Een uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-238531 juli/augustus 1971Niet-destructiefonderzoekInleidingDe mens is een nieuwsgierig wezen. Van allerleidingen die hij in handen krijgt wil hij van allesweten en omdat de mens blijkbaar ook graagaan kapot maken denkt, is de eerste vraagmeestal die naar de sterkte van het voorwerpdat we in handen hebben. Nu :is in het algemeendie vraag niet zo moeilijk te beantwoorden.Wanneer we de stok, die we juist hebben opge-raapt, op onze knie doorbreken dan krijgen wedoor de kracht die onze handen daarbij hebbenmoeten uitoefenen een indruk van de sterktevan de stok. We kunnen die sterkte wel niet incijfers uitdrukken, maar door vergelijking metde kracht die we voor een andere stok nodighadden, kunnen we in ieder geval sterk enzwak onderscheiden. Alleen ... nu hebben wegeen stok meer en we hadden hem juist opge-raapt om er iets mee te doen. Waar ter wereldvinden we een stok met precies dezelfde sterk-te? Zelfs een even dikke tak van dezelfde boomkan middenin een kwast of een rotte plek heb-ben en daardoor een heel andere sterkte.Die stok wilden we alleen maar gebruiken omer bij het lopen op te steunen en bij onze wan-deling door het bos vinden we gauw genoegeen andere die voor hetzelfde doel kan dienen.Zodra we materialen gaan verzamelen om eenhuis mee te bouwen, wordt de zaak heel wat in-gewikkelder.We hebben dan niet alleen te ma-ken met verschillende materialen met ieder zijneigen sterkte, maar zouden ook nog graag we-ten hoe sterk de combinatie van al die materi-alen is, met andere woorden hoe sterk murenen vloeren van onze woning zijn.Materiaalonderzoek vroeger en nuOnze middeleeuwse voorouders wisten van desterkte van hun bouwmaterialen nog niet veelaf; ze hadden ook weinig mogelijkheden die tebeproeven. Uit ervaring wisten ze wel zo onge-veer hoeveel een bouwsteen kon dragen eneveneens uit ervaring wisten ze ook wat con-structief mogelijk was en wat niet. Nauwkeurigecijfers omtrent de sterkte van hun materialenhadden ze niet en ze misten ook de apparatenom deze te bepalen. Daarom namen ze voorhun belangrijke gebouwen geen enkel risico;muren van vele stenen dik en zware balken vanhet beste hout dat er te krijgen was, moestengaranderen dat het gebouw sterk en duurzaamzou zijn. Dat dit inderdaad lukte, wordt bewe-zen door het feit dat vele gebouwen uit die tijdde eeuwen hebben getrotseerd.Zolang men de gewone huizen in hout bouwdeen alleen voor openbare gebouwen gebruikmaakte van steen, ging dat allemaal nog best.Zelfs veel later, toen steeds meer woonhuizenook in steen werden gebouwd, kon men degevolgde royale bouwwijze nog volhouden om-dat het totaal aantal te bouwen huizen nog kleinwas. Nu we alleen al aan woonhuizen er zo'n125000 per jaar moeten bouwen om de zaakenigszins bij te houden, spreekt het wel vanzelfdat we zo rationeel mogelijk moeten bouwen endaarbij precies moeten weten wat we van onzebouwmaterialen kunnen vergen.Daar liggen dan een 50 000 stenen opgetast alseerste bouwmateriaal voor ons huis en we wil-len weten of deze stenen sterk genoeg zijn ombij de voorgenomen muurdikte de rest van hethuis te dragen. Aan meetinstrumenten omnauwkeurig de druksterkte van die stenen tebepalen, ontbreekt het ons tegenwoordig niet.We zitten echter met een oud probleem. AI diestenen kapot drukken verschaft ons weliswaareen zeer uitvoerige informatie over de sterkte,maar het is een beetje duuren we houden bo-vendien niets over om te bouwen! Misschienkunnen we uit de restjes nog net een hondehokbouwen maar zeker geen huis meer. Goed, weroepen de statistiek te hulp (zie BETON/EK1/13) en weten dan dat we uit het onderzoekvan een vrij kleine steekproef conclusies rno-gen trekken omtrent de sterkte van de hele par-tij. We kunnen ook proefstukjes vervaardigenuit de metselspecie, die laten verharden endaarvan de