Een manier om gewicht te besparen voor balkons, is het verlagen van de volumieke massa van het beton. In een afstudeeronderzoek aan de TU Eindhoven is een licht en toch sterk betonmengsel ontwikkeld. Het constructieve gedrag van een balkonplaat waarin dit materiaal is toegepast, is experimenteel onderzocht.
Er is ook een samenvatting van dit artikel. Lees hier de korte versie van 'Lichtbeton voor balkons'
30
Lichtbeton
voor balkons
Intro
1
Constructief gedrag lichtbeton experimenteel onderzocht
moet worden beperkt. Nadeel van balkons van ultra-hogesterk -
tebeton, die zeer dun worden uitgevoerd, is echter de gelimi -
teerde ruimte voor goten en randen.
Een andere manier om gewicht te besparen is de volumieke
massa van het beton te verlagen. Hierdoor kan het traditionele
ontwerp van de balkons worden gehandhaafd, met voldoende
ruimte voor de goten en randen. In een afstudeeronderzoek
aan de TU Eindhoven is een mengsel voor lichtbeton ontwik -
keld, dat geschikt is voor de toepassing van prefab balkons. Met
behulp van experimenteel onderzoek is aangetoond of wordt
voldaan aan de eisen met betrekking op de constructieve,
esthetische en duurzaamheidsaspecten (foto 1). Het onderzoek
bestond dus uit een combinatie van materiaalkundige en
constructieve ontwerpaspecten.
Een manier om gewicht te besparen voor balkons, is het
verlagen van de volumieke massa van het beton. In een
afstudeeronderzoek aan de TU Eindhoven is een licht en
toch sterk betonmengsel ontwikkeld. Het constructieve
gedrag van een balkonplaat waarin dit materiaal is toege -
past, is experimenteel onderzocht.
Om gewicht te besparen worden balkons tegenwoordig steeds
vaker van ultra-hogesterktebeton gemaakt. Gewichtsbesparing
is voornamelijk interessant voor renovatieprojecten, waarin de
belasting op de bestaande constructie vaak zo veel mogelijk
Lichtbeton voor balkons 3 2018
31
Mengsel
Om een mengsel van lichtbeton te kunnen ontwikkelen, is het
belangrijk meer informatie te verkrijgen over de mogelijke
grondstoffen en het ontwerpen van mengsels. Daarom is aller -
eerst een literatuurstudie gedaan. Op basis hiervan zijn eisen
aan het mengsel gesteld en zijn op basis van de ideale korrelop -
bouw enkele theoretisch mengsels ontworpen.
Toeslagmateriaal
Het belangrijkste verschil in samenstelling tussen traditioneel
beton en lichtbeton is het toeslagmateriaal dat wordt toegepast.
Waar bij traditioneel beton 'zware' toeslagmaterialen worden
gebruikt zoals zand en grind, worden voor lichtbeton 'lichte'
toeslagmaterialen toegepast. In dit onderzoek zijn meerdere
mengsels ontwikkeld waarbij lichte korrels van natuurlijk geëx -
pandeerd silicaat zijn toegepast als toeslagmateriaal (Rotocell
Plus korrels, foto 2). Deze korrels hebben een relatieve hoge
sterkte in verhouding tot de volumieke massa, wat deze korrels
geschikt maakt voor de toepassing in constructief lichtbe -
ton. Daarnaast heeft de korrel een hydrofobe laag aan de
buitenkant, waardoor de korrel geen water opzuigt en de
verwerkbaarheid van het mengsel beter kan worden geregeld.
Mengselkeuze
Om te bepalen welk mengsel het meest geschikt is voor dit
onderzoek, is experimenteel onderzoek gedaan om de juiste
balans te vinden tussen de verhouding water, cement en super -
plastificeerder. Er zijn meerdere kleine proporties van test -
mengsels gemaakt met verschillende verhoudingen van de
grondstoffen, waarbij de verwerkbaarheid en druksterkte zijn
bepaald om een indicatie te krijgen van de eigenschappen van
de mengsels. Ook is gekeken of de mengsels homogeen
verdeeld zijn, door de doorsnede van de proefstukken te beoor -
delen. De twee mengsels met de beste resultaten zijn nogmaals
op grotere schaal gemaakt en beproefd. Uit deze testmengsels is
uiteindelijk een mengsel gekozen dat het beste voldeed aan de
eisen met betrekking tot de verwerkbaarheid en sterkte. Dit
gekozen mengsel is gebruikt voor de resterende proeven van dit
onderzoek.
