Een maandelijkse Uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenboschnovember/december1986Betonstaal in ontwikkelingDe afgelopen decennia heeft zich bij de produktievan betonstaal een ontwikkeling voltrokken vaneenvoudig 'betonijzer' naar het produkt .'betonstaal'. Deze ontwikkeling is voornamelijkingeleid door een aantal eisen uit de praktijk en dewens van de producenten van betonstaal om tekomen tot een zo economisch mogelijk produktie-proces.De achtergronden zijn in het kort als volgt:- Om praktische redenen is het wenselijk hetaantal varianten betonstaal te beperken inverband met de benodigde opslagruimte tijdenstransport en verwerking. Daarnaast wordtverwisseling van verschillende beton staal-soorten tegengegaan.Uit veiligheidsoverwegingen, met name vanconstructieve aard, is het wenselijk dat op debouwplaats alleen lasbaar betonstaal voorhanden is.De verdergaande automatisering bij de verwer-king van betonstaal in buigcentrales heeft eentoenemende wens doen ontstaan naar leveringvan betonstaal op rollen. Omdat het betonstaaluiteindelijk weer in rechte vorm moet wordentoegepast, moet het staal voldoen aan eenaantal extra eisen ten gevolge van het zoge-naamde richten.Verder heeft ook de invoering van nieuwekeuringseisen ertoe bijgedragen dat betonstaalvolgens nauwe specificaties moet wordengeproduceerd.De produktiemogelijkheden zijn inmiddels zoverontwikkeld, dat betonstaal in de verschillendeleveringstoestanden goed in lasbare kwaliteitkan worden geproduceerd.Voor degenen die niet dagelijks met betonstaal temaken hebben het volgende. Betonstaal wordt involgorde aangeduid met:- de letters FeB (Fe van het elementferrum =ijzer, en deB van beton);het getal dat de gewaarborgde karakteristiekevloeigrens ofO,2% rekgrens aangeeft;de leveringstoestand, aangeduid met de letters:HW =warmgewalst betonstaal,HK =. koud nabehandeld of koud vervormdbetonstaal;onder eventuele toevoeging van de letters:L = lasbaar,N = netten;het nummervan de norm waaraan hetbetonstaal voldoet.Bijvoorbeeld FeB 400 HWL NEN 6008.Alvorens nader in te gaan op de verschillendeleveringstoestanden, is het interessant om hetverbruik van betonstaal in Nederland gedurendede laatste twintig jaar eens te bezien (tabel 1).Uit het overzicht blijkt de opkomst van vooralgepuntlaste wapeningsnetten ten koste vanbetonstaalstaven in de staalsoort FeB 220. Hetaandeel van staven FeB 500 is ten opzichte van degepuntlaste wapeningsnetten FeB 500 duidelijkachter gebleven.Van ijzererts tot betonstaalIn het dagelijks taalgebruik worden de begrippenijzer en staal vaak verwisseld. Het woord ijzerwordt in de techniek vrijwel uitsluitend gebruikt omTabel 1Verbruik van betonstaal in Nederland in de periode1960-1980verbruik in %staven gepuntlaste totaalwapeningsnetten tonnagejaar FeB 220 FeB 400 FeB 500 FeB 500 (x1000ton)1960 37% 60% - 3% 3701970 25% 59% - 16% 5801980 7% 46% 15% 32% 400Het element ferrum (Fe) aan te duiden. Zuiver ijzerwordt vrijwel niet toegepast. In de regel is hetmetaal 'verontreinigd' met koolstof en andereelementen. Vooral koolstofbeïnvloedt het gedragvan ijzer. Het koolstofgehalte wordt gebruikt omhet onderscheid aan te geven tussen ijzer en staal:- koolstofgehalte 1,9%: gietijzer of ruwijzer;- koolstofgehalte < 1,9%: staal.Gietijzer en ruwijzer