BAND UITGAV E november 2022 1217 UITGAV E Met elke vezel Over verschillende soorten constructieve vezels in beton Betoniek Standaard 17-12.indd 1 14-11-22 10:32 2 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Met elke vezel Om de eigenschappen van beton te verbeteren, bijvoorbeeld de sterkte, de beheersbaarheid van scheurvorming, de samenhang of de brandwerend- heid, kunnen vezels aan het betonmengsel worden toegevoegd. Vezels zijn er in veel verschillende soorten en maten. Het bekendste voorbeeld zijn staalvezels, maar we kennen ook onder meer kunststofvezels, glasvezels en basaltvezels. In deze Betoniek praten we u bij over de verschillende soorten constructieve vezels in beton. De redenen om vezels in beton toe te passen zijn divers. Vezels worden bijvoorbeeld toe - gepast om de constructieve eigenschappen te verbeteren zoals het vergroten van de buigtreksterkte, het beheersen van de scheur vorming, het vergroten van de ductili- teit (ver vormbaarheid) en het verhogen van de weerstand tegen vermoeiing en impact. Vezels kunnen ook een niet-constructieve functie hebben, zoals het beperken van plastische krimpscheuren of het verbeteren van de brandwerende eigenschappen. In deze Betoniek richten we ons met name op de invloed van vezels op de constructieve eigen- schappen van beton. We beperken ons daarbij tot staalvezels, kunststofvezels, glas- vezels en basaltvezels. Overigens worden van al deze materialen ook wapeningsstaven gemaakt, maar daar gaan we niet op in. Naast deze materialen hoor je ook steeds meer over biobased vezels van bijvoorbeeld gras, bamboe of jute. De reden om deze vezels toe te passen blijft doorgaans beperkt tot het opslaan van CO 2 in beton. Ook deze vezels laten we hier buiten beschouwing. 1 Toepassing glasvezelbeton bij onderwater - betonvloer Station Drie bergen-Zeist, bron: BAM Infraconsult ? Foto voorpagina: Betonspecie met vezels, bron: Bekaert GESCHIEDENIS De toepassing van vezels in beton is verre van nieuw. Al drie duizend jaar geleden werden haren van dieren gebruikt in brosse steenachtige materialen. Het oudst bekende patent van staalve - zelbeton dateert uit 1874. In 1950 werden er voor het eerst op grotere schaal wetenschappelijke studies gedaan met staalvezels. Sinds 1970 zijn staalvezels commercieel verkrijgbaar en begin jaren 80 kwamen de eerste kunststofvezels op de markt. Eerst alleen als microvezels, maar niet veel later ook als macrovezels. Sinds het begin van de 21 e eeuw worden ook glasvezels en basaltvezels toegepast. Betoniek Standaard 17-12.indd 2Betoniek Standaard 17-12.indd 2 14-11-22 10:3214-11-22 10:32 2 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Met elke vezel Om de eigenschappen van beton te verbeteren, bijvoorbeeld de sterkte, de beheersbaarheid van scheurvorming, de samenhang of de brandwerend- heid, kunnen vezels aan het betonmengsel worden toegevoegd. Vezels zijn er in veel verschillende soorten en maten. Het bekendste voorbeeld zijn staalvezels, maar we kennen ook onder meer kunststofvezels, glasvezels en basaltvezels. In deze Betoniek praten we u bij over de verschillende soorten constructieve vezels in beton. De redenen om vezels in beton toe te passen zijn divers. Vezels worden bijvoorbeeld toe- gepast om de constructieve eigenschappen te verbeteren zoals het vergroten van de buigtreksterkte, het beheersen van de scheur vorming, het vergroten van de ductili- teit (ver vormbaarheid) en het verhogen van de weerstand tegen vermoeiing en impact. Vezels kunnen ook een niet-constructieve functie hebben, zoals het beperken van plastische krimpscheuren of het verbeteren van de brandwerende eigenschappen. In deze Betoniek richten we ons met name op de invloed van vezels op de constructieve eigen- schappen van beton. We beperken ons daarbij tot staalvezels, kunststofvezels, glas- vezels en basaltvezels. Overigens worden van al deze materialen ook wapeningsstaven gemaakt, maar daar gaan we niet op in. Naast deze materialen hoor je ook steeds meer over biobased vezels van bijvoorbeeld gras, bamboe of jute. De reden om deze vezels toe te passen blijft doorgaans beperkt tot het opslaan van CO 2 in beton. Ook deze vezels laten we hier buiten beschouwing. 1 Toepassing glasvezelbeton bij onderwater - betonvloer Station Drie bergen-Zeist, bron: BAM Infraconsult Foto voorpagina: Betonspecie met vezels, bron: Bekaert GESCHIEDENIS De toepassing van vezels in beton is verre van nieuw. Al drie duizend jaar geleden werden haren van dieren gebruikt in brosse steenachtige materialen. Het oudst bekende patent van staalve - zelbeton dateert uit 1874. In 1950 werden er voor het eerst op grotere schaal wetenschappelijke studies gedaan met staalvezels. Sinds 1970 zijn staalvezels commercieel verkrijgbaar en begin jaren 80 kwamen de eerste kunststofvezels op de markt. Eerst alleen als microvezels, maar niet veel later ook als macrovezels. Sinds het begin van de 21 e eeuw worden ook glasvezels en basaltvezels toegepast. Betoniek Standaard 17-12.indd 2 14-11-22 10:32 3 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Verreweg de meest toegepaste vezels in beton zijn van staal, maar glasvezels, basaltvezels en kunststofvezels werken op een vergelijkbare manier - zij het met andere resultaten. Sterkte Als aan beton vezels zijn toegevoegd en een betonconstructie scheurt als gevolg van trekspanningen, dan kunnen de vezels ter plaatse van de scheuren spanningen opne - men. Hierdoor kan in bepaalde gevallen de sterkte van de constructie worden vergroot. WERKING CONSTRUCTIEVE VEZELS Om de invloed van vezels op het construc - tieve gedrag van beton te begrijpen, is het goed te weten dat beton relatief weinig treksterkte heeft en zich bros gedraagt. Dat laatste betekent dat zodra het beton scheurt, het over de scheur geen kracht meer kan overbrengen. Om te voorkomen dat een betonconstructie daardoor bezwijkt, worden aan beton wapeningsstaven toe- gevoegd. Als vezels aan beton worden toe gevoegd, kunnen die na het scheuren ook zorgen voor de overdracht van krachten. MARCOVEZELS VERSUS MICROVEZELS Vezels voor toepassing in beton worden vaak onderverdeeld in macro- en microvezels. Zoals de naam al doet vermoeden, gaat het om de maat van de vezels, namelijk de dikte. Staalvezels zijn meestal macrovezels. Een voorbeeld van microvezels zijn dunne polypropyleenvezels, ook wel engelenhaar. Niet helemaal terecht zijn de aannames dat macrovezels de constructieve eigen- schappen van verhard beton verbeteren en microvezels die van niet-verhard beton (betonspecie) of de brandwerendheid verbeteren. Zo zijn er ook microvezels die worden ingezet voor construc - tieve doeleinden. Het onderscheid tussen macro- en microvezels laten we in deze Betoniek los. Betoniek Standaard 17-12.indd 3Betoniek Standaard 17-12.indd 3 14-11-22 10:3214-11-22 10:32 4 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Omdat de vezels pas werken als het beton is gescheurd, wordt de druksterkte van beton niet (of in beperkte mate) door de vezels verbeterd. Ook de zuivere treksterkte neemt hooguit in lichte mate toe en alleen in het geval van strain hardening (fig. 2). Daar van is sprake als ? bij zeer