Bouwmaterialen Samenvatting 2016-2017 PDF

BOUWMATERIALEN In dit deel van de cursus Constructie van Gebouwen worden bouwmaterialen en bouwproducten uitvoerig besproken. Alexander Scheepers, Anaïs Van Der...

BOUWMATERIALEN In dit deel van de cursus Constructie van Gebouwen worden bouwmaterialen en bouwproducten uitvoerig besproken. Alexander Scheepers, Anaïs Van Der Hauwaert, Driek Steegmans, Lotte SAMENVATTING Nuyts Pluk Van Brempt, Louise-Marie Molderes, Tomas Pauwels, Valerie Mennes Prof. Karen Allacker CVG Bouwmaterialen, deel 1 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 Inhoud A. Hout 5 1. Opbouw van het materiaal hout 5 1.1. Bomen 5 1.2. Macroscopische studie van hout 6 1.3. Microscopische structuur van hout 6 1.4. Groeiringen 7 2. Producten, vormgeving en vormeigenschappen 8 2.1. Houtsecties 8 2.2. Winnen en debiteren van hout 8 2.3. Vochtgehalte en vormveranderingen, vormstabiliteit van het hout 9 2.4. Afgeleide houtproducten 10 3. Houtsoorten 11 3.1. Botanische indeling, botanische namen 11 3.2. Ambachtelijke indelingen, houtambachten 11 3.3. Duurzaamheidsklassen, sortering op uitzicht 12 3.4. Enkele belangrijke houtspecies 12 4. Eigenschappen van hout 12 4.1. Gewicht 12 4.2. Mechanische eigenschappen 12 4.3. Gebreken van het hout 13 4.4. Bilan van de voornaamste eigenschappen met het oog op toepassingen 13 5. Toepassingen, algemene maatregelen 13 5.1. Algemene maatregelen tegen vocht (damp en/of vloeistof) 13 5.2. Algemene maatregelen tegen het werken van hout 13 B. Natuursteen 14 1. Petrografische indeling van de natuurstenen 14 1.1. Stollingsgesteenten 14 1.2. Sedimentgesteenten 15 1.3. Metamorfe gesteenten 15 2. Verwerking van natuursteen 16 2.1. Verwerking in natuurlijke vorm: breuksteen 16 2.2. Verwerking in ambachtelijke vorm: gehouwen steen 16 2.3. Moderne verwerking: platen en blokken 16 2.4. Ontginning als los materiaal, als grondstof 16 3. Eigenschappen en pathologie (aantastingen) van natuurstenen 16 3.1. Kenmerken die de toepassing bepalen/keuzecriteria 16 3.2. Pathologie (ziektebeeld), verwering en onderhoud van natuurstenen 16 4. Huidige belangrijke toepassingen van natuursteen 17 4.1. Massieve muren in breuksteen (Rubble walling) 17 4.2. Muurbekleding in plaatvorm, buiten (ashler facing) 17 4.3. Muurbekleding in plaatvorm binnen 17 4.4. Vloerbekleding in natuursteentegels, trappen 18 4.5. Bouwranden 18 5. Milieu impact 18 C. Keramische producten 19 1. Uit klei gebakken bouwproducten 19 1.1. Gebakken kleiproducten, de keramiek 19 1.2. De baksteennijverheid in België 20 2 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 D. Bindmiddel/mortel 23 1. Inleiding 23 2. Kalk (CaO) 23 3. Gips (CaSO4.2H20) waterhoudend calciumsulfaat 24 4. Cementen 25 4.1. Beschrijving 25 4.2. Soorten 25 4.3. Eigenschappen: scheikundig en thermisch 26 5. Mortels 27 5.1. Zand 27 5.2. Aanmaakwater 27 5.3. Mortelsoorten 27 E. Beton 29 1. Inleiding 29 2. Soorten beton 29 2.1. Soorten 29 2.2. Thermische eigenschappen 29 2.3. De granulometrische kromme van granulaten 30 3. Standaard beton 30 3.1. Betonsoorten met volumieke massa van minstens 1800, meestal ±2400 kg/m3 30 3.2. Eigenschappen van beton 30 3.3. Samenstellingen voor constructief beton 31 4. Licht beton met minerale toeslagstoffen 32 5. Cellenbeton 32 5.1. Schuimbeton 32 5.2. Gasbeton, cellenbeton 33 6. Beton met houtachtige toeslagstoffen 33 7. Polystyreenbeton 34 8. Vezelcement 34 8.1. Basisproductie 34 8.2. Vezelcementproducten 34 8.3. Eigenschappen 34 8.4. Cellulose – vezelcementplaat 35 9. Kalkzandsteen 35 10. Verwerken van beton, technologie 35 10.1. Aanmaken van beton, transport 35 10.2. Verdichten van het beton 35 10.3. Beschermingsmaatregelen tijdens verharding 36 11. Bekistingen voor beton 37 11.1. Algemene vereisten voor bekistingen 37 11.2. Soorten bekistingen, materiaalkeuze 37 11.3. Technologie van de tijdelijke bekistingsmaterialen 37 11.4. Arbeidseconomische beschouwingen bij betonconstructies 38 12. Wapening voor beton 38 13. Ontkisten 38 14. Afwerking en bescherming van betonoppervlakken 39 15. Voorgespannen beton 39 16. Milieu-impact van beton 39 F. Glas 40 1. Het materiaal glas 40 1.1. Definitie 40 3 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 1.2. Fabricage 40 1.3. Samenstelling 40 1.4. Eigenschappen van glas 40 2. Glasproducten voor de bouwsector 42 3. Nabehandelingen 43 4. Milieu-impact van glas 44 4.1. Grondstoffen 44 4.2. Energie 44 4.3. Luchtemissies 44 G. Metaal 45 1. Metalen 45 2. Staal 45 3. Aluminium 46 4. Koper 46 5. Zink 46 6. Lood 46 7. Galvanische corrosie (spanningscorrosie) 47 8. Milieu-impact van metalen 47 H. Levenscyclusanalyse 48 1. LCA 48 2. Bouwkundige toepassingen 48 4 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 A. Hout Vroeger: houtvakwerkbouw (Noord- & Centraal Europa) Nu: houtskeletbouw belangrijkste prefabvorm voor woningen (bv. Canada) Hout = materiaal v. loof- en naaldbomen -> 2 andere verwante materialen: palm(bomen) & bamboe 1. Opbouw van het materiaal hout 1.1. Bomen 2 boomsoorten: 1. Naaldbomen (gymnospermen of naaktzadigen): dragen naalden of zaden 2. Loofbomen (angiospermen of bedektzadigen): dragen bladeren & vruchten met zaden erin Morfologisch onderscheid bij boom: - Wortel - Stam: bouwkundige belangrijkste deel, bestaat uit reeks concentr. lagen = groeiringn - Tak: meubelconstr. (bv. gedraaide, gestoomde en gebogen beukentakn vr stoelen) - Blad/naald - Wratten/knollen: wortelhout (fineer) voor fijn meubel Stam: - Middenin: merg/hart - 1e groep groeiringen: kernhout - 2e groep groeiringen: spinthout - Verder: cambium (maakt houtcellen aan), bast, schors 2 soorten vloeistoffen migreren door boom: 1. Sap = grondwater + minerale & scheikundige bestanddelen Transport: a. Door wortels uit grond b. Via spinthout c. Bladeren: fotosynthese: ruw sap => assimileerbare stoffen (bv. glucose) d. Via bast: voeding nieuwe cellen of opgeslagen als reserve (najaar) 2. Hars = door boom zelf afgescheiden bij stofwisselingsproces in houtcel -> biologische func.: helen verwondingen, verweer tegen parasieten, … 2 soorten: harsrijk (meestal niet gebruikt) en harsarm Geografische spreiding: ander (macro)klimaat -> andere houtsoorten Koud klimaat: geen bomen -> hoogtegrens (globaal (noortebreedte) & lokaal (zeespiegel)) -> limiet waarboven geen bomen meer groeien -> naaldbomen beter bestand tegen koude Droog klimaat (woestijnen): zeer weinig tot geen bomen Basisclassificatie: - Subarctisch: naaldbomen - Gematigde klimaten, 4 seizoenen: gemengd naald- en (zomergroen) loofhout - Subtropisch klimaat, zeer veel neerslag: subtropische regenwouden - Tropen, semi droog: lichte tropische wouden en savannes - Tropisch vochtig, veel neerslag (bv. Amazone, Zaïre, …): tropische oerwouden 5 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 1.2. Macroscopische studie van hout Dwarsdoorsnede: 1. Merg/hart: koker v. zachte stof; biologische functie; beperkt tot eerstejaarstengel 2. Kernhout: mech. weerstandbiedend geraamte (= stabiel); werkt niet mee aan groei 3. Spinthout: hout jongste jaarringen Functie: transport ruw sap van wortels naar kruin Eigenschappen: a. Minder duurzaam b. Minder vast/stabiel c. Hoog vochtgehalte: zeer vatbaar voor krimp, scheuren, bederf en wormsteek Verhouding kernhout-spinthout al dan niet met blote oog te zien: a. Gematigd klimaat: scheiding = 1 jaarring, duidelijke winterlijn b. Tropische houtsoorten: scheiding onduidelijk/onregelmatig c. Andere boomsoorten: overgangsvorm (rijphout) van enkele groeiringen -> verhouding kern-spint evolueert met ouderdom -> jonge boom enkel spint -> na aantal jaren: groeiend kernhout -> aantal spintgroeiringen vanaf dan constant 4. Cambium: fijne teeltlaag tussen spint en bast = plaats waar diktegroei plaatsvindt -> nieuwe cellen gevormd 5. Schil: a. Bast: levende laag v.d. schil waar assimileerbare voedingssapn terugvloeien: zwelling t.g.v. voedingssapn -> buitenste cellen barsten -> verdrogen -> schors b. Schors: dode laag v.d. schil, beschermt tegen temp., vocht, … -> kenmerkend vr boomsoort (bv. kurkeik: schors gebruikt als grondstof kurk) 1.3. Microscopische structuur van hout 1. Cel: bouwsteen, bestaande uit: o Celruimte: bij levende cellen (spint) gevuld met protoplasma; bij dode cellen (kern) gevuld met looistoffen, suikers, hars & oliën o Celwand: dun osmotisch (= vloeistof doorlatend) membraan dat verdikt -> cellulose v.d. wand vormt lignine, verhardt, wordt houtachtig -> tussen celwanden v. opeenvolgende cellen: open intercellulaire ruimten o Celkern: nieuwe cellen ontstaan door celdeling na ontdubbeling v.d. kern ð Versch. cellen vormen verschillende weefsels afh.v. functie: 1. Steunweefsel: mechanische sterkte 2. Transportweefsel: vervoer sap 3. Voedselopslagweefsel 1 + 2 = axiale weefsels; 3 = vooral radiaal, soms axiaal weefsel 2. Houtvezel: verhoutte houtcel (l = 0,5-2mm; Æ 0,01-0,05mm) -> versch. vormen: o Libroformvezels: lengtegroei Functie: steun (dikke wanden) + transport (zie verder) -> samenhang vezels bepaalt mechanisch gedrag hout: § Bros vs. taai § Kortdradig vs. langdradig § Kortvezelig vs. langvezelig 6 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 o Parenchymevezels: breedtegroei Functie: voedselopslag (dunne wanden) 3. Voedseltransportweefsel: Loofhout: transport in beperkt #houtvaten, verspreid in steunweefsel Naaldhout: trage transport over ± ganse spinsectie o Houtvaten (loofhout): buisjesnetwerk (2-150/mm2, tot 90m lang) -> doorlopend saptransport -> sectie varieert afh. v. hoeveelheid te transporteren sap (voorjaar > najaar) -> fijnnervig, middelmatig of grofnervig o Tracheïden (kenmerkend voor naaldhout): vezelketens -> saptransport m.b.v. osmose via kopse vlakjes aanliggende vezels -> transportweefsel v.h. spint => steunweefsel als kernhout 4. Harsgangen: intercellulaire ruimte tussen verouderde houtvezels, met hars gevuld 5. Mergstralen: vezelketens v. radiale parenchymecellen vertrekkend uit cambium -> spelen vitale rol in voedselhuishouding boom -> najaar: voedselreserve in mergstralen -> voorjaar: botten + bladvorming -> gebruik reserves -> logischerwijs meer mergstralen bij loofbomen Bij radiale snede: mergstralen zichtbaar als spiegels Zie tekeningen cursus H1-4 – H1-6! 