zelfheling van thermische scheuren in sandwich panelen

Zelfheling van thermische scheuren in sandwich panelen Pieter De Backer Promotor: prof. dr. ir. Nele De Belie

Begeleiders: dr. ir. Elke Gruyaert, dr. ing. Kim Van Tittelboom

Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van

Master in de ingenieurswetenschappen: bouwkunde

Vakgroep Bouwkundige Constructies

Voorzitter: prof. dr. ir. Luc Taerwe

Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur

Academiejaar 2011-2012

De toelating tot bruikleen

"De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van

de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik.

Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking

tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze

masterproef."

Pieter De Backer 4 juni 2012

Voorwoord In dit voorwoord wil ik mijn dank betuigen aan alle mensen die mij geholpen hebben om mijn scriptie

tot een goed einde te brengen.

Eerst en vooral wil ik Kim en Elke bedanken voor hun uitstekende begeleiding. Bedankt voor jullie

nauwgezette opvolging van mijn werk en voor de vele tips die jullie mij gaven. Bedankt dat jullie

altijd beschikbaar en bereid waren om mij te helpen. Graag bedank ik ook prof. dr. ir. Nele De Belie

voor het aanbrengen van dit thesisonderwerp.

Ook wens ik Wim Moerman te bedanken voor de rondleiding in de productiehal van

sandwichpanelen en Timoty T’jampens voor de hulp tijdens het maken van de sandwichpanelen.

Vervolgens wens ik iedereen te bedanken die mij geholpen heeft bij mijn experimentele studie: Jan

en Peter voor het opstellen van de meetapparatuur, Cédric en Rodney voor het installeren van de

sandwichpanelen, Stefan voor het boren van betonkernen, Marc voor het verzagen van

mortelproefstukken, Dieter en Nicolas om me te helpen bij veel kleine werkjes, Tim voor het helpen

capsules snijden en Django voor het helpen vullen van capsules.

Dank u wel aan mijn ouders voor de vele steun tijdens mijn studies en in het bijzonder tijdens het

werken aan deze thesis. Mijn moeder wil ik nog bedanken voor het nalezen van mijn thesis.

Ten slotte wens ik mijn medestudenten te bedanken voor de vele uren samen thesissen en de nodige

ontspanning tussendoor.

Zelfheling van thermische scheuren in sandwich panelen door

Pieter De Backer

Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van

Master in de ingenieurswetenschappen: bouwkunde

Promotor: prof. dr. ir. Nele De Belie

Begeleiders: dr. ir. Elke Gruyaert, dr. ing. Kim Van Tittelboom

Vakgroep: Bouwkundige Constructies

Voorzitter: prof. dr. ir. Luc Taerwe

Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur

Universiteit Gent

Academiejaar 2011-2012

Samenvatting

Een geïsoleerd sandwichpaneel dat overdag opwarmt door de zon en ’s nachts afkoelt, gaat

uitbuigen en terugbuigen. Het buigen ontstaat door thermische uitzetting van het buitenblad waar

de zon op schijnt, terwijl het binnenblad niet uitzet. Ontstaan er te grote trekspanningen in het

buitenblad, dan gaat het buitenblad scheuren. Scheuren maken het mogelijk dat water en andere

agressieve stoffen het beton kunnen binnendringen en de wapening kunnen aantasten. Na verloop

van tijd kan deze aantasting de stabiliteit van het sandwichpaneel in het gedrang brengen. Zowel op

esthetisch als op constructief vlak moet een oplossing gezocht worden voor dit probleem.

Het is mogelijk om de sandwichpanelen uit zelfhelend beton te vervaardigen. Capsules gevuld met

helend agens kunnen in het beton ingebed worden. Bij scheurvorming in het buitenblad van het

paneel breken de capsules en laten ze het helend agens vrij. Het helend agens vult de scheur op en

herstelt het beton tot zijn originele toestand.

In deze scriptie worden polyurethanen en waterafstotende middelen getest om ingekapseld te

worden in sandwichpanelen. Het betreft proeven op hechtsterkte van polyurethaan en

waterabsorptie in gescheurde mortelproefstukken geïnjecteerd met polyurethaan of een

waterafstotend middel.

De cyclische opwarming en afkoeling van de panelen wordt gesimuleerd in een opstelling met een

zwaar gewapend sandwichpaneel en een sandwichpaneel uit zelfhelend beton. Met het zwaar

gewapend paneel wordt geprobeerd om minder scheuren te verkrijgen. Bij het sandwichpaneel uit

zelfhelend beton worden vijf verschillende zelfhelende agentia in het buitenblad aangebracht en

wordt gekeken of het beton hersteld wordt in zijn originele toestand.

Trefwoorden: autonome heling, sandwichpanelen, thermische scheurvorming

Self-healing of thermal cracks in sandwich panels

Pieter De Backer

Supervisors: prof. dr. ir. Nele De Belie, dr. ir. Elke Gruyaert, dr. ing. Kim Van Tittelboom

Abstract— Insulated sandwich panels which are exposed to

sun radiation experience the formation of thermal cracks in the

outer layer. As the outer layer expands due to heating by the sun,

while the inner layer remains in place, the sandwich panel will

bend and tensile stresses arise in the outer layer. If the tensile

stresses grow larger than the tensile strength of concrete, crack

formation becomes inevitable. These cracks become visible when

the outer layer is drying after rain, leading to aesthetic problems.

Moreover, through these cracks, aggressive substances can

penetrate the concrete matrix, which may result in concrete

degradation and reinforcement corrosion. By embedding

capsules with healing agents in the outer layer, thermal cracks

can be autonomously healed. Cracking can trigger breakage of

capsules releasing the healing agent which fills up the crack

thanks to polymerization.

