1oktober 2001Beton is in vergelijking met vele andere bouwmaterialen zeer goedbrandbestendig. Het brandt of smelt (nagenoeg) niet, het isoleertde warmte vrij goed en bij verhitting van beton komen geen giftigedampen of rook vrij. In veel gevallen is een betonconstructie goed instaat gedurende een brand lang genoeg stand te houden om mensenuit gebouwen te laten vluchten en bluswerk mogelijk te maken.Niettemin zijn constructies denkbaar, waarbij meer aandacht moetworden geschonken aan de brandbestendigheid. Dat geldt metname voor constructies die langdurig een brand moeten weerstaan.Verder is bijzondere aandacht nodig voor betonconstructies meteen hoog vochtgehalte en contsructies in hogesterktebeton.Indien nodig kunnen aanvullende maatregelen worden genomenom een betonconstructie beter brandbestendig te maken ofconstructieonderdelen zelf te beschermen tegen brand. Hiervooris het belangrijk het gedrag van beton bij brand te kennen.Na een brand is het van belang te weten of de constructie nog kanworden hersteld en welke ingrepen hiervoor nodig zijn. Een nauw-keurige opname van de schade is de basis van herstelwerkzaamheden.Hiervoor staan verschillende inspectiemethoden ter beschikking.BrandbestandE i g e n s c h a p p e nG e d r a g b i j b r a n d9Overdracht van warmteAls beton door een uitwendige oorzaak, bijvoorbeeldbrand, wordt verwarmd dan dringt de warmte viahet betonoppervlak in het beton door. Een aantalprocessen speelt hierbij een rol. De hitte, die dooreen brand wordt ontwikkeld, zal door straling envia stroming van hete lucht (convectie) op hetbetonoppervlak inwerken. Bij het warmtetransportuit de omgeving naar het beton fungeert het over-gangsgebied tussen lucht en beton als drempel.Hierdoor is de betontemperatuur direct aan het12oppervlak altijd een stuk lager dan de temperatuurin de nabijheid van de betonconstructie. Bij warmte-overdracht door convectie wordt de hoogte vandeze drempel in een warmteoverdrachtscoëfficiëntuitgedrukt. Bij stralingswarmte heet dit de emissi-viteitscoëfficiënt.In de betonconstructie zelf wordt de warmte verdergetransporteerd door warmtegeleiding.Voor warmtetransport door geleiding is eentemperatuurverschil nodig.Bij het begin van een brand is de buitenkant van deconstructie veel heter dan binnen in de constructie.De warmte dringt van buiten naar binnen in deconstructie door. Het warmtetransport blijft op gangzolang een temperatuurverschil in de constructieaanwezig is. In figuur 1 wordt de temperatuurver-deling in een deel van een balkvloer weergegevenop vier verschillende tijdstippen na aanvang vaneen brand. Hierin is goed te zien hoe de temperatuurin de constructie toeneemt naarmate de brandlanger duurt.Beton is een slechte warmtegeleider. De snelheid,waarmee een betonconstructie opwarmt, wordtonder andere bepaald door de intensiteit van debrand en de thermische geleidbaarheid en warmte-capaciteit (zie kaders) van het beton en het wape-ningsstaal. Uiteraard spelen afmetingen van deconstructieonderdelen mede een rol. Het duurtenige tijd voordat een betonconstructie zover isopgewarmd dat temperatuurverschillen of afnamevan sterkte en stijfheid tot grote schade zullen leiden.oktober 20012B e t o n i e k1 Temperatuursverloop in de constructie na aanvang brandop verschillende tijdstippen.SchademechanismenBij verhitting kan een betonconstructie doorverschillende oorzaken schade oplopen. In depraktijk is het vaak een combinatie van factoren,maar theoretisch worden verschillende schade-mechanismen onderscheiden:· Temperatuurverschillen: Beton en wapeningsstaalzetten uit bij verwarming.Temperatuurverschillen in een betonconstructieveroorzaken ongelijke uitzetting. Als uitzettenvan beton wordt verhinderd kunnen te grotespanningen in het beton ontstaan, waarbijscheurvorming ontstaat;· afname van sterkte en stijfheid: Bij toenemendetemperatuur neemt de sterkte en stijfheid vanbeton en wapeningsstaal af;· afspatten van beton: Onder bepaalde omstandig-heden kunnen van het oppervlak stukjes ofschollen beton losraken van de constructiezodat de betondoorsnede afneemt. Door hetafspatten