Wikisage, de vrije encyclopedie van de tweede generatie, is digitaal erfgoed

Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.

  • Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
  • Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.

Beton

Uit Wikisage
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Het direct storten, vanuit de betonwagen
van het beton.

Beton is een kunstmatig steenachtig materiaal, dat als bouwmateriaal wordt gebruikt. Beton is samengesteld uit het bindmiddel cement en uit een of meer toeslagmaterialen zoals zand, grind of steenslag. Cement heeft de eigenschap dat het door toevoeging van water verhardt.

Goed beton is een mengsel waarin de korrelgroottes van de verschillende soorten zand en grind, in de juiste hoeveelheden, elkaar zodanig aanvullen dat het mengsel uithardt tot een steenachtig en duurzaam materiaal. In tegenstelling tot bv gips lost uitgehard beton niet meer op in water.

Door de relatief lage prijs van het materiaal, de relatieve inertie, de eenvoud van het gebruik en door de vele mogelijkheden is beton een veelgebruikt bouwmateriaal. Jaarlijkse verbruiken de geïndustrialiseerde landen bijna een kubieke meter beton per persoon.

Geschiedenis

De Egyptenaren, Babyloniërs, Feniciërs, Grieken en Romeinen kenden reeds de voordelen van het gebruik van (ongewapend) beton. De Romeinen gebruikten het bij de bouw van bruggen en aquaducten. Ook bij de bouw van het Colosseum en het Pantheon werd door de Romeinen beton gebruikt. Als bindmiddel werd meestal kalk of tras gebruikt. Later raakte deze betontechniek eeuwenlang in onbruik. Pas in 1756 maakte de Brit John Smeaton voor de herbouw van een vuurtoren gebruik van een mengsel van kalk en klei. Na verdere verbetering van dit materiaal en na de uitvinding in 1824 van het Portlandcement (genoemd naar het Engelse Isle of Portland) door de Engelsman Joseph Aspdin (die er patent op verkreeg) werd het gebruik van beton herontdekt. De eerste industriële vervaardiging van portlandcement wordt in 1842 geplaatst. In Nederland werd in 1870 te Delfzijl een kleine portlandcementfabriek geopend. Momenteel wordt wegens de goede eigenschappen meer en meer hoogovencement gebruikt, dat sinds 1931 bij de Hoogovens het huidige Corus te Velsen wordt gefabriceerd.

Omstreeks 1845 werden ook de eerste experimenten met gewapend beton uitgevoerd. Zie Geschiedenis van gewapend beton voor meer informatie hierover.

Samenstelling

Beton ontstaat door water te mengen met een bindmiddel (zoals cement) en granulaat (zand en grind), vulstoffen en eventueel met toeslagstoffen. Bij de juiste verhoudingen worden de holtes tussen het grind vrijwel geheel gevuld met zandkorrels waarbij het cement de verschillende korrels aan elkaar plakt. Na uitharding kan de hardheid en duurzaamheid van natuurlijk gesteente worden geëvenaard.

Het toegepaste betonrecept is enerzijds afhankelijk van de gewenste sterkte en gewenste eigenschappen en anderzijds van de omgeving waar de betonconstructie zich in bevindt (milieuklasse van het beton).

Water

Water kan niet onbeperkt worden toegevoegd. De verharding van cement is een chemische reactie die een beperkte hoeveelheid water vraagt; een teveel aan water levert zwakker beton ("water is vergif voor beton"). Een tekort aan water zorgt er echter weer voor dat niet alle cement reageert. Bijgevolg is een juiste verhouding tussen water en cement (de zogeheten water/cementfactor) noodzakelijk om een goede kwaliteit beton te verkrijgen.

Bindmiddel

Er zijn een aantal mogelijke bindmiddelen. Een eerste mogelijke bindmiddel is gebaseerd op kalk, zoals de Romeinen het gebruikten. Dit is in onbruik geraakt. De eigenschappen leken het meest op het tegenwoordige metselspecie of ongewapend beton. Bij gebruik van het bindmiddel asfalt ontstaat asfaltbeton, wat gebruikt wordt voor de wegenbouw, parkeerplaatsen, bedrijfsvloeren. Daarnaast gebruikte men vroeger ook pek/teer als bindmiddel. Deze worden vandaag de dag niet meer gebruikt i.v.m. hun vervuilende eigenschappen en slechtere mechanische eigenschappen.

In het meeste beton wordt nu cement gebruikt: Portlandcement of hoogovencement.

Toeslagmateriaal

Een belangrijk onderdeel van het betonmengsel is het granulaat. Hoe kleiner en fijner de gebruikte korrels des te meer water noodzakelijk is.

