KOUDGEDEUK T BETONSTA AL B500B OP ROLLEN BETER TE VERWERKEN TOT WAPENINGSCONSTRUCTIES DANKZIJ EMB-PROFIEL Betonstaal is vanwege zijn goede aanhechting, hoge sterkte en goede rek een essentieel onder- deel van gewapende betoncon- structies. Gedurende vele jaren zijn productiemethoden van betonstaalsoorten in ontwikkeling met als doel lage productiekosten, goede lasbaarheid en een betere verwerking tot wapeningscon- structies. Zo wordt betonstaal t/m 16 (20) mm nog vrijwel alleen op rol geproduceerd, omdat het continue machinale verwerking mogelijk maakt. Het geprofileerde oppervlak van betonstaal is van belang voor een goede betonaan- hechting, maar kan soms beper - kingen opleveren bij de verwer - king. Om betonstaal beter te kunnen verwerken en maatvoeren, hebben Van Merksteijn Internatio- nal en Intersig een zogenoemd EMB-profiel ontwikkeld voor rol- len koudgewalst/gedeukt beton - st aal dat voldoet aan de hoge eisen behorende bij ductiliteitsklasse B500B. Ontwikkeling bij betonstaal B500B 12 VAKBL AD 4 2024 Auteur John Booijink, Van Merksteijn International Nederland ? Wim Baudet, Intersig België/Frankrijk ? Theo Breedijk, onafhankelijk expert betonstaal BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 12BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 12 22-11-2024 13:3322-11-2024 13:33 13 VAKBL AD 4 2024 BETONSTA ALSOORTEN Voor betonstaal wordt in Nederland de leve ­ ringsnorm NEN 6008 gebruikt. De eerste versie dateert uit 1968 en bevat drie soorten beton­ staal: ? st aven warmgewalst/luchtgekoeld geribd (FeB220HW/FeB400HW); ? s taven warmgewalst/koudgetordeerd geribd (FeB500HK); ? gepuntla ste wapeningsnetten gefabriceerd van rollen koudgewalst geribd (FeB500HKN) t/m 16 mm. Het getal in deze coderingen geeft de minimum vloei(rek)grens aan in MPa en de letters daar ­ achter de leveringstoestand, ofwel de hier voor aangegeven productiewijze van het beton­ staal. Omstreeks 1980 kwam warmgewalst/water ­ gekoeld FeB500HWL als staven beschikbaar en werden alle betonstaalsoorten lasbaar met maximaal 0,22% C. Dit heeft het FeB400HWL en koudnagerekt (koudgetordeerd) FeB500HK geheel ver vangen. Vanaf 1980 was het verwer ­ ken vanaf rollen betonstaal in opmars vanwege de toename van prefabricage van wapenings ­ constructies in wapeningscentrales. Deze productiewijze levert na het mechanisch rich­ ten ?het verwerken tot recht staafmateriaal ? namelijk continue machinale verwerking (met onder andere buigmachines) en weinig knip­ verlies op. Het produceren van warmgewalst/waterge ­ koeld FeB500HWL op rollen bleek echter nog geruime tijd niet mogelijk. Wel kon deze kwali­ teit op rollen worden geleverd in warmgewalst/ koudnagerekt betonstaal (HK). Maar daar kleefde weer het nadeel aan dat producenten zonder draadwalserij hun vereiste onderschei­ dende walsmerk (zie kader ' Walsmerk') vooraf in het warmgeribde halffabricaat moesten laten walsen. Dat was alleen voor grote producenten haalbaar. Voor koudgeribd betonstaal (HKN) speelt deze handicap niet. INDELING OP BASIS VAN DUCTILITEITSKL ASSE Vanaf 2008 zijn in NEN 6008:2008 Betonstaal de nieuwe Europese betonstaalaanduidingen uit ENV 10080:1995 overgenomen, waarbij de leveringstoestanden zijn ver vangen door ductiliteitsklassen: ? B500A (HKN) ? B500B (HWL/HK) ? B500C (HWL) De codes A, B en C leveren de onderlinge verschillen in minimumverhouding vloei(rek) grens/treksterkte (R m/Re) en