Keywords— autonomous healing, sandwich panels, thermal

cracking

I. INTRODUCTION

In the commercial building sector, it becomes more and

more important to use insulated materials to reduce the

heating and cooling costs of the structure. In precast concrete

panels, an additional insulation layer between two concrete

layers results in a huge improvement in thermal insulation of

the material [1]. However, the drawback of this adaptation is

that the risk for thermal cracking increases.

Asomoto et al. [2] studied the influence of solar heating on

the crack formation in a non-insulated concrete panel.

Temperatures of 35 °C were measured at a concrete surface

which was exposed to solar radiation at an exterior

temperature of 14,6 °C. Noticeably more cracks were formed

in comparison with a concrete surface which is not exposed to

the sun. In a sandwich panel, the insulation layer causes an

additional risk for crack formation as the thermal behavior of

the two concrete layers differs upon heating of the panel

resulting in bending of the panel and formation of additional

stresses.

Cracks can be autonomously healed by embedding

encapsulated polyurethanes or water repellent agents in the

concrete. Polyurethanes have already been used as healing

agents in self-healing concrete and have proven to be useful

[3]. Water repellent agents have not yet been used in self-

healing concrete, but have already proven to be efficient as

hydrophobic treatment agent [4].

II. MATERIALS AND METHODS

A. Materials

Prismatic mortar samples with dimensions of

160 mm x 40 mm x 40 mm were used. The mortar was made

with a water-cement ratio of 0.5. The sandwich panels were

P. De Backer, Magnel Laboratory for Concrete Research, Faculty of Civil

Engineering and Architecture, Ghent University (UGent), Gent, Belgium. E-

mail: [email protected] .

manufactured with concrete containing a water-cement ratio

between 0.53 and 0.55 and with a strength class of C30/37.

The thickness of the panels was 20 cm consisting of a 9 cm

thick inner layer, 5 cm polyurethane insulation and a 6 cm

thick outer layer.

Five types of healing agents were encapsulated in a self-

healing panel: PU1 being a 1 component polyurethane, PU2

being a 2 component polyurethane and three different types of

water repellent agents (WM1, WM2 and WM3).

B. Methods

The healing agents should be able to reduce the water

permeability of cracked concrete. To investigate this ability, a

capillary water absorption test was performed on cracked

mortar samples manually healed with the 1 component

polyurethane or one of the three different types of water

repellent agents. With a three-point bending test cracks with a

width of 350 µm were induced in prismatic mortar samples.

Cracks of four series were manually injected with a healing

agent, one series was kept as reference. After a first water

absorption test, a second three-point bending test was

performed and the series were again loaded until an additional

crack width of 350 µm was recorded. Finally, a second water

absorption test was performed to investigate the influence of

reloading of the mortar samples.

In a real scale test setup sandwich panels with a length of

759 cm and a height of 120 cm were thermally loaded until

cracking occurred. The setup consisted of a self-healing

sandwich panel and a heavy reinforced sandwich panel. Glass

capsules filled with the two types of polyurethanes and the

three different types of water repellent agents were embedded

in the self-healing panel to measure the amount of

autonomous healing that occurs because of thermal cracking.

These capsules were placed in different zones per healing

agent along the length of the panel. By connecting the

capsules in groups with a thin steel wire, the capsules could be

put in place rapidly on the formwork panel. The heavy

reinforced sandwich panel served to attract less cracks in the

outer layer of the panel.

III. RESULTS AND DISCUSSION

A. Capillary water absorption test

Except for the cracks in the series injected with the

1 component polyurethane, all cracks in the mortar samples

grew in width because of the second loading. The

polyurethane provided bond strength between the crack faces.

During reloading, the bonding of the polyurethane on the

mortar remained and new cracks were created next to the

healed crack or the bond between the polyurethane and the

mortar fainted and the crack partially reopened. Because of

this, the crack width didn’t increase for this series but

remained the same. Water repellent agents did not bond with

the mortar so the crack widths grew during reloading.

Sorption coefficients represent the speed at which water is

absorbed in cracks and are calculated as the slope of the first

linear part of the curves of the water absorption in function of

the square root of time. This linear part is determined by the

measurements in the first eight hours of the absorption test.

The sorption coefficients after first and second loading are

illustrated in Figure 1.

Figure 1 Sorption coefficient. REF = reference; PU1 = 1 component

polyurethane; WM1, WM2, WM3 = 3 different types of water

repellent agents.

As can be seen in Figure 1, the sorption coefficients of the

reference series (REF) and the series with cracks healed by

water repellent agents (WM1, WM2 and WM3) decreased

after second loading. The decrease in water absorption was

because of the growth in crack width. As a crack grows wider,

the capillary suction becomes less which results in a slower

absorption of water by the crack. Because of the formation of

new cracks and the rupture of bonding between polyurethane

and mortar, the sorption coefficient of the series injected with

PU1 increased after second loading.

B. Thermal loading of sandwich panels

It was calculated that if the outside temperature is 40 °C, a

concrete surface can heat up until 58 °C due to radiation of the

sun, the sky and the surroundings. The sandwich panels in the

test setup were thermally loaded until temperatures of 60 °C

to simulate the real surface temperature. The loading was

performed in cycles with a period of nine hours heating and

fifteen hours of cooling down. Due to the high temperature,

the panels bended and displaced over about 10 mm. This

displacement caused cracks in the outer layers of both panels.

In the self healing panel, capsules broke already after the

first heating cycle. Small cracks with a width of 20 µm

seemed to be enough to trigger breakage of the capsules. Due

to the small crack widths, there was a lot more healing agent

released by the capsules compared to the crack volume. This

resulted in leakage of the healing agent out of the crack. The

polyurethanes ran down the outer layer leaving behind a long

stain, as depicted in Figure 2 (a), while the water repellent

agent WM1 created dark stains on the surface, as can be seen

in Figure 2 (b). The dark stain became brighter thanks to

polymerization of the water repellent agent. No stains were

detected in the zones filled with capsules containing WM2

and WM3. In these zones, few cracks were formed and there

was no certainty that capsules broke due to crack formation.

