scheurvorming beperken : noodzakelijke voorwaarde ... - Febelcem

SCHEURVORMING BEPERKEN :NOODZAKELIJKE VOORWAARDEVOOR DUURZAAM BETONTECHNOLOGIE | NOVEMBER 2010BBSfBEf2(F47)Hydratatie en krimpmechanismenWaterafscheiding (‘bleeding’)Plastische krimpAutogene krimpHydraulische krimpThermische krimp1 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

1. Hydratatieproces en krimpmechanismenDe exotherme reactie tussen water en cementbestaat uit de omzetting van watervrije calciumsilicatenen -aluminaten in gehydrateerdesilicaten en aluminaten.De hydratatie van de silicaten verloopt relatieftraag en vervult een essentiële rol. Zij levertimmers de mechanische sterkte op. Eerstdoet ze hydratatieproducten ontstaan (gehydrateerdekalkhoudende silicaten) met deconsistentie van een gel. Aanvankelijk zijndeze nog week, maar geleidelijk ontwikkelenze een grotere cohesie en worden onoplosbaar.De nog niet volledig gehydrateerde gels zijnin dit stadium tweemaal zo « dik » als inwatervrije toestand. In de beginfase vertragende hydratatieproducten het reactieproces; degevormde gels verhinderen dat water tot bijde nog watervrije kristallen geraakt. Na enigetijd versnelt het proces, het specifiek oppervlakwordt gevoelig groter, en de hydratatiefrontentransformeren tot een continue structuur.Deze evoluerende microstructuur vormt debasis voor de sterkteopbouw. Zij is tevens vandoorslaggevend belang voor de beschermingvan het beton tegen agressieve stoffen.De hydratatie omvat complexe scheikundigereacties. Hierbij speelt de water-cementfactoreen belangrijke rol. Een deel van het aanmaakwater(± 40 % van de cementmassa) wordtchemisch en fysisch gebonden. Tijdens dereacties ontstaan capillaire holtes : het volumevan het percolerende vaste agglomeraat isimmers kleiner dan de som van de afzonderlijkevolumes van het water en het cement.Maar vermits meer water nodig is om degewenste verwerkbaarheid van het beton tegaranderen, vullen deze capillaire holtes zichmet « interstitieel » water. Nadien zal dit watereventueel verdampen, met krimp tot gevolg.Hoe meer water aanwezig is, hoe verder decementkorrels zich van elkaar bevinden. Demicrostructuur ontwikkelt zich minder snel,het beton blijft poreuzer.De hydratatiereacties zijn bovendienexotherm en doen een grote hoeveelheidwarmte vrijkomen. In massieve constructiesstapelt deze warmte zich op, wat kan leidentot thermische krimp van het jonge beton. Desnelheid waarmee de warmte zich ontwikkelt,is een bepalende factor.Tijdens het hydratatieproces vermindertde vervormbaarheid sterk, de breukrek (devervorming waarbij breuk optreedt) daalt toteen minimumwaarde (fig. 1). In dit stadiumis de sterkte nog zeer gering (kritieke fase);uitdroging en thermische effecten kunnendan zelfs leiden tot scheurvorming.Water is fundamenteel voor de hydratatievan cement. Daarnaast is het echter samenmet de hydratatiereacties ook verantwoordelijkvoor voorschillende types vervorming ofkrimp (fig. 2) :• zetting van het verse beton (zwaartekracht,ontmenging/sedimentatie, waterafscheidingof ‘bleeding’);• hydratatiereactie en inwendige droging(autogene krimp, waaronder chemischekrimp);• verdamping van het aanmaakwater tijdensde binding (plastische krimp);• vochtafgifte na verharding (hydraulischekrimp of drogingskrimp);• thermische krimp veroorzaakt door eent e mp e rat uu rd a l i n g volgend o p d eopwarming tijdens de hydratatie van hetcement (exotherme reactie), ofwel doorschommelingen van omgevingstemperatuur.Fig. 1 – Evolutie vanvervormbaarheiden sterkte tijdensde hydratatie3 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Fig. 2 – Schematischevoorstelling vande fenomenenteweeggebracht doorveranderingen inhet vochttransportTabel 1 – Scheurrisico in functie van het type krimpScheurrisicoNut / doeltreffendheid vandiverse maatregelenType krimpTijdstip vanverschijnenType scheurenBetonsamenstellingNabehandelingWapeningPlastische krimpvoor of tijdens debindingoppervlakkig gering zeer groot geenKrimp door (inwendige) droging, dw.z. opname van het aanmaakwater van het beton tijdens de verharding (autogene krimp), ofverdamping uit het verharde beton (hydraulische krimp)• op korte termijn enkele dagen totenkele weken nahet betonneren• op lange termijn enkele maandentot enkele jaren nahet stortenoppervlakkig ofover de volledigedikteover de volledigediktezeer groot zeer groot matigzeer groot groot zeer grootThermische krimp15 uur tot10 dagen na hetstortenoppervlakkig ofover de volledigediktegroot zeer groot matigVolledigheidshalve moet ook nog de carbonatatiekrimpworden vermeld. Die is het gevolgvan de volumevermindering waarmee deomzetting van portlandiet in calciumcarbonaat(carbonatatiereactie) gepaard gaat. Dezekrimp is evenwel verwaarloosbaar.Voor de ingenieur is krimp een uitgesteldevervorming die optreedt in afwezigheidvan een belasting. De krimp neemt toe in detijd, tot hij na verloop van enkele jaren eenlimiet bereikt. Die hangt vooral af van debetonsamenstelling, het cement- en watergehalte,de dikte van de betonelementen ende relatieve vochtigheid van de omgeving. Inons klimaat bedraagt de krimp globaal 0,4 tot0,8 mm/m (0,4 – 0,8 ‰). Krimp is een van deredenen waarom voegen worden voorzien instructuren.Vooral scheuren die ontstaan omdat krimpeffectenverhinderd worden, houden ernstigeconsequenties in voor de kwaliteit en duurzaamheidvan beton. Tabel 1 vat de scheurrisico’ssamen in functie van het type krimp.4 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