1.4. Groeiringen Gevormd bij elke groeicyclus; dikte afhankelijk van klimaat (neerslag, temperatuur, …) 1. Gematigd klimaat: groeicyclus = 1 kalenderjaar (jaarringen) - Lente: houtvorming + botten + bladvorming -> vroeghout (licht, zacht) - Zomer: houtvorming -> laathout (donker, meer getint, hard) - Herfst: voedselopslag - Winter: onderbreking Dikte ringen afh.v.: houtsoort, klimaat, licht en bodemgesteldheid v.h. jaar -> vgl. jaarringsconfiguratie met klimaatschaal: ouderdom (dendrochronologie) Af te lezen m.b.v. de jaarringen – naald vs. loof: o Goede kwaliteit Naald: fijne, regelmatige ringen (koude noordelijke bossen) Loof: brede ringen (veel neerslag in de zomer) o Hardheid: loof zachter dan naald o Enkel bij loof: houtvaten: vroeghout > laathout -> 2 soorten spreiding houtvaten: Ringporig hout: duidelijke ring v. grote poriën na winterlijn; fijnere poriën verspreid over latere hout (vbn.: eik, es, …) Verspreidporig hout: poriën met afnemende sectie over hele jaarring o Dikte: Naald: dikte laathout = cst. & verschil dikte jaarringen door vroeghout Ringporig loof: dikte vroeghout = cst. & volum. massa = dikte jaarring 7 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 2. Tropisch klimaat: groeicyclus ≠ 1 kalenderjaar (geen strikte jaarringen) -> afwisseling regenseizoen en drogere seizoenen -> droogte: uitdroging voorkomen -> blad verliezen Ook hier ringporig en verspreidporig hout Syntheseschema H1-10! 2. Producten, vormgeving en vormeigenschappen 2.1. Houtsecties 4 doorsneden (zie tekeningen H1-11!): 1. Dwarsdoorsnede: ⊥op de as v.d. stam => kopsvlak (kopshout) -> tekening: ±concentrische jaarringen 2. Lengtedoorsneden: // met de as van de stam a. Door de as v.d. boom: radiaal of kwartiersvlak (kwartiershout) -> tekening: jaarringen als paralelle strepen + mergstralen als spiegels b. Kleine afwijking uit de as v.d. boom: halfkwartiersvlak (halfkwartiershout) Norm: hoek α op kopse vlak tss jaarringen en zaagrichting tss 45°-90° c. Grote afwijking uit de as v.d. boom: dossevlak (dosse-/langshout) Norm: 45° < α < 0 -> tekening: gevlamd (door licht conische vorm v.d. boom) Draad = gemiddelde richting houtvezels -> boom = licht conisch: draad bijna nooit in zaagvlak (duikend of klimmend) -> draadrichting = belangrijk voor de bewerkingen bv. schaven met klimmende draad = makkelijker en glader Bijzonderheden: bij kromme as -> wisselende draadrichting (duikend – klimmend) 2.2. Winnen en debiteren van hout 1. Doden op stam (ringen): doorsnijden bast en cambiumlaag -> voedseltransport valt stil -> natuurlijk vochtgehalte ↓ tot verzadigingspunt vezel 2. Vellen van de boom: 1 jaar na het ringen 3. Transport te water v.d. bomen: veel wateropname -> harsen en sappen uitgeloogd -> gunstig effect (minder scheuren, vervorming) op gelijkmatig drogen v.h. hout Vaak: hout direct geveld en gedebiteerd (sneller & goedkoper, maar kwaliteit ↓) 4. Debiteren, verdelen, verzagen - Massief hout (balken, kepers, planken) -> 3 zaagswijzen: o Kwartierzagen: max. kwartiers- en halfkwartiershout; zaagrichting wijzigen -> ‘zagen op spiegel’ o Dossezagen: max. dossehout; zaagrichting wijzigen -> ‘zagen op vlam’ o Zagen op wagenschot/blok/bool: continu parallel zagen v.d. hele stam -> verschillende tekeningen (goedkoopst, bv. vaak voor meubelhout) - Fineerhout: dunne houtvellen (1-5mm) -> 3 methoden: o Snijfineer: parallele vlakken afsnijden -> veranderende tekeningen o Schilfineer: afrollen/schillen langs mes -> banale tekening o Afrollen met excentrische as: compromis prijs vs. tekening 8 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 5. Drogen: gestapeld op latten, beschut tegen regen, open voor wind -> na voldoende lange tijd (tot maanden): evenwichtsvochtgehalte met buitenlucht Vaak: droogkamers 2.3. Vochtgehalte en vormveranderingen, vormstabiliteit van het hout Als relatieve luchtvochtigheid φ v.d. omgeving wijzigt -> houtkrimp of –uitzetting -> ‘werken v.h. hout’: hout ≠ isotroop1 materiaal -> krimpfactor in de 3 hoofdrichtingen: 1. Axiale krimp: factor 0 -> praktisch verwaarloosbaar 2. Tangentiële krimp: factor 2 3. Radiale krimp: factor 1 Opmerkingen: 1. Krimpwaarden afh. v. houtsoort 2. Verhouding tangentiële/radiale krimp = groot => trekkerig of onstabiel hout 3. Geringe krimpwaarden + kleine verhouding => stabiel hout Water kan in hout voorkomen in 3 toestanden: a. Als vrij water (65-80%): in celruimten en vaten b. Als imbitiewater: capillair verbonden in submicroscopische poriën v.d. celwanden c. Chemisch gebonden water in verschillende organische verbindingen Vochtgehalte h = exacte aanduiding hoeveelheid niet-chemisch gebonden water (a+b) !"#!$ -> NBN 225 norm proef: h (tot op 0,001) = % !$ Met Ph = gewicht v.h. proefstuk voor het drogen Po = gewicht v.h. proefstuk in watervrije toestand (d.m.v. geleidelijk ovendrogen) Terminologie: 1. Groen hout of vers geveld hout: h > vezelverzadiging 2. Halfdroog hout: vezelverzadiging < h < 23% 3. Handelsdroog hout: 18% < h < 23% 4. Luchtdroog hout: 12% < h < 18% (voor buitenschrijnwerk) 5. Kamerdroog hout: 0 < h < 12% Opmerkingen: 1. Groen hout heeft nooit max. watergehalte (80% bij zwaar, 200% bij licht hout) 2. Gemiddeld vochtgehalte groen hout: naald 60% en loof 90% -> ook verschil tussen kern- en spinthout: o Naald: 35% tegen 150% o Loof: 70% tegen 100% 3. Na sterven d.m.v. ringen: 30-35% vocht 4. Bij drogen: o Eerst vrij water uitgedreven: volumegewicht ↓ o Dan imbitiewater: krimpen + gewicht ↓ -> vervorming bij krimp bij dosse groter dan bij kwartier Vochtgehalte = verzadiging celwanden = verzadigingspunt v.d. vezel (±30%) -> krimpen < verzadigingspunt: h = 30% < zwellen Zie cursus H1-15 – H1-16 voor voorbeelden! 1 In alle richtingen dezelfde eigenschappen 9 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 5. Evenwichtsvochtgehalte: bij bepaalde relatieve luchtvochtigheid φ zal h cst. blijven Grafiek cursus H1-17! 6. Elementaire bepaling van h zonder omslachtige proef NBN 225: - Technieken gebaseerd op directe meting: meetapparaat - Technieken gebaseerd op ervaring: zaagmeel, wegen, voelen, splinters, … 2.4. Afgeleide houtproducten Voordelen samengestelde materialen: economisch + betere mechanische eigenschappen Basismaat plaatmateriaal: 1,22m x 2,44m 1. Triplex en multiplex: 3 of meer op elkaar gelijmde bladen snij- of schilfineer met tegengestelde vezelrichting -> kwaliteit houtsoort & lijmsoort bepalen kwaliteit toepassing: o Voor binnenwerk o Voor buitenwerk: watervast (aquaplex) of kookvast verlijmd o Betonplex (betonbekisting): voorzien van topharslaag o Gefineerd (meubilair): toplagen v. edel snijfineer op kernlagen v. snijfineer 2. Meubelplaat: dikkere platen met massieve, verlijmde houtlatten als vulling -> vulling krijgt 1 of meer lagen fineer; gekruiste vezelrichting -> bij dubbele fineerlaag: vezelrichting opp. = vulling -> crossband meubelplaten Terminologie: o Staafjesplaat (d < 7mm): staafjes op smalle zijde naast elkaar gelijmd o Blokplaat (7 < d < 26mm) o Lattenplaat (d > 26mm): al dan niet met groeven (zaaginsnijdingen) 3. Houtspaanplaat: hout + stof + lijm -> geen hoogwaardige platen -> voor goede samenhang: bepaalde grootte spaanders + bepaalde strooirichting -> verschillende kwaliteit: o Éénlagige platen: van afval of van vers kaphout (spaanders ±10mm) o Gestructureerde platen: bepaalde strooirichting + bepaalde houtsoorten Opmerking: niet verwarren met vlasvezelplaat: anas (schors rond vlasvezel) + lijm 4. Platen van geperst houtpulp: samengeperste pulp -> diverse hardheid en stijfheid: o Zachtboard: warmte- en geluidsisolerend o Buigende houtpulpplaat: glad, hard oppervlak, matig vochtbestendig o Stijve houtpulpplaat (hardboard): vochtbestendig (afh. v. grondstof) 5. MDF (Medium Density FibreBoard): gemalen hard- en zachthout vezels + lijm + in droge toestand geperst bij hoge temp. -> homogene massastructuur + oppervlak dat geen bijzondere afw. vraagt bij zagen -> bevat formaldehyde (astma verwekkend): stofmasker dragen -> versch. soorten (zie cursus H1-20!) 