voor technologie en uitvoering van beton 2 2018 Inzicht in ondersteuningen Betonsterkte ? 3D-betonprinten ? Bacteriën in beton ? Instro\ oilaag 01-BV2_Cover.indd 1 02-07-18 11:16 TEKTONIEK.NL Kennis zit in mensen. Binnen het Tektoniek-netwerk beschikken we over de kennis voor de beste architectuur in beton. Daarbij gaat het altijd om de relatie tussen vorm- geving, constructie en maakbaarheid. Met expertise op het gebied van schoonbeton, constructieve optimalisaties, productontwikkelingen en materiaalontwikkelingen. Op de netwerkpagina van www.tektoniek.nl zijn de juiste mensen te vinden. Misschien hoort u er ook bij? Dat kan, het kennisnetwerk is groeiende. TEKTONIEK hoe maak ik het mooiste schoonbeton? Drents Museum Assen - designed by Erick van Egeraat - foto: J. Collingr\ idge advertentie Tektoniek Betoniek 12016.indd 1 23-02-16 14:54 advertentie Tektoniek Betoniek 12016.indd 2 26-06-18 08:30 3 VAKBLAD I 2 2018 Inhoud Il dolce far niente.... Geen moeite wordt gespaard, beste Betoniek- lezers, om het beste van de betonwereld onder jouw aandacht te brengen. Zo werd ik tijdens het schrijven van dit voorwoord ? op rondreis door Sardinië ? gegrepen door diverse levenswijsheden met een link naar onze betonwereld en deze Betoniek, zo blijkt. Graag deel ik deze met jouw. "Il dolce far niente," ofwel het zoete nietsdoen. Dat lijkt toch sterk te appelleren aan het zelf- herstellende vermogen van ons materiaal en de hulp die bacteriën daarbij kunnen bieden. Lees het artikel over zelfherstellend beton, van dr. Henk Jonkers. "Maak je niet te druk." Dat kan zomaar geprojec- teerd worden op de talrijke (mis)interpretaties van de veel gebruikte waarden voor druksterkte. Naar mijn idee een reden om ons daar nu eens wél druk over te maken. In het artikel over betonsterkte leest u waarom. "Schoonheid komt van binnen." Die regel nemen de betonbouwers in het geboorteland van het via- duct serieus. Zo is ondersteuningswerk naast goed ook mooi en helpen de nieuwste inzichten over het printen van beton om de collega's hier op nog betere gedachten te brengen. Ik wens u allen voor nu of later een welverdiende vakantie, waarin u misschien wel gaat genieten van "Il dolce far niente". Of, mede dankzij deze Betoniek, van een goed gesprek over mooi betonwerk. Hans Kooijman Hoofdredacteur Betoniek Vakblad Voor reacties: hanskooijman@betoniek.nl Sterkte? Welke sterkte? Hoewel druksterkte een essentiële eigenschap van beton is, bestaat er veel verwarring over. 4 Theoretisch inzicht ondersteuningsconstructies Bekisting en ondersteuning zijn het begin van een goede beton- constructie. Stubeco heeft interessante informatie. 10 Betonprinten wordt volwassen TU Eindhoven geeft meer inzicht in het printproces. 16 Vraag en Antwoord 16 Hoe kun je ervoor zorgen dat een vloer voldoende slijtvast is? 24 Zelfherstellend beton, nuttig of noodzaak? Hoe ver is de ontwikkeling van de techniek met slimme bacteriën? 26 Juli 2018 jaargang 6 En verder online/service 35 voor technologie en uitvoering van beton 2 2018 Inzicht in ondersteuningen Betonsterkte ? 3D-betonprinten ? Bacteriën in beton ? Instro\ oilaag Vloer in de kist bron: Heijmans Infra 03-BV2_Inhoud-voorwoord.indd 3 02-07-18 11:17 Meer communicatie nodig over begrip betonsterkte H oe sterk beton met een bepaalde samenstelling exact is, is geen vast gegeven. Onder meer omdat het uit natuurlijke ingrediënten bestaat en het niet altijd volledig homogeen van samenstelling is, zal er altijd sprake zijn van enige spreiding in de eigenscha- pen. Bovendien neemt de sterkte nor- maal gesproken in de loop van de tijd toe. En hoe snel deze sterkteontwikke- ling verloopt, is weer van veel factoren afhankelijk. Om te weten hoe sterk, of beter, hoe veilig een constructie is, is het wel essentieel een duidelijk beeld te heb- ben van de lokale sterkte in het beton op enig moment. Sterkteklasse De sterkte van beton wordt doorgaans uitgedrukt in een sterkteklasse. Dit is een statische waarde en zegt iets over de minimale sterkte na 28 dagen ver- harden onder geconditioneerde omstandigheden. De sterkteklasse zegt dus niets over de sterkteontwikkeling en ook niet hoe hoog de sterkte in een constructie werkelijk is. De sterkteklasse van beton wordt uitge- drukt in een notatie met twee getallen, bijvoorbeeld C30/37. Het eerste getal staat voor de minimale karakteristieke cilinderdruksterkte op 28 dagen (f ck), het tweede voor de karakteristieke kubusdruksterkte (f ck,cube ). Karakteristieke sterkte De sterkteklasse heeft betrekking op de minimale karakteristieke waarde van de druksterkte. Met het begrip karakteris- tiek wordt rekening gehouden met de spreiding in de sterkte. Onder de karak- teristieke waarde van een betonsterkte- klasse wordt verstaan: die waarde die door niet meer dan 5% van alle te ver- Meer communicatie nodig over begrip betonsterkte De druksterkte is voor beton een van de belangrijkste eigen- schappen. Je kunt die sterkte op verschillende manieren uit- drukken: de karakteristieke waarde, de gemiddelde waarde of de rekenwaarde. De sterkte kan ook op verschillende manieren worden vastgesteld, bijvoorbeeld aan de hand van proefkubus- sen of -cilinders, eventueel aangevuld met de methode van gewogen rijpheid. Voor één en hetzelfde beton kunnen al deze waarden flink anders uitvallen. In de praktijk bestaat er nog wel eens verwarring over welke waarde van de sterkte het nu gaat, zo blijkt ook uit een rondgang langs diverse professionals. Op zich is dat niet zo vreemd, want zelfs in de normen is het begrip niet altijd eenduidig. Tijd voor discussie! Sterkte? Welke sterkte? 1a Gedrukte cilinder auteur Ir. Jacques Linssen Aeneas Media 4 VAKBLAD I 2 2018 04-Druksterkte.indd 4 02-07-18 12:26 wachten uitslagen van drukproeven wordt onderschreden. Deze waarde wordt bepaald door de betonprodu- cent aan de hand van de gemeten sterkten en standaardafwijking van proefstukken (fig. 2). Kubussen versus cilinders Het verschil tussen kubusdruksterkte en cilinderdruksterkte zit hem in de proef- stukken waarmee de sterkte wordt vast- gesteld: met kubussen of met cilinders. Hetzelfde beton zal bij een beproeving op kubussen een hogere sterkte geven dan bij een beproeving op cilinders. Dit Reageren Hoewel veel deskundigen zijn benaderd, berust dit artikel deels op interpretatie. Het gaat ook niet heel diep in op de materie. Het artikel is vooral bedoeld om bewustwording te creëren over de verschillende invalshoeken van betonsterkte, de communicatie erover te stimuleren en wellicht discussie op te roepen. De belangrijkste discussie- en aandachtspunten staan in aparte kaders vermeld. De redactie van Betoniek nodigt u van harte uit te reageren, onder het mom van "wie het weet mag het zeggen". Dat kan via betoniek@aenenas.nl. gemiddelde druksterkte karakteristieke druksterkte rekenwaarde van de druksterkte 1,64 x standaardafwijking druksterkte 1b Gedrukte kubus 2 Relatie gemiddelde sterkte, karakteristieke waarde en rekenwaarde van de\ cilinderdruksterkte 5 VAKBLAD I 2 2018 04-Druksterkte.indd 5 02-07-18 12:26 komt door de afwijkende geometrie van het proefstuk. In Nederland wordt de sterkteklasse doorgaans bepaald aan de hand van kubussen. Er wordt dan dus een karak- teristieke kubusdruksterkte bepaald (tweede getal in de sterkteklasseaan- duiding). De constructeur rekent niet met de kubusdruksterkte maar met de cilinderdruksterkte (het eerste getal in de sterkteklasseaanduiding). Dit is dus een belangrijk aandachtspunt. Overigens is de verwachting dat de notatie van de sterkteklasse in de nieuwe Eurocode zal worden vereen- voudigd tot alleen de cilinderdruk- sterkte. Het risico op verwarring is hier- door extra groot! Let erop of het om kubusdruksterkte of cilinderdruksterkte gaat. De betoncentrale werkt doorgaans met de kubusdruksterkte, de construc- teur rekent meestal met de cilinderdruksterkte Gemiddelde sterkte De karakteristieke sterkte is een belang- rijke maat voor beton. In de praktijk gaat het echter ook wel eens om een gemiddelde sterkte (f cm). Deze waarde zegt eigenlijk nog niet zo veel over de waarde waarmee je kunt rekenen, want de spreiding is er niet in verwerkt. Hoeveel de karakteristieke sterkte afwijkt van de gemiddelde sterkte is dan ook van geval tot geval verschillend. Om in constructieberekeningen om te kunnen gaan met het verschil tussen de gemiddelde sterkte en de karakteris- tieke sterkte, geeft NEN-EN 1992-1 (Eurocode 2) een richtlijn voor de rela- tie. De norm stelt dat de gemiddelde waarde 8 MPa hoger ligt dan de karak- teristieke waarde, ofwel f ck = f cm ? 