Als we zouden stellen dat beton het meest populaire en gangbare bouwmateriaal ter wereld is, zou daar geen discussie over mogelijk zijn. Beton is, na water, het meest gebruikte materiaal ter wereld.
Vezelversterkt beton is een van de vele innovaties die zijn ontwikkeld om de sterkte en andere eigenschappen van beton te verbeteren.
In dit artikel gaan we dieper in op vezelversterkt beton: wat dit beton precies is, de verschillende soorten en voordelen ervan, en of dit betonmengsel geschikt is voor u.
Wat is Vezel Gewapend beton?
Vezelversterkt beton (FRC) is vers beton dat is versterkt met vezelachtige materialen, bijvoorbeeld lange staalvezels. Deze versterkingsmethode verbetert de eigenschappen van normaal beton.
Voor de productie van vezelversterkt beton worden veel verschillende vezelmaterialen gebruikt. Dit type gewapend beton is zo populair geworden dat er, afhankelijk van de toepassing, diverse varianten van vezelversterkt beton worden geproduceerd.
Waaruit bestaat vezelversterkt beton?
De belangrijkste bestanddelen van vezelversterkt beton zijn:
Hydraulisch cement
Het belangrijkste bestanddeel van vezelversterkt beton is hydraulisch cement, dat na reactie met water een hechtende werking krijgt. Meestal wordt Portlandcement gebruikt als hydraulisch cement in vezelversterkt beton.
Vezels
Het toevoegen van lange vezels verandert de eigenschappen van het verse beton, afhankelijk van het soort vezelmateriaal dat wordt gebruikt. Er zijn vier categorieën vezels die over het algemeen worden gebruikt bij de productie van vezelversterkt beton. Deze betonvezels zijn:
Staalvezels
Glasvezels
Synthetische vezels
Natuurlijke vezels
Aggregaten
Een toeslagmateriaal zorgt voor de bindende sterkte in beton en vermindert tegelijkertijd de benodigde hoeveelheid cement. Enkele veelgebruikte toeslagmaterialen zijn zand, gebroken steen en grind.
Korte geschiedenis van FRC
Vezelversterkt beton bestaat al heel lang, maar de betonvezels zijn in de loop der tijd verbeterd. Vroeger, toen gebouwen nog met stenen werden gebouwd, diende mortel als bindmiddel. Deze mortel werd versterkt met paardenhaar.
Ook bij de bouw van leemstenen was stro het voornaamste wapeningsmateriaal. Toen beton een van de meest gebruikte bouwmaterialen werd, werden asbestvezels als wapening gebruikt.
Naarmate de decennia verstreken, werd men zich echter steeds meer bewust van de gezondheidsrisico's van asbest en de kankerverwekkende werking ervan. In de jaren zestig werden andere vezels, zoals staal en glas, in plaats van asbest populairder.
Wat is het effect van vezels op beton?
Het toevoegen van vezels aan beton heeft verschillende effecten. De omvang hiervan varieert afhankelijk van de specifieke vezels die worden gebruikt. De verbetering van het draagvermogen hangt af van diverse factoren, zoals het aantal versterkende vezels in verhouding tot het totale volume, ook wel de volumefractie genoemd, en de aspectverhouding, die wordt verkregen door de vezellengte te delen door de diameter van de betreffende vezel.
Vezels hebben over het algemeen als primair doel het verminderen van scheurvorming in beton door de buigsterkte te verbeteren. Scheurvorming in beton ontstaat door krimp. Betonkrimp kan verschillende oorzaken hebben, zoals droogkrimp en plastische krimp.
Bovendien verlagen vezels de doorlaatbaarheid van beton, waardoor de mogelijkheid van waterlekkage door betonconstructies wordt geëlimineerd.
Wat zijn de verschillende soorten vezelversterkt beton?
Er bestaan diverse soorten vezelversterkte betoncomposieten die veelvuldig worden toegepast. Enkele voorbeelden hiervan zijn:
Staalvezelversterkt beton
Staalvezelversterkt beton is een van de meest voorkomende soorten vezelversterkt beton. Zelfs in kleine hoeveelheden voegt het toevoegen van staalvezels aan het beton aanzienlijke verbeteringen toe aan de eigenschappen ervan.
Staalvezelversterkt beton wordt gebruikt in toepassingen waar zware betonbelastingen vereist zijn, zoals bruggen, vloeren, tunnels, mijnbouw, prefab elementen, enz.
Er worden veel verschillende soorten staalvezels gebruikt om beton te versterken, zoals koudgetrokken draad (Type 1), gesneden plaatstaalvezels (Type 2), smeltgeëxtraheerde vezels (Type 3), walsgesneden vezels (Type 4) en gemodificeerde koudgetrokken draad (Type 5).
Polypropyleenvezelversterkt beton (PFRC)
PFRC maakt gebruik van synthetische vezels, namelijk polypropyleenvezels, een soort thermoplast. Het toevoegen van polypropyleen aan beton biedt diverse voordelen, die we in het volgende hoofdstuk zullen bespreken.
Polypropyleen heeft veel eigenschappen gemeen met polyetheen, maar heeft verbeterde uithardingseigenschappen, buigsterkte en een hogere hittebestendigheid.
Bovendien is deze vezel zeer bestand tegen chemicaliën zoals zuren en organische oplosmiddelen, en geeft hij vergelijkbare eigenschappen aan het beton.
Glasvezelversterkt beton (GFRC)
Een betonmengsel versterkt met glasvezels bevat veel kleine glasdeeltjes. Hoe maken deze het beton sterker?
Hoewel een grote glasplaat kwetsbaar is, heeft glasvezel een zeer hoge structurele sterkte. Naast deze sterkte zijn de vezels een goedkoop additief, waardoor het uiteindelijke betonmengsel goedkoper is dan alternatieven zoals staalvezelversterkt beton.