van beton komt de wapening vrij enwordt hierdoor versneld opgewarmd. Doorgaanstreedt het afspatten van beton al op in de eerste30 minuten van de brand.In het eerste en tweede geval is het gedrag van debetonconstructie redelijk voorspelbaar. In eenrekenmodel is dit goed te simuleren. De hiervoorbenodigde invoergegevens zijn vrij nauwkeurigvast te stellen.Het spatten van beton laat zich daarentegen (voor-alsnog) niet goed beschrijven in rekenmodellen.Dit komt omdat het een vrij ingewikkeld proces is.De vele parameters die hierbij een rol spelen zijnbovendien moeilijk vast te stellen.TemperatuurverschillenSchade, ten gevolge van ongelijke uitzetting doortemperatuurverschillen in de constructie, kanoptreden bij enkelzijdige verwarming van eenconstructieonderdeel. Dit is vaak het geval bijwanden en vloeren zolang de brand alleen in éénvertrek of verdieping woedt. Bij éénzijdige verhittingzal, door ongelijke uitzetting tussen beide zijden,een wand of vloer kromtrekken. Verhinderinghiervan kan tot uitwendige scheurvorming leiden.Balken en kolommen worden bij een brand meestalaan drie of vier zijden verwarmd. Hierdoor warmtde buitenste schil beton eerder op en bereikt eenveel hogere temperatuur dan de kern. De ongelijkeuitzetting door temperatuurverschil over de door-snede van de balk of kolom zal tot interne scheur-vorming leiden.Afname van sterkte en stijfheidDoor verhitting nemen bijna alle materialen insterkte en stijfheid af. Voor beton en wapeningstaalis dit niet anders. In beton is dit vooral het gevolgvan interne scheurvorming en degradatie vancementsteen.Naast de hiervoor beschreven scheurvorming ont-staan bij zeer hoge temperaturen ook scheurendoor ongelijke uitzetting tussen de cementsteenen het toeslagmateriaal.Verder vinden door temperatuursverhogingverschillende chemische omzettingen in decementsteen plaats, waarbij de cementsteen zijnsamenhang verliest. In nevenstaand kader is weer-gegeven bij welke temperatuur de verschillendeomzettingen optreden.De druksterkte van grindbeton begint af te nemenbij een temperatuur van circa 200°C. Bij een tempe-ratuur van 450°C is dit ongeveer gehalveerd. Boveneen temperatuur van circa 250°C is het sterktever-lies blijvend. Verder vermindert de aanhechtingtussen het beton en het wapeningstaal. Deels isdit het gevolg van het sterkteverlies van de cement-steen en deels doordat uitzetting van staal en betonbij hoge temperatuur niet meer gelijk is. Onder nor-male omstandigheden is de uitzettingscoëfficiëntvan beton en betonstaal hetzelfde, echter bij hogeretemperaturen is dit niet meer het geval.Voor bepaling van de draagkracht bij verhoogdetemperatuur wordt bij berekeningen aan con-oktober 2001B e t o n i e k3structies gebruik gemaakt van reductiefactoren.Deze reductiefactoren worden ontleend aan devoorschriften.In figuur 2 zijn de reductiefactoren voor detemperatuurafhankelijke druksterkte van betonuit NEN 6071 en de Eurocode 2 weergegeven.Uiteraard zijn dit genormaliseerde en voorzichtigewaarden, maar wel gebaseerd op proefresultaten.Het werkelijke verlies aan sterkte is enigszins afhan-kelijk van de samenstelling en verwerking vanbeton en zal dus ook enigszins variëren ten opzich-te van de norm in de grafieken.Omzettingen bij hoge temperaturenvanaf 100° C water verdampt in de poriënbij 150 tot 180° C chemisch gebonden water komt vrijuit calciumhydroxide. Cementsteenverliest zijn samenhang en de toeslag-materialen zetten uitvanaf 400° C cementsteen wordt chemisch ontbondenbij 1150 tot 1200° C beton gaat smelten, eerst de cement-steen daarna de toeslagmaterialenbij 1300 tot 1400° C beton is volledig gesmoltenDe invloed van de temperatuur op de treksterktevan wapeningstaal is afhankelijk van de aanwezigestaalspanning en de staalsoort: gewoon wapenings-taal of voorspanstaal; warmgewalst of koudvervormd.Bij een normaal spanningsniveau in de gebruiks-toestand begint de treksterkte van warmgewalstwapeningstaal bij een temperatuur van circa 350°Caf te nemen en is bij een temperatuur van circa550°C ongeveer gehalveerd. Bij voorspanstaalbegint de afname van de sterkte eerder