Hoe kenmerkt vezelversterkt ultrahogesterktebeton zich qua materiaaleigenschappen en gedrag? Civiele kunstwerken Ontwerpen vvUHSB

Veelbelovende toepassingsmogelijkheden

De toepassing van vezelversterkt ultrahogesterktebeton (vvUHSB) in civiele kunstwerken staat nog in de kinderschoenen. Toch zijn er in Nederland inmiddels al enkele zeer slanke bruggen in vvUHSB gerealiseerd met een minimale hoeveelheid constructiemateriaal. De toepassingsmogelijkheden van het materiaal zijn veelbelovend. Ook in andere sectoren wordt vvUHSB al regelmatig toegepast. Bekende voorbeelden zijn zeer slanke balkons, esthetische elementen en trappen in vormen die in traditionele betonsoorten niet of lastig te realiseren zijn. vvUHSB lijkt in eerste opzicht ogenschijnlijk veel op traditionele betonsoorten. Toch zijn er aanzienlijke verschillen met betrekking tot de sterkte, duurzaamheid en vervormbaarheid van het materiaal.

Wat is vezelversterkt ultrahogesterktebeton?

Vezelversterkt ultrahogesterktebeton is een extreem sterke en duurzame betonsoort die hoge prestaties levert. Deze hoge prestaties zijn toe te wijden aan een zorgvuldig uitgebalanceerd betonmengsel, waarbij (een deel van) de zachtstaalwapening wordt vervangen door staalvezels. vvUHSB functioneert als één geheel, maar kent qua materiaaleigenschappen en gedrag een belangrijk onderscheid tussen het betonmengsel en de vezels.

Samenstelling van het betonmengsel

Het uitgebalanceerde betonmengsel van vvUHSB bestaat uit een hoog aandeel cement, relatief weinig water, fijne toeslagmaterialen, vul- en hulpstoffen. Deze samenstelling resulteert in een verfijnd en compact korrelskelet waarbij nagenoeg alle holle ruimten zijn opgevuld. Door de opvulling van deze holle ruimten vindt bij vvUHSB de krachtsafdracht, in tegenstelling tot traditioneel beton, plaats via zowel de toeslagmaterialen als de cementsteen. Door deze samenstelling bereikt vvUHSB een (cilinder)druksterkte van tenminste 150 MPa, daar waar veel toegepaste traditionele betonsoorten beschikken over een druksterkte van 30 tot 50 MPa. Naast een hoge druksterkte zorgt het compacte korrelskelet voor lage permeabiliteit en daarmee een hoge weerstand tegen indringing van water en andere schadelijke stoffen, zelfs bij kleine betondekkingen.


Figuur: spanning-rek-diagram cilinderdruksterkte

Vezels verminderen aantal macroscheuren

Bij vvUHSB worden (roestvrij)stalen vezels aan het betonmengsel toegevoegd. De vezels zijn beschikbaar in verschillende soorten (lengte, diameter en vorm) met elk hun eigen optimale werking. De vezels werken samen met zachtstaalwapening en zijn, afhankelijk van de soort en de dosering, in staat om deze wapening volledig te vervangen. De kleine vezels verhogen de treksterkte van de ongescheurde doorsnede en stellen daarmee het optreden van de eerste macroscheur uit. Dit vermindert het aantal macroscheuren in het betonoppervlak aangezien  zachtstaalwapening pas wordt geactiveerd zodra de betondoorsnede gescheurd is. Bij vvUHSB varieert de treksterkte tussen de 7 en 15 MPa, daar waar bij traditionele betonsoorten slechts een treksterkte tussen de 1,5 en 3,0 MPa wordt behaald.


Figuur: spanning-rek-diagram buigtreksterkte
 
Wanneer vvUHSB eenmaal gescheurd is worden de lange vezels geactiveerd waardoor de treksterkte van de doorsnede verder wordt vergroot. Naast het vergroten van de treksterkte zorgen de lange vezels voor een toenemende ductiliteit (vervormbaarheid) van het materiaal. Waar traditionele beton een bros gedrag vertoont en ongewapend of met te weinig wapening zonder waarschuwing bezwijkt, ondergaat vvUHSB door toevoeging van deze lange vezels een zekere vervorming voorafgaand aan bezwijken en geeft daarmee een waarschuwing af.

Maatgevende ontwerpcriteria bij vvUHSB

De bovengenoemde materiaaleigenschappen zorgen ervoor dat bij civieltechnische kunstwerken uitgevoerd in vvUHSB andere ontwerpcriteria maatgevend zijn dan bij traditionele betonsoorten. Bij traditioneel beton is scheurwijdte doorgaans maatgevend vanwege de scheurwijdte-eis van 0,2 mm horend bij een milieuklasse waarin dooizouten aanwezig zijn. Bij vvUHSB  blijkt in de casestudie het bezwijkmoment juist maatgevend te zijn ten opzichte van de scheurwijdte-eis. Dit is het resultaat van het vermogen van de vezels om microscheuren te overbruggen en het macroscheurpatroon fijnmaziger te verdelen over het betonoppervlak.

Wel dient er ten opzichte van traditionele betonsoorten meer aandacht besteed te worden aan de comforteisen omtrent trillingen en doorbuigingen. Bij massieve traditionele betondoorsnedes leveren deze eisen in de praktijk zelden een probleem op. Bij constructies uitgevoerd in vvUHSB blijkt dit criterium juist een van de meest bepalende factor binnen het ontwerp te zijn. Vanwege de hoge sterkte van vvUHSB kan namelijk zeer slank ontworpen worden. Inherent aan deze grotere slankheid zijn grotere vervormingen.

Meer weten over het ontwerpproces?

Binnenkort lees je in een volgend blogartikel meer over het ontwerpproces en wordt de toegevoegde waarde van vezelversterkt ultrahogesterktebeton toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden.
Wil je meer weten over vezelversterkt ultrahogesterktebeton? Neem dan contact op met Arno via 088 943 3200 of stuur hem een mail.
Wij zijn altijd op zoek naar nieuw talent. Hoe kan jij ons versterken? Werken bij Iv betekent elke dag werken aan uitdagende en afwisselende projecten. Op kantoor of op locatie. Bekijk snel of er in jouw specialisme een uitdaging te vinden is!
Hoe kenmerkt vezelversterkt ultrahogesterktebeton zich qua materiaaleigenschappen en gedrag?
Vacatures Vind nu je droombaan bij het leukste ingenieursbureau van Nederland. Bekijk alle vacatures Bekijk ons magazine Ontvang de laatste versie van het Ivormatie magazine. Download magazine

Deze website maakt gebruik van cookies


Onze cookies verzamelen geen persoonsgegevens en helpen ons de site te verbeteren. Lees ons privacy statement.