Samenvatting Materiaalleer 1 PDF

Preview

Summary

samenvatting...

Description

Materiaalleer

Bert Belmans, HCO, BA1 ARCH

Inhoudstafel 1.

2.

3.

Kunststeen I. Bestandsdelen II. Cement III. Gips IV. Kalk V. Mortel  Geschiedenis Beton I. Geschiedenis II. Algemeen III. Voorschrijven IV. Eigenschappen  Chemisch  Fysisch  Mechanisch  Productie-technisch V. Gebruik Hout I. Inleiding II. Duurzaam bosbeheer III. Houtstructuur IV. Houtsoorten V. Houtanatomie  Groei van de boom  Macroscopisch  Groeiringen  Microscopisch VI. Eigenschappen  Volumieke massa  Vochtgehalte  Krimpen en zwellen  Lineaire uitzettingscoëfficiënt  Sterkte VII. Houtsoorten, sterkteklassen en producten  Gebreken in hout  Sterkteklassen VIII. Duurzaamheidsklassen en verduurzaming  Schimmels  Insecten  Houtverduurzaming

IX.

Houtproducten  Gelijmd gelamineerde ligger  Laminated veneer lumber LVL  Laminated strand lumber LSL  Parallel strand lumber PSL

1

4. 5.

 Cross laminated timber CLT  Meubelplaten  Multiplex  Oriented strand board OSB  Spaanplaat  Medium density fibreboard MDF  Boardplaten/vezelplaten Isolatiematerialen Lijmen en kitten I. Lijmen II. Kitten

2

1) Kunststeen   

Steen die door de mens vervaardigd is Calcium-houdend bindmiddel + toeslagstoffen + water Verschillende materialen in verschillende vormen  Mortel: voegmortel, pleistermortel, tegelmortel, mortel voor vloerafwerking  Beton: ter plaatse gestorte of geprefabriceerde balken, platen, kolommen, funderingen  Gips: cellenbetonblokken of -elementen of -panelen  Hydraulische kalk: houtwolcementplaten, kalkzandsteen, blokken of elementen

1.1 Bestandsdelen 







Bindmiddelen:  Hydraulische bindmiddelen = water nodig voor verharding hydratatieproces -> chemische verhardingsreactie (exotherm)  Niet-hydraulische bindmiddelen = geen water nodig voor verharding verharding door koolzuur in de lucht  Cement, gips of kalk Toeslagmateriaal (granulaten)  Zand, grind, gebroken natuursteen, betonpuin, …  Indeling volgens afmeting: grof/fijn oorsprong: natuurlijk/kunstmatig/gerecycleerd volumieke massa: licht/normaal/zwaar  Kleiner dan 125 µm -> voor goede verwerkbaarheid (plastificerend effect) -> voor stabiliteit van het mengsel -> vb. fillers, vliegas en microsilica Water  Gebruikt voor de aanmaak: enerzijds voor de chemische binding, anderzijds voor de verwerkbaarheid  Spoelen en vochtig houden  Zuiver van organische stoffen, zouten en zuren  Overschot aan verdampt en laat poriën achter -> gelporiën: 3 nm -> capillaire poriën = 30 nm => meer poriën = minder sterk => streven naar een lage water/cement factor (W/C) Hulpstoffen: eigenschappen beïnvloeden  Specie = onverhard product  In specie: (super)plastificeerders, waterretentiemiddelen, vertragers, vesnellers -> plastificeerders worden gebruikt om minder water te verbruiken, verlaagt de wrijving en verhoogt de verwerkbaarheid, bij te veel plastificeerders worden er luchtbelletjes gevormd, niet bij superplastificeerders (duur, kortere werkzaamheid) 3

 In verhard product: luchtbelvormers, expandeerders -> luchtbellen zorgen voor betere isolatie, onderbreken van capillaire poriën en een betere verwerkbaarheid 



 Luchtbel aanbrengen in beton om afschilfering door vorst te vermijden: er is ruimte vrij voor water om uit te zetten zonder barsten te doen ontstaan  Producten worden aangepast om minder poriën te hebben, de kleur aan te passen, de verwerkbaarheid te verbeteren, warmte minder snel te laten vrijkomen, …

