spatten van grindbeton en lichtbeton bij brand

Transcriptie

1 rapport 98 spatten van grindbeton en lichtbeton bij brand stichting voor onderzoek, voorschriften en kwaliteitseisen op het gebied van beton

2 ONDERZOEKCOMMISSIES (1980) COMMISSIE A 7 A 13 A 16 A 19 A 21 A 24 A 26 COMMISSIE B 14 B 16 li 17 B 18 B 22 B 23 B 29 B 30 B 31 COMMISSIE C 15 C 15 c 16 c 18 c 24 c 26 c 26 c 27 c 28 c 29 c 31 c 32 c 33 c 34 c 35 c 36 c 37 c 38 c 39 c 40 c 41 c 43 COMMISSIE D 1) 7 COMMISSIE E 2 Onderzoek naar het plastische gedrag van constructies. Onderzoek naar de krachtsverdeling in scheve platen. Veiligheid. Statisch onbepaalde constructies voor skeletten en doorgaande balken. Onderzoek naar de oplegreactie van vierzijdig ondersteunde platen. Plastische scharnieren. Betonmcchanica. Kwaliteitscontrole van beton. Reparaties aan betonconstructies. Ontkistingsmiddelen. Nieuwe betonsoorten. Verontreiniging toeslagmaterialen. Duurzaamheid maritieme constructies. Hergebruik van beton- en metselwerkpuin. Duurzaamheid van betonnen offshore constructies. Putcorrosie van voorspanstaai. Staal beton liggers. Staal beton kolommen. Lasverbindingen. Toleranties voor betonwerk. Doorbuigingen. Voorspankabcls zonder aanhechting. Corrosiebescherming voorspankabels zonder aanhechting. Voegmorlels. Constructiedetails. Invloed van spatten op de brandwerendheid van beton. Constructief onderwaterbeton. Aanvangsspanningen bij voorgespannen lichlbeton. Wisselbelasting. Betondekking. Beton onder stootbelasting. Sterkte van buizen. Erosie van beton. Spanningen in betonconstructies, veroorzaakt door warmteontwikkeling tijdens het verhardingsproces. Lawaai bij het verwerken van betonspecie. Lasbaarheid betonstaal FeB 500. Betonconstructies bij brand. Voegen in geprefabriceerde vloeren. Demontabel bouwen. Rationalisatie van de wapening.

3 spatten van grindbeton en lichtbeton bij brand ONDERZOEK UITGEVOERD DOOR HET INSTITUUT TNO VOOR BOUWMATERIALEN EN BOUWCONSTRUCTIES

4 De Stichting CUR-VB en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken van de in deze publikatie vervatte gegevens; deze gegevens geven de stand van de techniek op het moment van uitgifte weer. Nochtans moet niet worden uitgesloten de mogelijkheid dat zich toch onjuistheden in deze publikatie kunnen bevinden. Degene die van deze publikatie gebruik maakt, aanvaardt daarvoor het risico. De Stichting sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze gegevens. ISBN

5 VOORWOORD In november 1972 werd commissie C 29 ingesteld met de opdracht om onderzoek te verrichten naar: a. de eventuele relaties tussen vochtgehalte en drukspanning en het optreden van spatten tijdens een brand; b. het verloop van het vochtgehalte in betonconstructies als functie van tijd en plaats in een doorsnede; c. eventuele maatregelen, in samenhang met het resultaat uit a en b, die kunnen worden genomen om de brandwerendheid van betonconstructies in de beginperiode na het gereedkomen te verhogen. De aanleiding tot het instellen van de commissie waren de resultaten van brandproeven op balken en vloeren die in opdracht van de DSM in 1971 bij het IBBC-TNO werden uitgevoerd. Deze brandproeven worden beschreven in Stuvo-rapport nr. 12. uitgebracht in augustus 1972, waarbij de resultaten mede in verband worden gebracht met het in West-Duitsland uitgevoerde onderzoek naar het spatten van grindbeton en lichtbeton. Commissie C 29 heeft theoretisch en experimenteel onderzoek laten verrichten naar het verloop van het droogproces van beton in relatie tot de betonsamenstelling, de afmetingen en het klimaat dat in een gebouw kan worden verwacht. Verder zijn in opdracht van de commissie brandproeven uitgevoerd op zowel balken als plaatvormige elementen. De resultaten worden in dit rapport beschreven. Het onderzoek naar het vochtgehalte in betonnen elementen is volledig afgerond. Het experimentele onderzoek betreffende het optreden van spatten aan de hand van brandproeven is echter vrij beperkt gebleven. De voornaamste reden hiervoor is het feit dat tijdens het onderzoek is gebleken dat de prijs van de huidige soorten lichtbeton een economische toepassing minder aantrekkelijk maakt. Dit neemt niet weg dat de uitgevoerde studie heeft bijgedragen tot verhoging van het inzicht met betrekking tot de factoren die voor het optreden van spatten een rol spelen. Dit is van belang bij de beoordeling van nieuwe toeslagmaterialen in relatie tot het gedrag bij brand. De samenstelling van de commissie was bij de beëindiging van het onderzoek: ing. A. GERRITSE, voorzitter ir. TH. A. FEIJEN, secretaris ir. A. E. CHRISTIAANSE ir. Y. COLLET ir. W. J. B. VAN DALFSEN ir. G. J. GANTVOORT ir. A. LANGHORST prof. ir. B. W. VAN DER VLUGT, mentor