druksterkte bepalen. Kennen wedaarmee ook de sterkte van de uit die stenenen mortel gemetselde muur? Zolang het omzuivere druksterkte gaat kunnen we wel aanne-men dat bij een druk, waarbij de zwakste vande twee bestanddelen bezwijkt, ook het ge-heel het nietzal houden. Zodra echter buiging,weerstand tegen afschuiving, enz., een rol gaanspelen, komen er andere factoren in het geding.Vooral de hechting van de mortel aan de steengaat dan heel belangrijk worden.Bij beton Iigtde zaak nog wel zo moeilijk. Wekunnen bepaalde gestandaardiseerde proef-stukjes van zand-cementmortel maken en zo dezgn. normsterkte van het cement bepalen. Wekunnen evenzo proefkubussen uit de betonspe-cie maken en onderzoeken (BETON/EK 1/3 en21Schiethamer van Schmidt in gebruik; de terug-s/agwaarde (R) wordt afgelezen :op de zwarteschaal en is niet alleen afhankelijk van de hard-heid van het betonoppervlek maar ook van destand van het apparaat1/13) en daaruit een schatting verkrijgen vanwat de sterkte van het beton in de constructiezou kunnen zijn. De ware sterkte van de con-structie leren we daardoor niet kennen.Alles bijeengenomen veroorloven de modernehulpmiddelen van het materiaalonderzoek onsom allerlei eigenschappen van onze bouwma-terialen te bepalen, maar die van de ermee ver-vaardigde constructie kennen we niet. Natuur-lijk kunnen we ook een bepaald constructie-deel wel beproeven, bijv. een geprefabriceer-de balk, die we tot bezwijken belasten. Het isechter een duur experiment dat alleen lonendis wanneer het om zeer grote aantallen van de-zelfde balken gaat of wanneer het een proefmet een :ofandere bijzondere constructie be-treft. Bovendien moeten we ook hierbij nog al-tijd een slag om de arm houden. Wanneer we2Doorsnede van de schiethameruit precies dezelfde grondstoffen en met pre-cies dezelfde mengverhouding een andere balkmaken, maar daarbij de specie minder zorg-vuldig verdichten, dan zal deze tweede balktoch zwakker zijn dan de eerste.Niet-destructieve beproevingUit het voorgaande blijkt wel dat het erg ple-zierig zou zijn om mogelijkheden te hebben tothet bepalen van de sterkte van een constructiezonder dat we deze hoeven te vernielen. Dezemogelijkheden zijn er inderdaad: een heel sim-pele sinds onheuglijke tijden, meer geperfecti-oneerde pas sinds vrij korte tijd. De optimisti-sche lezer die mocht menen dat we daarmeehet middel voor alle kwalen in handen hebben,moeten we helaas teleurstellen. Ook niet-de-structief materiaalonderzoek heeft zijn beper-kingen en hoewel we er dlnqen mee kunnendoen, die vroeger niet mogelijk waren, moetenwe ons er toch voor hoeden in deze beproe-vingswijze meer te zien dan er in zit. Bij de be-spreking van de verschillende in gebruik zijndeapparaten zullen we nog gelegenheid hebbendaarop te wijzen.Het meest eenvoudige apparaat voor niet-de-structief onderzoek is een doodaewone hamer.Geeft men met een hamer een tik op jong betondan hoort men een doffe klank. Naarmate deverharding voortschrijdt, wordt de klank hel-derder en met enige oefening slaagt men ervrij gauw in om uit de klank een indruk te krij-gen omtrent de mate waarin de verharding isvoortgeschreden. Is de verharding door een ofandere oorzaak gestoord dan blijft de klankdof. De simpelheid van de methode is vanzelf-sprekend een groot voordeel, een hamer is im-mers OP ieder bouwwerk wel te vinden.Anderzijds ligt daarin juist een beperking: het3- - . -=-. _ .resultaat is op geen enkele wijze in cijfers vastte leggen terwijl bovendien de indruk nogalpersoonlijk is. Verschillende personen kunnenover de mate van helderheid van de klank eentamelijk uiteenlopend oordeel hebben. Daarkomt nog iets bij. Feitelijk geeft de klank onsalleen een indruk van de hardheid van het op-pervlak van het beton. Dieper dan enkele cen-timeters gaat de weerslag van de hamer niet.Zou dus door welke oorzaak