en is, af-hankelijk van het type (draden/strengen of staven)bij circa 250°C al gehalveerd. Koudvervormdwapeningstaal verliest bij verwarming ook eerderz'n treksterkte dan warmgewalst staal. In de figuren3 en 4 is dit verder uitgewerkt. Ook hier geldt datde reductiefactoren genormaliseerde waarden zijn.Bij staal is de spreiding in materiaaleigenschappenminder dan bij beton, hierdoor zijn de normwaar-den nauwkeuriger. De afname van de stijfheid(E-modulus) vertoont een vergelijkbaar beeld, zoalsin figuur 5 wordt weergegeven.Ook het blijvende sterkteverlies is afhankelijkvan de samenstelling en soort staal. Bij een tem-peratuur van meer dan 500°C is het sterkteverliesvan warmgewalst wapeningstaal voor een deelblijvend. Bij koudvervormd wapeningstaal envoorspanstaal treedt het blijvende sterkteverliesal bij een lagere temperatuur op en is het blijvendsterkteverlies ook groter.Door de relatief slechte warmtegeleiding en dehoge warmtecapaciteit van het beton duurt hetgeruime tijd voordat het wapeningsstaal eenkritische temperatuur heeft bereikt of dat eenoktober 20014B e t o n i e k2 Reductiefactoren voor de sterkte van het beton bij verhoogde temperatuur3 Reductiefactoren sterkte wapeningstaal bij verhoogde temperatuuraanzienlijk deel van de betonconstructie tot eenkritische temperatuurgrens is opgewarmd. Voorvloeren en balken, voornamelijk op buiging belast,is de temperatuur van de wapening maatgevend.Bij kolommen en dragende wanden, voornamelijkbelast op druk, is ook de diepte van de warmte-indringing in het beton van belang. Dit komt om-dat de betondoorsnede, die de drukkracht nog kanopnemen, vermindert naarmate de buitenschil z'nsterkte verliest.Uitgaande van de thermische eigenschappen ende volumieke massa van een materiaal én een aan-genomen uitwendig temperatuurverloop (een brand-kromme) kunnen berekeningen worden gemaaktvan de snelheid van opwarmen en de temperatuur-verdeling in een betonconstructie.Op basis van deze berekeningen kan wordenbepaald of in de constructie kritische temperatuur-grenzen met betrekking tot de sterkte worden over-schreden. Hieruit volgt hoe lang een betonconstruc-tie in stand blijft om personen de gelegenheid tegeven uit het gebouw te vluchten en de brandweerde tijd te bieden reddings- en bluswerkzaamhedenuit te voeren.In het Bouwbesluit zijn hiervoor eisen opgenomen.Zo wordt bijvoorbeeld geëist dat voor alle bouw-werken de vluchtwegen minimaal 30 minutenveilig bruikbaar blijven. Een andere eis is dat dehoofddraagconstructies van een bouwwerk geduren-de een bepaalde tijd intact blijft. Voor eengezinswo-ningen is dat tenminste 1 uur en voor grote kantoor-gebouwen en woonflats is dat 2 uur. Verder wordenook eisen gesteld aan de scheidende functie vanconstructieonderdelen. Dat wil zeggen dat maatre-gelen getroffen moeten worden opdat brand zichniet verspreidt via openingen in wanden of vloeren.oktober 2001B e t o n i e k54 Reductiefactoren sterkte voorspanstaal bij verhoogde temperatuur5 Reductiefactoren E-modulus wapening- en voorspanstaal bij verhoogde temperatuuroktober 20016B e t o n i e kIn NEN 6071 zijn rekenregels en ontwerpcriteriagegeven om aan de eisen in het Bouwbesluit te kun-nen voldoen. In de toekomst wordt deze nationalenorm vervangen door een deel van de Eurocode 2.Uiteraard is de volledige regelgeving betreffendede brandveiligheid van bouwwerken veel omvang-rijker en ingewikkelder dan uiteengezet in dezeB e t o n i e k.Afspatten van betonOnder spatten van beton wordt verstaan het afbre-ken van stukjes of schollen beton van het oppervlakvan een betonnen constructieonderdeel. Dit kaneen geleidelijk proces zijn maar ook een heftig ver-schijnsel, welke gepaard gaat met explosies, het z.g.explosief afspatten.Of spatten van beton bij brand zal optreden is vanveel factoren afhankelijk:· de aanwezigheid van vocht in het beton;· de temperatuur en de snelheid waarmee dezeoploopt;· de dampdichtheid en poriënstructuur van beton;· de aanwezigheid en richting van drukspanningen.De aanwezigheid van vocht is één van de belang-rijkste factoren. Water in beton kan in drie vormenaanwezig