Als aanvulling of vervanging van deze granulaten wordt soms ook een toeslagmateriaal bijgevoegd:

  • vulstof, een inert poeder van gemalen baksteen dat de stabiliteit van het mengsel verhoogt;
  • vliegas (siliciumpoeder), dat als plasticifeerder optreedt en puzzolane eigenschappen heeft;
  • silica fume (ultrafijn siliciumpoeder) met sterke puzzolane eigenschappen.
  • recyclinggranulaat[1]

Hulpstoffen en toevoegsels

In beton kunnen verschillende hulpstoffen gebruikt worden. Deze dienen om de eigenschappen van het beton te verbeteren of aan te passen.

  • (super)plastificeerders die de verwerkbaarheid van het beton verhogen zonder extra water toe te voegen (te veel water zou de sterkte verminderen);
  • bindingsversnellers
  • bindingsvertragers zoals suiker waardoor het betonmengsel langere tijd verwerkbaar blijft;
  • luchtbelvormers, om de vorstbestendigheid van het beton te verhogen;
  • water vasthoudende stoffen, om onder water beton te kunnen gieten;
  • kleurpigmenten;
  • schuimvormers, om een geringe dichtheid en daardoor een betere isolatiewaarde (warmte-isolatie) te verkrijgen.

Eigenschappen

Beton is een relatief bros materiaal met een hoge druksterkte (de kubusdruksterkte bedraagt 5 - 55 N/mm2 dat wil zeggen dat een betonnen kubus met een ribbe van 150 mm het gewicht van zo'n 120 auto's (gewicht 1000 kg per stuk) kan dragen) terwijl de treksterkte slechts ongeveer 1/10 van de druksterkte is. Beton voor constructies moet in Nederland een KOMO certificaat hebben en wordt vrijwel uitsluitend geleverd door gespecialiseerde betoncentrales, waardoor een constante samenstelling en kwaliteit van het beton kan worden gewaarborgd. Het grootste voordeel van beton is dat het flexibel toe te passen is. Voordat het uithardt, kan het in alle mogelijke vormen gegoten worden. Normaal beton weegt ongeveer 2400 kilo per m³, echter speciale betonsoorten kunnen hier sterk van afwijken. Aangemaakt beton heeft een beperkte tijd waarbinnen het verwerkt moet worden, vaak is er een verwerkingstijd van maximaal een uur.

Nat en vochtig beton

Zetmaat

De zetmaat of slump van een betonmengsel is een maat voor de plasticiteit ervan. Met een metalen vorm, de kegel van Abrams, wordt een hoeveelheid betonmengsel op een tafel geplaatst. De originele hoogte van de kegel is 300 mm. Na het plaatsen wordt de metalen kegel omhooggetrokken en het beton zakt uit. De inzakking wordt gemeten en dit is de zetmaat, b.v. 80 mm. De benaming voor het beton is dan als volgt:

type consistentie inzakking
S1 aardvochtig 10 mm < s < 45 mm
S2 halfplastisch 50 mm < s < 95 mm
S3 plastisch 100 mm < s < 150 mm
S4 vloeibaar s > 150 mm

Een andere manier om de plasticiteit te bepalen is door de schudmaat en/of de verdichtingsmaat te bepalen. De schudmaat wordt bepaald door het scharnierende tafelblad waarop de zetmaat is bepaald een aantal keren tot een voorgeschreven hoogte op te tillen en te laten vallen. De uitgezakte betonkegel zal hierbij nog verder uitzakken en de diameter van het uitgezakte beton bepaalt de schudmaat.

Verhard beton

Sterkte

Men kan de sterkte van het beton meten door middel van een

Beton maken

  • Bestanddelen bepalen in de juiste verhoudingen

In de bouw wordt meestal gebruik gemaakt van vaste typesamenstellingen: samenstellingen waarvan de eigenschappen goed gekend zijn.

De doe-het-zelver kan de volgende samenstelling gebruiken: 1 deel cement, 2 delen zand, 3 delen grind. In volume is de verhouding 1-3-5. Het deel water is ongeveer een tiende van de vaste delen.

  • Mengen

Het mengen van een betonmengsel met een betonmolen gaat als volgt:

  1. de betonmolen starten;
  2. de helft van de granulaten en een deel van het water toevoegen;
  3. al het cement toevoegen;
  4. het zand en de rest van het grind toevoegen;
  5. water toevoegen tot de plasticiteit in orde is.
  6. enkele minuten mengen;

Beton is een lopende pasta die in de juiste vorm gehouden moet worden. Vanwege het hoge gewicht en de daarmee gepaard gaande grote krachten is een versterkte bekisting nodig. Er is onder meer verloren bekisting (bekisting die niet meer verwijderd wordt en ter plekke achterblijft), glijbekisting (bekisting die langzaam mee beweegt naarmate het storten vordert, in gebruik bij o.a. de wegenbouw) en systeembekisting (meermaals bruikbare bekisting).

  • verdichten

Bij het verdichten wordt vaak gebruik gemaakt van een trilnaald. Bij kleinere hoeveelheden of oppervlaktes wordt ook wel een houten balkje gebruikt. Het doel van verdichten is om de luchtbellen uit het mengsel te verwijderen.

