RAPPORT COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETON VERENICING WEERBESTENDIGHEID VAN BETON

Transcriptie

1 RAPPORT n COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETON VERENICING WEERBESTENDIGHEID VAN BETON

2 INGESTELDE ONDERZOEKINGSCOMMISSIES COMMISSIE A L Vereenvoudigde berekening van schaalconstructies; ontwerpformules. A 2. Vergelijking van de plasliciteitsberekening ten opzichte van de resultaten van de elasticiteits-theorie. A 3. Bestudering en onderzoek van de eindverankeringen in voorgespannen beton. A 4. Onderzoek naar de belastingspreiding. A 5/6. Onderzoek naar de invloed van dynamische trillingen op betonconstructies. A 7. Onderzoek naar het plastische gedrag van constructies. A 8. Studie van paddestoelenvloeren. A 9. Wrij vin gs verliezen bij gebruik van nagespannen draad in voorgespannen beton. A 10. Constructieve maatregelen legen de gevolgen van explosies. COMMISSIE B 1, B 2. B 3. B 4. B 5. B 6. B 7. B 8. B 9. B 10. BIL Mechanisch verdichten van beton. Literatuurstudie over de opbouw van beton. Niet-destructief onderzoek van beton. Onderzoek van betonstaal. Weerbestendigheid van beion. Onderzoek van injectieproblemen bij voorgespannen beton. Onderzoek van technologische invloeden op scheurvorming in beton. Onderzoek naar hel lijmen van betonelementen. Onderzoek toevoegingen aan betonmorlel. Onderzoek naar de krimp van cement. Onderzoek naar hel gedrag van beton in de nabijheid van de wapening bij belasting. COMMISSIE c 1. Onderzoek van het nuttig effect van lassen in en haken aan wapeningsstaven. c 2. c 3. C 4. c 5. c 6. c 7. c 8. c 9. c 10. Onderzoek naar de scheurvorming en aanhechting bij toepassing van geprofileerd staal. Onderzoek betreffende hel verwerken van beton bij lage temperaturen. Beugels in gewapend belonkolommen. Onderzoek van de brandveiligheid van voorgespannen betonconstructies. Studie en vergelijking van buitenlandse beton voorschriften. Versnelde verharding van beton door verwarming. Onderzoek naar de stijging van de temperatuur in massa-beton tijdens de verharding. Onderzoek naar de invloed van CaCl2 op gewapend beton. Spanningsverschijnselen in heipalen van beton. Ongewapend beton. COMMISSIE D L D 2. Onderzoek van de statische druk uitgeoefend door cement op silo-wanden bij pneumatische aftapping. Meetmethoden bouwplaats.

3 WEERBESTENDIGHEID VAN BETON

4 VOORWOORD Op initiatief van de Betonvereniging is het Fonds voor Experimenteel Betononderzoek (F.E.B.O.) ingesteld met het doel hiermede onze kennis van het gewapend beton door middel van speurwerk te vermeerderen. De instelling van het F.E.B.O. is financieel mogelijk gemaakt door belangrijke bijdragen van de Stichting Cement Centrale voor Nederland (C.C.N.) dit is de organisatie op de Nederlandse markt van de binnen- en buitenlandse cementindustrieën en van de Bond van Aannemers in de Bouwnijverheid gespecialiseerd in utiliteits-, beton- en waterbouwkundige werken (B.A.B.). De C.C.N. zal er naar streven door haar financiële steun de continuïteit in het onderzoek te waarborgen. De uitvoering is door de Betonvereniging in handen gelegd van de Commissie voor Uitvoering van Research, die daartoe voor elk onderwerp een kleine werkcommissie samenstelt, belast met de directe leiding van het betreffende onderzoek.* De onderwerpen zijn ingedeeld in 4 groepen: A. Onderzoekingen ten aanzien van de theoretische grondslagen (publikaties met oranje omslag). B. Onderzoekingen ten aanzien van de samenstellende materialen (blauw omslag). C. Onderzoekingen ten aanzien van de constructieve toepassingen (geel omslag). D. Onderzoekingen aan de bouwwerken zelve (groen omslag), Een lijst van de onderwerpen, die bij het verschijnen van dit rapport in onderzoek zijn, is vermeld op de binnenzijde van het omslag, terwijl aan de achterzijde de reeds verschenen publikaties zijn opgesomd. * Voor een uitvoeriger uiteenzetting van organisatie vn werkwijze wordt verwezen naar,de Ingenieur" no. 37, 1952, Beton 7.

