header bouwen

 


 maak van deze website uw startpagina !

WorldwideBase
Alle wwbase pagina's

 

Beton

 
   
 











Beton (v. Fr. béton, v. Lat. bitumen = aardpek), een bouwmateriaal bestaande uit een kunstmatig versteend mengsel van een bindmiddel en toeslagmaterialen. Het bindmiddel kan zijn cement of asfaltbitumen. Als toeslagmaterialen zijn voor normaal constructiebeton zand, grind en steenslag in Nederland en België het meest gebruikelijk. Om de trekkrachten in het beton beter op te nemen, moet het materiaal worden versterkt met stalen wapeningsstaven, het gewapend beton.

1. Geschiedenis
Reeds de Egyptenaren, Babyloniërs en later de Grieken en vooral de Romeinen pasten een beton toe voor hun bouwwerken. Laatstgenoemden maakten gebruik van het bindmiddel kalk met toevoeging van hydraulische toeslagen, zoals santorin- en puzzolaanaarde, waardoor hun mengsels ook zonder toetreding van lucht, dus zelfs onder water, konden verharden. Overblijfselen uit de Romeinse tijd (bruggen, aquaducten) geven een treffend beeld van de duurzaamheid van het toegepaste materiaal, hoewel hier sprake is van combinatie met natuursteen. De toepassing van beton is in de 19de en 20ste eeuw tot grote ontwikkeling gekomen. Belangrijke stimulansen waren de grotere wiskundige kennis, de mogelijkheden van de toegepaste mechanica, de uitvinding van portlandcement (rond 1850) en de ‘ontdekking’ van het gewapend en daarna het voorgespannen beton.

2. Bereiding
Voor de bereiding van beton gaat men uit van betonspecie. Dit is een verwerkbaar mengsel van cementpasta (cement + water) en enkele toeslagmaterialen. De cementpasta heeft tot taak de toeslagmaterialen, meestal dus zand- en grindkorrels, geheel te omhullen en na verharding aan elkaar te kitten. De poriën tussen de zand- en grindkorrels moeten daartoe zo volledig mogelijk worden gevuld.
Het water dient voor de chemische binding en verharding van het cement en in de beginfase voor het verkrijgen van de gewenste verwerkbaarheid. De hoeveelheid mengwater moet beperkt blijven, omdat vooral druksterkte, dichtheid en sterkte en duurzaamheid (zie § 3) merkbaar achteruitgaan als een te waterige specie wordt verwerkt. Als kenmerkende factor is de watercementfactor (wcf) ingevoerd, d.i. de gewichtsverhouding tussen de hoeveelheden water en cement in de specie. Om verwerkbaar te zijn, dwz. gemengd, vervoerd, gestort, voldoende verdicht en afgewerkt te kunnen worden, moet betonspecie een bepaalde consistentie bezitten. Het beton mag daarna op geen enkele plaats in de constructie aan uitdroging onderhevig zijn.
De cementsoorten die in betonspecie voor normaal constructiebeton in aanmerking komen, zijn portland-, hoogoven- en portland vliegascement (zie
cement). De keuze van de cementsoort is o.a. afhankelijk van de eisen die aan het verharde beton worden gesteld. Daarom komen ook andere soorten in aanmerking, zoals gesulfateerd cement. De hoeveelheid cement moet voor gewapend constructiebeton ten minste 280 kg per m3 beton bedragen; meer dan 400 kg per m3 verhoogt niet alleen de kosten, het hoge cementgehalte verhoogt tevens de nadelige gevolgen van krimp. Als toeslagmaterialen worden normaal gebruikt zand, grind of steenslag. Lichte toeslagstoffen, zoals bims (puimsteen) en geëxpandeerde kleikorrels, worden verwerkt in specie voor licht beton (zie § 4).
De mengverhouding tussen de materialen cement, zand en grind in betonspecie is vastgelegd in de Voorschriften Beton Technologie (VBT 1986; NEN 5950). Bovendien zijn controle- en uitvoeringseisen omschreven, opdat aan de eisen van een bepaalde betonkwaliteit zal worden voldaan. Dit betreft de indeling naar sterkteklassen en duurzaamheidsklassen
: 1–5 (milieu). De toe te voegen hoeveelheid water bepaalt men door uit te gaan van een gewenst toepassingsgebied. Binnen elke milieuklasse zijn maximale waarden voor de wcf aangegeven. Toevoeging van een betonhulpstof (zie § 6) kan bepaalde eigenschappen van het vloeibare mengsel of van het verharde eindproduct verbeteren.
De benodigde hoeveelheden grondstof voor een bepaalde betonspecie worden berekend met een cijfer dat uitlevering wordt genoemd en dat de verhouding aangeeft tussen het volume van de aangemaakte specie en de som van de volumina van de samenstellende droge stoffen (cement, zand en grind), afzonderlijk gemeten.