Figure 2 Breakage of capsules due to cracking in (a) a zone filled

with capsules containing PU1 (b) a zone filled with capsules

containing WM1.

The main reason for early breakage of the capsules was the

concrete cover of the capsules. It was tried to obtain a cover of

about 10 mm during manufacturing of the panel, but the cover

was much lower and amounted 1,96 ± 0,16 mm. The drift up

of the capsules is possibly hindered by the connection of the

capsules. In comparison to the self-healing panel, less cracks

were formed in the heavy reinforced panel, but there was no

significant difference in crack width.

IV. CONCLUSIONS

Polyurethanes and water repellent agents are able to reduce

the water permeability of cracks. Cracks treated with water

repellent agents remain water tight upon reloading, while

polyurethanes can lose their bond with the crack surface

resulting in an increased water absorption. By producing a

polyurethane which can withstand more elastic deformation

the bond with the crack surface could remain unchanged so

the polyurethane wouldn’t lose his water impermeability.

The test setup for the creation of thermal cracks in sandwich

panels was a good simulation of the natural process of crack

formation. Thermal cracks were formed in the outer layer, but

the capsules broke too early due to the low concrete cover of

the capsules. A solution needs to be found to obtain more

concrete cover. In case glass capsules are used, one can place

them loose on the formwork panel without connecting the

capsules in groups, so each capsule is free to drift up to a

height of about 10 mm in the concrete. Another solution can

be found by searching for other materials to encapsulate the

healing agents so the capsules can be mixed in the concrete.

ACKNOWLEDGEMENTS

The author would like to acknowledge prof. dr. ir. Nele De

Belie, dr. ing. Kim Van Tittelboom and dr. ir. Elke Gruyaert

for their valuable support.

REFERENCES

[1] David C. Salmon, Amin Einea, Maher K. Tadros, Todd D. Culp, Full

scale testing of precast concrete sandwich panels, ACI Structural Journal, vol. 94, pp. 354-362, Jul-Aug 1997.

[2] Shingo Asomoto, Ayumu Ohtsuka, Yuta Kuwahara, Chikako Miura,

Study on effects of solar radiation and rain on shrinkage, shrinkage cracking and creep of concrete, Cement and Concrete Research, vol.

41, pp. 590-601, Jun 2011.

[3] Kim Van Tittelboom, Nele De Belie, Denis Van Loo, Patric Jacobs, Self-healing efficiency of cementitious materials containing tubular

capsules filled with healing agent, Cement & Concrete Composites,

vol. 33, pp. 497-505, Apr 2011. [4] Jian-Guo Dai, Y. Akira, F.H. Wittmann, H. Yokota, Peng Zhang,

Water repellent surface impregnation for extension of service life of

reinforced concrete structures in marine environments: The role of cracks, Cement & Concrete Composites, vol. 32, pp. 101-109, Feb

2010.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

REF PU1 WM1 WM2 WM3

Sorp

tio

n c

oe

ffic

ien

t [k

g/(m

².u

0,5

)]

after 1st loading

after 2nd loading

i

Inhoudstafel Hoofdstuk 1 Inleiding ............................................................................................................................... 1

Hoofdstuk 2 Literatuurstudie ................................................................................................................... 2

2.1. Sandwichpanelen .......................................................................................................................... 2

2.1.1. Ontstaan van sandwichpanelen ............................................................................................. 2

2.1.2. Productie van sandwichpanelen ............................................................................................ 3

2.1.2.1. Buitenblad ....................................................................................................................... 3

2.1.2.2. Isolatielaag ...................................................................................................................... 3

2.1.2.3. Binnenblad ...................................................................................................................... 3

2.1.3. Gedrag van sandwichpanelen ................................................................................................ 4

2.1.4. Opwarming van beton door de zon ....................................................................................... 6

2.1.5. Problemen door scheurvorming ............................................................................................ 8

2.1.5.1. Corrosie van wapeningsstaal door carbonatatie ............................................................ 8

2.1.5.2. Corrosie van wapeningsstaal door chloride-indringing .................................................. 9

2.2. Zelfheling van beton ..................................................................................................................... 9

2.2.1. Zelfhelende materialen .......................................................................................................... 9

2.2.2. Autogene heling ................................................................................................................... 10

2.2.3. Autonome heling.................................................................................................................. 11

2.2.3.1. Inkapselen van helende agentia ................................................................................... 11

2.2.3.2. Waterafstotende middelen als helend agens ............................................................... 13

2.2.3.3. Polyurethaan als helend agens ..................................................................................... 16

Hoofdstuk 3 Materialen en methoden .................................................................................................. 19

3.1. Materialen ................................................................................................................................... 19

3.1.1. Mortel .................................................................................................................................. 19

3.1.2. Beton .................................................................................................................................... 19

3.1.3. Wapening ............................................................................................................................. 20

3.1.4. Capsules ............................................................................................................................... 20

3.1.5. Polyurethaan als helend agens ............................................................................................ 21

3.1.6. Waterafstotend middel als helend agens ............................................................................ 21

3.1.7. Mortelproefstukken ............................................................................................................. 22

3.1.7.1. Prismatische mortelproefstukken ................................................................................. 23

3.1.7.2. Cilindrische mortelproefstukken................................................................................... 24

3.1.8. Betonnen panelen ................................................................................................................ 24

ii

3.1.8.1. Panelen met thermische scheurvorming ...................................................................... 24

3.1.8.2. Panelen om thermische scheurvorming te simuleren .................................................. 24

3.2. Methoden ................................................................................................................................... 28

