Betonsterkte in de praktijk

Transcriptie

1 thema 1 Toelichting op Stufib/Stutech-rapport Betonsterkte vs. Duurzaamheid Betoniek 15/20 In Betoniek 15/20 Living apart together gaat het net als dit Cementartikel over de samenwerking tussen constructeur, aannemer en betontechnoloog. In deze Betoniek is voor de betontechnoloog en aannemer uitgelegd wat de rol van de constructeur is in het bouwproces. De uitgave is te vinden op In dit Cementartikel gaat het ook om de rol van de betontechnoloog, zodat ook de constructeur beter kan anticiperen op de stappen die in de uitvoering worden gezet. Betonsterkte in de praktijk De constructeur hanteert in zijn ontwerp betonsterkten die sterk kunnen afwijken van de sterkte in de praktijk. Dit kan leiden tot onbeheerste scheurvorming. Door meer overleg tussen constructeur, aannemer en betontechnoloog kan dit worden voorkomen. Meer overleg zou bovendien kunnen resulteren in een (technisch) duurzamer ontwerp. Dit onderwerp wordt uitgebreid behandeld in het Stufib/Stutech-rapport Betonsterkte vs. Duurzaamheid Betonsterkte in de praktijk

2 Karakteristieke druksterkte In de hedendaagse betonpraktijk wordt beton geleverd op basis van prestatie-eisen, vastgelegd in een betonsterkteklasse en (een) milieuklasse(n). Deze worden voorgeschreven door de constructeur. Om aan de betonsterkteklasse te voldoen, geldt een karakteristieke sterkte-eis op 28 dagen. Dit is een ondergrens, er wordt geen bovengrens gesteld. Het is een statistische waarde die wordt bepaald uit metingen van de druksterkte op proefkubussen of -cilinders na 28 dagen verharding (onder genormaliseerde omstandigheden). De toetsing is omschreven in BRL 1801 (tabel 1). In veel gevallen is deze benadering voldoende. Toch worden ook veelvuldig de nadelen ervaren van het slechts stellen van deze karakteristieke druksterkte-eis. In de praktijk valt de werkelijke betonsterkte immers vaak veel hoger uit dan waarmee in het constructieve ontwerp rekening wordt gehouing. Ab van den Bos ABT bv 1 Voorbeeld van een wandproject waar druksterkte op 28 dagen niet maatgevend hoeft te zijn 2 Scheurvorming is een veelvoorkomend probleem In de bouwwereld bestaat al geruime tijd de behoefte duurzamer te bouwen. Daarnaast is er veel ongenoegen over de telkens terugkerende scheurvorming in plaatvormige constructieonderdelen (vloeren en wanden), vooral in de utiliteits- en woningbouw (foto 2). De veranderingen in de samenstelling van het beton(mengsel) sinds de verschijning van NEN-EN en de Nederlandse invulling daarvan in NEN 8005, hebben daarop de nodige invloed. Als gevolg van deze ontwikkelingen is het initiatief ontstaan een Stufib/ Stutech-studiecel op te richten om de relatie tussen betonsterkte en duurzaamheid te onderzoeken. Dit heeft geresulteerd in het Stufib/Stutech-rapport Betonsterkte vs. Duurzaamheid relatie tussen sterkte en duurzaamheid van beton (Stufib-rapport 20). Bouwproces Bij het proces om een betonconstructie te maken, zijn globaal drie partijen betrokken: constructeur, aannemer en betontechnoloog. Zij maken samen een betonconstructie die idealiter voldoet aan de eisen die een opdrachtgever en het bevoegd gezag hieraan stellen. De betonconstructeur ontwerpt een betonconstructie en geeft aan welke betonsterkteklasse daarbij Tabel 1 Eisen aan metingen betonsterkte op basis van BRL 1801 sterkteklasse 1 monster per minimaal 1 ) maximaal 1 ) C12/15 tot C30/37 LC12/13 tot LC25/ m 3 1 per dag 3 per dag C30/37 tot C45/55 LC25/28 tot LC45/50 75 m 3 1 per dag 3 per dag C45/55 tot C60/75 LC45/50 tot LC70/77 50 m 3 1 per dag 6 per dag C60/75 tot C100/115 LC70/77 t/m LC80/88 40 m 3 2 per dag 12 per dag 1 ) productiedagen Nb.:Wat opvalt is dat de grens is gelegd bij C30/37 en niet, zoals we gewend waren, bij C28/35. Dit komt omdat we in Nederland gezamenlijk besloten hebben om de Eurocode te volgen die de cilindrische druksterkte per klasse 5 MPa verhoogt. Daarmee zijn de klassen C28/35 en C53/65, die we als Nederland tot heden hanteerden komen te vervallen. Gebruik deze klassen dus ook niet meer en bepaal aan de hand van de eisen of een klasse lager of hoger gekozen moet worden. 2 moet worden aangehouden en welke milieuklassen van toepassing zijn. De aannemer heeft daarnaast wensen aangaande bijvoorbeeld de verwerkbaarheid en het tijdstip van ontkisten. Met deze informatie gaat de betontechnoloog aan de slag om een betonsamenstelling te ontwerpen die voldoet aan deze eisen en wensen. Vervolgens zorgt de aannemer ervoor, dat deze betonsamenstelling op de juiste wijze wordt verwerkt. Het resultaat is uiteindelijk de gewenste betonconstructie. Alle partijen houden zich hierbij aan de voor hen relevante normen (fig. 3). Duurzaamheid De term duurzaamheid heeft in het Nederlands een dubbele betekenis en kan daardoor verwarrend werken. Enerzijds kan een technische duurzaamheid (Engels: durability) worden bedoeld. Dit is het voldoende bestand zijn tegen de omgevingsomstandigheden (milieu) en het kunnen tegengaan van degenererende werking hiervan in de loop der tijd. Ten aanzien van deze technische duurzaamheid bestaat onder andere de milieuklasse-eis, om een voldoende dicht beton te verkrijgen. Anderzijds wordt met duurzaamheid het behoud van de natuur en de planeet (Engels: sustainability) bedoeld. Hiertoe moeten zo min mogelijk grondstoffen (bijv. portlandcementklinker), energie en CO 2 -emissie bij het ontwerp, de productie en de realisatie van de betonconstructie worden gebruikt. In de rapportage gaat het om beide soorten duurzaamheid. De technische duurzaamheid van de dichtheid van het betonskelet en het al of niet ontstaan van scheuren als een groot lek in deze duurzaamheid. Daarnaast gaat het ook (in mindere mate) om het milieu en het verminderen van de hoeveelheid CO 2 -uitstoot indien dat mogelijk is. Betonsterkte in de praktijk