zijn in het algemeen bros enhebben een lager smeltpunt (± 1150 oebij 4%koolstof) danstaal (± 1525 oe bij 0,2% koolstof).Het lage koolstofgehalte maakt het staal smeed-baar, walsbaar en lasbaar.Betonstaalfabricage verloopt schematisch alsvolgt:ijzerertshoogovenprocesstaalfabricagewalserijUit het hoogovenproces wordt ruwijzer verkregen.Ten behoevevan de staalfabricage wordt hetruwijzer in.de staalfabriek omgezet in staal.Het koolstofgehalte wordt hierbij sterk verlaagd.Deze omzetting, waarbij het teveel aan koolstofverbrandt en als koolmonoxide ontwijkt, gebeurttegenwoordig meestal volgens het oxystaalprocesin plaats van het vroeger veeltoegepasteSiemens-Martin proces. Naast het oxystaalprocesbestaat het vooral in de kleinere staalfabriekenveel toegepaste elektrostaalproces.Uit beide staalbereidingsprocessen wordt vloei-baar staal verkregen dat in blokken wordt gegoten.De blokken worden na verhitting (circa 1300 0c)door blok- en knuppelwalsen tot knuppels gewalst.2Deze knuppels met een vierkante doorsnede metzijden van 80 tot 130 mm en 12 m lengte zijn hetuitgangsprodukt voor het walsen van betonstaal.Een vrij nieuw proces is het continu-gieten, waarbijhet vloeibare staal direct tot knuppels wordtgegoten.Bij het walsen wordt onderscheid gemaakt tussendraadwalsen en staafwalsen.ln figuur 1is hetonderscheid naar toepassing weergegeven.knuppel 80-130 mm, lang 12mstaafwalsendraad - 14mm staven - mm.r>:glad geprofileerdkoud getrokken op rollen _ HWLen geprofileerdop rollen HK IN)1Schema produktieproces van knuppels naar betonstaalHet gladde draad van de draadwalserijen wordtvoor diverse doeleinden gebruikt, zoals auto-bandendraad, kabeldraad, bouten- en moerenstaalen betonstaal. Voor elk produkt is echter eenspecifiek op het gebruiksdoel afgestemde staal-samenstelling en procesgang vereist. Voor detoepassing als betonstaal wordt het walsdraad inhoofdzaak gebruikt als halffabrikaat. Na koudvervormen (trekken) en na het in koude toestandopwalsen van een driezijdig profiel is het geschiktvoor verwerking in buiq- en vlechtcentrales en voorde fabricage van gepuntlaste wapeningsnetten.Een andere produktiewijze is het direct aan-brengen van een profilering bij het draadwalsen,waarna de draad wordt gehaspeld op rollen.Tabel 2Soorten be/ons/aal volgens NEN 6008vormstavengepuntlastewapenings-nettenkenmiddellijn6-40 mm4-14mm4-14 mmaanduidingFeB 220 HWLFeB400HWLFeB500HWLFeB 400 HKFeB 500 HKFeB 500 HKNFeB 500 HKNFeB500HWNleveringstoestandwarm gewalstwarm gewalst of metwater gekoeldkoud vervormd.getordeerd of gerektkoud geprofileerdkoud geprofileerdwarm gewalst of met watergekoeldOok dit betonstaal wordt veel in buigcentralesgebruikt, doch nog weinig in gepuntlastewapeningsnetten.Verreweg het grootste deel van het betonstaalwordt in een staafwalserij direct als rechtestaven op eenkoelbed gewalst in de diameterso 8 tot 40 mmoSoorten en leveringstoestanden betonstaalDe in september 1985 in herziene vormverschenen norm NEN 6008 'Betonstaal' maaktonderscheid tussen drie betonstaalsoortennamelijk FeB 220, 400 en 500 (tabel 2).De tabel toont vier te onderscheiden leverinqs-toestanden die elk nauw samenhangen met debetreffende produktiewijze namelijk:warm gewalst betonstaal (HW);koud vervormd, getordeerd of gerekt betonstaal(HK);koud geprofileerd