Samenvatting

Betonmengsels blijven zich ontwikkelen, hetgeen resulteert in hoger opneembare druksterktes en verhoogde duurzaamheid. Ultra Hoge Sterkte Beton is een materiaal dat voortkomt uit deze materiaaloptimalisaties. Deze ontwikkeling in de mengsels zorgt ervoor dat constructies steeds slanker geconstrueerd kunnen worden.
Het doel van dit onderzoek is het bekijken van de mogelijkheden van UHSB en dit af te wegen tegen conventionele betonsoorten. Hierbij is de volgende onderzoeksvraag opgesteld:
Wat zijn de mogelijkheden in het constructief ontwerp bij het toepassen van UHSB ten opzichte van conventioneel beton?
UHSB is een geoptimaliseerd betonmengsel wat geclassificeerd wordt door betondruksterktes tussen de 150 en 200 MPa. Het wordt gecreëerd door het optimaliseren van de pakkingsdichtheid van het mengsel. Door silicafume toe te voegen worden bijna alle holle ruimtes in de constructie gevuld. Dit zorgt voor een geleidelijke verdeling van de belastingen door een betonnen constructie en voorkomt inwendige piekspanningen.
Voor het rekenen met VVUHSB zijn er geen algemeen geldende richtlijnen. Momenteel wordt er gewerkt aan een Europese norm, zoals de Eurocode. Op het moment van schrijven is de ‘interim recommendations’ de meest volledige richtlijn met betrekking tot VVUHSB. Deze is geschreven voor 3 specifieke mengsels door de Franse betonvereniging AFGC. De meest recente versie van de richtlijn van de AFGC is de ‘Revised Version’ van juni 2013 en in dit rapport is deze norm gebruikt voor de berekeningen met VVUHSB.
Zoals bij veel materialen wordt het beton brosser, naarmate de sterkte toeneemt. Dit zorgt ervoor dat de plastische tak van het materiaal afneemt en een bros bezwijkmechanisme sneller optreedt. Voor de veiligheid van de constructie is dit niet wenselijk. Om dit brosse gedrag van het beton tegen te gaan worden vezels toegevoegd aan UHSB mengsels om de ductiliteit van het beton te verhogen.
De toevoeging van vezels zorgt voor een verhoogde treksterkte, een verhoogde elasticiteitsmodulus en een gunstiger scheurgedrag. Wanneer vezels worden toegevoegd aan een UHSB mengsel kunnen er zich twee gedragingen voordoen afhankelijk van de hoeveelheid en lengte van de vezels. Deze twee gedragingen zijn softening en hardening. Softening-gedrag wil zeggen dat bij het ontstaan van de eerste scheur de spanning die opgenomen kan worden door de betonmatrix plotseling afneemt en om deze reden wordt er gerekend met een afgeknot spanning-rekdiagram. In het geval van harding-gedrag zal bij het ontstaan van de eerste scheur de opneembare spanning nog toenemen tot een maximale scheurwijdte waarbij de vezels uit de betonmatrix worden losgetrokken.
Eerst is er een oefenberekening uitgewerkt met een rechthoekige balk. Uit dit voorbeeld blijkt dat er weinig winst te halen is in de momentweerstand en de doorbuiging ten opzichte van conventionele betonsoorten. Een groot voordeel ten opzichte van conventioneel beton is de enorme toename van de dwarskrachtcapaciteit door de toevoeging van vezels, doordat deze de functie van wapeningsbeugels kunnen vervullen. Daarnaast vindt er een gunstiger scheurgedrag plaats bij VVUHSB
ten opzichte van conventioneel beton. Door de vezels wordt de scheurafstand verkleind en ontstaan er meerdere kleine scheurtjes in plaats van een grote geconcentreerde scheur.
Na deze oefenberekening is een casus opgezet van een voetgangers-/ fietsbrug. Hierin is een brugdek uitgewerkt als dubbele T-ligger in twee verschillende soorten betonsterkteklassen, enerzijds een conventionele betonsoort met betonsterkteklasse C50/60 en anderzijds een VVUHSB met betonsterkteklasse C170/200. Wat opvalt bij deze casus is dat de benodigde hoeveelheid voorspanning bepalend is voor de constructiehoogte van het dek. De uiteindelijke constructiehoogte van VVUHSB valt lager uit dan van conventioneel beton. Dit komt doordat een hogere trekspanning mag worden toegelaten in de doorsnede, waardoor minder voorspanning benodigd is.
Kijkend naar de kosten van VVUHSB ten opzichte conventioneel beton blijkt het VVUHSB mengsel per kubieke meter ruim vijf keer duurder dan conventioneel beton. Echter kan er wel kleiner geconstrueerd worden. Uiteindelijk blijkt de constructie van het brugdek ruim anderhalf keer duurder te zijn in VVUHSB, hetgeen één van de belangrijke factoren is in het uitblijven van deze betonsoort.