Probleem op deze pagina?

Project: Toepassing van Ultra-HogeSterkteBeton in de bouw- en prefabricatie-industrie

VIS/CO: Collectief onderzoek van Vlaamse Innovatiesamenwerkingsverbanden
01/09/2008
01/12/2012

Het project heeft tot doel het gebruik van UHSB in de prakttijk mogelijk te maken, technische aanbevelingen uit te werken en de opportuniteiten binnen de (prefab)betonsector door middel van industriële testen aan te tonen. Het uiteindelijke objectief hiervan is een snelle en efficiënte doorstroom van informatie over deze technologie en haar mogelijkheden naar de betonproducenten, ontwerpers en gebruikers.
In een eerste fase van het project, zal er gewerkt worden op een aantal technologische aspecten betreffende betontechnologie (robuustheid van de mengsels, verwerkbaarheidsduur, hydratatiewarmte, nabehandelingstechnieken), mechanisch gedrag van het verharde UHSB (spanning-rek relatie, ponsgedrag, vezelversterking, krimp, kruip en relaxatie, aanhechting op wapening, rekenregels, e.d.) en de duurzaamheid (microstructuur, porositeit, vorst-dooiweerstand, brandweerstand, e.d.). Centraal in de tweede fase staat de uitwerking van industriële testen met de betonproducenten, met realisaties die dicht bij de markt staan, en die zorgen voor een optimale doorstroom van kennis en feedback. Concreet gaat het over industriële samenwerkingen, met producenten die het project onderschrijven, de werkzaamheden nauw zullen opvolgen, en hun volledige medewerking zullen verlenen voor een aantal testen in hun bedrijf.

Het valorisatiepotentieel van dit project ligt voor de prioritaire doelgroep, de betonproducenten en de algemene aannemers, bij de toegevoegde waarde die zij kunnen boeken op geoptimaliseerde en nieuwe producten:
- Snelheid van bouwen: ondermeer door lichtere elementen in UHSB, grotere overspanningen, kolommen over meerdere verdiepen, eenvoudige montage, …
- Zowel in prefabbeton als in stortklaar beton kunnen extreem duurzame oplossingen bedacht worden voor reële problemen.
- Economische aspecten: slankere en minder zware oplossingen voor balken en vloeren kunnen resulteren in ruimtewinst.
Elementen op basis van UHSB hebben een groter potentieel voor export, enerzijds omdat het doorgaans zal gaan over lichte alternatieven vergeleken met klassieke betonelementen, en anderzijds omdat de toegevoegde waarde op deze elementen een stuk hoger zal liggen. En net de combinatie van gewicht en toegevoegde waarde, afgewogen tegen transportkosten, bepalen in grote mate de actieradius van een betonproducent.

De prioritaire doelgroep van dit project is de prefabbetonindustrie, de algemene aannemer en mogelijk de betonhersteller, vermits zij gezien worden als de eerste producenten en gebruikers van producten op basis van UHSB. Om onderzoek en uitvoering in de praktijk ook zo dicht mogelijk bij elkaar te brengen zullen er dan ook een aantal producenten actief betrokken worden bij de uitvoering van dit project. De secundaire doelgroep bestaat uit studiebureaus, ontwerpers en grondstoffenfabrikanten. Zij dienen goed geïnformeerd te worden over de karakteristieken van dit betontype.

De focus voor dit project wordt gelegd bij de prefabindustrie, waar er een reëel potentieel is voor UHSB, en dit voor bestaande en nieuwe toepassingsdomeinen. Daarbij gaat het over producten zoals voorgespannen balken en platen, kolommen, vloertoepassingen, semistructurele elementen uit vezelversterkt UHSB, halffabricaten, en toepassingen waarbij UHSB een duurzamer alternatief vormt voor andere materialen zoals staal, hout of keramieken. Een gemeenschappelijk punt van al deze producten is de mogelijkheid voor een verregaande optimalisering op basis van UHSB, evenals het creëren van een grote toegevoegde waarde. Er zijn nog een groot aantal technologische vragen te beantwoorden op het vlak van betontechnologie, materiaalgedrag en duurzaamheid, vooraleer er overgegaan zou kunnen worden tot echte toepassingen. Zowel naar de ontwerper als naar de bouwheer toe moet de producent immers bepaalde garanties kunnen geven, en het blijkt duidelijk uit de praktijk dat er relatief veel garanties gevraagd worden eens een betontype buiten het traditionele, genormeerde gamma valt.

