Gaat de wapening van de bouwplaats verdwijnen

Artikel delen

Vorig jaar zijn bij een proefproject bij TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde, gietbouwcasco”s van staalvezelbeton getest.De resultaten zijn hoopgevend. Staalvezelbeton in draagconstructies lijkt binnen enkele jaren te kunnen doorbreken in ons land. Maar dan moeten er eerst wel breed geaccepteerde rekenvoorschriften komen.

De traditionele wapening van stalen staven in beton verdwijnt en wordt vervangen door staalvezels, die grote voordelen bieden. Producenten van prefab beton zijn overtuigd van de voordelen van staalvezelbeton op het gebied van kosten, logistiek en duurzaam bouwen. In de tunnelgietbouw is staalvezelbeton concurrerend met gewapend beton. Voorop staat echter dat de behoefte aan regelgeving voor het constructief ontwerp van staalvezelbeton en kwaliteitsborging urgent is. Vooronderzoek naar de herziening van CUR-Aanbeveling 111 Staalvezelbeton is begonnen. Dat bleek uit de Studiedag Staalvezelbeton op 19 april 2011, waar bijna 200 professionals van ingenieursbureaus, bouwbedrijven en betonindustrie in zes plenaire zittingen en negen workshops bijgepraat werden over de mogelijkheden van staalvezelbeton.

‘Voor staalvezelbeton is een derde minder staal nodig en een kwart minder energie dan voor gewapend beton. De carbon footprint is kleiner’, volgens N. Nieuweboer, betontechnoloog en bedrijfskundige bij Fiber Beton. ‘En met staalvezels vraagt de productie minder tijd, minder logistiek en opslag, minder administratie en productcontroles. Je doseert de staalvezels en je bent klaar.’ Wat hoogleraar Joost Walraven van de faculteit civiele techniek en geowetenschappen van de TU Delft betreft, hoeft het wapeningsstaal niet helemaal in de ban. ‘De combinatie van staven en vezels heeft een synergetisch, elkaar versterkend effect.’

Verwerkingsvoordelen

De toepassing van staalvezels in beton is bijzonder efficiënt. Het toevoegen van vezels aan een betonmengsel is immers veel eenvoudiger dan het transporteren van de zware wapening naar de plaats, wapeningstekeningen lezen, het vlechten en inspecteren. Verder zijn er veel minder krimpscheuren zichtbaar. Sparingen zijn ook geen probleem. Bij grotere sparingen is bijlegwapening noodzakelijk. De beton is na het storten gewoon te trillen.

Bepalend voor de toepassing van staalvezels is de arbeid die het kost om de traditionele wapening te maken. Voor eenvoudige constructies met rechte wanden is een wapeningsmat inclusief arbeid nu nog goedkoper. Maar is de constructie moeilijker of met heel veel hoeken dan kunnen staalvezels uitkomst bieden. Dat staalvezels in wanden niet altijd loont, heeft te maken met de prijs van vezels. Staalvezels zijn per kilo duurder dan matten, zeker als de vezels verzinkt worden. Daarnaast moet de beton van een speciale, meer vloeibare, samenstelling zijn om de staalvezels er in te kunnen verwerken. Maar daar staan weer grote besparingsmogelijkheden tegenover doordat er geen kraaninzet nodig is voor het transport van de wapening. Ook hoeft er geen wapening te worden getekend, ingekocht en gevlochten.

