Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving rapport 93-7 Hoge sterkte beton Interimrapport onderzoek en aanzet tot regelgeving
93-7 HOGE STERKTE BETON Interimrapport onderzoek en aanzet tot regelgeving Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving
Dit rapport is onder de volgende trefwoorden opgenomen in het CUR-infobestand: aanhechtlengte, aanhechting wapening aggregate interlock, afschuiving betoneigenschappen grindbeton - buigtreksterkte - (beton-)druksterkte relatie tot splijttreksterkte - dwarscontractiecoèfficiënt - elasticiteitsmodulus - krimp - kruip - meerassig belast beton - splijttreksterkte relatie tot druksterkte betonsamenstellingen - silica fume, toevoeging van experimenteel onderzoek hoge sterkte beton, hoogwaardig beton hulpstoffen - plastificeerders verwerkbaarheid voorschriften Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt, " Rapport 93-7 "Hoge sterkte beton", augustus 1994, Stichting CUR, Gouda." Aansprakelijkheid De CUR en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en de CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens de CUR en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt.
VOORWOORD Met het verschijnen van de CUR-Aanbeveling 37 "Hoge sterkte beton", als redactionele bijlage bij Cement 1994 nr. 5 (mei), wordt voorzien in de noodzakelijke technische regelgeving in aanvulling op NEN 6720 (VBC 1990) en NEN 6722 (VBU 1988) voor het ontwerpen en uitvoeren van constructies in hoge sterkte beton tot en met sterkteklasse B 105. De Aanbeveling geeft daarnaast de betontechnologische bepalingen in aanvulling op NEN 5950 (VBT 1986). Ten grondslag aan CUR-Aanbeveling 37 ligt CUR-rapport 90-9 "Hoge sterkte beton. Technologie, eigenschappen en rekenwaarden", opgesteld door werkgroep 4 "Hoge sterkte beton" van CUR-onderzoekcommissie B 18 "Nieuwe betonsoorten". In vervolg hierop en voortvloeiend uit overleg tussen CUR en SPOB (Stichting Produktontwikkeling Betonmortel) is CUR-onderzoekcommissie C 86 "Hoge sterkte beton" ingesteld met onder meer als taak: - het begeleiden van onderzoek ten behoeve van mengselsamenstellingen, geschikte produktie- en procestechnieken en de vereiste kwaliteitsbeheersing bij produktie en uitvoering; - het door gericht onderzoek vaststellen van materiaaleigenschappen van hoge sterkte beton, opdat door middel van aanvullende regelgeving verantwoorde constructieve toepassingen mogelijk worden gemaakt. Op grond van het uitgevoerde onderzoek is regelgeving in de CUR-Aanbeveling 37 "Hoge sterkte beton" vastgelegd tot en met sterkteklasse B 105. Het voorliggende rapport geeft het onderzoek weer en de achtergronden aan op grond waarvan CUR-onderzoekcommissie C 86 de aanvullende regelgeving heeft opgesteld. Het rapport bestaat uit drie delen, namelijk: - deel I: Waarin aandacht wordt besteed aan de ontwikkeling van mengselsamenstellingen en de vertaling hiervan naar de praktijk (schaal 1:1). Dit deel is opgesteld door ing N.J.F. Vonk van Van Nieuwpoort Beheer BV te Gouda. - deel II: Waarin de materiaaleigenschappen worden vastgesteld, die van belang zijn voor het constructieve gedrag van hoge sterkte beton. In deze laatse fase is gebruik gemaakt van de mengselsamenstellingen, die volgens de resultaten van deel I praktisch en economische haalbaar te produceren en te leveren zijn. Voor het vaststellen van de materiaaleigenschappen is onderzoek verricht naar de invloed van de mengselsamenstelling op de sterkte-eigenschappen, de langeduursterkte bij centrische en excentrische belasting, het softeninggedrag van beton onder trekbelasting, aggregate interlock en het gedrag van beton onder combinaties van trek- en drukspanningen. Deel II is opgesteld door prof.dr.ir. J.C. Walraven, N. Han BSc en ir. J. Stroband van de Technische Universiteit Delft, Faculteit der Civiele Techniek. - deel III: Waarin de achtergronden worden weergegeven, op grond waarvan CUR-onderzoekcommissie C 86 de aanvullende regelgeving heeft opgesteld, die is vastgelegd in de CUR- Aanbeveling 37 "Hoge sterkte beton".