minimum gelijk ­ matige rek (A gt). Die zijn voor B500A het laagst en voor B500C het hoogst (fig. 1). De beton­ staalsoorten B500A en B500B worden in Nederland het meest toegepast. Type B500C wordt doorgaans alleen toegepast in construc ­ ties in aardbevingsgebieden of constructies waaraan om andere redenen bijzondere ductiliteitseisen worden gesteld. De in 2020 herziene en vigerende NEN 6008:2020 sluit aan op de Europese norm NEN ­ EN 10080:2005 St aal voor het wapenen van 1 Ductiliteit van betonstaal, met een gelijke minimum vloei(rek)grens van 500 MPa en verschillen in minimum verhouding vloei(rek)grens/treksterkte (R m/Re) WALSMERK Betonstaal moet verplicht worden voorzien van een onderscheidend walsmerk, dat via walsrollen wordt aangebracht op een onderlinge afstand van maximaal 1,5 m. Het walsmerk geeft aan in welk land het betonstaal is vervaardigd en van welke producent het afkomt. De herleidbaarheid van het betonstaal is van belang wanneer er een gebrek of schade aan een bouwwerk is. Het walsmerk bestaat uit de volgende onderdelen: ? Star t walsmerk = twee verdikte dwarsribben; ? Landnummer = aant al normale dwarsribben (staal uit Nederland en België heeft nummer 2), gevolgd door een verdikte dwarsrib; ? Produc entnummers 1 t/m 12 = aantal normale dwarsribben, gevolgd door een verdikte dwarsrib; ? Produc entnummers vanaf 13 via decimaal talstelsel = twee rijtjes van normale dwarsribben, met daartussen een verdikte dwarsrib en gevolgd door een verdikte dwarsrib. Daarbij moet het aantal rib- ben in de eerste rij worden vermenigvuldigd met tien. Bijvoorbeeld twee normale dwarsribben, gevolgd door een verdikte rib en vervolgens één normale rib (tot aan de laatste verdikte rib), geeft aan dat het om producent nummer 2 x 10 + 1 = 21 gaat (fig. 2). In het 'Overzicht van gecertificeerde bedrijven volgens BRL 0501 Betonstaal' van Kiwa staat een han- dige lijst met walsmerken van betonstaal dat voldoet aan de Europese betonstaalnorm. 2 Walsmerk van Van Merksteijn start 2 = NL 2 (x 10) + 1 = 21 BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 13BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 13 22-11-2024 13:3322-11-2024 13:33 14 VAKBL AD 4 2024 beton, Lasbaar betonstaal ? Algemeen. In deze norm worden de betonstaalsoorten zelf niet gedefinieerd, alleen de testmethoden en de merking (het walsmerk). ONTWIKKELING EN VERWERKING VAN BETONSTA AL OP ROLLEN Prefabricage van wapeningsconstructies in wapeningscentrales levert belangrijke voor ­ delen op voor de uitvoering van betoncon­ structies op de bouwplaats; in tijd, kwaliteit en arbeidsomstandigheden. In de wapeningscen­ trales is de toepassing van rollen betonstaal om zowel technische als economische redenen gewenst en is dan ook al jaren ingeburgerd. Twee productietechnische ontwikkelingen van betonstaal op rollen zijn daarbij van belang. 1 Proc escontrole van het mechanisch richten van rollen tot recht staafmateriaal met beperkt effect op de door de producenten van rollen statistisch gecontroleerde pres ­ tatie ­ei genschappen. 