Werking van vezels

Traditionele wapening werkt in twee richtingen, maar vezels werken in alle richtingen. Door deze in principe driedimensionale oriëntatie van de vezels is vezelbeton vooral aantrekkelijk in constructies waarop daadwerkelijk krachten in verschillende richtingen worden uitgeoefend. De vezels hoeven niet alleen van staal te zijn. Er zijn ook polypropyleenvezels en glasvezels. Polypropyleenvezels worden tegenwoordig vaak toegepast in betonmengsels met hogere sterkte. Bij brand smelten deze vezels, waardoor fijne kanaaltjes resteren. Die kanaaltjes leiden bij brand tot een sterke reductie van de inwendige dampdruk. Daardoor neemt het spatgevaar flink af. Glasvezels worden vooral in zeer dunne elementen toegepast. Een voorbeeld is gevelelementen waarbij een geringe dikte (enkele millimeters tot enkele centimeters) wordt gerealiseerd in combinatie met een grote vormvrijheid. Daarbij worden glasvezels niet alleen als losse vezels toegepast, maar vooral als vezelbundels of als weefsels (“textielbeton”).

De meest geschikte vezels blijven echter staalvezels. In tegenstelling tot klassiek wapeningstaal, waarbij de verankering zodanig wordt gedimensioneerd dat vloeien van het staal optreedt voordat de staaf wordt losgetrokken, worden vezels zodanig gedimensioneerd dat ze slippen voordat de vloeispanning wordt bereikt.

In de beginjaren van de toepassing van vezelbeton werden staalvezels zonder nadenken aan betonmengsels toegevoegd. Maar de verwerkbaarheid van het beton nam af wanneer men meer vezels toevoegde. Later heeft men ontdekt dat de grootte van de toeslagkorrels (zoals grind) een relatie heeft met de lengte en hoeveelheid vezels. Bij een kleinere korrelgrootte wordt de verdeling en dus effectiviteit van de vezels beter.

Traditionele wapening werkt in twee richtingen, maar vezels werken in alle richtingen. Door deze in principe driedimensionale oriëntatie van de vezels is vezelbeton vooral aantrekkelijk in constructies waarop daadwerkelijk krachten in verschillende richtingen worden uitgeoefend.

Sparingen maken

Achteraf sparingen maken in traditioneel gewapend beton is lastig. Het is altijd een kwestie van goed uitkienen op welke plaats in de constructie dat kan, in verband met de doorgaande wapeningsstaven. Daar waar staven onderbroken worden, gaat trekkracht in de constructie verloren. De gevolgen daarvan moeten opgevangen worden in een hulpconstructie. Omdat de wapening in staalvezelbeton overal gelijkmatig en gelijkwaardig is in alle richtingen, lijkt het logisch aan te nemen dat het maken van een sparing op elke willekeurige plaats in een wand of in vloerveld mogelijk is.

Het achteraf maken van een sparing in een wand is niet zo”n probleem. Zij het dat het formaat van de sparing of de hoeveelheid sparingen genoeg betonwand overlaten voor de afdracht van de drukkrachten. Echter, bij het maken een sparing in een vloerveld van staalvezelbeton gelden meer randvoorwaarden. Behalve voorzieningen die men moet treffen ten gevolge van op de sparingranden aan te brengen constructies, zoals een trap of een balustrade, moet er ook een herberekening van de totale vloerconstructie worden uitgevoerd. Door de doorsnedeverzwakking die de sparing in feite is, zal het resterende vloerveld een grotere gebruiksbelasting moeten opnemen; ter plaatse van de randen van de sparing zelfs enkele flinke puntlasten extra. De dwarskracht is niet het probleem, het buigend moment wel. De belasting zal bij staalvezelbeton wel meer verspreid worden dan bij een veld met prefab vloerplaten, waarbij de afzonderlijke korte elementen in een raveelconstructie op de doorlopende elementen worden opgelegd. Dan is echt van puntlasten sprake. Maar, zoals gezegd: de herberekening zou best wel eens tot de conclusie kunnen leiden dat het vloerveld als geheel blijft voldoen. En dat kan bij prefab elementen nooit.

Waarschijnlijk het eerste voorbeeld in Nederland van het gebruik van staalvezelbeton in dragende wanden is de bouw van een parkeergarage in 2007 in het Noord-Hollandse Bergen door aannemer De Jong Ursem.