8 MPa en f cm = f ck + 8 MPa. Meet je dus een gemiddelde waarde, moet je daar 8 MPa vanaf trekken om de karakteris- tieke waarde te krijgen. Let wel: dit is slechts een benadering. Rekenwaarde van de sterkte Een constructeur start in zijn berekenin- gen met de karakteristieke cilinderdruk- sterkte f c k. Hij bepaalt op basis van deze waarde diverse andere waarden die hij bij de berekening nodig heeft. Een belangrijke waarde is de rekenwaarde van de druksterkte f c d. Die wordt bepaald door de karakteristieke sterkte te delen door een materiaalfactor ? c. Deze factor houdt rekening met de mogelijkheid dat de werkelijke sterkte toch lager is dan de karakteristieke sterkte. In de uiterste grenstoestand bedraagt die factor 1,5. Naast de rekenwaarde voor de sterkte, worden ook waarden als treksterkte of E-modulus aan de hand van de karakte- ristieke cilinderdruksterkte bepaald. In NEN-EN 1992-1 staat een overzicht van de verschillende eigenschappen in relatie tot de karakteristieke cilinder- druksterkte (tabel 1). Vroege sterkte De sterkteklasse zegt, zoals eerder aan- gegeven, iets over de sterkte na 28 dagen verharden onder geconditio- neerde omstandigheden (in het labora- torium), maar niets over de sterkteont- wikkeling. Ook geeft de klasse geen garantie op de daadwerkelijke sterkte in de praktijk. De sterkte en de sterkte- ontwikkeling zijn immers afhankelijk van onder meer de omstandigheden waarbij beton verhardt, de verwerking en de mengselsamenstelling. Toch is het vaak belangrijk ook de gere - aliseerde sterkte op vroegere tijdstippen te kennen. Dit bijvoorbeeld om te weten wanneer je mag ontkisten, wan - neer je mag voorspannen of hoelang je moet nabehandelen. Om toch iets over die vroege sterkte in het werk te kunnen zeggen, moet deze worden bepaald. Daar zijn verschillende methoden voor. Deze zijn bij voorkeur niet-destructief. Tabel 1 Materiaaleigenschappen van beton naar sterkteklasse f ck [MPa] f ck,cube [MPa]f cd [MPa]f ctd [MPa]f ctm [MPa]E cm [MPa] C20/25 20 2513,31,032,2130.000 C25/30 25 3016,71,202,5631.000 C30/37 30 3720,01,352,9033.000 C35/45 35 4523,31,503,2134.000 C40/50 40 5026,71,643,5135.000 C45/55 45 5530,01,773,8036.000 C50/60 50 6033,31,904,0737.000 C55/67 55 6736,71,974,2138.000 C60/75 60 7540,02,034,3539.000 C70/85 70 8546,72,154,6141.000 C80/95 80 9553,32,264,8442.000 C90/105 90 10560,02,355,0444.000 fck = karakteristieke cilinderdruksterke f ck,cube = karakteristieke kubusdruksterkte f cd = rekenwaarde van de druksterkte f ctd = rekenwaarde van de axiale treksterkte f ctm = gemiddelde axiale treksterkte E cm = elasticiteitsmodulus van beton 6 VAKBLAD I 2 2018 04-Druksterkte.indd 6 02-07-18 12:26 Het gaat om de verhardingsproef, de terugslagwaarde en de methode gewo- gen rijpheid. Deze laatste is de meest bekende en meest toegepaste methode. Op de andere methoden gaan we dan ook verder niet in. Gewogen rijpheid De methode gewogen rijpheid is geba- seerd op de theorie dat twee dezelfde betonsamenstellingen bij een gelijke gewogen rijpheid dezelfde druksterkte hebben. De gewogen rijpheid is een eigenschap waarin zowel de verhar- dingstijd als de betontemperatuur tij- dens de verharding zijn verwerkt, in relatie tot de temperatuurgevoeligheid van het bindmiddel. Meer over de methode staat in NEN 5970 en in het artikel 'Ontkisten vanaf het juiste moment' (zie kader 'Methode van gewogen rijpheid'). De relatie tussen rijpheid en sterkteont- wikkeling wordt bepaald aan de hand van proefstukken bij de betonprodu- cent. Op basis van minimaal vijf proef- stukken wordt een zogenoemde regressielijn bepaald. Deze regressielijn is echter niet erg betrouwbaar. Er zal immers een behoorlijke spreiding zitten in de gemeten waarden. Daarom moet niet worden uitgegaan van de regres- sielijn, maar van een lijn die (evenwij- dig aan de regressielijn) naar lagere druksterkten is verschoven. Dit wordt de ijklijn genoemd. Dit verschuiven gebeurt met een factor a ? de stan- daardafwijking. Indien de regressielijn wordt gehanteerd, zal in 50% van de gevallen de sterkte niet voldoende zijn en in 50% wel voldoende. Bij een ijklijn die met een factor 1,5 ? de standaard- afwijking is verschoven, wordt dit res- pectievelijk 5% en 95%. Welke sterkte meet je? De regressie- en ijklijn worden in de praktijk meestal bepaald aan de hand van kubussen. Met de methode van gewogen rijpheid bepaal je dus indirect de kubusdruksterkte, daarover is weinig discussie. Meer discussie is er over de betrouw - baarheid van de ijklijn. Die genoemde 95% betrouwbaarheid, die geldt als de regressielijn met een factor 1,5 ? de standaardafwijking wordt verschoven, klinkt bekend. Dat is immers ook het per - centage op basis waarvan bij een nor - maalverdeling de karakteristieke waarde wordt vastgesteld. Toch wil dit niet zeg - gen dat je met de methode van gewo - gen rijpheid de karakteristieke waarde van de kubusdruksterkte meet. De bepa - lingsmethode van de ijklijn en de bepa - lingsmethode van de karakteristieke druksterkte zijn immers niet vergelijk - baar. Zo wordt de karakteristieke druk -sterke bepaald met meer kubussen en op één ouderdom, namelijk 28 dagen. De ijklijn wordt bepaald met meestal één kubus op vijf verschillende ouderdom - men. Per ouderdom heb je dus in feite maar één waarde. Bovendien is de ijklijn lang niet altijd up-to-date. Volgens de norm moet een ijkgrafiek ten minste één keer per twee weken worden gecontro - leerd en dat is behoorlijk bewerkelijk. De 95%-waarde van de methode van gewogen rijpheid geeft dus veel min- der betrouwbare waarden dan de 95%-waarde van de karakteristieke sterkte. Je bepaalt met de methode van Positie sterkte Er zijn meer zaken die ervoor zorgen dat sterkte van beton niet eenduidig is. Eén ervan is de positie in de constructie. Belang - rijk is te beseffen dat meetmethoden iets zeggen over de sterkte op één bepaalde plek. Voor gewogen rijpheid bijvoor - beeld op de plek waarin de temperatuursensor is aangebracht. Dit is ook de reden dat in principe op minimaal drie punten in de constructie moet worden gemeten. De terugslaghamer zegt iets over de druksterkte in de oppervlaktezone en niet in de kern. Die waarden mogen niet zomaar worden aangehou - den voor de gehele doorsnede, laat staan de gehele construc - tie. Hier moet dus met aandacht naar worden gekeken. De sterkte geldt niet automatisch voor de gehele constructie 3 Rijpheidscomputer 7 VAKBLAD I 2 2018 04-Druksterkte.indd 7 02-07-18 12:26 gewogen rijpheid dus niet de karakte- ristieke druksterkte. Welke druksterkte je dan wel bepaalt, staat nergens gede- finieerd. Met het verschuiven van de regressielijn is er wel extra zekerheid ingebouwd. Het is niet gedefinieerd welke sterkte je bepaalt met de methode van gewogen rijpheid Ontkistingssterkte Een belangrijke reden om te weten wanneer beton een bepaalde vroege sterkte heeft bereikt (op een tijdstip vroeger dan 28 dagen), is om te kun- nen bepalen wanneer de bekisting mag worden verwijderd, ofwel of de ontkis- tingssterkte is bereikt. Hoewel er andere redenen zijn de sterkte te willen weten, concentreren we ons nu op deze waarde. De ontkistingssterkte moet volgens de groene versie van NEN 8670 worden opgegeven door de constructeur. De aannemer moet aantonen of er bij het ontkisten aan die waarde wordt voldaan. Rekenen aan ontkistingssterkte Om de ontkistingssterkte te bepalen, kan de