Een uitgave van deNederlandseCementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-238531 oktober 1971Wat gebeurt er bij het verhitten van normaalbeton?In grove lijnen kan men het gedrag van normaalbeton bij temperatuurverhoging als volgt schet-sen:i. Bij temperaturen tot 250 °Cstijgt de druk-sterkte vergeleken met niet-verhitte proef-stukken.2. Bij verdere verwarming treedt druksterkte-verliesop. De mate hiervan is vooral afhan-kelijk van de aard van het cement.Bij zeer hoge temperaturen en wel boven1200 oe treedt weer herstel van druksterkteop. De mate hiervan is duidelijk afhankelijkvan aard van het toeslagmateriaal.Welke factoren zijn van invloed bij het verhittènvan beton?Om een indruk te krijgen van de invloed vanhoge temperaturen op beton kunnen proefstuk-ken worden blootgesteld aan diverse tempera-turen waarna dan bij voorbeeld de druksterktevan deze proefstukken wordt ,gemeten. Overdergelijke proeven is al veel gepubliceerd endaaruit blijkt dat de gevolgen voor het beton af-Inleiding hankelijk zijn van zeer veel factoren. HiervanIn de sportkrant op maandagmorgen lezen we moeten worden genoemd:tegenwoordig nogal eens over betonvoetbal. · hoogte van de temperatuur;Een uitleg wordt er bij dat woord nooit gegeven. · inwerkingsduur van de temperatuur;Iedereen weet dat beton een zeer hard en duur- · aard van het cement;zaam materiaal is. En hoewel de vergelijking · aard van de toeslagmaterialen ;voor het type voetbalspel dat hiermee wordt be- · leeftijd en vochtgehalte van het beton bij hetdoeld beslist niet vleiend is, voor het beton is begin van de temperatuurbelasting;het dat wel. Zo'n hard en duurzaam materiaal is · grootte van de gelijktijdig optredende me-namelijk iets waar je in letterlijke en figuurlijke chanische belasting;zin op kunt bouwen. milieu na afloop van de temperatuurbelas-De hardheid van beton komt dikwijls ter sprake, ting; dit laatste bepaalt vooral de 'reststerk-bij voorbeeld in de vorm van een bezwijksterkte te'.die we als kwaliteitsaanduiding van het mate-riaal hanteren. De duurzaamheid wordt meestal,zonder omhaal van woorden, min of meer van-zelfsprekend geaccepteerd. Je wordt er ook optreffende wijze opmerkzaam op gemaakt bij hetslopen van beton!Bij de duurzaamheid van beton zullen de om-standigheden, waaraan het wordt blootgesteld,een rol spelen. Zo zal het klimaat een factor zijndie hierin meespeelt, dus de invloed van weeren wind. Nog duidelijker is de invloed van eenagressief milieu zoals zwavelhoudende rookgas-sen of vloeistoffen met een voor beton schade- 3.Iijke werking.In deze aflevering willen we het eens hebbenover de invloed van hoge temperaturen op deeigenschappen van beton. Daartoe zullen weeens kijken wat er gebeurt wanneer normaal be- Van deze gang van zaken kunnen we ons op deton aan hoge temperaturen wordt blootgesteld. volgende manier een beeld vormen. Beton isBeton enhoge temperaturenBrand!en de gevolgen ervan voor de betonconstructie:de wapening ligt bloot ten gevolge van het af-springen van de betondekking; hier heeft repa-ratie plaats door het aanbrengen van stalenmantels rond de kolommen die gevuld wordenmet betonspecieFoto's: ANPeen poreus materiaal, bestaande uit korrels toe-slagmateriaal die bijeengehouden worden doorcementsteen, dus gehydrateerd cement datchemisch en fysisch gebonden water bevat. Inde capillaire poriën kan al dan niet vrij wateraanwezig zijn.Bij temperaturen tot 250 oe verdwijnt het vrijewater uit de capillaire poriën en ook het fysischin de cementsteen gebonden water. Dit is eengelijkmatig proces waarbij de feitelijke struc-tuur van de cementsteen niet wordt aangetast.Door het uitdrogen van de poriën vindt menzelfs een verhoging van de druksterkte! Ditklopt