3.2.1. Creëren van scheuren .......................................................................................................... 28

3.2.1.1. Driepuntsbuigproef ....................................................................................................... 28

3.2.1.2. Scheurvorming door thermische belasting ................................................................... 29

3.2.2. Herstellen van scheuren ...................................................................................................... 29

3.2.2.1. Manueel herstel ............................................................................................................ 29

3.2.2.2. Autonoom herstel ......................................................................................................... 29

3.2.3. Scheurwijdtes en -dieptes bepalen ...................................................................................... 29

3.2.4. Trekproef .............................................................................................................................. 31

3.2.5. Contactoppervlak en trekspanning van polyurethaan bepalen .......................................... 34

3.2.6. Capillaire waterabsorptie ..................................................................................................... 36

3.2.7. Invloed van herbelasting op de capillaire waterabsorptie .................................................. 38

3.2.8. Breuk van de glazen capsules .............................................................................................. 38

3.2.9. Proeven op de sandwichpanelen ......................................................................................... 39

3.2.9.1. Simulatie in Trisco ......................................................................................................... 39

3.2.9.2. Simulatie in Scia Engineer ............................................................................................. 42

3.2.9.3. Opstelling sandwichpanelen voor simulatie van thermische belasting ........................ 45

3.2.9.4. Eerste test op thermische belasting van sandwichpanelen ......................................... 48

3.2.9.5. Thermische belasting van een zelfhelend sandwichpaneel en van een zwaar

gewapend sandwichpaneel........................................................................................................ 50

3.2.9.6. Wateropname bepalen ................................................................................................. 51

3.2.9.7. Kleurschakeringen meten ............................................................................................. 51

3.2.10. Statistische verwerking ...................................................................................................... 52

Hoofdstuk 4 Resultaten en discussie ..................................................................................................... 53

4.1. Werkelijke scheuren in de sandwichpanelen ............................................................................. 53

4.1.1. Scheurpatroon ..................................................................................................................... 53

4.1.2. Scheurwijdte en scheurdiepte ............................................................................................. 54

4.2. Breuk van glazen capsules bij scheurvorming ............................................................................ 57

4.2.1. Proefstukken gebogen tot een scheurwijdte van 200 µm ................................................... 57



4.3. Capillaire waterabsorptie ............................................................................................................ 60

iii

4.4. Invloed van herbelasting op capillaire waterabsorptie .............................................................. 64

4.5. Hechting van het helend agens PU1 aan mortel ........................................................................ 69

4.5.1. Maximale trekbelasting ....................................................................................................... 69

4.5.2. Contactoppervlak tussen PU1 en mortel ............................................................................. 70

4.5.3. Maximale trekspanning........................................................................................................ 71

4.6. Thermische belasting van de sandwichpanelen ......................................................................... 73

4.6.1. Temperatuurverloop en verplaatsing van de panelen ........................................................ 73

4.6.2. Scheurvorming in de sandwichpanelen ............................................................................... 77

4.6.3. Temperatuurverloop en verplaatsing bij hogere temperaturen ......................................... 81

4.6.4. Scheurvorming bij hogere temperaturen ............................................................................ 84

4.7. Thermische belasting van het zelfhelend paneel en het zwaar gewapend paneel .................... 85

4.7.1. Temperatuurverloop en verplaatsing van de panelen ........................................................ 85

4.7.2. Toestand voor scheurvorming ............................................................................................. 88

4.7.3. Scheurvorming in de sandwichpanelen ............................................................................... 90

4.7.4. Herstel van scheuren in het zelfhelend sandwichpaneel .................................................... 93

4.7.5. Verkleuringen op het betonoppervlak door helende agentia ............................................. 96

4.7.6. Wateropname ...................................................................................................................... 97

Hoofdstuk 5 Conclusies .......................................................................................................................... 99

Bijlage A................................................................................................................................................ 101

Bibliografie ........................................................................................................................................... 102

iv

Tabel van afkortingen en symbolen

Afkorting/symbool Betekenis Eenheid

ANOVA Analysis of Variance -

APU1 Oppervlakte aan hechting tussen PU1 en mortel [mm²]

as Absorptiefactor -

Ca(OH)2 Calciumhydroxide -

CaCO3 Calciumcarbonaat -

CaO Ongebluste kalk -

Cl- Chloorionen -

CO2 Koolstofdioxide -

C-S-H Calcium silicaat hydraat -

D Diffusiecoëfficiënt -

ECC Engineered Cementitious Composites -

Fe(OH)2 Ijzerdihydroxide -

Fe(OH)3 Ijzertrihydroxide -

Fe++, Fe+++ Ijzerionen -

Fe2O3 Ijzeroxide -

FeCl2 Ijzerdichloride -

FeCl3 Ijzertrichloride -

Fssky Hoekfactor vlak-hemelkoepel -

Ft,max Maximale trekbelasting [N]

GSW Gewenste scheurwijdte [mm]

H2O Water -

Is Kortgolvige irradiantie van de zon [W/m²]

KWS Koolwaterstof -

L Lengte van een paneel [m]

LVDT Linear Variable Differential Transformer -

m% Massaprocent [%]

n Ventilatievoud [1/u]

-N=C=O Isocyanaatgroep -

-NH-(C=O)-O- Urethaan -

-OH Alcoholgroep -

P Permeabiliteitscoëfficiënt -

pH Zuurtegraad -

PIR Polyisocyanuraat -

PS Polystyreen -

PU Polyurethaan -

q Warmtetoevoer [W/m²]

R²-waarde Determinatiecoëfficiënt -

RV Relatieve vochtigheid [%]

v

S Oplosbaarheidscoëfficiënt -

SiO2 Siliciumdioxide -

V Volume [m³]