2 Aan passing van de profilering van het betonstaalopper vlak voor goede mechani­ sche richtbaarheid van de rollen met onder andere geringe beschadiging van het gepro­ fileerde betonstaalopper vlak. Procescontrole van het mechanisch richten Het mechanisch richten van rollen tot recht staafmateriaal zou geen wijziging moeten aan­ brengen in de prestatie ­ei genschappen van het betonstaal. Het mogelijke beperkte effect op bepaalde prestatie ­ei genschappen moet daar ­ voor doorlopend worden gecontroleerd. Echter, er zijn vele kleine en grotere wapeningscentra­ les zonder trekbanken voor dagelijkse controle ­ trekproeven. In die gevallen kan het staal alleen achteraf worden getest via derden. En waar het gaat om beperkte aantallen, kan van de contro­ letrekproeven bovendien geen statistische onderbouwing worden geleverd. Daarom wordt uitgegaan van rollen betonstaal conform NEN 6008 en NEN ­EN 10080:2005 met s tatistisch onderbouwde prestatie ­ei gen­ schappen die ook na mechanisch richten met pr oc escontrole nog van toepassing zijn. Dit is in Nederland al lange tijd goed geregeld met de BRL 0503 van Kiwa: Wapeningsconstructies en buig ­ en v lechtwerk. Inmiddels staan in NEN 6008:2020 ook toeslagen bij rollen voor bepaalde prestatie ­ei genschappen. Hiermee loopt Nederland in Europa voorop. In Europees verband wordt gewerkt aan een CEN ­Tec hnical Report met aanbevelingen voor de gewenste nationale richtlijnen, aansluitend op de Euro ­ pese betonstaalnorm prEN 10080 (pr = ont ­ werp). Aanpassing van de profilering van warmgeribd betonstaal voor rollen Het al sinds jaren als staven geproduceerde warmgeribd betonstaal (nu B500B/C) heeft twee dwarsribrijen (fig. 3). Het al meer dan 50 jaar als rollen geproduceerde koudgeribd betonstaal (nu B500A) heeft drie dwarsribrijen (fig. 4). Deze rollen B500A zijn goed mecha­ nisch richtbaar vanwege de drie dwarsribrijen (meer ronde vorm), de bredere dwarsribtop­ pen als gevolg van koudprofileren (meer draagvlak) en het gladdere staafopper vlak als gevolg van het koudwalsen. In beide profile ­ ringen gaan de sikkelvormige dwarsribben over in het staafopper vlak. Omstreeks 1985 begon de ontwikkeling van rollen warmgeribd betonstaal. Vanwege de stugheid van dit type staal was het voor de draadwalserijen echter niet eenvoudig deze op rollen te haspelen. Daarom is toen geko ­ zen voor de combinatie met beperkt koud nar e kken in doorloop tussen buigrollen om de sterkte aanvullend te verhogen. Dit warmgeribd/koudnagerekt betonstaal (nu B500B) wordt vooral in West ­Eur opa toege­ past. Voor een betere mechanische richt ­ baarheid (meer ronde vorm) zijn de bij w ar mgeribd gebruikelijke twee dwarsrib­ rijen (fig. 3) later verder aangepast tot quasi vier dwarsribrijen (twee halve dwarsribben per walszijde) (fig. 5). Dankzij de ontwikkeling van een speciale sta­ venopwikkelmachine, kwamen vanaf omstreeks 2000 ook rollen warmgeribd/ watergekoeld betonstaal (nu B500B/C) op de markt. Deze productiewijze wordt vooral in Zuid ­ en N oord ­Eur opa toegepast. Bij de snelle afkoeling van het staal ontstaat hierbij een harde buitenschil, een zogenoemde koel­ schil (Quenched and Self ­Tem pered, QST). Omdat deze koelschil het staal relatief stug maakt, is de profilering verder aangepast. De tot dan toe gebruikelijke, sikkelvormige dwars ­ ribben zijn ver vangen door wat bredere dwars ­ ribben (de ribtoppen) met een constante, wat lagere hoogte, welke doorlopen tot in de vier quasi langsribben (fig. 6). Het relatieve ribop­ per vlak f R blijft gelijk. Vanaf omstreeks 2014 wordt deze profilering ook veel toegepast voor het warmgeribd/ koudnagerekt betonstaal (fig. 7). De nu al jaren specifiek voor rollen warmgeribd/koud ­ nagerekt (nu B500B) en warmgeribd/water ­ gekoeld (nu B500B/C) betonstaal toegepaste r ibpr ofileringen, zien er allebei uit als quasi 'warm gedeukt'. 