zijn: in de eerste plaats het chemischgebonden water dat altijd aanwezig is. Verder isook gelwater in de gelporiën aanwezig. Dit ver-dampt niet gemakkelijk uit het beton door hethoge adsorptievermogen van de cementgel.Tenslotte kan water aanwezig zijn in de capillaireporiën. Dat is water dat bij drogen van beton ondernormale omstandigheden het eerst verdampt envoor een groot deel uit het beton verdwijnt.Spatten van beton treedt op doordat het vocht inde poriën door de hoge temperaturen verdampten daarbij in volume toeneemt. In eerste instantieverdampt het water in de capillaire poriën. In eenlater stadium verdampt bij een temperatuur boven100°C ook het gelwater. Het poriënvolume is echterbeperkt, hierdoor ontstaat damptransport naar hetbetonoppervlak en naar dieper in het beton gele-gen poriën met een lagere dampdruk. De toegeno-men dampdruk in de poriën leidt tot trekspanningin het beton.BrandkrommenVoor het uitvoeren van temperatuurberekeningen aan beton-constructies en als uitgangspunt bij het opstellen van rekenre-gels en ontwerpcriteria in voorschriften wordt een standaardtemperatuurverloop van een brand verondersteld. Het tempe-ratuurverloop wordt weergegeven in een grafiek (brandkromme)die voor een aangenomen type brand het verloop van de tempe-ratuur in de tijd beschrijft. Brandkrommen worden ookgebruikt als uitgangspunt voor brandproeven op constructie-onderdelen en materialen. In bijgaand figuur zijn voorbeeldenvan verschillende brandkrommen weergegeven.In NEN 6071 en veel andere vergelijkbare normen wordt uitge-gaan van de z.g. ISO-kromme. Deze kromme uit ISO norm 834is oorspronkelijk gebaseerd op de verbranding van bepaaldehoeveelheden hout per vierkante meter vloeroppervlak. Hetverloop van de kromme is zodanig ontworpen dat de tijdsduurvan de brand in minuten overeenkomt met de verbranding vanhet aantal kilogrammen hout per vierkante meter.Verder worden onder andere in de petrochemische industrie enbij het ontwerp van (auto)tunnels brandkrommen gehanteerdwelke een koolwaterstofbrand (benzine) representeren.Voorbeelden hiervan zijn de Eurocode 1 HC-kromme, de RABT-kromme uit Duitsland en in Nederland de door Rijkswaterstaatgehanteerde RWS-kromme. De RWS-kromme is gebaseerd opeen brandproef waarin het scenario van een brandende plasbenzine uit een in een tunnel lekgeraakte tankauto is nage-bootst. Een bak met 1500 liter benzine is in een besloten ruimtein brand gestoken. Het gemeten temperatuur verloop is ver-werkt in de RWS-kromme. Daardoor heeft de RWS-kromme dehoogste maximum temperatuur van alle in Europa toegepastebrandkrommen.BrandkrommenAls dit verschijnsel optreedt over een voldoendgroot oppervlak van het beton en de treksterktevan het beton in dit gebied wordt overschreden,kan in één keer met grote kracht een schol beton los-springen. Men spreekt dan van explosief afspatten.Vervolgens komt een nieuw deel van het betondirect in contact met de vuurhaard en het procesherhaalt zich, het zogenaamde voortschrijdendafspatten.Andere vormen van afspatten zijn minder heftig.Onder deze categorie valt het spatten van toeslag.Dit is een oppervlakteverschijnsel waarbij decementhuid en een deel van de toeslagkorrel directonder het betonoppervlak losraakt. In veel gevallenis dit een minder ernstig verschijnsel. Toch kan ditgevolgen hebben, bijvoorbeeld bij betonnen start-banen. Het door hete uitlaatgassen van straaljagerslosgeraakte betongruis kan veel schade aanrichtenals dit in de motorinlaat terechtkomt.De wijze waarop een betonnen constructie-onder-deel afspat kan ook verschillen. Bij balken enkolommen zal het afspatten doorgaans beginnenin de hoeken. Bij plaatvormige onderdelen concen-treert het afspatten zich vaak in het middendeelvan de plaat, terwijl de randen intact blijven. Eenspecifiek voorbeeld hiervan zijn de liningsegmentenvan boortunnels.Een verklaring voor het verschil is dat balken enkolommen rondom worden verhit en het afspattenbij het meest belaagde onderdeel begint, namelijkde hoeken. Dit wordt mede in de hand gewerktdoor de snellere degradatie van het beton in dehoeken. Bij