constructeur een berekening uitvoeren. Daarmee kan hij aantonen wat de benodigde sterkte van het beton moet zijn op het moment dat de bekisting mag worden verwijderd. Of op het moment dat de stempels mogen worden verwijderd. Bij de berekening bepaalt de construc- teur welke sterkte er nodig is opdat de constructie zijn eigen gewicht, een deel van de veranderlijke belasting en even- tuele stortbelasting kan dragen. Hij mag daarbij uitgaan van gereduceerde belastingsfactoren. De constructeur moet overigens niet alleen naar sterkte kijken, die zal vaak niet maatgevend blijken, maar ook naar doorbuiging, dwarskracht, pons of verankeringslengte. Uiteindelijk zijn eisen aan deze andere waarden ook te vertalen naar een druksterkte. De constructeur vertaalt de benodigde ontkistingssterkte meestal naar een karakteristieke druksterkte (vaak karak- teristieke cilinderdruksterkte). Hij moet zich ervan bewust zijn dat om een karakteristieke sterkte te halen, de gemiddelde waarde die 'buiten' moet worden gehaald veel hoger moet lig- gen. En dat een aannemer veel eerder in een gemiddelde sterkte denkt. Zo kan de constructeur bijvoorbeeld 8 MPa bij de karakteristieke waarde optellen om tot een gemiddelde waarde te komen. Het is in ieder geval van belang dat constructeur, aannemer en producent duidelijk met elkaar communiceren over om welke sterkte het gaat. De constructeur rekent vaak met karakteristieke waarde van de cilin- derdruksterkte. Een aannemer denkt vaak in gemiddelde waarde, vaak van de kubusdruksterkte. Het is van belang dat constructeur, aannemer en producent duidelijk met elkaar communiceren over om welke sterkte het gaat Norm voor ontkistingssterkte In de groene versie van NEN 8670 (en de vervallen NEN 6722) staat een en ander omschreven over de minimale ontkistingssterkte. Indien er niet wordt gerekend, moet worden uitgegaan van waarden uit een tabel, waarin de Tabel 2 Vereiste gemiddelde kubusdruksterkte bij ontkisten Sterkteklasse Gemiddelde kubusdruksterkte f cm,cube,n N/mm 2 C12/15 15 C20/25 25 C30/37 35 C35/45 40 C45/55 47 C55/67 56 4 Positie van de sensoren van invloed op de gemeten temperatuur en dus de sterktebepaling 8 VAKBLAD I 2 2018 04-Druksterkte.indd 8 02-07-18 12:26 waarde voor de ontkistingssterkte is gerelateerd aan de sterkteklasse. Het gaat in al deze gevallen om de gemid- delde kubusdruksterkte (f cm,cube ). Ontkistingssterkte in de praktijk In de praktijk wordt er lang niet altijd aan ontkistingssterkte gerekend. Vaak is er dan ook geen exacte ontkistings- sterkte bekend en wordt er op basis van ervaring ontkist, zeker bij bijvoorbeeld tunnelgietbouw (zie kader 'Ontkistings- sterkte bij tunnelgietbouw'). Ook is de tijdsdruk vaak ontzettend hoog om snel te kunnen ontkisten. Zeker bij bepaalde constructies, bij- voorbeeld puntvormig ondersteunde vloeren of onderwaterbetonvloeren, is het wel van belang te rekenen aan de ontkistingssterkte. Vooral als de belas- ting bij ontkisten relatief hoog is, kan dit namelijk kritisch zijn. Dit geldt bij- voorbeeld bij vloeren met een hoog eigen gewicht ten opzichte van de ver- anderlijke belasting. In de praktijk wordt vaak een sterkte- klasse genoemd voor een ontkistings- sterkte, bijvoorbeeld een C20/25. For- meel is dat niet juist. Een sterkteklasse zegt immers iets over de sterkte van proefstukken die 28 dagen zijn verhard, onder geconditioneerde omstandighe- den. Maar vreemd is het niet. De sterk- teklasse zegt iets over de karakteristieke druksterkte en bepaalt de waarde waar- mee de constructeur rekent. Het is beter dat de constructeur de gemid- delde kubusdruksterkte opgeeft. Hoewel het in de praktijk lang niet altijd gebeurt is het, zeker bij con- structies met een relatief hoge belas- ting tijdens ontkisten, belangrijk dat er aan de ontkistingssterkte wordt gerekend De ontkistingssterkte kan feitelijk niet worden uitgedrukt in een sterkteklasse Late sterkte Het kan ook nodig zijn de laboratori- umsterkte te weten op een tijdstip later dan 28 dagen. Volgens de Eurocode moet voor t > 28 dagen in principe worden gerekend met de sterkte op 28 dagen. Hier kan echter van worden afgeweken. Dit kan interessant zijn als de sterkte pas op een veel later tijdstip nodig is. Dan kan een ander mengsel worden toegepast dat wellicht voor- delen heeft op andere fronten dan sterkte. Denk bijvoorbeeld aan kosten, temperatuurbeheersing of milieu. Belangrijk is te weten dat de reken- waarde van de sterkte in die gevallen moet worden vermenigvuldigd met 0,85 (f cd = cc,t · fck,i / c). Recent is CUR-Aanbeveling 122 'Ont - werpen en vervaardigen van beton - constructies met gebruikmaking van de doorgaande sterkteontwikkeling van beton' verschenen. Daarin staat omschreven hoe er kan worden omgegaan met sterkte op tijdstip i. Voor i wordt gebruikelijk 56 of 91 dagen gehanteerd. Mogelijk kan ook voor 182 dagen worden gekozen. De minimale karakteristieke sterkte moet worden bepaald met metingen aan proefstukken uitgevoerd op de speci - fieke ouderdom waarvoor de vereiste sterkte moet worden aangetoond. Die CUR-Aanbeveling is beschikbaar op www.cur-aanbevelingen.nl. Men moet zich realiseren dat de besproken methode van gewogen rijp- heid niet opgaat voor langere perio- den. Al na 7 dagen worden de uitkom- sten van deze methode minder betrouwbaar. Hoe de daadwerkelijke sterkte in bestaande constructies moet worden bepaald, staat omschreven in EN 13971. Dit kan bijvoorbeeld gebeu- ren aan de hand van boorkernen. Hier wordt een duidelijke relatie gelegd met f ck. Hierop gaan we in dit artikel niet nader in. Tot slot Er zijn nogal wat manieren om te kij- ken naar het fenomeen sterkte. Veel aspecten rond dit begrip blijken niet echt duidelijk. Het is, net als bij veel andere betongerelateerde onderwer- pen, vooral van belang dat er begrip bestaat tussen aannemer, constructeur en uitvoering. Open communicatie is essentieel! Ontkistingssterkte bij tunnelgietbouw Bij tunnelgietbouw wordt vaak een waarde voor de ontkistingssterkte aang\ ehouden van 14 MPa. In de praktijk wordt dat vaak gezien als de gemiddelde waard\ e. Of dit terecht is, is sterk de vraag. Gemiddelde waarde zegt immers niets over \ de spreiding. Verder geldt dat, als je rekent met de relaties volgens de Eurocode, een gemiddelde kubusdruksterkte van 14 MPa overeenkomt met een gemiddelde cilinderdruks\ terkte van 11 (circa 25% lager) en een karakteristieke cilinderdruksterkte (8 MPa lager) van 3 MPa! De rekenwaarde van de druksterkte bedraagt dan zelfs maar 2 MPa! Dit is een extreme en feitelijk onjuiste benadering. Want de verhouding tussen de gemiddelde en de karakteristieke waarde zal bij deze lage sterkte waarsc\ hijnlijk minder dan 8 bedragen. Ook hebben aannemers enorme ervaring opgedaan met het ontkisten bij een sterkte van 14 MPa zonder dat dat tot problemen he\ eft geleid. Maar het geeft wel aan dat je in de praktijk voorzichtig moet zijn! Methode van gewogen rijpheid De methode van gewogen rijpheid geeft goede voorspellingen voor de vroege sterkte en wordt dan ook vaak toegepast. Deze methode heeft echter wel de nodige beperkingen. Meer daarover staat in het artikel 'O n t k i s t e n va n a f h e t j u i st e m o m e n t ? i n Betoniek Vakblad 20 1 7 - 4 . 