Bescherming van de wapening tegen corrosie
Volgens de huidige Eurocodes is de minimale dikte van de betonbeschermlaag (cnom) voorgeschreven. De dikte van een dergelijke betonlaag is de kleinste afstand van het buitenoppervlak van het gewapend-betonelement tot de eerste wapening. Bij lijnvormige elementen is dat de beugel, en bij vlakke elementen de onderste langswapening. De nominale beschermlaag wordt gedefinieerd als: cnom = cmin + Δcdev
cmin is de minimaal voorgeschreven beschermlaag, waarvan de waarde afhangt van de hechtingsomstandigheden van beton en wapening, omgevingsomstandigheden, coatings op de wapening, enz. Δcdev is de waarde die een uitvoeringsafwijking weergeeft. Afhankelijk van de blootstellingsklasse van het gewapend-betonnen element bestaan er verschillende waarden voor de nominale beschermlaag; deze ligt meestal tussen 2,5 cm en 3,5 cm. Voor funderingen wordt aangenomen dat deze 5cm.
Gedrag van cementmortel en beton bij veelvuldig verwarmen en afkoelen
De sterkte van vers beton kan snel worden verhoogd door het geleidelijk te verhitten met stoom of het in geleidelijk verwarmd water te houden, gevolgd door langzaam afkoelen. Op die manier worden na een behandeling van één dag sterktes bereikt die bij een normale behandeling pas na enkele weken worden verkregen. De mate van werking hangt af van het cement en het type toeslagmateriaal, terwijl echter met arm beton veel betere resultaten worden bereikt dan met vet beton.
Indien het verhitten en afkoelen binnen ruime grenzen plaatsvinden, zullen in het betonelement aanzienlijke spanningen ontstaan als het verhitten en afkoelen snel worden uitgevoerd. In zo’n geval, en vooral bij herhaalde herhaling, moet rekening worden gehouden met het ontstaan van scheuren die van buiten naar binnen doordringen en de mechanische eigenschappen van het beton beïnvloeden. Daarbij gedragen verschillende cements zich verschillend, waardoor voor praktisch gebruik een zorgvuldige keuze van cement wordt aanbevolen.
Warmtedoorgang van beton
De warmtegeleidingscoëfficiënt van beton is afhankelijk van de eigenschappen van toeslagmateriaal en cement, van de hoeveelheid cement, de hoeveelheid aanmaakwater, de vochtigheid van het beton, alsook van de temperatuur. Uit proeven met platen van 10 cm dik en sterk gedroogd beton is vastgesteld dat de warmtegeleidingscoëfficiënt λ 1,163 W/mK bedraagt bij 10 oC, en met platen van beton dat in water heeft gelegen bedraagt deze tot 2,326 W/mK. Dikkere platen gaven hogere warmtegeleidingscoëfficiënten; de hoogste waarde bedroeg 2,38 W/mK.
Uitzetting van beton door warmte
Uitzetting hangt in hoge mate af van het toeslagmateriaal, vervolgens van het vochtgehalte van het beton, en ook van het cement zelf. Tot dusver bekende grenswaarden bij 0 tot 40 oC bedragen ongeveer 6 tot 13*10-6 m/m per graad.
Bestendigheid tegen frequente belasting
1. Druksterkte bij vermoeiing. Het begrip vermoeiingssterkte is hier in algemene betekenis gebruikt; voor technische toepassing moet men steeds de vermoeiingssterkte vermelden (druk, trek, afwisselend druk en trek, buiging, afschuiving, zuivere afschuiving, knik) alsook de wijze van belasten (alleen rustig, alleen herhaald, gedeeltelijk rustig en gedeeltelijk repeterend).
Druksterkte bij vermoeiing door rustige belasting: men mag verwachten dat de weerstand tegen langdurige belasting ten minste ¾ bedraagt van de sterkte die bij een gewone drukproef optreedt.
Druksterkte bij vermoeiing door herhaalde belastingen (basische dynamische sterkte): uit onderzoek is gebleken dat de basische dynamische druksterkte van betonnen kolommen van verschillende samenstelling, en in het bijzonder met verschillende cementgehalten en verschillende korrelverdelingen, ten minste 0,5 van de prisma-sterkte bedraagt bij gewone belasting tot breuk. Daarbij werden 260 belastingscycli per minuut uitgevoerd; het totale aantal cycli waarvoor deze basische dynamische sterkte werd bepaald, bedroeg twee miljoen. Met het toenemen van het aantal cycli per minuut (er werd onderzocht van 10 tot 450 cycli per minuut) nam ook het aantal herhalingen toe dat tot breuk leidde.