3. Eigenschappen
Beton behoort tot de steenachtige materialen. De druksterkte van een dergelijk materiaal is vele malen groter dan de treksterkte. Dit is de reden voor het wapenen en voorspannen van beton (zie § 5). Met druksterkte (resp. treksterkte) wordt bedoeld de druk (trek) per oppervlakte-eenheid waaraan een proefstuk van beton nog juist kan worden blootgesteld voordat het bezwijkt. De karakteristieke kubusdruksterkte wordt als maatstaf voor de kwaliteitsbeoordeling van beton gehanteerd en wordt statistisch bepaald via een genormaliseerd aantal proefkubussen met riblengten van 150 mm. De beproeving van de kubussen gebeurt na 28 dagen verharding onder eveneens genormaliseerde omstandigheden.
In Nederland onderscheiden de Voorschriften Beton Technologie (VBT 1986) betonkwaliteiten met karakteristieke kubusdruksterkten van 5 tot 55 N/mm2. In België gelden de Normbladen NBN B15 (1976–1977). De betondruksterkte op de bouwplaats moet minstens 45 N/mm2 bedragen en in de fabriek 50 N/mm2.
De druksterkte is hoger naarmate het beton minder poriën bevat. Dit kan worden bereikt door een zo gunstig mogelijke korrelverdeling van de toeslagmaterialen (lage wcf), toevoeging van een doelmatige hulpstof en kunstmatige verdichting van de specie door schokken of trillen. Het kan van belang zijn de hele sterkte van beton te kennen, o.a. bij ongewapend beton. De treksterkte is ongeveer 1/8 à 1/10 van de druksterkte. De aanhechtsterkte van beton aan wapening is met de schuifweerstand van belang in gewapend beton. Een gemiddelde waarde van ca. 1–2 N/mm2 kan aanmerkelijk worden verhoogd door het oppervlak van de wapeningsstaven te vergroten (kamstaal). De slijtweerstand neemt toe bij hoger cementgehalte, kwaliteit van toeslagen en dichtheid. Een teveel aan mengwater en fijnkorrelige toeslag hebben een nadelige invloed. De waterdichtheid is geheel afhankelijk van de samenstelling, wijze van verwerken en nabehandeling (nat houden) van betonspecie. Kunstmatige verbetering kan o.a. bereikt worden door toevoeging van bepaalde hulpstoffen. De stijfheid (elasticiteitsmodulus) van beton is afhankelijk van betonkwaliteit en optredende spanning bij belasting. Voor niet te hoge spanningen in de constructie bedraagt de elasticiteitsmodulus ca. 21!500–37!000 N/mm2. De lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt bedraagt ca. 12 × 10-6 per °C. Mede door het krimpen tijdens de verharding zijn dilatatievoegen op afstanden van 30–40 m gewenst. De vuurbestandheid van beton is vrij groot. Een brand van enige uren wordt meestal goed doorstaan. De bestandheid tegen chemische aantasting is voornamelijk afhankelijk van de dichtheid (hoogte wcf) en de toegepaste cementsoort. Beton is vrij goed bestand tegen de inwerking van basen, alcohol, keukenzout kalk, soda, aardolieproducten en teer. Schadelijk zijn zuren, sulfaten, magnesiumchloride, salmiak, suiker, plantaardige oliën en vetten, koolzuur, rioolvocht en rookgassen. Toepassing van hoogovencement of gesulfateerd cement maken beton chemisch meer bestand.