2. Waterafscheiding (‘bleeding’)Pas gestort beton heeft de neiging om aanmaakwateraf te scheiden. Onder invloed van dezwaartekracht en van het verdichten zakkende zwaardere bestanddelen van het beton inde waterige cementpasta (sedimentatie). Hetwater wordt hierdoor omhoog gestuwd, op hetbetonoppervlak vormt zich een waterfilm. Ditverschijnsel van waterafscheiding wordt ookbleeding genoemd. De omvang ervan hangthoofdzakelijk af van de betonsamenstelling,de consistentie en het watergehalte vanhet verse beton, alsook van de hoogte van debetonkolom. Het fenomeen komt niet zeldenvoor bij gewoon beton en manifesteert zichvóór de binding. Zolang het beperkt blijft, heefthet een gunstige invloed op het beton, wanthet voorkomt dat plastische krimp optreedt. Dewaterfilm op het oppervlak van het verse betonbiedt immers bescherming tegen uitdroging.Niettemin leidt dit aangevoerde bleedingwatertot de vorming van een betonhuid meteen hoge water-cementfactor. Het betonoppervlakis hierdoor van minder goede kwaliteit enin het geval van een bodemverharding zal hetbeton minder bestand zijn tegen afslijting,vorst, dooizouten...Waterafscheiding kan zetting veroorzaken vanhet betonskelet en scheuren doen ontstaandie enkele tienden van een millimeter breedzijn (zie fig. 3: type A, B of C). Zolang het betonevenwel een voldoende vervormbaarheidbehoudt, is geen typische scheurvorming tevrezen.Invloedsfactoren envoorzorgsmaatregelen• Zettingscheuren boven wapeningsstaven(type A- fig. 3) komen het meest voor,vooral in het geval van grote betonsecties.Voldoende betondekking boven dewapening volstaat om veel problemente vermijden. Soms kan horizontaledelaminatie optreden (horizontale scheurter hoogte van de wapening), wat leidt totverminderde hechting. In ieder geval moeterop gelet worden de wapening niet tetrillen.• Zettingscheuren kunnen worden geëlimineerddoor het beton opnieuw te trillen(tot onder het wapeningsnet). Dit herverdichtenmag echter niet te vroeg gebeuren.Het beste tijdstip is wanneer de trilnaaldnog net geen sporen laat. Dit is nog tot 2 à3 uur na het storten mogelijk.• Een lage omgevingstemperatuur of hetgebruik van een vertrager verlengt debindingstijd en bijgevolg ook de tijdsduurtijdens dewelke zetting en bleeding mogelijkblijven. Ook moet bij koud weer het gebruikvan cementtypes van sterkteklasse 32,5vermeden worden, vermits deze een langerebindingstijd hebben. Deze cementtypes zijnminder fijn dan cement van een hogeresterkteklasse. Zij leiden bijgevolg tot eenminder stabiel betonmengselFig. 3 – Zettingscheuren5 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

• Een correcte samenstelling van het beton isonontbeerlijk, hetgeen betekent :-- een voldoende gehalte aan cement eneventuele toevoegsels;-- geen overmatig hoog watergehalte;-- een continue korrelverdeling; vooral defractie 2/8 verdient bijzondere aandacht;-- geen overdreven gebruik van superplastificeerders,en zeker niet ten koste van hetcementgehalte.• Uitsluitend zand met platte en hoekigekorrels en platte granulaten gebruiken iseveneens ongunstig. Het vergroot immers deweerstand tegen het verdichten, waardoormeer holtes ontstaan, met een mindercompact beton tot gevolg. Bovendien vergendergelijke toe slagmaterialen een hogerewaterdosering. Ook monogranulair zandmaakt het beton gevoeliger voor waterafscheiding.Het loskomen van de slijtlaag van een bedrijfsvloer kan zijnoorzaak hebben in sterke en langdurige bleeding. Inderdaad,omdat de slijtlaag (1 deel cement en 2 delen zand), snellerverhardt dan het onderliggende beton (meestal 1 deel cementvoor ongeveer 6 delen inerte materialen), kan bleedingwateropgesloten raken tussen de twee lagen, met een gebrekkigehechting tot gevolg.In het geval van bedrijfsvloeren zal de waterafscheiding deste groter zijn, naarmate het beton meer water bevat, hetverdichten niet correct gebeurt (bij langzame bleeding) en debindingstijd langer is.Bleeding aan het betonoppervlak is een bekend verschijnsel.Maar daarnaast bestaan nog andere fenomenen, zoals opwaartsewatermigratie tussen het beton en de bekisting.De foto toont hoe het water kleine stroompjes heeft gevormdwaarlangs fijne deeltjes naar het oppervlak zijn meegevoerd.Oorzaken : grote overmaat aan water, discontinue korrelverdelingen lokaal te lang trillen.6 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

3. Plastische krimpKrimp tijdens de plastische fase van het betonis het gevolg van het snel uitdrogen – vooralaan het oppervlak – van het nog niet verhardebeton onder de invloed van wind, zon, of eenzuigende onderliggende laag. Het temperatuurverschiltussen lucht en beton speelteveneens een belangrijke rol, zodat plastischekrimp niet alleen bij grote hitte maar ook in dewinter te vrezen is. Een dergelijke uitdrogingbrengt een aanzienlijke volumeverminderingteweeg (0,2 à 5 mm/m (vrije krimp – ziefig. 4), die tot 10 keer groter kan zijn dan dekrimp tijdens de verhardingsfase (hydraulischekrimp).Vooral beton dat in buitenomgeving verhardt,moet tegen plastische krimp beschermdworden (scheuren D en E – fig. 5).Maar opgelet, ook binnenvloeren kunnenworden blootgesteld aan wind (tocht) !Scheuren veroorzaakt door plastische krimpzijn het zichtbare resultaat van het vroegtijdiguitdrogen van beton. Voor de kwaliteitvan het beton zijn de onzichtbare effectenevenwel erger. Een falende bescherming tegenuitdroging leidt tot :• een oppervlak van minder goede kwaliteitdat slecht bestand is tegen afslijting (verpulvering,stofafgifte);• een betonhuid met een grotere porositeit enbijgevolg daling van de prestaties van hetbeton (o.a. lagere bestandheid tegen vorstin combinatie met dooizouten).Fig. 4 – Vrije plastische krimpveroorzaakt door luchtstromingen,bij verschillende luchtsnelheden.De metingen werdenuitgevoerd op kleine monsters. Inde praktijk wordt geen rekeninggehouden met de absolutewaarden maar wel met deverhoudingen tussen de waardendie op deze diagrammen vermeldzijn. Men kan zich immers nietvoorstellen dat een vloerplaatdie blootgesteld wordt aan eenwindsnelheid van 15 km/u indie mate zal scheuren dat desom van de scheur openingen,verdeeld over een lengte van 1 m,gelijk zou zijn aan 4 mm ! Doorwrijving met zijn bekisting endoor plastische kruip zal het versebeton zich min of meer aan zijnnieuwe volume aanpassen, maarhet risico op scheurvorming en/of de opening van de scheuren zalwel toenemen volgens de verhoudingendie door de diagrammenaangegeven wordenFig. 