Lassen en vermoeiing - Wapening in Beton

BEPERKINGEN BETONSTAAL NADER BEKEKENnog een mogelijke relatie naar de fabricagemethode.Niettemin lijkt het zinvolhier nog onderstaande globale beschrijvingenvan de meest toegepaste fabricagemethodenvan de huidige op demarkt zijnde betonstaalsoorten te geven.B500A/FeB500HKN, Ø4 - 16 mmVerkrijgt door koudwalsen/profileren vanglad walsdraad de vereiste sterkte (Re)met nog redelijke ductiliteit (Rm/Re enAgt). Dit materiaal wordt geproduceerdop rollen en na richten voornamelijk toegepastals fabrieksmatig geproduceerdegepuntlaste wapeningsnetten met eenvolgens NEN 6008 vereiste afschuifkrachtvan de puntlasverbinding. Ook wordenrollen geleverd aan met name wapeningscentralesdie hieruit gericht en gebogenproducten produceren.Buig-rek koudvervorming en opspoelen van B500B/FeB500HKfoto’s: Van Merksteijn wapeningsstaalB500B/FeB500HK, Ø6 - 16 mmVerkrijgt via koudrekken/buigen van geribde‘walsdraad’ (halffabrikaat betonstaal)de vereiste sterkte (Re) met noggoede ductiliteit (Rm/Re en Agt). Ditmateriaal wordt geproduceerd op rollenen voornamelijk als rollen geleverdaan met name wapeningscentrales voorfabricage van gericht/gebogen producten.Ook worden rollen tot gepuntlastewapeningsnetten verwerkt.B500B/FeB500HWLwatergekoeld,Ø8 - 50 mmVerkrijgt direct als rechte warmgewalsteZware gehechtlaste transporteerbare wapeningskorf- foto: BAM Infraconsultstaven via een specifieke waterkoeling devereiste sterkte (Re) met goede ductiliteit(Rm/Re en Agt). Deze rechte staven wordenal dan niet via wapeningscentralesals rechte/gebogen producten toegepast.Het natuurharde FeB500HWL (microgelegeerd/luchtgekoeld= duur) enrollen watergekoeld FeB500HWL (lastigvoor draadwalserijen en wild gehaspeld)zijn nauwelijks beschikbaar. Recent zijnenkele kleine betonstaafwalserijen gestartmet watergekoeld FeB500HWL datop spoelen wordt opgewikkeld (vergelijkbaarmet HK). Maar het is niet bekend ofdeze ontwikkeling doorzet.Samengevat• De aanduidingen voor de leveringstoestandHWL, HK en HKN komen tevervallen en nieuwe aanduidingenvoor de ductiliteitsklasse A, B en C zijngeïntroduceerd.• Het gebruikelijke FeB500HKN (koudgeprofileerdt.m. Ø16 mm) wordt vervangendoor B500A en een verbeterdeHKN kan straks ook voldoen aan B500B.• Het gebruikelijke Feb500HK (koudgerektt.m. Ø16 mm) wordt vervangendoor B500B en eventueel deels B500C.• Het gebruikelijke FeB500HWL (watergekoeldØ8 - 50 mm) wordt vervangendoor B500B en wellicht ook B500C.LasbaarheidIn een artikel in Cement is uitgebreidingegaan op de fabricage- en lasbaarheidsaspectenvan betonstaal met denadruk op het te maken onderscheid tussenlassen met weinig laswarmte (vooralde hecht-/puntlasverbindingen) en lassenmet matige tot grote laswarmte (o.a.de stompe lasverbindingen). Dit onderscheidbetreft de zogenoemde metallurgischelasbaarheid van het betonstaal enwordt hieronder nader toegelicht aan dehand van het voor de praktijk belangrijkeonderscheid tussen hecht-/puntlasbaarheiden constructieve lasbaarheid.Hecht-/puntlasbaarheidHechtlasverbindingen dienen uitsluitendvoor transportbestendige verbindingenten behoud van de geometrie van wapeningsconstructies(binddraad vervangendehechtlasverbindingen). Vlechtenvereist in de regel meer tijd en ervaringen meer wapening voor voldoende stabiliteitvan een wapeningskorf. Daaromzijn hechtlasverbindingen in de huidigetijd van prefabicage en arbo-voorschriftennauwelijks te vermijden. Hechtlasverbindingenmogen vooral de sterkte- enrekeigenschappen van het betonstaalweinig beïnvloeden en het gehechtlastebetonstaal moet aan de vereiste waardenWAPENING IN BETON • JUNI 20097