4. Soorten
Beton kan op verschillende wijzen in soorten ingedeeld worden. Meestal gebeurt dit op de technologie van de betonfabricage, omdat deze indeling ook bruikbaar blijkt te zijn bij de karakterisering van beton onder gebruiksomstandigheden:
a. Normaal beton met zand en grind of steenslag als toeslagmateriaal en een gesloten structuur, bijv. grindbeton. De volumieke massa bedraagt 2000–2500 kg/m3.
b. Zwaar beton met zwaarder toeslagmateriaal dan normaal gebruikelijk, zoals zwaarspaat, basalt, ijzererts of loodslakken, en een gesloten structuur. Het zwaardere toeslagmateriaal dient bijv. om een betere bescherming te verkrijgen tegen gammastraling of om onderwaterconstructies beter te behoeden tegen de opwaartse druk van het water. De volumieke massa bedraagt 2800–5000 kg/m3.
c. Licht beton met lichter, min of meer poreus toeslagmateriaal van minerale of plantaardige oorsprong en een gesloten of open structuur. Afhankelijk van de keuze van toeslagmateriaal en structuur ontstaan bijv. bimsbeton (met puimsteenkorrels), korrelbeton, slakkenbeton en houtbeton. De volumieke massa hangt samen met de gewenste eigenschappen en bedraagt 500–1800 kg/m3.
d. Cellenbeton is een samenvattende benaming voor lichte poreuze materialen die op basis van hydraulische bindmiddelen zijn vervaardigd. Wordt bij de productie een schuimmiddel gebruikt, dan ontstaat schuimbeton; wordt een gasontwikkelende stof gebruikt, dan ontstaat gasbeton (Ytong, Siporex, Durox en Aerocrete). De volumieke massa bedraagt 300–1200 kg/m3.
e. Polymeerbeton, waarbij een polymeer (kunststof) is toegevoegd ter verbetering van de eigenschappen, zoals de druk-, trek- en buigsterkte, taaiheid, dichtheid en betere bestandheid tegen aantasting. Er wordt een drietal soorten polymeerbeton onderscheiden naar verschillende vervaardigingsmethoden. Toepassingen treft men vooral aan in gevelelementen, wegdek en offshore.
f. Vezelversterkt beton. Door toevoeging en vermenging van staal- of glasvezels worden betonsoorten verkregen, waarvan de treksterkte, taaiheid en de schokbestandheid verbeteren ten opzichte van traditioneel grindbeton. Het mengproces moet in het algemeen daartoe worden aangepast (toevoeging van plastificeerder; zie bij § 6
: plastificeermiddelen).