Eigenschappen mengsel
De samenstelling van het gekozen mengsel staat in tabel 1. Het
is een homogeen mengsel met een gemiddelde volumieke
massa van 1760 kg/m 3. Dit is dus ongeveer 1/3 lager dan dat
van traditioneel beton. De verwerkbaarheid van het mengsel
voldoet aan de consistentieklasse van zelfverdichtend beton
(SF2/SF3). Het heeft wel nog enige verdichting nodig om het
aantal luchtbellen aan het oppervlak te reduceren.
Tabel 1 Mensgelsamenstelling
water-cement-factor 0,4
CEM III/A 52,5 N 456,6 kg
vliegas 57,1 kg
kalksteenmeel 99,9 kg
zand 0-4 713,4 kg
lichtgewicht toeslag 0,09-0,3 57,8 kg
lichtgewicht toeslag 1-2 71,4 kg
lichtgewicht toeslag 2-4 57,1 kg
Water 182,6 kg
Superplastificeerder 3,65 kg (0,80%)
ir. Elske van Heuveln 1)
Royal HaskoningDHV ENCI Studieprijs 2017
Dit is het tweede artikel in een serie met bijdragen
van prijswinnaars van de ENCI Studieprijs 2017. De
studie 'Material and structural design aspects of a prefabricated
balcony of lightweight concrete', die in dit artikel wordt beschre -
ven, ontving de tweede prijs in de categorie Universiteiten. De jury
over deze studie: "De jury spreekt haar waardering uit voor de
volledigheid van dit onderzoek, van materiaal tot product. Voor -
waar een mooi voorbeeld van een goede symbiose tussen beton -
technologie en constructieleer. Ondanks de veelheid aan informa -
tie is het rapport goed leesbaar en ordelijk gestructureerd. Bewon -
dering is er vooral ook voor de mate van zelfreflectie van de
student. Dit uit zich in de vergelijking van de onderzoeksresultaten
met literatuur en bestaande normering, maar ook in het besef dat
het eindproduct van de studie nog nader onderzoek vergt alvo -
rens te kunnen worden toegepast in de praktijk. Al met al een
mooi voorbeeld van een slimme ontwikkeling van het materiaal
beton en een gedegen onderzoek."
Meer informatie op www.cementonline.nl/encistudieprijs .
Daar staat ook een link naar het afstudeerrapport.
1) Elske van Heuveln is met het onderzoek 'Material and structural design aspects of a prefabricated balcony of lightweight concrete' afgestudeerd aan de TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde. Zij heeft dit onderzoek uitgevoerd in samenwerking met Geelen Beton Wanssum. In haar afstudeercommissie zaten: prof.ir. S.N.M Wijte (voorzitter), prof.dr.ir. H.J.H. Brouwers, dr.ir. F.P. Bos en dr. Q.L. Yu (allen TU Eindhoven).
1 Vierpuntsbuigproef2 Rotocell Plus korrels (0,09 ? 0,3 mm, 1,0 ? 2,0 mm en 2,0 ? 4,0 mm)
2
Lichtbeton voor balkons 3 2018
32
0 5
10
15
20
25
30
35
40
45 50 55
60
65
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
moment [kNm]
vloeimoment
kromming [x10
-3 m-1] proefstuk 1
proefstuk 2
proefstuk 3
voorspelling
scheurmoment
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
staalspanning [N/mm
2]
scheurwijdte [mm]
proefstuk1
proefstuk 2
proefstuk 3
uitrekproef
0
10 20 30
40 50 60 70 80 90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
belasting [kN]
doorbuiging [mm]
proefstuk 1
proefstuk 2
proefstuk 3
3 Doorgesneden kubus na de uittrekproef4 Relatie moment en kromming, volgend uit de vierpuntsbuigproef van de drie proefstukken inclusief voorspelling van de proef
puntsbuigproef gebruikt. In deze proef zijn drie proefstukken
gebruikt van b x h x l = 400 mm x 270 mm x 4500 mm. Dit is als
het ware een 'strook' van een daadwerkelijk balkon. Dit proef -
stuk is op twee steunpunten belast door twee lijnlasten, waarbij
de belasting toeneemt tot het proefstuk bezwijkt. De proefstuk -
ken zijn ondersteboven getest, omdat de scheurwijdte dan vanaf
boven kan worden geobserveerd. Tijdens de proef zijn foto's
gemaakt vanaf de bovenkant van het proefstuk, die zijn gelinkt
aan de resultaten. Tijdens de proef is de belasting, doorbuiging,
kromming en scheurwijdte gemeten (fig. 4, 5 en 6).