5 Dcx>r de opdracht de weerbestendigheid van beton te bestuderen, werd de commissie B 5 een moeilijke taak opgedragen. Enerzijds omdat de daarbij optredende chemische en physische problemen ingewikkeld zijn en anderzijds doordat over dit onderwerp vele en dikwijls onderling tegenstiijdige opvattingen en theorieën bestaan. De commissie is erin geslaagd alle facetten van het probleem op duidelijke en overzichtelijke wijze te behandelen. Daarbij zijn tevens de maatregelen aangegeven, die bij het ontwerpen en uitvoeren van betonwerken in acht moeten worden genomen om schade zoveel mogelijk te voorkomen; bovendien is vermeld hoe herstelwerkzaamheden van reeds beschadigde betonwerken kunnen worden verricht. De commissie in haar geheel is grote dank verschuldigd voor het samenstellen van dit leerzame rapport, waarbij in het bijzonder Prof. Dr. C. A. Lobry de Bruyn moet worden genoemd. De Commissie voor Uitvoering van Research, Prof, Dr. Ir, A M, HAAS Ir, N, I, RENGERS December 1961 Ir. M. BIJL

6 DOELSTELLING EN TAAK VAN DE COMMISSIE Bi] de aanvang van haar werkzaamheden heeft de commissie zich allereerst beraden over de begrenzing van de aan haar opgedragen taak: het samenstellen van een rapport over de weerbestendigheid van gewapend beton. Zij is daarbij tot het besluit gekomen om onder weersinvloeden te verstaan alle invloeden, die in de buitenlucht voorkomen, zowel de van nature daarin aanwezige als die welke het gevolg zijn van een zekere verontreiniging in dicht bewoonde en in industriële centra. Ook de inwerking door met zoutdelen bezwangerde lucht, die in de nabijheid van de zeekust tot aantasting van het beton en tot vergrote kans op corrosie van de wapening leidt, is te rekenen tot de normaal voorkomende atmosferische invloeden. De bestendigheid tegen zeewater en de invloed van sterk agressieve produkten, die in en om de gebouwen van chemische bedrijven tot ernstige beschadiging van het beton kan voeren, zijn door de commissie als niet behorend tot het onderwerp van haar taak buiten beschouwing gelaten. Ook de inwendige aantasting van beton door de wederzijdse inwerking van toeslagmaterialen en alkaliën, afkomstig uit het cement, is buiten beschouwing gelaten, alhoewel voor deze inwerking het indringen van vocht een van de voorwaarden vormt. Gevallen van een dergelijke aantasting zijn overigens in ons land tot dusverre onbekend en met de gebruikelijke toeslagmaterialen niet te vrezen. Voorts heeft de commissie gemeend niet te moeten overgaan tot de uitvoering van een expositie-onderzoek met series proefstukken van gewapend beton. Hiertoe zou een groot aantal van deze proefstukken in verschillende samenstelling {cementgehalte, cementsoort, w/c-factoren, verdichting, betondekking boven de wapening) moeten worden vervaardigd en onder verschillende atmosferische toestanden moeten worden geëxposeerd. Afgezien van het feit dat hiervoor een zeer groot aantal betonproefstukken nodig zou zijn voor iedere combinatie van factoren zou men op tenminste vijf parallellen moeten rekenen en de proefneming vele jaren in beslag zou nemen, heeft hierbij de volgende overweging de doorslag gegeven. Doel van het aan de commissie voorgelegde onderzoek is een uitspraak te verkrijgen over de weerbestendigheid van beton in de normale bouw. De factoren, die daarbij de kwaliteit beïnvloeden, en aard en uitvoering van het werk, ontbreken bij de vervaardiging van proefstukken voor een vergelijkend expositie-onderzoek. De commissie heeft derhalve gemeend haar waarnemingen geheel te moeten ontlenen aan gevallen uit de praktijk aan bouwwerken van verschillende ouder-