W/C-factor Water/cement factor -

WM Waterafstotend middel -

α Thermische uitzettingscoëfficiënt [1/°C]

α Convectiecoëfficiënt [W/m²K]

αce Convectieve overgangscoëfficiënt aan het buitenoppervlak [W/m²K]

αre Stralingsovergangscoëfficiënt aan het buitenoppervlak [W/m²K]

ΔL Lengteverandering van een paneel [m]

ΔT Temperatuurverandering [°C]

Δθ Temperatuurverschil [°C]

Δθsky Verschil tussen buitentemperatuur en stralingstemperatuur hemelkoepel [°C]

ε Rek [mm/m]

θe Buitentemperatuur [°C]

θe Binnentemperatuur [°C]

θref,e Referentietemperatuur [°C]

λ Conductiecoëfficiënt [W/mK]

ρa.ca Volumieke warmtecapaciteit [J/m³K]

σ Spanning [N/mm²]

σmid Spanning in het midden van het paneel [N/mm²]

φvent Ventilatievermogen [kW]

1

Hoofdstuk 1

Inleiding

Een frequent voorkomend probleem bij geïsoleerde sandwichpanelen is dat er thermische scheuren

ontstaan in het buitenblad. Door opwarming door de zon warmt het buitenblad op en gaat het in

lengterichting uitzetten, terwijl het binnenblad niet uitzet. Door dit fenomeen onstaan

trekspanningen in het buitenblad. Overschrijden deze spanningen de treksterkte van beton, dan

treedt onvermijdelijk scheurvorming op. Agressieve stoffen kunnen deze, aanvankelijk kleine

scheuren, binnendringen en van binnenuit zorgen voor aantasting van het beton.

In deze thesis wordt geprobeerd dit probleem op te lossen met behulp van zelfhelend beton. Door

capsules met helende agentia aan te brengen in het buitenblad van het paneel kunnen de

thermische scheuren autonoom geheeld worden. Bij scheurvorming in het buitenblad breken de

capsules en laten ze het helend agens vrij. Het agens gaat polymeriseren in de scheur en vult zo de

scheur op.

Voor enkele betonpanelen waarbij thermische scheurvorming was opgetreden, werden de

scheurwijdtes en scheurlengtes opgemeten zodat deze scheuren konden nagebootst worden in labo-

omstandigheden. Er werd onderzocht of de capsules braken bij scheuren met dergelijke wijdte.

Verder werd er gezocht naar geschikte polyurethanen en waterafstotende middelen om te gebruiken

als helende agentia door ze te testen op waterdichtheid en sterkte. Uit deze middelen werd een

selectie gemaakt om in te kapselen in glazen capsules en aan te brengen in een sandwichpaneel. Dit

zelfhelend paneel werd uiteindelijk in het labo op thermische belasting beproefd om te zien of

autonome heling optrad in het buitenblad.

2

Hoofdstuk 2

Literatuurstudie

2.1. Sandwichpanelen

2.1.1. Ontstaan van sandwichpanelen

Met de stijgende energiekost en de gewaarwording van de effecten van de opwarming van de aarde

is de nood aan energie-efficiënt ontwerpen en bouwen zeer hoog. De effecten van global warming

kunnen op twee manieren gereduceerd worden: het verbruik van fossiele brandstoffen verminderen

en materialen recycleren. In de bouw kan de consumptie van fossiele brandstoffen en de

verspreiding van broeikasgassen verminderd worden door goed isolerende materialen aan te

wenden. De prefabindustrie blijft hier niet bij stilstaan en onderzoekt eveneens hoe betonnen

elementen een hogere isolatiewaarde kunnen verkrijgen [1].

De vollewandelementen voldoen inzake hun isolatiewaarde niet altijd aan de vraag van de

bouwheer. Sommige productiehallen moeten een evenwichtige binnentemperatuur kunnen

garanderen, ongeacht of het winter of zomer is. Het gebruik van isolatiematerialen in de

wandelementen leidt tot een grote verbetering.

Het isolatiemateriaal wordt in een “sandwich” configuratie aangebracht tussen twee evenwijdige

lagen beton. Zo ontstaat een buitenblad, een binnenblad en een isolerende laag tussen de twee

bladen, zoals weergegeven in Figuur 2-1. Het buitenblad kan een glad oppervlak hebben, maar kan

ook een patroon of een uitgewassen oppervlak hebben, waarbij de granulaten dan zichtbaar zijn. De

meest gebruikte isolerende materialen zijn polystyreen (PS), polyurethaan (PU) en polyisocyanuraat

(PIR), weergegeven volgens stijgende isolatiekwaliteit. Door de panelen te voorzien van een tand aan

de bovenkant en een groef aan de onderkant kunnen de panelen verticaal op elkaar geplaatst

worden [2].

Figuur 2-1: Samenstelling van een sandwichpan eel [3]

3

2.1.2. Productie van sandwichpanelen

De productiesite van sandwichpanelen omvat een stockageplaats voor grondstoffen, een grote hal

waar de elementen geproduceerd worden en een stockageplaats voor de afgewerkte panelen.

Aan het begin van de hal staan de silo’s met de grondstoffen om beton te maken. Door middel van

een betonkuip kan op elke plaats in de hal beton gestort worden. In de hal is een railsysteem

gemonteerd om de betonkuip in langse richting te verplaatsen. In dwarse richting gebeurt de

verplaatsing met behulp van een kraanbaanligger. In de hal zijn in een aantal lijnen bekistingstafels

gezet. Op elke tafel kunnen wandelementen gemaakt worden.