Constructieve eigenschappen
Uit materiaalproeven volgde een gemiddelde 28-daagse druk -
sterkte 42 N/mm² (kubusdruksterkte). Deze waarde is gebaseerd
op totaal veertien kubussen, afkomstig uit drie verschillende
batches. Op basis van deze druksterkte en de gevonden volu -
mieke massa, kan de treksterkte en elasticiteitsmodulus goed
worden voorspeld met Eurocode 2. Deze treksterkte en elastici -
teitsmodulus zijn ook experimenteel bepaald. De treksterkte
met een splijttreksterkte test conform NEN-EN 12390-6:2009 en
de elasticiteitsmodulus aan de hand van de secant-elasticiteits -
modulus met de druktest conform NEN-EN 12390-13:2013. De
afwijking tussen de experimenteel gevonden waarden en de
berekende waarden bleek klein te zijn, waarbij laatst genoemde
ietwat conservatief is (de berekende waarde is lager dan de
experimenteel bepaalde waarde) (tabel 2).
Tabel 2 Resultaten proeven treksterkte en elasticiteitsmodulus
gemiddelde resultaten proe - ven [N/mm²]
aantal proef - stukken
resultaten bereke - ning volgens Eurocode 2 [N/mm²]
verschil
treksterkte 2,73 5 2,63 4%
elasticiteits - modulus 19.793 4 18.279 8%
Aanhechtgedrag
Daarnaast is het aanhechtgedrag bepaald, aan de hand van
uittrekproeven (fig. 3). Hierbij is een wapeningsstaaf over een
bepaalde lengte in een proefkubus gestort. Tijdens de proef is
een trekkracht op de wapeningsstaaf gezet en is de verplaatsing
van de staaf gemeten. Uit de proeven volgde een gemiddelde
maximale aanhechtsterkte van 16,7 N/mm² bij een wapenings -
staaf Ø12 mm. De gevonden aanhechtsterkte van het ontworpen
betonmengsel is vergelijkbaar met dat van traditioneel beton.
Vierpuntsbuigproef
In het laatste deel van het onderzoek is het scheurgedrag van een
balkonplaat experimenteel onderzocht. Hiervoor is een vier -
5 Relatie belasting en doorbuiging, volgend uit de vierpuntsbuigproef van de drie proefstukken 6 Relatie belasting en doorbuiging volgend uit de vierpuntsbuigproef en vergelijking met de resul - taten van de uittrekproef
3
4
5
6
Lichtbeton voor balkons 3 2018
33
Uittrekproef versus vierpuntsbuigproef
De relatie tussen de staalspanning en de scheurwijdte is ook
gebruikt om de resultaten van de uittrekproef te kunnen verge -
lijken met de resultaten van de vierpuntsbuigproef. De scheur -
wijdte uit de uittrekproef is het resultaat van tweemaal de
gemeten slip, aangezien slip aan beide kanten van een scheur
optreedt. De resultaten van de staalspanning en de bijbeho -
rende scheurwijdte van de uittrekproef zijn bruikbaar tot de
wapeningsstaaf begint te verplaatsen en uit de kubus wordt
getrokken. In grafiek 5 zijn de resultaten van de staalspanning
en de scheurwijdte van beide proeven gegeven (gebaseerd op
gemiddelde waarden).