hoge doseringen vezels ? de nascheurtreksterkte hoger is dan de initiële scheursterkte van het beton. Het effect op de sterkte is het grootst voor de buigtreksterkte . Hierbij wordt geprofi - teerd van het gunstige nascheurgedrag van vezelbeton. Als onderin de doorsnede van een op buiging belaste constructie de eer - ste scheuren ontstaan, kan vezelbeton daar nog steeds krachten opnemen en bezwijkt de constructie niet direct. De totale momentweerstand is daardoor groter dan het moment bij het bereiken van de trek- sterkte onderin, het scheurmoment (fig. 3). De constructie heeft dus een hogere sterkte dan de zuivere treksterkte (scheursterkte), ook als er geen sprake is van strain harde - ning bij zuivere trek. Om dit effect op een eenvoudige wijze in rekening te brengen, wordt de term buigtrek-sterkte gehanteerd. Voor het bepalen van de buigtreksterke wordt een driepuntsbuigproef uitgevoerd conform NEN-EN 14651 (foto 4). Overige constructieve eigenschappen Het nascheurgedrag van vezelbeton kan behalve op de buigtreksterkte ook een positieve uitwerking hebben op een aantal andere constructieve eigenschappen. Zo kunnen vezels, indien toegevoegd aan een traditioneel gewapende betonconstructie, er voor zorgen dat de scheurwijdte wordt beperkt. In bepaalde gevallen kan worden voorkomen dat geen extra wapening nodig is. Het nascheurgedrag kan ook een positief effect hebben op de ductiliteit (ver vor - mingscapaciteit), vooral bij hogere doserin- gen. Ook de slijtvastheid en de bestandheid tegen stootbelastingen (impact) kan door de vezels toenemen. Dit komt doordat vezel- beton meer energie opneemt dan beton zon- der vezels als een resultaat van de grotere ver vormingscapaciteit. 2 Bros bezwijken (ongewapend beton) versus strain hardening versus strain softening Betoniek Standaard 17-12.indd 4Betoniek Standaard 17-12.indd 4 14-11-22 10:3214-11-22 10:32 5 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 REL ATIE VEZELS EN CONSTRUCTIEVE EIGENSCHAPPEN Hoe beton met vezels zich gedraagt ten aan- zien van de constructieve eigenschappen is afhankelijk van een aantal kenmerken van de vezels. Hierbij gaat het om de prestaties van het composiet (beton met vezels) en niet enkel om de prestaties van de vezel. Juist de afstemming van de combinatie is bepalend. Belangrijk om te weten, is dat beton met vezels kan bezwijken ofwel door- dat de vezel uit de betonmatrix wordt getrokken (pull-out) ofwel door breuk van de vezel. Dit laatste gebeurt als de veranke- ring van de vezel in het beton sterker is dan de treksterkte van de vezel. Dit kan alsnog 3 Rek- en spanningsverdeling van vezelbeton. Bij het overschrijden van de rek behorende bij de scheursterkte onderin de doorsnede, kan vezelbeton daar nog steeds spanningen opnemen. Hierdoor wordt de buigcapaciteit en daarmee de buigtreksterkte van de doorsnede groter 4 Opstelling driepuntsbuigproef. Met deze proef wordt de nascheur-spanning-rekrelatie, bepaald, dooreen proefbalkje met zaagsnede te belasten. Bij een toename van de opening van de zaagsnede (crack mouth opening displacement, CMOD) wordt de kracht gemeten. Deze gegevens worden uitgezet in kracht- scheuropeningsrelaties, die worden omgerekend tot spanning-rekrelaties, waarmee de constructeur kan gaan rekenen Betoniek Standaard 17-12.indd 5Betoniek Standaard 17-12.indd 5 14-11-22 10:3214-11-22 10:32 6 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 leiden tot een relatief bros bezwijkgedrag. Het is daarom gebruikelijk de materialen zo te kiezen, dat tijdens het bezwijken de vezels uit de matrix worden getrokken en niet breken. Ook kan een hoogwaardige staal- kwaliteit worden gebruikt die zich bij hoge spanning ductiel gedraagt. Vezelgehalte Dat het aantal vezels in het beton bepalend is voor het gedrag, zal geen verrassing zijn. Hoe meer vezels in de betonmatrix, hoe groter de kans dat er bij een scheur vezels aanwezig zijn om krachten over te dragen. De hoeveelheid vezels wordt meestal uitge - drukt in kg/m 3. Deze dosering kan met de geometrie en soortelijke massa van de vezels worden omgerekend tot een volume van de vezels. Merk op dat voor verschil- lende materialen de gebruikelijke doseringen sterk uiteenlopen. Staalvezels zijn veel zwaarder dan kunststofvezels. Zo is bijvoorbeeld 10 kg/m 3 staalvezels in aantal vezels (volume) veel minder dan 10 kg/m 3 kunststofvezels. Vorm Vezels zijn er in verschillende vormen. Dit geldt voor het eindstuk van de vezels, recht of met een eindverankering, of voor de vorm van de vezels zelf. Zo zijn er rechte vezels of gegolfde. Beide zijn bepalend voor de ver - ankering aan het beton (fig. 5). Lengte Hoe langer constructieve vezels zonder eindverankering zijn, des te beter kan de spanning vanuit het beton over kan worden gedragen naar de vezel. L/d-ratio Naast de lengte is vooral de lengte- diameter verhouding van de vezels bepalend. Over het algemeen geldt: hoe hoger de l/d-verhouding, hoe beter de prestaties. Bij een hogere l/d-ratio kunnen er immers meer vezels aanwezig zijn in de scheuren. Om een idee te krijgen: gebrui - kelijke l/d-ratio's voor staalvezels zijn 50 tot 65. Treksterkte Bij het toepassen van een betere veranke - ring is het van belang dat ook de treksterkte van de vezel hoger is. Dit om te voorkomen dat de vezel breekt. Andersom heeft het geen zin om vezels met een hoge treksterkte te gebruiken als die al bij een lage belasting uit het beton worden getrokken. 5 Verschillende vormen van vezels, bronnen: Bernhard Wietek (links) & CROW-rapport D09-05 (rechts) Betoniek Standaard 17-12.indd 6Betoniek Standaard 17-12.indd 6 14-11-22 10:3214-11-22 10:32 7 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Stijfheid Bij een hoge stijfheid (of E-modulus) komen de vezels sneller onder spanning, waardoor ze sneller worden aangesproken om belasting op te nemen. Dit is te zien in spanning-rekrelaties waarbij de terugloop in spanning na het ontstaan van de eerste scheur groter is bij vezels met een lagere stijfheid. Betonkwaliteit De kwaliteit van het beton beïnvloedt de verankering van de vezel. Een hogere kwali- teit (hogere sterkteklasse) leidt tot een betere verankering. Verdeling Hoe homogeen en in welke richting de vezels zich in het beton bevinden, is heel bepalend voor het gedrag van vezelbeton. De prestaties zijn het beste als in iedere scheur voldoende vezels aanwezig zijn om de scheur te overbruggen. Daarbij geldt ook nog eens dat de vezel het beste werkt als die loodrecht op de scheur staat. Waar in het beton en in welke richting de vezels zich bevinden, is moeilijk te beïnvloe - den en te voorspellen. Vezels bevinden zich meestal door het gehele beton heen. Op plekken waar ze minder nuttig zijn en ook in richtingen waarin ze minder tot hun recht komen. Anderzijds is er door een variërende verschillende oriëntatie van de vezels geen sprake van een zwakke richting, in tegen- stelling tot beton met traditionele eendimensionale wapening. KENMERKEN VERSCHILLENDE VEZELS Zoals gezegd richten we ons in deze Betoniek op de meest toegepaste materia- len voor vezels: staal, kunststof, glas en basalt. Deze vezelmaterialen kunnen alle - maal een positieve bijdrage