1IlB1l!lll Il!!!!l!!!! _UIll!S T C H T N G BETONPR S M ABeton metkunststofvezelsEnkele jaren geleden kwam er belangstellingvoor de toepassing van kunststofvezels,zoals polypropyleenvezels, in beton. Deeerste ervaringen wezen uit dat deze vezelsde effecten van plastische krimp kunnenverminderen. Maar waarom zouden wepolypropyleenvezels toevoegen als we descheurvorming kunnen beheersen metbetontechnologische en uitvoerings·technische maatregelen? Wat is kortgezegdde meerwaarde van een toevoeging, diebovendien extra geld kost? Het antwoord iseenvoudig: in aanvulli genoemdemaat kunnen e vezels eengrote heid bie en bij het voorkomenvan plastische krimpscheuren.Maar xijn alle soorten polypropyleenvezelseven effectief tegen krimpscheuren?In no ber 1995 verscheen CUR·Aanbeve·ling invloed van polypropyleenvezelsin beton op de vorming van plastischekrimpscheuren'. Deze Aanbevelingbeschrijft een nieuwe beproevingsmethodewaarmee de effectiviteit van polypropyleen.vezels kan worden bepaald. In dezeaflevering van BETONlEK vatten we ditonderzoek samen en krijgt u inzicht in watu van de toevoeging van vezels aan betonkunt verwachten.POSTBUS 35325203 DM 'S-HERTOGENBOSCHOpmerking voorafIn de CUR-Aanbeveling wordt er nadrukkelijk opgewezen dat de gunstige invloed van polypropyleenve-zels slechts tot uiting komt als ook de noodzakelijkemaatregelen zijn genomen die voor beton zondervezels nodig zijn om scheurvorming te voorkomen.Mengselsamenstelling, verwerking, verdichting,nabehandeling en bijvoorbeeld de keuze van devoegafstanden zijn voor beton met polypropyleenve-zels evenzeer van belang als voor beton zonder dievezels.Ontwikkeling beproevingsmethodeOnderzoekers en produktontwikkelaars verwachtenveel van de vezeltechnologie, hetgeen regelmatigtot optimistische uitspraken over de eigenschappenvan vezelbeton leidt. Veel van deze eigenschappenzijn helaas niet goed verifieerbaar, laat staan temeten met algemeen geaccepteerde beproevings-methoden.Om de meerwaarde van de toevoeging van poly-propyleenvezels vast te stellen, was het nodig eenbeproevingsmethode te hebben waarmee deeffectiviteit van polypropyleenvezels eenduidig kanworden vastgesteld. Zo'n methode was nergens ingenormaliseerde vorm beschikbaar. Daarom is opbasis van laboratoriumonderzoek een representatieveen reproduceerbare beproevingsmethodeontwikkeld waarmee de invloed van polypropyleen-vezels op scheurvorming van beton in de plastischefase kan worden vastgesteld.januari 1996xazJJJJJJJJJJJJJJJJJJJfafJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJz"'ww w =1 2 4 a(urenl 1ldagltijd (tog)11dagen) zaÎ100"40"4 8 16 IllurJ-7 lijd (log)2 {dagenl 1{dageoJ 28[IJ Verloop van de vervormbaarheid van beton in de plastischefase en het beginstadium van de verharding.Voordat we ingaan op het onderzoek en de resultatendaarvan, eerst iets over de principes van de werkingvan polypropyleenvezels in betonspecie.De werking van polypropyleenvezelsJong beton verandert van een vloeistof met visceusgedrag in een vaste stof met een hoge elasticiteits-modulus en elastisch gedrag. Dit is weergegeven infiguur I. Als tijdens deze verandering water uit hetjong beton verdampt, ontstaat krimp. Dit kangemakkelijk leiden tot trekspanningen en vervorm-ingen, die de sterkte en de vervormbaarheid van hetnog zeer jonge beton te boven gaan. In figuur 2 zienwe dat de ontwikkeling van de elasticiteitsmodulusvóórloopt op de ontwikkeling van de treksterkte ennog meer op die van de druksterkte. Hieruit kunnenwe de gevoeligheid voor scheurvorming verklaren.Bij verhinderde