Ultrahogesterktebeton : een veelbelovende technologie 2006/04.05

De huidige betontechnologie maakt het niet enkel mogelijk om beton op maat van de toepassing te ontwerpen, maar ook om beton voor te stellen voor andere, nieuwe toepassingsdo­meinen. Het gebruik van ultrahoge­sterktebeton (UHSB) kan in deze con­text tal van perspectieven openen. Dit materiaal laat immers toe slankere elementen te vervaardigen met aantrekkelijke esthetische kwaliteiten.
Om een beter inzicht te verkrijgen in de karakteristieken en de mogelijke toepassingen van deze veelbelovende technologie, wordt binnen het WTCB een verkennend onderzoek uitgevoerd, in samenwerking met de Vrije Universiteit Brussel (VUB).

1. Algemeen

De samenstelling van een UHSB steunt op een verregaande beheersing van de betontechnologie, en dan vooral op de volgende principes :
  • de vermindering van de maximale korreldiameter van de granulaten
  • het gebruik van reactieve poeders (bv. silica fume)
  • de sterke verhoging van het totale poedergehalte (cement en vulstoffen)
  • de verlaging van de W/C-factor
  • de toepassing van grote hoeveelheden superplastificeerder
  • de toevoeging van staalvezels ter verhoging van de ductiliteit.
De aldus samengestelde mengsels kunnen een druksterkte van 200 N/mm2 vertonen, en mits een aangepaste nabehandeling kan deze waarde zelfs nog stijgen. De druksterkte van een traditioneel beton schommelt ter vergelijking rond 20 tot 60 N/mm2.

2. Betonkarakteristieken en krimpgedrag

Tijdens de eerste projectfase werden twee betonsamenstellingen onderzocht :
  • een mengsel van het 'granulaattype' met een gering poedergehalte (500 kg/m3 beton) en een groot aandeel porfier met een maximale diameter van 8 mm
  • een mengsel van het 'poedertype' met een hoog poedergehalte (1000 kg/m3 beton), waarbij de grove granulaten met een diameter groter dan 3 mm verwijderd werden.
Beide betontypes vertonen een druksterkte van om en bij de 150 N/mm2. Terwijl dit waarschijnlijk het maximum is voor het mengsel van het granulaattype, bestaat er voor het mengsel van het poedertype nog een grote marge voor optimalisering.

De consistentie van het beton is op haar beurt afhankelijk van de hoeveelheid toegevoegde superplastificeerder en kan variëren van een klasse S3 tot een zelfverdichtend type.

De twee onderzochte UHSB-mengsels worden tevens gekenmerkt door een zeer snelle sterkteontwikkeling gedurende de eerste uren (110 N/mm2 na 16 uur), met een trager verloop daarna.

Het mengsel van het poedertype vertoont aanzienlijke krimpwaarden en blijkt bijzonder gevoelig te zijn voor de nabehandeling. Dit zou men kunnen verklaren door het al dan niet volledige gebrek aan bleeding, waardoor de omgevingsomstandigheden de drogingskrimp zeer sterk en snel kunnen beïnvloeden.

Tijdens het onderzoek werden voor het poedertype de volgende krimpwaarden opgetekend :
  • een belangrijke autogene krimp van 600 tot 800 µm/m na drie maanden. 75 % hiervan greep plaats tijdens de eerste 7 dagen. Lettend op het hoge poedergehalte (1000 kg/m3) is deze waarde echter niet zo verwonderlijk
  • een hoge drogingskrimp (een totale krimp tot 1700 µm/m na 3 maanden) indien geen nabehandeling wordt uitgevoerd.
Afb.1 Resultaten van de krimpmetingen in een droge en een vochtige omgeveing (¹).
Afb.1 Resultaten van de krimpmetingen in een droge en een vochtige omgeveing.
(¹) Uit deze grafiek blijkt duidelijk dat het bewaren van het beton bij een hoge relatieve vochtigheid leidt tot een aanzienlijke vermindering van de krimp op jonge leeftijd
(²) Vochtig milieu, simulatie van een doeltreffende nabehandeling
(³) Droog milieu, simulatie van het gebrek aan een nabehandeling
De krimpmetingen in het laboratorium (zie afbeelding 1) gebeurden zowel in een droge omgeving (om het achterwege laten van de nabehandeling te simuleren) als in een vochtige omgeving (om een doeltreffende nabehandeling van twee dagen in een vochtig milieu te simuleren).

Een eenvoudige nabehandeling resulteert in een aanzienlijke beperking van de totale krimp (op een leeftijd van 7 dagen werd een vermindering van 40 % gemeten ten opzichte van het onbehandelde beton). Dit is dan ook een belangrijk aandachtspunt voor de verdere toepassing.

3. Mogelijke toepassingen

Het gebruik van UHSB is vooral interessant voor elementen die blootgesteld worden aan zware belastingen, zoals kolommen, damwanden, buizen voor persleidingen, brugonderdelen, … Dit betontype vertoont immers een hogere druksterkte en laat een slankere uitvoering van deze elementen toe of zelfs een vermindering van het aantal kolommen en steunelementen.


Afb. 2 De 'Zonnestraal' te Hilversum : voorbeeld van een geprefabriceerde constructie uit architectonisch UHSB.

In de literatuur wordt eveneens gesproken van een betere ponsweerstand als gevolg van de verhoogde schuifweerstand, wat dan weer voornamelijk perspectieven opent voor vloersystemen.

Ook op het gebied van prefabricage kan UHSB een interessante oplossing bieden, zodat het mogelijk wordt te concurreren met andere materialen. Dit geldt met name voor dunne wand­elementen en verloren bekistingen, waarbij men de constructieve eisen kan combineren met een duurzame en architectonische afwerking (zie afbeelding 2).

Ultrahogesterktebeton kan ook gebruikt worden als oppervlakteafwerking met het oog op de verbetering van de slijtweerstand en de bestandheid tegen chemische aantasting, en dit zowel bij nieuwe materialen en constructies als in het kader van een betonherstelling.


Volledig artikel


N. Cauberg, ir., technologisch adviseur (¹), onderzoeker, laboratorium 'Structuren', WTCB
J. Piérard, ir., technologisch adviseur (²), onderzoeker, laboratorium 'Betontechnologie', WTCB

(¹) Technologische Dienstverlening 'Prestatiegerichte betonsoorten', gesubsidieerd door het IWT.
(²) Technologische Dienstverlening 'Mise en œuvre des bétons spéciaux', gesubsidieerd door de DGTRE.