leveren aan de genoemde constructieve eigenschappen. Hoe precies, dat varieert. We gaan nu nader in op vier vezelmaterialen. Hoe gedragen ze zich in beton? In tabel 1 zijn eerst de belang- rijkste kenmerken op een rijtje gezet. Staalvezels Staalvezels zijn rechte of geprofileerde stukjes staal, gemaakt van koud getrokken staaldraad, versneden plaatmateriaal of gefreesde stalen blokken. Staalvezels zijn de bekendste en meest toegepaste vezels in beton. Tabel 1 Kenmerken constructieve vezels STA AL KUNSTSTOFGL ASB A S ALT lengte [mm] 5 - 6025 - 656 - 3640 - 50 diameter [mm] 0,1 - 1,50,4 - 1,20,05 - 0,20,6 - 0,8 gewicht [kg/m3 ] 7800 - 7850900 - 14002600 - 27001800 - 3000 treksterkte [MPa] 800 tot 3400200 - 30001500 - 48001080 - 5000 E-modulus [GPa] 200 - 2104 - 1570 -9042 - 90 Breukrek [%] 0,5 - 4202 -52,3 - 5,5 Gebruikelijke dosering [kg/m3 ]20 - 50* 2 - 71 - 36 - 40 *) Er komen ook veel hogere doseringen voor (> 100 kg/m3 ), bijvoorbeeld bij ultra-hogesterktebeton 6 Staalvezels met dubbele eindhaak, bron: Bekaert Betoniek Standaard 17-12.indd 7Betoniek Standaard 17-12.indd 7 14-11-22 10:3214-11-22 10:32 8 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Zo'n 90% van alle in beton toegepaste vezels is van staal. Vaak zijn staalvezels plat, soms over de hele lengte gegolfd. Er zijn vezels met een recht einde of met een haak (eind- verankering). Dat kan een enkele of een dubbele haak zijn. Staalvezels worden los geleverd of gebundeld in een plaatje (foto 6). In dat laatste geval vallen ze uiteen door de mengkrachten bij het betonmengen. Hiermee wordt balvorming (egelballen) voorkomen. Staal is een relatief sterk materiaal. Vooral de treksterkte is veel hoger dan die van beton. Ook de stijfheid van staalvezels is groot. Daarom zijn ze heel effectief als het gaat om krachtsoverdracht, wat ook te zien is in de beperkte afname van de spanning in spanningsver vormingsdiagrammen. Een nadeel van staalvezels is dat roestvlekken aan het opper vlak zichtbaar kunnen worden. Vaak worden ze in schoonbeton dan ook niet toegepast. Een alternatieve oplossing zijn verzinkte en roestvaststalen staalvezels. Een ander nadeel is de vorming van scherpe punten aan het opper vlak. Voor stalvloeren zijn ze daarom minder geschikt (dieren bezeren hun poten/hoeven). Veel voorko- mende toepassingen van staalvezelbeton zijn bedrijfsvloeren (op zand of op palen), verhardingen, dekvloeren, druklagen, fun- deringen, onderwaterbeton en riolerings - buizen. Kunststofvezels Acr yl, aramide, nylon, polyester, polyethy - leen en polypropyleen. Kunststofvezels, ook wel synthetische vezels geheten (foto 7) worden van verschillende materialen gemaakt. Mede door de uiteenlopende ma- terialen variëren de eigenschappen sterk. Ook de vorm varieert, van rechte, gegolfde of speciale vormen. De stijfheid is relatief laag, veel lager dan die van beton. Daardoor moeten de vezels eerst flink ver vormen voordat ze onder spanning komen. Dit is te zien in een sterke terugloop in de spannings-rekdiagrammen na het ont - staan van de eerste scheuren. De E-modulus van de gekozen kunststof is dan ook heel bepalend voor de constructieve werking. Is die relatief laag? Dan zijn zeer grote hoeveelheden nodig voor een gunstig effect op het constructieve gedrag. Ook zijn kunststofvezels gevoelig voor hoge temperaturen. Ze vertonen sterk kruip- gedrag: de ver vorming neemt in de loopt van de tijd toe. Wel laten de vezels een toename in belastingbaarheid zien bij een grotere ver vorming en de hebben ze een hoge breukrek. In de gebruikelijke reken- methoden wordt hier geen rekening mee gehouden. Een belangrijke eigenschap van kunststof - vezels is dat ze niet corroderen en zeer goed bestand zijn tegen zuren en basen. Kunststofvezels kunnen interessant zijn als corrosie een probleem is of in projecten met zwerfstroom. Bekende toepassingen zijn kelderwanden of drijvende constructies. Glasvezels Glasvezels worden ver vaardigd uit gesmol- ten glas met als basis kwarts (SiO 2). Dit gesmolten glas wordt tot vezels getrokken of geblazen, en voorzien van een coating. Deze nabewerking maakt verdere bewer - king mogelijk en beschermt het glas tegen 7 Constructieve kunststofvezels, bron: Sika Betoniek Standaard 17-12.indd 8Betoniek Standaard 17-12.indd 8 14-11-22 10:3214-11-22 10:32 9 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 het alkalische milieu in beton (AR-glas, Alkali-Resistent). Er zijn ook niet-alkali- resistente vezels maar die zijn niet geschikt voor toepassing in beton. Glasvezels zijn meestal recht van vorm (foto 8). Ze worden in bundels ver vaardigd die in water uiteenvallen in losse vezels. De sterkte van glasvezels varieert sterk, afhankelijk van de manier waarop de vezel tijdens de verwerking is 'voorbeschadigd'. Glasvezels hebben een volledig elastisch rekgedrag. Het materiaal is bros. Ze kunnen breken tijdens het mengproces of de mixer beschadigen. In hun werking zijn glasvezels vergelijkbaar met basaltvezels. Glasvezels zijn ongevoelig voor corrosie en zijn mine- raal, en dus prima te recyclen. Als ze worden blootgesteld aan weersinvloeden, vormen zich kalkkristallen die de vezelbundels penetreren. Betonelementen met glasvezels kunnen veel dunner worden uitgevoerd dan traditio- neel beton. Ze zijn bovendien veel dichter en hebben een lange levensduur. Glasvezel- versterkt beton (glass? bre reinforced con- crete, GRC) wordt onder meer toegepast in (gevel)panelen of in complexe 3D-vormen. De dikten van de panelen kunnen beperkt blijven tot slechts 10 tot 25 mm. Glasvezels kunnen ook in dragende elementen worden toegepast. Zo zijn ze gebruikt in de onder- waterbetonvloer bij Driebergen-Zeist (foto 1). Basaltvezels Basaltvezel is een natuurproduct, gemaakt van basaltsteen. Een groot deel van de aardkorst bestaat uit basaltsteen. Het is een vulkanisch stollingsgesteente dat wordt gevormd door lava. De krimp die optreedt bij de stolling van basaltlava leidt tot zes- hoekige structuren, de typische basaltzuilen (foto 9). Om basaltvezels te maken, worden basaltstenen gesmolten bij een temperatuur van circa 1400 a 1500 °C. Door deze basalt- lava door heel fi jne gaatjes te persen (extru- sietechniek), ontstaan haardunne vezels (fi lamenten) met een amorfe structuur. Het geeft de vezels een grote trek-sterkte. Door monofi lamente vezels met epoxy aan elkaar te verlijmen, worden multifi lamente vezels gemaakt. Basalt vezels hebben doorgaans een lichte profi lering (foto 10). Opvallend is vooral de hoge sterkte; de treksterkte van basaltvezels is wel 2,5 keer zo groot als die van staal. Het gewicht is 4 keer zo laag. Dit komt vooral tot zijn recht in beton met hoge sterktes. Wel tonen ze bros bezwijkgedrag. Let voor hogesterktebeton op dat de grote spanningen niet tot directe breuk van de vezels leiden, wat neer zou komen op bros bezwijkgedrag. 