  • beschermen tegen uitdroging

Indien het verse beton uitdroogt, zal het krimpen waardoor er trekspanningen optreden die het beton laten scheuren (krimpscheuren). Te snelle uitdroging kan voorkomen worden door het beton nat te houden, door chemische producten te gebruiken (zgn. curing compound), door het beton af te dekken (met een folie of zeil) of door het in een ruimte te plaatsen met een zeer hoge luchtvochtigheid (een zgn. klimaat- of hardingskamer).

  • beschermen tegen vorst of oververhitting

Hoe lager de temperatuur, des te langzamer het beton uithardt. Onder 0°C vindt geen uitharding meer plaats. Buiten gestort beton moet dus zo nodig tegen vorst worden beschermd. Dit kan o.a. door infraroodlampen te gebruiken of beton aan te maken met warm water. Verharden van beton is een exotherme reactie; er komt warmte vrij en dit kan voldoende zijn om de temperatuur hoog genoeg te houden, maar hierdoor is het soms ook niet mogelijk om grote hoeveelheden beton in één keer te storten. In dat geval moeten er buizen in het beton opgenomen worden, waar koud water doorheen circuleert om de warmte af te voeren.

  • beschermen tegen ontmenging

Tijdens het storten en gedurende de eerste periode van het uitharden kan ontmenging (segregatie) optreden. Dat houdt in dat de zwaardere granulaatkorrels naar beneden zakken. Dit kan voorkomen worden door:

    • voldoende fijne deeltjes toe te voegen;
    • een niet te hoge Water/Cement-factor te gebruiken;
    • niet te lang te trillen;
    • een minder plastisch beton te gebruiken
    • een stabilisator te gebruiken

Soorten beton

  • Gewapend beton is een combinatie van beton en stalen staven (betonijzer), wapening genoemd. De staven worden daar aangebracht waar trekspanning zal optreden. Op dit procedé werd in 1867 door de Fransman Joseph Monier een patent verkregen. Het met staal wapenen van beton kan omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt van staal gelijk is aan die van beton. Betonrot (betonschade) is een veel voorkomend probleem bij (lage kwaliteit) gewapend beton. Het wordt vooral veroorzaakt door carbonatatie en insijpeling van vocht en chloorionen, afkomstig uit bijvoorbeeld strooizout. Hierdoor gaat de wapening in het beton roesten. De steeds dikker wordende roestlaag drukt uiteindelijk het omliggende beton weg waardoor dit afbrokkelt.
  • Voorgespannen beton lijkt op gewapend beton, maar in aanvulling op betonijzer wordt er gebruik gemaakt van voorgespannen (of nagespannen) staaldraden en -kabels in het beton. Door het spannen van de kabels wordt in de trekzone een drukkracht op het beton aangebracht welke de trekkracht als gevolg van de externe belasting compenseert. Hierdoor kan een voorgespannen betonelement een grotere belasting opnemen dan een element van gewapend beton van de zelfde afmetingen. Geprefabriceerde voorgespannen liggers worden veel toegepast bij de constructie van viaducten en vloeren.
  • Beton kan men daarnaast ook nog indelen:
    • volgens de aard van de gebruikte materialen: grindbeton, steenslagbeton, sintelbeton, bimsbeton, hollithbeton en staalvezelbeton.
    • volgens de wijze van vervaardiging: stampbeton (een mengsel met een laag cementgehalte dat geschikt is voor ongewapende fundering), trilbeton, schokbeton, spuitbeton, vacuümbeton, gasbeton
    • naargelang het doel waarvoor het bestemd is: hogesterktebeton, zelfverdichtend beton, onderwaterbeton, schoon beton, licht beton, zwaar beton, aardvochtig beton (betonwaren industrie)
    • afhankelijk van de wijze van productie: betonnen onderdelen kunnen ofwel geprefabriceerd worden ofwel in het werk ter plaatse (in situ, of ter plaatse gestort) gemaakt worden. In het laatste geval wordt het beton aangevoerd van de betoncentrale, daarna in de bekisting gestort en getrild, waarna het kan uitharden. Standaardelementen zoals rioleringsbuizen en profielen worden vooraf in de fabriek gemaakt(geprefabriceerd beton). Doordat alles binnen de fabriek in optimale omstandigheden gebeurt is de kwaliteit van prefabbetonelementen in de regel beter dan die van ter plaatste gestorte beton. Nadeel is dat grote, zware elementen niet altijd over de weg vervoerd kunnen worden.

Zie ook

Externe links

Bronnen, noten en/of referenties

Bronnen, noten en/of referenties:

  1. º Granulaatinsite: Wat is granulaat?

1px.pngWikimedia Commons  Zie ook de categorie met mediabestanden in verband met Concrete op Wikimedia Commons.