betonstaal (HK);met watergekoeld betonstaal (HW);De karakterisering is in het kort als volgt:Warm gewalst betonstaal verkrijgt zijn mecha-nische eigenschappen uitsluitend uit de cherni-sche samenstelling en een warmwalsbehandelinggevolgd door afkoeling, voornamelijk in lucht.Koud vervormd, getordeerd ofgerekt betonstaalwordt verkregen door het koud torderen of koudrekken van warm gewalst betonstaal met het doelde mechanische eigenschappen wezenlijk teveranderen.Koud geprofileerd betonstaal wordt verkregen doorwarm gewalst betonstaal (walsdraad) een nabe-handeling van koud draadrekken of -walsen enkoud profileren te geven, eveneens met het doelde mechanische eigenschappen te veranderen.Het grootste deel van het koud geprofileerdebetonstaal wordt direct fabrieksmatig verwerkt totgepuntlaste wapeningsnetten.Met water gekoeld betonstaal wordt verkregendoor het gewalste materiaal direct na warm walseneerst intensief met water en vervolgens in lucht tekoelen. Hierbij worden de sterkte-eigenschappenten opzichte van warm gewalst betonstaal aanmer-kelijk verhoogd als gevolg van een specifiekestructuurverbetering van betonstaal. Op dezemoderne produktiewijze en de materiaaleigen-schappen komen wij straks terug.Zoals blijkt is voor alle betonstaalsoorten hetuitgangsmateriaal warm gewalst betonstaal. Doormiddel van aanpassing van de chemische samen-stellingstemt de staalproducent echter wel deeigenschappen van het walsmateriaal af op denabehandeling die tot de verschillendeleveringstoestanden leidt.Momenteel is een marktontwikkeling gaande diezich grotendeels concentreert op het nieuwe, metwater gekoelde betonstaal FeB 400 HWL en FeB500 HWL. Deze staalsoorten zijn nu beschikbaar inde afmetingen lopend van 0 6 tot 40 mmoDe reden voor deze ontwikkeling is dat de durelegeringselementen bij het warm gewalst-natuurhard betonstaal en vooral de dure nabehan-deling bij het koud getordeerde betonstaal dezebetonstaalsoorten steeds minder aantrekkelijkmaken. Daarbij biedt het met water gekoeldebetonstaal de extra voordelen van uitstekendehechtlasbaarheid en buigeigenschappen. Het metwater gekoelde betonstaal voldoet tevensuitstekend aan de eisen voor betonstaal voorgepuntlaste wapeningsnetten die een groeiendmarktaandeel te zien geven.32Koelen van betonstaal op een koelbed3Bundelen van staven betonstaal4Principe van het produktieproces van met water gekoeldbetonstaal (Tempcore)warmwalsenI1 DIsnel van hetmateriaal d.m.V.waterstralen knippen ontlaatfaseProduktie van met water gekoeld betonstaalHet uitgangsmateriaal, de zogenaamde knuppels,wordt na verhitten tot circa 1100 °C uitgewalst totde gewenste einddiameter van 0 8 tot 40 mmoAfhankelijk van de einddiameter worden meer ofminder walstuigen ingezet. Alleen het laatsteingezette walstuig is voorzien van kalibers metgroeven voor de profilering van betonstaal. Tijdenshet walsen is de temperatuurdaling gering, zodatbij temperaturen van circa 950°C wordt afgewalst.Na het walsen wordt het materiaal in koelbed-staaflengtes van bijvoorbeeld 100 m geknipt en viaeen rollen baan naar het koelbed getransporteerd(foto 2). Na koelen worden de staven vervolgens4koud geknipt tot handelslengtes en gebundeldvoor verzending (foto 3). Het produktieschema isschematisch weergegeven in figuur 4.De 'truc' van