9 Basaltsteen in de natuur 8 Glasvezels, bron: BAM Infraconsult Betoniek Standaard 17-12.indd 9Betoniek Standaard 17-12.indd 9 14-11-22 10:3314-11-22 10:33 10 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Basaltvezels corroderen niet en zijn goed bestand tegen chemische aantasting. In tegenstelling tot staal en glas geleidt basalt niet. Ook is het goed bestand tegen warmte. Verder geldt dat basaltvezels water op- nemen; bij het verharden van het beton zal de hechting tussen vezels en beton enigs- zins verminderen.Er is nog weinig bekend over basaltvezels als constructieve toepas- sing. Tot dusver vindt toepassing vooral (beperkt) plaats in de betonwarenindustrie. Keuze type vezel Bij de keuze voor het type vezels is het van belang dat de eigenschappen passen bij de toepassing en het gebruikte betonmengsel. Zo heeft toepassing van een sterke vezel niet veel zin in beton met een lage sterkte. Aan de andere kant is het bij minder sterk beton vaak niet nodig een heel sterke (en dure) vezel toe te passen. Ook de verwer- kingsmethode kan invloed hebben op de keuze. Het is verstandig om hierover vooraf met betrokken partijen te overleggen. In de praktijk worden vezels ook vaak gecombi- neerd met wapening, ook wel hybride gewa- pend beton genoemd (foto 11). Zo kan door toevoeging van vezels aan gewapend beton de scheur vormig in de dekking worden beperkt, waarmee de hoeveelheid traditio- nele wapening en daarmee ook de CO 2- impact kan worden verminderd. Zeker in vrijdragende elementen worden bijna nooit uitsluitend vezels toegepast. Er zijn ook combinaties van verschillende mate rialen (foto 12). Hoewel de mogelijkheden inte- ressant lijken, is er niet veel er varing mee. A ANDACHTSPUNTEN BETONSAMENSTELLING Toevoeging van vezels in betonspecie heeft invloed op het gedrag van het nog niet verharde materiaal. Zo wordt met de vezels specifi ek opper vlak toegevoegd, wat de waterbehoefte vergroot of de ver- werkbaarheid verlaagt. De invloed op de verwerkbaarheid is afhankelijk van onder meer de hoeveelheid en de l/d-ratio. Zijn die hoger? Dan neemt de verwerkbaarheid af. Afname van verwerkbaarheid kan deels worden opgevangen met een aanpassing in de mensgelsamenstelling of door het toevoegen van hulpstoff en, hoewel die mogelijkheden niet onbeperkt zijn. Zeker bij hogere doseringen moet je oppassen dat je hulpstoff en niet gaat overdoseren met ont- menging tot gevolg. Soms is het nodig het pastavolume te vergroten. Bedenk wel dat het middel niet erger is dan de kwaal, omdat scheur vorming juist weer toeneemt. Stem de maximale korrelgrootte af op de grootte van de vezels. De lengte van de vezels moet altijd groter zijn dan de maxi- male korrelgrootte van het toeslagmateraal. Een vuistregel is dat de lengte van vezel ongeveer 2 á 2,5 keer de korreldiameter is. 10 Basaltvezels 11 Hybride vezelbeton: staalvezels gecombineerd met traditionele wapening Betoniek Standaard 17-12.indd 10Betoniek Standaard 17-12.indd 10 14-11-22 10:3314-11-22 10:33 11 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Wordt die langer? Dan krijg je problemen met de verwerkbaarheid. Is die korter, dan bestaat het risico dat de vezel de scheur niet meer helemaal kan overbruggen. Bij het ont- werpen van het mengsel moet ook rekening worden gehouden met het type materiaal van de vezel. Zo varieert het ge-wicht van de vezels. Staalvezels zijn zwaarder dan beton en terwijl kunststofvezels juist lichter zijn. Hiermee moet bij het samenstellen van het beton rekening worden gehouden. Belangrijk is dus om in het mengselontwerp rekening te houden met toepassing van vezels: de juiste keuze van bindmiddel en watergehalte, de juiste zeefkromme van het toeslagmateriaal, de optimale vezelhoe- veelheid en andere hulp- en toeslagstoff en. Een goed uitgebalanceerde betonsamen- stelling in combinatie met de meest geschik- te vezel is de belangrijkste factor voor opti- male prestaties. Het is verstandig vooraf geschiktheidsonderzoek uit te voeren. De eigenschappen van de vezels en het vezel- beton lopen namelijk sterk uiteen en het gedrag van vezelbeton laat zich moeilijk voorspellen. TOT SLOT Zoals uit deze Betoniek blijkt, kun je nogal wat kanten op met betonvezels. We realiseren ons dat deze uitgave beperkt is, alleen al om-dat we vooral de constructieve eigeschappen bespraken. Met alleen deze Betoniek kun je nog niet direct bepalen wanneer je welke vezel het beste toepast. Nog lang niet alles is bekend over het exacte gedrag van vezelbeton. Ook is regelgeving nog niet volledig uitont- wikkeld, zeker bij relatief nieuwe toepassingen glasvezel en basaltvezel. Wel nemen kennis en er varing snel toe. We hopen met deze Betoniek in ieder geval een handvat te geven welke factoren zoal een rol spelen bij de juiste keuze. NIET-CONSTRUCTIEVE TOEPASSINGEN Vooral microvezels worden ook gebruikt om het gedrag tijdens het verwerken of het verharden van beton te verbeteren. Microvezels kunnen bijvoorbeeld plastische krimpscheuren beperken doordat ze trekspanningen in het nog jonge beton opnemen. Omdat het hier om beperkte spanningen gaat, hoeven de vezels maar relatief weinig kracht over te gedragen. Con- structieve eigenschappen van het materiaal zijn dus minder belangrijk; belangrijker is een korte afstand tussen de vezels. Vezels kunnen ook dienst doen om de samenhang van de specie te verhogen, onder meer doordat speci? ek oppervlak aan het betonmengsel wordt toegevoegd. Dit kan de stabiliteit verhogen en het ontmengingsrisico verminderen. Het heeft bovendien een positieve invloed op de gevoeligheid van de betonspecie voor bleeding. Tot slot noemen we kort de functie van microvezels in het verbeteren van de brandwerendheid van beton. Bekend is vooral de toepassing van polypropyleenvezels (foto 13). Dankzij deze vezels wordt voortschrijdend explosief afspatten beperkt of voorkomen. Dit komt doordat de vezels bij verhitting eerst smelten en vervolgens verbranden. Op die manier laten ze lege kanaaltjes achter waardoor de opbouw van hoge dampdrukken (door het verdampen van water) wordt voorkomen en het afspatten wordt tegengegaan. Scan de qr-code en lees meer hierover in Betoniek Standaard 16/30 ? Brand meester. 13 Polypropyleenvezels voor het verbeteren van de brandwerendheid van beton, bron: Sika 12 Combinatie staalvezels en kunststofvezels Betoniek Standaard 17-12.indd 11Betoniek Standaard 17-12.indd 11 14-11-22 10:3314-11-22 10:33 12 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 BETONIEK = STANDAARD + VAKBLAD Onderdeel van het Betoniek-abonnement is naast Betoniek Standaardook Betoniek Vakblad. Dit is een magazine op groot formaat met artikelen over onder meer projecten, ontwikkelingen, onderzoek, regelgeving en onderwijs. Deze artikelen worden geschreven door de lezers van Betoniekzelf. Daarin wijkt Betoniek Vakblad dus af van Betoniek Standaard, dat volledig door een deskundige redactie wordt geschreven. Betoniek Vakblad verschijnt vier keer per jaar. Scan de qr-code en lees de artikelen. Voor leden van Betoniek is dat gratis! BETONIEK = STANDAARD + VAKBLAD Onderdeel van het ook VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON VAKBL AD 3 2022 Bouwlogistiek naar zero emissie GEOPOLYMEERBETON ? INTERVIEW JA AP VAN ELDIK ? KRIMPREDUCTIE IN DE PR AK TIJK ? STUDIE SCHEURVORMING BV 3-2022 Cover.indd 1BV 3-2022 Cover.indd 1 07-10-22 08:1207-10-22 08:12 Pas je vezels toe, dan is het altijd aan te bevelen te overleggen met leverende, ontwerpende en uitvoerende