3 Staven warmgeribd, twee sikkelvormige d warsribrijen 4 Rollen koudgeribd, drie sikkelvormige dwarsribrijen 5 Rollen warmgeribd, vier sikkelvormige dwarsribrijen 6 Rollen warmgeribd/watergekoeld, vier rechthoekige dwarsribrijen 7 Rollen warmgeribd/koudnagerekt, vier rechthoekige dwarsribrijen BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 14BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 14 22-11-2024 13:3322-11-2024 13:33 15 VAKBL AD 4 2024 ONTWIKKELING VAN KOUDGEDEUK T BETONSTA AL B500B In navolging van de voordelen van B500A (goed mechanisch richtbaar en zelf koudge ­ walst walsmerk) en de toenemende vraag naar de hogere B500B ­k waliteit, is Van Merksteijn omstreeks 2000 gestart met de ontwikkeling van rollen koudgedeukt betonstaal (B500B). Daarbij moet worden opgemerkt dat koudge ­ deukt betonstaal al is opgenomen in de Euro­ pese betonstaalnorm EN 10080:2005. Echter, dit betreft zwak gedeukt betonstaal met beperkte deukdiepten en zonder f P­eis voor het re latieve opper vlak van de gedeukte profi­ lering (f P). Deze variant werd voornamelijk in Duitsland toegepast (profiliertem Bewehrung draht B500A+P ). Europrofil Van Merksteijn ontwikkelde koudgedeukt betonstaal met f P­eisen gelijk aan de f R­eisen voor g eribd betonstaal: het zogenoemd Euro­ profil. Na uitgebreid onderzoek door de Tech­ nische Universiteit Stuttgart (2004) werd voor koudgedeukt betonstaal met diameters van 6 t/m 12 mm (fig. 8) Zulassung in Duitsland verkregen. De prestatie ­eis f P = f R is ook in NEN 6008:2008 opgenomen (voor koudgedeukt betonstaal B500A/B). De realisatie van de ver ­ eiste f P­waarde bij de vereiste A gt bleek voor grotere diameters echter nog lastig, vanwege de relatief langere ribafstand en daardoor klei­ nere f R. EMB-PROFIEL Omstreeks 2005 zijn Van Merksteijn en zijn Belgische partner Intersig gestart met de ont ­ wikkeling van rollen koudgedeukt betonstaal B500B met een zogenoemd EMB ­pr ofiel voor diameters van 5 t/m 20 mm (fig. 9). EM staat voor het Franse woord empreinte (gedeukt/ afdruk) en B voor ductiliteitsklasse B500B. Bij dit EMB ­pr ofiel zijn de sikkelvormige dwars ­ ribben van koudgeribd betonstaal ver vangen 8 In 2004 verkreeg Van Merksteijn Zulassung in Duit sland voor koudgedeukt betonstaal met prestatie ­eis f P = fR voor diameters van 6 t/m 12 mm 9 Koudgedeukt B500B betonstaal met EMB ­pr ofiel Betonstaal t/m 16 (20) mm wordt in wapeningscentrales standaard vanaf rollen verwerkt, omdat het continue machinale verwerking mogelijk maakt BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 15BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 15 22-11-2024 13:3322-11-2024 13:33 16 VAKBL AD 4 2024 door koude indeukingen tussen dwarsribben (protrusions, ofwel dammen). Deze dwarsrib­ ben hebben een constante, wat lagere hoogte dan bij koudgeribd en lopen door tot in drie langsribben. Hierbij is het relatieve rib/deuk ­ opper v lak (f P = f R) gelijk gebleven. Met dit EMB ­pr ofiel is een volwaardig alternatief voor rollen warmgeribd/koudnagerekt B500B ver ­ kregen dat met een zelf aangebracht walsmerk kan worden geproduceerd (zie kader ' Voorde ­ len EMB ­pr ofiel'). Door de Technische Universiteit Gent is uitge ­ breid vergelijkend onderzoek gedaan naar rol­ len koudgeribd en koudgedeukt betonstaal met diameters van 8 en 16 mm. Dit