6 Aan het commissiewerk werd sinds de oprichting ook deelgenomen door ing. J. BOON (t 1976), ir. H. VAN TONGEREN en drs. M. STOLP. De laatste twee trokken zich achtereenvolgens in 1975 en in 1978 terug uit de commissie. Het onderzoek is uitgevoerd bij het IBBC-TNO onder leiding van ir. W. J. COPIER die tevens het rapport heeft geschreven. De studie betreffende het vochtgehalte in beton werd uitgevoerd door W. O. BOEKWIJT, eveneens van het IBBC-TNO. De CUR-VB spreekt haar dank uit aan Liesbosch Beton B.V. en aan de Nederlandse Cement Handelmij B.V. (NCH) voor de door hen geleverde inspanning bij het vervaardigen van enige T-balken respectievelijk enige proefmengsels met een plastificeerder. december 1980 De Stichting voor Onderzoek, Voorschriften en Kwaliteitseisen op het gebied van Beton (CUR-VB)

7 INHOUD NOTATIES 7 Hoofdstuk 1 INLEIDING Algemeen Spatten van beton bij brand 10 Hoofdstuk 2 LITERATUURGEGEVENS OMTRENT HET SPATTEN VAN GRIND- BETON Mogelijke oorzaken en bijbehorende theorieën voor grindbeton Mineralogische opbouw van de toeslagmaterialen Temperatuurspanningen Vochtgehalte in het verharde beton Aanbevelingen om spatten bij grindbeton te voorkomen Voorkomen van spatten bij grindbeton Voorkomen van destructive spalling bij grindbeton Overige maatregelen om spatten bij grindbeton te voorkomen 17 Hoofdstuk 3 LITERATUURGEGEVENS OMTRENT HET SPATTEN VAN LICHTBETON Mogelijke oorzaken en bijbehorende theorieën voor lichtbeton Conclusies uit de literatuur ten aanzien van het spatten van lichtbeton 19 Hoofdstuk 4 NADER ONDERZOEK VOOR LICHTBETON Probleemstelling en nadere overwegingen Experimenten met betrekking tot het materiaalvochtgehaltc Metingen van het materiaalvochtgehalte van proefstukken Registratie van het klimaat bij de proefstukken en in een aantal gebouwen Theoretisch experimentele bepaling van het materiaalvochtgehalte Analyse van de metingen naar vochtgehalte en klimaat Metingen en berekeningen van het materiaalvochtgehalte Metingen en berekeningen omtrent het aan te nemen klimaat Verwachtingen omtrent het vochtgehalte van lichtbeton in de praktijk Brandproeven Algemeen 48

8 4.4.2 Aanvullende brandproeven op lichtbeton Resultaten van vier brandproeven op de plaatvormige elementen a t t/m a Resultaten van de brandproeven op drie balken b, t/m b 3 en zes plaatvormige elementen b M t/m b Resultaten van de brandproeven op elf plaatvormige elementen C] t/m Cu Resultaat van de brandproef op een plaatvormig element dj Analyse van de resultaten van de brandproeven 71 Hoofdstuk 5 SAMENVATTING EN CONCLUSIES 74 Bijlage A DROOGPROCES IN THEORIE EN EXPERIMENT 78 Al Theoretische beschrijving van het droogproces 78 Al.1 Fysische gegevens 78 Al.2 Wiskundig model voor het droogproces 79 A1.3 Symptomen van het droogproces op grond van het theoretische model 80 A2 Vergelijking van het theoretisch en experimenteel bepaalde vochtgehalte 82 A2.1 Carbonatatie en hydratatie in relatie tot het droogproces A2.2 Berekeningsresultaten voor het vochtgehalte van de proefstukken 84 Bijlage B BEPALING VAN EEN GEWOGEN" KLIMAAT VOOR DE BEREKENING VAN HET DROOGPROCES 85 Bijlage C BEPALING VAN EEN OBJECTIEVE MAATSTAF VOOR DE INTENSITEIT VAN HET SPATTEN 92 Bijlage D LITERATUURLIJST 94 Zusammenfassung und Folgerungen 96 Résumé et conclusions 100 Summary and conclusions 104

9 NOTATIES B 0 C d G constante (het getal van Boekwijt) verhoudingsgetal plaatdikte gewicht /; dampdruk p' verzadigingsdampdruk q massastroomdichtheid of flux / afstand 6 temperatuur t tijd ö waterdampgeleidingscoëfficiënt in een materiaal ö d ah Px p p' Ap cp y p li l waterdampgeleidingscoëfficiënt in lucht betondrukspanning volumieke massa van beton dampconcentratie verzadigingsdampconcentratie bij een bepaalde temperatuur dampconcentratieverschil relatieve luchtvochtigheid vochtgehalte in procenten (V/V) gemiddeld vochtgehalte over een doorsnede gemeten in procenten (V/V) diffusieweerstandsgetal verhoudingsgetal