7 dom waarbij gegevens over de betonsamenstelling en atmosferische invloeden zo goed mogelijk bekend dienen te zijn, In de loop van haar bestaan hebben enige mutaties in de samenstelling van de commissie plaats gehad. Ir. C. Mulders, sinds de oprichting voorzitter van de commissie, heeft in de loop van 1959 tengevolge van drukke werkzaamheden zijn functie moeten neerleggen en de heer A. A. Rosema moest om gezondheidsredenen ontslag nemen. De Commissie B 5, Oktober 1961 Ir. H. J. J. Engel voorzitter Ir. P. Stempels secretaris Ir. Chr. W. ]. Groothoff Ir. J. P. Josephus Jitta J. F. Th. Lem, Ing. Prof. Dr. C. A. Lobry de Bruyn.

8 I. INLEIDING. De vraag hoe het gesteld is met de vv-eerbestendigheid van gewapend beton, is voor de betontechniek van het grootste belang. Dat daarover sterk uiteenlopende meningen blijken te bestaan is niet verwonderlijk als men bedenkt dat enerzijds de omstandigheden, waaraan het beton is blootgesteld van geval tot geval zullen verschillen en dat anderzijds de kwaliteit van het beton als gevolg van de wisselende samenstelling en van de aan de uitvoering bestede zorg aan een sterke spreiding onderhevig is. In de aanvang van de 20e eeuw en gedurende de eerste tientallen jaren waarin het construeren in beton meer en meer toenam, overheerste vrij algemeen de opvatting dat men zich geen zorg behoefde te maken over de levensduur van het beton. Wellicht is deze opvatting mede gebaseerd op het thans nog in redelijke toestand bestaan van bouwwerken uit de Romeinse tijd, bouwwerken die vervaardigd zijn uit grondstoffen, die leidden tot een produkt dat grote overeenkomst vertoont met het tegenwoordige beton, zij het dat een wapening daarin ontbreekt. Ook zijn deze bouwwerken in een milder en droger klimaat gelegen dan in Nederland heerst. In de inleiding van zijn werk over,,the chemistry of Portland cement" {Ed pg. 3) schrijft Bogue bij de bespreking van de Romeinse toepassingen van uit kalk, pozzolanen en toeslagmaterialen vervaardigde bouwwerken:,.from such mixtures were constructed the Roman Pantheon, the Coliseum, the Basilic of Constantine, the Pont du Gard near Nimes in Southern France and other structures which have survived to our day and have resisted to a remarkable degree the destructive agents of the ages". Opmerkelijk is in dit verband, dat de Romeinen bij de uitvoering van dergelijke werken grote waarde toekenden aan zorgvuldige menging van de verschillende bestanddelen en aan een zeer goede verdichting, waarbij men op grond van de toegepaste verdichtingsmethode (n.1. het gebruik van ijzeren hamers) mag aannemen, dat met een zeer lage water-cement factor werd gewerkt. In de loop der jaren is in deze opvatting wel enige wijziging gekomen en zo schrijft Brocard in een publicatie voor het symposium te Stockholm in 1957 over,,bond and Crackformation in reinforced concrete":,,d'assez nombreux accidents remarqués au cours des vingt dernières années ont sérieusement entamé la confiance des constructeurs dans l'inaltérabilité du béton armé et ont fini par faire justice aux vieilles légendes de l'age héroïque de ce matériau". Een belangrijke factor voor deze zozeer uiteenlopende uitspraken is in de eerste plaats de aanwezigheid van een staalwapening in de tegenwoordige