onderzoek is in 2017 in Stuttgart geëvalueerd door een betonaanhechtingsexpert. Het onderzoek heeft geresulteerd in Zulassung in Duitsland voor het koudgedeukt betonstaal met diame ­ ters van 5 t/m 20 mm. Ook is voor koudgedeukt betonstaal met een diameter van 16 mm toe ­ gepast in beton vermoeiingsonderzoek en kruiponderzoek gedaan, met goede resultaten. Ver volgens is een tweede uitgebreid vergelij­ kend betonaanhechtingsonderzoek gedaan door de Technische Universiteit Gent, tussen rollen geribd (16 mm koudgeribd, 20 mm warmgeribd/koudnagerekt) en koudgedeukt betonstaal (16 en 20 mm). Dit onderzoek is in samenhang met het eerste onderzoek geëva­ lueerd door een betonaanhechtingsexpert van prEN 1992 ­1­1:2023. De r esultaten tonen voor het geribde en het gedeukte betonstaal verge ­ lijkbare betonaanhechtingseigenschappen. Het koudgedeukt betonstaal met EMB ­pr ofiel en diameters t/m 20 mm wordt inmiddels gecertificeerd geleverd in Nederland (Kiwa), België (Procertus), Frankrijk (Afcab) en Duits ­ land (Dibt). ONTWIKKELINGEN VAN DE BETONSTA ALNORMEN Met de komst van NEN 6008:2020 zijn diverse prestatie ­eisen aan gepast, zoals nieuwe eisen voor de vermoeiingssterkte en invoering van de eerder genoemde toeslagen op bepaalde prestatie ­eisen v oor rollen betonstaal. De her ­ ziening van EN 10080:2005 is, ondanks jaren­ lange actieve inzet, nog steeds gaande. Deze Europese betonstaalnorm toont de vereiste prestatie ­ei genschappen met testeisen, maar zonder de bijbehorende getalwaarden als gevolg van de (te) vele op de markt zijnde Europese betonstaalsoorten (tabel 1). Enige tijd geleden is voor prEN 10080 de dis ­ cussie gestart over voor de betonaanhechting vergelijkbare profilering van koudgedeukt en warm ­/ koudgeribd betonstaal (f P = f R). Dit heeft geleid tot prEN 10080:2023 met alleen de prestatie ­eis f R (geen f P), waarbij de protrusi- Tabel 1. Overzicht huidige betonstaalsoorten in prEN 10080:2023 BETONSTA AL- SOORT 1) PRODUCTIE- WIJZE/ VORM DIAMETER- R ANGE (MM) PRODUCTIE - MET HODEDWARSRIBVORM (A ANTAL RIJEN) DWARSRIBTOP - BREED TE/ RIBAFSTAND (b r/ c )2) B500A rollen 5 - 20 koudgeribd sikkel (3) 0,35 - 0,55 B500B rollen 5 - 20koudgedeukt rechthoek (3) 0,40 - 0,60 B500B rollen 6 - 20 (25) warmgeribd/ koudnagerekt sikkel (4) 0,20 - 0,35 rechthoek (4) 0,25 - 0,40 B500B B500C rollen 6 - 20 (25) warmgeribd/ watergekoeld (QST 3))rechthoek (4) 0,25 - 0,40 B500B B500C staven 20 (16) - 50warmgeribd/ watergekoeld (QST 3))sikkel (2) 0,15 - 0,30 1) De f R (fP) eis conform Eurocode 2 is voor alle betonstaalsoorten gelijk 2) Globale range onder voorbehoud3) QST = Quenched and Self-Tempered VOORDELEN EMB-PROFIEL ? Door de ronde vorm van het EMB-profiel is de massa van het materiaal gelijkmatiger verdeeld. D aardoor treedt er bij het richten minder torsie op en kan een betere maatvoering worden bereikt bij het buigen van beugels (foto 10). ? Het r ondere, gladde materiaal levert minder lawaai en slijtage van verwerkingsmachines op. ? Ti jdens de productie hoeven de rollen van de richtmachines, bij het wisselen tussen betonstaal B500A en B500B met EMB-profiel, niet te worden gewisseld. ? Koud gedeukt betonstaal met EMB-profiel is, in tegenstelling tot warmgeribd betonstaal, ook ver - krijgbaar in de tussendiameters 5, 7 en 9 mm. Ook is de diameter 6 mm beter beschikbaar. ? Met k oudgedeukt B500B wordt de keuze van B500B ten opzichte vab B500A makkelijker. 