2.1.2.1. Buitenblad

De nodige wapening voor het buitenblad wordt op de tafel geplaatst. Puntige afstandshouders

houden de wapening op een redelijke afstand van de tafel en dankzij de puntige vorm is de

afstandhouder niet zichtbaar in het buitenvlak. Het buitenblad is licht gewapend. Een wapeningsnet

met diameter 5 mm en maaswijdte 15 cm kan al voldoende zijn. In deze fase worden de connectoren

geplaatst die de verankering tussen de twee betonnen bladen verwezenlijken. De eerste laag beton

kan gestort worden. Doordat de bekistingstafels uit staal vervaardigd zijn, wordt een glad

buitenoppervlak verkregen. Panelen met een ruw oppervlak of met een patroon in het oppervlak

kunnen ook gemaakt worden. Een ruw oppervlak wordt verkregen door het bekistingspaneel met

een bindingsvertrager in te smeren. Op die manier verhardt de oppervlaktelaag van het beton

minder snel en kan deze laag uitgewassen worden met water onder hoge druk. Door matten met een

motief op het bekistingspaneel te leggen vooraleer er beton gestort wordt, kan een betonoppervlak

met een patroon verkregen worden.

2.1.2.2. Isolatielaag

Na het storten van de eerste laag beton wordt het beton verdicht door de bekistingstafel even te

laten trillen. Onmiddellijk daarna worden isolatieplaten op de eerste betonlaag gelegd. Krammen

doorheen de isolatielaag zorgen voor de hechting van de isolatie aan het buitenblad.

2.1.2.3. Binnenblad

Op de isolatielaag worden afstandshouders geplaatst met daarop het wapeningsnet voor het

binnenblad. Op het wapeningsnet worden stalen staven met een grotere diameter dan het

onderliggende net geplaatst om kromming van het paneel tegen te gaan. In het binnenblad worden

nog twee verankeringen aangebracht waarop later dan hijslussen kunnen geschroefd worden. De

bevestigingselementen worden in deze laag aangebracht om later de verbinding te kunnen maken

tussen het wandelement en de kolommen.

Ongeveer een dag na het storten worden de panelen ontkist. Om te ontkisten, wordt de

bekistingstafel gedraaid over 90 graden zodat het paneel verticaal opgetild kan worden. Met behulp

van de kraanbaanligger wordt het paneel in de stockageplaats gezet. Deze stockageplaats bevindt

zich meestal buiten en beslaat een grote oppervlakte van de site. Elk paneel krijgt een label. Door het

label in te scannen is het mogelijk om de gps-coördinaten van het paneel op te slaan. Zo is het niet

moeilijk om het gewenste paneel terug te vinden.

4

2.1.3. Gedrag van sandwichpanelen

Het structureel gedrag van sandwichpanelen is sterk afhankelijk van de connectoren tussen de twee

bladen. Sandwichpanelen kunnen zich gedragen als volledig composiet, gedeeltelijk composiet of als

niet composiet. Hierbij zullen ofwel één blad ofwel beide bladen bijdragen aan de krachtsafdracht

respectievelijk in het geval van niet composiet en volledig composiet [2] [3] [4]. Bij een gedrag van

het paneel als volledig composiet dragen beide betonlagen krachten af tot volledige breuk zich

voordoet. De connectoren tussen de bladen zorgen voor een volledige overdracht van

schuifkrachten. Breuk van het paneel treedt ofwel op door het verbrijzelen van het beton ofwel door

het vloeien van het wapeningsstaal zonder breuk van de connectoren. Het rekverloop is lineair over

de dikte van het sandwichpaneel, zoals weergegeven in Figuur 2-2 (a). In het tegenovergestelde geval

gedraagt het sandwichpaneel zich niet als composiet. De betonnen bladen dragen onafhankelijk van

elkaar krachten af en de connectoren brengen geen schuifkrachten over, zoals in Figuur 2-2 (c). Soms

dient enkel het binnenblad om krachten af te dragen waarmee een rekverloop zoals weergegeven in

Figuur 2-2 (d) overeenkomt. Een sandwichpaneel werkt gedeeltelijk als composiet indien een fractie

van de schuifkrachten wordt doorgegeven door de connectoren tussen de twee bladen. In dit geval

breken de connectoren voordat het wapeningsstaal vloeit of het beton breekt en kent het systeem

een rekverloop zoals in Figuur 2-2 (b) [3].

Figuur 2-2: Rekverloop in sandwichpaneel bij buiging [3]

De connectoren bepalen dus het gedrag van het sandwichpaneel: composiet, gedeeltelijk composiet

of niet composiet. Een verbinding tussen de panelen met glasvezelversterkte polymeren, zoals in

Figuur 2-3 (a), of met enkelvoudige stalen staven, is niet in staat schuifkrachten door te geven en het

sandwichpaneel zal niet werken als composiet. De configuratie in Figuur 2-3 (b) bezit een vakwerk of

tralie als connector en doet het sandwichpaneel werken als een composiet. Dit vakwerk kan uit staal

zijn of kan gemaakt worden door een vezelversterkt polymeer afwisselend te buigen rondom de

wapening van het buitenblad en de wapening van het binnenblad.

Figuur 2-3: Configuratie van sandwichpanelen: (a) niet composiet; (b) composiet [5]

5

Andere veelgebruikte connectoren zijn gemaakt uit inox zoals het cilinderanker in Figuur 2-4 en het

plaatanker in Figuur 2-5. Deze connectoren zijn boven- en onderaan geperforeerd met gaten zodat

met behulp van extra wapening een verbinding kan gemaakt worden met het betonnen blad. In

Figuur 2-6 en Figuur 2-7 zijn respectievelijk een sandwichpaneel-draaganker en connectorpinnen die

kunnen zorgen voor een zekere graad van composietwerking weergegeven [6].