9 VAKBLAD I 2 2018 04-Druksterkte.indd 9 02-07-18 12:26 10 VAKBLAD I 2 2018 Vraag en antwoord Betonmortel E en van de criteria waar monoli- thisch afgewerkte betonvloeren aan moeten voldoen, is slijtvastheid. Eisen aan die slijtvastheid zijn vastge- legd in de norm NEN 2743 [1]. Norm In NEN 2743 wordt de slijtvastheid uit - gedrukt in een slijtvastheidklasse I t/m IV (tabel 1). Deze klassen zeggen iets over de maximaal toelaatbare gemiddelde afslijting op basis van de zogenoemde Amsler-slijtproef. In deze norm is echter niet vastgelegd wanneer en waarom een vloer moet voldoen aan een van de genoemde klassen. In de praktijk bestaat hier dan ook veel onduidelijkheid over, waardoor het risico bestaat dat veilig - heidshalve, maar onnodig een te hoge klasse wordt geëist. Een ander probleem van de norm is dat de klassen worden gerelateerd aan de Amsler-slijtproef. Deze proef wordt in de praktijk niet of nauwelijks meer gebruikt. Bij het beproeven volgens deze methode komen immers te veel fijne stofdeeltjes vrij, hetgeen arbotechnisch minder wenselijk is. Naast de Amsler-methode zijn er overigens wel andere testmethoden beschikbaar, zoals de Böhme-test (foto 2) en de BCA-test. In de norm is ook de hardheid opgege- ven van mogelijk toegepaste instrooi- materialen. Maar nergens is terug te vinden in welke situatie welk materiaal moet worden toegepast. Vanwege deze onduidelijkheid in de normgeving is het altijd aan te raden om over eisen en maatregelen te over- leggen met een gespecialiseerd vloerenbedrijf. Maatregelen De slijtvastheid is in belangrijke mate afhankelijk van het betonmensgel en de uitvoering, zoals de verdichting, en de afwerking (vlinderen) van het beton. Vanzelfsprekend is ook de nabehande- ling essentieel. Voorkomen moet wor- den dat de toplaag uitdroogt door verdamping van water. In dat geval zou in de uitgedroogde zone namelijk niet voldoende water meer aanwezig zijn voor een goede hydratatie van het Vraag 16 Hoe kun je ervoor zorgen dat een vloer voldoende slijtvast is? 1 Instrooien monolietvloer Tabel 1 Eisen aan slijtvastheid [1] slijtvastheidklasse maximaal toelaatbare gemiddelde afslijting [mm] I 1,0 II 1,5 III 2,0 IV geen eis Opmerking: De klassenindeling is gebaseerd op de Amsler-slijtproeven 10-Vraag en Antwoord.indd 10 02-07-18 11:19 11 VAKBLAD I 2 2018 Vraag en antwoord Dit is de zestiende aflevering in de vraag-en-antwoordrubriek van Beto- niek Vakblad. Deze rubriek wordt sa- mengesteld in samenwerking met Betonhuis/VOBN, partner van Beto- niek . Deskundigen beantwoorden vragen uit de markt. In dit geval is dat Huub Baltussen van Van Berlo. Heb je ook een vraag over beton- (technologie)? Mail ze naar betoniek@aeneas.nl. cement. Over noodzaak en de wijze van nabehandelen is voldoende gepubliceerd, ook in Betoniek. Zijn de juiste maatregelen genomen in de uitvoering en is het gebruik van de vloer niet overmatig, dan kan de slijt- vast voldoende zijn en zijn extra maat- regelen zoals het instrooien niet per se nodig. Wordt een vloer zwaarder belast dan kan een instrooilaag wel nodig zijn. Wanneer dat zo is en het type instrooi- laag dat het meest effectief is, hangen af van de toepassing (tabel 2). Instrooilaag Een instrooilaag dient om de opper- vlaktekwaliteit wat betreft slijtvastheid en stootvastheid te verbeteren. De instrooilaag bestaat uit een droog mengsel gebaseerd op cement. Dit zorgt voor een de verlaging van de water-cementfactor in het oppervlak en verbetert de kwaliteit. Aan het mengsel worden slijtvaste granulaten toege- voegd zoals kwarts, porfier, carborun- dum en amaril. De effectiviteit is goed bij grove korrels (1-3 mm). Voor niet te zwaar belaste vloeren is kwarts een veel toegepast instrooima- teriaal. Een mengsel van 2 kg kwarts en 1 kg cement per m 2 vloer geeft vol- doende resultaat. Wanneer hogere eisen aan de slijtvastheid worden gesteld, zoals in werkplaatsen en in geval van intensief verkeer met harde wielen, kan het kwarts gedeeltelijk worden vervangen door een harder materiaal zoals korund. Uit het oog- punt van vlakheid en hechting dient de hoeveelheid instrooimateriaal tot 3 à 4 kg per m 2 beperkt te blijven. De hoeveelheid instrooimateriaal moet overigens niet worden voorgeschreven maar worden bepaald door een gespe- cialiseerd uitvoerend vloerenbedrijf. Hierdoor voorkomt men ook de discus- sie over wie verantwoordelijk is voor de keuze indien er achteraf problemen zijn ontstaan. Duidelijk is wel dat meer instrooimateriaal zeker niet altijd beter is. Veel losliggende toplagen zijn vaak het directe gevolg van te veel of ver- keerd aanbrengen van instrooimateri- aal waardoor de bovenste laag van de vloer tijdens het polijsten (vlinderen) te dicht van structuur wordt en bij een iets minder stabiel betonmengsel er een waterlens onder de toplaag ontstaat. Overigens zijn er andere redenen te bedenken om een instrooimateriaal toe te passen dan slijtvastheid. Zo kan het verstandig zijn een kwarts-cement- mengsel toe te passen om het bleedingwater te binden. Het bevor- dert de kwaliteit van de toplaag en maakt een afwerking door schuren en polijsten mogelijk. 2 Böhme-test voor het bepalen van de slijtvastheid Tabel 2 Type instrooilaag bij verschillende toepassingen toepassing vloer instrooilaag weinig verkeer/voetgangers geen normaal gebruik, bedrijfsruimten, magazijnen en werkplaatsen harde granulaten: kwarts, porfier, basalt werkplaatsen met intensief zwaar verkeer met metalen wielen en zware machines zeer harde granulaten: carborundum, korund of amaril zeer intensief gebruik, schokbestendig metaalgranulaten (denk aan roestrisico) Ook moet worden opgemerkt dat slijt- vastheid een directe relatie heeft met andere eigenschapseisen die aan dit oppervlak worden gesteld zoals rol- weerstand, vlakheid, stootvastheid, slipweerstand, vloeistofdichtheid, glans, kleurverschillen. Meer over slijtvastheid In feite is dit onderwerp te veelomvat- tend en te complex om volledig te behandelen in een vraag-en-antwoord- rubriek. Daarom komen we erop terug in een van de volgende edities. Literatuur 1 NEN 2743:2003 nl - In het werk ver- vaardigde vloeren ? Kwaliteit en uit- voering van monolithisch afgewerkte betonvloeren en -verhardingen 10-Vraag en Antwoord.indd 11 02-07-18 11:19 ===auteur Arno Jeurdink Heijmans Infra Theoretisch inzicht ondersteunings const ructies Bekistingen en ondersteuningsconstructies zijn weliswaar tijdelijke constructies, toch zijn ze allerminst van ondergeschikt belang. Je zou kunnen stellen dat ze op het moment van gebruik zelfs een hoofddraagconstructie zijn. Reden voor Stubeco om ruim aandacht te besteden aan dit onderwerp. Twee rapporten, een over ondersteuningsconstructies en een over houten bekistingsconstructies, zijn hiertoe recent herzien. Stubeco-rapporten D07 en D10 herzien Kennis van bestaande rapporten Dit artikel gaat niet uitgebreid in op de inhoud van de Stubeco-rapporten. Daarvoor wordt naar de rapporten zelf verwezen. Voor een volledig begrip van de passages die wel over de inhoud gaan, is het raadzaam kennis te hebben van de inhoud van de materie. 1 Vloer in de kist Bron: Heijmans Infra 12 VAKBLAD I 2 2018 12-Stubeco ondersteuningen.indd 12 02-07-18 12:25 H et ontwerpen van bekistingen en ondersteuningen is een specialis- tisch vak. Door de complexiteit en grootte van veel hedendaagse bouw- werken, is het alleen maar specialisti- scher geworden. Zeker in het verleden was het niet altijd duidelijk hoe de materiaalnormen moesten worden toe- gepast en met welke belastingen moest worden gerekend. Dit leidde vaak tot onvoldoende inzicht om een optimale constructie te kunnen ontwerpen. Er zijn in het verleden diverse studies verricht om tot een eenduidige en objectieve ontwerpbenadering te komen. Dit onder andere door de stichting Arbeidstechnisch Onderzoek Bouwnijverheid en later door SBR (fig. 2). Rijkswaterstaat, TNO-IBBC, de Nederlands Spoorwegen (fig. 3) heb- ben ook een belangrijke bijdrage gele- verd in de kennisontwikkeling, onder meer dankzij inbreng van diverse leden van Stubeco. In het 'Handboek Bekistingen' uit 1980 is een speciaal hoofdstuk gewijd aan het berekenin- gen van ondersteuningen en bekistingen. Zo'n twintig jaar terug zijn binnen Stu- beco twee studiecellen opgericht, te weten D05 ? Houten bekistingsconstruc- ties en D07 ? Tijdelijke constructies voor het ondersteunen van bekistingen, die de bijbehorende rapporten D05 en D07 hebben opgeleverd. Rapport D05 is in 2103 geactualiseerd tot D10, waarbij de invloed van de Eurocode is verwerkt. De aanbevelin- gen in dat rapport die waren opgeno- men ten aanzien van systeemdragers hebben nu geleid tot een nieuwe aan- vullende versie D10.2. Ook recent is gewerkt aan een update van rapport D07 tot