Tijdens de proef is de toename van de kromming duidelijk
zichtbaar en is het scheurenpatroon goed waar te nemen. In
figuur 8 is een aantal foto's weergegeven die tijdens de proef
van bovenaf zijn gemaakt bij verschillende hoogtes van de
belasting. Hierbij is zichtbaar dat het aantal scheuren nagenoeg
gelijk blijft en dat de scheurwijdte blijft toenemen.
Uit de proeven volgt dat de resultaten van de drie proefstukken
nagenoeg gelijk zijn aan elkaar voor de volgende relaties:
moment & kromming, belasting & doorbuiging en staalspan -
ning & scheurwijdte.
In grafiek 4 zijn de resultaten van de drie proefstukken te zien
voor de relatie tussen moment en kromming. Ook is een bere -
kende waarde weergegeven van het korte termijn relatie tussen
moment en kromming, gebaseerd op de gemiddelde materiaal -
eigenschappen die uit eerdergenoemde proeven volgen. De
relatie tussen moment en kromming bleek overeen te komen
met het berekende moment-kappadiagram. Het theoretische
scheurmoment en vloeimoment komen nagenoeg overeen met
de resultaten van de proefstukken.
In grafiek 5 staat de relatie tussen staalspanning en scheur -
wijdte. De gevonden relatie bleek goed overeen te komen met
de waarden die uit de berekening van de karakteristieke
scheurwijdte volgens de Eurocode 2 volgen (tabel 3).
In grafiek 6 staat de relatie tussen belasting en doorbuiging. In
het onderzoek is niet ingegaan op de voorspelling van de door -
buiging.
Tabel 3 Berekende relatie staalspanning en karakteristieke scheurwijdte op basis van EC2
belasting [kN] moment [kNm] staalspanning [N/mm²] karakteristieke scheurwijdte [mm]
29,4 15,7 163 0,106
30 16,1 167 0,109
40 22,6 234 0,153
50 29,1 302 0,196
52,5 30,7 319 0,209
55 32,3 335 0,228
60 35,6 369 0,264
70 42,1 437 0,337
80 48,6 504 0,410
90 55,1 571 0,484
7 Kromming van het proef - stuk tijdens de vierpunts - buigproef (lengte proef - stuk 4,5 m)
7
Lichtbeton voor balkons 3 2018
34
8 Scheurenpatroon tijdens de proef van bovenaf gefotografeerd8a Belasting = 0 kN8b Belasting = 90,1 kN 8c Belasting = 99,9 kN
kunnen dus (nog) niet worden gebruikt om de scheurwijdte
van de vierpuntsbuigproef te voorspellen bij een bepaalde
staalspanning.
Bruikbaarheid voor praktijk
Om het ontwikkelde lichtgewicht betonmengsel uiteindelijk
op de markt te kunnen brengen, is vervolgonderzoek nodig.
De resultaten van het mengsel zijn veelbelovend tot nu toe,
maar onder andere de langetermijneffecten moeten nog
worden onderzocht en het mengsel kan nog worden geopti -
maliseerd. Wanneer uit deze onderzoeken volgt dat het
mengsel geschikt is om op de markt te kunnen brengen, dan is
het zeker een meerwaarde voor in de praktijk door het
beperkte eigen gewicht.
Conclusies en aanbevelingen
Tijdens dit onderzoek is een homogeen lichtgewicht beton -
mengsel ontwikkeld met een gemiddelde volumieke massa van
1760 kg/m 3 een gemiddelde 28-daagse druksterkte van 42 N/
mm² (kubusdruksterkte). Gebaseerd op deze experimenteel
gevonden waarden kunnen de treksterkte en elasticiteitsmodu -
lus worden voorspeld volgens de Eurocode 2, aangezien de
afwijking met de experimenteel gevonden waarden klein is. Het
aanhechtgedrag is met uittrekproeven bepaald, wat vergelijk -
baar is met dat van traditioneel beton.