Door dezelfde vezels aan plastic toe te voegen, ontstaat een glasvezelcomposietmateriaal met uitstekende treksterkte-eigenschappen.
Polyestervezelversterkt beton
Polyestervezels voor vezelversterkt beton zijn verkrijgbaar als microvezels en macrovezels. Polyestervezels dragen bij aan de verbeterde scheurweerstand van dit type vezelversterkt beton.
Polyestervezelversterkt beton heeft een grotere taaiheid en een hogere structurele integriteit. Dankzij de verbeterde duurzaamheid is dit type beton ideaal voor industriële vloeren, magazijnvloeren, prefabconstructies, overlays en soortgelijke commerciële toepassingen.
Koolstofvezelversterkt beton
Heb je wel eens gehoord van koolstofvezelstaal? Het concept is vergelijkbaar voor koolstofvezelversterkt beton.
Hoewel het toevoegen van koolstofvezels aan beton een complexer proces is dan het toevoegen van cement of glas, heeft het resulterende beton een hoge stijfheid en sterkte. Door de hoge stijfheid wordt het beton echter ook brozer (zoals koolstofstaal).
Macro synthetische vezel Gewapend beton
Het gebruik van macro-synthetische vezels in beton is ontstaan als alternatief voor staalwapening. Staalwapening kan immers een kostbare toevoeging aan beton zijn.
Door het toenemende gebruik zijn macro-synthetische vezels meer geworden dan alleen een alternatief. Deze vezels hebben tal van eigen toepassingen, met name in op de grond gedragen constructies.
Stalen wapening kan corroderen in omgevingen met een hoge luchtvochtigheid, zoals maritieme omgevingen, en glasvezels kunnen afbrokkelen. Macro-synthetische vezels bieden een hoge weerstand tegen deze factoren, waardoor ze een waardevolle toevoeging zijn aan beton in dergelijke omgevingen.
Natuurvezelversterkt beton
Natuurlijke vezels zijn afkomstig van planten, dieren en natuurlijke mineralen. Zoals we al vermeldden in het gedeelte over de geschiedenis van vezelversterkt beton, worden natuurlijke vezels al sinds de oudheid in de bouw gebruikt.
Waar beton ook gebruikt wordt, er zullen altijd veel natuurlijke vezels aanwezig zijn. Deze vezels dragen ook bij aan lagere productiekosten van vezelversterkt beton.
Enkele voorbeelden van natuurlijke vezels zijn katoen, stro, hout en granen.
Wat zijn de voordelen van het gebruik van vezelversterkt beton?
Het toevoegen van verschillende vezels aan beton leidt tot diverse voordelen. Vezelversterkt beton wordt geclassificeerd op basis van de toegevoegde vezels. De specifieke voordelen van vezelversterkt beton hangen af van het type vezelversterkt beton dat wordt gebruikt.
Over het algemeen zijn dit de voordelen die verbonden zijn aan enkele veelvoorkomende soorten vezelversterkt beton:
Glasvezelversterking
Glasvezelversterking verhoogt de structurele sterkte van beton zonder de kosten significant te verhogen. Glas is een van de goedkoopste vezelmaterialen.
Dit type wapening wordt gebruikt om de esthetische aantrekkingskracht van de betonconstructie te vergroten. De korte, afzonderlijke vezels zijn zichtbaar in de betonconstructie nadat deze is uitgehard.
Deze wapeningsmethode voegt treksterkte toe aan alle gebieden, in tegenstelling tot traditionele wapening met stalen staven, waarbij de treksterkte beperkt is tot de richting van de staven.
Staalvezelversterking
Staal biedt de hoogste structurele sterkte in vezelversterkt beton.
Door de toevoeging van staalvezels heeft het beton minder wapeningsstaal nodig.
Vezels zorgen voor een grotere weerstand tegen stoten en slijtage.
Verbeterde dooiweerstand en andere temperatuureigenschappen van het gebouw.
Vermindert het risico op scheurvorming door de breedte van de scheuren te verkleinen.
Polypropyleenvezels en nylon betonwapening
Biedt de mogelijkheid om het beton over een lange afstand te pompen door de cohesie-eigenschappen te verbeteren.
Verbetert de temperatuureigenschappen (bijv. de weerstand tegen ontdooiing).
Verbetert de buigzaamheid van beton en vermindert de broosheid ervan.
In geval van brand zijn betonconstructies met polypropyleenvezels en nylonvezels bestand tegen explosieve afbrokkeling.
Dit resulteert in een hoge slagvastheid en slijtvastheid.
Waarvoor wordt vezelversterkt beton gebruikt?
Het type vezelversterkt beton (FRC) dat gebruikt wordt, kan variëren afhankelijk van het specifieke bouwproject. Over het algemeen wordt bij de meeste civieltechnische projecten vezelversterkt beton gebruikt. Bijvoorbeeld:
Muren
Vloeren
Dammen
Startbanen
Wegen
Betonnen buizen
Bruggen
Magazijnvloeren
Putdeksels
Tunnels
Verhardingen
Hoe kom ik aan vezelversterkt beton?
Zoals u inmiddels weet, is vezelversterkt beton niet zomaar één product. Er bestaan verschillende soorten beton met uiteenlopende versterkingstechnieken, wat resulteert in specifieke, verbeterde eigenschappen.
Er bestaan zeer sterke staalvezels die de structurele integriteit van het beton aanzienlijk versterken. Daarnaast bieden glasvezels en synthetische vezels een matige sterkte tegen lagere kosten.
Door Daniel Arkin
Geplaatst op: 7 april 2023