5 a, b– Scheuren doorplastische krimp7 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Fig. 7 a, b – Betonwandna ontkisting beschermdmet behulp van een zeilInvloedsfactoren envoorzorgsmaatregelenIn principe wordt het water in het beton vastgehoudendoor verdamping te beletten (« hetbeton tegen uitdroging beschermen »). Om devochtigheid te handhaven moeten de blootgesteldeoppervlakken beschermd worden doormiddel van een curing compound, een ondoorlatendmembraan of een ander procédé. Voorzover de uitvoering het mogelijk maakt, moetde tijd die verstrijkt tussen het storten van hetbeton en het aanbrengen van de bescherming,zo kort mogelijk zijn. Het grootste waterverliesvindt immers plaats tijdens de eersteuren volgend op het verdichten van het beton(fig. 6). Meestal wordt het beton afgedekt meteen plastic folie, of anders wordt een curingcompound verstoven.Dit laatste gebeurt op het ogenblik dat hetbleedingwater verdwenen is.Nabehandelingsproducten kunnen immersgeen continue film vormen op een wateroppervlak.Bevindt het beton zich in een bekisting, danhelpt deze eveneens bij het vochtig houdenvan het beton. Het niet bekiste oppervlakmoet nochtans steeds beschermd worden. Naontkisting moet het beton nog enkele dagenafgedekt worden met een vochtig gehoudenzeil, of eventueel met een plastic folie.De duur van de bescherming hangt af van eengroot aantal factoren (weersomstandigheden,cementtype, betonsamenstelling – secundairebestanddelen zoals slak of vliegas, een overmaataan aanmaakwater, of het gebruik vanhulpstoffen met een vertragende componentmaken de bindingstijd langer en vergroten zode kans op plastische krimp...)Beton met 400 kg/m 3 cement CEM I 42,5 R - W/C = 0,48-250-500-750-1000Verstuiven van curing compoundTijd (uur)0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 1800Waterverlies in g/m 2-1250-1500-1750-2000-2250Fig. 6 – Evolutie van het waterverliesuit betonmonsters(één blootgesteld oppervlak),met en zonder beschermingdoor een curing compound-2500-2750-3000-3250Beton beschermd met curing compoundNiet beschermd betonBlootstelling in labo bij 35 °C en40 % relatieve vochtigheidDoeltreffendheid curing compound> 90 % na 3 dagen blootstelling8 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

In tabel 2 staan de aanbevolen duurtijdenuitgedrukt in dagen. Er mag niet wordenvergeten dat de bescherming niet alleen nuttigis om scheurvorming te voorkomen tijdens deeerste uren, maar ook in een later stadium, wanthet is dan dat zich het grootste deel van de krimpna de binding ontwikkelt. Hoewel minder grootin omvang is deze krimp zeer gevaarlijk omwillevan de effecten die hij heeft op een materiaaldat reeds opgestijfd is, maar nog niet veel sterktebezit. De tabel definieert de minimale nabehandelingstijdenin functie van de omgevingsvoorwaardenen van de sterkteontwikkeling van hetbeton, uitgedrukt door de verhouding f cm2/ f cm28.Zijn geen gegevens beschikbaar over het beton,dan biedt de verhouding van de druksterktesop 2 en 28 dagen verkregen tijdens de controlevan het cement een goed alternatief (mortelvervaardigd en getest volgens de norm NBNEN 196-1). Deze gegevens staan vermeld op detechnische fiche van het cement. Noteer datde norm prNBN EN 13670 ANB : 2010 de sterkteontwikkelingvan het beton op een anderemanier definieert, namelijk enkel op basis vanhet cementtype en de W/C-factor van het beton.Ons inziens is dit nochtans een nogal conventioneledefinitie om het gedrag van het beton weerte geven. Daarom raden wij de lezer aan om bijTabel 2 – Aanbevelingen betreffende de minimale nabehandelingsduurOmgevingsomstandighedenTemperatuuraan hetbetonoppervlakSterkteontwikkeling van het beton (*)Snel Gemiddeld Traag Zeer traagGOEDGeen rechtstreekseblootstelling aan zon en windRelatieve vochtigheid ≥ 80 %≥ 10 °C< 10 °C1 dag2 dagen2 dagen4 dagen3 dagen5 dagen4 dagen6 dagenNORMAALMatige bezonning en/ofrelatieve vochtigheid ≥ 50 %≥ 10 °C< 10 °C2 dagen4 dagen3 dagen6 dagen4 dagen8 dagen6 dagen12 dagenSLECHTSterke bezonningen/of veel wind en/ofrelatieve vochtigheid < 50 %≥ 10 °C< 10 °C3 dagen5 dagen4 dagen8 dagen7 dagen10 dagen10 dagen15 dagen(*) Sterkteontwikkeling van het beton bij 20 °C = (f cm2/f cm28)[verhouding tussen de gemiddelde druksterkte na 2 dagen (f cm2) en 28 dagen (f cm28)]Snel≥ 0,5Gemiddeld≥0,3 à < 0,5Traag≥ 0,15 à < 0,3Zeer traag< 0,15voorkeur de aanbevelingen uit tabel 2 te volgen.Door de volgende voorzorgsmaatregelen kan hetrisico van scheurvorming door plastische krimpeveneens verminderd worden :• bij warm weer, de temperatuur van het versebeton verlagen;• de granulaten bevochtigen indien zij waterkunnen opslorpen;• vooraleer het beton te storten : bekistingen,bekistingsbodem of andere betonoppervlakkenbevochtigen indien zij van naturewateropslorpend zijn;• door een geschikte isolatie vermijden dathet beton door de zon opwarmt; curingcompounds met witte of gemetalliseerdekleurpigmenten verdienen aanbevelingomdat zij een reflecterende film vormen.Ook het inmengen van synthetische vezels(bijvoorbeeld polypropyleen) kan de vormingvan plastische krimpscheuren beperken. Indientoch scheuren ontstaan, dan zullen zij fijner zijnmaar wel talrijker. Los van de aanwezigheid vanpolypropyleenvezels blijft het aanbrengen vaneen nabehandelingsproduct absoluut noodzakelijk.Polypropyleenvezels kunnen daarnaastook de neiging tot sedimentatie van het betonverminderen.9 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

4. Autogene krimpAutogene krimp vindt zijn oorsprong ininwendige uitdroging, d.w.z. het inwendigopnemen van het water tijdens de hydratatievan het cement. Elk betonelement dat niet inwater ondergedompeld is, vertoont inderdaadde neiging in de loop van de tijd te krimpen,ook als het van de omgeving werd geïsoleerdom verdamping te beletten. Deze krimpkan worden verklaard aan de hand van devolgende hypothesen :• het volume van de gevormde hydraten iskleiner dan de som van de initiële volumesvan water en cement. Dit fenomeen wordtLe Chatelier-contractie genoemd en slaat opchemische krimp;• vanaf het begin van de binding kan dezevolumevermindering niet meer vrij plaatsvinden,vermits ze gehinderd wordt door hetminerale skelet dat zich aan het vormen is.De hydratatie van het cement gaat evenweldoor. Dit resulteert in een fysico-chemischverschijnsel dat gekoppeld is aan capillaireeffecten veroorzaakt door de opname vanhet poriënwater.Gedurende de eerste uren van de hydratatievan het cement (vanaf het contact tussencement en water tot aan het begin van debinding) worden de capillaire effecten alsverwaarloosbaar beschouwd. Gedurende dezefase komt de autogene krimp grotendeelsovereen met de chemische krimp.Autogene krimp blijft beperkt in omvang,maar mag toch niet over het hoofd wordengezien indien hij bij andere krimpfenomenenwordt samengevoegd. Wanneerautogene krimp bovendien vanaf de aanvangvan de binding belet wordt, of zelfs maargehinderd (doorlopende stijve ondersteuning,hernemingen tijdens het storten...), dankan dit een belangrijke medeoorzaak zijn vanvroegtijdige scheurvorming.De ontwikkeling van autogene krimpvolgt ongeveer gelijke tred met die van demechanische sterkte : snel tijdens de eerstedagen, om vervolgens na 28 dagen 80 à 90 %van haar eindwaarde te bereiken. Autogenekrimp mag over het algemeen beschouwdworden als