Het scheurgedrag is experimenteel bepaald met vierpuntsbuig -
proeven. Uit deze proeven volgt dat de resultaten van drie
proefstukken nagenoeg gelijk zijn aan elkaar voor de volgende
relaties: belasting & doorbuiging, moment & kromming en
staalspanning & scheurwijdte. De relatie tussen moment en
kromming bleek overeen te komen met het berekende
moment-kappadiagram. Ook de gevonden relatie tussen staal -
spanning en scheurwijdte bleek goed overeen te komen met de
waarden die uit de berekening van de karakteristieke scheur -
wijdte volgens de Eurocode 2 volgen.
De belangrijkste aanbevelingen om het mengsel te optimalise -
ren zijn om, in verband met esthetica, het aantal luchtbellen
aan het oppervlak te reduceren. Het ontworpen betonmengsel
kan nog niet worden gebruikt als schoonbeton. Ook wordt
aanbevolen de open tijd van het mengsel te verlengen voor een
langere verwerkbaarheid. Daarnaast moeten de langetermijnef -
fecten worden onderzocht. Een andere aanbeveling is om de
uittrekproeven met een langere aanhechtlengte uit te voeren.
Daardoor kunnen hogere staalspanningen worden bereikt en
kan de vergelijking met de vierpuntsbuigproef voor
hogere staalspanningen worden gemaakt. ?
In de grafiek worden de resultaten van de uittrekproef weerge -
geven tot een staalspanning van slechts 200 N/mm². Dit omdat
vanaf dat moment de wapeningsstaaf uit het beton wordt
getrokken en de resultaten niet meer representatief zijn voor
de vergelijking met de vierpuntsbuigproef. Uit de resultaten
kan worden geconcludeerd dat de scheurwijdte van de vier -
puntsbuigproef bij elke staalspanning kleiner is dan de scheur -
wijdte van de uittrekproef. De resultaten van de uittrekproef
8a
8b
8c
Lichtbeton voor balkons 3 2018
ENCI Studieprijs 2017
Dit is het tweede artikel in een serie met bijdragen van prijswinnaars van de ENCI Studieprijs 2017. De studie ‘Material and structural design aspects of a prefabricated balcony of lightweight concrete’, die in dit artikel wordt beschreven, ontving de tweede prijs in de categorie Universiteiten. De jury over deze studie: “De jury spreekt haar waardering uit voor de volledigheid van dit onderzoek, van materiaal tot product. Voorwaar een mooi voorbeeld van een goede symbiose tussen betontechnologie en constructieleer. Ondanks de veelheid aan informatie is het rapport goed leesbaar en ordelijk gestructureerd. Bewondering is er vooral ook voor de mate van zelfreflectie van de student. Dit uit zich in de vergelijking van de onderzoeksresultaten met literatuur en bestaande normering, maar ook in het besef dat het eindproduct van de studie nog nader onderzoek vergt alvorens te kunnen worden toegepast in de praktijk. Al met al een mooi voorbeeld van een slimme ontwikkeling van het materiaal beton en een gedegen onderzoek.”
Meer informatie op www.cementonline.nl/encistudieprijs. De gehele thesis lezen? Lees hier het onderzoek 'Material and structural design aspects of a prefabricated balcony'
1) Elske van Heuveln is met het onderzoek ‘Material and structural design aspects of a prefabricated balcony of lightweight concrete’ afgestudeerd aan de TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde. Zij heeft dit onderzoek uitgevoerd in samenwerking met Geelen Beton Wanssum. In haar afstudeercommissie hadden zitting: prof.ir. S.N.M Wijte (voorzitter), prof.dr.ir. H.J.H. Brouwers, dr.ir. F.P. Bos en dr. Q.L. Yu (allen TU Eindhoven).
Om gewicht te besparen worden balkons tegenwoordig steeds vaker van ultra-hogesterktebeton gemaakt. Gewichtsbesparing is voornamelijk interessant voor renovatieprojecten, waarin de belasting op de bestaande constructie vaak zo veel mogelijk moet worden beperkt. Nadeel van balkons van ultra-hogesterktebeton, die zeer dun worden uitgevoerd, is echter de gelimiteerde ruimte voor goten en randen.