met de ervaring dat ook bij de normale be-proeving op druksterkte een gedroogd proef-stuk een hogere sterkte oplevert dan een metwater verzadigd proefstuk van overigens gelijk-waardig beton. De aard van het cement en detoeslagmaterialen zijn bij dit proces nauwelijksvan belang.Bij verdergaande verhitting wordt het chemischgebonden water uitgedreven waardoor destructuur van de cementsteen wordt aangetast.Dit gaat gepaard met sprongsgewijze veraride-ringen waarbij de aard van het cement van in-vloed is. Bovendien heeft bij 575 oe een omzet-ting van het kwarts (toeslagmateriaal) plaats,gepaard gaande met een voJumevergroting dietot verder uiteenvallen van het beton leidt.2Ten slotte is bij zeer hoge temperaturen, hogerdan 1200 oe, geen water meer in het beton aan-wezig. Er kunnen nu reacties optreden tussende resterende bestanddelen van de cement-steen en het toeslagmateriaal. Dit is hetzelfdesoort reacties als die optreden bij het 'bakken'van tegels of aardewerk; men spreekt ook welvan keramische reacties. Het gaat gepaard meteen toename van de sterkte van de proefstuk-ken. De aard van het toeslagmateriaal heeft ophet verloop van deze reacties groteinvlaed.Feitelijk kunnen we echter al niet meer van nor-maal beton spreken.Welke gevolgen heeft deze gang van zaken?Om te beginnen kan uit de resultaten van der-gelijke proefnemingen een belangrijke conclu-sie voor de praktijk worden getrokken. Dezeluidt:normaal constructiebeton mag nooit gedurendelangere tijd aan temperaturen boven 250 oeworden blootgesteld.Wanneer aan deze eis niet kan worden voldaan,zullen speciale maatregelen moeten wordengenomen. Dit kan zijn het zodanig isoleren vanhet beton dat de kritische temperatuur nietwordt overschreden. Wanneer dit niet mogelijkis, moet men overgaan tot toepassing van hitte-bestendig dan wel vuurvast beton.BrandIn vele gevallen waarbij beton aan hoge tempe-ratuurbelasting wordt blootgesteld, gebeurt ditonder onverwachte en ongewenste omstandig-heden, namelijk ingeval van brand. Voor eengoed begrip van de uitwerking van brand opeen betonconstructie is het nuttig enige facto-ren wat nader onder de loep te nemen. Betongeleidt de warmte vrij slecht. Daardoor kunnener gedurende enige tijd aanzienlijke tempera-tuurverschillen zijn tussen de 'brandzijde' vanhet betonen de kern van het beton, ofwel tus-sen de 'brandzljde' en de andere zijde van hetbeton. Dit heeft twee gevolgen.In de eerste plaats treden temperatuurspannin-gen in het beton op, veroorzaakt door de onge-lijkmatige uitzetting waaraan het materiaalwordt blootgesteld. In de Franse taal heeft menhiervoor een treffende benaming: 'ehoc therrnl-que', wat met 'thermische schok' kan wordenvertaald. We kennen dit effect in het dagelijksleven bij het dompelen van een koud glas inheet water (of omgekeerd): het glas springtstuk. Door de temperatuurspanning kunnen ookvan het beton stukken afspringen. Dikwijls be-vindt zich het breukvlak op de plaats waar hetbeton het minste 'lijf' heeft. Het is dan ook eenvertrouwd beeld dat na een brand de wapeningvan kolommen en balken blootligt door het af-springen van stukken beton ter dikte van dedekking.Een tweede gevolg is dat een onderliggendelaag beton enige tijd beschermd blijft door hetbeton dat direct aan het vuur is blootgesteld.Een ander, even vertrouwd beeld na afloop vaneen brand is dan ook dat de gewapend-beton-constructie het nog 'gehouden' heeft. Dat wilzeggen dat ondanks oppervlakkige, soms vrijgrote beschadigingen het betonskelet niet be-zweken is. Dank zij de bescherming die de kern3Schade' aan de betonconstructie van éen fa-brieksgebouw t.g.v. brand; het beton is vooralafgesprongen op de hoeken van de balken,waardoor de wapening