gelijkmatig verdeeld over hetbetonelement, ten minste voor zover het eeninwendige zone betreft die tijdens eenzelfdebetonneerfase is gerealiseerd. Door de geringepermeabiliteit van beton zijn de vochtigheidsgradiëntenbinnen in de structuur immersklein.Invloedsfactoren envoorzorgsmaatregelenAutogene krimp is des te belangrijkernaarmate de W/C-factor van het beton lageris. Bij een lage water-cementfactor (< 0,40 ofeventueel 0,45) en verhinderde vervorming, ishet niet altijd mogelijk scheurvorming doorinwendige droging te vermijden. Wel kan descheuropening beperkt blijven :• door rekening te houden met de bijkomendespanningen eigen aan het ontwerp(wapening, voorspanning);• door het oppervlak in een waterverzadigdetoestand te houden vanaf het einde van deverwerking van het beton.De intensiteit van autogene krimp is omgekeerdevenredig met de W/C-factor.Bij gewone betonsoorten met een W/C-factor groterdan 0,5 is de autogene krimp gering.Bij hoge-sterktebeton daarentegen mag die nietverwaarloosd worden.10 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

5. Hydraulische krimp (drogingskrimp)Hydraulische krimp is het gevolg van hetlangzaam drogen van het beton en ontstaatuit een hygrometrisch onevenwicht tussenhet beton en zijn omgeving. Is de relatievevochtigheid van de lucht kleiner dan die vanhet beton, dan komt een droogproces op gang,met een volumevermindering tot gevolg. In hettegenovergestelde geval zwelt het beton.Het droogproces en de ermee gepaard gaandekrimp zijn des te relevanter naarmate deovermaat aan niet gebonden water groter is(hoge W/C-factor). Porositeit en doorlatendheidnemen immers toe, zodat het fenomeennog versneld wordt. Wanneer bovendien hetongebonden water snel verdampt, treedt ookde krimp intenser en sneller op.De eindwaarde voor de hydraulische krimpsitueert zich tussen 0,3 en 0,8 mm/m. De groottehangt hoofdzakelijk af van de hoeveelheidaanmaakwater in het beton. Elke verhogingvan het watergehalte geeft aanleiding tot eentwee maal grotere relatieve toename van dekrimpwaarde. Vandaar dat het belangrijk isde waterdosering zo laag mogelijk te houden.Dit houdt in dat de korrelverdeling – en zekerdie van de zandfractie – met zorg moet wordengekozen en regelmatig gecontroleerd.Invloedsfactoren envoorzorgsmaatregelenMet volgende maatregelen kan scheurvormingten gevolge van hydraulische krimpvermeden worden :• een continue korrelverdeling kiezen met eenzo groot mogelijke nominale korreldiameter(hierdoor blijft de porositeit minimaal en dewaterbehoefte zo laag mogelijk);• de W/C-factor op een optimaal peil houdendoor middel van een superplastificeerder(als algemene regel geldt : W/C ≤ 0,50);• de eerder opgesomde maatregelen toepasseninzake nabehandeling en duur ervan;• krimpvoegen voorzien, zodat scheurengeconcentreerd blijven;• een voldoende minimale hoeveelheidwapening en/of staalvezels voorzien, zodatde scheurvorming gespreid wordt (hetverschijnen van een aantal microscheurtjesis minder erg dan wanneer enkele gapendescheuren ontstaan).Bodemverhardingen in buitenomgeving die met een « helikopter »(vlindermachine) zijn gladgestreken kunnen pas tegen uitdrogingbeschermd worden eens de afwerking helemaal voltooid is, d.w.z.verschillende uren na de eigenlijke verwerking van het beton.Hierdoor ontstaat een zeer lange en risicovolle periode tijdens dewelkeplastische krimpscheuren kunnen ontstaan. Het netwerk van plastischekrimpscheuren heeft echter geen structurele gevolgen, vermits zij zichaan de oppervlakte bevinden. Niet de aanwezigheid van scheuren, maarde scheuropening is bepalend. Het risico van verlies aan vorstbestandheid(in aanwezigheid van dooizouten) door een falende bescherming tegenuitdroging is wel veel schadelijker.Verstuiven van een curing compound op het oppervlak van een pasaangelegde betonweg.11 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Doordat het beton uitdroogt, ontstaat tijdenshet verhardingsproces hydraulische krimp. Bijdeze krimp voegen zich thermische contracties.Wanneer zij afgeremd of verhinderd worden – inhet geval van een betonverharding bijvoorbeeld,door wrijving op de bodem of de fundering –veroorzaken deze bewegingen trekspanningenin het beton, met eventueel ongecontroleerdescheurvorming tot gevolg. In tegenstelling totplastische krimpscheuren zijn dergelijke «wilde»scheuren breder en lopen doorheen de volledigeplaatdikte.Om scheuren te voorkomen moet het betontegen uitdroging beschermd worden, en omscheurvorming op een gecontroleerde manierte laten verlopen moet een van de mogelijkeoplossingen gekozen worden. Ofwel wordende scheuren geconcentreerd in krimpvoegen(verharding onderverdeeld in platen), ofwelworden ze gespreid over een reeks microscheuren(verharding in doorgaand gewapend beton). Indit laatste geval worden de scheuren over eenontelbaar aantal fijne barstjes verdeeld doormiddel van een langswapening die zodanigberekend is dat de structurele continuïteit vanhet beton verzekerd blijft : scheuropening vanmaximum 0,3 mm en tussenafstand variërendvan 0,80 tot 1,5 m.a- Ongecontroleerde scheurvormingb- Scheurvorming geconcentreerd ter hoogte vankrimpvoegenc- Microscheurvorming gerealiseerd door middelvan doorgaande wapening12 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

6. Thermische krimpDe hydratatie van het cement is een reactiewaarbij warmte vrijkomt; hierdoor kande temperatuur van het beton aanzienlijkoplopen. Dit kan ook gebeuren wanneer deomgevingstemperatuur stijgt (bijvoorbeelddoor rechtstreekse bezonning na ontkisting).Tijdens de erop volgende afkoeling – enbijgevolg contractie of thermische krimp –kunnen zich scheuren vormen indien eenobstakel het betonelement belet te krimpen. Indit geval is er sprake van scheurvorming doorverhinderde krimp. Scheuren kunnen zich ookmanifesteren als gevolg van een temperatuurgradiënt,namelijk wanneer de temperatuurvan de zone gelegen dicht bij het uitwisselingsoppervlak(de « betonhuid ») veel snellerzakt dan die van het hart van de structuur.Dan treedt aan het oppervlak meer krimp opdan binnenin het beton. De betonhuid wordtmet andere woorden aan grote trekspanningenonderworpen, terwijl de kern drukspanningenondergaat. Dit proces doet zichevenwel alleen voor in massieve constructies(meer dan 50 cm dik) en veroorzaakt geendoorgaande scheuren.De thermische krimp kan berekend wordenmet de volgende formule : ε = α ΔTHierbij is α de thermische uitzettingscoëfficiëntvan beton en ΔT het temperatuurverschil.Voor verhard beton varieert de coëfficiënt αvan 7 tot 14.10 -6 /°C (7 à 14 µm/m/°C). Hij issterk afhankelijk van de dosering en de aardvan de granulaten in het beton, zoals blijktuit fig. 8. Bij een zelfde ΔT, zal grindbeton33 % meer thermische krimp vertonen danbeton van gebroken kalksteen. Bovendien (ziefig. 