UHPC: van lab naar realisatie

Ultra high performance concrete (UHPC) is een veelbelovend bouwmateriaal met uitzonderlijke eigenschappen. Dat toont jarenlang onderzoek van ons betonlab aan. Toch wordt het momenteel in bouwkundige constructies nauwelijks toegepast – voornamelijk omdat betrouwbare rekenregels voor de constructeur ontbreken. In civiele constructies zijn er wel al (positieve) ervaringen. Ook het betonlab ENCI/CBR zette de stap van onderzoek naar concrete realisatie, samen met het Amsterdamse ingenieurs- en constructiebureau FDN.

UHPC.

Op dit moment is er voor UHPC nog geen regelgeving. NEN-EN 206 en NEN 8005 beperken zich tot beton met een karakteristieke kubussterkte van maximaal 115 MPa en de CUR-Aanbeveling tot beton met een kubussterkte van 97 tot 105 MPa. In (internationale) literatuur wordt UHPC gedefinieerd als beton met een karakteristieke kubusdruksterkte van ten minste 150 MPa.

Werking

De unieke eigenschappen van UHPC komen tot stand door de betonsamenstelling verregaand te optimaliseren. Zo is er geen sprake meer van de toepassing van het grof toeslagmateriaal Dmax > 4 mm. De ruimte tussen de toeslagmaterialen wordt maximaal opgevuld met poeders van verschillende fijnheden om tot een optimale pakkingsdichtheid te komen. Omdat de verhoogde (druk)sterkte het beton brozer maakt, bevat UHPC vrijwel altijd een cocktail van staal- en/of kunststofvezels. Een lage waterbindmiddelfactor (wbf) in combinatie met vezels maakt de toepassing van hoogwaardige superplastificeerders noodzakelijk. UHPC is in principe zelfverdichtend.

Onderhoudsvrij

Omdat speciale vulstoffen zoals microsilica en staalvezels aan het UHPC-mengsel toegevoegd worden, neemt ook de permeabiliteit af. Voordeel: er kunnen minder chloriden, dooizouten en andere stoffen binnendringen. Het beton is dan ook voor minimaal 100 jaar onderhoudsvrij. Door de verbeterde sterkte is UHPC ideaal voor slanke constructies en lange brugoverspanningen die, in vergelijking met andere materialen, duurzamer zijn en minder onderhoud vergen.

Samenwerking

ENCI voert al jaren mengselonderzoek voor UHPC uit. Om een betonsamenstelling te formuleren die constructies nog slanker en nog sterker maakt, bundelen ENCI/CBR en ingenieurs- en constructiebureau FDN hun krachten. Op basis van die ervaring bespreken de partners of ze samen slanke constructies en grotere verkeersbruggen kunnen maken, voor normale en zware verkeersbelasting. De volgende stap? UHPC een bredere toepassing geven in de markt.

Belastingproef

FDN ontwierp en bouwde in 2012 in Rotterdam al de eerste Ultrabrug met UHPC. In de zomer van 2015 realiseerde FDN een tweede Ultrabrug over het Eindhovens kanaal. De voetgangersbrug is gemiddeld 400 millimeter dik: een sandwichpaneel met een dekplaat van 80 mm, een onderplaat van 150 mm en een tussenlaag met polystyreen. De brug uit UHPC is daarmee bijna een factor 2 dunner dan de klassieke brugdekken.

Op 15 oktober 2015 voerde ENCI samen met FDN, Mebin en De Jong’s betonbedrijf een belastingproef uit nabij de voetgangersbrug in Eindhoven. Er werd een betonplaat uit UHPC gemaakt van 5 meter lang, 3 meter breed en 45 mm dik, met een sterkteklasse C170/200. Een betonmixer reed eroverheen zonder dat de plaat bezweek. Daarna werd de plaat tot bezwijken toe belast en daaruit bleek dat een heel hoge belasting mogelijk is.

Eigenschappen (indicatief)
EigenschapGewoon betonHSBUHPC
Druksterkte (MPa)20-5565-115150-200
Treksterkte (MPa)2,3-4,34,5-5,06-10
Elasticiteitsmodulus (GPa)28-3838-4150-60
Volumieke massa (kg/m³)240024502525