met water gekoeld betonstaal begintbij een relatief kort traject van intensieve water-koeling direct na het walsen. Hierbij wordt hetstaafoppervlak zeer snel vanaf circa 950°Cgekoeld tot circa 200 °C. Bij het verlaten van hetwaterkoeltraject, tijdens verdere afkoeling in delucht, gaat de nog circa 900°C hete staafkern destaafrandzone weer opwarmen, tot een homogenetemperatuur over de staafdoorsnede is bereikt.De staafrandzone komt hierdoor op circa 640°C5Doorsnede van met water gekoeld betonstaal, waarbijhet structuurverschil tussen kern en schil tot uiting komtfoto's: Hoogovens Groep, Ijmuiden6Structuur van het ongekoelde materiaal (ferriet enperliet)(vergroting 200 x)7Structuur van het gekoelde materiaal in de kern, waarbijde fijnkorrelige structuurzichtbaar is(vergroting 200 x)waardoor deze schil ontlaten (getemperd) wordt toteen iets minder sterke, maar taaie fijnkorreligestructuur (foto 5).Verder zal de staafkern als gevolg van de gefor-ceerde afkoeling (versneld afgegeven warmte aande buitenschil) transformeren naar een fijnkor-religer structuur (foto's 6 en 7).De met deze waterkoeling beoogde verhoging vande sterkte berust vooral op de fijnkorreligehardingsstructuren in de staatrandzone. Door dezestructuurverbetering wordt de vloeigrens met 100à 250 N/mm2 verhoogd en de treksterkte met 50à 200 N/mm2 ten opzichte van betonstaal datvolledig in rustige lucht is gekoeld. Het op dezewijze geh.arde betonstaal is bovendien goedlasbaar en heeft een grote taaiheid.Het zal duidelijk zijn dat dit fabricageproces eenzeer deskundige processturing en controle vereist.De producenten van deze betonstaalsoort hebbenzich internationaal verenigd in de TempcoreAssociation, waarvan in Nederland de HoogovensGroep BV lid is.MateriaaleigenschappenBij het bepalen van materiaaleigenschappen zijnvan belang het gemiddelde niveau van de eigen-schap en de spreiding ervan. Bij de produktie vanmet water gekoeld betonstaal is een spreiding invloeigrens en treksterkte te realiseren die overeen-komt met die van de reeds langer bestaande staal-soorten (fig. 8). Voor watergekoeld gewalstestaven betonstaal FeB 400 HWL en FeB 500 HWLbedraagt de spreiding in vloeigrens en treksterkte15 à 25 N/mm2 , dus ruimschoots minder dan devolgens de norm betonstaal maximaal toegestane35 N/mm2·Bij trekbeproeving van watergekoeld betonstaalblijkt de staafdoorsnede zich als een homogenedoorsnede te gedragen. Er is sprake van het5- - FeB 400 HWL_natuurhard, 1,3--- FeB 400 HWLwatergekoeld, RmlReN 1,17FeB 400 HK (getordeerd), Rm/ReN1,20=begin insnoeringIrek Ag bij maximale belasting Rm)- - FeB 500 HWLwatergekoeld, Rm/Re 1,13--- feB 500 HK (getordeerd), Rm 1,15FeB 500 (geprofileerd I, 1,07=begin insnoering(rek Ag maximale belasting Rm)600500400300200100Re10,2)2 4 6 B 10 12 14rek600500400Re(O,2)3002001002 4, ,6Rm8 10 12 14rek8Spanning-rekdiagrammen van FeB 400 en 500, inverschillende leveringstoestanden.normale rechtlijnigespanning-rekverloop in hetelastische gebied tot aan de vloeigrens, eenduidelijk vloeigedrag en het homogene verstevi-gingsgedrag over een lange rekweg gevolgd doorstaafbreuk met een duidelijke insnoering.Met water gekoeld betonstaal heeft een relatiefgrote vervormbaarheid. Ook bij strenge buig-beproeving blijkt dat de relatief harde, maar