3 thema 3 Relatie tussen ontwerp, technologie en uitvoering en de bijbehorende normen 4 Invloed van milieuklasse en water-cementfactor op de sterkte uitvoering (aannemer) EN ontwerp (constructeur) Eurocode beton constructie levering (betontechnoloog) EN den. Hoofdoorzaak hiervan is de invloed van de water-cementfactor (of water-bindmiddelfactor) op de betonsterkte, een relatie die voor de constructeur vaak niet afdoende bekend is. Deze water-cementfactor volgt deels uit eisen ten aanzien van technische duurzaamheid, uitgedrukt in milieuklasse(n). Deze milieuklassen resulteren in een bovengrens van de watercementfactor waarmee voor een belangrijk deel ook de sterkte wordt bepaald. Maar ook eisen voortvloeiend vanuit de uitvoering (tijdstip van het ontkisten, aanwezige voorspanning of wensen met betrekking tot de verwerkbaarheid) kunnen leiden tot een hogere eindsterkte dan de betonsterkteklasse aangeeft. Ook het klimaat (zomer/winter) kan een aanleiding zijn om meer (vroege) 3 sterkte te genereren. Het vervangen van bijvoorbeeld 25% CEM III (hoogovencement) door CEM I 52,5 R (portlandcement) leidt al tot een sterkteverhoging na 28 dagen van circa 5 MPa. Als laatste factor wordt genoemd het feit dat beton in de praktijk in de loop der tijd sterker wordt, doordat het na 28 dagen nog niet volledig heeft gereageerd. De nagroei van de sterkte na 28 dagen kan aanzienlijk zijn. Deze extra sterkte is nog te weinig onderzocht om vooraf rekening mee te kunnen houden. Door het uitvoeren van onderzoek kan dit beter inzichtelijk worden gemaakt. Een voorbeeld hiervan is het grootschalige betononderzoek van RWS naar de druksterkte in de Nederlandse kunstwerken, dat een veel hogere sterkte laat zien dan mocht worden verondersteld [1]. De werkelijke sterkte van het beton in de constructie wordt dus niet bepaald door de gekozen betonsterkteklasse. In het Stufib/Stutech-rapport zijn figuren opgenomen om dit te illustreren (fig. 4). Al deze facetten kunnen leiden tot een te sterk beton, wat een vergrote kans op krimpscheuren tot gevolg kan hebben. Ook is bij een minimaal gewapende constructie het risico op brosse breuk aanwezig. Het is dus zinvol informatie over de daadwerkelijke sterkte vooraf op te vragen (bijv. contractueel/besteksmatig), zodat hierop kan worden gestuurd. Gevolgen constructeur De rol van de constructeur ligt meestal veel vroeger in het proces dan de uitvoering start. Daarom is het voor de constructeur moeilijk te anticiperen op omstandigheden tijdens de uitvoering. Door echter te begrijpen welke keuzen in de uitvoering logischerwijs worden gemaakt, kan hiermee in het ontwerp wel degelijk rekening worden gehouden. Dit spitst zich toe op de milieuklassen en de gevolgen daarvan voor het 60,0 50,0 40,0 0,45;58 2 ) 0,45(4%);50 0,50;52 0,55;48 0,60;44 0,65;41 0,70;38 sterkte [N/mm 2 ] 30,0 20,0 10,0 0,0 min max F ck +1,48s sturing rekenwaarde EC2 wcf;sterkte (theoretisch) XA2; 320; 0,5 XA3; 340; 0,45 XC1; 260; 0,65 XC2; 280; 0,60 XC3; 280; 0,55 XC4; 300; 0,50 XF2; 300; 0,45 XF4; 320; 0,45 duurzaamheidsklasse; cementgehalte [ kg/m 3 ]; water-cementfactor [-] 2 ) De theoretisch te verwachten waarde met de formule van Buist Betonsterkte in de praktijk