partijen. Uiteraard, en nog helemaal niet besproken, zijn ook het kostenaspect en de duurzaamheid van groot belang in de afweging. Lidmaatschap Kijk voor meer informatie over onze lidmaatschappen op www.betoniek.nl/lidworden of neem contact op via klantenser vice@aeneas.nl of 073 205 10 10. Voorwaarden Je vindt onze algemene voorwaarden op www.betoniek.nl/algemene- publicatievoorwaarden-betoniek. Betoniek Standaard is onderdeel van Betoniek Platform, hét kennisplatform over technologie en uitvoering van beton. Betoniek Standaard verschijnt 4x per jaar en is een uitgave van Aeneas Media bv, in opdracht van het Cement&BetonCentrum. In de redactie zijn vertegenwoordigd: BAM Infraconsult, Betonhuis, ENCI, SKG-IKOB, TNO, Van Wijnen en IJB Groep. Uitgave Aeneas Media bv Ruimte 4121 Veemarktkade 8 5222 AE 's-Hertogenbosch Website www.betoniek.nl Klantenservice 073 205 10 10 klantenser vice@aeneas.nl Vormgeving Inpladi bv, Cuijk Redactie 073 205 10 27 betoniek@aeneas.nl Hoewel de grootst mogelijke zorg wordt besteed aan de inhoud van het blad, zijn redactie en uitgever van Betoniek niet aansprakelijk voor de gevolgen, van welke aard ook, van handelingen en/of beslis- singen gebaseerd op de informatie in deze uitgave. Niet altijd kunnen rechthebbenden van gebruikt beeldmateriaal worden achterhaald. Belang- hebbenden kunnen contact opnemen met de uitgever. © Aeneas Media bv 2022 ISSN: 2352-1090 KENNISDELING VIA BETONIEK, DANKZIJ ONZE PARTNERS Literatuur - ACI 544.4R-18: Guide to Design with Fiber-Reinforced Concrete, American Concrete Institute (ACI), 2018. - SBF BK A07029: SINTEF report, SINTEF Building and Infrastructure; COIN - Concrete innovation Centre, 2007. - Wietek, B., Fiber Concrete In Construction. Springer, 2021. - CUR-Aanbeveling 42: Bepaling van de invloed van polypropyleenvezels in beton op de vorming van plastische krimpscheuren, 2011. - CROW-CUR Aanbeveling 111: Staalvezelbetonbedrijfsvloeren op palen, CROW, 2018. - CROW-rapport D09-05: Staalvezelbeton in de wegenbouw, CROW, 2009. - Dooren, M. van, Staalvezelbeton in kelder vloeren. Afstudeerrapport Hogeschool Utrecht, Opleiding Bouwkunde, 2014. - Tierens, M., Verkennend onderzoek naar het gebruik van basaltvezels voor de versterking van betonconstructies. Laboratorium Magnel voor Betononderzoek Universiteit Gent, 2007. - Betoniek 8/28 ? Staalvezelbeton; Betoniek 15/25 - Een sterk staaltje; Betoniek 10/11 - Beton met kunststofvezels.- Cement 2006/5: Vezels in beton; Cement 2007/3: Vezelbeton: van verleden naar toekomst; Cement 2010/6: Berekening SVB-casco; Cement 2016/1: Staalvezelbeton in kelder vloeren; Cement 2018/8: Onderwaterbeton na 72 uur belast; Cement 2021/7: Staalvezelbeton getoetst. Betoniek Standaard 17-12.indd 12Betoniek Standaard 17-12.indd 12 14-11-22 10:3314-11-22 10:33 3 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Verreweg de meest toegepaste vezels in beton zijn van staal, maar glasvezels, basaltvezels en kunststofvezels werken op een vergelijkbare manier - zij het met andere resultaten. Sterkte Als aan beton vezels zijn toegevoegd en een betonconstructie scheurt als gevolg van trekspanningen, dan kunnen de vezels ter plaatse van de scheuren spanningen opne- men. Hierdoor kan in bepaalde gevallen de sterkte van de constructie worden vergroot. WERKING CONSTRUCTIEVE VEZELS Om de invloed van vezels op het construc - tieve gedrag van beton te begrijpen, is het goed te weten dat beton relatief weinig treksterkte heeft en zich bros gedraagt. Dat laatste betekent dat zodra het beton scheurt, het over de scheur geen kracht meer kan overbrengen. Om te voorkomen dat een betonconstructie daardoor bezwijkt, worden aan beton wapeningsstaven toe- gevoegd. Als vezels aan beton worden toe gevoegd, kunnen die na het scheuren ook zorgen voor de overdracht van krachten. MARCOVEZELS VERSUS MICROVEZELS Vezels voor toepassing in beton worden vaak onderverdeeld in macro- en microvezels. Zoals de naam al doet vermoeden, gaat het om de maat van de vezels, namelijk de dikte. Staalvezels zijn meestal macrovezels. Een voorbeeld van microvezels zijn dunne polypropyleenvezels, ook wel engelenhaar. Niet helemaal terecht zijn de aannames dat macrovezels de constructieve eigen- schappen van verhard beton verbeteren en microvezels die van niet-verhard beton (betonspecie) of de brandwerendheid verbeteren. Zo zijn er ook microvezels die worden ingezet voor construc - tieve doeleinden. Het onderscheid tussen macro- en microvezels laten we in deze Betoniek los. Betoniek Standaard 17-12.indd 3 14-11-22 10:32 4 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Omdat de vezels pas werken als het beton is gescheurd, wordt de druksterkte van beton niet (of in beperkte mate) door de vezels verbeterd. Ook de zuivere treksterkte neemt hooguit in lichte mate toe en alleen in het geval van strain hardening (g. 2). Daar van is sprake als ? bij zeer hoge doseringen vezels ? de nascheurtreksterkte hoger is dan de initiële scheursterkte van het beton. Het eect op de sterkte is het grootst voor de buigtreksterkte . Hierbij wordt gepro - teerd van het gunstige nascheurgedrag van vezelbeton. Als onderin de doorsnede van een op buiging belaste constructie de eer - ste scheuren ontstaan, kan vezelbeton daar nog steeds krachten opnemen en bezwijkt de constructie niet direct. De totale momentweerstand is daardoor groter dan het moment bij het bereiken van de trek- sterkte onderin, het scheurmoment (g. 3). De constructie heeft dus een hogere sterkte dan de zuivere treksterkte (scheursterkte), ook als er geen sprake is van strain harde - ning bij zuivere trek. Om dit eect op een eenvoudige wijze in rekening te brengen, wordt de term buigtrek-sterkte gehanteerd. Voor het bepalen van de buigtreksterke wordt een driepuntsbuigproef uitgevoerd conform NEN-EN 14651 (foto 4). Overige constructieve eigenschappen Het nascheurgedrag van vezelbeton kan behalve op de buigtreksterkte ook een positieve uitwerking hebben op een aantal andere constructieve eigenschappen. Zo kunnen vezels, indien toegevoegd aan een traditioneel gewapende betonconstructie, er voor zorgen dat de scheurwijdte wordt beperkt. In bepaalde gevallen kan worden voorkomen dat geen extra wapening nodig is. Het nascheurgedrag kan ook een positief eect hebben op de ductiliteit (ver vor - mingscapaciteit), vooral bij hogere doserin- gen. Ook de slijtvastheid en de bestandheid tegen stootbelastingen (impact) kan door de vezels toenemen. Dit komt doordat vezel- beton meer energie opneemt dan beton zon- der vezels als een resultaat van de grotere ver vormingscapaciteit. 