6. OSB (Oriented Strand Board): verlijmde lagen houtschilfers (strands) -> aan opp. // aan plaatlengte (oriented) en binnenin willekeurig gestrooid -> beste mechanische prestaties in de richting van de buitenste schilfers o OSB/1: algemeen gebruik in droog milieu o OSB/2: dragend en in droog milieu o OSB/3: dragend en in vochtig milieu o OSB/4: zware lasten en in droog/vochtig milieu 10 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 7. Gelamineerd hout: alle houtdelen (lamellen) met ±dezelfde vezelrichting verlijmd -> 2 toepassingen: o Houtdiktes van fineerlagen die grote vormgeving toelaten (zitmeubilair) o Grotere houtsecties en langere lengten van planken op elkaar gelijmd -> kunnen voorgebogen worden -> betere mechanische eigenschappen (1 kg/cm2 = 1 N/m2) dan massief + economischer Toepassingen: Hoogwaardig schrijnwerk met grote secties Traptreden Meubelconstructies Gelijmde, gelamineerde liggers, bogen & spanten (meestal v. Grenen) Kan waterafstotende en voorbehoedende behandeling krijgen; vrij brandveilig 3. Houtsoorten 3.1. Botanische indeling, botanische namen Botanische indeling: 1. Loofhout: o Groeit van buiten uit (jaar- of groeiringen) o Stijgende sappen in buitenzone (spint) v.d. stam: zone van zachter hout o Bedektzadig (vruchten, angiosperm) o Draag bladeren en verliest ze na elke groeiperiode o Hout met korte vezels en dikke wanden o Kenmerkende houtvaten o Mergstralen naargelang de soort, sterk afwisselend in hoogte, dikte en aantal 2. Naaldhout: o Idem eerste 2 eigenschappen loofhout o Naaktzadig (gymnosperm) o Draagt naalden of schubben: behouden gedurende meerdere groeiperioden o Lange tracheïden o Geen houtvaten o Smalle, lange mergstralen Systematiek botanische namen (Latijn): geslachtsnaam + soortnaam uit het geslacht + event. variëteits- en/of auteursnamen Bv. beuken: Fagus silvatica purpurea (rood) of L (naar botanicus) Phanerogamen: planten met zichtbare voorplantingsorganen -> alle bomen 3.2. Ambachtelijke indelingen, houtambachten Ambachtelijke indeling: 1. Timmerlieden, timmerman: timmerhout -> dakspanten, kapconstructie & balklagen 2. Schrijnwerkers: schrijnwerkershout -> buiten- en binnenschrijnwerk, houtbekleding 3. Meubelmaker: meubelhout -> meubilair, zowel massief als plaatmateriaal -> onderscheid door toenemende zorgenprecisie bij kiezen en verwerken hout (1 dwars -> splijten in dwarse richting 3. Vochtgehalte v.h. hout: sterkte-eigenschapn = max. bij watervrij, min. bij vezelverz. 4. Bijzondere omstandigheden v. groei: in bos beter dan bosrand, grondkwaliteit, … 5. Plaats v.h. hout in de stam => hout zeer weinig homogeen materiaal -> afgeleide producten (multiplex, OSB, …) betere mechanische eigenschappen -> belangrijkste mechanische proeven: 1. Buigsterkte: grootste spanning die tijdelijk kan voorkomen bij belasting in het midden en rust op 2 steunpunten aan de uiteinden 2. Stijfheid: weerstand aan vervorming -> berekend met verh. spanning/vormverandering -> elasticiteitsmodulus (N/mm2) 3. Schokweerstand: sterkte bij plotse belasting 4. Drukweerstand: weerstand tegen compressie -> hoger axiaal dan in transversaal 5. Hardheid: weerstand tegen indringen v.e. harder voorwerp -> groter kops dan langs 6. Afschuifsterkte: weestand tegen 2 krachten die // met vezelrichting het verband tss vezels trachten te verbreken dr 2 delen v. eenzelfde stuk hout over elkaar te schuiven 7. Treksterkte: weerstand tegen 2 krachten die in tegenovergestelde zin werken 8. Splijtsterkte: weerstand tegen splijten -> lichter splijtbaar radiaal dan tangentieel Sterkteklassen: gebaseerd op volumieke massa, buigsterkte // vezel en elasticiteitsmodulus 2 Niet in alle richtingen dezelfde eigenschappen (cf. isotroop) 12 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 4.3. Gebreken van het hout 1. Excentrisch hart: planken trekken krom of scheuren, komt voor bij: o Bomen gevormd bij overheersende windrichting (bij ons: oost gedrukt) o Bomen aan de bosrand (boskant minder ontwikkeld) 2. Kwasten: het harde hout aan de basis v.e. vertakking: o Vaste kwast: hard hout homogeen mt omliggend hout vergroeid, geen gebrek o Losse kwast: afgesnoeide stomp terug overgroeid met nieuw hout -> vezel oorspronkelijke stomp heeft geen samenhang met omringende hout o Rotte kwasten: bij inwatering o Schietkwasten: springen naar 2 of 3 kanten uit het kernhout, geen gebrek o Pitten (eksterogen): kleine harde kwasten, toelaatbaar in hout 1e keus Zie tekening H1-34 voor voorkomen kwasten! 3. Spint: geringe weerstand en kans op aantasting door insecten -> gebrek wanneer kernhouten stuk een gedeelte spinthout vertoont 4.4. Bilan van de voornaamste eigenschappen met het oog op toepassingen 1. Positieve eigenschappen, bepalen de toepassingen: o Natuurlijk uitzicht o Gemakkelijke bewerkbaarheid o Licht gewicht o Hoge mechanische eigenschappen: voornl. comb. gewicht/sterkte interessant 2. Negatieve eigenschappen, vergen voorzorgsmaatregelen: o Vochtgevoeligheid + vormverandering, in functie van houtsoort en zaagwijze o Vatbaar voor verrotting, echter zeer functie van houtsoort o Aantasting door insecten, zwammen o Brandgevaar 5. Toepassingen, algemene maatregelen 5.1. Algemene maatregelen tegen vocht (damp en/of vloeistof) 1. Keuze houtsoort voor alle delen in contact met water (bv. eik, afzelia, …) 2. Goede profilering v.d. houtdelen met oog op afwatering (bv. vensterraam) 3. Vermijden contact kopshout met water (bv. stijl met verzonken pen in doorg. regel) 4. Ventilatie van ruimten afgesloten met houtconstructies (bv. kruipruimtes, spouw, …) 5. Beschermen v. houtdelen in contact met ruwbouw (bv. balkkoppen, …) 6. Onderhoud (bv. verven, vernissen, oliën, …) 5.2. Algemene maatregelen tegen het werken van hout 1. Keuze houtsoort en zaagwijze: stabiel – zeer stabiel en kwartiers 2. OF detaillering zonder spanningen op houtdelen (bv. massief meubel) 3. OF detaillering zodat werken v.h. hout geneutraliseerd wordt (bv. meubelplaat, …) H1-38 t.e.m. H1-56: zie 2e opmerking bij 3.4! 13 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 B. Natuursteen Ontgonnen in betaalbare vormen: - Blokken & platen - Steenslag (bv. grind) Gebruikt als grondstof: - Bindmiddel (kalk, cement) - Kunststeen - Toeslagstoffen (beton): gerold, gebroken 1. Petrografische indeling van de natuurstenen Natuurstenen afkomstig uit lithosfeer/aardkorst, 3 fasen: 1. Stollings-/magmatische gesteenten (meest voorkomend, alle stenen ondergaan fase) 2. Sediments-/afzettingsgesteenten (verstening erosiematerialen) 3. Metamorfe/omzettingsgesteenten (omkristalliseren van vroegere steenvormen) Kringloop: stollen magma, verwering, sedimentatie, metamorfose (met opheffen, wegzinken & verplooien) -> uiteindelijk weer smelten tot magma Mineralen = vaste anorganische stoffen met homogene chemische en fysische samenstelling -> veldspaat (60%) en kwarts (12%) komen het meeste voor Kleur van mineralen zegt niets over verontreiniging 10-delige hardheidsschaal van Mohs : H1 talk H6 veldspaat H2 gips H7 kwarts H3 calciet H8 topaas H4 fluoriet H9 korund H5 apatiet H10 diamant Gesteente = opeenhoping van mineralen (meestal combinatie 2-4 soorten) 1.1. Stollingsgesteenten Ontstaan direct uit afkoelende magma A. Plutonieten In plutonische massieven stolt magma traag -> mineralen kristalliseren volledig uit - Kristallen zijn volledig zichtbaar (2 - 5mm) - Te vinden in bergstreken en diepe formaties Voornaamste soort: graniet B. Vulkanieten: vlugger gestold dan plutonieten 1. Uitvloeiingsgesteenten: mineralen slechts deels gekristalliseerd Porfierische structuur: pas aangezette kristallen in een glazige grondmassa -> 2 tijden v. uitkristallisatie: 1 op grote diepte en 2 vastgevroren bij uitvloeien Voornaamste soort: kwartsporfier 2. Eruptieve gesteenten: brutale afkoeling -> bijna geen kristalvorming Elementen sublimeren vaak tot gasbellen Soorten: Puimsteen: celachtige lava’s met bellen in snel stollende massa Basalt: gevormd in grote lavastromen, vreemde vormen (zeskantige zuilen) 14 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 1.2. Sedimentgesteenten Zowel losse sedimenten (bv. zand) als verharde sedimenten (bv. zandsteen) A. Mechanische erosie o Erosieagenten: water, vorst & wind o Grote temp. verschillen -> dilatatiespanningen -> haarscheurtjes/barsten Water dringt binnen -> vorst: ijs zet uit -> zelfs sterkste materiaal verweert o Afbraakmateriaal wordt mechanisch verplaatst (zwaartekracht, water & wind) o Hoe verder vervoerd -> hoe kleiner de korrel (zie cijfers p.6) -> terminologie zegt niets over eigenschappen o Sedimentn kunnen met andere mineralogische, anorganische stofn vermengen Losse sedimenten kunnen aaneenklitten: - Stenen, keien en grind -> conglomeraat - Zand -> zandsteen - Klei -> schiefer B. Scheikundige erosie Vorming kalkstenen: CaCO3 overvloedig in gesteenten & oplosbaar in CO2-houdend water (mits lichte overdruk) -> voorwaarden vaak voldaan in ondergrondse stromingen Bij contact met atmosferische druk ontsnapt CO2 en slaat de stof terug neer Kalkstenen gevormd met veranderlijke CaCO3 gehalten (99.9% - 50%) Ook hardheid en densiteit variëren als sedimentatie gebeurt met bezinken kalkskeletn: o Zacht (H2): krijt, meerkalk, travertijn, witte steen o Hard (H3): blauwe hardsteen Belangrijkste soort: kalkstenen (ook stalagtieten en -mieten) C. Beide erosievormen samen Neerslag calciet (CaCO3) geleverd door stroming door gesedimenteerde korrelbanken Los zand –> kalkzandsteen (basis calciet) Kleimineralen -> mergel (klei + calciet) Meer CaCO3 = meer watervast 1.3. Metamorfe gesteenten Ontstaan door hoge temperatuur en druk -> vaak opgebouwd in lagen Nieuw kristalrooster (minstens sterke herkristallisatie, vaak geheel nieuwe mineralen) Kenmerken: - Kristalliniteit, waardoor ze op stollingsgesteenten lijken - Zonaire structuur of foliatie (cf. gelaagdheid sedimenten) - Zeer splijtbaar materiaal Zandsteen -> kwartsiet Kalksteen -> marmers (kan vervangen worden door gepolijste zandsteen) Schiefer (-> schisten -> phylliet ) -> leisteen 15 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 2. Verwerking van natuursteen 2.1. Verwerking in natuurlijke vorm: breuksteen - Cyclopenverband (opus incertum): steen gebruiken zoals gevonden - Regelmatig verband (opus romanum): gekapte steen 2.2. Verwerking in ambachtelijke vorm: gehouwen steen 1. Stenen krijgen een vorm 2. Uitzicht wordt bijgewerkt: kielen, keggen; bikken; boucharderen; groeven; … Ambachtelijke vorm verdwijnt in nieuwbouw maar nog aanwezig in monumentenzorg 2.3. Moderne verwerking: platen en blokken Groeven zijn gemechaniseerd, metamorfe soorten kunnen gaaf in plaatvormige schijven worden losgemaakt, andere soorten worden gezaagd Volgorde verwerkingen: 1. Zagen 2. Schuren 3. Verzoeten (dubbel schuren) 4. Polijsten Ambachtelijke oppervlaktestructuren kunnen mech. worden toegevoegd (groeven, etc.) 2.4. Ontginning