liningsegmenten van een boortunnelworden de zijkanten van de plaat niet direct aan-gestraald door de vuurhaard terwijl de waterdampgemakkelijker aan de zijkanten kan uittreden.Spatten van beton kan worden voorkomen alsafvoer van de dampdruk sneller verloopt danopbouw ervan. Is de dampdichtheid van betongroot ten opzichte van de snelheid waarmee detemperatuur oploopt dan verloopt de afvoer vande waterdamp langzaam. Hogesterktebeton en inhet algemeen beton met fijne vulstoffen, zoalspoederkoolvliegas, steenmeel of silicafume, zijndaardoor - ook bij lage vochtgehalten en langzameopwarming - gevoeliger voor afspatten dan beton inde gangbare sterkteklassen.Verder zijn aanwezigheid en richting van druk-spanningen in het beton van belang. Is bijvoorbeeldal een drukspanning aanwezig, evenwijdig aan hetoppervlak van de betonconstructie, dan veroor-zaakt dat trekspanningen loodrecht op het opper-vlak. Dit is bijvoorbeeld het geval bij dragende wan-den en kolommen.Dit versterkt het effect van de trekspanning door dehoge dampspanning in de poriën. In figuur 7 is ditschematisch aangegeven.oktober 2001B e t o n i e k76 Detail van de door brand aangetaste geluidsschermlangs de A 167 Schematische voorstelling van de som van trekspanningent.g.v. stoomvorming in beton en splijttrekspanningen t.g.v.normaalkrachten evenwijdig aan het oppervlak. Dit resul-teert in grote(re) trekspanningen loodrecht op het betonop-pervlak.Maatregelen tegen bezwijkenIn de utiliteits- en woningbouw wordt doorgaans,op basis van de rekenregels en ontwerpcriteria inNEN 6071, nagegaan of een gebouw gedurende eenbrand lang genoeg in stand kan worden gehoudenom onder andere personen eruit te laten vluchten.In het Bouwbesluit zijn hiervoor eisen opgenomen.Het blijvend behoud van de constructie speelt hier-bij een minder dominante rol.Het kiezen van voldoende dekking op de wapeningen in bepaalde gevallen overdimensioneren vankritische constructie-onderdelen, om materiaal-verlies bij brand op te vangen, volstaan doorgaans.In bepaalde gevallen kan worden overgegaan ophet aanbrengen van hittewerende bekleding.Dergelijke bekleding is hittebestendig en heeftgrote warmte-isolerende eigenschappen. Hiermeewordt voorkomen dat de betonconstructie te veelwordt verhit.Hittewerende bekleding is onder andere verkrijg-baar in plaatvorm en spuitmortel. Doorgaans kanin plaatvorm met een kleinere dikte worden vol-staan omdat deze materialen een hogere isolatie-waarde hebben. Ook is er meer zekerheid overde gelijkmatige kwaliteit van de aangebrachtebekleding. Bij spuitmortel wordt, ter vergrotingvan de betrouwbaarheid van de aanhechting,aanbevolen vooraf een gaaswerk op de beton-constructie aan te brengen.Bij grote infrastructurele werken, zoals auto- enspoortunnels, zijn veiligheid van de tunnelgebruikersén behoud van de constructie van belang. Hetherstellen van schade of zelfs complete nieuwbouwbrengen grote kosten met zich mee. Naast de direc-te bouwkosten moet immers ook rekening wordengehouden met de economische schade, veroorzaaktdoor het uitvallen van een (oever)verbinding.In de autotunnels, ontworpen door Rijkswaterstaat,wordt zonder uitzondering hittewerende bekledingin de tunnelbuizen aangebracht. Hiermee wordtspatten van beton voorkomen en blijft de tempera-tuur van de constructie beperkt tot acceptabelewaarden. De veiligheid van mensen wordt hiermeeindirect gediend.De primaire veiligheid van tunnelgebruikers wordtechter verzorgd door het aanbrengen van vlucht-routes, waarschuwings- en ventilatiesystemen enblusapparatuur in de tunnel.Een vrij nieuwe ontwikkeling, ter voorkomingof beperking van spatten van beton, is het toe-passen van polypropyleenvezels. De vezelsworden tijdens de productie in de betonspecievermengd en in de cementsteen opgenomen.Het smeltpunt van polypropyleen ligt op circa 160° C.Bij brand smelten de vezels en vormen een stelselvan fijne kanaaltjes in de cementsteen waardoorvocht en waterdamp in het beton kan wegstromen.Hierdoor wordt te grote dampspanning in deporiën voorkomen en blijft spatten van betonachterwege.Bij toepassing van polypropyleenvezels