4 5 Gereedliggende wapening voor een vloer met verhinderde vervorming 5 betonmengsel en daarmee voor de uiteindelijke werkelijke druksterkte in de praktijk. De constructeur moet een minimumwapeningseis bepalen om bros bezwijken te voorkomen. Het is onveilig om dit op basis van een te lage betonklasse te doen. Zeker bij plaatvormige constructieonderdelen (vloeren en wanden) waarbij (uitdrogings)krimp in de praktijk vaak maatgevend is voor de uiteindelijke bruikbaarheidsgrenstoestand (SLS), is het vooraf kennen van de werkelijke te halen sterkte van belang. Een hogere betonsterkte bij een gelijkblijvend wapeningspercentage leidt namelijk tot onvoldoende beheerste (wijdere) scheurvorming, omdat het beton bij een hogere trekspanning zal scheuren. Waar een constructeur rekening mee kan houden, is dat een bepaalde milieuklasse altijd leidt tot een bepaalde minimale sterkteklasse. Uiteraard zijn er, zoals eerder aangegeven, nog meer invloeden op de exacte sterkte. Om dit inzichtelijk te maken, is in het Stufib/Stutech-rapport van een aantal veelvoorkomende milieuklassen de gemeten sterkte genoteerd (tabel 2). Deze sterkten zijn dus ondergrenzen exclusief de verhogende effecten uit de uitvoering en exclusief de doorgroei na 28 dagen. Uit de tabel is op te maken dat het gebruik van een watercementfactor van circa 0,55 of lager, altijd tot minimaal een C30/37 zal leiden. Het rekenen met C20/25 is dan ook niet voor de hand liggend voor deze milieuklassen. Betonleverancier / betontechnoloog De betontechnoloog kan helpen bij het inschatten van de werkelijke betonsterkte. Het probleem is echter dat vaak nog niet bekend is welke centrale het beton zal gaan leveren voor het betreffende project. Door in het contract/bestek eisen op te nemen, kunt u de uitvoering een extra duwtje de goede kant op geven. Bijvoorbeeld door een sterkte-eis te formuleren op een later tijdstip dan 28 dagen. De betontechnoloog kan en wil meestal wel afwijken van de 28-daagse sterkte-eis, maar is in de praktijk gebonden aan zijn gecertificeerd beton waar hij (ook) aan moet voldoen. Er zijn grofweg drie manieren waarop een betontechnoloog zijn mengsel kan leveren: Tabel 2 Gemeten sterkte van een aantal veelvoorkomende milieuklassen wcf milieuklasse minimale sterkte [MPa] minimaal gemiddeld te te verwachten verwachten [MPa] Risico [MPa] 0,45 XD3, XS2, XS >60 XF2, XF4, XA3 0,5 XC4, XD2, XS1 XF3, XA >55 0,55 XC3, XD1, XF1, XA1 35(40) 45 >50 0,6 XC2 33(40) 40(45) >45 0,65 XC1 32(37) 0,7 X0 te klein volume geleverd Betonsterkte in de praktijk