5. Gewapend en voorgespannen beton
5.1 Principe
In een betonconstructie treden onder invloed van het eigen gewicht en verschillende soorten belasting over het algemeen druk- en trekkrachten op. Mede doordat het materiaal drukspanningen beter kan verdragen dan trekspanningen, zouden in bepaalde delen van de constructie zodanige trekspanningen kunnen optreden dat scheurvorming ontstaat. De constructie dient zodanig te worden uitgevoerd dat te grote trekspanningen worden vermeden, of door andere voorzieningen worden opgenomen.
5.2 Gewapend beton
In de constructie zijn de gebieden waarin trekspanningen optreden, versterkt door er een geschikt treksterk materiaal (wapening genoemd) in op te nemen. Als wapening zouden in principe alle treksterke materialen kunnen dienen, mits zij goed kunnen samenwerken met beton. Men gebruikt voor de gewone constructieve toepassingen het relatief goedkope betonstaal.
Gewapend beton is een betrekkelijk jong materiaal
: in 1867 verkreeg de Franse tuinman J. Monier (1823–1906) zijn eerste patent. Een tiental jaren later droeg de Amerikaan Hyatt veel bij tot een beter inzicht in de mogelijkheden van dit bouwmateriaal. Gewapend beton behoort tot de meest op de voorgrond tredende constructiematerialen; er kunnen constructies van grote omvang met gunstige mechanische eigenschappen mee tot stand worden gebracht. De wapening moet goed aan het beton gehecht zijn; bij belasting mag de wapening niet verschuiven in het omringende beton. Door het wapeningsoppervlak te voorzien van oneffenheden (geprofileerde wapeningsstaven) en door verwerking van betonspecie met gunstige korrelverdeling van toeslagmaterialen, beperkte hoeveelheden (aanmaak)water (zo laag mogelijke watercementfactor) en door eventuele toepassing van verdichtingsmiddelen wordt de aanhechting tussen beton en staal verbeterd. Wapeningsstaven moeten op voldoende afstand tot de buitenkant van het beton worden aangebracht (deze afstand is daarbij ondergeschikt aan de dichtheid van het beton); ook onderling moeten de staven ver genoeg uit elkaar liggen, zodat de wapening bij het storten goed omhuld wordt door de specie. Voor ontwerpen, tekenen, samenstellende materialen, uitvoering en controle van gewapend-betonconstructies gelden genormaliseerde voorschriften die regelmatig worden herzien en aangepast aan de ontwikkelingen. Niet alleen zijn sterktewaarden van belang, ook de toepassingsgebieden (milieuomstandigheden) komen steeds meer aan de orde.
5.3 Voorgespannen beton
Het principe van voorgespannen beton is dat via een fabricageproces in het beton een drukspanning wordt aangebracht (de voorspanning). Het spannen van beton kan op twee manieren gebeuren. De ene methode berust op voorspannen van bepaalde wapeningsstaven aan de bekisting, gevolgd door betonstorten, verharden specie en weer loslaten van de spanning op de wapening. Door de hechting van de wapening aan het beton wordt de spanning in de staven overgebracht op het beton (drukspanning in het beton). De andere methode gaat er van uit dat de drukspanning in het verharde beton verkregen wordt door constructief naspannen van staven die zich in kanalen (aangebracht in het beton) bevinden. De laatste methode kan het best worden aangeduid met ‘nagespannen’ beton. De voorgeplande kanalen worden naderhand gevuld met een injectiemortel, ter bescherming van het staal. De spanning ontstaat door het aandraaien van moeren op draadeinden van de wapeningsstaven. Deze staven hebben dus geen direct contact met het beton. De afmetingen van een voorgespannen betonconstructie en de plaats en grootte van de voorspanning wordt verkregen door zeer zorgvuldige berekeningen, waarbij de voorspanning in de constructie tezamen met de spanningen ten gevolge van uitwendige krachten binnen toelaatbare grenzen moeten blijven.
Het belastingpatroon is bij normaal constructiebeton wezenlijk verschillend van voorgespannen beton: bij gewapend beton is een deel van de betonmassa, bij voorgespannen beton is de gehele betonmassa betrokken bij de krachtoverdracht. Daardoor kunnen in bepaalde gevallen met voorgespannen beton slankere constructies worden vervaardigd. Niet alleen verkrijgt men in voorgespannen beton een aanzienlijke materiaal- en gewichtsbesparing, maar tevens een terugdringen van scheurvorming doordat haarscheurtjes (altijd aanwezig in beton) door de voorspanning worden dichtgedrukt. In voorgespannen beton moeten ten behoeve van het voorspannen staalsoorten (zie betonstaal) met hogere treksterkten worden verwerkt dan in gewapend beton.
De idee van het voorgespannen beton ontstond reeds in het begin van de ontwikkeling van het gewapend beton. In 1886 verkreeg Jackson in San Francisco octrooi op het voorspannen. Het eerste octrooi in Europa dateert van 1888 en staat op naam van Döhring in Berlijn. Vooral Freyssinet in Frankrijk heeft een belangrijke bijdrage geleverd tot de oplossing van theoretische en praktische problemen rond voorgespannen beton; de eerste belangrijke constructies kwamen onder zijn leiding tot stand in de jaren 1933–1939. In België kwam het voorgespannen beton vooral door Magnel tot ontwikkeling. Sindsdien heeft de wetenschappelijke benadering van het voorgespannen beton zich steeds verder ontwikkeld en zijn belangrijke bouwwerken, vooral bruggen en viaducten, tot stand gekomen.

Bij voorgespannen beton worden dus in beginsel twee constructiesystemen onderscheiden
:
a. Het staal wordt gerekt voordat het beton is verhard, pre-tensioned concrete. Het staal wordt hierbij zoals gezegd vastgestort in het beton. Dit systeem van Hoyer wordt meestal toegepast voor fabriekmatig vervaardigde voorgespannen betonelementen, zoals spanten, liggers, platen, heipalen, masten, dwarsliggers, waterleidingbuizen. We spreken dan van prefab-beton.
b. Het staal wordt gerekt nadat het beton is verhard, post-tensioned concrete. Hierbij worden in het beton kanalen gespaard, waarin de wapening vrij kan bewegen. Een veel toegepaste methode is het voorspansysteem zonder aanhechting (VZA-systeem), waarbij de kanalen waarin de wapeningsstrengen zich bevinden, zijn opgevuld met vet. Na het spannen en verankeren van de wapening worden de kanalen niet geïnjecteerd.
Voor ontwerpen, tekenen, samenstellende materialen, uitvoering en controle van voorgespannen-betonconstructies bestaan in Nederland voorschriften die geregeld worden herzien en aangepast aan de ontwikkeling.