zijn doseringen fijnheid van belang. Uit onderzoek is geblekendat een dunne vezel (ø circa 20µm) bij gelijke ge-wichtsdosering (2 à 3 kg/m3) beter voldoet dan eendikke (ø circa 60jm) vezel. Een verklaring hiervooris dat ruim tien keer zoveel dunne vezels in eenkilo zitten dan dikke vezels. De dunne vezelsveroorzaken bij gelijke gewichtsdosering dus veelmeer en een veel fijnmaziger netwerk van kanaal-tjes in het beton. Wellicht kan met dikke vezelsen een hogere dosering hetzelfde gunstige effectworden bereikt, echter de verwerkbaarheid vande betonspecie loopt dan zonder aanvullendemaatregelen aanzienlijk terug.Het toepassen van een fijnmazige huidwapeningin combinatie met een grotere dekking op de con-structieve wapening is mede een methode om hetspatten van beton te beperken. De theorie is dathet afspatten niet verder gaat dan de huidwapening.Deze wapening houdt het afgespat beton bijeenwaardoor de betonschollen nog enige beschermingbieden aan de constructieve wapening.Een vergelijkbare oplossing is het toevoegen vanstaalvezels. De staalvezels zullen het spatten nietvoorkomen maar houden de losse schollen welbijeen en beschermen hiermee de wapening.Bij het toepassen van een extra huidwapening,polypropyleen- of staalvezels moet rekeninggehouden worden dat voldoende dekking op deconstructieve wapening aanwezig is om de wape-ning te beschermen tegen te hoge temperaturen.Bij op druk belaste constructieonderdelen, bijvoor-beeld kolommen, moet het resterende in tact ge-bleven drukgebied groot genoeg zijn om de druk-kracht te kunnen opnemen. Door de extra voorzie-ningen wordt het spatten van beton beperkt ofvoorkomen maar niet het opwarmen van betonen wapening.oktober 20018B e t o n i e kInspectiemethodenIs een betonconstructie blootgesteld aan hogetemperaturen, zoals brand, dan moet door in-spectie de schade worden vastgesteld en de con-structieve integriteit van het gebouw worden beoor-deeld. In eerste instantie is het nodig om vast testellen of het gebouw nog veilig kan worden betre-den voor een diepgaand onderzoek naar oorzaak engevolg van de brand. In tweede instantie zal deschade moeten worden opgenomen om vast te stel-len of het gebouw nog kan worden hersteld.Spatten van beton, ernstige scheurvorming endeformaties van de constructie zijn bij een eersteinspectie visueel redelijk eenvoudig vast te stellen.Door laagsgewijs weghakken van beton kan aan dehand van verkleuring van het beton bij benaderingworden vastgesteld tot welke temperatuur hetbeton verhit is geweest. Een roze verkleuring treedtop vanaf circa 300 tot 600° C. Witachtig grijs duidtop een verhitting van 600 tot 900° C. Boven onge-veer 900° C verkleurt beton naar licht geel.Overigens zijn verkleuringen enigszins afhankelijkvan de bestanddelen in het toegepaste cement.De roze verkleuring is in de praktijk een zeer bruik-bare indicatie omdat de bijbehorende temperatuurvan circa 300° C min of meer overeenkomt met detemperatuur waarbij beton een blijvend deel vanzijn sterkte heeft verloren.Naast visuele waarnemingen staan nog diverseandere testmethoden ter beschikking. Zoals druk-sterkte-onderzoek met bijvoorbeeld de terugslag-hamer; akoestische metingen voor het opsporenvan inwendige scheurvorming; het boren vankernen voor het uitvoeren van drukproeven enpetrografisch en microscopisch onderzoek.Blijvende deformatie van de constructie duidt opoververhitting van de wapening. Verder kan aande hand van inspectie aan het beton worden afge-leid of de temperatuur van de wapening te hoog isgeweest. Eerder is reeds vermeld dat de toelaatbaretemperatuur sterk afhankelijk is van de staalsoort.Het uitnemen van monsters om de reststerkte tebepalen behoort tot de mogelijkheden.oktober 2001B e t o n i e k98 Detailopname van beton met ijzerrijke cementsteen,blootgesteld aan zeer hoge temperaturen.(N): De vorming van witte nieuwe mineralen uit de decom-positieproducten van het cement duidt op een temp-eratuur van boven 800° C. Verkleuring van het ijzerin de cementsteen is reeds begonnen bij circa 350° C.