Druksterkte bij vermoeiing door gelijktijdige werking van rust- en wisselbelastingen: Wanneer aan wisselbelastingen rustbelastingen worden toegevoegd, nemen bij toenemende rustbelastingen de waarden van de amplituden van de wisselbelastingen af, die anders twee miljoen keer werden herhaald. Ter illustratie toont afb. 1 dat de amplituden van de wisselbelastingen S bedroegen:
- bij rustige belasting voor σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
- bij rustbelasting voor σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
- bij rustige belasting voor σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2
Afb. 1
Afb. 2
2. Buigsterkte van beton bij vermoeiing. Onderzoeken weergegeven op afb. 2 voor balken die voortdurend in vochtige toestand werden gehouden, toonden bij de basisdynamische belasting aan dat de buigsterkte bij vermoeiing 28 kg/cm2 bedraagt, terwijl de gewone buigsterkte 53 kg/cm2 bedroeg, wat overeenkomt met de verhouding 0,53.
Lichtbeton
Licht beton (beton met een gewicht onder 18 kN/m3) wordt verkregen door het gebruik van lichte, poreuze toeslagmaterialen zoals: puimsteen, hoogovenslak, ketelslak, bovendien door het gebruik van mortel van natuurlijk of kunstmatig zand en meel met toevoegingen die bij het aanmaken van de mortel gas ontwikkelen (gasbeton) of in de mortel schuimvorming veroorzaken (schuimbeton).
Lichtbeton wordt onder andere veel gebruikt voor de vervaardiging van metselblokken en platen van puimsteen voor wanden en daken; in droge toestand is het een slechte warmtegeleider; de sterkte is matig, maar laat zich gemakkelijk afstellen, zodat met zekerheid lichte blokken voor dragende wanden van woongebouwen kunnen worden vervaardigd.
Als middel om gasvorming op te wekken in gasbeton wordt aluminiumpoeder gebruikt. Afhankelijk van de hoeveelheid toevoegingen en van andere omstandigheden ontstaat een meer of minder poreus materiaal, met een droog soortelijk gewicht van ongeveer 3 kN/m3 en meer.
1. Volumieke massa van lichtbeton. Met natuurlijke puimsteen kunnen volumieke massa’s worden gegarandeerd – uitgaande van de toestand gedroogd bij 105 oC – vanaf 7 kN/m3 en hoger, bij drukkrachten van 2 MPa. De te verwachten volumieke massa bedraagt ongeveer de som van toeslagmateriaal en cement in losgestorte toestand. Gasbeton met een volumieke massa van meer dan 8 kN/m3 is in de regel technisch ongeschikt.
2. Druksterkte van lichtbeton. Voor stortbeton kunnen zonder bijzondere maatregelen sterktes van 8 MPa worden bereikt, en met grind zelfs tot 12 MPa. Voortdurende geschiktheidsproeven zijn noodzakelijk. Porous beton (gasbeton en schuimbeton) is alleen geschikt voor dragende muren na uitharding onder stoomdruk. Met geschikte grondstoffen kunnen volumieke gewichten van 6 kN/m3 en druksterktes van 5 MPa worden gegarandeerd.
3. Buigsterkte van lichtbeton. De verhouding tussen buig- en druksterkte bleek binnen de praktische behoeften relatief groot, en naarmate de sterktes toenemen, neemt deze verhouding af.
4. Krimpgraad van lichtbeton. De krimpgraad hangt voornamelijk af van de elasticiteit van het toeslagmateriaal, evenals van de hoeveelheid van de samenstelling van het verharde cement; de krimp van lichtbeton is groter dan die van grindbeton. Baksteengranulaatbeton vertoonde gedurende één jaar een totale krimp van ongeveer 0,65 mm/m. Pas geleverde elementen van natuurlijke puimsteen waren na 14 m maanden met ongeveer 0,8 mm/m gekrompen. Monsters van gasbeton en schuimbeton die aan de lucht verhardden, vertoonden nog veel grotere krimp, zelfs meer dan 2 mm/m. Men mag niet vergeten dat elk beton bij bevochtiging door regen en smeltende sneeuw opzwelt en bij latere droging weer krimpt.
Afb. 3
5. Warmtegeleidingscoëfficiënt. De warmtegeleidingscoëfficiënt neemt af met het volumegewicht en wordt, onder verder gelijke omstandigheden, des te kleiner naarmate de luchtporiën kleiner en gelijkmatiger verdeeld zijn. Voor lucht-droog stortbeton bedroeg deze (λ = 0,4625 voor 9 kN/m3; λ = 0,58 – 0,7 voor 12 kN/m3; λ = 0,81 – 1,05 voor 16 kN/m3). Voor lucht-droog gasbeton geeft fig. 3 de gegevens.
OPMERKING:
- 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
- 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3