D07.2, met name als doel om aansluiting te vinden met de Eurocode. Commissieleden Het rapport D07-02 is opgesteld door: ? A.J. Jeurdink (Heijmans Infra) ? voorzitter en mentor ? G.F.A.J.M. Joordens (Safe) ? A.H.J. Lazet (VolkerInfra) ? N. Saadon (Ballast Nedam Construction) ? G.A. Waayer (BAM Infra) ? L. Zwetheul (oud-medewerker Van Hattum en Blankevoort) ? redacteur Het rapport D10-02 is opgesteld door: ? J.J.A. Clephas (VolkerInfra) ? voorzitter ? A.J. Jeurdink (Heijmans Infra) ? J. van den Nouweland (Vogels) ? L. Zwetheul (oud-medewerker Van Hattum en Blankevoort) ? redacteur ? C.J. Tol (Ballast Nedam Infra Speciale Projecten) ? coördinator Stubeco (KoKo) ondersteunings const ructies 2 Studies van Stichting Bouwresearch (SBR) van studiecommissie A28 en B27 3 Richtlijnen voor de berekening van ondersteuningsconstructies van de Nederlandse Spoorwegen 13 VAKBLAD I 2 2018 12-Stubeco ondersteuningen.indd 13 02-07-18 12:25 auteur Naam Functie Rapport D07.2 Het doel van het rapport D07.2 'Tijde- lijke constructies voor het ondersteu- nen van bekistingen' is het eenduidig aanbieden van rekenregels die aanslui- ten op de huidige regelgeving. Het rap- port geeft toelichtingen, handvatten en voorbeelden. Het rapport beperkt zich tot de stalen draagconstructies onder zware vloeren van gebouwen en dek- ken van bruggen en viaducten (fig. 4). Met betrekking tot de houten onderdelen wordt gerefereerd aan rapport D10-2 (zie onder 'Rapport D10.2'). In de herziene versie is de theorie van de statica (grotendeels) ongewijzigd gebleven. Met name de kennis over toetsingen is aangepast. Ondersteuningsconstructies zijn hulp- constructies die overwegend statisch worden belast. De in rekening te bren- gen belastingen zijn terug te vinden in de verschillende Eurocodedelen. Door het tijdelijke karakter van de belasting op hulpconstructies, de bijzondere belastingssituaties, het veelvuldig gebruik van gebruikt materiaal en het feit dat de meeste constructies 'gesta- peld' zijn, is inzicht in het gedrag van de constructie tijdens de verschillende bouwfasen van groot belang.In de loop van de tijd hebben enkele grote opdrachtgevers eigen richtlijnen opgesteld voor het ontwerpen van hulpconstructies. Aannemer en dus ook constructeur van het hulpwerk moeten rekening houden met deze mogelijke richtlijnen. Tegenwoordig wordt echter steeds meer gerefereerd aan de Euro- code. De aannemer blijft in alle geval- len verantwoordelijk voor een veilige constructie. Inhoud Het rapport gaat uitgebreid in op de in rekening te brengen belastingen, belastingscombinaties en belastings- factoren. Het gaat daarbij niet alleen om directe horizontale en verticale belastingen maar ook om de afgeleide componenten, bijvoorbeeld de effec- ten van verkantingen en excentrici- teiten (fig. 5). Deze leiden onder andere tot torsie-effecten. Verder wordt ingegaan op materiaal- eigenschappen en vervormingen. In het deel over toetsen van onderslagen komen diverse theoretische benaderin- gen aan de orde. Het geheel wordt onderbouwd aan de hand van enkele rekenvoorbeelden. De nodige detailtoetsen worden in het rapport beschreven en in detail uitge- werkt. Met name drie toetsen krijgen extra aandacht: torsie, kip en kip in combinatie met buiging en torsiemomenten. Torsie Onderslagbalken worden op wringing belast door uitwendige belastingskop- pels die ontstaan door excentrisch aan- grijpende belastingen. Als gevolg van dit wringende moment treden in de onderslagbalk additionele schuif- en buigspanningen op. In principe zijn er twee verschijnselen van torsie, namelijk wringing volgens Saint-Venant en welvingswringing. De gevolgen van de Saint-Venant-wrin- ging, ofwel pure wringing, zijn over het algemeen redelijk goed bekend. Dat geldt minder voor het fenomeen wel- vingswringing. Welving ontstaat als een doorsnede op wringing wordt belast en de doorsneden niet vlak blij- ven (fig. 6). Als gevolg hiervan ontstaat een samen- stel van langsspanningen die in axiale zin in evenwicht zijn, maar in de door- snede van bijvoorbeeld een I-profiel buigende momenten in de flenzen om de z-as veroorzaken. De buigende momenten in onder- en bovenflens zijn gelijk maar tegengesteld van teken. Dit moment staat bekend als bi-moment. 4 Onderdelen ondersteunings- constructie 5 Invloed van verkanting en excentriciteiten: verticale belasting niet door het zwaartepunt van de doorsnede 14 VAKBLAD I 2 2018 12-Stubeco ondersteuningen.indd 14 02-07-18 12:25 In het rapport is een differentiaal- vergelijking voor het berekenen van dit bi-moment gegeven. Hoewel er eenvoudigere methoden zijn, die ook in het rapport worden genoemd, wordt aanbevolen de methode met differentiaalvergelijkin- gen toe te passen. Kip Bij de toetsing op stabiliteit van onder- slagen moet de kipstabiliteit worden onderzocht. Kip is het zijdelings uitbui- gen van een I-vormige ligger als gevolg van tweedeorde-effecten door druk in de bovenflens (fig. 8). Het kan nodig zijn maatregelen te nemen in de vorm van gaffelopleggingen (oplegging waarbij naast translatie ook rotatie wordt voorkomen, fig. 7) of onder- flensinklemmingen (fig. 9). Om te bepalen of die maatregelen nodig zijn, is het een optie te rekenen met de invloed van de wrijving van de contact-bekisting op de kinderbinten, die als zij- delingse steun fungeert voor de onder- slagen. Deze mogelijkheid moet echter nader worden onderzocht, het wordt in de huidige praktijk niet of zelden gedaan. In NEN-EN 1993 (Eurocode 3) staan eisen gedefinieerd voor staven die aan gecombineerde buiging en druk zijn onderworpen. Deze zijn opgenomen in het rapport. Kip in combinatie met buiging en torsiemomenten De Eurocode geeft geen toets voor horizontale belasting en torsie in com- binatie met kipstabiliteit. Deze span- ningscombinatie treedt echter wel op. Vanwege dit hiaat in de Eurocode is een benaderingsmethode in het rap- port opgenomen. Nadere studie Tijdens de studie zijn er diverse punten naar voren gebracht die nadere studie vragen. ? Om combinatie van de vervorming van de hulpconstructie en de defini- tieve constructie tegen te gaan, kun- nen tooglatten (scheggen) worden toegepast. Daarvoor moet worden gerekend met een excentriciteit van 10 mm. Die aanname is discutabel. Net als de horizontale uitbuiging die, als gevolg van bovenstaande aspect, kan leiden tot een excen- trisch aangrijpen van de verticale last. ? De maximaal toelaatbare afstand van de gaffelsteunen en plooischotten tot de oplegging is voor discussie vatbaar. ? De invloed van wringing op de maat- gevende belastingsgevallen, in het bijzonder de vraag bij welke verkan- ting, c.q. hoogte-/breedteverhou- ding van de onderslagen een wrin- gingsberekening altijd noodzakelijk is. ? Vastleggen doorbuigingseisen in ontwerpeisen. 6 Welving 9 Onderflens inklemming 7 Mogelijke gaffelopleggingen 8 Het fenomeen kip 15 VAKBLAD I 2 2018 12-Stubeco ondersteuningen.indd 15 02-07-18 12:25 De navolgende punten betreffen meer uitvoeringstechnische aspecten: ? De invloed van de stijfheid van de bekisting (schijfwerking) op de hori- zontale uitbuiging en op de kipstabi- liteit van de onderslagen. ? De praktische uitvoerbaarheid van kipschotten of gaffelsteunen nabij de opleggingen van ondersteuningen, waarbij de onderslagen de moerbalk scheef kruisen. Rapport D10.2 Doel van rapport D10-02 is het aanbie- den van een uniforme richtlijn voor het toepassen van de rekenregels voor hou- ten bekistingen volgens de Eurocode. Rapport D10 was zoals gezegd al aan- gepast aan de Eurocode. In de nieuwe versie is het rapport aangevuld met informatie over het berekenen van sys-teemdragers en de berekening van oplegdrukken. Inhoud In het rapport wordt ingegaan op de verschillende soorten samengestelde houten systeemdragers (fig. 10), de CE-markering en de sterkte-eigen- schappen. Alles wordt onderbouwd met rekenvoorbeelden. Aan enkele belangrijke zaken is extra aandacht besteed: ? modificatiefactoren; ? Uiterste GrensToestand (UGT) versus