Druksterkte van beton

De druksterkte van beton is de maximale drukbelasting die beton kan weerstaan voordat het bezwijkt of faalt. Druksterkte wordt meestal uitgedrukt in megapascal (MPa) oftewel Newton per vierkante mm (N/mm²) en wordt gemeten door middel van een drukproef. De druksterkte varieert afhankelijk van de samenstelling en kwaliteit van het beton. Typische waarden voor de druksterkte na 28 dagen verharden variëren van 20 MPa voor lichtgewicht beton tot meer dan 80 MPa voor hogesterkbeton.

De druksterkte van beton is een cruciale parameter bij het ontwerpen van betonconstructies, zoals gebouwen, bruggen en dammen. Ingenieurs berekenen de benodigde druksterkte op basis van de verwachte belastingen en de ontwerpeisen om ervoor te zorgen dat de constructie veilig en duurzaam is.

Beton heeft de eigenschap dat het in de loop van de tijd sterker wordt door het verhardingsproces, bekend als “rijping.” Dit betekent dat de druksterkte na verloop van tijd zal toenemen. De reactie tussen cement en water gaat ook na 28 dagen namelijk nog langzaam door. Na het storten ondergaat beton verschillende chemische en fysische processen die invloed hebben op zijn mechanische eigenschappen, waaronder de druksterkte.

Het is belangrijk op te merken dat de druksterkte van beton niet oneindig blijft toenemen. Er is een punt waarop de toename in sterkte afvlakt en het beton zijn maximale druksterkte bereikt (zie grafiek). Om de sterkteontwikkeling te evalueren en de geschiktheid voor gebruik in constructies te bepalen, wordt de druksterkte van beton gemeten op verschillende leeftijden, zoals 7 en 28 dagen en soms zelfs langer. De druksterkte bij 28 dagen wordt gebruikt als standaardreferentiewaarde bij het specificeren van de betonkwaliteit voor bouwprojecten.

De ontwikkeling van de druksterkte van beton in de tijd is een belangrijk aspect bij het begrijpen van de prestaties van betonconstructies. Deze ontwikkeling hangt af van verschillende factoren en verloopt in verschillende fasen. Een betonmengsel wordt onder andere op de sterkte eisen ontworpen. In de prefab betonindustrie maakt men gebruik van een vroege sterkte die voldoende stevig is om de vorm van de mal te behouden na bijvoorbeeld 8, 16 of 24 uur. Zo kan de productie de mallen in een dagelijkse cyclus of meerdere cycli per dag gebruiken.

Hier is een overzicht van de algemene ontwikkeling van de druksterkte van beton in de tijd:

1. Direct na het storten (groene sterkte): Onmiddellijk na het storten en verdichten van beton is de druksterkte laag. Dit wordt de “groene sterkte” genoemd.
2. Vroege sterkte (1-7 dagen): Gedurende de eerste dagen na het storten van beton ondergaat het een snelle toename in druksterkte, vooral tijdens de eerste 48 uur. Dit is de “vroege sterkte” fase. Tijdens deze fase is de sterkteontwikkeling te wijten aan de chemische reactie tussen cement en water, bekend als hydratatie.
3. Middenstadium (7-28 dagen): Na de vroege sterkteperiode begint het beton zijn sterkte geleidelijk te ontwikkelen in een meer gestage snelheid. Tussen 7 en 28 dagen bereikt het beton de sterkte die hoort bij de sterkteklasse.
4. Late sterkte (28 dagen en daarna): Na 28 dagen blijft beton doorgaans in sterkte toenemen, maar in een trager tempo. Het kan nog enkele maanden tot jaren duren voordat beton zijn maximale sterkte bereikt, afhankelijk van verschillende factoren, waaronder de samenstelling van het mengsel, de omgevingstemperatuur en de luchtvochtigheid.

Wanneer de betonspecie zo is samengesteld dat deze direct na verdichten zonder mal de vorm kan blijven behouden, noemt men dit de groene sterkte van beton. Toepassingen zijn bijvoorbeeld het leggen van betonnen wegen en fietspaden: hierbij rolt een slipformpaver langzaam over het pad met een laag beton dat in de vorm blijft staan als gevolg. Ook bij producenten van bijvoorbeeld kanaalplaatvloeren en rioleringsbuizen wordt gebruik gemaakt van extrusie: de betonspecie wordt gevormd door de mal en terwijl de mal doorschuift, blijft de vorm in beton staan. Dit beton is nog niet direct belastbaar, daartoe moet het eerst verder uitharden.