10 Door de ronde v orm van het EMB ­pr ofiel (rechts) is koudgedeukt betonstaal beter te richten en maatvoeren dan warmgeribd betonstaal (links) 11. Profilering van betonstaal zoals weergegeven in prEN 10080:2023. Links voorbeeld tweezijdig (ook quasi vierzijdig) geribd. Rechts voorbeeld driezijdig gedeukt (bron: conceptnorm prEN 10080:2023, European Committee for Standardization) BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 16BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 16 22-11-2024 13:3322-11-2024 13:33 17 VAKBL AD 4 2024 ons, de dammen van het koudgedeukte profiel, als ribben worden beschouwd (fig. 11). Naast het relatieve ribopper vlak f R, is eveneens de nieuwe prestatie ­eis b r/c ingevoerd; de maxi­ mum verhouding tussen dwarsribtopbreedte b r en ribafstand c, waarbij nog voldoende staafopper vlak voor het beton tussen de dwarsribben beschikbaar is. ONTWIKKELING VAN BETONSTA AL IN EUROCODE 2 EN 1992 ­1­1:2004 (NEN ­EN 1992 ­1­1:2011 met nat ionale bijlage NB:2016) toont alleen geribd betonstaal met f R­eisen. In prEN 1992 ­ 1­1:2023 w ordt onderscheid gemaakt tussen gedeukt en geribd betonstaal, waarbij gedeukt betonstaal met diameters t/m 14 mm is toegestaan. Voor beide geldt dezelfde f R­eis. De wens of discussie om dit uit te brei­ den naar gedeukt betonstaal met diameters t/m 20 mm, is r ec ent ingehaald door de discus ­ sie over de bredere dwarsribtopbreedte (gro­ tere b r/c) voor vrijwel alle rollen betonstaal met diameters t/m 20 (25) mm versus de smallere dwarsribtopbreedte (kleinere b r/c) bij warmgeribde staven betonstaal t/m 50 mm. Naast de minimum f R­eis, moet dit ook leiden to t ook een te stellen minimum b r/c­eis (voor het re latieve staafopper vlak zonder dwarsrib ­ ben of dwarsdammen f s). Hoewel koudgeribd betonstaal al vele jaren en warmgeribd betonstaal op rollen al circa 20 jaar worden toegepast met grotere b r/c, blijkt de beton­ aanhechting conform prEN 1992 ­1­1:2023 nog voor namelijk te zijn gebaseerd op oude datasets van alleen staven warmgeribd betonstaal met kleinere b r/c. Daarnaast is er sprake van meer kritische betonaanhechtings ­ regelgeving ten opzichte van de vigerende NEN ­EN 1992 ­1­1:2011, het geen nu voorligt bij de herziening van NB 2016. Voor prEN 1992 ­1­1:2023 is w ellicht nader betonaan ­ hechtingsonderzoek en/of enige aanpassing v an de bet onaanhechtingsregelgeving vereist. Hierbij is van belang dat de prestatie ­eis v an de maximum verhouding b r/c (f s) wordt vast ­ gesteld via testen met voor de praktijk repre ­ sentatieve betonaanhechtingscondities. TOT SLOT De productie van betonstaal kent een lange geschiedenis en is nog altijd in ontwikkeling. Het relatief nieuwe koudgedeukte betonstaal B500B met EMB ­pr ofiel levert een volwaardig alternatief voor rollen warmgeribd/koudnage ­ rekt en warmgeribd/watergekoeld B500B met de voordelen van een betere mechanische richtbaarheid en verwerkbaarheid tot wape ­ ningsconstructies. Deze variant is beschikbaar in rollen met diameters tot en met 20 mm en wordt al geruime tijd in Nederland en de ons omringende landen met certificaat geleverd. Door de ronde vorm van het EMB-profiel treedt er minder torsie op bij het richten en kan een betere maatvoering worden bereikt bij het buigen van beugels BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 17BV-4_Ontwikkelingen in betonstaal.indd 17 22-11-2024 13:3422-11-2024 13:34