Gewapend beton
Gewapend beton is beton dat plaatselijk versterkt is met stalen staven. De stalen staven noemt men de wapening.
De Parijse tuinman Joseph Monier ontdekte het principe van gewapend beton toen hij bloembakken maakte van beton met een netwerk van ijzerdraad. Voor meer informatie, zie geschiedenis van beton.
Inhoud |
[bewerk] Wat het is en hoe het werkt
[bewerk] Theorie
Druk aan de bovenkant, trek aan de onderkant
Puur beton kan grote drukkrachten weerstaan, maar is niet goed bestand tegen trekkracht, omdat het een korrelige structuur heeft. Bij een te grote trekkracht vormen zich scheuren in het materiaal. Als er zich eenmaal een scheur gevormd heeft, gaat het van kwaad tot erger, doordat de trekkracht zich rond de scheur concentreert – daar is de balk dan immers op zijn smalst; de trekspanning wordt steeds hoger. Het gevolg is bezwijken van de constructie.
Nu zal een betonnen balk niet vaak gebruikt worden om iets aan op te hangen, maar ook als een betonnen balk of plaat op buiging belast wordt, ontstaan er plaatselijk trekkrachten in de balk of plaat. Dat is bijvoorbeeld het geval bij een betonnen balk die aan de uiteinden op kolommen of pilaren rust. Door het eigen gewicht en vooral de nuttige belasting zal de balk de neiging hebben in het midden door te buigen. Daardoor treden er aan de onderkant van de balk trekkrachten op en aan de bovenkant drukkrachten.
Als een balk of plaat doorloopt over meerdere steunpunten, of aan het uiteinde ingeklemd is in een muur, dan treedt aan de bovenkant trek op en aan de onderkant druk.
[bewerk] Vorm en hoeveelheid van de staven
Om de cohesie tussen het beton en het staal nog te verbeteren, wordt de staven gewoonlijk bij het walsen van ribbels voorzien 'torstaal' of 'torwastaal', hierdoor verkrijgt het spiraalvormige ribbels met een groter oppervlak dan glad betonstaal, waardoor het staal beter in het beton hecht. Als dat nog niet voldoende aanhechting oplevert, kan men rechte of ronde haken buigen aan de uiteinden van de staven, zodat de staven niet uit het beton getrokken kunnen worden.
Meestal hoeft er slechts een geringe hoeveelheid staal gebruikt te worden om een voldoende sterkte te verkrijgen, variërend van 1% voor de meeste balken en platen, tot 6% voor sommige kolommen. De hoeveelheid wapeningsstaal wordt gewoonlijk uitgedrukt in het percentage staal in het oppervlakte in een loodrechte doorsnede van het element. Wapeningsstaven zijn rond en variëren in diameter van 8 tot 30 mm, oplopend in stappen van 2 mm. Ook gegalvaniseerd staal wordt gebruikt.
In constructiedelen die men zo dun mogelijk wil maken, of door ruimtegebrek, kan ook het wapeningstaal gebruikt worden om, behalve de trekkrachten, ook een deel van de drukkrachten op te nemen (drukwapening). Dat gebeurt bijvoorbeeld in kolommen. Over meerdere steunpunten doorlopende balken of platen hebben soms wat drukopnemend staal bij de kolommen, maar gewoonlijk hebben balken en platen alleen wapening aan de kant waar de trekkrachten optreden. In het geval van doorlopende draagbalken, waarin de trekkracht afwisselend aan de bovenkant en aan de onderkant optreedt, werd het staal in een zig-zag patroon door de balk gebogen, ook om de schuine trekkrachten op te nemen. Door het arbeidsintensieve en dus dure buigwerk wordt dit tegenwoordig niet meer gedaan. Er worden nu alleen rechte staven boven en onder in de balk of plaat gelegd, ter plaatse van de trekkrachten. Nabij de opleggingen worden in balken eenvoudig meer 'beugels' geplaatst om de schuine trekkrachten op te nemen. Deze beugels nemen de optredende dwarskrachten op in de ligger/plaat.
Zie ook: mechanica, sterkteleer
[bewerk] Praktijk
Gewapend beton bevat stalen staven die de trekkrachten opnemen en zo het materiaal versterken. Het wapeningsstaal wordt vooraf in een houten of stalen vorm, de 'bekisting' of kortweg 'de kist', aangebracht. Dat is gewoonlijk het werk van betonstaalvlechters. Hierna wordt betonspecie in de bekisting gestort en verdicht met een motorisch aangedreven trilnaald. De wapening wordt hierdoor volledig in het beton ingebed. Na maximaal 28 dagen moet het beton de ontwerpsterkte hebben bereikt. Als een gewapend betonelement hierna belast wordt, neemt het beton de drukkrachten op, en het staal de trekkrachten.