BruikbaarheidsGrensToestand (BGT); ? berekeningen voor de oplegdruk. Modificatiefactoren Bij het berekenen van houtconstructies gelden volgens de Eurocode een aantal modificatiefactoren. Omdat de Euro- code bedoeld is voor houten construc- ties in het algemeen worden in het rap- port aanbevelingen gedaan voor de hoogte van de factoren voor houten systeemdragers. ? In de berekening moet voor de mate- riaaleigenschappen van de dragers een partiële materiaalfactor M wor- den aangehouden. In tabel 2.3 in NEN-EN 1995-1-1 (Eurocode 5) staan diverse waarden. De commissie beveelt aan de waarde 1,3 aan te houden. ? Naast een partiële materiaalfactor geldt ook een modificatiefactor M mod , die de invloed van de belas- tingduur en vochteigenschappen in rekening brengt. Voor de belasting- duurklasse kan volgens het rapport voor systeemdragers 'kort' worden aangehouden, in het algemeen 1 week. Het beton wordt veronder- steld dan al een aanzienlijke sterkte te hebben ontwikkeld. Verder wordt aanbevolen klimaatklasse 2 aan te houden (vochtgehalte 20%). Dit leidt volgens tabel 3.1 van NEN- EN-1995-1-1 tot een waarde van k mod van 0,9. ? Voor de sterkteklasse van systeem- dragers wordt klasse C24 aangehou- den (volgens NEN-EN 338). Alle detailtoetsen worden in het rap- port beschreven en in detail uitgewerkt. UGT versus BGT Tijdelijke constructies moeten volgens de Eurocode worden getoetst voor de zogenoemde Uiterste GrensToestand (UGT). Leveranciers verwijzen voor het berekenen van houten bekistingsdra- gers vaak naar NEN-EN 13377 'Houten bekistingdrager'. Hierin wordt van diverse type dragers een 'Safe Working Load' gegeven, waarden die niet afwij- ken van de waarden in de BGT. Om te voldoen aan de Eurocode moeten deze dus worden omgerekend naar een UGT. 10 Houten systeemdrager 16 VAKBLAD I 2 2018 12-Stubeco ondersteuningen.indd 16 02-07-18 12:25 Hierbij wordt geadviseerd te rekenen met veiligheidsniveau CC2, met een bij- behorende belastingsfactor F van 1,5. De constructeur kan hier ? bij een ander gekozen gevolgklasse ? van afwijken. Voor toetsen in de BGT kan wel gebruik worden gemaakt van de 'Safe Working Load'. Oplegdrukken Systeemdragers (kinderbinten) oefenen, al dan niet via een tooglat, een druk uit op de onderslagbalken (fig. 11). Deze druk moet worden getoetst. Het gaat dus om de oplegging van de kinderbint op de tooglat en de oplegging van de tooglat op de onderslag. In het eerste geval gaat het om een oplegging van 'puntlasten', omschreven als discrete oplegging. In het tweede geval om een oplegging over de volledige lengte ondersteund, dit is omschreven als con- tinue oplegging. Bij de berekening is de factor k c;90 van toepassing. Deze is afhankelijk van hoogte-breedteverhou- ding. De hoogte hiervan hangt ook af van of het om een tooglat of om een systeemdrager gaat. Bij het berekenen van de oplegdruk wordt gerekend met het effectieve oppervlak A eff. Dit betreft niet het geo- metrische contactvlak, maar er wordt aan weerszijden een spreiding van 30 mm gerekend, als deze aanwezig is. In het rapport zijn drie berekeningen voor het toetsen van de oplegdruk gemaakt: 1 Volgens de Eurocode; hierbij gelden de uitgangspunten zoals eerder genoemd. 2 Academische methode volgens TU Eindhoven (TU/e); deze is gebaseerd op het indrukken van de houtvezel in het gebied van de oplegging. Ver- plaatsingen zijn proefondervindelijk bepaald en er wordt een relatie gelegd met de Wet van Hooke. 3 Traditionele methode volgens NEN 6760; berekeningsmethode is niet meer actueel. De verhoudingen in de uitkomsten van deze berekening staan in tabel 1. Duidelijk wordt dat de uitkomsten voor dragers volgens de Eurocode hoger lig- gen dan die van de oude NEN 6760. Dat komt onder meer doordat in de Eurocode de invloed van de hoogte van een profiel niet in rekening wordt gebracht. Duidelijk is echter geworden, onder andere na diverse gesprekken met professor Jorissen van de TU/e, dat de hoogte wel aanzienlijke invloed kan hebben op de capaciteit. Deze hoogte moet minimaal 57 mm bedragen om spreiding van belastingen via de vezels te kunnen laten plaatsvinden. Kleiner kan, maar dan mag onder andere geen extra lengte in rekening worden gebracht om de oppervlaktespanning te kunnen berekenen. Ook blijkt dat de berekening van de druk loodrecht op de vezel volgens de Eurocode voor meerdere uitleg vatbaar en lastig te doorgronden is. Tot slot De rapporten hebben geen officiële status. Doordat de inhoud door een commissie van ervaren vakspecialisten is opgesteld, samenwerking is gezocht met externe specialisten en internatio- nale literatuur/regelgeving is geraad- pleegd, kan wel worden gesteld dat beide rapporten bruikbaar en betrouw- baar zijn. Hoewel praktische bruikbaar- heid een van de doelstellingen was, hebben de rapporten een hoog theore- tisch gehalte. Ze zijn dan ook in eerste instantie opgesteld voor ontwerpers/ constructeurs die zich bezighouden met tijdelijke constructies. Omdat de kennis helpt bij de realisatie van een gedegen ontwerp, hebben zowel uit- voerende partijen als leveranciers er ook voordeel van. 11 Oplegging kinderbint Verkrijgbaarheid De Stubeco-rapporten D07-02 en D10-02 zijn begin juni 2018 definitief vastgesteld. Ze zijn voor iedereen beschikbaar op www.stubeco.nl. Samenwerking Stubeco Het platform Betoniek en Stubeco, Studievereniging uitvoering beton- constructies, hebben uitgesproken nauwer met elkaar te willen samen- werken. De aard van die samenwer- king wordt momenteel nader uitgewerkt. Dit artikel is daar alvast een voorschot op. Tabel 1 Uitkomsten verschillende berekeningen oplegdruk drager in % tooglat in % Eurocode 100 100 TU/e 73 101 NEN 6760 75 105 17 VAKBLAD I 2 2018 12-Stubeco ondersteuningen.indd 17 02-07-18 12:25 Steeds meer inzicht in printproces Betonprinten wor dt volwassen De ontwikkelingen ten aanzien van 3D-beton- printen gaan rap. Wereldwijd, maar zeker ook in Nederland, komen er steeds meer voorbeel- den van succesvolle toepassingen. Dit mede dankzij een voortschrijdend inzicht in het printproces en de relatie met het eindproduct. 1 Betonprinter auteur ir. Jacques Linssen Aeneas Media 18 VAKBLAD I 2 2018 18-3DCP.indd 18 02-07-18 12:28 Betonprinten wor dt volwassen 3 D-printen is een zogenoemde Addi- tive Manufacturing techniek, waar- bij objecten laag voor laag worden opgebouwd totdat de gewenste geo- metrie is voltooid. Deze techniek is bij uitstek toe te passen met beton. De potentie van 3D-printen van betoncon- structies is duidelijk: de afwezigheid van bekisting en daardoor meer vormvrij- heid. Daarnaast resulteert printen in minder materiaalgebruik en minder afval, omdat het materiaal alleen daar wordt aangebracht waar nodig. Boven- dien is het een geautomatiseerde methode die in theorie 24/7 kan door- gaan, zonder nauwkeurigheid te verlie- zen en zonder dat zware arbeid nodig is. De ontwikkelingen op dit gebied gaan razendsnel. Er wordt steeds meer bekend over het printproces in relatie tot de constructieve eigenschappen. Ook wordt geëxperimenteerd met wapening en wordt gedacht aan de mogelijkheid materialen of samenstel- lingen te combineren in één constructie. Mogelijkheden 3D-betonprinten Met het printen van beton zijn zeer uiteenlopende vormen mogelijk. Een print robot kan immers min of meer elk pad volgen. Uiteraard zijn er praktische beperkingen ten aanzien van grootte van de printer (hoewel in theorie elke afmeting mogelijk is) en transport. In de praktijk worden constructies dan ook vaak opgebouwd uit kleinere ele- menten. Een andere beperking is de ondergrond. Beton kan niet in de lucht worden geprint en moet dus op een basis worden aangebracht. Dat hoeft overigens niet altijd beton te zijn. Er kan ook worden gedacht in combina- ties met een ander materiaal als (tijde- lijke) ondersteuning in het printproces. Bij 3D-betonprinten kunnen het ont- werpproces en de realisatie niet los van elkaar worden gezien. Zo zijn geome- trie en constructieve eigenschappen sterk afhankelijk