5 cruciale redenen voor scheurvorming in beton
Scheuren in beton hebben niet alleen invloed op het uiterlijk van gebouwen, maar ook op de veiligheid van de structuur en de levensduur. Dit fenomeen wordt veroorzaakt door 5 kritieke redenen, waaronder droogkrimp, zelfkrimp, plastische krimp, thermische krimp en autogene (chemische) krimp.
1. Droogkrimp veroorzaakt door waterverlies
Droogkrimp treedt meestal op wanneer het water in de capillaire of gelporiën van beton verloren gaat in een onverzadigde luchtomgeving. Beton met hoge prestaties zal minder snel uitdrogen dan gewoon beton door zijn lage porositeit. Het cumulatieve effect van droogkrimp krijgt echter een serieuze kracht in massabeton. Het waterverlies in beton is als dat in het menselijk lichaam, wat veranderingen in de interne structuur zal veroorzaken. Wanneer de spanning die door deze veranderingen wordt gegenereerd boven de treksterkte van het beton komt, kunnen scheuren ontstaan.
2. Plastische krimp tijdens initiële uitharding
Plastische krimp komt voor in de plastische fase vóór verharding. Beton met hoge prestaties heeft een lage water-gel verhouding, minder vrij water en fijne minerale hulpstoffen die gevoeliger zijn voor water, wat betekent dat ze niet uitlopen en snel water verliezen. Hierdoor heeft hoogwaardig beton meer last van plastische krimp. Het beton verliest water aan het oppervlak voordat het volledig verhardt, terwijl het aan de binnenkant in een stabiele plastische toestand blijft. Zo'n verschil creëert een trekspanning op het oppervlak. Zodra de spanning groter wordt dan de trekspanning, ontstaan er scheuren. Hoewel ze vrij dun zijn, zijn ze talrijk en dicht verdeeld over het betonoppervlak.
3. Zelfkrimp - de schuld van vochtigheidsveranderingen
Van zelfkrimp is sprake wanneer de vochtigheid in de gesloten interne structuur van beton afneemt samen met de cementhydratatie. Een dergelijk fenomeen resulteert in onverzadigd water in de poriën. Hierdoor ontstaat een negatieve druk en wordt de zelfkrimp van beton geactiveerd. Door de lage water-gel verhouding kan beton met hoge prestaties in een vroeg stadium een hogere sterkte hebben en sneller water verliezen. De relatieve vochtigheid van het poriënsysteem gaat onder de 80 procent. Ondertussen houdt de dichte structuur van hoogwaardig beton vocht van buitenaf tegen en verergert zo de zelfkrimp.
4. Thermische krimp - Schade door thermische uitzetting
Betonprojecten met grote volumes en hoge eisen aan sterkte vereisen veel meer cement. Dit brengt meer hydratatiewarmte met zich mee en verwarmt het systeem sneller tot ongeveer 35 tot 40℃. Bovenop de begintemperatuur kan de hoogste temperatuur zelfs 70 tot 80℃ overschrijden. Beton heeft eigenschappen van thermische uitzetting en koude inkrimping en een CTE (thermische uitzettingscoëfficiënt) van 10×10-6/℃. Als de temperatuur met 20 tot 25℃ daalt, kunnen we de koude krimp berekenen op ongeveer (2 - 2,5)×10-4, terwijl de uiteindelijke trekwaarde van beton slechts 1 - 1,5×10-4 is. De spanning veroorzaakt door koude krimp kan dus gemakkelijk de treksterkte van beton overschrijden. Als gevolg daarvan ontstaan er scheuren die zich uitbreiden van het oppervlak naar de binnenkant van het beton, waardoor de structuur ernstig wordt aangetast.
5. Autogene krimp - neveneffect van hydratatie
Autogene krimp wordt ook chemische krimp genoemd. Tijdens de cementhydratatie neemt het absolute volume van het cement-watersysteem af en worden veel poriën gevormd. De hydratatie kan echter beperkt zijn in hogeprestatiebeton omwille van de lagere water-gel verhouding en de extra fijne minerale hulpstoffen. De chemische krimp zou dus minder zijn dan bij gewoon beton. De scheuren die ontstaan door autogene krimp hebben nog steeds een impact op de microscopische structuur van het beton. In combinatie met andere factoren kan het ook een trigger zijn voor scheuren.
Naast de bovenstaande factoren is een andere belangrijke reden voor het scheuren van beton de temperatuurkrimpspanning. Deze spanning wordt veroorzaakt door temperatuurschommelingen en krimp die optreedt wanneer het grote volume cement dat wordt gebruikt in massabeton hydratatiewarmte afgeeft.
Preventie en bestrijding - Hoe betonschade voorkomen kan worden
1. De betonmengverhouding optimaliseren
- Cement
- Geef de voorkeur aan cement met lage en middelhoge temperaturen om de hydratatiewarmte te verminderen.
- Beperk de hoeveelheid cement met behoud van de sterkte en prestaties van beton en verlaag de temperatuurstijging.
- Aggregaten
- Kies aggregaat van hoge kwaliteit met een gemiddelde korrelgrootte.
- Gebruik meer toeslagmateriaal en minder cementmortel om de krimp van beton te verminderen. Goed gesorteerde toeslagmaterialen en middelzand kunnen bijvoorbeeld de dichtheid van beton effectief verhogen.
- NOVASTAR Polycarboxylaat superweekmaker (PCE) is een krachtig waterreducerend middel en is zeer goed oplosbaar in water. Het kan de vloeibaarheid van het beton verbeteren en de hoeveelheid cement verminderen zonder het waterverbruik te verhogen. Een lage dosering van deze waterverminderaar kan het beton een goede vloeibaarheid geven. Ook kan het gehalte aan chloride-ionen en alkali van Polycarboxylaat superweekmaker (PCE) is vrij laag, waardoor beton duurzamer is.
2. Het bouwproces verbeteren
- Stort het cement in lagen of secties om de laagdikte en de stortsnelheid te regelen. Dit is om de warmte in het beton gelijkmatig te verdelen en thermische spanning of temperatuurgradiënten te vermijden.
- Verdicht het beton om een ideale dichtheid te garanderen en zo scheuren in het beton te voorkomen.
- Bedek vochtisolerend materiaal, zoals een plastic folie, na het storten van het beton om verdamping en scheuren te verminderen.
- Regel de temperatuur binnen en buiten het beton door water op het oppervlak te sproeien. Dit kan de temperatuur van beton regelen en de thermische stress verminderen.