als los materiaal, als grondstof Ontginning als grondstof/ballast, vbn.: - Kalksteen als bindmiddel - Porfiergrind als ballast voor spoorbedding - Grind voor beton - Marmerkorrels/witsteenkorrels voor kunsttegels - … 3. Eigenschappen en pathologie (aantastingen) van natuurstenen 3.1. Kenmerken die de toepassing bepalen/keuzecriteria - Slijtweerstand (hoog bij alle kristallijne materialen en harde kalkstenen) - Drukweerstand - Porositeit (bijna nul bij kristallijne materialen, maar weinig zijn zeer poreus) - Vorstbestendigheid (hangt sterk samen met porositeit) - Uitzicht - Zuurbestendigheid - Kostprijs Veel natuurstenen vervangen door andere materialen (bv. dekstenen muren: leisteen -> Al.) 3.2. Pathologie (ziektebeeld), verwering en onderhoud van natuurstenen Belangrijkste verwerkingsagenten: - Chemische agenten: atmosferische pollutie, oplosbare zouten (kust) - Fysische agenten: vorst (water in scheuren), temperatuurspanningen - Biologische agenten: algen, fungi, mossen Veel pathologische problemen hebben betrekking tot kalksteensoorten -> grootste probleem: luchtpollutie 16 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 Steenkanker: 1. SO2 komt vrij bij verbranding in ovens: 2SO2 + O2 -> 2SO3 2. Zure regen: SO3 + H2O -> H2SO4 (zwavelzuur) 3. H2SO3 + CaCO3 (calciet) -> CaCO4 (gips) + H2O + CO2 Gips is zacht -> korstvorming en afschilfering (volumetoename en zwakke textuur) Nieuw materiaal komt vrij –> ernstige degradatie op termijn Methodes om natuursteen te reinigen: - Wassen - Chemisch reinigen (met zuur of alkalisch) - Mechanisch reinigen (zandstralen of staalborstels) - Beschermen (siliconiseren of fluateren) H2-15 – H2-16: niet herkennen, slides met belangrijke steensoorten wel! 4. Huidige belangrijke toepassingen van natuursteen 4.1. Massieve muren in breuksteen (Rubble walling) Worden bij nieuw- en vernieuwbouw voorzien van isolerende binnenbekleding 4.2. Muurbekleding in plaatvorm, buiten (ashler facing) Rekening houden met veel factoren: a. Mechanische: eigengewicht & windbelasting b. Fysische: o Krimp, kruip en doorbuiging drager o Verschil thermische uitzetting c. Klimaat: o Vocht (regen, condens) o Vorst o Verwering Goed detailleren vraagt voorzieningen: a. Indelen doormiddel van voegen b. Opvangen van gewicht in steunnokken (beton/metaal) c. Verkankeren van elke blok d.m.v. ankers d. Beschermen achterliggende gevel Ankers en nokken bestudeerd op: a. Duurzaamheid tegen corrosie b. Veerkracht c. Buig- en treksterkte d. Vormveranderingen -> geschikte metalen: roestvrijstaal, brons, hoogwaardig staal afgedekt met kopersoldeersel 4.3. Muurbekleding in plaatvorm binnen Kleine platen met spelden en in mortel aangebracht + op binnenvloer afgesteund 17 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 4.4. Vloerbekleding in natuursteentegels, trappen In slijtvaste en dichte steensoorten Kalkstenen en marmers beoordeeld op zuurreacties In afnemende orde van eisen: graniet, kwartsiet, leisteen, harde kalkstenen en marmers 4.5. Bouwranden Beste materiaal voor afwerking bouwranden zoals: muurkappen, dakranden, venster- en deurdorpels Geschikte stenen: blauwe hardsteen, witsteen, leisteen en kunststeen -> vaak ook door moeilijke profilering andere materialen gebruikt: Al., keramiek, … 5. Milieu impact Ontginning & transport - Open groeves -> impact op biodiversiteit en bodemkwaliteit - Hoog volumieke massa -> hoge transportkost - Veel import wegens lage ontginningskost in buitenland 18 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 C. Keramische producten 1. Uit klei gebakken bouwproducten Vroeger vaak gebruikt: ruïnes van Zigurrat van Ur, Babylon, … Nu: voornamelijk in 3e wereld 1.1. Gebakken kleiproducten, de keramiek 1.1.1. Klei als grondstof Grondstof gebakken kleiproducten: verschillende kleisoorten Stollingsgesteenten met veel mineraalsoorten verweren tot losse sedimenten -> korrelgrootte = micrometers µ => als d < 2µ: klei: - Plastisch: hexagonale plaatjes/schijfjes glijden over elkaar - Gehydrateerde aluminiumsilicaten afkomstig van verweerde veldspaat Kaoliniet/kaolien: mineralen voornamelijk veldspaathoudend -> stabiel, weinig zwellend, gunstige droogeigenschappen & weinig krimp Klei bevat andere verweringsmaterialen (kalk, …) & onzuiverheden (Fe-oxiden, …) => smeltmiddelen: verlagen smeltpunt kleimengsel Stadia bakproces: 1. Dehydratatie (tot 600°C) 2. Oxidatie (300°C – 1000°C) 3. Smelttemperaturen + verglazing (800°C – 1400 °C) Verglazing: verandert structuur + eigenschappen (porositeit verdwijnt) -> bij zuivere kleimengsels: gewenst; bij onzuivere kleimengsels: ongewenst & onbruikbaar 1.1.2. Kleisoorten, soorten gebakken producten Kleisoorten Baktemp. Verglazing Producten van 1e bakproces Van 2e bakproces I. Onzuiver 900 - Te Gebakken aarde: 1100°C voorkomen a. Baksteen Geglaz. bakst. b. Dunwandige prodn.: o Dakpannen Engobe pan o Potten Geglaz. pan o Tegels Faience o Buizen Geglaz. tegels -> poreus II. Pijpaarde1200- £ Steengoed Biscuit 1300°C smeltpunt Faience fine III. 1300- Half Gresproducten/bouwkeramiek: Verglaasbare 1400°C a. Vloertegels: kleisoorten o Getrokken Geglazuurd o Geperst (FVCG) Geglazuurd b. Sanitaire apparaten: o Vuurklei + engobe o Sanitair porselein c. Gresbuizen: riolering -> weinig/niet poreus 19 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 IV. Kaolien 1400- Volledig Porselein 1500°C Opmerkingen: - Geglazuurd/faience: bekleding van ondoorzichtig tinglazuur - Engobe: afzetten & inbakken laag klei met ander bakkleur & fijnere structuur - Pijpaarde: klei met fijnere textuur en minder smeltmiddelen - Biscuit: bekleding van doorzichtig loodglazuur Vb.1: vloertegels: - Uit klasse I: o Terracotta tegels: zeer poreus, weinig slijtvast, glazuurlaag weinig bestendig & weinig maatvastheid (grote voeg bij plaatsing) - Uit klasse III: o Splijttegels: bekomen door snijden en splijten tweelingtegels, niet nauwkeurig o Plavuizen: rustieke beeldzijde, onregelmatig o Dubbel geperste FVGC-tegels: zeer precies, kleuren en patronen, verglaasd Vb.2: tassen: - Porselein (klasse IV): zeer dunne wand, volledig verglaasd, delicaat - Hotelporselein (klasse III): dikke wand, verglaasd, intens gebruik - Gewone tassen (klasse II): glazuurlaag, huishoudelijk gebruik 1.2. De baksteennijverheid in België 1.2.1. Belangrijkste vestingen (NIET!) 1.2.2. Fabricage van baksteen (ZIE SCHEMA PTT!) 1. Bereiding van de klei a. Kleiwinning Vroeger: seizoensarbeid -> winter hielp bij zacht maken bovenste laag klei Nu: mechanisch verworven met excavateurs b. Malen en mengen van de klei Homogeniseren: toevoegen water -> afh.v. vormingsproces (zie 2) Eventueel toeslagstoffen, ontvettingsmiddelen, … c. Lucht verwijderen uit de klei 2. Vormgeving van baksteen a. Zacht- slib-procedé (bij 20-30% water) Vroeger: handgevormd in mal -> kneedvorm bewaard Nu: handvormstenen machinaal geproduceerd b. Stijf-slib procedé (bij 12-15% water) Klei door mondstuk geperst -> continue streng -> op hoogte gesneden Kenmerken: persgroeven, ingewalste zandkorrels, … Prod.: korstvorming -> soms vriesprobn; enige prod.vorm voor grote formaten c. Droogpersen (bij 5-7% water) Klei in vormen geperst bij 50-100atm m.b.v. stempel-/revolverpers Glad, scherpe randen -> praktisch enkel gevelstenen 20 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 3. Drogen: belangrijke krimp (7%) Vroeger: droging aan de lucht + voordrogen op vloer + nadrogen bij tocht Nu: kunstmatig drogen door recuperatie ovenwarmte of in droogkamers 4. Bakken: drie stadia: a. Dehydratatie (tot 600°C) b. Oxidatie (300-1000°C) c. Smelting, verglazing (900-1100°C): enkele momenten, timing belangrijk Twee soorten ovens (zie ptt): a. Periodische ovens: geladen, aangemaakt, gestopt, ontladen b. Continu werkende ovens: nu voornamelijk tunnelovens Bakken -> vormverandering: groter bij heterogene klei & ongecontr. verglazing Bakken zorgt ook voor kleurverandering (België; rood door Fe in klei) 5. Afkoelen: barst risico -> moet geleidelijk 6. Glazuren, emailleren en eventueel een 2e bakproces => fabricage zorgt vr grote vervorming -> kleine maatnauwkeurigheid -> dikke bepleistering 1.2.3. Soorten baksteen (zie tekeningen handboek) Nationale Groepering der Kleinijverheid (N.G.K.N.): - Gewone volle metselsteen (geen of openingen < 15% v.h. legvlak) - Geperforeerde stenen - Holle en lichte stenen (openingen > 40% v.h. legvlak) - Gevelstenen Productie meer en meer gespecialiseerd op 3 grote toepassingen: - Binnenmuurstenen - Buitenmuurstenen (focus op uitzicht en porositeit) - Hoogbouwstenen (focus op draagvermogen) Algemene trends: - Optimalisatie + vergroting v.d. formaten en gewichten naar productiviteit toe Bv.: snelbouwers - Vervanging traditionele maten door modulaire afmetingen 1.2.4. Metselbaksteen (zie tekeningen handboek) Terminologie t.e.m. modulaire maatvoering in plan: zie cursus H3-11 t.e.m. H3-13! Eigenschappen van metselbaksteen: a. Combinatie goede warmte-isolatie (l) & lage dampremming (µ) gunstig -> l (W/m.K) 0,698 (droog-binnen) tot 0,872 (nat-buiten) -> cf. beton: l = 1,512 b. Vorstvastheid o Machinesteen-> soms minder vorstvast door vorming scherf o Handvormsteem -> geen probleem -> vriesproeven: niet altijd representatief -> vorstper. voorafgegaan dr droogper. -> nieuwere proef: kwikporosimeterproef -> beoordeeld poriënstructuur 21 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 c. Druksterkte: druklasten metselwerk meestal < 0,7N/mm2 (7kg/m2) -> bepaald door bastenen en voegmortel: 10-20 N/mm2 -> 15 N/mm2 Vb.: muur 19cm dik -> 285 ton/m2 -> veiligheidscoëff. v. 5 => 57 ton/m2 Keuze baksteensoort niet enkel op druksterkte baseren -> goede bakstenen kunnen slechtere cijfers behalen dan ‘verbrande’ of ‘bleke’ stenen d. Wateropname: bescherming tegen regendoorslag en vorst: o Wateropslorping in gewichtsprocent: grens = 13% tenzij verder bescherming o Capillaire opstijging: stijghoogte en stijgsnelheid belangrijk e. Uitbloeiingen van zouten op metselwerken: Witte zouten van baksteen of hydraulisch bindmiddel of buiten uit (grondwater) -> vaak oplosbaar: snel weg te spoelen (uit grondwater = groter probleem) f. Gewicht van metselwerk: 1,6-1,8 T/m3 -> spreidingshoek van belasting = 60° 1.2.5. Metselblokken Holle, geperforeerde blokken voor dragend metselwerk 1. Grotere blokken (machinaal): grote productiviteit -> te groot/zwaar = hinderlijk Grote formaten: handgreep + openingen voor optimaal gewicht => verzamelnaam: snelbouwers -> spfk formaat (3M x 1,5M x 1M): snelbouwst. Zie handboek p.16 voor specifieke afmetingen! 