1.2 Cement   



Portlandklinker en eventueel, vliegas, hoogovenslak en/of kalksteen  Cementtype afhankelijk van de verhouding tussen de bestandsdelen Portlandcement = portlandklinker + 5% gips (CEM I) Hoogovencement = toevoeging van hoogovenslakken  Weinig slak = CEM III/A  Veel slak = CEM III/B (goed bestand tegen zeewater/vuil water)  Heel veel slak = CEM III/C Cementoven: water eruit halen koolstof eruit halen + calcinatie sinteren (vorming van klinker)  Grondstoffenmengsel: kalksteen/krijt, leisteen/klei  In poedervorm = droog procedé, als deeg = nat procédé 4





Verschillende soorten door andere samenstelling:



Verschillende druksterktes door verschil in snelheid van het uitharden  R = snel, N = normaal  Cementblokken vochtig bewaren en na 28 dagen testen



Bij koud weer liever cement die snel uithardt vb. portlandcement  Bij het uitharden van portlandcement komt ook veel warmte vrij 5

 





Bij warm weer beter hoogovencement want een traag uithardingsproces zorgt voor minder poriën en een betere duurzaamheid Sterkte van de cementsteen wordt bepaalde door de chemische reacties  Water + tricalciumsilicaat = snelle sterkteontwikkeling 28 dagen  Water+ dicalciumsilicaat = trage sterkteontwikkeling > 28 dagen Verhardingsproces: hydraulisch bindmiddel  Cementkorrels worden gescheiden door een waterfilm  De reactie met water gebeurt onmiddellijk  Na enkele uren verstijft de cementpasta (exotherm proces)  Na enkele dagen verhardt de cement (kristalnetwerk) Minimale druksterkte na 28 dagen: 32,5 N/mm²; 42,5 N/mm²; 52,5 N/mm²  Sterk afhankelijk van de water-cement factor (W/C) = de verhouding tussen de massa van water en de massa van cement  W/C beton = 0,4-0,6  W/C mortel = 0,6-0,8  Grotere W/C-factor = meer poriën = minder sterk = minder duurzaam







Trillingen beïnvloeden het uitharden -> prefabbeton gebruiken bij autostrades 6







Soorten:  Pasta of specie = niet droog of verhard (cementpasta, mortelspecie, …)  Verhard = cementsteen, mortelsteen, … Bestanddelen: inerte materialen (granulaten) + verharde cementpasta (bindmiddel)

1.3 Gips      

Natuur (gipssteen) en industrieel (bijproduct elektriciteitscentrales) Gebrand bij 160°C -> poeder (< 0,3 mm) Gips + water = snelle uitharding en uitzetting Kalk toevoegen = vertragen van het uitharden en minder uitzetting Gips = zuur -> glasvezelwapening i.p.v. staal want anders corrosie Fabricage van plaatelementen en pleisterwerk  In vochtige ruimtes: kalk-cement pleister o.w.v. aantasting door water Anhydriet vloeren: weinig krimp = weinig voegen voorzien

1.4 Kalk      



Branden van kalkhoudende gesteenten (CaCO3) Niet hydraulisch (luchtkalk, Zuid-Duitsland): hardt uit in de lucht hydraulisch (Doornikse kalksteen = verontreinigd met klei) Verhitting tot 900°C = ongebluste kalk of gebrande kalk (CaO) + blussen met water = gebluste kalk (Ca(OH)2) Droogblussen = juist genoeg water toevoegen aan hydraulische kalk  Verdampt volledig bij de chemische reactie -> poeder Natblussen = water + luchtkalk -> natte kalk/vette kalk (douches in Marrakesh) Luchthardend: uitharding door carbonatie = reactie met CO2 uit de lucht  Vorming van calciumcarbonaatkristallen  CL = calciumhoudende kalk  DL = dolomitische kalk Hydraulisch: HL = hydraulisch: aanwezigheid van C2S zorgt voor snelle sterkteontwikkeling bij Portlandcement  NHL = verontreinigde kalksteen  NHL-Z = synthetische stoffen om de hydrauliciteit bij te sturen 7