Praktijkvoorbeelden

Zoals eerder opgemerkt worden staalvezels in Nederland vooral toegepast in industrievloeren. De laatste jaren gaat de aandacht ook uit naar draagconstructies. In tunnelelementen worden staalvezels al langer toegepast. Bij de bouw van de tweede Heinenoordtunnel in 1997 is in Nederland voor het eerst over een lengte van 20 meter geëxperimenteerd met staalvezelbeton. Inmiddels is het wapenen van tunnelelementen voor geboorde tunnels met staalvezels een geaccepteerde en veel gevraagde technologie. In Japan en Frankrijk worden constructies vervaardigd uit vezelbeton met ultra-hogesterkte, zoals liggers voor bruggen en viaducten.

In 1996 is staalvezelbeton gebruikt bij het storten van een immense onderwatervloer op de Potsdamerplatz in Berlijn. Het ging om een vloer van 200 x 200 meter, aangelegd 16 meter onder de grondwaterspiegel. Na het droogpompen van de bouwput was de opwaarste druk gelijk aan 16 ton/m2. Daarom is de vloer met trekpalen in de bodem verankerd. Door de toepassing van staalvezels kon de dikte van de vloer tot 1,20 meter beperkt blijven, terwijl deze zonder vezels minimaal 1,50 meter dik had moeten zijn.

Waarschijnlijk het eerste voorbeeld in Nederland van het gebruik van staalvezelbeton in dragende wanden is de bouw van een parkeergarage in 2007 in het Noord-Hollandse Bergen door aannemer De Jong Ursem. Het betreft een project in het centrum met winkels en appartementen, waaronder een parkeergarage is gelegen. De in totaal 165 meter lange wanden van de parkeergarage zijn van staalvezelbeton. Omdat het staal het beton stugger maakt, is extra superplastificeerder gebruikt. Er is gewerkt met 40 kg/m3 staalvezels. Verder zijn alleen boven de kim acht wapeningsstaven ø 10 mm aangebracht, om daar een klein moment te kunnen opvangen.

Grootste voordeel was volgens de aannemer de tijdwinst: normaal stort het bouwbedrijf ongeveer 10 meter kelderwand met een wandkisthoogte van 2,75 meter, in een dag. Per week haalt men dus 50 strekkende meter kelderwand. Met staalvezelbeton duurt dat vier dagen. Dat is een tijdwinst van 20 procent. Daarnaast hoefde de aannemer de kraan niet te gebruiken om de wapeningsnetten in te hijsen en is het vervelende stellen van die netten ook voorbij. Voor het project in Bergen had De Jong Ursem ook al drie kleinere projecten gerealiseerd met kelderwanden van staalvezelbeton. Voor een kleine kelder van 9 x 11 meter is 25 kg/m3 gebruikt, omdat die dosering veel soepeler is. Maar voor een kleine kelder is ook minder sterkte nodig.

Staalvezels die aan het oppervlak liggen kunnen roestvlekken geven, maar in de praktijk blijkt dat erg mee te vallen. Bij het project in Bergen zijn gegalvaniseerde staalvezels toegepast, waardoor er geen roestvlekken optreden. Bij de eerste kelder die De Jong Ursem realiseerde is gebruik gemaakt van gewone staalvezels. Die kelder heeft tijdens de uitharding van het beton zelfs nog onder water gestaan om tegendruk te geven aan het grondwater. Maar na een half jaar was nog geen roestvorming te zien. En al zouden de uiteinden gaan roesten; dan heeft dat geen enkel gevolg voor de sterkte van het beton.

De in totaal 165 meter lange wanden van de parkeergarage in Bergen zijn van staalvezelbeton.

Gratis BouwTotaal Nieuwsbrief

Actualiteit, rubrieken met praktische informatie, inspiratie en meer: abonneer je gratis op de BouwTotaal nieuwsbrief!

Nieuwsbrief