taaieschil, met fijnkorrelige ontlaten hardingsstructuren,goed bestand is tegen grote vervormingen. Bijenkelvoudig buigen meteen buigmiddellijn diegroter of gelijk is aan de kenmiddellijn ontstaatgeen scheurvorming. Uitvoering van een veroude-ringsterugbuigproef bij een buigmiddeUijn groterdan vier à zes maal de kenmiddellijn heeft geenscheurvorming tot gevolg. Deze eigenschap iszeer belangrijk voor de terugbuigmogelijkhedenvan betonstaal in het werk.Lassen van betonstaalIn de inleiding is reeds opgemerkt dat de ontwik-kelingen op gebied van betonstaal mede zijningeleid door de vraag naarlasbaar betonstaal.Dit was tevens noodzakelijk om prefabricage metbehulp van vormvaste wapeningseenhedenmogelijk te maken. Dit betekent het verbinden vanwapeningsstaven door middel van hechtlassen alsvervanging van binden. Hierbij behoeft de hecht-lasverbinding wat sterkte-eigenschappen betreft6alleen te voldoen aan de eisen van een 'stevige'verbinding voor transport en montage. Hecht-lassen kunnen worden uitgevoerd door middel vanbooglassen met beklede elektrode, gemakshalveelektrodelassen genoemd, het MIG/MAG·lasproces en weerstandpuntlassen.Tevens zijn er toepassingen gekomen waarbijbouwelementen op de bouwplaats door middel vansmeltlassen worden doorverbonden. Smeltlassenworden meestal uitgevoerd door middel vanelek-trodelassen en MIG/MAG-lassen. In beide gevallenwordt door versmelting van het betonstaal met hetelektrodemateriaal op de lasplaats tussen de beidestaven een hechte verbinding gevormd. Met dezelasmethoden kunnen zodoende verbindingenworden gemaakt diein staat zijn de krachtenwerkend in betonstaalstaven op elkaar over tebrengen. De lasverbinding wordt meestal uitge-voerd alsoverlaplasverbinding, dat wil zeggendoor een lasrups te leggen tussen de overlap-pende delen van twee staven betonstaal.Met water gekoeld betonstaal wordt alleen inlasbare kwaliteit geleverd (koolstofgehalte0,22%). Hiervan uitgaande dient men er echtersteeds op te letten dat de kwalificatie 'Iasbaar' ookberust op de juiste keuze van het lasverblndinqs-type en een goede lasuitvoering. Richtlijnen hier-voor zijn gegeven NPR 2053 'Lassen enverbinden van betonstaal'. In het kader van dezeaflevering van BETON/EK zullen we hier echterniet verder op ingaan.Ontwerptechnische aspecten in relatie toteconomieDoordat met water gekoeld betonstaal geleverdwordt in de lasbare staalsoort FeB 500 kan hetzowel vanuit ontwerptechnisch als economischoogpunt aantrekkelijk zijn bij het ontwerpen vaneen betonconstructie voor deze staalsoort teiezen. Dit mede gezien de gunstige prijsstellingvan met water gekoeld betonstaal en het relatiefgeringe prijsverschil van FeB 500 ten opzichte vanFeB 400 (Circa 5%), afhankelijk van het af tenemen tonnage.Door de producenten van de Tempcore Asso-ciation wordt hierop ingespeeld. Deze producentenleveren uitsluitend nog met water gekoeldbetonstaal FeB 500 HWL. De Hoogovens Groep isper 1 april jl. hiertoe overgegaan.Voor constructeurs is van belang dat Hoogovensin is geslaagd het vervormingsvermogen (rek bijbelasting) van deze staalsoort gelijk tehouden aan de vereiste waarde voor FeB 400.Dit betekent niet dat in de praktijk FeB 400 nietmeer verkrijgbaar is. Er zijn natuurlijk buiten deleden van de Tempcore Association nog een grootaantal