dan ook de buiten-ste laag beton zacht zijn en het inwendige hardzijn geworden, dan spiegelt de tik met de hamerons heel wat minder voor dan er in werkelijk-heid is!Betonhamer van SchmidtHet heeft natuurlijk niet aan pogingen ontbro-ken om aan de hand van die klap met de hamerwel iets te meten. De oplossing is vrij eenvoudigen er zijn dan ook verschillende apparaten ont-wikkeld, waarvan de schiethamer van Schmidtde meest succesvolle is gebleken. De werkingberust hierop dat een stalen staaf door een veertegen het betonoppervlak wordt geschoten. Bijhet terugspringen neemt de staaf een wijzertjemee dat langs een schaalverdeling beweegt,waarop de terugveerhoogtekan worden afge-lezen. Het gemiddelde van tien metingen, vlakbij elkaar uitgevoerd, geldt als één waarde dieals R-waarde wordt aangeduid. Foto 1 geeft eenafbeelding van zo'n schiethamer, terwijl figuur2 een doorsnede laat zien.Wanneer men van een aantal betonkubussende R-waarde en vervolgens de druksterkte be-paalt, dan blijkt er tussen die twee een zekerverband te bestaan. Bij ieder apparaat is eenijklijn aanwezig, die dit verband aangeeft. Fig.3a geeft een voorbeeld van een dergelijke ijk-lijn; in fig. 3b zijn tevens de resultaten van eenaantal proeven aangegeven. Daaruit blijkt wel60E7570.65oE4550 554540353025-V- ---Vv:I20010020300Eo5005,20r·//E·.z · I·..·.x:..·.x::1. ··/i·· ··. .. ·.... i. .v·// .. opgegeven ijkwaarde door/ de fabrikant. . waarnemingen T.N.O.I3aIJklijn voor het afleiden van de kubussterkte uitde R-waarde; rechts naast de grafiek is de mo-gelijke afwijking uitgezet3bResultaten van een aantal proeven met deschiethamer, uitgevoerd door TNOIIBBC3119 23 27 35 39aflezing4dat de nauwkeurigheid niet heel groot is.Wil men enigszins bruikbare waarden met deschiethamer verkrijgen, dan moet op een glad,qaaf en vooral drooq oedeelte van hetpervlak worden gemeten, terwijl men er boven-dien zorg voor moetdragen de hamer loodrechtop het oppervlak te houden. Als hulpmiddelvoor het verkrijgen van een glad oppervlakwordt bij iedere hamer een klein slijpsteentjemeegeleverd. Verder geldt natuurlijk hetzelfdedat bij de gewone hamer al is gezegd, namelijkdat men feitelijk alleen de hardheid van hetoppervlak meet.Voor lage betonsterkten is de schiethamer nietgeschikt. Daarvoor is ook door Schmidt eenander type ontwikkeld: de pendel hamer. Dezeberust op hetzelfde principe, maar is andersuitgevoerd. Figuur 4 geeft er een beeld van. Dittype hamer leent zich juist weer niet voor hoge-re sterkten. Ondanks het feit dat de pendel ha-mer duidelijk een beperkter meetgebied be-strijkt, vormt deze toch een welkome aanvullingop de schiethamer.Hoewel men dus in de R-waarde geen nauw-keurige maatstaf voor de sterkte van het betonmag zien, blijkt vooral de schiethamer in depraktijk toch wel een plezierig en bruikbaar in-strument te zijn. Afmetingen en gewicht zijnmaar gering en maken het mogelijk het instru-ment overal mee naar toe te nemen. De bedie-ning zeer eenvoudig en door iedereen in eenoogwenk te leren, terwijl de meting :snel kanworden uitgevoerd. Kortom, men verkrijgt er opeenvoudige wijze een indruk mee van de sterk-te van een betonconstructie. Men moet er ech-ter niet meer informatie uit willen halen dan hetding kan geven.54Pende/hamer in gebruikAkoestisch onderzoekIn de laatste jaren is een geheel andere meet-methode praktisch bruikbaar geworden. Wan-neer men een geluidsgolf door beton stuurt,dan blijkt dit geluid sneller door het beton heente gaan naarmate de druksterkte van het betonhoqer is. Het meten van de snelheid van het ge-luid in beton, d.W.Z. van de tijd die nodig is omeen bepaalde afstand te doorlopen, kan duseen maat geven voor de druksterkte. Aangeziendie snelheid in beton hoog is (4000tot 5000 mis)zou men of over een lange weg moeten metenof in staat moeten zijn om zeer korte tijden temeten (enkele tientallen microseconden).Het eerste is meestal niet uitvoerbaar, het twee-de is door de ontwikkeling van de elektronicamogelijk geworden. Apparaten voor deze meet-methode bestaan in principe uit een trillingge-ver, die de geluidsgolfdoor het beton stuurt,een op bekende afstand daarvan geplaatstetrillingopnemer, die het ontvangen signaal regi-streert en een daartussen geplaatst meetinstru-ment. Dit laatste meet de tijd, die is verlopentussen het uitzenden en het opvangen van hetsignaal en toont het resultaat van de meting ineen of andere vorm op een aanwijsinstrument.Hierboven is gesproken van geluidsgolvenmaar in feite gebruikt men ultrasone trillingen,dat wil zeggen de voor het menselijk oor niethoorbare geluidstrillingen van zeer hoge toon-hoogte.Aanvankelijk waren de voor deze meetmethodegeschikte apparaten tamelijk ingewikkelde enonhandelbare toestellen, die moeilijk naar eenbouwwerk waren mee te nemen en bovendienalleen maar te bedienen door ervaren vaklie-den. Enkele jaren geleden echter is het InstituutTNO voor Bouwmaterialen en Bouwconstruc-ties erin geslaagd een klein en zeer eenvoudigte bedienen meetapparaat te ontwikkelen, datonder de naam 'betontester' in de handel wordtgebracht door de N.V. Instrumentatie voormeet-en regeltechniek C.S.I. te Vlaardingen.Het apparaat geeft de doorlopen tijd in micro-seconden aan. Na nauwkeurige meting van deafstand tussen zend- en ontvang kop kan menzonder moeite :devoortplantingssnelheid vanhet geluid berekenen.Toepassing van het niet-destructief onderzoekDe voortplantingssnelheid van het geluid is eengrootheid, die toeneemt met toenemende sterk-te van het beton maar daarmee kennen we diesterkte nog niet en zijn we dus eigenlijk nogeven ver. Gelukkig bestaat er wel een mogelijk-heid om uit bovenstaande meting toch heel watvan de druksterkte te weten te komen.Er bestaat nameHjk een vast verband tussen devoortplantingssnelheid van het geluid en de.elasticiteitsmodulus van beton. Dit verband ligtvast in een wiskundige formule, zodat de elas-ticiteitsmodulus zonder meer kan worden be-rekend uit de voortplantingssnelheid. Ander-zijds bestaat er ook een duidelijk verband tus-sen de elasticiteitsmodulus en de druksterktevan beton. Helaas is dit verband niet in een vooralle gevallen geldende wiskundige formule tevangen omdat het onder meer afhankelijk :is van65De betontesterlil->4200t4000 I380036004800= 0.01149 R+ 0,0003794 V + 0.4332correLatiecoëfficiënt = 0.83variatiecoëfficiënt = 12.3 %--- - -- - - - --- - --.- »>:- - »>:--- - -- - -- - -- - - -- -- -»>:i.->- -- I1002005006Kubussterkte afgeleid uit de terugslagwaarde(R) en de doormeetsnelheid (V)de samenstelling van het beton en de wijze vannabehandelen.Uit ons land uitgevoerde uitvoerige onder-zoekingen is voldoende vergelijkingsmateriaalverzameld ten aanzien van het verband tussende geluidssnelheid en de druksterkte van be-ton van uiteenlopende samenstelling. Kennenwe derhalve de voorgeschiedenis van het on-derzochte beton, dan kan uit het akoestischonderzoek een redelijk nauwkeurige indruk vande druksterkte worden verkregen. Weet menniets naders over het beton in een constructie,dan kan feitelijk alleen maar worden vergele-.ken of het beton het ene deel van de con-structie sterker is dan in het andere. Een on-langs uitgevoerd aanvullend onderzoek heeftnieuwe hoopgevende resultaten gehad. Er isnamelijk gebleken dat een combinatie van demetingen met de schiethamer en met de beton-tester behoorlijk betrouwbare gegevens om-trent de druksterkte van de constructie ople-vert, ook al kent men de voorgeschiedenis vanhet beton niet.In het diagram van fig. 6 is aangegeven hoemen uit de gemeten R-waarde en de berekendevoortplantingssnelheid de druksterkte kan af-leiden. Hiermee is de weg naar een verdere toe-passing van het niet-destructief onderzoek ge-opend.7cQo