vervorming ontwikkelt zich immerseen trekspanning op een moment dat de cementsteennog nauwelijks treksterkte heeft. In deze fase kunnenpolypropyleenvezels een nuttige rol vervullen, omdatze een elasticiteitsmodulus van 3 tot 7 kN/mm2 en eentreksterkte van 300- 800kN/mm2 hebben. Daardoorzijn ze zijn minder stijf dan verhard beton, maar zehebben wel een grotere treksterkte. In de fase dat hetbeton verandert van een vloeibaar in een vastmateriaal zijn de vezels niet alleen sterker, maar ookstijver dan de matrix waarin zij zich bevinden.[IJ Ontwikkeling van de elasticiteitsmodulus, treksterkte endruksterkte in de tijd als perçentage van de na 28 dogen bereiktewoorden.In dat stadium kunnen de vezels als wapening werken.Eventuele scheurvorming blijft daardoor beperkt totnauwelijks zichtbare microscheuren. BETONlEK 8/21behandelde de principes van dit mechanisme.Polypropyleenvezels zijn vooral effectiefbij eenenorme hoeveelheid vezels per m3 beton. De toe tevoegen hoeveelheid is proefondervindelijk vastgestelden vormt een compromis tussen handhaving van deverwerkbaarheid van de betonspecie en effectiviteitvan de vezelwerking. Praktisch komt het neer op eentoevoeging van 0,9 kg vezels per m3 betonspecie.Afhankelijk van het type vezel betekent dit een hoe·veelheid van 5 à 250 miljoen vezels per m3 beton!Betonstaal in verhard beton draagt krachten over.De cementsteen hecht aan het betonstaal, waardooreen goede verankering ontstaat. Ook in het jongebeton moeten krachten worden overgedragen.Daarvoor is een goede verankering, ofwel hechting,in het nog groene beton nodig. Speciaal daarvoorvervaardigde polypropyleenvezels blijken voor eengoede verankering te zorgen. De vezels ontlenendeze eigenschap aan de textuur van het vezelopper-vlak of aan hun vorm. Dit veelal in combinatie meteen op het oppervlak aangebrachte coating, die deaanhechting aan beton bevordert. Foto 3 en 4 lateneen microscopische opname van dergelijke vezels zien,foto 5 is een opname van vezels op ware grootte.JJJ J JJJJa JJJJJJJDJ JJ JJ J??? ............._...._..""-_........_....""",--""",--_....""",_....""",""",....""",_....""",""",....""",""",....""","",,,-[IJ Polypropyleenfilamenten, gezien door de micrascoop.Andere effectenAan de vezels worden soms nog meer positieveeffecten toegeschreven, zoals vermindering van descheurvorming door uitdrogingskrimp. Dit is echteronwaarschijnlijk. De rekstijfheid van de vezels is im-mers lager dan van beton, terwijl het vezelpercentageonvoldoende is om brosse breuk van het beton tevoorkomen. Het gedrag van de vezels is te vergelijkenmet dat van elastiek, dat tegen het opnemen van eenkleine rek slechts weinig weerStand biedt.Er wordt ook wel beweerd dat polypropyleenvezelsde slijtvastheid van beton vergroten. Hierover zijnechter nog geen gekwantificeerde uitspraken te doen,hetgeen ook geldt voor de verbetering van de vorst-dooizoutbestandheid en de slagvastheid.[IJ Polypropyleenvezefs op ware grootte.[IlGefibriieerde polypropyleenvezels, gezien door demicroscoop.Vaststaat wel dat polypropyleenvezels de druksterktevan beton niet verhogen.Een actuele vraag heeft betrekking op de verhogingvan de vloeistofdichtheid van beton door toevoegingvan polypropyleenvezels. Er is wel enig verkennendonderzoek verricht, maar dit is beperkt van omvang.Bovendien ontbreekt een representatieve beproe-vingsmethode. Hierdoor is op dit moment geenantwoord op deze vraag te geven. Binnenkort lukt datwaarschijnlijk wel, als de resultaten beschikbaar zijnvan het onderzoek dat in CUR-verband (in het kadervan het Plan