2 Bros bezwijken (ongewapend beton) versus strain hardening versus strain softening Betoniek Standaard 17-12.indd 4 14-11-22 10:32 5 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 REL ATIE VEZELS EN CONSTRUCTIEVE EIGENSCHAPPEN Hoe beton met vezels zich gedraagt ten aan- zien van de constructieve eigenschappen is afhankelijk van een aantal kenmerken van de vezels. Hierbij gaat het om de prestaties van het composiet (beton met vezels) en niet enkel om de prestaties van de vezel. Juist de afstemming van de combinatie is bepalend. Belangrijk om te weten, is dat beton met vezels kan bezwijken ofwel door- dat de vezel uit de betonmatrix wordt getrokken (pull-out) ofwel door breuk van de vezel. Dit laatste gebeurt als de veranke- ring van de vezel in het beton sterker is dan de treksterkte van de vezel. Dit kan alsnog 3 Rek- en spanningsverdeling van vezelbeton. Bij het overschrijden van de rek behorende bij de scheursterkte onderin de doorsnede, kan vezelbeton daar nog steeds spanningen opnemen. Hierdoor wordt de buigcapaciteit en daarmee de buigtreksterkte van de doorsnede groter 4 Opstelling driepuntsbuigproef. Met deze proef wordt de nascheur-spanning-rekrelatie, bepaald, dooreen proefbalkje met zaagsnede te belasten. Bij een toename van de opening van de zaagsnede (crack mouth opening displacement, CMOD) wordt de kracht gemeten. Deze gegevens worden uitgezet in kracht- scheuropeningsrelaties, die worden omgerekend tot spanning-rekrelaties, waarmee de constructeur kan gaan rekenen Betoniek Standaard 17-12.indd 5 14-11-22 10:32 6 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 leiden tot een relatief bros bezwijkgedrag. Het is daarom gebruikelijk de materialen zo te kiezen, dat tijdens het bezwijken de vezels uit de matrix worden getrokken en niet breken. Ook kan een hoogwaardige staal- kwaliteit worden gebruikt die zich bij hoge spanning ductiel gedraagt. Vezelgehalte Dat het aantal vezels in het beton bepalend is voor het gedrag, zal geen verrassing zijn. Hoe meer vezels in de betonmatrix, hoe groter de kans dat er bij een scheur vezels aanwezig zijn om krachten over te dragen. De hoeveelheid vezels wordt meestal uitge- drukt in kg/m 3. Deze dosering kan met de geometrie en soortelijke massa van de vezels worden omgerekend tot een volume van de vezels. Merk op dat voor verschil- lende materialen de gebruikelijke doseringen sterk uiteenlopen. Staalvezels zijn veel zwaarder dan kunststofvezels. Zo is bijvoorbeeld 10 kg/m 3 staalvezels in aantal vezels (volume) veel minder dan 10 kg/m 3 kunststofvezels. Vorm Vezels zijn er in verschillende vormen. Dit geldt voor het eindstuk van de vezels, recht of met een eindverankering, of voor de vorm van de vezels zelf. Zo zijn er rechte vezels of gegolfde. Beide zijn bepalend voor de ver - ankering aan het beton (g. 5). Lengte Hoe langer constructieve vezels zonder eindverankering zijn, des te beter kan de spanning vanuit het beton over kan worden gedragen naar de vezel. L/d-ratio Naast de lengte is vooral de lengte- diameter verhouding van de vezels bepalend. Over het algemeen geldt: hoe hoger de l/d-verhouding, hoe beter de prestaties. Bij een hogere l/d-ratio kunnen er immers meer vezels aanwezig zijn in de scheuren. Om een idee te krijgen: gebrui - kelijke l/d-ratio's voor staalvezels zijn 50 tot 65. Treksterkte Bij het toepassen van een betere veranke - ring is het van belang dat ook de treksterkte van de vezel hoger is. Dit om te voorkomen dat de vezel breekt. Andersom heeft het geen zin om vezels met een hoge treksterkte te gebruiken als die al bij een lage belasting uit het beton worden getrokken. 5 Verschillende vormen van vezels, bronnen: Bernhard Wietek (links) & CROW-rapport D09-05 (rechts) Betoniek Standaard 17-12.indd 6 14-11-22 10:32 7 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Stijfheid Bij een hoge stijfheid (of E-modulus) komen de vezels sneller onder spanning, waardoor ze sneller worden aangesproken om belasting op te nemen. Dit is te zien in spanning-rekrelaties waarbij de terugloop in spanning na het ontstaan van de eerste scheur groter is bij vezels met een lagere stijfheid. Betonkwaliteit De kwaliteit van het beton beïnvloedt de verankering van de vezel. Een hogere kwali- teit (hogere sterkteklasse) leidt tot een betere verankering. Verdeling Hoe homogeen en in welke richting de vezels zich in het beton bevinden, is heel bepalend voor het gedrag van vezelbeton. De prestaties zijn het beste als in iedere scheur voldoende vezels aanwezig zijn om de scheur te overbruggen. Daarbij geldt ook nog eens dat de vezel het beste werkt als die loodrecht op de scheur staat. Waar in het beton en in welke richting de vezels zich bevinden, is moeilijk te beïnvloe- den en te voorspellen. Vezels bevinden zich meestal door het gehele beton heen. Op plekken waar ze minder nuttig zijn en ook in richtingen waarin ze minder tot hun recht komen. Anderzijds is er door een variërende verschillende oriëntatie van de vezels geen sprake van een zwakke richting, in tegen- stelling tot beton met traditionele eendimensionale wapening. KENMERKEN VERSCHILLENDE VEZELS Zoals gezegd richten we ons in deze Betoniek op de meest toegepaste materia- len voor vezels: staal, kunststof, glas en basalt. Deze vezelmaterialen kunnen alle - maal een positieve bijdrage leveren aan de genoemde constructieve eigenschappen. Hoe precies, dat varieert. We gaan nu nader in op vier vezelmaterialen. Hoe gedragen ze zich in beton? In tabel 1 zijn eerst de belang- rijkste kenmerken op een rijtje gezet. Staalvezels Staalvezels zijn rechte of geproleerde stukjes staal, gemaakt van koud getrokken staaldraad, versneden plaatmateriaal of gefreesde stalen blokken. Staalvezels zijn de bekendste en meest toegepaste vezels in beton. Tabel 1 Kenmerken constructieve vezels STA AL KUNSTSTOFGL ASB A S ALT lengte [mm] 5 - 6025 - 656 - 3640 - 50 diameter [mm] 0,1 - 1,50,4 - 1,20,05 - 0,20,6 - 0,8 gewicht [kg/m ] 7800 - 7850900 - 14002600 - 27001800 - 3000 treksterkte [MPa] 800 tot 3400200 - 30001500 - 48001080 - 5000 E-modulus [GPa] 200 - 2104 - 1570 -9042 - 90 Breukrek [%] 0,5 - 4202 -52,3 - 5,5 Gebruikelijke dosering [kg/m ]20 - 50* 2 - 71 - 36 - 40 *) Er komen ook veel hogere doseringen voor (> 100 kg/m ), bijvoorbeeld bij ultra-hogesterktebeton 6 Staalvezels met dubbele eindhaak, bron: Bekaert Betoniek Standaard 17-12.indd 7 14-11-22 10:32 8 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Zo'n 90% van alle in beton toegepaste vezels is van staal. Vaak zijn staalvezels plat, soms over de hele lengte gegolfd. Er zijn vezels met een recht einde of met een haak (eind- verankering). Dat kan een enkele of een dubbele haak zijn. Staalvezels worden los geleverd of gebundeld in een plaatje (foto 6). In dat laatste geval vallen ze uiteen door de mengkrachten bij het betonmengen. Hiermee wordt balvorming (egelballen) voorkomen. Staal is een relatief sterk materiaal. Vooral de treksterkte is veel hoger dan die van beton. Ook de stijfheid van staalvezels is groot. Daarom zijn ze heel eectief als het gaat om krachtsoverdracht, wat ook te zien is in de beperkte afname van de spanning in spanningsver vormingsdiagrammen. Een nadeel van staalvezels is dat roestvlekken aan het opper vlak zichtbaar kunnen worden. Vaak worden ze in schoonbeton dan ook niet toegepast. Een alternatieve oplossing zijn verzinkte en roestvaststalen staalvezels. Een ander nadeel is de vorming van scherpe punten aan het opper vlak. Voor stalvloeren zijn ze daarom minder geschikt (dieren bezeren hun poten/hoeven). Veel voorko- mende toepassingen van staalvezelbeton zijn bedrijfsvloeren (op zand of op palen), verhardingen, dekvloeren, druklagen, fun- deringen, onderwaterbeton en riolerings- buizen. Kunststofvezels