Dit deel is opgesteld door ir. A.A.J. Reijgersberg van het Adviesbureau ir. J.G. Hageman BV te Rijswijk. De samenstelling van de commissie was bij het opstellen van het rapport als volgt: ir. D.G. Mans (voorzitter) ir. A.A.J. Reijgersberg (secretaris en rapporteur) prof.ir. H.W. Bennenk ing. G. van Doorn ir. J.C. Galjaard ing. L.F. Hijna ir. H. Ouwerkerk H.H.M. Soen ir. R.J. Spit prof.dr.ir. L. Taerwe ing. G. Vermeiden ing. N.J.F. Vonk ing. J. de Vries prof.dr.ir. J.C. Walraven (rapporteur) ing. A.R. Kerp (coördinator) ir. H.A.Ph. van Roosmalen (mentor). Ing. J.C.M.M. Bovée en dr.ir. H.A. Körmeling waren lid van CUR-onderzoekcommissie C 86 tot medio 1993. Ir. J.C. Galjaard was voorheen secretaris en rapporteur. Zijn werkzaamheden zijn in de loop van het onderzoek overgenomen door ir. A.A.J. Reijgersberg. De CUR spreekt haar dank uit aan SPOB en SENTER voor de financiële bijdrage, die het onderzoek en de totstandkoming van dit rapport mede mogelijk hebben gemaakt. augustus 1994 Het bestuur van de CUR
INHOUD SAMENVATTING 10 SUMMARY 11 NOTATIES 12 DEEL I LITERATUURSTUDIE, LABORATORIUMONDERZOEK EN PRAKTIJK ONDERZOEK Hoofdstuk 1.1 INLEIDING 16 Hoofdstuk 1.2 LITERATUURSTUDIE 17 1.2.1 Inleiding 17 1.2.2 Grondstoffen 17 1.2.2.1 Bindmiddelen 17 1.2.2.2 Toeslagmaterialen 17 1.2.2.3 Silicafume 18 1.2.2.4 Hulpstoffen 18 1.2.2.5 Vulstoffen 19 1.2.3 Mengselontwerp 19 1.2.4 Produktie 19 Hoofdstuk 1.3 LABORATORIUMONDERZOEK 21 1.3.1 Inleiding 21 1.3.2 Grondstoffen 21 1.3.2.1 Bindmiddelen 21 1.3.2.2 Toeslagmaterialen 21 1.3.2.3 Hulpstoffen 21 1.3.2.4 Vulstoffen/silica fume 22 1.3.3 Uitvoering 22 1.3.3.1 Algemeen 22 1.3.3.2 Mengprocedure 22 1.3.3.3 Waarnemingen aan de specie 22 1.3.3.4 Proefstukken 23 1.3.3.5 Bepaling van de druksterkte 23 1.3.4 Resultaten en voorlopige conclusies 23 1.3.4.1 Samenstelling/randvoorwaarden 23 1.3.4.2 Bereikbaar sterkteniveau 23 1.3.4.3 Beginsterkte 23 1.3.4.4 Randvoorwaarden samenstelling/mengselaanmaak 23 1.3.4.5 Prestatie van de verschillende grondstoffen 24 Hoofdstuk 1.4 PRAKTIJKONDERZOEK 26 1.4.1 Inleiding 26
1.4.2 Uitgangspunten 26 1.4.2.1 Verwerkbaarheid 26 1.4.2.2 Grondstoffen 26 1.4.2.3 Betonsamenstelling 26 1.4.3 Uitvoering 26 1.4.4 Waarnemingen 27 1.4.5 Conclusies 27 1.4.5.1 Sterkteklassen 27 1.4.5.2 Grondstoffen 27 1.4.5.3 Samenstelling en verwerkbaarheid 27 1.4.5.4 Vergelijking laboratorium- en praktijkonderzoek 28 Hoofdstuk 1.5 CONCLUSIES 29 Bijlage LA BEHOREND BIJ LABORATORIUMONDERZOEK 30 Bijlage I.B BEHOREND BIJ LABORATORIUMONDERZOEK 31 Bijlage IC BEHOREND BIJ PRAKTIJKONDERZOEK 34 GERAADPLEEGDE LITERATUUR EN REGELGEVING 35
DEEL II EXPERIMENTEEL ONDERZOEK AAN BETON MET HOGE STERKTE Hoofdstuk II. 1 INLEIDING 38 Hoofdstuk II.2 EXPERIMENTEEL ONDERZOEK NAAR HET GEDRAG VAN OP DRUK BELAST HOGE STERKTE BETON 39 11.2.1 Inleiding 39 11.2.2 Experimenten 39 11.2.2.1 Variabelen 39 11.2.2.2 Mengselsamenstelling 40 11.2.2.3 Uitvoering van de proeven 41 11.2.3 Resultaten van de drukproeven 42 11.2.3.1 Spanning-rekrelaties 42 11.2.3.2 Relatie prismadruksterkte-kubusdruksterkte 47 11.2.3.3 Elasticiteitsmodulus 47 11.2.3.4 Dwarscontractiecoëfficiënt 48 11.2.4 