1.5 Mortel 









Zuiver water + cement + fijne en zeer fijne toeslagstoffen of vulstoffen + eventueel  Gemalen tufsteen of tras (vulkanisch, licht hydraulisch)  Hulpstoffen (plastificeerders, luchtbelvormers, vertragers of versnellers)  Schuimmiddelen  Isolerende vulmiddelen (geëxpandeerde kleikorrels, perliet, lava, geëxpandeerde kurk, vermiculiet) Soorten mortel ingedeeld volgens samenstelling  Kalkmortel: kalk en zand  Cementmortel: cement en zand  Bastaardmortel: cement, kalk en zand  Trasmortel: cement, tras, kalk en zand Soorten mortel ingedeeld volgens toepassing  Metsel- en voegmortel: bastaardmortel of strasmortel (water- e vochtdicht metselwerk)  Pleistermortel: wanden of plafonds, raaplaag in bastaardmortel en bij wit pleisterwerk bestaat de eindlaag uit kalk en gips  Tegelmortel: vloeren of wanden, met cementmortel met portlandcement, zo niet -> vlekken op de voorkant van de tegel  Vloermortel: afwerking van vloeren cementmortel + kwarts, carborundum, metaalslijpsel of kunststof op slijtweerstand te verhogen -> terrazzovloeren, anhydriet gebonden gietdekvloeren Volumeverhouding tussen bindmiddel (cement + kalk) en zand:  1:3 = metselmortel  1:2 = waterdichte mortel  + kalk = grotere verwerkbaarheid en elasticiteit Gemiddelde sterkte (bezwijkspanning) fm = 2,5 MPa (M2,5); 5 MPa (M5); M8; M12; M20

1.5.1 Geschiedenis 





Metselspecie:  Vanaf het begin van metselen gebruikt men kalkmortel met schelpkalk  Bij duin- of bergzand verhouding kalk/zand = 1/3 Bij grof rivierzand = 1/2  Nadien gebruik van steenkalk: gelijkmatiger en witter  Trasmortel = donkerder Voegspecie:  Kalkvoegen worden grijs tot zwart, vooral aan de west- en zuidzijde door de zuidwesten windrichting in België (slagregen)  Cementvoegen zijn licht- tot donkergrijs  Slechte kwaliteit door meer zand i.p.v. cement in specie Buitenpleisters:  Vooromen van vochtdoorslag door de steense muur  Verbergen lelijke stukken metselwerk (verbouwingen) 8







 Decoratief zoals kaleien  Meestal mengsel van tras, kalk en zand (vuilwit) Binnenpleisters:  Kalk-gips mengsel vanaf 1700  Eerst riet of paardenhaar voor wapening  Vanaf begin vorige eeuw steengaas voor wapening  Tegenwoordig vooral gipspleister Gebruik van natuurlijke bindmiddelen (klei en bitumen) -> luchthardende bindmiddelen (gips en luchtkalk) -> Romeins cement = mergel + hydraulische kalk (mergel = hoog percentage kleimineralen) -> laatste 100 jaar cement en organische bindmiddelen (kunststofharsen en aardoliederivaten) Kalk raakte in de vergeethoek -> cement  Snellere sterkteontwikkeling + homogenere samenstelling  Kalk -> gips voor pleisterwerk

2) Beton 

Betonspecie = grove toeslagstoffen (grind > 4 mm) + fijne toeslagstoffen (zand < 4mm) + cement + water + eventueel hulpstoffen

2.1 Geschiedenis  

 

   

2000 v. Chr.: ongewapend beton in combinatie met metselwerk  Romeinen konden beton maken doormiddel van een soort cement van vulkanen Romeinen: ongewapend beton tussen twee gemetselde paramenten en in boogconstructies  Hoofdzakelijk drukkrachten  Onderaan grote horizontale reacties (spatkrachten) die opgevangen moeten worden, meestal door zware muren en funderingen  Na de val van het Romeinse rijk verdween beton tot het begin van de 19e eeuw In 1824 ontdekte Aspdin de fabricatiemethode voor kunstmatige portlandcement  Vooral toepasbaar in dammen, funderingen, buizen en vloeren In 1854 vond Lambot gewapend beton uit  Snelle evolutie  Staal gecombineerd met beton om trekspanning op te vangen onderaan de balken Toepassingen van voorgespannen beton zorgen voor verlegging van de grenzen van overspanningen Voorspanstaal kan 3 maal grotere trekspanningen opvangen dan klassiek betonstaal In voorgespannen beton zijn de scheuren die ontstaan aan de trekzijde, alsook de doorbuiging veel kleiner dan bij gewapend beton Staal en beton = match made in heaven  Goede aanhechting tussen staal en beton  Thermische uitzettingsfactoren zijn ongeveer gelijk 9

 Staal roest niet omdat beton een alkalisch milieu creëert (indien voldoende dekking)

2.2 Algemeen 



 