Bodembeschermende Voorzieningen)wordt verricht naar de vloeistofdichtheid van beton.Vitgangspunten onderzoekDe plastische krimp moet een bepaalde groottehebben om tot scheurvorming te leiden. In de ACI-handleiding 'Recommended practice for hot weather-concreting' is dit in verband gebracht met deverdampingssnelheid. Deze hangt af van een aantalfactoren, met name van de relatieve vochtigheid, dewindsnelheid en de luchttemperatuur. Uit figuur 6kan voor een bepaalde combinatie van invloedsfacto-ren de verdampingssnelheid worden afgeleid.Voor plastische scheurvorming moet de verdampings-snelheid ten minste I kg/m2 water per uur bedragen.Dit is tijdens het uitgevoerde onderzoek bevestigd.Plastische scheuren treden bijna uitsluitend op aanhet betonoppervlak. Dit is een gevolg van het feit datde vervorming door het onderliggende beton wordtverhinderd.--------------IIJI-------------PHJJJJN'-oe·-.....=>4,0N-? 3,53,0--7 tijd {uren}[IJ Grafische weergave van het gemiddelde verlaap van deverdampingssnelheden voor de zes proefstukken gedurende deeerste zes uren van expositie. De grenswaarden van deverdampingssnelheid volgens CUR Aanbeveling 42 zijn gearceerd.a: IR_lampb, thermokoppelc; meetpunt windsnelheidd: schoepenwandZo ontstonden zes proefstukken: drie met en driezonder vezels. Aan het vezelbeton werd van alledriede merken polypropyleénvezels 0,9 kg per m3 betontoegevoegd.Tijdens de eerste zes uur van de proef werd de massavan de proefstukken geregistreerd. Uit de afname vande massa kon de verdampingssnelheid van het waterworden afgeleid. In figuur 9 is deze snelheid (indicatief)als gemiddelde waarde van de metingen grafischweergegeven.De resultaten van de visuele inspectie van de zesproefstukken zijn weergegeven in de tabel.De figuren 10 enl I laten de scheurpatronen zien vantwee paar proefplaten met referentiebeton zondervezels en met beton voorzien van polypropyleenve-zels. De scheuren zijn in de eerste uren na expositie inde opstelling opgetreden. Na ongeveer vier uur zijn errelatief weinig veranderingen in het dan aanwezigescheurpatroon opgetreden. Deze constatering sluitaan bij de ervaringen in de praktijk met het tijdstip vanontstaan van plastische krimpscheuren.JJJJJJJJJJJNaJJJJJJJJJJreferentiebetonKIKKTNKMRRNlKO^NKLKLKI./':1>1">>D?D>f|DDD ..,....."""' "'''';;;;ç'''= >CDe expositie-omstandigheden van de proef zijnnauwkeurig voorgeschreven. Daarbij worden eisengesteld aan de temperatuur van de luchtstroom, derelatieve vochtigheid van de luchtstroom, detemperatuur van het bovenvlak van het proefstuk ende windsnelheid, die ten minste 7 à 8 mIs moetbedragen. Deze eisen betekenen dat de proef alleen ineen klimaatkamer kan worden uitgevoerd, waar devereiste condities voldoende kunnen wordenbeheerst.Als eerste moet gedurende 24 uur een proefstuk vanreferentiebeton (zonder vezels) worden beproefd.Het proefstuk moet een afmeting hebben van 600 x600 x 50 mm3· Tijdens de beproeving moet dewindsnelheid eventueel worden aangepast om devoorgeschreven waarden van de verdampingssnelheidte bereiken. Deze zijn:- in het eerste uur meer dan I kg/m2.h;- in het tweede uur l,S · 2 kglm2.h;- in het derde en vierde uur I - l,S kg/m2.h;- in het vijfde en zesde uur meer dan 0,5 kg/m2.h.De verdampingssnelheid moet worden berekend uithet massaverlies in kg per uur. Dat is te bepalen doorhet proefstuk te wegen en het gewicht te delen doorhet oppervlak van het proefstuk in m2·Vervolgens wordt volgens dezelfde procedure eenproefstuk van vezelbeton beproefd. Hierbij geldengeen eisen aan de verdampingssnelheid, maar