2. Blokken met verbeterde eigenschappen (thermisch, akoestisch en poreus) a. Poroton-steen: poreus + openingen legvlak Fabricatie: klei + polystyreenkorrels -> bakken: korrels vergassen -> lichter Eigenschappen: o l = 0,291 W/mK o Goed bewerksteen (boren, nagelen, …) o Degelijke bepleisteringsbasis b. Poriso- en keramo-steen: poreus + isolerend Fabricatie: klei + steenkoolafval + zaagsel -> laatste 2 verbranden -> poriën Eigenschappen: gelijkaardig poroton-steen 1.2.6. Gevelsteen Handvorm- en geselecteerde machinesteen voor gevelmetselwerk (8% tot. prod.) -> verschillende kleuren door samenstelling gebruikte klei(en) (meestal rivierklei uit Kempen) Ook geperste gladde en geglazuurde stenen Soms geïmporteerd uit V.K.: produceren ook hulpstukken Geen modulaire maatvoering 1.2.7. Hittebestendige steen Vuurvaste en refractaire steen -> groot gamma afhankelijk van toepassing Fabricatie: vermalen gebakken mat. + mengen nieuwe grondstofn -> bakken (hoge temp.) 22 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 D. Bindmiddel/mortel 1. Inleiding Mortel = brei-achtig verhardend mengsel dat dient tot: - Opmetselen van muren, het voegen - Bepleisteren van ruwe wanden (stukadoor) - Afwerken van ruwe vloeren (dekvloer) - Plaatsen van tegels (in mortelbed) - Vastzetten van allerlei onderdelen Mortel = bindmiddel + vulstof + zand + water Bindmiddelen: 1. Minerale luchtverhardende bindmiddelen: Verharden na bevochtiging; door opname van CO2 uit lucht (bv. luchtkalk) 2. Minerale hydraulische bindmiddelen: Verharden na bevochtiging; door scheikundige reacties binnen het mengsel Vbn.: hydraulische kalk, gips (plaaster), cementen 3. Organische bindmiddelen: verharden door stollingsverschijnsel of uitdrogen Teer: steenkoolpek uit cokesbereiding - °planten Asfalt: aardteer, natuurproduct of petroleumderivaat - °dieren Lijmen: in 2 componenten: hars en verharder Lijmmortels: fijn zand, hydraulisch bindmiddel Terminologie: Mortels o.b.v. toepassing Mortels o.b.v. gebruikte bindmiddel - metselmortels - kalkmortels - voegmortels - trasmortels - pleister-, of stukadoormortels - cementmortels - bastermortels (cement + kalk) Cement= enkel bindmiddel Mortel= bindmiddel, water, zand = cement + water, zand Beton= bindmiddel, water, zand + grote granulaten = mortel + grote granulaten 2. Kalk (CaO) Kalk = CaO -> komt vaker gehydrateerd voor: Ca(OH)2 -> in natuur: calciet CaCO3 (stabiele, zuivere koolzuurkalk of calciumcarbonaat) -> in kalksteenrotsen, mergelgronden en schelpbanken: geschikt voor bouwkalk 1) CaCO3 ------------------------> BRANDEN ------------------------> CaO + CO2 900-1400° ongebluste kalk 2) CaO + H2O -------------------> BLUSSEN -------------------------> Ca(OH)2 bindmiddel Blussen kent 2 procedés: - Droog blussen; met juist voldoende water om een poeder over te houden - Nat blussen 23 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 1. Luchtkalk = zuivere kalksteen (krijt) >95% CaCO3 -> blussen (droog of nat) -> vette luchtkalk (>90% CaO) -> smeuïg karakter Pleisterwerk: verhardt aan CO2 in lucht Geen metselwerk: kalkmortel te lang vervormbaar door slecht/geen contact met omgevingslucht 2. Hydraulische kalk = kalksteen (mergel) met grote hoeveelheid onzuiverheden (o.a. klei) (< 93% CaCO3) -> droog blussen -> magere hydraulische kalk Verhardt onder water + sneller als kleigehalte van de te blussen kalksteen groter was - Normaal hydraulische kalk CH.H.N. (10% kleifractie) - Krachtig hydraulische kalk CH.E.H. (30% kleifractie) - Superkalk (40% kleifractie) 3. Schepkalk = luchtkalk in warmte toestand -> droog blussen Meer hydraulisch dan vette kalk: door aanwezigheid van klei en brandstofresten Gebruik: metsel- en pleistermortels Gebluste kalk: basische eigenschappen: - Tasten aluminium, lood, zink en verf aan - Aluminiumramen of –dorpels moeten worden beschermd bij pleister- en voegwerken Soortnaam: Doornikse kalk 3. Gips (CaSO4.2H20) waterhoudend calciumsulfaat Natuursteen die doet denken aan kalksteen (Fra., Ge. & Eng.) -> in vorm van platen en blokken -> economische wanden en zolderingen; hoge akoestische waarde en grote brandveiligheid Gipsteen wordt verhit: verschillende temperaturen – verschillende kwaliteiten: 1. Stukadoorgips/plaaster: 120° (halfhydraat) - 180° C (anhydriet) - Wit poeder -> wit hard materiaal; door toevoeging van 50 gewichtsprecenten water -> volumetoename van 0,25% - Toeslagstof bij kalkmortels, zelden als bindmiddel voor mortel -> versnelt verharding, beperkt krimp, uitzicht is witter - Mag NIET toegevoegd worden aan cementmortel (vorming Candlotzouten) - Niet weervast (steenkanker) 2. Doodgebrande gips: 400-500° C - Reageert niet met water 3. Estrichgips: gebrand bij 1000° C + terug aangemaakt met water - Zeer hard, weervast gips, roosachtige kleur - Estrich ondervloeren: hard -> draagvloer moet weinig doorbuigen -> vochtig zandbed - Lang verhardingsproces - Reeds bekend bij Egyptenaren 24 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 Niet zuiver, mengsels: 4. Stuc: stukadoorgips + aluin + gelatine + lijm -> sierlijsten 5. Marmergips: vers stukadoorgips + aluinoplossing -> verhard, opnieuw gebrand + gemalen -> harder dan plaaster -> polijstbaar; marmerefffect bereikt door kleurstoffen 4. Cementen 4.1. Beschrijving Cementen = bindmiddelen die watervaste producten vormen - Aangemaakt met nodige bindwater - Door lucht en water verharden Bestaan uit: aluminaten (Al2O3) (CaO) & silikaten (SiO2) x (CaO)y Water toevoegen aan cement -> vorming: - Naaldkristallen van calcium-aluminiumhydraat - Vezels van microkristallijn calcium-siliciumhydraat -> groeien + verstrengelen = opstijven + verharden van het deeg De binding en verharding: - Binding: enkele uren (exotherm) - Verharding: na 4 weken voltooid, neemt nog jaren toe - Afhankelijk van het klimaat -> beste verharding: vochtige lucht – 18°C (zelden op werf, wel bij prefab) -> hogere temperatuur versnelt binding, lagere vertraagt - Vriespunt: o Bindingsreacties houden op, o Door bevroren vrije aanmaakwater bindingen ontwricht + vernietigd, o Beton-, metsel-, pleisterwerken worden gestaakt - Cementen: veroudering onderhevig, ideaal: in 6 weken verwerkt, droog bewaard 4.2. Soorten 1. Natuurcement In natuur: kalksteenvormen, bevatten in gepaste verhouding klei als ‘onzuiverheid’ -> calcinatie + bevochtiging -> vorming ‘natuurlijk’ bindmiddel => CaO (van kalksteen) versteent met SiO2 en Al2O3 (van klei) 2. Kunstcement Kunstmatig: ideale mengsel uit klei + krijt Eerste kunstmengsel: portlandcement (eigenschapn Portlandsteen uit ZW Engeland) -> portlandcement: naam behouden voor vergelijkbare productievormen, vertrekkend van krijt/kalk en kleisoorten a. Enkelvoudige cementen: vertrekkende van enkelvoudige grondstoffen b. Portlandcement (CEM I): Grondstoffen: krijt (20%) + klei (80%) -> malen en homogeniseren -> sinteren en afschrikken -> toevoeging weinig gips + fijnmalen tot poeder -> 3 soorten volgens min. druksterkte (N/mm2: 32,5 – 42,5 – 52,5) c. Ook veel andere kunstcementen ontdekt: meeste genormaliseerd in BE & EU 25 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 Metselcement (M) ¹ bijzondere cementsoort ¹ genormaliseerd -> voldoet wel voor klassiek metselwerk 4.3. Eigenschappen: scheikundig en thermisch 4.3.1. Scheikundig Algemene begrippen: 1. Vers, vochtig cement tast lood, koper, zink & aluminium aan Water -> wordt verzadigde opl. van calciumhydroxide = loog (tegengestelde zuur) -> gaat oplosbare verbindingen met deze metalen aan 2. Cement hecht aan staal + beschermt tegen roestvorming -> desoxiderende werking 3. Cementen worden aangetast door: - Alle organische en vele anorganische zuren - Vele organische zouten - Alle dierlijke + plantaardige oliën en enkele zuurhoudende minerale oliën 4. Onschadelijk voor cement: - Basen, zelfs basisch zout! - Zuivere aardoliën en derivaten - Gevaar voor aantasting vermindert met ouderdom 4.3.2. Thermisch Bindingswarmte: binding van cement= exotherm - Hydratatiewarmte komt vrij - Temperatuur van het bindend beton loopt lichtjes op - Grootste deel warmte komt vrij in eerste 3 dagen Hydratatiewarmte verschilt per cementsoort, alsook de snelheid waarmee ze vrijkomt Tijdens binding: vrij water -> chemisch gebonden water 1. Te koud Vrij water mag NIET bevriezen -> toevoegen chloorkalk/opwarmen grondstoffen/afschermen Toevoegen van chloorkalk (CaCl2): - Verlaagt vriespunt (oplossing) - Versnelt de binding waardoor hydratatiewarmte sneller beschermend optreedt - Verhoogt de krimp: CaCl2 beperkt tot 1kg/50kg cement 2. TE WARM (> 30°C) Normale cementen= snelbindend -> bemoeilijkt verwerking -> bezetwerken: vermeden/beschermen door voortdurende bevochtiging Bij fabrieksproductie: t° gewild opdrijven -> verzadigde stoom 80°C in 4h zelfde hardheid als normaal in 4 dagen Bij zware massieven kan: bindingswarmte = oorzaak schade (krimp bij afkoeling, scheuren) -> voorkeur