van de mogelijkheden van de printer en het toegepaste mate- riaal. Er wordt gesproken over relaties tussen drie componenten: de printstra- tegie, het geprinte materiaal (beton) en de gewenste vorm (fig.2). Over deze relaties wordt steeds meer bekend. En hoe meer er bekend is, hoe meer de weg wordt vrijgemaakt naar een proces waar er vanuit CAD automatisch con- structies kunnen worden vervaardigd zonder de tussenkomst van mensen, mogelijk gebruikmakend van para- metrisch ontwerpen. Op dit moment is dat echter nog niet zover. Parameters Er zijn veel factoren die een rol spelen bij het printen van beton. Een daarvan is het materiaal beton zelf. Duidelijk is dat 3D-betonprinten veel van het Printer ? Pompdruk ? Printsnelheid ? Afmetingen printer ? Geometrie nozzle ? Omgevingstemperatuur ? Omgevingsvochtigheid Beton ? Samenstelling ? Deeltjesgrootte ? Hulpstoffen ? Open tijd ? Groene sterkte ? Consistentie Geometrie ? Vorm ? Dimensies ? Grootte ? Radius ? Sterkte en stijfheid materiaal vraagt. Waar beton de afgelo- pen tijd is ontwikkeld tot een zelfver- dichtend materiaal dat zich probleem- loos verspreid, vraagt printbaar beton juist het tegenovergestelde. Als het eenmaal uit de printkop komt, moet het ook op die exacte plek blijven staan, niet inklinken en bovengelegen lagen kunnen dragen. De groene sterkte moet dus groot genoeg zijn. Maar het beton moet ook te printen en dus verpompbaar zijn. Bovendien moet voor een degelijk eindresultaat de hechting tussen de verschillende lagen voldoende zijn. Een andere belangrijke parameter is de printsnelheid. Deze heeft ook een sterke relatie met het materiaal. Het beton moet zoals gezegd voldoende tijd krijgen om te verharden zodat het bovengelegen lagen kan dragen. Maar verharding moet ook weer niet te ver zijn gevorderd om te voorkomen dat nieuwe lagen niet hechten aan de oude lagen. In die zin is ook de geometrie belangrijk. Als de constructie te groot wordt, kan het te lang duren voordat de printer 'rond' is. 2 Parameters die invloed hebben op het 3D-printen 19 VAKBLAD I 2 2018 18-3DCP.indd 19 02-07-18 12:28 Ook de breedte van het printspoor, de maximale radius in de bochten en de hoogte van de printkop boven het te storten printspoor zijn belangrijke varia- belen. Verder spelen pompdruk, beton- en omgevingstemperatuur, vorm en afmetingen van de nozzle een rol. Al met al leidt dit tot een grote hoeveel- heid variabelen (fig.2). Sommige van deze variabelen zijn volledig beheers- baar, andere veel minder. Om het pro- ces te beheersen en de printbaarheid en de eigenschappen van de construc- tie te voorspellen, is het belangrijk deze afhankelijkheden te begrijpen en te kwantificeren. Verschillende technieken Er wordt wereldwijd op grote schaal gepionierd met 3D-betonprinten. Daarbij worden verschillende invals- hoeken en technieken toegepast. Contour Crafting De eerste voorbeelden van 3D-beton- printen komen van de universiteit van Zuid-Californië. Daar ontwikkelt Behrokh Khoshnevis sinds de jaren negentig het zogenoemde Contour Crafting [1] (foto 3). Deze techniek bouwt betonwanden gelaagd op, gebruikmakend van een printkop met één of meerdere nozzles (spuitmon-den). Hiermee kunnen bijvoorbeeld binnen- en buitenblad van een wand in één beweging worden geprint. Con- tour Crafting werd het spin-off bedrijf waarin Khoshnevis zijn visie van een geautomatiseerde bouwplaats probeert te realiseren, die zich niet beperkt tot printen, maar waar ook het plaatsen van balken, vloeren, installaties en de afwerking is gerobotiseerd. Concrete Printing Op de Britse Loughborough University wordt onderzoek verricht naar Con- crete Printing (foto 4). Deze printtech- niek is vergelijkbaar met Contour Craft- ing, maar heeft een hogere resolutie en een betonsoort van hogere sterkte. Hiermee kan niet alleen de uitwendige contour worden geprint, ook worden de inwendige structuur en doorsnede- opbouw van bijvoorbeeld een wand vormgegeven. Dit biedt de mogelijk- heid tot integratie van leidingwerk of isolatie. De universiteit werkt nu samen met het Zweedse bouwbedrijf Skanksa om de techniek op commerciële schaal door te ontwikkelen [2]. Smart Dynamic Casting De Gramazio Kohler Research Group van het Zwitserse ETH hanteert een andere aanpak, genaamd Smart Dynamic Casting (foto 5). Deze tech- niek maakt, in tegenstelling tot de eer- der genoemde technieken, wel gebruik van een bekisting. Het gaat hier echter om een dynamische bekisting: de geo- metrie van de kist wordt tijdens het extruderen van beton bijgestuurd. Ook met deze techniek kunnen complexe objecten in beton worden gerealiseerd, zonder voortdurend nieuwe bekisting te maken [3]. D-Shape De Italiaan Enrico Dini ontwikkelde een geheel andere techniek die niet is geba- seerd op de stapeling van geëxtru- deerde filamenten, maar is geïnspireerd door poederbedtechnieken. Bij het pro- ces D-Shape, dat hij ontwikkelde, 3 Contour Crafting 4 Voorbeeld van concrete printing 5 Bij Smart Dynamic Casting wordt de geometrie van de kist tijdens het extruderen van beton bijgestuurd 20 VAKBLAD I 2 2018 18-3DCP.indd 20 02-07-18 12:28 wordt telkens een laag droog materiaal neergelegd, waarna honderden kleine nozzles lokaal bindmiddel injecteren. Hiermee hardt het materiaal alleen uit waar het gewenst is en werkt het onverharde materiaal als tijdelijke ondersteuning tijdens het printproces. Dit leidt tot een bijna onbeperkte geometrische vrijheid [4]. Bedrijven Langzamerhand ontstonden er meer commerciële initiatieven. In het Ameri- kaanse Minnesota richtte aannemer Andrey Rudenko het bedrijf Total Kustom op, dat vergelijkbaar met Con- tour Crafting betonobjecten op locatie kan printen. De bouwplaats beperkte zich aanvankelijk tot zijn garage en ach- tertuin, waar hij een betonnen schaal- model van een kasteel heeft geprint. Rudenko heeft plannen om zijn tech- niek op grote schaal in de praktijk toe te passen. In de Filippijnen heeft hij al een volledige hotelkamer op locatie geprint. Ook in Nederland is een soort- gelijke techniek al opgepakt. CyBe, gevestigd te Oss, heeft al diverse bouw- werken gerealiseerd. Ook in China wordt 3D-betonprinten ontwikkeld. Zo komen regelmatig nieuwsberichten uit Shanghai, waar WinSun de eerste grote huizen, appar- tementen en zelfs villa's in beton heeft geprint. In die berichten ontbreekt ech- ter vaak het feit dat deze gebouwen in onderdelen in een fabriek worden geprint. Deze gebouwdelen worden vervolgens naar de bouwplaats ver- voerd en daar geassembleerd tot grote bouwwerken (foto 6). Dit doet echter niets af aan de prestaties van het Chi- nese bedrijf. Minder bekend is HuaS- hang Tengda, dat ook bezig is met printachtige bouwtechnieken. De potentie van de techniek en de aan - sprekende voorbeelden van casestu- dies hebben er inmiddels toe geleid dat er steeds meer commerciële par - tijen bij komen, zoals het Russische Apis Cor, het Franse XtreeE, en Incre - mental3D uit Oostenrijk. De Neder - landse markt heeft ook nieuwkomers Concr3de en Vertico kunnen verwelko - men. En ook grotere partijen duiken in de technologie: Weber Beamix, Bruil en Sika hebben allen printmortels en printfaciliteiten ontwikkeld. Onderzoek TU Eindhoven In 2015 is de TU Eindhoven gestart met een onderzoekstraject 3DCP, in samen- werking met een groep van industriële partners. Belangrijk doel daarbij is ken- nis over de techniek te ontwikkelen en na te gaan wat de invloed van de ver- schillende factoren is. Het gaat hierbij vooral om het constructieve gedrag tij- dens productie en in de eindfase. Opti- maliseren van het betonmengsel hoort niet zozeer tot de doelstellingen. Ken- nis over het materiaal komt voorname- 6 Het Chinese bedrijf WinSun bouwt woningen met onderdelen die in een fabriek worden geprint 21 VAKBLAD I 2 2018 18-3DCP.indd 21 02-07-18 12:28 lijk van partner Weber Beamix. Een van de eerste stappen was het bou- wen van een printer. In het lab van de TU/e is een opstelling gebouwd met afmetingen 11 × 6 × 4 m 