[bewerk] Betonkwaliteit
Het succes van gewapend beton is op de volgende eigenschappen gebaseerd:
- Beton en staal hechten goed aan elkaar.
- De uitzettingscoëfficiënt van beton is vrijwel gelijk aan die van staal. Dat voorkomt inwendige spanningen ten gevolge van temperatuurschommelingen.
- Bovendien beschermt het beton het staal tegen roesten.
De betonkwaliteit is opgedeeld in sterkteklassen, welke een maat zijn voor de sterkte van het beton.
- De sterkteklasse is gebaseerd op de 28-daagse druksterkte, uitgedrukt in N/mm².
- De reguliere sterkteklassen lopen van C8/10 t/m C53/65. Alles boven C53/65 wordt hogesterktebeton genoemd.
- De sterkte van het beton waarmee in constructieberekeningen moet worden gerekend is een afgeleide van de sterkteklasse. Hoe deze zogenaamde rekenwaarde van de druksterkte bepaald wordt staat in de Voorschriften Beton Constructie (VBC 1995).
[bewerk] Milieuklassen
Niet elke soort beton is geschikt voor elke omgeving. Als beton aan weer en wind wordt blootgesteld, moeten er hogere eisen aan worden gesteld en voor bouwwerken die met zeewater in aanraking komen nog hogere. Daartoe wordt beton ingedeeld in verschillende 'milieuklassen'. Voor de indeling van deze milieuklassen zie milieuklasse beton.
[bewerk] Betonbeschadigingen
- Betonrot
Corrosie en vorst kunnen slecht ontworpen of uitgevoerde gewapend betonconstructies beschadigen. Als ijzer roest, zet het uit. Daardoor leidt het roesten van wapening tot scheuren in het beton en kan het beton afbrokkelen. Vorstschade ontstaat doordat water door het betonoppervlak naar binnen dringt en bevriest. Door het uitzetten van het bevriezende water in haarscheurtjes worden de scheuren vergroot, wat tot verbrokkelen leidt, waardoor de constructie het uiteindelijk begeeft.
In landen met een nat en koud klimaat schrijven bouwvoorschriften meestal voor dat de wapening moet worden voorzien van een coating van epoxyhars en dat het beton moet worden geverfd of op een andere wijze waterafstotend moet worden gemaakt.
Door binnendringen van chloorhoudende zouten kan het staal versneld gaan roesten.
Door een goede dekking, afstand die de wapening in het beton zit, kan betonrot uitgesloten worden. De minimale dekking hangt af van het milieu waar het gewapende beton zich in bevindt.
Dit is een reactie tussen het cement en de (normaal gezien inerte) granulaten. Het doet het beton uitzetten, wat tot scheuren leidt. Deze reactie kan enkel gebeuren
- In een vochtig klimaat;
- met (relatief gezien) reactie granulaten; en
- bij cement met een hoge hoeveelheid alkalien.
[bewerk] Bescherming tegen vocht
Stoffen die in het beton moeten dringen om het waterafstotend te maken moeten enige tijd na het uitharden worden aangebracht, als de buitenste laag van het beton goed gedroogd is. Een bijzonder proces om beton waterbestendig te maken verloopt als volgt. Het betonnen werkstuk wordt in een vacuüm zak met een monomeer voor een kunsthars gedaan. Nadat het monomeer in het beton is binnengedrongen, wordt het gehard door middel van gammastraling. Dit levert een zeer hard, aantrekkelijk oppervlak op, dat door en door gekleurd kan worden, zodat krassen en butsen minder zichtbaar zijn.
Goedkopere beschermlagen zijn bijvoorbeeld verf, kunststofschuim, kunststof folie en aluminiumfolie of matten die met teer zijn behandeld. Wegfunderingen worden soms beschermd tegen water met behulp van een laag bentonietklei.
[bewerk] Zie ook
- Bouw
- Water/cementfactor
- Civiele techniek
- Voorgespannen beton
- Staalvezelbeton
- Trilbeton
- Schokbeton
- Zwelbeton
- Isokorf
[bewerk] Externe link
| Bron(nen): |
|
* Bouwkundige encyclopedie, Ir.Dr. A. Korevaar, Ir. A. Bijls, Ir. M. Gout, L. Stijnen, Elsevier, Amsterdam, Brussel, 1954. |