aan cementen met kleine hydratatiewarmte of ingrediënten vooraf koelen 26 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 5. Mortels Mortel = aangemaakt mengsel van bindmiddel en zand met water Samenstelling bindmiddelspecie de poriën v.h. zand vult, uitgedrukt in: - Volumedelen - Massa: kg bindmiddel/m3 zand 5.1. Zand = natuurlijk granulaat waarvan de korrelgrootte 2-0,1 mm 1. O.b.v. korrelgrootte: - Grof zand 2 - 1 mm - Gewoon zand 1 - 0,2 mm - Fijn zand 0,2 - 0,1 mm 2. O.b.v. vindplaats: - Rivierzand: vrij zuiver -> waterdichte bezettingen, metselwerk, betonwerk - Groevenzand: minder zuiver tot zeer zuiver -> metselwerk, glasproductie - Zavel: groefzand verontreinigd door kleibestanddelen -> metselwerk - Bergzand, duinzand: door wind aangevoerd, alleen in mengsels met grof zand verwerkt, soms oorzaak van uitslag - Gruis (kunstzand): o Gebroken afval van steengroeven: porfier, kwartsiet, zand- & kalksteen o Slakkengruis: gemalen en gegranuleerde basische hoogovenslakken 5.2. Aanmaakwater - Helder - Bevat geen stof waardoor sterkte/duurzaamheid v.d. mortel wordt geschaad - Bevat geen organische stoffen: vetten of suikerhoudende stoffen Mag niet worden gebruikt: - Zuur water - Water >5% zeezout - Water >3% magnesiumsulfaat - Water rijk aan koolzuur 5.3. Mortelsoorten Gekenmerkt o.b.v. gebruikte bindmiddel of hieraan toegevoegde toeslagstoffen 1. Kalkmortels a. Van vette kalk - Binden zeer langzaam; slechts door inwerking van CO2 uit de lucht - Aan opp. korst gevormd; belet verharding op grotere diepte -> niet voor metselwerkwanden, wel pleisterlagen b. Van hydraulische kalk (trasmortels) - Goed verwerkbaar - Tamelijk plastisch - Verharden traag en blijven poreus 27 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 2. Cementmortels - Minder poreus, waterdicht bij gepaste dosering - Verharden snel – zeer snel - Hoge vastheid > baksteen, in functie van cementgehalte - Te hoge cementgehaltes: verhogen krimp - Te lage cementgehaltes: moeilijk te verwerken 3. Basterdmortels (cement en kalk als bindmiddel) - Drukvastheid lager < cementmortel - Voordelen: langzamere binding en goede verwerkbaarheid - Niet te gebruiken in agressief midden - Met vette poederkalk: 24 tot 36 uren verwerkbaar 28 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 E. Beton 1. Inleiding Beton = bindmiddel + grote granulaten (komt ook in natuurlijke vorm voor) Belangrijkste eigenschap: verdraagt grote druk, bijna geen trek -> toevoegen van staalstaven in trekzone -> gewapend beton -> nieuwe ontwikkelingen: - Andere, lichtere vulstoffen: goede isolerende + mechanische eigenschappen - Alternatieve wapening: asbestvezel, roestvrijstalen vezels, … - Verschillende bekistingsmethodes: gietbouw of prefabricage 2. Soorten beton Beton = hydraulisch bindmiddel + toeslagstoffen aangemaakt met water -> verschillende bindmiddelen (hst. D) en verschillende toeslagstoffen (o.a. hst. B) 2.1. Soorten 1. Lichte betonsoorten (volumieke massa ≤ 1400 kg/m3 a. Met minerale toeslagstoffen (bv. Argex, Leytag) b. Cellenbeton I. Schuimbeton II. Gasbeton (bv. Ytong) c. Met houtachtige toeslagstoffen (bv. Heraklith) 2. Halfzware betonsoorten (1400 < v.m. < 1800 kg/m3) Mengvormen tussen 1.a en 3 3. (Zware) betonsoorten (vm ≥ 1800 kg/m3: 2200 – 2400 kg/m3) Aangemaakt met zware steengranulaten: grind of steenslag 4. Bijzondere soorten producten a. Vezelcement (bv. Eternit) b. Kalkzandsteen 5. Zeer zware betonsoorten Barietbeton: afschermen van radioactieve straling Onderscheid o.b.v. wapeningswijze en plaats van productie: Prefabricage In situ Op de werf In de fabriek Beton X Gewapend beton X X X Voorgespannen beton X X 2.2. Thermische eigenschappen Lineair verband tussen thermische geleidbaarheid en volumieke massa -> eenheid: λ in J/m.s °C of W/mK Zie cijferwaarden H5-3 -> verband is uitbreidbaar tot ±elk bouwmateriaal (behalve metalen) -> koude materialen (isolerend) < 1800 kg/m3 < warme materialen (geleidend) 29 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 2.3. De granulometrische kromme van granulaten 2 aanduidingen voor korrelgrootte: 1. Kaliber: 2 cijfers die in mm de min. d en max. D afmeting v.d. korrels (d/D) Bv.: grind 4/32 -> korrels tussen 4 en 32mm 2. Granulometrische kromme: kwant. spreiding v.d. korrels tss de kalibergrenzen Bv.: grind 4/32 bestaat voor 95% uit korrels van ±32mm en 5% van ±4mm Spreiding v. grove, middelgrote tot fijne elementen vastleggen m.b.v. zeven -> met toenemende mazen: bepalen hoeveelheid korrels die passeren -> uitzetten v. metingen in granulometrische kromme -> conclusies (zie grafieken H5-4!): a. Bolle curve: veel fijne elementen b. Holle curve: veel grove delen c. Regelmatige curve: gelijkmatig mengsel -> open korrelverdeling d. Steile helling: hoge verhouding aan korrels -> gesloten korrelverdeling -> nagestreefd: korrelbeton, Einkorn-beton of no-fines concrete 3. Standaard beton 3.1. Betonsoorten met volumieke massa van minstens 1800, meestal ±2400 kg/m3 Meest courant, gebruik van zware granulaten: - Grind (2/64): natuurlijk steengranulaat: gerolde rivierstenen zonder breken -> onderscheid scherp en gerold grind: o Grof grind: 30/64 o Middelmatig grof grind: 15/30 o Middelmatig fijn grind: 5/15 o Fijn grind: 2/5 - Steenslag (2/80): granulaat dr breken v. massieven (natuurlijke of kunstmatige) -> aard meestal nader bepaald: profiersteenslag, gebroken kalk- of zandsteen, … -> in functie van verwachte eigenschappen aangevuld met zand, gruis, … 3.2. Eigenschappen van beton 1. Weerstandbiedend bij hoge druk, zeer zwak bij trek 2. Zeer compatibel met staal: zelfde uitzettingscoëfficiënt + cement hecht aan staal -> staal omhuld door beton is beschermd tegen corrosie 3. Laat vormgeving toe: behoudt vloeibaarheid voor enige tijd na aanmaak 1,2 & 3: constructieve aspecten 4. Weinig/geen onderhoud: goede detaillering + dekking rond wapening nodig 5. Brandveilig (gewapend beton), sommige kalksteen-betonsoorten niet vuurvast 4 & 5 voordelen t.o.v. staal 6. Belangrijke krimp: water-cement factor, compactheid en korrelverdeling van belang 7. Gevoelige dilatatiecoëfficiënt (= staal) 6 & 7: beton opdelen in voegen -> vuistregel; - Binnen: (uit)zettingsvoeg elke max. 40m, door gans gebouw & fundering - Buiten: uitzetting- en krimpvoeg: max. 20m (schaduwzijde), max. 10m (zonzijde) 30 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 8. Waardeloos bij afbraak (staal en prefab niet): vaak vermalen tot vulstoffen 9. Verwerking in situ afh.v. weersomstandigheden: prefab krijgt vaak voorkeur 3.3. Samenstellingen voor constructief beton 3.3.1. Overwegingen 1. Het bindmiddel cement: bindt granulaten + verzekert weerstand -> meer cement ≠ meer weerstand -> granulometrische spreiding van belang -> 300 kg cement/m3 als richtgetal -> functie: - Vormt ‘met water bereide lijm’: water voor bevochtiging > water om te reageren - Verzekert verwerkbaarheid v.h. mengsel = duurste bestanddeel van betonmengsel 2. Compactheid (volumepercentage ingenomen door granulaten + cement) i.f.v.: - De waterdichtheid - De weerstand - De krimp 3. Gehalte aan aanmaakwater: dubbele functie: - Hydratatie v.h. cement (klein aandeel v.h. water dat chemisch gebonden wordt) - Korrels bevochtigen zodat ze ‘gesmeerd’ worden, van belang om 2 redenen: o Het homogeen mengen van alle korrelgrootten over gans het mengsel o Het bekomen van een voldoende werkbaarheid Bij teveel aan water: dichtheid ↓, weerstand ↓, krimp ↑ Fijnere cementsoorten, stof en kleine/poreuze granulaten vergen meer water Aanduiding voor gehalte aanmaakwater: water-cement-factor W/C Courant (300 kg cement/m3): W/C = 0,55 – 0,60 3.3.2. Basisregels 1. Regels voor hoge weerstand: W/C-factor zo laag mogelijk houden -> water besparen door: - Goed bestudeerde opbouw van middel- en grove granulaten (open kromme) -> goede ineenpassing v.d. korrels - In passende verhouding de grootst mogelijke granulaten gebruiken - Zandsoort gebruiken met kleinst mogelijk hoeveelheid fijnstof (veel water nodig) 2. Regels met het oog op verwerkbaarheid: min. water met juist gewenste verwerkbh. -> verwerkbaarheid verbeteren zonder opvoering v.d. W/C-factor: - Mortelfractie opdrijven (cement + fijn zand) - Zandsoort gebruiken die meer fijne deeltjes bevat - Beroep doen op bijzondere toeslagstoffen: o Plasticifeermiddelen o Vloeimiddelen o Luchtbelvormers (meestal in combinatie met vloeimiddelen) 3.3.3. Samenstellingen 1. Belangrijke bouwwerven: betonstudies (voor uitvoering) + (steek)proeven 2. Minder omvangrijke werven: algemene typesamenstellingen (NBN 15) 3. Zeer kleine werven: 2 kruiwagens grind + 1 kruiwagen zand voor 1 zak cement Zie tabellen met cijferwaarden H5-10! 