Figuur 2-4: Cilinderanker [6]

Figuur 2-5: Plaatanker [6]

Figuur 2-6: Sandwichpaneel-draaganker [6]

Figuur 2-7: Connectorpinnen [6]

De thermische efficiëntie van het sandwichpaneel wordt door de connectoren wel verlaagd

aangezien het isolatiemateriaal doorboord wordt door de connectoren. Het gebruik van thermisch

minder geleidende materialen zoals vezelversterkte polymeren in plaats van staal is voordelig. Zo

maakten Pantelides et al., 2008 connectoren uit glasvezelversterkte polymeren in de vorm van holle

vierkanten buizen. Deze connectoren zijn succesvol om schuifkrachten over te brengen en zorgen

voor een structureel gedrag als composiet [5].

Om het scheurgedrag van sandwichpanelen te bestuderen, voerden Benayoune et al., 2007 een

buigproef uit waarbij de panelen horizontaal werden opgesteld. De sandwichpanelen met

afmetingen 2,0 m x 0,75 m werden eenvoudig opgelegd op de 2 korte zijden en onderworpen aan

twee lijnbelastingen over de volledige breedte van de panelen. Tussen de bladen werden 3 langse

connectoren aangebracht, bestaande uit een zigzag geplooide staaf, dus in de vorm van een vakwerk.

Met een hydraulische pomp werden de krachten op de panelen systematisch opgedreven tot breuk

zich voordeed. Een typisch scheurpatroon van het onderste blad van het paneel is te zien in Figuur

2-8. De eerste scheuren treden op na een belasting die 55 % bedraagt van de breukbelasting. Het

scheurpatroon is gelijkaardig aan dat van conventionele massieve beton platen met scheuren die zich

loodrecht op de richting van de trekspanningen bevinden [3].

6

Figuur 2-8: Scheurpatroon onderste blad sandwichpaneel [3]

2.1.4. Opwarming van beton door de zon

Een betonoppervlak blootgesteld aan de zon warmt op. De oppervlaktetemperatuur van het beton

kan daarbij veel hoger worden dan de omgevingstemperatuur. Er zijn drie stralingsbronnen die

zorgen voor de opwarming van een constructieoppervlak:

- De kortgolvige irradiantie van de zon op het oppervlak

- De langgolvige straling van de hemelkoepel op het oppervlak

- De straling van de directe omgeving (grond, omliggende bebouwing...) op het oppervlak

Met deze drie vormen van straling komt een referentietemperatuur van de buitenomgeving overeen.

Dit is de temperatuur die een constructieoppervlak ervaart bij een zekere buitentemperatuur. Deze is

verschillend voor elk constructieoppervlak en is afhankelijk van de helling en oriëntatie van het

oppervlak en van de absorptiefactor van het gebruikte materiaal [7].

Deze verhoogde temperaturen versterken de krimp van het beton. Krimp treedt sowieso op en is een

volumevermindering van het uitgehard beton door verlies aan water en hierdoor ontstaan

spanningen in het beton. Trekspanningen die te groot worden, kunnen de treksterkte van beton

overschrijden waardoor scheuren zullen gevormd worden. Een verhoogde temperatuur van het

betonoppervlak bevordert het verdampen van het water in de toplaag. Meer verlies aan water

resulteert in meer krimpspanningen waardoor scheuren worden gevormd [8].

Bij een gemiddelde omgevingstemperatuur van 14,6 °C en een relatieve vochtigheidsgraad van

63,3 % registreerden Asamoto et al., 2011 de oppervlakte- en interne temperatuur van een

betonoppervlak [9]. Het verschil tussen de oppervlaktetemperatuur en de interne temperatuur bleef

kleiner dan 2 °C. Het bijhorende kleine verschil in thermische rek tussen het oppervlak en het

inwendige van het beton heeft maar een kleine bijdrage in de vorming van krimpscheuren.

Betonoppervlakken die niet blootgesteld zijn aan de zon (N in Figuur 2-9) hebben overdag een

temperatuur die ongeveer 10 °C lager is dan de oppervlakken die wel onderhevig zijn aan

zonnestraling (S in Figuur 2-9). De opwarming van het beton kan overdag oplopen tot ongeveer 35 °C

terwijl deze ’s nachts terug daalt tot ongeveer 15 °C. Dit cyclisch temperatuurverschil tussen buiten-

en binnentemperatuur kan leiden tot verlies van inherent water en vorming van interne spanningen

in het beton met scheurvorming als gevolg.

7

Figuur 2-9: Temperatuur van een betonoppervlak [9]

In Tabel 2-1 zijn voor verschillende weersomstandigheden het aantal krimpscheuren in het

betonoppervlak op 110 dagen, 180 dagen en 280 dagen na ontkisten weergegeven [9]. Zonnestraling

op het betonoppervlak (S) verhoogt opmerkelijk het vormen van krimpscheuren en de eerste

scheuren zijn ook vroeger merkbaar. Bij zon en regen (SR) vormen er zich veel minder scheuren

aangezien het verlies aan water wordt gecompenseerd. Beton met een lagere W/C factor krijgt bij

elke conditie meer krimpscheuren in het vlak wat waarschijnlijk komt doordat de hechting tussen het

beton en het wapeningsstaal sterker is.

Tabel 2-1: Aantal krimpscheuren bij zon (S),

bij geen zon en geen regen (N) en bij zon en regen ( SR) [9]

Sandwichpanelen ervaren na montage een verschillende temperatuur aan het binnen- en het

buitenblad. Door de tussenliggende isolatielaag is er een temperatuurverschil tussen beide

betonlagen. Het binnenblad ondergaat een evenwichtige binnentemperatuur terwijl het buitenblad

onderhevig is aan cyclisch variërende buitentemperaturen. De betonbladen zullen zich anders

gedragen en door dit verschil in thermisch gedrag van buiten- en binnenblad gaat het

sandwichpaneel uitbuigen. De lineaire thermische expansie en compressie wordt berekend met

Vergelijking (2-1) [10].