Acr yl, aramide, nylon, polyester, polyethy - leen en polypropyleen. Kunststofvezels, ook wel synthetische vezels geheten (foto 7) worden van verschillende materialen gemaakt. Mede door de uiteenlopende ma- terialen variëren de eigenschappen sterk. Ook de vorm varieert, van rechte, gegolfde of speciale vormen. De stijfheid is relatief laag, veel lager dan die van beton. Daardoor moeten de vezels eerst ink ver vormen voordat ze onder spanning komen. Dit is te zien in een sterke terugloop in de spannings-rekdiagrammen na het ont - staan van de eerste scheuren. De E-modulus van de gekozen kunststof is dan ook heel bepalend voor de constructieve werking. Is die relatief laag? Dan zijn zeer grote hoeveelheden nodig voor een gunstig eect op het constructieve gedrag. Ook zijn kunststofvezels gevoelig voor hoge temperaturen. Ze vertonen sterk kruip- gedrag: de ver vorming neemt in de loopt van de tijd toe. Wel laten de vezels een toename in belastingbaarheid zien bij een grotere ver vorming en de hebben ze een hoge breukrek. In de gebruikelijke reken- methoden wordt hier geen rekening mee gehouden. Een belangrijke eigenschap van kunststof - vezels is dat ze niet corroderen en zeer goed bestand zijn tegen zuren en basen. Kunststofvezels kunnen interessant zijn als corrosie een probleem is of in projecten met zwerfstroom. Bekende toepassingen zijn kelderwanden of drijvende constructies. Glasvezels Glasvezels worden ver vaardigd uit gesmol- ten glas met als basis kwarts (SiO 2). Dit gesmolten glas wordt tot vezels getrokken of geblazen, en voorzien van een coating. Deze nabewerking maakt verdere bewer - king mogelijk en beschermt het glas tegen 7 Constructieve kunststofvezels, bron: Sika Betoniek Standaard 17-12.indd 8 14-11-22 10:32 9 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 het alkalische milieu in beton (AR-glas, Alkali-Resistent). Er zijn ook niet-alkali- resistente vezels maar die zijn niet geschikt voor toepassing in beton. Glasvezels zijn meestal recht van vorm (foto 8). Ze worden in bundels ver vaardigd die in water uiteenvallen in losse vezels. De sterkte van glasvezels varieert sterk, afhankelijk van de manier waarop de vezel tijdens de verwerking is 'voorbeschadigd'. Glasvezels hebben een volledig elastisch rekgedrag. Het materiaal is bros. Ze kunnen breken tijdens het mengproces of de mixer beschadigen. In hun werking zijn glasvezels vergelijkbaar met basaltvezels. Glasvezels zijn ongevoelig voor corrosie en zijn mine- raal, en dus prima te recyclen. Als ze worden blootgesteld aan weersinvloeden, vormen zich kalkkristallen die de vezelbundels penetreren. Betonelementen met glasvezels kunnen veel dunner worden uitgevoerd dan traditio- neel beton. Ze zijn bovendien veel dichter en hebben een lange levensduur. Glasvezel- versterkt beton (glass bre reinforced con- crete, GRC) wordt onder meer toegepast in (gevel)panelen of in complexe 3D-vormen. De dikten van de panelen kunnen beperkt blijven tot slechts 10 tot 25 mm. Glasvezels kunnen ook in dragende elementen worden toegepast. Zo zijn ze gebruikt in de onder- waterbetonvloer bij Driebergen-Zeist (foto 1). Basaltvezels Basaltvezel is een natuurproduct, gemaakt van basaltsteen. Een groot deel van de aardkorst bestaat uit basaltsteen. Het is een vulkanisch stollingsgesteente dat wordt gevormd door lava. De krimp die optreedt bij de stolling van basaltlava leidt tot zes- hoekige structuren, de typische basaltzuilen (foto 9). Om basaltvezels te maken, worden basaltstenen gesmolten bij een temperatuur van circa 1400 a 1500 °C. Door deze basalt- lava door heel jne gaatjes te persen (extru- sietechniek), ontstaan haardunne vezels ( lamenten) met een amorfe structuur. Het geeft de vezels een grote trek-sterkte. Door mono lamente vezels met epoxy aan elkaar te verlijmen, worden multi lamente vezels gemaakt. Basalt vezels hebben doorgaans een lichte pro lering (foto 10). Opvallend is vooral de hoge sterkte; de treksterkte van basaltvezels is wel 2,5 keer zo groot als die van staal. Het gewicht is 4 keer zo laag. Dit komt vooral tot zijn recht in beton met hoge sterktes. Wel tonen ze bros bezwijkgedrag. Let voor hogesterktebeton op dat de grote spanningen niet tot directe breuk van de vezels leiden, wat neer zou komen op bros bezwijkgedrag. 9 Basaltsteen in de natuur 8 Glasvezels, bron: BAM Infraconsult Betoniek Standaard 17-12.indd 9 14-11-22 10:33 10 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Basaltvezels corroderen niet en zijn goed bestand tegen chemische aantasting. In tegenstelling tot staal en glas geleidt basalt niet. Ook is het goed bestand tegen warmte. Verder geldt dat basaltvezels water op- nemen; bij het verharden van het beton zal de hechting tussen vezels en beton enigs- zins verminderen.Er is nog weinig bekend over basaltvezels als constructieve toepas- sing. Tot dusver vindt toepassing vooral (beperkt) plaats in de betonwarenindustrie. Keuze type vezel Bij de keuze voor het type vezels is het van belang dat de eigenschappen passen bij de toepassing en het gebruikte betonmengsel. Zo heeft toepassing van een sterke vezel niet veel zin in beton met een lage sterkte. Aan de andere kant is het bij minder sterk beton vaak niet nodig een heel sterke (en dure) vezel toe te passen. Ook de verwer- kingsmethode kan invloed hebben op de keuze. Het is verstandig om hierover vooraf met betrokken partijen te overleggen. In de praktijk worden vezels ook vaak gecombi- neerd met wapening, ook wel hybride gewa- pend beton genoemd (foto 11). Zo kan door toevoeging van vezels aan gewapend beton de scheur vormig in de dekking worden beperkt, waarmee de hoeveelheid traditio- nele wapening en daarmee ook de CO 2-impact kan worden verminderd. Zeker in vrijdragende elementen worden bijna nooit uitsluitend vezels toegepast. Er zijn ook combinaties van verschillende mate rialen (foto 12). Hoewel de mogelijkheden inte- ressant lijken, is er niet veel er varing mee. A ANDACHTSPUNTEN BETONSAMENSTELLING Toevoeging van vezels in betonspecie heeft invloed op het gedrag van het nog niet verharde materiaal. Zo wordt met de vezels speci ek opper vlak toegevoegd, wat de waterbehoefte vergroot of de ver- werkbaarheid verlaagt. De invloed op de verwerkbaarheid is afhankelijk van onder meer de hoeveelheid en de l/d-ratio. Zijn die hoger? Dan neemt de verwerkbaarheid af. Afname van verwerkbaarheid kan deels worden opgevangen met een aanpassing in de mensgelsamenstelling of door het toevoegen van hulpsto en, hoewel die mogelijkheden niet onbeperkt zijn. Zeker bij hogere doseringen moet je oppassen dat je hulpsto en niet gaat overdoseren met ont- menging tot gevolg. Soms is het nodig het pastavolume te vergroten. Bedenk wel dat het middel niet erger is dan de kwaal, omdat scheur vorming juist weer toeneemt. Stem de maximale korrelgrootte af op de grootte van de vezels. De lengte van de vezels moet altijd groter zijn dan de maxi- male korrelgrootte van het toeslagmateraal. Een vuistregel is dat de lengte van vezel ongeveer 2 á 2,5 keer de korreldiameter is. 10 Basaltvezels 11 Hybride vezelbeton: staalvezels gecombineerd met traditionele wapening Betoniek Standaard 