(S): De radiale scheur is een aanwijzing dat de overgangvan laag- naar hoog-kwarts is opgetreden bij 573° C.Bruinkleuring in de natte zone (onder) in het binnen-ste van het monster komt door het uit de cementsteenvrijkomende water.9 Detailopname van beton, blootgesteld aan een korte brand.Tot op een diepte van 3 á 4 mm is de temperatuur opgelo-pen tot circa 350° C. Dit is te zien aan de roodgekleurdefijne toeslagkorrels.(T): Een door thermische spanning ontstane scheur opeen grote toeslagkorrel is een indicatie voor grotetemperatuurverschillen. Het temperatuurverschil kanop geringe afstand groot zijn, omdat het beton eengoede isolator is.(Dank aan Nebest BV en Bouwdienst Rijkswaterstaat voorgebruik van de foto's)ReparatiemogelijkhedenHet kan na een brand nodig blijken, dat aanzienlij-ke reparatiewerkzaamheden moeten worden uitge-voerd.Voor het repareren van een betonconstructie na eenbrand zijn moeilijk standaard oplossingen te geven.Van geval tot geval moet de situatie worden beoor-deeld en de beste aanpak worden gekozen. De pun-ten die hierbij moeten worden beoordeeld zijn:· de reststerkte van de constructie;· blijvende vervormingen;· de resterende duurzaamheid na eventuelereparatie;· esthetische aspecten.Veel hangt af van de overweging wat de meesteconomische oplossing is: vervanging of herstelvan de schade.In het algemeen zal voor een betonconstructie diedoor brand een blijvende vervorming heeft opgelo-pen, vervanging van constructieonderdelen of alge-hele sloop de meest logische oplossing zijn.Als de wapening niet te heet is geworden kan wordenvolstaan met het weghakken van het beschadigdebeton tot op het gezonde beton. Reparatie metoktober 200110B e t o n i e kspuitbeton, mits deskundig aangebracht, is in depraktijk een goede oplossing gebleken.Plaatselijk verzwakte wapening kan soms wordenversterkt door op het gerepareerde betonoppervlakstalen of koolstofversterkte kunststof-strippen telijmen. Deskundige uitvoering is hierbij eveneensvereist.Een voor de hand liggende oplossing voor esthetischeschade is het aanbrengen van een bekleding.SlotIn tegenstelling tot wat er in de inleiding wordtvermeld, zou uit de verhandeling van de schade-mechanismen kunnen worden afgeleid dat (gewa-pend) beton helemaal niet brandbestendig is. Dat isniet waar, juist kennis van materiaaleigenschappenen van het gedrag van beton en staal bij hoge tem-peratuur is voor veilig bouwen in beton van essen-tieel belang. Met deze kennis én de nodige aan-dacht voor het constructief ontwerp en de detaille-ring ervan is voor elke situatie een veilige construc-tie te realiseren. Met aanvullende maatregelen ishet zelfs mogelijk schade aan een betonconstructieten gevolge van brand aanzienlijk te reduceren.Thermische geleidbaarheidDe thermische geleidbaarheid van materialen wordt uitgedrukt in de warmtegeleidingscoëfficiënt i (in W/mC) en is een maat voor dehoeveelheid energie (warmte) die bij een temperatuurverschil van 1° C over een afstand van 1 meter en op een oppervlakte van1 m2in 1 seconde in een materiaal kan worden verplaatst. Met andere woorden, het geeft aan hoeveel warmte in een materiaal metbepaalde afmetingen kan worden verplaatst in een bepaalde tijd en bij een bepaald temperatuurverschil.De warmtegeleidingscoëfficiënt van beton wordt beïnvloed door de samenstelling van het beton: het type toeslagmateriaal, de hoeveel-heid cement en eventuele andere (fijne) bindmiddelen. Daarnaast is de warmtegeleidingscoëfficiënt temperatuursafhankelijk. Dat wilzeggen., de geleidingscoëfficiënt van een materiaal verandert als de temperatuur van het materiaal zelf verandert. Verder heeft ookhet vochtgehalte van beton invloed op de geleidbaarheid. Dit komt omdat water een andere geleidingscoëfficiënt heeft dan beton.In de Eurocode 2 wordt voor de bepaling van de thermische geleidbaarheid onderscheid gemaakt in beton met kiezelhoudende, kalk-houdende en lichte toeslagmaterialen. In bijgaand figuur zijn de temperatuursafhankelijke warmtegeleidingscoëfficiënten van dezebetonsoorten weergegeven. Dit zijn genormaliseerde waarden, maar wel gebaseerd op proefresultaten. De werkelijke geleidings-coëfficiënten