelijk alle optimale oplossingen te onderzoeken. In figuur 5 staan zes geoptimaliseerde oplossingen, na 11 uur rekentijd en het beschouwen van circa 16.000 alternatieven. Bij deze zes op­ lossingen neemt het eigen gewicht af bij een toenemende vervorming. De oplossin ­ gen bevinden zich op het Pareto­ front, de grens met punten waar het onmogelijk is het ontwerp beter te maken in één aspect zonder het slechter te maken in een ander aspect. In figuur 7a staat de visuele weer­ gave van dit front. Hierin zijn ook de exacte posities van de oplossingen uit figuur 5 weergegeven. 5 (a) ?: 4.8 mm ? g: 770 kg (c) ?: 6.1 mm ? g: 660 kg (e) ?: 8.2 mm ? g: 640 kg (b) ?: 5.3 mm ? g: 690 kg (d) ?: 6.8 mm ? g: 650 kg (f ) ?: 10.46 mm ? g: 630 kg 26? CEMENT 6 2020 Het is belangrijk te vermelden dat niet alle