31 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 3.3.4. Voorschrijven van beton volgens NBN EN 206-1: 2001 en NBN B 15-001: 2004 Beton kan voorgeschreven worden o.b.v.: - Samenstelling (te bepalen door ontwerper + testen) - Gewenste prestaties Zie afbeeldingen H5-11 t.e.m. H5-14 4. Licht beton met minerale toeslagstoffen Volumieke massa ≤ 1400 kg/m3 bereikt met nat. & kunst. minerale granulaten: - Puimsteen: vulkanische lava - Perlite: scheikundig behandelde vulkanische lava - Geëxpandeerde klei of leisteen (thermische behandeling) - Residuen v. steenkoolverbranding & ertsbereiding o IJzerschuim, verglaasde sintel o Gekalibreerde hoogovenslak o Gefritteerde sintel - Vermiculite: afgeschrikte mica-silicaten -> zeer licht beton: bezettingen met oog op thermische isolatie Variërende eigenschappen afh.v.: - Kaliber v.d. granulaten: cement als puntlas tussen contactpunten v.d. korrels: o 1 toegelaten diameter (kaliber d/d): te weinig contactpunten o Kaliber d/D ½: voldoende laspunten -> goede weerstand + goede isolatie o Kaliber d/D 1/3: betere weerstand, mindere isolatie - Cementgehalte: 150 - 200 - 300 - 350 kg/m3 -> versch. sterkte + porositeit - Scheikundige toeslagstoffen: wijzigen eigenschappen + bewerkbaarheid -> sterk uiteenlopende eigenschappen -> uiteenlopende toepassingen Zie vbn. H5-15 – H5-16 Van belang bij granulaten: - Vorm: rond vs. grillig/verwrongen -> hoe grilliger, hoe meer mortel (hoge mortelfractie): meer zand en cement -> bij granulaten met diepe holten: samenstelling bepaald o.b.v. proeven - Opslorpingsvermogen Bv.: poreuze granulaten: klei vooraf bevochtigen, anders onttrekken aanmaakw. -> volledig capillair, geen vrij water in de granulaten (teveel water) -> opp. besproeiing of langdurige onderdompeling niet aangewezen - Ontmenging v.h. mengsel: vloeibaarheid zo laag mogelijk houden 5. Cellenbeton Mortel met sponsachtige structuur dr ontwikkelen schuimstructuur of gasontwikkelde stof 5.1. Schuimbeton Bij krachtig mechanisch mengen plantaardige lijmen, gelatine, … + plastisch mortel -> sleuren luchtbelletjes in de massa + geven schuimstructuur -> verharden onder stoomdruk in autoclaaf -> zagen Ook producten voor bereiding schuimbeton op de werf (bv. voor hellingsbeton op het dak) 32 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 5.2. Gasbeton, cellenbeton Scheikundige celvorming: 1. Volgorde van bewerkingen: - Aanmaak v.d. mortel (tamelijk vloeibaar) - Toevoegen v.e. gasontwikkelde stof (aluminium-, zinkpoeder, …) - Eventueel aanbrengen van wapening in de vormen - Vullen van vormen en laten gisten - Binding - Snijden en zagen in formaten (bv. blokken 15x15x30 cm) - Verharden aan de lucht (luchtverhardend) of in autoclaaf (autoclaafverhardend) Hoeveelheid gasontwikkelde stof en verhardingsomstandigheden bepalen densiteit 2. Eigenschappen a. Krimp en dilatatie: verharding gepaard met grote krimp (tot 6 weken) -> nadien ook nog atmosferisch gevoelig (lucht- en vochtschommelingen) -> luchtverhardend cellenbeton (2-3 mm/m) > geautoclaveerd (0,5 mm/m) -> enkel gebruik van 6 weken oud geautoclaveerd cellenbeton b. Draagvermogen ơ (N/mm2) en isolerend vermogen λ (W/mK): Afhankelijk van densiteit en verhardingswijze c. Toepassingen van beton: I. O.b.v. combinatie isolatie-eigenschappen + hoog draagvermogen Vbn.: sociale woningbouw, elektrisch verwarmde woningen, … II. O.b.v. kleine volumieke massa Vbn.: scheidingsmuren in skeletbouwwijze, extra verdieping op bestaand gebouw, woningbouw op weinig draagkrachtige bodem III. Kleine muurpartijen (wegens krimp en dilatatie) Bij woningbouw: muurlengten 1-4m Bij scholenbouw: muurlengten 6-10m (opdelen met voegen) IV. Afwerklagen: blokken vrij maatvast t.o.v. keramiekblokken -> traditionele afwerklaag v. 1cm niet nodig -> wel gebruik bijzondere metselmortels, -lijmen en afwerkmortels 6. Beton met houtachtige toeslagstoffen Gemineraliseerde houtsoorten (geen niet-duurzame, looizuurbevattende houtsoorten): 1. Houtspaanderbeton 2. Zaagmeelmortel (nagelbare dekvloeren) 3. Kurkbeton (isolatielagen) 4. Houtwolbeton: houtkrullen v. naaldbomen + magnesiacementen Toepassingen: a. Platen (0,5x2m): thermisch + akoestisch isolerend o Rechtstreeks op een drager o Als blijvende bekisting: indringen beton -> isolerende dikte -1 à 2 cm b. Vormen voor blijvende bekistingen c. Bouwblokken: makkelijk te stapelen & te bepleisteren d. Scheidingswanden: houten raamwerk + houtwolplaten met afgestreken pleister 33 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 7. Polystyreenbeton Geëxpandeerde polystyreenkorrels met 60-80% lucht in gesloten poriën -> ideaal materiaal voor licht beton (nemen geen water op) -> omhuld met cementfilm voor hechting bindmiddel en tegengaan drijvende eigenschappen Toepassingen: - Prefabricage: binnenmuren en kernlaag in buitenmuren - Vormen voor blijvende bekistingen - Isolatie-vloeren op volle grond - Ballastbed voor hogesnelheidstreinen - Fundering autoweg 8. Vezelcement 8.1. Basisproductie Grondstoffen: - Mortel: cement + fijnkorrelige minerale vulstoffen - Kalkhoudend water - Eventueel pigmenten voor kleuring - Vezelvlokken: vroeger asbest, nu kunstvezel (steenvlas, grote treksterkte) Aanmaak: via extrusie of via tussenstap van natte vezelcementdoek 8.2. Vezelcementproducten 1. Extrusieprofielen: brij door mondstuk -> muurkappen, raamdorpels 2. Via vezelcemendoek: mengen v.d. bestanddelen in 1e vak -> naar 2e vak: mengselfilm v. enkel mm’s blijf hangen op trommelvlies -> film opgenomen door band die materiaal op andere trommel opbouwt tot dikte Zie tekeningen H5-21! a. Naadloze buizen: weerstaan grote druk, eventueel verdeling met schotten b. Isolatieplaten (enkelgeperst): doorknippen vezelcementdoek en ontrollen -> gebruikt als vuurvaste isolerende plaat -> binding al gestart, maar nog vervormbaar: c. Golfplaten: omgevormde enkelgeperste plaat in platenmachine of golfzuiger -> grote variëteit in golven d. Dubbelgeperste platen: verdikte enkelgeperste plaat m.b.v. hydraulische persen o Dubbelgeperste plaat o Hieruit gesneden leien o Plaat bekleed met emailverf: dampdicht o Tot 1 of 2cm in de massa gekleurd: dampdoorlatend e. Vormgeving op modellen: bloempotten, dakgoten, hulpstukken & rookzuigers 8.3. Eigenschappen - Hittebestendig – vuurvast - Chemisch stabiel - Poreus - Goed bewerkbaar - Grote treksterkte, maar broos 34 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 8.4. Cellulose – vezelcementplaat Bij grondstoffen ook nog cellulose -> buigende eigenschappen + bewerkbaarheid (= hout) 9. Kalkzandsteen Nabootsing v.d. natuurlijke vorm: kalk (i.p.v. cement) + zand + water -> kunstmatig verharden door hogedruk stoom bij 130° - 300°C Grondstoffen: water, zand, kalk: poederkalk of gebrande kalk (veel CaO) -> blussen in reactoren -> persen van de blokken -> stapelen & verharden in autoclaaf Producten: buitenmuur- en binnenmuurblokken- en stenen Eigenschappen: goede druksterkte + rel. hoge wateropname (21 volumeprocent) Vormstabiliteit: - Thermische uitzetting: rel. hoog -> gevaar voor scheuren in grote metselpartijen - Krimp: verhardingskrimp verwaarloosbaar, wel drogingskrimp -> ontwerp op uitzetting en krimp bedacht 10. Verwerken van beton, technologie 10.1. Aanmaken van beton, transport Wijze van aanmaken: - Met de hand (voor minder belangrijk werk) - Met de betonmolen op de werf - Met betonmolens vanuit betoncentrales + verdere menging tijdens transport -> stortklaar beton - Met de geautomatiseerde betoncentrales o Op zeer belangrijke werven o Bij fabriek voor prefab Aanmaakwater: helder + vrij van organische stoffen -> hoeveelheid: voorgeschreven vloeibaarheid/consistentie v.h. beton geven -> min. houden -> meetwijze consistentie: zetmaat (hoogteversch.) + schudmaat (breedtetoename) v.e. Abrams kegel (zie tekeningen H5-24) -> betonsoorten op bouwwerf: vloeibaarheid S3 of F3; stugger beton (S1/S2) gebruikt voor: - Prefabricage - Massa-beton - Beton voor wegverhardingen Homogeen houden v.h. beton: mag niet ontmengen tijdens laden, vervoer, etc. -> roterende kipbak 10.2. Verdichten van het beton Verdichten = uitdrijven v.d. lucht na bekisting om alle holten te vullen -> verbetert: - De mechanische eigenschappen - De porositeit (hogere densiteit) - Het uitzicht: voorkomt vervuiling door lage porositeit 35 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 10 methodes: 1. Prikken: aandrukken v.d. massa met een ijzeren staaf -> voor kleine werken 2. Aanstampen: beton verdicht door opeenvolgende lagen: - Van 10 tot 15cm dikte voor steenkaliber tot 30mm - Van 15 tot 20cm dikte voor steenkaliber tot 60mm Aanstampen mt platte stampers -> goede verdichting = uittreden laag mortel aan opp. 3. Trillen: trillingen met geringe amplitude, maar hoge frequentie -> 3 wijzen: - Inwendig in de specie (m.b.v. een trilnaald): beperkte actieradius -> systematiek -> beste resultaten bij verwerking op de werf - Uitwendig op de bekisting zelf - De bekisting plaatsen op een vaste triltafel: vaak bij prefab 4. Schokken: in de fabriek: geleidelijk in vorm brengen + meerdere valbewegingen -> voor goed af te werken elementen: gevelplaten, raamwerken, … 5. Samenpersen: tot gewenste profielen (ramen) of voor vloerbekleding (cementtegels) 6. Walsen: voor prefab in lange strengen (bv. welfsels), ook in wegenbouw 7. Centrifugeren: voor lange holle cilindervormige stukken (buizen, palen, …) 8. Ontwateren: m.b.v. vacuümpomp gekoppeld aan afzuigvlakken -> voor grote oppervlakten met kleine dikte (wegen, vloeren, …) -> mechanische weerstand ↑ + krimp ↓ + onmiddellijke ontkisting mogelijk 9. Mortelinjectie: granulaten in bekisting + inspuiten opvullende mortel -> 2 manieren: - Langs boven naar beneden (percolatie): voor grote funderingsmassieven - Langs onder naar boven m.b.v. buizen (injectie): betonwerken onder water 10. Spuitbeton: zand + cement dr perslucht nr projectiemond + waterleiding onder druk -> gewenste plasticiteit + met kracht op drager gespoten -> in lagen van 1,5cm aangebracht Voor bedekken en beschermen van bestaande bouwelementen, versterken, … Mogelijke dragers: strekmetaal op frame, metselwerk 10.3. Beschermingsmaatregelen tijdens verharding Tegen mechanische invloeden + uitzonderlijke weersinvloeden: 1. Mechanische invloeden: tegen stoten en trillingen -> brosse verbindingen v.h. beton zeer gevoelig hiervoor -> stoten/aankloppen kan mechanische sterkte & uitzicht (hoeken) verminken Maatregelen: - Ordelijke werf - Langer in houten bekisting laten staan - Hoekbescherming - Bekleding, afdekking 2. Zomer: tijdens verharding is ook voldoende water nodig -> kan uitdrogen in de zomer Maatregelen: - Aanbrengen van waterdichte bedekking: o Dekzeilen o Waterdicht papier o Bladen van plastisch materiaal o Bescherrmingsvliezen door verstuiving op het betonopp. 