17-12.indd 10 14-11-22 10:33 11 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 Wordt die langer? Dan krijg je problemen met de verwerkbaarheid. Is die korter, dan bestaat het risico dat de vezel de scheur niet meer helemaal kan overbruggen. Bij het ont- werpen van het mengsel moet ook rekening worden gehouden met het type materiaal van de vezel. Zo varieert het ge-wicht van de vezels. Staalvezels zijn zwaarder dan beton en terwijl kunststofvezels juist lichter zijn. Hiermee moet bij het samenstellen van het beton rekening worden gehouden. Belangrijk is dus om in het mengselontwerp rekening te houden met toepassing van vezels: de juiste keuze van bindmiddel en watergehalte, de juiste zeefkromme van het toeslagmateriaal, de optimale vezelhoe- veelheid en andere hulp- en toeslagsto en. Een goed uitgebalanceerde betonsamen- stelling in combinatie met de meest geschik- te vezel is de belangrijkste factor voor opti- male prestaties. Het is verstandig vooraf geschiktheidsonderzoek uit te voeren. De eigenschappen van de vezels en het vezel- beton lopen namelijk sterk uiteen en het gedrag van vezelbeton laat zich moeilijk voorspellen. TOT SLOT Zoals uit deze Betoniek blijkt, kun je nogal wat kanten op met betonvezels. We realiseren ons dat deze uitgave beperkt is, alleen al om-dat we vooral de constructieve eigeschappen bespraken. Met alleen deze Betoniek kun je nog niet direct bepalen wanneer je welke vezel het beste toepast. Nog lang niet alles is bekend over het exacte gedrag van vezelbeton. Ook is regelgeving nog niet volledig uitont- wikkeld, zeker bij relatief nieuwe toepassingen glasvezel en basaltvezel. Wel nemen kennis en er varing snel toe. We hopen met deze Betoniek in ieder geval een handvat te geven welke factoren zoal een rol spelen bij de juiste keuze. NIET-CONSTRUCTIEVE TOEPASSINGEN Vooral microvezels worden ook gebruikt om het gedrag tijdens het verwerken of het verharden van beton te verbeteren. Microvezels kunnen bijvoorbeeld plastische krimpscheuren beperken doordat ze trekspanningen in het nog jonge beton opnemen. Omdat het hier om beperkte spanningen gaat, hoeven de vezels maar relatief weinig kracht over te gedragen. Con- structieve eigenschappen van het materiaal zijn dus minder belangrijk; belangrijker is een korte afstand tussen de vezels. Vezels kunnen ook dienst doen om de samenhang van de specie te verhogen, onder meer doordat speci ek oppervlak aan het betonmengsel wordt toegevoegd. Dit kan de stabiliteit verhogen en het ontmengingsrisico verminderen. Het heeft bovendien een positieve invloed op de gevoeligheid van de betonspecie voor bleeding. Tot slot noemen we kort de functie van microvezels in het verbeteren van de brandwerendheid van beton. Bekend is vooral de toepassing van polypropyleenvezels (foto 13). Dankzij deze vezels wordt voortschrijdend explosief afspatten beperkt of voorkomen. Dit komt doordat de vezels bij verhitting eerst smelten en vervolgens verbranden. Op die manier laten ze lege kanaaltjes achter waardoor de opbouw van hoge dampdrukken (door het verdampen van water) wordt voorkomen en het afspatten wordt tegengegaan. Scan de qr-code en lees meer hierover in Betoniek Standaard 16/30 ? Brand meester. 13 Polypropyleenvezels voor het verbeteren van de brandwerendheid van beton, bron: Sika 12 Combinatie staalvezels en kunststofvezels Betoniek Standaard 17-12.indd 11 14-11-22 10:33 12 NOVEMBER 2022 STANDA ARD 17 12 BETONIEK = STANDAARD + VAKBLAD Onderdeel van het Betoniek-abonnement is naast Betoniek Standaardook Betoniek Vakblad. Dit is een magazine op groot formaat met artikelen over onder meer projecten, ontwikkelingen, onderzoek, regelgeving en onderwijs. Deze artikelen worden geschreven door de lezers van Betoniekzelf. Daarin wijkt Betoniek Vakblad dus af van Betoniek Standaard, dat volledig door een deskundige redactie wordt geschreven. Betoniek Vakblad verschijnt vier keer per jaar. Scan de qr-code en lees de artikelen. Voor leden van Betoniek is dat gratis! BETONIEK = STANDAARD + VAKBLAD Onderdeel van het ook VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON V A K B L A D 3 2022 Bouwlogistiek naar zero emissie GEOPOLYMEERBETON ? INTERVIEW JA AP VAN ELDIK ? KRIMPREDUCTIE IN DE PR AK TIJK ? STUDIE SCHEURVORMING BV 3-2022 Cover.indd 1 07-10-22 08:12 Pas je vezels toe, dan is het altijd aan te bevelen te overleggen met leverende, ontwerpende en uitvoerende partijen. Uiteraard, en nog helemaal niet besproken, zijn ook het kostenaspect en de duurzaamheid van groot belang in de afweging. Lidmaatschap Kijk voor meer informatie over onze lidmaatschappen op www.betoniek.nl/lidworden of neem contact op via klantenser vice@aeneas.nl of 073 205 10 10. Voorwaarden Je vindt onze algemene voorwaarden op www.betoniek.nl/algemene- publicatievoorwaarden-betoniek. Betoniek Standaard is onderdeel van Betoniek Platform, hét kennisplatform over technologie en uitvoering van beton. Betoniek Standaard verschijnt 4x per jaar en is een uitgave van Aeneas Media bv, in opdracht van het Cement&BetonCentrum. In de redactie zijn vertegenwoordigd: BAM Infraconsult, Betonhuis, ENCI, SKG-IKOB, TNO, Van Wijnen en IJB Groep. Uitgave Aeneas Media bv Ruimte 4121 Veemarktkade 8 5222 AE 's-Hertogenbosch Website www.betoniek.nl Klantenservice 073 205 10 10 klantenser vice@aeneas.nl Vormgeving Inpladi bv, Cuijk Redactie 073 205 10 27 betoniek@aeneas.nl Hoewel de grootst mogelijke zorg wordt besteed aan de inhoud van het blad, zijn redactie en uitgever van Betoniek niet aansprakelijk voor de gevolgen, van welke aard ook, van handelingen en/of beslis- singen gebaseerd op de informatie in deze uitgave. Niet altijd kunnen rechthebbenden van gebruikt beeldmateriaal worden achterhaald. Belang- hebbenden kunnen contact opnemen met de uitgever. © Aeneas Media bv 2022 ISSN: 2352-1090 KENNISDELING VIA BETONIEK, DANKZIJ ONZE PARTNERS Literatuur - ACI 544.4R-18: Guide to Design with Fiber-Reinforced Concrete, American Concrete Institute (ACI), 2018. - SBF BK A07029: SINTEF report, SINTEF Building and Infrastructure; COIN - Concrete innovation Centre, 2007. - Wietek, B., Fiber Concrete In Construction. Springer, 2021. - CUR-Aanbeveling 42: Bepaling van de invloed van polypropyleenvezels in beton op de vorming van plastische krimpscheuren, 2011. - CROW-CUR Aanbeveling 111: Staalvezelbetonbedrijfsvloeren op palen, CROW, 2018. - CROW-rapport D09-05: Staalvezelbeton in de wegenbouw, CROW, 2009. - Dooren, M. van, Staalvezelbeton in kelder vloeren. Afstudeerrapport Hogeschool Utrecht, Opleiding Bouwkunde, 2014. - Tierens, M., Verkennend onderzoek naar het gebruik van basaltvezels voor de versterking van betonconstructies. Laboratorium Magnel voor Betononderzoek Universiteit Gent, 2007. - Betoniek 8/28 ? Staalvezelbeton; Betoniek 15/25 - Een sterk staaltje; Betoniek 10/11 - Beton met kunststofvezels.- Cement 2006/5: Vezels in beton; Cement 2007/3: Vezelbeton: van verleden naar toekomst; Cement 2010/6: Berekening SVB-casco; Cement 2016/1: Staalvezelbeton in kelder vloeren; Cement 2018/8: Onderwaterbeton na 72 uur belast; Cement 2021/7: Staalvezelbeton getoetst. Betoniek Standaard 17-12.indd 12 14-11-22 10:33