9) is de treksterkte van beton met geroldekiezel duidelijk lager dan die van beton metgebroken granulaten. Het ruw oppervlak vandeze laatsten beïnvloedt immers gunstig dehechting met de omhullende mortel.10.0365 kg/m 3 de CEM III/B 42,5 N HSR LAW/C = 0,45RivierzandKalksteenslag of gerold grind9.8KalksteenslagbetonGrindbeton9.69.4Uitzetting (10-6 m/m/°C)9.29.08.8y = 0,0094x + 8,856r = 0,989d.w.z = 9,4 10-6 /°C= 0,94 mm / 10 m / 10 °Cy = 0,0125x + 8,6749r = 0,998d.w.z = 12,5 10-6 /°C= 1,25 mm / 10 m / 10 °C8.68.48.2Fig. 8 – Thermischeuitzettingscoëfficiënt αin functie van het typetoeslagmateriaal8.0-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60Temperatuur (°C)13 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

8.07.57.06.56.0Beton met 365 kg/m 3 cement CEM III/B 42,5 N HSR LAW/C = 0,45 fct,fl na 2 dagen fct, fl na 28 dagen6.55.55.0Fig. 9 – Buigtreksterktevan het beton infunctie van het typetoeslagmateriaalBuigsterkte (N/m 2 )4.54.03.53.02.52.03.02.44.51.51.0KalksteenslagGrind0.50.0Scheurvorming doorverhinderde krimpElk betonelement dat vrij kan werken zal,wanneer het gelijkmatig opwarmt en afkoelt,uitzetten en samentrekken zonder enige spanningsophoping.Hetzelfde geldt overigensvoor de andere types krimp. In de praktijkgebeurt het echter zeer vaak dat een massiefbetonelement gestort wordt op en/of tussenreeds bestaande, min of meer gestabiliseerdeconstructies.Het fenomeen is in alle gevallen gelijkaardigen vindt zijn oorsprong in het feitdat de hydratatie van cement een chemischproces is waarbij veel warmte vrijkomt. Detemperatuur van het beton zal hierdooroplopen tot wanneer de warmteverliezen aanhet oppervlak groter zijn dan de hoeveelheidwarmte die door de hydratatie geproduceerdwordt. Dit temperatuurverloop wordtschematisch weergegeven in fig. 10, voor eenbetonelement van gemiddelde dikte. De figuurgeeft tevens de spanningen aan die optredenwanneer de vervorming van het jonge betonwordt belemmerd.Beton zet uit wanneer het opwarmt. Indiendeze thermische uitzetting verhinderd wordt,dan wordt zij aanvankelijk integraal omgezetin plastische vervorming, zonder spanningen.Pas vanaf een temperatuur T 01ontstaandrukspanningen, namelijk wanneer het betoneen meetbare weerstand ontwikkelt tegen dethermische uitzetting. Deze drukspanning isniet groot, aangezien de elasticiteitsmodulusnog laag is en het relaxatievermogen (verminderingvan de spanningen door kruip) noghoog.Wanneer het beton afkoelt, worden de drukspanningenweer kleiner. Bij T 02, d.i. detemperatuur waarbij de spanningen gelijkzijn aan nul, nemen trekkrachten hun plaatsin. Vanaf dat ogenblik ontstaan door deverhinderde contractie van het rijpere betonalmaar grotere trekspanningen : de elasticiteitsmodulusis immers reeds groot, de kruipdaarentegen beperkt.Doorgaande scheuren kunnen zich manifesterenwanneer de afkoeling doorgaat totop een temperatuur waarbij de trekspanningengroter zijn dan de treksterkte vanhet beton. Ter herinnering, de limietwaardevoor de vervorming onder trek bedraagtongeveer 150.10 –6 m/m (d.w.z. beton scheurtbij vervormingen in de buurt van 150.10 –6m/m). Vertrekkend van een thermische uitzettingscoëfficiëntα van 10.10 -6 m/m/°C, kan detemperatuurdaling ΔT berekend wordenwaarbij scheurvorming plaatsvindt :ΔT =150.10 -6= 15 °C10.10 -614 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Dergelijke scheurvorming is aanzienlijk;inderdaad, voor de hoger vermelde waarde vanα bedraagt de samentrekking door afkoelingongeveer 0,1 mm/m per 10 °C. De combinatiemet de autogene krimp en later de hydraulischekrimp doet de scheuropening verdertoenemen.Scheurverdeling en –richting zijn ook zeerkarakteristiek. Bijvoorbeeld, in een vertikalebetonwand lopen de scheuren in de meestegevallen vertikaal en doorheen de volledigewanddikte; ze beginnen een paar centimeterboven de grond en eindigen op een zekereafstand van de bovenrand van het element.OPMERKING :• In werkelijkheid is het fenomeen veelcomplexer, want bovenop de samentrekkingkomen ook nog buigeffecten, en gelijktijdighiermee is er nog de invloed van detemperatuurgradiënt.• Afgezien van de uitzettingscoëfficiëntα, die als een constante kan wordenbeschouwd, evolueren elasticiteitsmodulus,breukrek, kruip en hechting tussenstaal en beton tijdens de verhardingcontinu en bovendien ongelijkmatig. Bijeen erg jong beton ontwikkelt de stijfheidzich inderdaad sneller dan de sterkte. Ditverhoogt het scheurrisico, vermits de spanningsopbouwfunctie is van de elasticiteitsmodulus(stijfheid), terwijl het vermogenom aan spanningen te weerstaan bepaaldwordt door de sterkte. Bij verschillende inhet labo vervaardigde betons met 365 kg/m 3cement en een W/C-factor van 0,45 of 0,50,varieert de secans-elasticiteitsmodulus na2 dagen tussen 70 en 81 % van zijn waardeop 28 dagen, terwijl de trekweerstand na2 dagen schommelt tussen 27 en 47 % vandeze op 28 dagen. Een idee van het verloopvan de elasticiteitsmodulus wordt gegevenin fig. 11, volgens [4]. De laboratoriumresultatenstemmen overeen met deze grafiek.Fig. 10 –Temperatuurverlooptijdens de hydratatie inconstructie-elementenmet een gemiddeldedikte. Spanningsopbouwin het geval vanverhinderde vervormingFig. 11 – Evolutie van deelasticiteitsmodulusin functie van de tijd15 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Fig. 12 – Spanningsdiagram bij een temperatuurverschil van15-20 °C tussen oppervlak en kernFig. 13 – Scheurvorming door verhinderdekrimp in een betonwand. De eerder aangelegdefunderingsplaat belet dat het beton vervormtdoor thermische samentrekkingScheurvorming doortemperatuurgradiëntAlle auteurs zijn het erover eens dat eentemperatuurverschil van 15 à 20 °C tussenhet oppervlak en de betonkern volstaat omscheuren te veroorzaken. Dit kan het geval zijnwanneer het oppervlak sneller afkoelt dan dekern (meestal na ontkisting). Het spanningsverloopis parabolisch, zoals voorgesteld infig. 