Ook bij het 3D printen van beton wordt een vorm van groene sterkte gebruikt: zodra de betonspecie uit de nozzel van de printer komt, moet het ongeveer de vorm behouden. Extra uitdagingen bij het betonprinten zijn dat de specie nog voldoende hechting moet hebben om zich met de vorige en volgende lagen te verbinden tot één geheel en elke laag moet de daarboven geprinte lagen kunnen dragen.

Vanuit het oogpunt van duurzaamheid  kan het waardevol zijn om de doorgroei in sterkte van beton te benutten in een project. Omdat over het algemeen voor een hogere sterkte meer bindmiddel nodig is, kan met het meten van de constructief benodigde sterkte op 90 dagen, in plaats van de standaard 28 dagen, het beton met minder bindmiddel gemaakt worden.

Het is belangrijk op te merken dat het benutten van de 90-daagse sterkte van beton meestal vereist dat de bouwplanning en het ontwerp van het project hierop zijn afgestemd. Ingenieurs moeten de sterkteontwikkeling van het beton zorgvuldig in overweging nemen bij het dimensioneren van de constructie en het plannen van het bouwproces. Over het algemeen betekent het rekenen met de 90-daagse sterkte als constructief benodigde sterkte, dat de vroege sterkte lager is, waardoor de constructie pas later belast kan worden en/of de bekisting langer moet blijven staan. Hiermee moet terdege rekening gehouden worden in de bouwplanning. Daarnaast kan de 90-daagse sterkte niet volledig worden benut, omdat de Eurocode al impliciet rekening houdt met een doorgroei in druksterkte. Correctiefactoren voor het rekenen met de 90-daagse druksterkte zijn opgenomen in de Eurocode en in CROW-CUR-Aanbeveling 122.

De kubusdruksterkte van beton verwijst naar de maximale drukbelasting die een standaardkubusvormig betonmonster met zijden van 150 millimeter kan weerstaan voordat het bezwijkt. Dit is een veelgebruikte maatstaf om de druksterkte van beton te meten en wordt uitgedrukt in megapascal (MPa) oftewel Newton per vierkante millimeter (N/mm²).

De kubusdruksterkte is een belangrijk criterium bij het specificeren en ontwerpen van betonmengsels voor verschillende bouwtoepassingen. Voor constructieve toepassingen worden minimale kubusdruksterkte-eisen vastgesteld om ervoor te zorgen dat het beton de vereiste sterkte heeft om de verwachte belastingen te dragen.

De tabel waarin de minimale druksterktevereisten voor beton worden gespecificeerd, kan worden gevonden in de Europese norm voor beton EN 206. Zie ook de tabel hiernaast (hierboven op mobiel).

Een standaard kubus voor het testen van de druksterkte heeft een riblengte van 150 mm. Een standaard cilinder heeft een doorsnede van 150 mm en een hoogte van 300 mm, dus in een verhouding 1:2.

In aanvulling op EN 206 werken we in Nederland met de norm NEN 8005. Deze norm geeft aanvullende eisen daar waar EN 206 verwijst naar nationale regelgeving. In NEN 8005 worden onder andere eisen gesteld aan de water-cementfactor (verhouding tussen cement en water) op basis van de beoogde toepassing en blootstelling aan omgevingsfactoren.

Normaal beton heeft een gemiddelde druksterkte van ongeveer 20 tot 130 N/mm² (MPa). Ultra-hogesterktebeton heeft een druksterkte van 150 tot 200 N/mm². De sterkteklassen C60/75 en hoger worden gebruikelijk hogesterktebeton genoemd. Ultra-hogesterktebeton valt buiten de classificatie in de norm, waardoor er voor toepassing van ultrahogesterktebeton aanvullende bewijslast voor constructieve veiligheid gevraagd wordt.

Veel mechanische eigenschappen van beton kunnen worden gelinkt aan de druksterkte van beton. Lees via de link meer over de andere mechanische eigenschappen van beton.