Soorten beton volgens toeslagmateriaal: grindbeton, slakkenbeton, lichtbeton, gewoon beton en zwaar beton (= sterker, akoestisch beter) Volgens bindmiddel: beton (in geval van cement), asfaltbeton (wegenbouw) Volgens transportwijze: gietbeton, pompbeton Volgens verdichtingswijze: schokbeton, trilbeton, vacuümbeton, zelfverdichtend beton Volgens wapeningswijze: gewapend beton, voorgespannen beton, vezelversterkt beton Volgens stortwijze: ter plaatse gestort, geprefabriceerd, onder water gestort, spuitbeton Samenstelling in volumeprocenten:  70-80% granulaten (waarvan 50-70% grind en de rest zand)  10-15% cement  15-20% water  0,5-1% hulpstoffen  2-5% lucht  Voorbeeld: totaal 2257 kg/m³ -> 1150 kg grind -> 750 kg zand -> 350 kg cement -> 120 L water (+ 30 L in grind + 25 L in zand = 175 L water) -> 7 L plastificeerders -> W/C-factor = 0,5 Korrelverdeling van granulaten beïnvloedt de verwerkbaarheid, dichtheid en sterkte  Hoeveelheid cementsteen wordt geminimaliseerd (= zwakste schakel) Korrelverdeling zand en grind binnen bepaalde grenzen  Holtes tussen grote granulaten worden opgevuld door kleine granulaten  Overblijvende holtes worden opgevuld met nog kleinere granulaten Zeefcurve = zand of grind door een set van zeven laten gaan en de zeefrest bepalen  Zeefdoorval = 100% - zeefrest  Curve ontstaat door op de horizontale as de zeefdiameters logaritmisch uit te zetten en op de verticale as de zeefrest links en de zeefdoorval rechts

10



Korrelmaat of kaliber granulaat = d/D = diameters waartussen het grootste deel van de korrels gelegen is (d = ondergrens, D = bovengrens)  Fijn zand: d/D is 0/1  Betonzand: d/D is 0/4  Grind voor kiftbeton: d/D is 4/14 of 2/8  Grind voor gewoon beton: d/D is 8/22 of 4/32

2.3 Voorschrijven  

Op basis van samen stelling volgens NBN EN 206-1 en NBN B15-001 Op basis van prestatie (vanuit betoncentrale geleverd)  Constructie-eisen?: sterkte, gebruiksdomein en omgevingsklasse  Uitvoeringseisen?: consistentieklasse en max korreldiameter  Aanvullende eisen?: speciale omgevingen, vorst, …



Sterkteklasse: de gemiddelde sterkte fm (of bezwijkspanning) van beton wordt na 28 dagen bewaring onder water (20°C) beproefd op:  Cilinders: diameter 15 cm en hoogte 30 cm  Kubussen: zijde 15 cm



Betonsterkteklassen Cfck/Cfck,cub  Gewapend beton (vaak C25/30 of C30/37, kortweg C25 of C30) (25 = cilinder, 30 = kubus)  Treksterkte = ± 10 x lager dan druksterkte (meestal verwaarloosd)  Vanaf C60/75 = hogesterktebeton  W/C-factor 0,30-0,35 (hulpstoffen en vulstoffen) -> duurzamer en slijtvaster

11

2.4 Eigenschappen 2.4.1 Chemisch  

Mortel en beton = alkalisch (ph ± 13 door vrije kalk/calciumhydroxide in poriënwater) = passivatielaag -> beschermt wapeningsstaal Carbonatatiereactie: vrij kalk Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O  Carbonatatiefront = verlaging ph tot 8 -> betonrot (oxidatie/corrosie)

12

2.4.2 Fysisch 

Thermisch: grote massa 2400 kg/m³ = grotere thermische capaciteit



Visueel: uitwassen, beitsen, zandstralen, zuren, polijsten, boucharden, glad, plankjesbeton  Polieren (politoeren/vlinderen) -> polijsten

 Beitsen = aanbrengen van een transparante of dekkende (beschermende) laag

 Zandstralen (onder hoge druk): licht zandstralen -> zandkorrel zichtbaar grondig stralen -> granulaten zichtbaar

 Zuren/dompelen:

13

 Uitwassen -> oppervlaktevertrager/bindingsvertrager of hogedrukreiniger invloed op uitzicht en ruwheid

 Boucharden (hameren):

 Glad: architectonisch

 Plankjesbeton:



14



Akoestisch: nagalmtijd T in s < 0,5: gemeubelde kamer 0,6: kantoor 0,75: klaslokaal 1: muzieklokaal 1,4: operazaal



Vocht: capillaire zuiging door poriën en scheurtjes  < 0,4 mm = water’dicht’  Opletten voor aansluitingen/storvoegen en grindnesten  µ = 50 (mortel en beton) µ = 20 (pleisterwerk)



Kalkuitslag: onder invloed van een vochtige omgeving kan kalkuitslag (calciet of CaCO3) of vervuiling