3. (foto 12) De techniek die deze printer toepast, is gebaseerd op het eerdergenoemde contour crafting. De printer heeft vier vrijheidsgraden: hoogte, breedte, lengte en rotatie om verticale as. De vorm en afmetingen van de printkop (nozzle) zijn in verschillende stappen geoptimaliseerd tot 40 × 10 mm 2. De nozzle is via een slang met een diameter van 25 mm gekoppeld aan een meng-pompsysteem, van waaruit het beton richting de nozzle wordt gestuurd met een druk van 1 tot 3 bar. De positie, rotatie en de snelheid van de nozzle wordt automatisch aangestuurd. De besturing beperkt zich niet tot uitslui - tend de robotbewegingen en snelheid. Ook de materiaaloutput van de printer wordt dynamisch aangestuurd, door de pompfrequentie aan te passen aan de verplaatsingssnelheid van de printkop. Betonmengsel Door Weber Beamix zijn verschillende printmortels ontwikkeld. Aanvankelijk is Voorbeelden Er zijn diverse indrukwekkende voorbeelden van bruggen en gebouwen gerealiseerd met 3D-betonprinten. Overigens is kennis, met name van de internationale projecten vaak niet beschikbaar. Zo is bij deze projecten lang niet altijd duidelijk welke onderdelen precies zijn geprint, welke mengselsamen- stelling is toegepast en hoe constructieve veiligheid is gewaarborgd. ? Woning met twee verdiepingen in China (400 m 2) in 2016 door HuaShang Tengda. ? Kantoorgebouw in Dubai (250 m 2) in 2016 door WinSun. ? Interieur van een hotelkamer in de Filippijnen (12,5 × 10,5 × 4 m 3) in 2015 door Total Kustom. ? Woongebouw van vijf lagen in Suzhou, China in 2015 door WinSun. ? Villa in Suzhou, China (1100 m 2) in 2015 door WinSun. ? Speelkasteel in Minnesota, USA in 2014 door Total Kustom. ? Tien woningen in Suzhou, China in 2014 door WinSun. ? Diverse woningen, o.a. in El Salvador door het Ameri- kaanse Icon in 2017/2018. ? Diverse woningen, o.a. Tiny house in Moskou door Apis Cor in 2017/2018 (foto 7). Recente voorbeelden met Nederlandse inbreng: ? Geprinte fietsbrug in Gemert. Betrokken partijen: BAM Infra, provincie Noord-Brabant, Witteveen+Bos, ge- meente Gemert-Bakel, Saint-Gobain Weber Beamix B.V., Dywidag-Systems International BV, Verhoeven Timmerfa- briek en NV Bekaert SA en TU Eindhoven (foto 8). ? R&Drone Laboratory, Dubai. Betrokken partijen: CyBe Construction, Witteveen+Bos. ? Vergaderfabriek Teuge. Betrokken partijen: Witteveen+Bos, CyBe (in voorbereiding). (foto. 9) ? Autobrug in Groningen. Betrokken partijen FDN Enginee- ring (in voorbereiding). (fig. 10) ? Huis in Milaan. Betrokken partijen: CyBe Construction, ARUP, Italcementi, CLS Architetti. ? Woningen in Eindhoven (in voorbereiding) (foto 10). 7 Tiny house in Moskou door Apis Cor 2017/2018 9 Vergaderfabriek Teuge, Form Foundation 10 Geprinte woningen in Eindhoven, bron Houben/ Van Miel Architecten 22 VAKBLAD I 2 2018 18-3DCP.indd 22 02-07-18 12:28 gewerkt met een mortel bestaande uit portlandcement (CEM I 52,5 R), steen- achtig toeslagmateriaal met een opti- male korrelverdeling en een maximale diameter van 1 mm, kalksteenmeel als vulstof, hulpstoffen ten behoeve van het pompen en thixotroop gedrag, en een kleine hoeveelheid polypropyleen- vezels om scheurvorming door vroege hydratatie te voorkomen. Deze mortel heeft de naam Weber 3D 115-1 gekre- gen. Het gedrag van de mortel kan worden aangepast door versnellers of het cementgehalte aan te passen. Het mengsel heeft een 28-daagse druk- sterkte van ongeveer 30 MPa en een buigtreksterkte van ongeveer 5 MPa. Het beton is aardvochtig waardoor de opbouw van lagen mogelijk is. Boven- dien is hierdoor de relatie tussen print- pad, nozzlegrootte en geometrie ook goed te beheersen. Het beton heeft een lange open tijd waardoor het min- der afhankelijk is van het printinterval (tijd tussen twee lagen). Inmiddels is de mortel Weber 3D 145-1 ontwikkeld, met een hogere sterkte, grotere maxi- male korrel, lagere viscositeit en snel- lere sterkteontwikkeling. Proces Toen er nog weinig bekend was over de relatie tussen het beton, de printer en de geometrie werd er vooral uitge- gaan van trial-and-error, de meest een- voudige manier om een constructie te printen. Inmiddels is het onderzoek aanzienlijk gevorderd en is al veel bekend over de invloed van de verschillende parame- ters op het printproces. Nog meer inzicht krijg je als je de invloed van deze parameters op de eigenschappen van de constructie kent. Daarvoor moet ook informatie beschikbaar zijn over stabiliteit en hechtsterkte. Om hier meer over te weten, is een EEM-model opgesteld en een analytisch model ontwikkeld. Hierin is een tijdafhankelijke spanning- rekrelatie meegenomen. Als dit goed in beeld is, kan worden voorspeld welke constructies bij welke snelheden wel en niet kunnen worden geprint. Het materiaalgedrag in dit model is gebaseerd op uitgebreid experimenteel onderzoek aan het verse beton (tot 90 minuten oud). Omdat er geen richtlij- nen beschikbaar zijn voor het gedrag van geprinte constructies, zijn uni-axi- ale druk- en afschuiftesten uitgevoerd. Ook is een optisch meetsysteem aange-bracht om de vervormingen tijdens het printen te kunnen monitoren. Het is de bedoeling in de toekomst ook factoren als temperatuur mee te nemen. Treksterkte Een belangrijke relatie is die tussen de intervaltijd (tijd tussen het aanbrengen van twee lagen), verhardingstijd en de hechtsterkte. De experimenten op de TU/e hebben aangetoond dat de trek- sterkte sterk terugloopt als de interval- tijd oploopt. Als deze intervaltijd echter binnen een aantal minuten blijft, blijkt hij nauwelijks meer van invloed te zijn. Dit geldt althans voor het materiaal dat is toegepast bij het onderzoek. Het zou kunnen zijn dat die afhankelijkheid gro- ter is bij andere mengsels. Ductiliteit Een groot probleem bij geprinte con- structies is het gebrek aan ductiliteit door het ontbreken van wapening. Een oplossing is geprint beton alleen toe te passen in constructies die uitsluitend op druk worden belast. Dit zou de toe- passingsmogelijkheden echter ernstig beperken. Bovendien is het ook voor constructies op druk vaak gewenst extra robuustheid te realiseren. Een andere oplossing is geprint beton alleen in te zetten als verloren bekis- ting. Maar ook hierdoor zouden enkele interessante voordelen verloren gaan. Wapening Het beste zou zijn een oplossing te vin- den om wapening toe te passen in het beton. Dit vraagt erom na te denken over de definitie van wapening voor 3D-printen. Wordt de wapening geplaatst en het beton eromheen geprint of is het juist de wapening die gaat worden geprint? Op de TU/e is een methode ontwikkeld waarbij een wapeningskabel tijdens het printproces kan worden meegenomen. Naast de printkop voor beton is een kop aangebracht die een staaldraad vanaf een spoel aanbrengt. Het gaat hier om wapening met beperkte diameter. 8 Plaatsing van geprinte fietsbrug Gemert, foto Johan van der Laar 11 Groninger autobrug proefliggers 23 VAKBLAD I 2 2018 18-3DCP.indd 23 02-07-18 12:28 De eerste resultaten aan de hand van uit- rekproeven en vierpuntsbuigproeven (foto 13 en 14) laten zien dat de wape - ning een positief effect heeft op het nascheurgedrag en de vervormingscapa - citeit. Het systeem is nog verder te opti - maliseren. Er moet ook meer informatie beschikbaar komen over de invloed van de verankeringslengte en rekgedrag van verschillende typen wapening. Een andere oplossing is het toepassen van vezelbeton. Er is onderzoek verricht [5] naar het gedrag van geprint beton met kunststofvezels. Hierbij zijn vezels toegepast met een grotere lengte dan de diameter van de printkop. Dit had een positief effect op de oriëntatie van de vezels. De resultaten lieten een positief effect zien op de treksterkte en ductiliteit. Zowel wapening als staalvezels zullen de hechtsterkte tussen de lagen echter niet significant verbeteren. In de hui- dige technieken overbruggen geen van beide namelijk de interface. Daarom zal er voorlopig in één richting altijd sprake zijn van bros bezwijkgedrag. Tot slot Naast cons