5 thema 6 1 Betonsterkteklasse (C../..) onder Komo-certificaat volgens BRL Op druksterkte op een bepaald tijdstip. Hierbij moet de sterkte vroeger worden gehaald bij ontkisting en later in het geval van verhinderde krimp. 3 Op samenstelling. Hierbij geeft de opdrachtgever zelf aan wat hij in het mengsel wil hebben. Er geldt dan geen prestatie-eis. Bij de tweede mogelijkheid vervalt formeel de betonsterkteklassenotatie, omdat deze genormaliseerd is op 28 dagen. De prestatie-eis kan als volgt worden aangegeven: een betondruksterkte conform de betonsterkteklasse C../.. na.. dagen in plaats van 28 dagen. Door de druksterkte te testen of rijpheidsmetingen uit te voeren, kan in het werk worden bepaald of de sterkte is gehaald. De contracttekst voor een plaat die aan verhinderde krimp onderhevig is, zou dan bijvoorbeeld als volgt kunnen worden omgeschreven: Betondruksterktewaarde conform de betonsterkteklasse C30/37 na 91 dagen in plaats van 28 dagen, milieuklasse XC4 (dus een wcf<0,50). De leverancier moet vooraf de verwachte sterktegroei aangeven op basis van een eerder geleverde samenstelling en/of mengselberekeningen op 28 en 91 dagen. Bij de derde mogelijkheid levert de betoncentrale een mengsel op samenstelling. Omdat de prestatie-eis met betrekking tot druksterkte dan vervalt, is de opdrachtgever verantwoordelijk voor de te behalen sterkte. Dit wordt in praktijk bijvoorbeeld gedaan om zo weinig mogelijk uitdrogingskrimp of hydratiewarmte te genereren. Vaak wordt de samenstelling dan in goed overleg met de verschillende partijen opgesteld. Gedegen kennis bij de opdrachtgever is dan uiteraard van belang. Te verwachten ontwikkeling Het voorschrijven van een prestatie-eis op een later tijdstip dan 28 dagen levert in de praktijk nog problemen op, omdat er onvoldoende data beschikbaar zijn van vooral de doorgroei van de betonsterkte na 28 dagen. Onderzoek geschiedt tot nu toe vaak projectmatig en decentraal. Geprobeerd wordt op twee fronten data te verzamelen, zodat in de nabije toekomst veilig een sterkte op een later tijdstip kan worden voorgeschreven. 7 Onderzoek betonmengsels betoncentrales In het Stufib/Stutech-rapport is een aanbeveling gegeven aan de betoncentrales om meer onderzoek naar de te ontwikkelen Betonsterkte in de praktijk

6 6 Vloer met een verhinderde vervorming 7 Minimale wapeningshoeveelheid in een wand 8 Voorbeeld van een wandproject Stufib/Stutech-rapport Het Stufib/Stutech-rapport Betonsterkte vs. Duurzaamheid relatie tussen sterkte en duurzaamheid van beton is te verkrijgen op 8 sterkte te doen. Geprobeerd wordt om een landelijke database aan te leggen van een aantal basismengsels die veel in de praktijk worden gehanteerd. Door een goed sjabloon op te zetten van de te noteren parameters, kunnen later andere mengsels worden toegevoegd. De gegevens worden centraal opgeslagen en vandaar uit ontsloten. Onderzoek cementen Omdat de cementen de kachel in het mengsel zijn, is het mogelijk onderzoek te doen naar de sterktegroei van de cementen zonder de overige bepalende invloedsfactoren in het betonmengsel. Het ligt in de lijn der verwachting dat ook dit onderzoek centraal zal worden aangestuurd. Openheid is daarbij essentieel. Wel zal er in de praktijk ruimte moeten blijven om een bepaalde mengselexclusiviteit te bewaren voor de leverancier. steeds mogelijk om parallel een hogere scheurvormingseis of dekkingseis verplicht te stellen. Door de consequentie van de milieuklasse te kennen, kan veiliger worden gebouwd. Er vindt dan geen onderschatting van het minimale wapeningspercentage plaats noch wordt de scheurwijdte onderschat. In bepaalde gevallen moet/kan met een hogere betonsterkteklasse worden gerekend dan men zou verwachten. Door contractueel al te anticiperen, kan een druksterktewaarde op 91 dagen worden voorgeschreven. Ook kan daarbij van de betontechnoloog worden verlangd de druksterkteverwachting aan te geven. Dit leidt tot meer data over de sterktedoorgroei na 28 dagen. Door in het uitvoeringstraject met de betontechnoloog en de aannemer om tafel te gaan, kan meer kennis worden verkregen over de extra sterkte die zal worden behaald door aanvullende normen uitvoeringseisen. Conclusie Zoals omschreven, kan door meer samenwerking onbeheerste scheurvorming worden voorkomen en duurzamer (sustainable) worden gebouwd. Samenvattend komen de volgende acties hieruit voort: De milieuklasse heeft grote consequenties voor de betonsterkte. Kies deze dus zorgvuldig en bewust (en daar waar mogelijk met mate ). Bij een lagere milieuklasse is het nog Literatuur 1 Vervuurt, A., Courage, W., Steenbergen, R., Betonsterkte bestaande constructies. Cement 2012/4. 2 Betonsterkte vs. Duurzaamheid relatie tussen sterkte en duurzaamheid van beton, Stufib/Stutech-rapport 20, Living apart together. Betoniek 15/20 Betonsterkte in de praktijk