12 en scheuren ontstaan aan hetoppervlak.Analyse van enkele gevallenIn fig. 14 en 15 wordt het temperatuurverloopweergegeven in de betonwand van een waterzuiveringsstationvanaf de verwerking vanhet beton. De temperaturen werden geregistreerdmet behulp van thermokoppels die zichongeveer op halve hoogte bevonden.5045Wand van 30 cm dikte320 kg/m 2 CEM III/B 42,5 N HSR LAOntkisting na 24 uur544403353Temperatuur (°C)302520Temperatuur (°C)22111510Fig. 14 – Geval 1 : cementCEM III/B 42,5 N HSR LA,snelle ontkistingBetonneren vanaf 7 u500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170Tijd (uur)Midden Noordkant Zuidkant Omgevingstemperatuur--116 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Aan de hand van fig. 14 kunnen volgende vaststellingenworden gedaan :• de temperatuur van het beton stijgt van20 naar 45 °C. Deze verhoging vindt haaroorzaak in de warmte die geproduceerdwordt door de hydratatie van het cement,maar ook in de stijging van de omgevingstemperatuur(van 20 naar 33 °C);• de temperatuurverschillen tussen hetmidden van de wand en de noord- enzuidkant van de wand zijn klein en blijvendat ook na ontkisting (rechtstreeksebezonning van de zuidkant). Het scheurrisicodoor thermische gradiënt is bijgevolgonbeduidend;• ontkisting van het beton na 24 uur heefteen snelle temperatuurdaling tot gevolg(meer dan 20 °C). Zij wordt evenwel lichtjesgecompenseerd door de stijging van deomgevingstemperatuur (dag 2). Het risicovan scheurvorming door verhinderde krimpis nu reëel et hangt van :-- de mate waarin de wand star verbondenis met de rest van de constructie, deafmetingen van de wand en zijn eventuelekromming (een gebogen element heefteen grotere neiging tot scheurvormingdan een recht element);-- de treksterkte van het beton (deze is laaggezien het cementgehalte en de jongeleeftijd van het beton);-- de elasticiteitsmodulus van het beton(eveneens klein gezien het cementgehalteen de jonge leeftijd van het beton);-- de eventuele relaxatie door kruip (hetrelaxatievermogen is evenwel beperktgezien de snelheid waarmee de afkoelingplaatsvindt);-- eventuele andere bijkomende vervormingen(verkorting door autogene endrogingskrimp);-- het percentage horizontale wapeningevenals de verdeling ervan (het betrefthier twee lagen van 21 staven – 3 m hoog– met een diameter van 12 mm, hetzijeen horizontaal wapeningspercentagevan 0,53 %).Temperatuur (°C)5045403530252015Wand van 32 cm dikte375 kg/m 3 CEM I 42,5 N HSR LAOntkisting na 120 uurTemperatuur (°C)5045403530252015105Betonneren vanaf 8.35 u00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170Tijd (uur)Midden Zuidkant Omgevingstemperatuur105 Betonneren vanaf 8.35 uFig. 15 – 0 Geval 2 : cement0 10 20 30 40 50CEM I 42,5 HSR LA,ontkisting na 5 dagen17 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Uit fig. 15 kunnen de volgende besluitenworden getrokken :• de temperatuurstijging van het beton blijftbeperkt tot ongeveer 20 °C, ondanks de hogecementgehaltes;• voor de ontkisting is het temperatuurverschiltussen het midden van de wand en dezuidkant klein. Het gevaar voor scheurvormingdoor temperatuurgradiënt is bijgevolgnihil;• door het beton pas te ontkisten na 120 uurkoelde het beton traag en volledig af (tot hetniveau van de omgevingstemperatuur). Ditis gunstig met het oog op het voorkomenvan thermische scheuren door verhinderdekrimp, des te meer omdat de temperatuurstijgingbeperkt bleef tot 20 °C;• na de ontkisting doet de rechtstreeksebezonning de temperatuur aan de zuidkantvan de wand stijgen met 17 °C, terwijl destijging in het midden slechts 8 °C bedraagt.Hierdoor is de afkoeling aan het eind vande dag aanzienlijk. Idem de dag nadien.Rekening houdend met de (beperkte)temperatuurstijgingen na ontkisten, bestaater een klein scheurrisico door temperatuurgradiënten verhinderde krimp. Nietteminheeft het laattijdig ontkisten gezorgd vooreen zekere trekweerstand. Bovendien is voorde constructie van dit bassin een zeer hoogpercentage horizontale wapening voorzien(1,14 %).Invloedsfactoren envoorzorgsmaatregelenDoor de volgende maatregelen met betrekkingtot betonsamenstelling, uitvoeringstechniekenen ontwerp kan scheurvorming doorthermische krimp vermeden of eventueelbeperkt worden :• keuze van cementtype en -gehalte : voormassieve constructies (vanaf 50 cm dikte)geniet een cementtype met een lage hydratatiewarmte– namelijk LH-cement (LowHeat) beantwoordend aan de norm NBN EN197-1/A1 : 2005 – uiteraard de voorkeur. Bijeenzelfde cementgehalte zal LH-cement depiektemperatuur doen dalen met 10 à 15°Cin vergelijking met gewone cementsoorten.Uiteraard zal deze trage warmteontwikkelingde opbouw van de mechanischesterkte afremmen. Wordt een gewonecementsoort gebruikt, dan kan temperatuurstijgingbeperkt worden door een lagercementgehalte toe te passen (voor zover ditcompatibel is met de eisen op het vlak vanduurzaamheid en sterkte);• aard van de granulaten : zoals reedseerder vermeld, speelt de mineralogischeoorsprong van de granulaten, de belangrijkstecomponent van het betonmengsel,een grote rol. De thermische uitzettingscoëfficiëntα van de granulaten (variërend van7.10 -6 tot 14.10 ‐6 /°C) heeft immers een groteinvloed op die van het beton. Kalksteenslagverdient de voorkeur, vermits het eenkleinere thermische uitzettingscoëfficiëntheeft en bovendien een grotere betontrekweerstandoplevert dan gerold grind;• water-cementfactor van het beton enhulpstoffen : de sterkteontwikkelingverbetert bij een lage W/C-factor zodat hetgebruik van superplastificeerders steedsnuttig is; bindingsvertragers zorgen bijwarm weer voor een langer behoud vande rheologische kenmerken van het versebeton en vergemakkelijken het stortenzonder extra watertoevoeging. Toch wordthet eventuele probleem van de hydratatiewarmtehierdoor enkel maar uitgesteld;• temperatuur van het beton : tijdens hetstorten moet rekening worden gehoudenmet de betontemperatuur, d.w.z. bijwarm weer moet de temperatuur van debetonspecie beperkt bijven tot maximum25 °C;• wapening : zowel de hoeveelheid als deverdeling zijn van groot belang (kleinediameters, korte tussenafstanden,langsstaven aan de buitenkant, geringebetondekking maar wel voldoende om derichtlijnen te respecteren ter beschermingtegen corrosie). Wapening verhindert nietdat het beton scheurt, maar ze controleertwel de scheurvorming. Op die manierontstaan in plaats van enkele grote scheurenmeerdere kleine barstjes, zogenoemde« gesloten » scheurtjes, die de waterdichtheidvan de constructie niet in het gedrangbrengen;• omgevingstemperatuur : de invloed vaneen periode met hoge temperaturen opde warmte-ontwikkeling van het beton isduidelijk. Indien de temperatuur T 02(zie18 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Tabel 3 – Aanbevelingen voor de verwerking ennabehandeling van het beton in functieHygrometrieOmgevingstemperatuurvan 5 tot 20 °C van 20 tot 25 °C van 25 tot 30 °C > 30 °Cvan 60 tot 100 % Normale omstandigheden voor het storten van het beton Versterkte nabehandelingvan 50 tot 60 %VersterktenabehandelingStorten van het betonvanaf 12 uurvan 40 tot 50 %Storten van het beton VersterkteVersterktenabehandelingvanaf 12 uurnabehandeling< 40 % Versterkte nabehandelingGeen beton stortenfig. 