zijn in zekere mate afhankelijk van de samenstelling en verwerking van beton en zullen dus ook enigszins variëren tenopzichte van de normen.Verder is in de tabel de warmtegeleidingscoëfficiënt van beton in relatie tot enkele andere materialen getoond.oktober 2001B e t o n i e k11Temperatuur- en vochtafhankelijke warmtecapaciteit van hoge-sterktebeton 1 en normaal beton 2Warmtegeleidingscoefficienten van betonmateriaal mas isa[kg/m3] [W/m.C]c[J/kg.C]staal 7850 52,00 630beton 2400 2,00 840lichtbeton 1600 0,70 840glas 2500 0,80 840glasschuim 150 0,045 840polystyreenschuim 50 0,035 1470vurenhout 550 0,14 1800hardhout 800 0,17 1880WarmtecapaciteitDe warmtecapaciteit of soortelijke warmte is een waarde,waarin het vermogen van een materiaal om warmte op teslaan en weer af te staan, wordt uitgedrukt. De eenheid hier-voor is c (in J/kg.C), ofwel de benodigde energie (warmte) om1 kg materiaal 1° Celsius in temperatuur te doen stijgen.De warmtecapaciteit van beton wordt voornamelijk bepaalddoor de soort toeslag en het vochtgehalte. Bij gelijk volumeheeft beton met lichte toeslagmaterialen een lagere warmte-capaciteit dan beton met kiezelhoudende of kalkhoudendegranulaten. Tussen beton met kiezel en beton met kalksteenwordt in de praktijk geen onderscheid gemaakt voor dewarmtecapaciteit. In figuur op blz. 12 zijn de temperatuurs-afhankelijke warmtecapaciteiten van verschillende beton-soorten weergegeven.De invloed van het vochtgehalte op de warmtecapaciteit vanbeton doet zich vooral voor bij een temperatuur van het betontussen 100 tot 200° C. Tijdens het opwarmen van beton zalbij een temperatuur van 100° C het water in het beton gaanverdampen. Voor het verdampen van water is een grotehoeveelheid warmte nodig hetgeen bij 100° C een piek in deThermische geleidbaarheid en warmtecapaciteitvan een aantal bouwmaterialen(schijnbare) warmtecapaciteit van beton veroorzaakt.Naarmate het water in het beton verdampt zal ook dewarmtecapaciteit teruglopen. In het onderstaand figuuris een voorbeeld gegeven van de temperatuurafhankelijkewarmtecapaciteit van beton met een vochtigheidsgehaltevan 3%, uitgedrukt in massaprocenten.12oktober 200112B e t o n i e kColofonB e t o n i e k is een praktijkgericht voorlichtingsblad op hetgebied van de betontechnologie en verschijnt 10 keer per jaar.In de redactie zijn vertegenwoordigd:de Nederlandse cementindustrie, MEBIN, CUR,vocBETONBOUW en de Bouwdienst Rijkswaterstaat.Uitgave: ENCI Media, 's-HertogenboschRedactie: 073 - 640 12 31E-mail: encimedia@enci.nlWebsite: www.enci.nlAbonnementen/adreswijzigingenENCI MediaPostbus 35325203 DM 's-HertogenboschTel.: 073 - 640 12 31Fax: 073 - 640 12 99E-mail: encimedia@enci.nlOvername van artikelen en illustraties is toegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen per jaar met ingang van 2001:Nederland ? 36,- (? 16,34), België ? 37,- (? 16,79),Andere landen ? 51,- (? 23,14)Abonnementen kunnen op ieder gewenst moment ingaanen worden automatisch verlengd, tenzij 6 weken voor devervaldatum schriftelijk wordt opgezegd.ISSN 0166-137xIn onze volgende uitgaveNog twee jaar VBT!Deze Betoniek aflevering geeft antwoord op vra-gen, die veelvuldig worden gesteld na de recentepublicatie van de NEN-EN 206-1:2001, kortweggenoemd `de Europese VBT'. Ruim 20 jaar is aandeze norm gewerkt. Allereerst wordt in eenbeknopt overzicht de wijze, waarop de norm tot-stand is gekomen, uiteengezet. Daarna wordtingegaan op aspecten, die ten op zichte van dehuidige VBT zullen veranderen. Aan de ordekomen classificaties (sterkteklasse, milieuklasseen consistentie), het samenstellen van beton entot slot keuring en controle. Geheel nieuw bij hetlaatst genoemde is de introductie van het `fami-ly-concept'. In een `mini-poster' worden de wijzi-gingen ten opzichte van de VBT samengevat.Tot slot wordt stilgestaan bij de overgangsperio-de: wat gebeurt er met de VBT; hoe lang is dezenog geldig; hoe om te gaan met de verwijzings-structuur in het kader van het Bouwbesluit enmet normen, waar de `Europese VBT' naar ver-wijst, die echter nog niet beschikbaar zijn.Warmtecapaciteit van beton