6. Betonhulpstoffen
Dit zijn stoffen die in voorgeschreven gedoseerde hoeveelheden aan betonspecie worden toegevoegd om bepaalde eigenschappen van de specie of van het verharde beton in positieve zin te beïnvloeden, zoals verwerkbaarheid, binding, verharding, krimp, waterdichtheid, mechanische en chemische weerstand en vorstbestandheid. Men onderscheidt:
a. Bindings- en verhardingsversnellende hulpstoffen. Metaalchloriden, soda en kaliumhydroxide kunnen cement al binnen vijf minuten tot binding brengen en worden toegepast bij het dichten van lekkages en vastzetten van machines op betonfundaties. Calciumchloride past men wel in koudere perioden toe: door versnelde verharding van het beton wordt dan gedurende de eerste dagen meer warmte ontwikkeld; de kans op bevriezing is kleiner. Calciumchloride kan eveneens worden toegepast om bij prefabricage tot snellere ontkisting te komen. Overigens behoort calciumchloride tot de stoffen die onder strenge (genormeerde) controle staan.
b. Bindings- en verhardingsvertragende hulpstoffen. Fosforzuur, nitraten, koolhydraten, zinkoxide worden soms toegepast in massabeton om te grote warmte-ontwikkeling in de beginfase tijdens de verharding tegen te gaan en zodoende scheurvorming te voorkomen.
c. Verdichtingsmiddelen. De middelen doen dienst als fijnkorrelige vulling van poriën in beton waarin bijv. weinig fijn toeslagmateriaal is verwerkt. Een voorbeeld is fijngemalen zand. Amorf kiezelzuur bevattende mineralen (puzzolanen, tras) zorgen tevens voor gedeeltelijke binding van kalk die bij de verharding van het bindmiddel cement vrijkomt. Toepassingen
: waterdicht beton en onder water gestort beton.
d. Plastificeermiddelen. Deze middelen worden aan een betonspecie toegevoegd om de verwerkbaarheid te verbeteren. Het grote voordeel van goede toepassing van dergelijke hulpstoffen is dat de waterbehoefte kan worden verlaagd, hetgeen de (latere) dichtheid en sterkte van het beton verhoogt. De zgn. superplastificeerders werken in dit opzicht het meest effectief. De plastificeerders zijn in het algemeen gebaseerd op sulfonaten.
e. Luchtbelvormers (air entraining agents) veroorzaken kleine luchtbelletjes (ca. 0, 1 mm), waardoor de verwerkbaarheid van de specie wordt verbeterd. De vorstbestandheid van beton waarin een luchtbelvormer op voorgeschreven wijze is verwerkt, neemt toe. Bij overdosering wordt de druksterkte nadelig beïnvloed.
f. Uitdrogingswerende middelen (bijv. curing compound) worden in dunne laag op vers gestort beton gespoten om verdamping van aanmaakwater tegen te gaan. Ze bestaan uit hars- of paraffinehoudende preparaten met lichte kleurstoffen. Uitdrogingswerende middelen op kunststofbasis worden toegepast in de betonwegenbouw.

7. Afwerking en bekleding
7.1 Afwerking
Deze heeft tot doel een beschermende laag te verkrijgen of het aanzien te verbeteren. Men streeft ernaar de betonkwaliteit op te voeren zodat het betonoppervlak glad uit de bekisting
komt, waardoor een afwerking minder kostbaar of geheel overbodig wordt. Tot de eenvoudige afwerkingen behoren: bestrijken met gekleurde cementsaus en inschuren met cementspecie. Weerbestandheid en kleur kunnen worden verbeterd door metalliseren met metaalzouten, opspuiten van een metaallaag of schilderen met speciale verven op basis van witte cement, kunsthars of chloorrubber. Betonvlakken die met grond in aanraking komen, worden vaak bestreken met koolteerepoxy of bitumineuze middelen.
7.2 Bekleding
Deze heeft tot doel slijtsterkte of isolatie te verbeteren, bescherming te geven tegen weersinvloeden, chemische aantasting in agressief milieu of hitte van ovens en schoorstenen. In de waterbouwkunde en utiliteitsbouw past men vaak bekledingen toe van basalt, graniet, porfier, metselwerk, e.d. Vloeren kunnen worden voorzien van slijtvaste lagen met carborundum, kwartskorrels, basaltzand, staalgruis, e.d. of van tegels, parket, linoleum, e.d. als vloerafwerking; op betonwegen worden bij zwaar verkeer bekledingen met stalen versterkingen toegepast. Perrons kunnen worden bekleed met asfalt of asfaltmortel. Bescherming tegen hoge temperaturen verkrijgt men door bekleding met vuurvast materiaal. Tegen chemische aantasting (betonschade) kunnen bijv. emulsieverven en bitumenlagen goede diensten bewijzen.

 
   

Nieuwe pagina 1

© copyright WorldwideBase 2005-2009