9 constructies, Ook waren die oude,,beton"-\\'crken in de meeste gevallen in grote wanddikte uitgevoerd. Maar dit zijn niet de enige oorzaken, In de loop der jaren en in toenemende mate in deze eeuw is door industrialisatie en vorming van grote wooncentra de samenstelling van de atmosfeer in niet onbelangrijke mate gewijzigd, waarbij de agressiviteit zowel voor het beton zelve als met betrekking tot de kans op corrosie \'an het wapeningsstaal is toegenomen. Deze versterkte aanta.sting komt ook tot uiting bij andere materialen als beton en heeft er o.m. ook toe geleid, dat thans aan vele bouwwerken en monumenten, uitgevoerd in kalksteen voorzieningen moeten worden getroffen, omdat beschadigingen optreden bij objecten, die gedurende eeuwen de tand des tijds hadden weerstaan. Over de verontreiniging van de atmosfeer in ons land zijn een aantal gegevens te ontlenen aan de publikaties van Corrosie Commissie IV over:..ijzerconstructies in de atmosfeer Bescherming door verf'. In aansluiting aan door deze commissie verrichte verfproeven werd ook de samenstelling van het regenwater, opgevangen gedurende driemaandelijkse perioden door analyse vastgesteld. Hierbij werden voor de periode 22/9 22/ de volgende cijfers vastgesteld. TABEL 1. Samenstelling van het regenwater Plaats Leiduin Hoogovens IJmuiden Lutteradc I Staatsmijn Emma Regenval in mm 251,6 267, ph *) van het water 5.1 6, ,6 Vaste stoffen, gedroogd bij 180 C in mq/ ,0 166, Sulfaatgehalte als SO:i in mg/i 16, Chloridegehalte als Cl' in mg/ , Geleidingsvermogen in reciproke Ohm x \0~^ *) Zie \'nor verklarinq van dr ph dc voptnont op blz. 16 In deze tabel zijn alleen de cijfers opgenomen die voor de betonaantasting en corrosie van belang zijn. Tabel 2 geeft het gemiddelde over vier opeenvolgende driemaandelijkse perioden van de ph en het geleidingsvermogen.

10 TABEL 2. Gemiddelden van vier perioden ph gcleidingsvermogeii ' ] 6,5 52 Hoogovens 7,0 321 Lutterade I 4,7 361 Emma ' I in 10 '' rrcjprokc Ohm. Ten behoeve van latere onderzoekingen van Corrosie Commissie IV zijn ook metingen op andere proefplaatsen verricht. Hiertoe behoorde wederom Lutterade, echter nu een meer centraal tussen de chemische bedrijven gelegen plaats (Lutterade 11), voorts Amsterdam (binnenstad), Scheveningen (kust, dus belangrijk dichter bij zee dan de bovenvermelde meetplaats Leiduin, die op enige km van de kust verv,-ijderd wa.s) en Weurt, als vertegenwoordiger van een meer landelijk klimaat zonder industriële beïnvloeding. Bij deze metingen werden de navolgende cijfers verkregen als gemiddelden over een aantal driemaandelijkse perioden tussen april 1939 en december TABEL 3. Gehalten in mg/1 van het regenwater. Lutterade II Scheveningen Amsterdam "Weurt Natrium Na+ 11, Ammonium NH4+ 252, ,3 2,0 Chloride Cl~ 6,8 60,7 7,1 5,5 Sulfaat SO ,4 20,7 25,4 10,7 Uit de cijfers blijkt duidelijk het \erschil in agressiviteit tussen Lutterade I en II (toeneming van het gehalte aan sulfaat) en blijkt ook de afneming van de chloride-concentratie met de afstand tot de kust (Scheveningen t.o.v. Leiduin) en de toenemende sulfaatinvloed in wooncentra (zie Amsterdam t,o,v. Scheveningen en Weurt). In meer landelijke omgeving liggen de cijfers (Weurt) in alle opzichten gunstiger. Hoezeer zich de omstandigheden met de toenemende industrialisatie wijzigen wordt aangetoond door metingen te Lutterade II.