moet dewindsnelheid worden aangehouden die ook bij hetdirect voorafgaande proefstuk van referentiebeton isvastgesteld.Buiten de omgevingsfactoren heeft ook de betonsa-menstelling grote invloed op de plastische krimp en descheurvorming. Plastische krimp wordt immersvooralbeïnvloed door het watergehalte in beton, de matewaarin water vanuit het onderliggende beton naar hetbetonoppervlak kan worden gevoerd door bleeding ende hoeveelheid water die kan verdampen. De matevan scheurvorming hangt weer nauw samen met desterkteontwikkeling van het beton. Bij het afnemenvan de water-cementfactor zal de cohesie van hetmengsel toenemen en zal ook de sterkte-ontwikkelingsneller verlopen, wat een gunstige invloed heeft.Dit betekent dat bij de beproevingsmethode ook degrondstoffen en de samenstelling van het betonduidelijk moeten worden vastgelegd. Bovendienmoeten de vezels homogeen zijn verdeeld in hetbeton. Dan wordt voldaan aan de basiseisen die aan debeproevingsmethode zijn gesteld: reproduceerbaar eneen voldoende onderscheidend vermogen. Uit hetonderzoek is gebleken dat de ontwikkelde beproe-vingsmethode aan deze eisen voldoet.BesluitBelangrijk voor de praktijk is te weten dat detoevoeging van goede polypropyleenvezels aan betongeen haarlemmerolie is, waarbij alle normalemaatregelen voor het realiseren van goed betonwerkachterwege kunnen worden gelaten. Een deskundigontwerp van de betonconstructie of -vloer blijft deeerste vereiste. De invloed van krimp en verhinderingdaarvan moeten worden beschouwd net zoals bijbeton waarbij geen vezels zijn toegevoegd.Voor deverwerking en nabehandeling van beton metpolypropyleenvezels gelden dezelfde eisen als voorbeton zonder vezels.Slechts dan kan worden geconcludeerd datpolypropy-leenvezels een toegevoegde waarde kunnen hebben,waarvan de werking nu door onderzoek kan wordenaangetoond.We kunnen stellen dat opnieuw een ontbrekendstukje van de kennis van het functioneren van vezels inbeton is ingevuld.LiteratuurBijen, prof.dr. J., Polypropyleenvezels als wapeningtegen scheurvorming in vloeren; Cement nr. 12/1995.Bepaling van de invloed van drie soorten polypropy-leenvezels op de scheurvorming van beton in deplastische fase; Intron-rapport voor eUR-onderzoek-commissie B60, eUR, Gouda 1994.eUR-Aanbeveling 42 'Bepaling van de invloed vanpolypropyleenvezels in beton op de vorming vanplastische krimpscheuren'; eUR, Gouda 1995.Recommended practice for hot weather-concretingAe1305.Scheurvorming in jong beton; eUR-rapport 88, eUR,Gouda 1977.Betoniek 8/2 I VezelsBetoniek 8128 StaalvezelbetonJJJJJJJJJ????DffJJJJJJJJJJJlu erschilIen,scheurvorming, verkieurinonvolkomenheden onts eens discussie. In devolgende BETONlEK brengen we de belangrijksteonvolkomenheden in beeld en geven we inzicht in deoorzaak en de gevolgen.Belt [KlDaar maak je 't mee.ColofonBETONlEK is een praktijkgericht voorlichtingsbladop het gebied van de betontechnologie en verschijnt10 keer per jaar.In de redactie zijn vertegenwoordigd: de Nederlandsecementindustrie, MEBIN, CUR en de BouwdienstRijkswaterstaat.Uitgave: BetonPrismapostbus 3532, 5203 DM 's-HertogenboschRedactie: 073 - 6 40 12 22Abonnementen: 073 - 6 40 12 31BetonPrisma is een initiatief van de VerenigingNederlandse Cementindustrie (VNC).Overname van artikelen en illustraties is toegestaan,onder voorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen:Nederland f 26,50België f 27,50andere landen f 42,-Abonnementen lopen per kalenderjaar en wordenautomatisch verlengd, tenzij voor 1decemberschriftelijk wordt opgezegd.ISSN 0166-137xJb J