15



2.4.3 Mechanisch 

Karakteristieke druksterkte in MPa: (treksterkte ≈ druksterkte x 0,1)



16

2.3.5 Productie-technisch 











Schuimbeton:  een schuimmiddel op proteïnebasis of op basis van chemische middelen of een combinatie wordt toegevoegd  volumieke massa van 400-1600 kg/m³  toegepast in kruikelders om te isoleren Hogesterktebeton:  Vanaf C60/75 tot C200  Groot cementgehalte en W/C-factor rond 0,3 – 0,35: zeer dicht en duurzaam beton  Hoge dosis aan hulpstoffen en vulstoffen (silica fume: komt vrij bij de fabricage van staalsoorten) Onderwaterbeton:  Met behulp van stortkokers om ontmenging tegen te gaan  Ook door grind vooraf aan te brengen en cementspecie nadien te injecteren  Toevoegen van waterretentiemiddelen die de cementspecie colloïdaal (geleiachtig) maakt -> hogere viscositeit Spuitbeton:  Met behulp van perslucht aangebracht en tegelijk verdicht  In dunne lagen aangebracht met korreldiameter kleiner dan 8 mm  Voor reparaties in beton of tunnelbouw Vezelversterkt beton:  Mengen van 15-30 kg (staal)vezels per m³ beton  Staalvezels (recht of gekromd) voor vloeren  Kunststofvezels voor prefab betonelement Afwerkvloeren: (boven dekvloer/chape)  Strenge eisen betreffende vlakheid, stroefheid, slijtvastheid, bestandheid tegen agressieve stoffen, eisen aan schoonhouden  Cementgebonden (5 mm tot 30 mm) of kunstharsgebonden (0,2 mm tot 5 mm) vloer  Hechtend aan te brengen op de ondervloer

2.5 Gebruik 

Bekisten:  Traditionele bekisting: éénmalig gebruik  Systeembekisting: herbruikbaar, vaak staal  Verloren bekisting: blijft ter plaatse, holle betonblokken, breedplaten voor wanden, buizen voor kolommen, vloerelementen (potten en balken, welfsels, breedplaten, metaalplaten)

17

  

 

Wapening van beton kan bestaan uit losse staven of netten Betondekking door afstandshouders Storten en verdichten: opletten voor ontmenging, storten vanop beperkte hoogte, dikke elementen in lagen (30 cm)  Storten binnen 1 uur na aanmaken  Verdichten (trilnaden, trilplaten, zelfverdichtend)(lucht 10-20%) verwijderen Nabehandelen: eerste week na het storten beschermen tegen uitdroging -> plastische krimp Bij vorst:  Beschermen met behulp van isolatie of verwarming  Versnellers toepassen  Cement kiezen met een vluggere sterkte- en warmteontwikkeling (portland CEM I)

3) Hout 3.1 Inleiding       

Hout is zeer beschikbaar en transporteerbaar Makkelijk te bewerken Relatief sterk -> relatief grote overspanningen mogelijk Prijs varieert, goedkoop mogelijk Natuurlijk: tekening, kleur, textuur en hernieuwbaar Alles-kunner = multi-inzetbaar: constructief en niet constructief Te gebruiken als vol hout of afgeleide materialen: OSB, laminaat, MDF, …

3.2 Duurzaam bosbeheer    



1970: grenzen aan de groei -> bezorgdheid over de uitputting van de natuurlijke energiebronnen Eind 1980: besef dat de bescherming en het behoud van het milieu een gezamenlijk belang is, duurzaam bosgebruik in tropische bossen 2000: duurzaam bosbeheer voor alle bossen Internationale regels:  Ecologisch verantwoord  Sociaal-cultureel nuttig  Economisch haalbaar Integrale aanpak duurzaamheid: wegennet, inventarisatie, scholing bosarbeiders, eerlijke verloning, veiligheidsmaatregelen en werkomstandigheden, rechten van de belanghebbenden en bescherming van kwetsbare en unieke bosgebieden 18



Verschillende partijen betrokken: traject bos-zagerij-eindproduct = chain of custody



FSC-logo: internationale organisatie in 1933 opgericht door milieu- en mensenrechtenorganisaties, inheemse bevolkingsgroepen en bedrijven uit de houthandel  Consument is zeker dat hout uit duurzaam beheerd bos komt  Strikte criteria: verschillende bossen krijgen verschillende labels  10 principes van FSC: opzoekbaar



 FSC bossen vooral in Vlaanderen  Afrikaans hout importeren ...