Een andere manier om gewicht te besparen is de volumieke massa van het beton te verlagen. Hierdoor kan het traditionele ontwerp van de balkons worden gehandhaafd, met voldoende ruimte voor de goten en randen. In een afstudeeronderzoek aan de TU Eindhoven is een mengsel voor lichtbeton ontwikkeld, dat geschikt is voor de toepassing van prefab balkons. Met behulp van experimenteel onderzoek is aangetoond of wordt voldaan aan de eisen met betrekking op de constructieve, esthetische en duurzaamheidsaspecten (foto 1). Het onderzoek bestond dus uit een combinatie van materiaalkundige en constructieve ontwerpaspecten.
1 Vierpuntsbuigproef
Mengsel
2: Rotocell Plus korrels (0,09 – 0,3 mm, 1,0 – 2,0 mm en 2,0 – 4,0 mm)
Om een mengsel van lichtbeton te kunnen ontwikkelen, is het belangrijk meer informatie te verkrijgen over de mogelijke grondstoffen en het ontwerpen van mengsels. Daarom is allereerst een literatuurstudie gedaan. Op basis hiervan zijn eisen aan het mengsel gesteld en zijn op basis van de ideale korrelopbouw enkele theoretisch mengsels ontworpen.
Toeslagmateriaal
Het belangrijkste verschil in samenstelling tussen traditioneel beton en lichtbeton is het toeslagmateriaal dat wordt toegepast. Waar bij traditioneel beton ‘zware’ toeslagmaterialen worden gebruikt zoals zand en grind, worden voor lichtbeton ‘lichte’ toeslagmaterialen toegepast. In dit onderzoek zijn meerdere mengsels ontwikkeld waarbij lichte korrels van natuurlijk geëxpandeerd silicaat zijn toegepast als toeslagmateriaal (Rotocell Plus korrels, foto 2). Deze korrels hebben een relatieve hoge sterkte in verhouding tot de volumieke massa, wat deze korrels geschikt maakt voor de toepassing in constructief lichtbeton. Daarnaast heeft de korrel een hydrofobe laag aan de buitenkant, waardoor de korrel geen water opzuigt en de verwerkbaarheid van het mengsel beter kan worden geregeld.
Mengselkeuze
Om te bepalen welk mengsel het meest geschikt is voor dit onderzoek, is experimenteel onderzoek gedaan om de juiste balans te vinden tussen de verhouding water, cement en superplastificeerder. Er zijn meerdere kleine proporties van testmengsels gemaakt met verschillende verhoudingen van de grondstoffen, waarbij de verwerkbaarheid en druksterkte zijn bepaald om een indicatie te krijgen van de eigenschappen van de mengsels. Ook is gekeken of de mengsels homogeen verdeeld zijn, door de doorsnede van de proefstukken te beoordelen. De twee mengsels met de beste resultaten zijn nogmaals op grotere schaal gemaakt en beproefd. Uit deze testmengsels is uiteindelijk een mengsel gekozen dat het beste voldeed aan de eisen met betrekking tot de verwerkbaarheid en sterkte. Dit gekozen mengsel is gebruikt voor de resterende proeven van dit onderzoek. Uit deze testmengsels is uiteindelijk een mengsel gekozen dat het beste voldeed aan de eisen met betrekking tot de verwerkbaarheid en sterkte. Dit gekozen mengsel is gebruikt voor de resterende proeven van dit onderzoek.
Eigenschappen mengsel
De samenstelling van het gekozen mengsel staat in tabel 1. Het is een homogeen mengsel met een gemiddelde volumieke massa van 1760 kg/m3. Dit is dus ongeveer 1/3 lager dan dat van traditioneel beton. De verwerkbaarheid van het mengsel voldoet aan de consistentieklasse van zelfverdichtend beton (SF2/SF3). Het heeft wel nog enige verdichting nodig om het aantal luchtbellen aan het oppervlak te reduceren.