aBEPERKINGEN BETONSTAAL NADER BEKEKENConstructieve staaf/plaat-lasver-bindingen - foto:s Staja Constructie b.v.Krachtlasverbindingen zoals (te) zwaargelaste kruis- en overlaplasverbindingenen handgelaste stompe lasverbindingen,vereisen in de regel relatief veel neergesmoltenlasmetaal (matige tot grotelaswarmte). Bij deze relatief grote warmte-inbrenggevolgd door een langzameafkoeling kan de rond het lasmetaal optredendestructuurverandering leidentot groot sterkteverlies van zowel hetkoudvervormde als het watergekoeldebetonstaal. Deze huidige beschikbare betonstaalsoortenzijn immers niet ‘natuurhard’(luchtgekoeld) en verliezen bij volledige(door-en-door) verhitting > 650 ºCgrotendeels hun sterkte. Bij de trekproefvan (te) zwaar gelaste krachtlasverbindingenligt de breuk direct naast de lasmet eventueel te lage sterkte en/of rek(dit is kritischer bij B500A met de lagererekeigenschappen). Daarnaast kan er ooksprake zijn van breuk in het lasmetaal metal dan niet beoogde minimale lassterkteof bijvoorbeeld bij de afbrandstuiklas vanongewenste breuk op de smeltlijn (zogenoemdeplaklas).Vooral bij de krachtlasverbindingen is vanbelang dat ‘lasbaar’ betonstaal naast demetallurgische lasbaarheid (met namechemische samenstelling en betonstaalsoort),ook wordt bepaald door de constructievelasbaarheid (met name hettype lasverbinding), de executieve lasbaarheid(de lastechnologie inclusief dewijze van uitvoering) en de te stellenbeproevingseisen (met name de trekproefeisen).Recent is de herziene versie verschenenvan De Nederlandse Praktijk Richtlijn NPR2053:2005 ‘Lasverbindingen met betonstaalen stalen strippen’, die voornamelijkde krachtlasverbindingen behandelt.Deze NPR stelt ook de eisen bij de mechanischebeproeving van hechtlasverbindingen.In de NPR 2053:2005 staan:• tabellen met aanbevolen praktijkgerichtetype/soorten krachtlasverbindingeninclusief las- en staafafmetingenen aanbevolen trekbeproeving persoort verbinding;• onderscheid naar al dan niet volledigekrachtsoverdracht inclusief een modelfactor;• lasmethode-kwalificatie voor de meestkritisch geachte praktijkafmetingen enlascondities;• lasserskwalificatie annex productie–controle proeven enz.Daarom is in tabel 1 voor constructievelasbaarheid bij alle betonstaalsoortende indicatie ‘NPR’ aangegeven. Dus alleop basis van ductiliteit/plasticiteit gekozenbetonstaalsoorten B500A/B/C zijn(voorzover van toepassing) constructieflasbaar mits hierbij de richtlijnen vanNPR 2053:2005 worden aangehouden.bovenspanning= 0,6 R e(300MPa)spanningsrimpel8 9onderspanning1 spanningswisselingSpanningsrimpelTabel 2 Vermoeiingseigenschappen van diverse type verbindingenB500A2aHet is vooral belangrijk dat te ‘zwaar/heet’ gelaste krachtlasverbindingen wordenvoorkomen door de richtlijnen vande NPR aan te houden en dat hieropook regelmatig wordt gecontroleerd. DeNPR beoogt vooral de gecertificeerdetoepassing van krachtlasverbindingenuitgevoerd door gecertificeerde lassersonder regiem van de KiwabeoordelingsrichtlijnBRL 0512 waarmee het risicovollelassen ‘bij de smid om de hoek’ en op debouwplaats wordt tegengegaan. Naastgecertificeerde (serie)productie van metname lasplaten dienen ook de op debouwplaats uitgevoerde incidentelekrachtlasverbindingen aan de richtlijnenvan de NPR te voldoen.Met betrekking tot normen en voorschriftenover lassen van betonstaal moet hiervolledigheidshalve nog worden vermelddat recent NEN-EN-ISO 176601/2:2006(‘Welding of reinforcing steel’) is verschenen.Deze norm is destijds gestart alsISO-norm op basis van een bestaandeDuitse norm die wordt ‘gedragen’ doorspecialisten van lasinstituten. Aan dezeISO-norm hebben weinig landen meegewerkten het is Nederland helaas nietgelukt deze norm naar een meer handzameop de praktijk gerichte norm om tebuigen. Nederland heeft tegen de normgestemd, maar deze is inmiddels als NEN-EN-ISO-norm gepubliceerd. De opstellersvan de NPR 2053:2005 hebben destijdsde ontwikkeling van de ISO-norm nauwgezetgevolgd en waren/zijn van meningdat de NEN-EN-ISO 176601/2:2006 omreden van niet praktische