Ultra-Hoge-Sterktebeton (UHSB), met een druksterkte tussen 150 N/mm² en 300 N/mm², en een erg dichte, slijtvaste en duurzame matrix biedt veel mogelijkheden voor de betonsector. UHSB wordt momenteel echter nog niet toegepast in Vlaanderen. Een groot aantal karakteristieken van UHSB is momenteel nog te onbekend voor de gemiddelde prefabricant, tenzij hij onmiddellijk zou overstappen op het gebruik van geïmporteerde en voorgemengde zakmengsels zoals bijvoorbeeld Ductal®. Naast het feit dat dit een zeer dure oplossing is, heeft de overgrote meerderheid van de producenten ook een sterke voorkeur voor de aanmaak van eigen mengsels. Deze kunnen immers aangepast worden naargelang de karakteristieken van hun elementen, met minder afhankelijkheid van één cementleverancier.
Voor de prefabindustrie komen met UHSB nieuwe mogelijkheden binnen het bereik om steeds dunnere elementen te vervaardigen. Als voorbeelden kunnen gevel- en dakelementen, breedplaten, kolommen, rioleringsbuizen, enz. aangehaald worden. Door deze evolutie zal de concurrentie aangegaan kunnen worden met andere materialen zoals metaal, kunststof, hout of keramiek.
Studiebureau's kunnen van bij het ontwerp rekening houden met de superieure eigenschappen van UHSB. Dat laat hen toe om in aanbestedingen zeer performante constructies aan te bieden en biedt hen meer mogelijkheden om deel te nemen aan grote (buitenlandse) opdrachten.

Het WTCB en de VUB onderzochten de eigenschappen en mogelijkheden van ultrahogesterktebeton (UHSB) en kwamen tot de conclusie dat het een ideaal materiaal is voor de vervaardiging van voorgespannen beton, voor de realisatie van dunne of slanke elementen en voor toepassingen waar duurzaamheid en levensduur belangrijke vereisten zijn. Ultrahogesterktebeton vertoont een druksterkte tot meer dan 150 N/mm2, wat wel drie tot vijf keer meer is dan een gewoon beton. Dit betontype beschikt bovendien over een heel dichte microstructuur en een lage porositeit, waardoor het extreme mechanische prestaties kan combineren met een uitzonderlijke duurzaamheid.

De ultrahoge druksterkte creëert in eerste instantie nieuwe mogelijkheden voor voorgespannen beton: de overspanningscapaciteit kan verder opgedreven worden, waardoor men de nuttige hoogte van de balken kan beperken (en zodoende bij hoge gebouwen plaats kan winnen voor een extra verdieping). Door de combinatie met hoge vezeldoseringen worden ook slankere en verfijnde uitvoeringen van platen en speciale vormen mogelijk. UHSB kan eveneens gebruikt worden voor de realisatie van heel slanke bruggen. Dankzij zijn hoge duurzaamheid leent deze betonsoort zich ten slotte optimaal voor civiele werken, waarbij de levensduur en het onderhoud belangrijke parameters zijn.
Om de haalbaarheid van UHSB op industriële schaal te kunnen evalueren, werden er tevens een aantal casestudy’s uitgewerkt. Hiertoe werd er een reeks voorgespannen balken met een lengte tot 8 meter en een persbuis met een diameter van 1,6 m ontworpen. Deze werden gefabriceerd in verschillende bedrijven met een standaarduitrusting en vervolgens op ware grootte beproefd in het WTCB. Aan de hand van deze proeven konden we het gecombineerde effect van verschillende mechanische eigenschappen bestuderen en vergelijken met berekeningen volgens de Eurocode 2 (momenteel tot C 90/105). Een pure extrapolatie van deze rekenresultaten leverde een onderschatting (m.a.w. een veilige benadering) van de buigcapaciteit van de balken op. Door voorstellen te lanceren om de materiaalwetten van de Eurocode 2 licht aan te passen (voor de E-modulus, krimp, kruip, enz.) aan de hand van onze eigen onderzoeksresultaten op UHSB-proefstukken, konden de prestaties van de balken beter ingeschat worden.
Op dit moment zijn er ons vooral realisaties in het buitenland bekend. Frankrijk is hierbij een van de koplopers, vooral door de toepassing van gepatenteerde UHSB-types (bv. Ductal®). Een uitzonderlijk project in uitvoering is de nieuwe overkapping van het Jean Bouin-stadium te Parijs. Ook in Duitsland staan er opnieuw enkele projecten in de stijgers. Eén van de voornaamste drempels ligt in het normatieve kader: bij de eerste toepassingen zal er sterk gesteund moeten worden op validatie via laboproeven, hetgeen de kosten opdrijft . Maar hoewel dit gebrek aan aanbevelingen voor het ontwerp de toepassing van UHSB momenteel nog afgeremd wordt door, kan het door het WTCB en de VUB gerealiseerde onderzoek de ontwerpers en aannemers alvast helpen om hun ontwerpen te onderbouwen.

VUB - MEMC
WTCB
Niki Cauberg
Bouw Uitrusting apparatuur, Bouwmaterialen, Bouwmaterialen, Componenten en Methoden
Niki Cauberg
Luc Verhoeven (Just Innovation), Luc Larmuseau (iLLumoo)
http://www.wtcb.be
Share this on