36 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 - In aanraking houden met een vochtigheidsbron (binding al begonnen): o Herhaalde besproeiing o Aanbrengen van laag matten, etc. dat vochtig gehouden wordt - Het water gevangenhouden door toevoegen van plastificeerstoffen 3. Winter: cement verhardt exotherm -> vrijgekomen warmte verschilt per cement -> indeling in klassen in cal/g (zie H5_27 – H5-29) -> aanbevolen: werken in winterseizoen + isolerende bescherming -> gebaseerd op een systeem v. 6 weertypes & steunend op gem. en min. temp. -> bij elk werkdag noteren van: - Max. temp. (die van de vorige dag) - Min. temp. (die van het einde van de nacht) - Temp. bij opname Bij te koude weertypes wordt het werk echter gestaakt o.w.v. de arbeiders 11. Bekistingen voor beton 11.1. Algemene vereisten voor bekistingen 1. Bekistingen zijn voldoende vormvast: Elke bekisting en steunpunten vervormen bij vullen -> aanvaardbaar blijven -> goed ondersteund, geschraagd 2. Bekistingen zijn dicht: op macro- en microschaal (naden) -> rekening houden met trillen en storten van beton 3. Bekistingen zijn schoon: van nagels, zaagsel, … of roest bij stalen bekisting 4. Ontkistbaar op makkelijke wijze 11.2. Soorten bekistingen, materiaalkeuze 1. Tijdelijke bekistingen: na verharding verwijderd en vaak herbruikt Materialen: hout (plank/plaat), staal of kunststoffen 2. Blijvende bekistingen: blijven in of aan beton verbonden -> vaak om gebrekkige eigenschap van beton te corrigeren (bv. akoestiek) -> als functie enkel gewichtbepalend is: ‘verloren bekisting’ Materialen: - Vormen in houtwolbeton - Potten in keramiek - Rietmatten en –mallen - Lichte-beton vormen - Karton (buizen) - Geëxpandeerd polystyreen blokken 11.3. Technologie van de tijdelijke bekistingsmaterialen 1. Houten planken: goede sluiting v.d. naden dr op voorhand te bevochtigen -> zet uit -> hoeknaden afgesloten met driehoekslatje Bij trillen: luchtbellen in het luchtdoorlatend hout gedreven Niet-zichtbeton: bekistingsplanken tot 10-maal gebruikt Zicht-beton: 1-2 maal gebruikt -> cementmelk in de fijne naden belet goede sluiting -> hernemingsvoegen tss 2 niet-continue stortbeurten: conische voeglat gebruiken 2. Plaatmateriaal van hout: makkelijk bewerkbaar & nagelbaar 37 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 - Multiplex: goede techniek mits watervaste plaat (betonplex) -> 10 maal gebruiken - Spaan- en houtvezelplaten: minder goed 3. Staal: in systeembekistingen (gietbouw) en prefab -> 50 maal of meer gebruiken Problemen bij zicht-betonnen: - De luchtdichtheid v.d. vlakken: luchtbellen zichtbaar - De niet-waterdichtheid v.d. naden: fijne deeltjes & cementmelk ontsnappen - Corrosievlekken op en hechting staal aan beton -> inoliën -> daarom vaak aangevuld met houten ‘voering’ in de bekisting 4. Kunststoffen: voor veelvuldig en eenmalig gebruik a. Glasvezelgewapend polyester of polyvinylchloride (duur): 100 maal gebruiken Voor bijzondere, ingewikkelde en repeterende vormen -> fabricage door eerst schrijnwerkmal te maken -> overgieten met kunststof b. Blokken en vormen van geëxpandeerd polystyreen: 1 maal gebruiken -> verwijderen door vlam of door perslucht 11.4. Arbeidseconomische beschouwingen bij betonconstructies Goedkoop: grondstoffen Duur: staal, cement, de arbeid, de bewerkelijkheid v.d. bekisting & bekistingsmateriaal Bekisting: vroeger: ambachtelijk; nu: systeembekistingen -> gietbouw (tunnelbouw) Invloed loonkosten op berekeningen betonsecties: - Vereenvoudigde vormen, afgestemd op systeembekistingen - Repeterende vormen (goedkoper) krijgen voorrang op kleine maatverschillen 12. Wapening voor beton Gebruikte staalproducten: - Rondstaal: wapeningsstaven met glad opp., versch. diameters en staalsoorten - Staven met verbeterde aanhechting (gekarteld): versch. diameters en soorten - Gepuntlaste wapeningsnetten (kruisende staven) - Geribde staalplaat: glad of geponst, gebruikt als bekisting - Draadgaas Nauwkeurige plaatsing: nauwkeurige afstanden t.o.v. bekisting en elkaar (10 -40mm) -> tegen corrosie & voor brandveiligheid 13. Ontkisten Delicaat proces: aanbrengen van ontkistingsproducten voor het storten: - Stookolie (o.a. mazout) - Olie met toevoeging van een oppervlakte actieve stof - Emulsie van water in olie en omgekeerd - Was - Scheikundig reagerende producten (neutraliseren cementbinding) Periode waarna ontkist mag worden afh.v. betonsamenstelling, kwaliteit, belasting, … -> bij beton met temp. tijdens verharding < 5°C: langer wachten (zie cijferwaarden H5-36) Aandachtspunten: - Geschikte werktuigen gebruiken - Meteen na ontkisting: uittrekken spijkers en reinigen bekistingsmateriaal - Goede inrichting v.h. werkterrein - Juiste opstelling v.d. machines 38 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 14. Afwerking en bescherming van betonoppervlakken 1. Gewoon uit de houten bekistingen: geen verdere afwerking 2. Gladde bekistingen voor een glad oppervlak: - Geschaafde planken - Multiplex (betonplex) - Staalplaat 3. Bekistingen die een textuur aan beton geven: - Gegroefd - Gezandstraalde planken (nerftextuur van hout) - Rubberen of kunststoffen voering met profilering 4. Boucharderen, bikken (techn. natuurstenen): mogelijke roestvorming op wapening 5. Slijpen, polijsten, zagen, splijten: meer bij betoncomponenten (blokken, tegels, …) 6. Gewassen beton: wegwassen van de fijnste granulaten -> toepasselijk op: - Één-laags beton - Twee-laags beton: bij uitwassen v.e. duur granulaat - Bijzonder dure/grote granulaten: lijmen v.d. granulaten of schikking op zandbed Technieken: - Wassen voor volledige harding - Wassen met zure oplossing (niet voor kalkstenen) - Toepassing van bindingsvertrager op de kistwand - Zandstralen 7. Beschermlagen: - Regenwerende maar dampdoorlatende preparaten o.b.v.: o Siliconen o Fluaten: bindt ook de nog vrije kalk o Zware koolwaterstoffen (o.a. aluminaten) maar vrij van silionen - Verven: latex of cementverf - Bepleisteren (mortel) Beste bescherming: doorgedreven verdichten door trillen -> reduceert porositeit tot 15% 15. Voorgespannen beton Wapening onder permanente spanning -> voordelen: - Beperking v.d. doorbuiging van structuren: vooral bij grote overspanningen - Vermijden van grote trekspanningen: krijgt als reactie op trekspannen extra druk -> minder/geen scheur Verschillende brevetten die verschillen door: - De samenstelling van de spankabel - De wijze van verankeren v.d. kabeleinden - De methode om de kanalen uit te sparen vooraf & wijze van vullen achteraf Zie procédés H5-38! 16. Milieu-impact van beton 39 CVG samenvatting bouwmaterialen deel 1 F. Glas 1. Het materiaal glas 1.1. Definitie Glas = homogeen en isotroop materiaal, met de molecule niet in regelmatig kristalrooster -> structuur lijkend op vloeistof: amorfe structuur (doorzichtigheid en isomorfisme) Opmerking: geen chemische formule/smeltpunt -> bij verhitten van vaste vorm naar plastische fase tot vloeibaar Natuurlijke vormen: obsidiaan en moldaviet 1.2. Fabricage 1. Geblazen glas: cilindrisch maken van glazen m.b.v. blaaspijp 2. Getrokken vensterglas: zowel horizontaal als verticaal 3. Float glas: gesmolten glas (1600°C) vlot op een bad gesmolten tin (1000°C in, 600°C uit) en uitgloeien (600°C) o Dikte is constant o Polijsten is niet vereist o Geen luchtbellen o Proces is continu en economisch o Brede glasplaten mogelijk (3m) 1.3. Samenstelling Hedendaagse glas: - SiO2 69-74% (= kwarts = doorzichtig) - Na2O 12-16% - CaO 5-12% - MgO 0-6% - Al2O3 0-3% 1.4. Eigenschappen van glas 1. Lichtdoorlatendheid & gedrag t.a.v. infraroodstraling Spectra: - Zichtbaar licht: 380 < golflengte λ < 780 nm -> zichtbare kleuren: violet -> rood -> voor violet: Ultraviolet (UV); voorbij rood: Infrarood (IR)/warmtestraling - Zonnespectrum: 200 < λ < 3200 nm -> golflengte warmtestraling groter/kleiner wanneer kouder/warmer Energie v.d. zon uitgezonden op aardbol = 1360Watt/m² maar slechts 47% bereikt aardopp. -> zonnestralen die de aarde bereiken: - 47% zichtbaar licht - 46% warmtestraling (780< λ ‘korte’ warmtestralingsgolven (780 < λ < 2800 nm) dr glas gereflecteerd + geabsorbeerd -> stralen warmte uit met grotere golflengte -> niet door glas naar buiten => serre-effect Lichttoetredingsfactor (LTA) = verhouding invallend vs. doorgelaten zichtbaar licht -> afh.v. lichtdoorlatendheid v.h. opp. v.h. glas en v.h. glas zelf & event. externe hindernissen => LTA- en ZTA-waarden kunnen sterk verschillen Verdeling v.h. natuurlijk licht in een kamer afh.v. plaatsing v.d. lichtdoorlatende openingen en reflecterende/absorberende eigenschappen v.d. wanden 2. Volumieke massa Tussen 2,4T/m³ en 6,0T/m³ -> 1m² glas van 1mm dik weegt ongeveer 2,5 kg (= ong. even zwaar als beton) 3. Mechanische eigenschappen Drukweerstand: 900 N/mm² Trekweerstand: 30 N/mm² Buigingsweerstand: 30 N/mm² Elasticiteitsmodulus 75*10³ N/mm² (=75 GPa) 4. Scheikundige eigenschappen Goede weerstand tegen alkali en zuur, maar fluorwaterstofzuur tast glasoppervlak aan 5. Hardheid: 7 op de schaal van Mohs 6. Breekbaarheid Zeer breekbaar, maar vermindering mogelijk door thermische/chemische behandeling -> oorzaak bij microscheurtjes bij snijden -> opl.: snijden met waterstraal + glas afschuinen 7. Doorlatendheid: ondoorlatend voor gassen en vloeistof 8. Thermische geleidbaarheid en isolatie van glas: λ = 0.8 W/m*K 9. Uitzettingcoëfficiënt: 8,5 à 9,1 * 10-6/K 10. Akoestische isolatie Ondoordringbaar voor geluid, maar kan aan trillen worden gebracht en stuurt trillingen door Isoleert niet elke geluidsfrequentie evenveel (dubbele beglazing met ‘massa veersysteem’) 11. Geur: geurloos en absorbeert geen geuren 12. Duurzaamheid: veroudert nagenoeg niet Kan verdonker