toepasbaarheiden veiligheid, onvoldoende bruikbaar isbij het lassen van betonstaal en stalenstrippen voor de Nederlandse betonbouw.log 2Toelichting k1 en k2B500B/Ck 1k 2N* log NSamengevat– Alle betonstaalsoorten B500A/B/C zijn goed hechtbaar (lassen met weinig laswarmte), maar regelmamax. spanningsrimpel2σ aspanningsexponentk 1max. spanningsrimpel2σ aspanningsexponentk 1[MPa]/k 2[MPa]/k 2controle op zorgvuldige werkwijze is noodzakelijkrechte staven Ø ≤ 28 mm 100 4/5 175 5/9 WAPENING IN BETON • JUNI 2009BRL 0503) om te grof laswerk aan met 9name de kleØ > 28 mm 145 5/9staafdiameters te voorkomen.vanaf rol gericht staafmateriaal 100 4/5 100 1 ) 5/9

BEPERKINGEN BETONSTAAL NADER BEKEKENgaan dat dit voornamelijk wordt toegepastals gepuntlaste wapeningsnetten(dus inclusief rollen en bijlegstaven) metstaafdiameters maximaal Ø16 mm.Bij de vermoeiingseigenschappen van debetonstaalsoorten B500B/C is bij rechtestaven sprake van een belangrijke invloedvan de staafdiameter, maar is ditom praktische redenen beperkt tot 2diameterranges, Ø8 - 28 mm (175 MPa) en> Ø28 mm (145 MPa). Het van rol gerichteB500B gaat volgens NEN 6008:2008/NEN-EN 10080:2005 t.m. diameters Ø16 mm.Vooral voor de grotere van rol gerichtediameters Ø14 - 16 mm bestaan momenteelgerede twijfels over de haalbaarheidvan de vermoeiingssterkte van 175 MPa(als bij rechte staven). Helaas is het totdusver niet gelukt hiernaar een gedegenonderzoek uit te voeren, zodat in NEN6008:2008 voor van rol gericht staafmateriaalvooralsnog de (mogelijk teveel?) verlaagdevermoeiingssterkte van 100 MPais opgenomen, tenzij voor de toegepastemaximale diameter en betreffenderichtmachine(type) met statistisch onderzoekeen hogere waarde (≤ 175 MPa) kanworden aangetoond.Voor gepuntlaste wapeningsnettenB500B/C is in navolging van B500A (maarmax. Ø16 mm) de vermoeiingssterkte van100 MPa aangenomen. Daarom moet ditvooralsnog ook van toepassing wordengeacht voor de hiermee vergelijkbarehecht-/punt-kruislasverbindingen bij deverwerking van betonstaal. Echter, helaasis het ook voor hecht/punt-kruislasverbindingenB500B tot dusver niet gelukteen gedegen onderzoek uit te voerenwaarbij met name ook de invloed vande staafdiameter (Ø16 - 32 mm) wordtmeegenomen.Afbrandstuiklasverbingen zijn qua geometrienog redelijk gunstig en overigestompe lasverbindingen worden bij deverwerking van betonstaal vrijwel nietmeer toegepast. Overlap-smeltlasverbindingenzijn qua geometrie vanzelfongunstig voor vermoeiing. Bij de mechanischeverbindingen bestaan groteverschillen in geometrische uitvoeringen,kerfwerking, enz. waarbij meestal ooksprake is van een grote invloed van destaafdiameter. In de BRL 0504 voor mechanischeverbindingen is vastgelegddat voor de toepassing in ‘overwegendstatisch belaste’ betonconstructies (cat. 1)moet worden voldaan aan de (basis)vermoeiingssterktevan 60 MPa. Voor bewustdynamisch belaste mechanische verbindingen(cat. 2) kan per verbindingstype/staafdiameterrange met statistisch onderzoekeen hogere vermoeiingssterkteworden aangetoond.Samengevat• Naar schatting slechts 5 - 10 % van degewapend-betonconstructies wordtdaadwerkelijk dynamisch belast waarbijde betreffende voorschriften VBB/NEN 6723 van toepassing zijn.Gevlochten zware wapeningskorf - foto: Wapeningsstaal Bischop b.v.• Verwerking van betonstaal (lassen enrichten) heeft relevante nadelige invloedop de vermoeiingssterkte. Nietteminmoet bij het stellen van kostbare/lastigebeperkingen steeds wordengeverifieerd dat de optredende dynamischebelastingen hoger zijn dan dein VBB/NEN 6723 aangegeven vermoeiingssterktesen dat deze beperkingenniet te generiek worden gesteld.• Er bestaat dringend behoefte aan gedegenvermoeiingsonderzoek van debetonstaalsoort B500B aan van rol gerichtbetonstaal t.m. Ø16 mm en gehechtlastbetonstaal Ø16 - 32 mm.■WAPENING IN BETON • JUNI 200911