zichtbaar wordtvan kolommen en balken ondervonden heeftdoor de buitenste laag van zijn eigen materiaal.Bij constructies van voorgespannen beton ligtde zaak iets anders. Zonder hier dieper op in tegaan, is het toch bij oppervlakkige beschou-wing al duidelijk dat de meestal slanke con-structiedelen van voorgespannen beton alleenal door hun geringere dikte minder weerstandtegen brand kunnen bieden. Door de functie endoor de materiaaleigenschappen van het hoog-waardige staal dat hierbij wordt gebruikt, zalbovendien een grotere gevoeligheid voor ho-gere temperaturen aanwezig zijn. Er bestaandan ook internationale richtlijnen die voor zulkeconstructies een bepaalde brandwerendheideisen. Dat wil zegen dat een dergelijk betondurende bepaalde tijd (bij voorbeeld 1 uur) eengestandaardiseerde temperatuurbelasting moetkunnen doorstaan zonder te bezwijken.Wat doen we met beton na de brand'Uit de brand, in de brand' zegt een oud spreek-woord. Het zal van de omstandigheden afhang-gen in hoeverre dit geldig is voor het betonnenskelet van een gebouw dat door brand is ge-troffen. Wanneer het beton geen uiterlijke scha-de vertoont zal het in de meeste gevallen noggoed bruikbaar blijken. Er moet natuurlijk weleen onderzoek naar de toestand van het mate-temperaturen, maar ook om de snelheid van op-warmen en het aantal temperatuurwisselingen.Grote temperatuurverschillen of snelle tempe-ratuurwisselingen kunnen nl. veel schadelijkerzijn dan een gelijkmatig hogere temperatuur ge-durende lange tijd. In sommige gevallen en bijniet al te hoge temperaturen en mechanischebelasting wordt toch normaal beton toegepast;men rekent dan gewoon op een beperkte le-vensduur.In vele andere gevallen dient men over te gaantot het maken van vuurvast beton. Dit gebeurtmeestal op basis van aluminiumcement en ge-broken chamottesteen. Ook op basis van water-glas kan vuurvast beton worden gemaakt. Toe-passing en uitvoering zijn echter het werk vanspecialisten en daarom zal er hier niet nader opworden ingegaan.Voor gespannen betonbalk na een brandproeffoto: TNO/fBBenaai worden ingesteld. Vooral letten op los-zittende stukken, gedeelten waar de constructieontzet kan zijn e.d, De akoestische betontesterkan ons bij een dergelijk onderzoek goedediensten bewijzen. Meestal is uit het verloopvan de brand en de lokale omstandigheden welaf te leiden welke plaatsen de meeste aandachtverdienen.Bij zware beschadiging van het beton zal hetniet moeilijk zijn de beslissing tot slopen te ne-men.ln tussenllqqende ,gevallen wordt het ne-men van een dergelijke beslissing echter moei-lijker. De constructie is bij voorbeeld nog ge-heel intact, er zijn echter ernstige lokale be-5chadigingen. Meestal in de vorm van loszitten-de stukken, gedeelten waar het beton afge-sprongen is, enz. Een nauwkeurig en deskundigonderzoek zal hier uitsluitsel moeten gevenover de 'restwaarde', dus de bruikbaarheid vanhet resterende materiaal.Een heel ander punt is ten slotte of het finan-cieel aantrekkelijk is een betonconstructie metaanzienlijke beschadigingen te repareren. Ookwanneer een groot gedeelte van het betreffen-de beton nog gezond blijkt, zal toch dikwijls tot ,slopen worden overgegaan.Vuurvast beton \':Wanneer van tevoren bekend is dat beton aan .'hoge temperaturen zal worden blootgesteld, zal ,men hiermee rekening kunnen houden. Meestal \.gaat het hierbij om constructies voor indus- \triële doeleinden zoals ovens, schoorstenen e.d. IHet is belangrijk dat in het ontwerpstadiumoverleg plaats heeft tussen opdrachtgever en :(,constructeur, zodat deze laatste zo goed moge-lijk is geïnformeerd over het te verwachten tem-peratuurverloop in de constructies. Daarbij gaat )het niet alleen om de maximaal te bereiken4