Constructieve eigenschappen
Uit materiaalproeven volgde een gemiddelde 28-daagse druksterkte 42 N/mm² (kubusdruksterkte). Deze waarde is gebaseerd op totaal veertien kubussen, afkomstig uit drie verschillende batches. Op basis van deze druksterkte en de gevonden volumieke massa, kan de treksterkte en elasticiteitsmodulus goed worden voorspeld met Eurocode 2. Deze treksterkte en elasticiteitsmodulus zijn ook experimenteel bepaald. De treksterkte met een splijttreksterkte test conform NEN-EN 12390-6:2009 en de elasticiteitsmodulus aan de hand van de secant-elasticiteitsmodulus met de druktest conform NEN-EN 12390-13:2013. De afwijking tussen de experimenteel gevonden waarden en de berekende waarden bleek klein te zijn, waarbij laatst genoemde ietwat conservatief is (de berekende waarde is lager dan de experimenteel bepaalde waarde) (tabel 2).
3 Doorgesneden kubus na de uittrekproef.
Aanhechtgedrag
Daarnaast is het aanhechtgedrag bepaald, aan de hand van uittrekproeven (foto 3). Hierbij is een wapeningsstaaf over een bepaalde lengte in een proefkubus gestort. Tijdens de proef is een trekkracht op de wapeningsstaaf gezet en is de verplaatsing van de staaf gemeten. Uit de proeven volgde een gemiddelde maximale aanhechtsterkte van 16,7 N/mm² bij een wapeningsstaaf Ø12 mm. De gevonden aanhechtsterkte van het ontworpen betonmengsel is vergelijkbaar met dat van traditioneel beton.
Vierpuntsbuigproef
In het laatste deel van het onderzoek is het scheurgedrag van een balkonplaat experimenteel onderzocht. Hiervoor is een vierpuntsbuigproef gebruikt. In deze proef zijn drie proefstukken gebruikt van b x h x l = 400 mm x 270 mm x 4500 mm. Dit is als het 1are een ‘strook’ van een daadwerkelijk balkon. Dit proefstuk is op twee steunpunten belast door twee lijnlasten, waarbij de belasting toeneemt tot het proefstuk bezwijkt. De proefstukken zijn ondersteboven getest, omdat de scheurwijdte dan vanaf boven kan worden geobserveerd. Tijdens de proef zijn foto’s gemaakt vanaf de bovenkant van het proefstuk, die zijn gelinkt aan de resultaten. Tijdens de proef is de belasting, doorbuiging, kromming (fig. 4, 5 & 6) en scheurwijdte gemeten.
4 Relatie moment en kromming, volgend uit de vierpuntsbuigproef van de drie proefstukken inclusief voorspelling van de proef
5 Relatie belasting en doorbuiging, volgend uit de vierpuntsbuigproef van de drie proefstukken
6 Relatie belasting en doorbuiging volgend uit de vierpuntsbuigproef en vergelijking met de resultaten van de uittrekproef
Tijdens de proef is de toename van de kromming duidelijk zichtbaar en is het scheurenpatroon goed waar te nemen. In figuur 4 is een aantal foto’s weergegeven die tijdens de proef van bovenaf zijn gemaakt bij verschillende hoogtes van de belasting. Hierbij is zichtbaar dat het aantal scheuren nagenoeg gelijk blijft en dat de scheurwijdte blijft toenemen.
Uit de proeven volgt dat de resultaten van de drie proefstukken nagenoeg gelijk zijn aan elkaar voor de volgende relaties: moment & kromming, belasting & doorbuiging en staalspanning & scheurwijdte.
In grafiek 1 zijn de resultaten van de drie proefstukken te zien voor de relatie tussen moment en kromming. Ook is een berekende waarde weergegeven van het korte termijn relatie tussen moment en kromming, gebaseerd op de gemiddelde materiaaleigenschappen die uit eerdergenoemde proeven volgen. De relatie tussen moment en kromming bleek overeen te komen met het berekende moment-kappadiagram. Het theoretische scheurmoment en vloeimoment komen nagenoeg overeen met de resultaten van de proefstukken.
In grafiek 2 staat de relatie tussen belasting en doorbuiging. In het onderzoek is niet ingegaan op de voorspelling van de doorbuiging.
In grafiek 3 staat de relatie tussen staalspanning en scheurwijdte. De gevonden relatie bleek goed overeen te komen met de waarden die uit de berekening van de karakteristieke scheurwijdte volgens de Eurocode 2 volgen (tabel 3).