10) hoog is, zullen de trekspanningenten gevolge van de afkoeling veel groterzijn dan in het geval van een beton dat bijeen lagere temperatuur gestort wordt. Deaanbevelingen van tabel 3 moeten dan ookgerespecteerd worden. Zij beperken tevensde plastische en drogingskrimp van hetbeton;• koeling van massieve betonstructurentijdens de verhardingsfase : door het latencirculeren van koelwater via buizen die inhet beton zijn ingestort, kunnen temperatuurverschillenen grote temperatuurgradiëntenin de constructie beperktworden. Toch kan een koelprocédé pasworden toegepast na voorafgaande studievan de opstelling van de koelbuizen in deconstructie en van de intensiteit van dekoeling. Het is overigens aangewezen detemperatuurevolutie te registreren en tecontroleren;• de vervormingsverhindering zoveel mogelijkbeperken (differentiële vervorming tussende opeenvolgende stortfasen reduceren). Inhet geval van een wand die op een funderingsplaatwordt gestort, betekent dit :-- de drogingskrimp van de funderingsplaatuitstellen. Hiertoe moet de plaattegen uitdrogen beschermd worden.Een goedkope en doeltreffende manierbestaat erin de plaat gewoon onderwater te zetten. Beton dat permanent incontact is met water vertoont immersgeen krimp;-- na het realiseren van de vloerplaat zo snelmogelijk de wanden storten. Het verdientbovendien aanbeveling de tijdsintervallentussen de opeenvolgende betonneerfasenzo kort mogelijk te houden, om denefaste effecten van differentiële krimpte reduceren (fig. 16 - 18)Fig. 16 – Ongunstige stortfasering(verhoogd scheurrisico) :• Tijdens fase 4 van het betonneren is detemperatuur in wand 4 hoger dan die van defunderingsplaat 1 en van wanden 2 en 3.• De temperatuur van wand 4 stijgt tijdens de verharding;die van wanden 1, 2 en 3 nauwelijks⇒ uitzetting van beton in wand 4 wordt belemmerd door1, 2 en 3; vermits wand 4 nog niet zeer stijf is, ontstaanslechts geringe spanningen : geen scheurvorming.• Wanneer wand 4 afkoelt, wil hij samentrekken,maar dit wordt verhinderd door 1, 2 en 3⇒ verhoogd scheurrisico want het beton is reedsstijf (hoge elasticiteitsmodulus), terwijl het nogmaar weinig treksterkte (jong beton) heeft.19 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Fig. 17 – Gunstigestortfasering (laagscheurrisico)Fig. 18 a,b – Stortfasering,realisatie vaneen « sluitmoot ». Bijgrote bouwwerkenzoals bijv. bezinkbekkenskan het scheurrisicoaanzienlijkverkleind wordendoor een dergelijkesluitmoot te voorzien,d.w.z. een tijdelijkekrimpvoeg die indienmogelijk enkelemaanden wordtopengelaten en pasdaarna dichtgestort.• • Ontkisting : door de ontkisting uit testellen blijft het beton langer beschermdtegen uitdroging en kan de temperatuurvan het constructie-element dalen zonderbruuske thermische schokken (afkoelingzonder mogelijkheid tot relaxatie vande spanningen, opwarming door directebezonning). Wanden mogen nooit reedsna 24 uur ontkist worden, maar pas tenvroegste nadat het temperatuurverschiltussen de betonkern en de omgevingstemperatuurminder dan 15 °C bedraagt. Nahet ontkisten moeten de nabehandelingstijden(cfr. tabel 2) gerespecteerd wordenom het beton op een doeltreffende maniertegen uitdroging te beschermen. In depraktijk betekent dit dat het gebruik vanal te isolerende bekistingen (b.v. houtenbekistingen) moet worden vermeden, ofdat zij pas mogen gedemonteerd wordenwanneer de temperatuur in de kern gedaaldis. Om thermische gradiënten te vermijdenkan dit soms lang duren.BodemverhardingenGedurende de binding en de verharding vanhet beton kunnen ook in bodemverhardingen(bedrijfsvloeren, wegen, ...) thermische vervormingenoptreden, door de ontwikkeling vanhydratatiewarmte en door schommelingen inde omgevingstemperatuur. De temperatuurschommelingenin het beton zijn analoog metde eerder beschreven fenomenen (fig. 10, 14 en15).In fig. 19-20 wordt het temperatuurverloopweergegeven in een wegverharding. Detemperaturen werden gemeten met behulpvan thermokoppels die in het beton warengeïntegreerd ongeveer op halve hoogte. Demetingen startten vanaf de verwerking vanhet beton. Er kan worden vastgesteld dat detemperatuurstijging en de daaropvolgendeafkoeling ook hier tot aanzienlijke krimpleiden. De temperatuur daalt met meer dan15°C, dwarsscheuren zijn niet te vermijden. Infig. 19 vangt de afkoeling in het geval van eenniet geïsoleerde verharding aan na 15 uur. Bijde thermisch geïsoleerde verharding wordtde afkoeling uitgesteld, hetgeen gunstig isvoor de scheurbeheersing. In fig. 20 begint deafkoeling ongeveer 4 1/2 uur na de verwerkingvan het beton. De zeer hoge omgevingstemperatuuris verantwoordelijk voor deze kortetijdspanne. Bovendien is de afkoeling, d.w.z. dekrimp van het beton, hierdoor ook aanzienlijk(∆T max= 55,0 – 30,2 = 24,8 °C in 16 1/2 uur).20 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