producenten die FeB 400 blijven leveren.De verwachting is echter wel dat het in figuur 1gegeven overzicht de komende jaren in flinke mateten gunste van FeB 500 zal wijzigen.Herkenbaarheid van betonstaal en certificatieIn de herkenbaarheid van betonstaal kan onder-scheid worden gemaakt tussen:de soort leveringstoestand;de herkomst.de soort en /everingstoestand gelden deregels. Warm gewalst betonstaal FeB220 mag alleen glad worden geleverd. BetonstaalFeB 400 en 500 dienen van een profilering in devorm van dwarsribben te zijn voorzien. De verschil-lende hoeken die deze ribben ten opzichte vanelkaar en met de lengte-as van de staaf makengeven verder het onderscheid aan tussen FeB 400en 500.Voor de herkenbaarheid van de herkomst zijn doorde producenten in West-Europa afsprakengemaakt om door middel van het aanbrengen vanen speciale codering op het betonstaal deherkomst te kunnen vaststellen. Deze codering isin Euronorm 80 vastgelegd. Door middel van hetverdikken van een aantal dwarsribben wordt bijgeribde staven informatie gegeven over de staal-soort, het land van herkomst en de walserij. Hetvolledige kenmerk van geribd betonstaal bestaataldus uit drie groepen. In STUBECO-publikatienr. 2 'Betonstaal' is uitvoerige informatie gegevenover de herkenbaarheid.De Stichting KOMO heeft op basis van NEN 6008vijfenveertig certificaten voor betonstaalafgegeven, aangeduid als KOMO/Beton-vereniging-certificaat. Hierbij zijn de volgendecategorieën te onderscheiden:1. betonstaal in de vorm van warm gewalst staal ofmet water gekoelde staven FeB 220 HWL, FeB400 HWL en FeB 500 HWL;2. gepuntlaste wapeningsnetten en staven FeB500 HKN;3. betonstaal op rollen FeB 500HKN.KOMO geeft een overzicht van het gecertificeerdebetonstaal met merking uit. Dit overzicht, dat regel-matig wordt bijgewerkt, is als bijlage bij boven-genoemde STUBECO-publikatie opgenomen.BesluitDe recente ontwikkelingen op het gebied vanbetonstaal zijn ingrijpend. Enerzijds is ingespeeldop de wensen van de praktijk, anderzijds wordtgestreefd naar optimale fabricagemethoden enopslag- en verwerkingsmogelijkheden. Hierdoorwordt een efficiënter materiaalgebruik mogelijk,wat een bijdrage levert aan het economischbouwen in gewapend beton. Daarnaast zal dezeontwikkeling de tot standkoming van uniformevoorschriften op het Europees niveaubespoedigen.Literatuur1. S&E-publikatie nr. 8 'Betonstaallvoorspanstaal';Betonvereniging, Gouda, 19832. STUBECO-publikatie nr. 2 'Betonstaal';Betonvereniging, Gouda, 19863. STUVO-rapport 73 'Naar één kwaliteitbetonstaal?'; STUVO 's-Hertogenbosch, 19854. Overzicht 'Gecertificeerd betonstaal';Stichting KOMO, Rijswijk, 19865. NEN 6008 'Betonstaal', 3e druk; NNI, Delft,september 19856. NPR 2053 'Lassen en verbinden van be-tonstaal', 1e druk; NNI, Delft, december 19857. Informatieblad 'Tempcore 500'; HoogovensGroep IJmuiden 1986.7BETONlEK verschijnt 10 x per jaar.Abonnementsprijzen per jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 5% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 18,50overige landen f 29, -ISSN 0166-137x8administratie:postbus 3011,5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon (073) 401231Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlengd, tenzij het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opgezegd.