Uittrekproef versus vierpuntsbuigproef
De relatie tussen de staalspanning en de scheurwijdte is ook gebruikt om de resultaten van de uittrekproef te kunnen vergelijken met de resultaten van de vierpuntsbuigproef. De scheurwijdte uit de uittrekproef is het resultaat van tweemaal de gemeten slip, aangezien slip aan beide kanten van een scheur optreedt. De resultaten van de staalspanning en de bijbehorende scheurwijdte van de uittrekproef zijn bruikbaar tot de wapeningsstaaf begint te verplaatsen en uit de kubus wordt getrokken. In grafiek 3 zijn de resultaten van de staalspanning en de scheurwijdte van beide proeven gegeven (gebaseerd op gemiddelde waarden).
In de grafiek worden de resultaten van de uittrekproef weergegeven tot een staalspanning van slechts 200 N/mm². Dit omdat vanaf dat moment de wapeningsstaaf uit het beton wordt getrokken en de resultaten niet meer representatief zijn voor de vergelijking met de vierpuntsbuigproef. Uit de resultaten kan worden geconcludeerd dat de scheurwijdte van de vierpuntsbuigproef bij elke staalspanning significant kleiner is dan de scheurwijdte van de uittrekproef. De resultaten van de uittrekproef kunnen dus (nog) niet worden gebruikt om de scheurwijdte van de vierpuntsbuigproef te voorspellen bij een bepaalde staalspanning.
7: Kromming van het proefstuk tijdens de vierpuntsbuigproef (lengte proefstuk 4,5 meter).
8 Scheurenpatroon tijdens de proef van bovenaf gefotografeerd.
Bruikbaarheid voor praktijk
Om het ontwikkelde lichtgewicht betonmengsel uiteindelijk op de markt te kunnen brengen, is vervolgonderzoek nodig. De resultaten van het mengsel zijn veelbelovend tot nu toe, maar onder andere de langetermijneffecten moet nog worden onderzocht en het mengsel kan nog worden geoptimaliseerd. Wanneer uit deze onderzoeken volgt dat het mengsel geschikt is om op de markt te kunnen brengen, dan is het zeker een meerwaarde voor in de praktijk door het beperkte eigen gewicht.
Conclusies en aanbevelingen
Tijdens dit onderzoek is een homogeen lichtgewicht betonmengsel ontwikkeld met een gemiddelde volumieke massa van 1760 kg/m3 een gemiddelde 28-daagse druksterkte van 42 N/mm² (kubusdruksterkte). Gebaseerd op deze experimenteel gevonden waarden kunnen de treksterkte en elasticiteitsmodulus worden voorspeld volgens de Eurocode 2, aangezien de afwijking met de experimenteel gevonden waarden klein is. Het aanhechtgedrag is met uittrekproeven bepaald, wat vergelijkbaar is met dat van traditioneel beton.
Het scheurgedrag is experimenteel bepaald met vierpuntsbuigproeven. Uit deze proeven volgt dat de resultaten van drie proefstukken nagenoeg gelijk zijn aan elkaar voor de volgende relaties: belasting & doorbuiging, moment & kromming en staalspanning & scheurwijdte. De relatie tussen moment en kromming bleek overeen te komen met het berekende moment-kappadiagram. Ook de gevonden relatie tussen staalspanning en scheurwijdte bleek goed overeen te komen met de waarden die uit de berekening van de karakteristieke scheurwijdte volgens de Eurocode 2 volgen.
De belangrijkste aanbevelingen om het mengsel te optimaliseren zijn om, in verband met esthetica, het aantal luchtbellen aan het oppervlak te reduceren. Het ontworpen betonmengsel kan nog niet worden gebruikt als schoonbeton. Ook wordt aanbevolen de open tijd van het mengsel te verlengen voor een langere verwerkbaarheid. Daarnaast moeten de langetermijneffecten worden onderzocht. Een andere aanbeveling is om de uittrekproeven met een langere aanhechtlengte uit te voeren. Daardoor kunnen hogere staalspanningen worden bereikt, en kan de vergelijking met de vierpuntsbuigproef voor hogeren staalspanningen worden gemaakt.
Reacties