5045Betonverharding van 23 cm dikte400 kg/m 3 CEM III/A 42,5 N LA, W/C = 0,454035Verharding niet afgedektVerharding afgedekt met isolatieOmgevingstemperatuur30Temperatuur (°C)2520151050-5 Betonneren vanaf 12.05 u-100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170Tijd (uur)Fig. 19 – Voorbeeldvan temperatuurcurvenin een betonnenweg verharding in hetgeval van een lageomgevingstemperatuur,koel weer.6055Betonverharding dikte 20 cm350 kg/m 3 CEM III/A 42,5 N LA, W/C = 0,505045Thermokoppel op 1,5 m van een voegThermokoppel op de plaats waar een voeg zal worden gezaagdOmgevingstemperatuur40Temperatuur (°C)353025201510Betonneren vanaf 11u40500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170Tijd (uur)Fig. 20 – Voorbeeldvan temperatuurcurvenin een betonnenweg verharding in hetgeval van een hogeomgevingstemperatuur,zeer warm weer.Naast deze uitzetting en samentrekkingontstaat door de bruuske temperatuurschommelingeneen temperatuurgradiënt in debetonplaat, meer bepaald een temperatuurverschiltussen de bovenkant en de onderkant.Door deze gradiënt heeft de betonplaat deneiging te vervormen, maar wordt hierintegengewerkt door haar eigen gewicht. Ditleidt tot inwendige spanningen, die des tebelangrijker zijn naarmate de gradiënt groteris en de betonplaat langer, breder en dikker.Indien geen maatregelen worden genomen,kan deze combinatie van hygrothermischekrimp en thermische bewegingenernstige gevolgen hebben voor het beton,en zelfs resulteren in het scheuren van deverharding.21 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Het probleem van de spanningsopbouw kanals volgt worden verholpen:• de lengte van de platen beperken doorvoegen te voorzien op voldoende kortetussenafstanden indien het ongewapendof lichtgewapend beton betreft, ofwelkiezen voor doorgaand gewapend beton (degevormde scheurtjes fungeren als voegen)(fig. 21);• de breedte van de platen beperken metbehulp van langsvoegen;• bruuske opwarming van het oppervlakvermijden gedurende de eerste 72 uur (metbehulp van een curing compound die eenreflecterende film vormt).Wanneer beton wordt gegoten langsheen eenreeds bestaande betonverharding (naast eeneerste rijstrook wordt bijvoorbeeld een tweedeaangelegd) moet erop gelet worden dat dedwarsvoegen in elkaars verlengde liggen.Een voeg aangebracht in één rijstrook moetinderdaad absoluut doorlopen in de rijstrokenernaast. Bewegingen in de bestaandeverharding zullen scheuren veroorzaken inhet beton dat zich nog in zijn verhardingsfasebevindt (« sympathiescheuren »).Algemeen zijn voor de realisatie van de voegenvolgende regels van toepassing:• elke door voegen begrensde plaat moeteen zo vierkant mogelijke vorm hebben; deverhouding lengte/breedte moet tussen 1 en1,5 begrepen zijn;• platen met een meer onregelmatigegeometrie mogen geen scherpe hoekenhebben, maar steeds hoeken vormen vanminstens 90°;• in buitenomgeving moet de afstand tussentwee voegen kleiner zijn dan 25 maal dedikte van de verharding, voor binnenvloeren30 maal. Binnenvloeren zijn immers, voorzover ze worden aangelegd wanneer hetgebouw er reeds staat, minder onderhevigaan bezonning en temperatuurschommelingen;• de oppervlakte van ongewapende platenmag in de openlucht niet groter zijn 25 m 2 ,in een binnenruimte maximum 30 m 2 ;• de diepte van de ingezaagde scheuraanzetis gelijk aan ⅓ van de plaatdikte, de voegenmoeten realiseerd worden tussen 5 en 24 uurna het betonneren. Eigenlijk moet rekeningworden gehouden met het tijdstip waaropde afkoeling begint, d.w.z. het ogenblikwaarop de eerste trekspanningen ontstaan(zie fig. 19-20);• de continuïteit van alle voegen moetverzekerd zijn, m.a.w. geen voegpatronenin « T ».Kunnen deze regels om de een of andere redenniet gerespecteerd worden (bijvoorbeeld, terhoogte van een kruising van twee wegen),dan moeten de platen van een wapeningvoorzien worden. Om scheurvorming tekunnen beheersen, moet zij evenwel geplaatstworden in het bovenste deel van de plaat enonderbroken (doorgezaagd !) ter hoogte vande voegen. Een wapeningsstaaf van 10 mmdiameter om de 15 cm in de twee richtingen,en met een betondekking van 40 mm, is overhet algemeen een goede oplossing. Noteer dathoe groter de betondekking is, hoe minder dewapening in staat zal zijn de scheurvormingonder controle te houden.22 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

Fig. 21 : Vervorming vande betonplaten doortemperatuurgradiëntFig. 22 : Een juistvoegpatroon isessentieel om ongecontroleerdescheurvormingtegen te gaanTabel 4 : Maximum tussenafstand voor voegen in bodemverhardingen,in buitenomgeving en binnenPlaatdikte[cm]BinnenomgevingMaximum voegafstand [m]10 3,0 2,512 3,6 3,014 4,2 3,516 4,8 4,018 5,4 4,520 5,0 tot 6,0 5,022 5,0 tot 6,0 5,025 5,0 tot 6,0 5,0Buitenomgeving7. BesluitVroegtijdige scheurvorming heeft zeeringrijpende gevolgen voor de duurzaamheidvan betonconstructies. In de praktijk is zijnochtans steeds vermijdbaar. Als voornaamstevoorzorgsmaatregelen moeten wordenvermeld :• de betonsamenstelling zo formuleren dathet gehalte aan fijne bestanddelen (cementinbegrepen) optimaal is, en dat het kalibervan de grootste granulaatfractie compatibelis met de afmetingen van de bekisting enhet ruimtebeslag van de wapening. Hetrisico dat het verse beton scheurt doorzetting wordt op die manier beperkt, eengoede waterretentie blijft gegarandeerd;• zo snel mogelijk na het verdichten van hetbeton een curing compound aanbrengenof een doeltreffende nabehandelingstechniektoepassen;• van bij het ontwerp van het bouwwerkrekening houden met het gevaar voorthermische krimp;• ervoor zorgen dat de weersomstandighedenhet betonneren niet schaden. Windsnelheid,temperatuur, bezonning en relatievevochtigheid hebben een rechtstreekseimpact op het scheurgedrag. Hogerewaarden van deze parameters doen dekrimp en bijgevolg ook de kans op scheurentoenemen.23 Technologie | SCHEURVORMING BEPERKEN : NOODZAKELIJKE VOORWAARDE VOOR DUURZAAM BETON

T-3Dit bulletin is een publicatie van :FEBELCEMFederatie van de Belgische CementnijverheidVorstlaan 68 – 1170 Brusseltel. 02 645 52 11 – fax 02 640 06 70www.febelcem.beinfo@febelcem.beAuteur :ir. C. PloyaertFoto’s :Ing. Paul Van Audenhove(tenzij anders vermeld)Wettelijk depot :D/2010/0280/12V. u. : A. JasienskiBibliografie[1] VERHOEVEN K., Krimp in jong verhardend beton, Dossier Cement,bulletin nr. 16 – FEBELCEM, 1998[2] NEVILLE A. Propriétés des bétons, Paris : Eyrolles, 2000[3] La durabilité des bétons – Bases scientifiques pour la formulation debétons durables dans leur environnement, Association Technique del’Industrie des Liants Hydrauliques, Paris : Presses de l’école des pontset chaussées, 2008[4] ACKER P. ; MICHAUD-POUPARDIN V. Limiter la fissuration : conditionsindispensables à la durabilité des structures en béton, Bulletin desLaboratoires des Ponts et Chaussées n° 238, 2002[5] VENSTERMANS J. ; VAN NIEUWENBURG D. ; VYNCKE J., Scheurvormingin wanden van gewapend beton, WTCB Tijdschrift, 1995[6] PLOYAERT C., Aanbevelingen voor de bouw van waterzuiveringsinstallatiesin beton FEBELCEM, 2006[7] SION P., Wegen van cementbeton, Verbond der Cementnijverheid(FEBELCEM), 1988[8] Scheuren in jong beton, ENCI HeidelbergcementGroup, 2001[9] Praktische handleiding – Duurzaam beton : samenstelling, productie enverwerking, HOLCIM, 2007[10] NBN EN 13670 : 2010 en prNBN EN 13670 ANB : 2010 – Uitvoering vanbetonconstructies