Gedrag van beton met hoge sterkte bij belasting op trek 49 11.2.5 Buigtreksterkte 51 11.2.6 Breukenergie 53 11.2.7 Relatie zuivere treksterkte-splijttreksterkte 54 Hoofdstuk II.3 ONDERZOEK NAAR HET GEDRAG VAN SCHEUREN ONDER SCHUIFBELASTING 55 II. 3.1 Inleiding 55 11.3.2 Experimenten op scheuren, belast op afschuiving 56 II.3.2.1 Proefopzet 56 II. 3.2.2 Proefresultaten 57 11.3.3 Analyse van de proefresultaten 58 Hoofdstuk II.4 ONDERZOEK NAAR HET GEDRAG VAN HOGE STERKTE BETON ONDER TWEE-ASSIGE BELASTING IN DE COMBINATIE TREK-DRUK 62 11.4.1 Doel van het onderzoek 62 11.4.2 Opzet van het onderzoek 62 11.4.3 Onderzochte parameters 63 11.4.4 Metingen 63 11.4.5 Vervaardiging en nabehandeling van de proefstukken 64 11.4.6 Materiaaleigenschappen 64 11.4.7 Resultaten van het onderzoek 65 11.4.7.1 Sterkte en bezwijkgedrag 65 11.4.7.2 Vervorming in langsrichting 70 11.4.7.3 Vervorming in dwarsrichting 71 11.4.8 Conclusies 73 LITERATUUR 75
DEEL III ACHTERGRONDRAPPORT AANVULLENDE REGELGEVING HOGE STERK TE BETON Hoofdstuk III. 1 INLEIDING 78 Hoofdstuk III.2 OMREKENINGSFACTOREN KUBUSDRUKSTERKTE, BUIGTREK- STERKTE EN TREKSTERKTE 79 111.2.1 Relatie tussen de karakteristieke kubusdruksterktef' ck, de representatieve waarde van de druksterkte/ brep en de rekenwaarde van de druksterkte f' b 79 111.2.2 Relatie tussen de karakteristieke kubusdruksterkte f' ck en de representatieve waarde van de treksterkte / brep 80 111.2.3 Relatie tussen de gemiddelde buigtreksterkte f hr en de gemiddelde treksterkte / b m 81 Hoofdstuk III.3 MATERIAALFACTOR VOOR DE TREKSTERKTE 83 Hoofdstuk III.4 REKENWAARDE VAN DE ELASTICITEITSMODULUS 84 Hoofdstuk III.5 (j-e-diagram 85 III.5.1 De vorm van het voor de berekening aan te houden rj-e-diagram en de waarden van e 5p, en 85 Hoofdstuk III.6 POISSONVERHOUDING 88 Hoofdstuk III.7 KRUIPCOËFFICIËNT EN DE KRIMPVERKORTING 89 III. 7.1 Kruipcoëfficiënt 89 III. 7.2 Krimpverkorting 90 Hoofdstuk III.8 UITERST OPNEEMBARE SCHUIFSPANNING 92 111.8.1 Uiterst opneembare schuifspanning r, voor dwarskracht 92 111.8.2 Uiterst opneembare schuifspanning r, voor pons 93 111.8.3 Uiterst opneembare schuifspanning r, voor wringing 95 Hoofdstuk III.9 MAXIMAAL OPNEEMBARE SCHUIFSPANNING 96 III.9.1 Toetsingswaarde voor de maximaal opneembare schuifspanning r 2 bij dwarskracht en wringing 96 III. 9.1.1 Algemeen 96 111.9.1.2 Onderzoekresultaten dwarskracht 96 111.9.1.3 Wringing 98 111.9.1.4 Toetsingswaarde voor de maximaal opneembare schuifspanning T 2 bij pons 98 Hoofdstuk III. 10 BASISVERANKERINGSLENGTE 100 III. 10.1 Basisverankeringslengte/ vo van betonstaal 100 III. 10.2 Basisverankeringslengte/ v0 van voorspanstaai 100
Hoofdstuk III. 11 FICTIEVE ELASTICITEITSMODULUS 101 Hoofdstuk III. 12 BEREKENING VAN DE DOORBUIGING 102 III. 12.1 Algemeen 102 III. 12.2 a-factoren 104 Hoofdstuk III. 13 BEPALING VAN DE MAXIMAAL TOELAATBARE GEMIDDELDE KENMIDDELLIJN 106 III. 13.1 Volledig ontwikkeld scheurenpatroon 106 III. 13.2 Onvolledig ontwikkeld scheurenpatroon 106 Hoofdstuk III. 14 HOOGTE VAN DE BETONDRUKZONE BIJ BUIGING 108 Hoofdstuk III. 15 e c -METHODE 109 Hoofdstuk III. 16 DETAILLERING 110 LITERATUUR 111