(2-1)

Waarbij verandering in lengte van het paneel [m]

L = initiële lengte van het paneel [m]

thermische uitzettingscoëfficiënt [1/°C]

verandering van de temperatuur [°C]

De thermische verplaatsing van het beton is recht evenredig met de lengte en de verandering van

temperatuur. Bij een stijging van de buitentemperatuur zal het buitenblad uitzetten en bij een daling

8

van de buitentemperatuur gaat het buitenblad krimpen. Dit zorgt respectievelijk voor een uitbuiging

naar buiten toe en het terugkeren naar de beginpositie. De temperatuur van de buitenomgeving

schommelt dagelijks tussen een hoge temperatuur overdag en een lage temperatuur ’s nachts.

Devalapura et al., 2002 simuleerden het effect van deze temperatuurschommelingen op panelen met

verschillende diktes met behulp van het programma BLAST. Op basis van temperatuurmetingen in

5 verschillende steden in de Verenigde Staten bepaalden ze per stad de graaddagen. Het programma

BLAST berekent met invoer van de graaddagen de temperatuurverschillen tussen buiten- en

binnenblad. Met behulp van Vergelijking (2-1) kunnen de temperatuurgradiënten omgezet worden in

deflecties van het buitenblad. Daarvoor is een paneellengte van 12,2 m en een thermische

uitzettingscoëfficiënt van 6 x 10-6 1/°C gekozen. Hieruit vonden ze dat de deflectie in het vlak van het

blad toeneemt met toenemende dikte van de isolatielaag en dat bij het paneel met de dikste

isolatielaag een maximale deflectie van 7,34 mm bereikt wordt. De deflectie kan dus oplopen tot

deze waarde bij hoge temperaturen overdag en keert ’s nachts gedeeltelijk of volledig terug naar zijn

originele positie. Door deze cyclische vervormingen van het sandwichpaneel ontstaan scheuren in

het buitenblad [10].

2.1.5. Problemen door scheurvorming

Een eerste probleem bij scheurvorming in het buitenblad is dat het scheurpatroon heel goed

zichtbaar is, zeker tijdens het drogen van het paneel na een regenbui. Het tweede probleem is dat

agressieve gassen en vloeistoffen via de scheuren het beton kunnen binnendringen en de wapening

kunnen aantasten, wat de duurzaamheid van de sandwichpanelen zeker niet ten goede komt. De

sterkte van de wapening kan bovendien in het gedrang komen door:

- Corrosie van de wapening door carbonatatie

- Corrosie van de wapening door chloride-indringing

2.1.5.1. Corrosie van wapeningsstaal door carbonatatie

In de cementpasta bevindt zich Ca(OH)2 dat zorgt voor een sterk alkalisch milieu in het verhard

beton. De pH-waarde bedraagt ongeveer 13 waardoor op het wapeningsstaal een beschermende

laag gevormd wordt. De beschermende laag bestaat uit Fe2O3 en vermijdt corrosie van het

wapeningsstaal. De carbonatatiereactie wijzigt het alkalisch milieu en de beschermende laag van het

wapeningsstaal wordt aangetast [8].

De reactievergelijking van carbonatatie is weergegeven in Vergelijking (2-2). De CO2-moleculen uit de

lucht dringen het beton binnen en reageren met calciumhydroxide, een reactieproduct bij

cementhydratatie. De eindproducten van deze reactie zijn calciumcarbonaat en water en door deze

reactie daalt de pH-waarde van het beton. De wapening bevindt zich in een milieu dat zuurder wordt

en corrosie van het staal vindt plaats [11].

(2-2)

Naast de reactie van calciumhydroxide met CO2 uit de lucht kan nog een tweede carbonatatiereactie

voorkomen in het beton. Het calcium silicaat hydraat dat bestaat uit

carbonateert op een gelijkaardige manier als calciumhydroxide, maar

waarschijnlijk trager dan het zuiver calciumhydroxide [12].

9

2.1.5.2. Corrosie van wapeningsstaal door chloride-indringing

Betonoppervlakken worden dikwijls blootgesteld aan dooizouten of aan zout water in mariene

omgevingen. Indringing van zout in beton kan aantasting van de wapening veroorzaken. Zout water

bevat chloride-ionen die de beschermende laag van het wapeningsstaal aantasten en corrosie van

het staal doen optreden. De corrosie door chloride-ionen is een continu proces omdat de ionen niet

geconsumeerd worden in de chemische reacties [13]. In Vergelijking (2-3) reageren de vrije chloride-

ionen met de ijzerionen. Door hydrolyse ontbinden de ijzerchlorides terug in ionen, zoals

weergegeven in Vergelijking (2-4).

(2-3)

(2-4)

De vrijgekomen chloride-ionen kunnen dan opnieuw het staal corroderen. Corrosie door chlorides is

één van de meest gevaarlijke corroderende processen net omdat het een continu proces is. Door de

diffusie van chlorides in het beton, de capillaire zuiging en de permeabiliteit van het beton te

verminderen, kan indringing van chlorides gereduceerd of volledig voorkomen worden.

2.2. Zelfheling van beton

2.2.1. Zelfhelende materialen

In de bouw wordt meer en meer de aandacht gevestigd op de duurzaamheid van materialen. Kleine

scheuren in materialen vormen op korte termijn geen gevaar, maar kunnen op lange termijn

resulteren in een degradatie van de materialen. Materiaalkundigen zijn dan ook bezig met

materialen te ontwikkelen die in staat zijn zichzelf te herstellen. Deze onderzoeken leiden tot een

hele reeks van smart materials [14].

Tegenwoordig wordt er uitgebreid onderzoek gedaan naar zelfheling van verschillende materialen

waaronder metalen, polymeren, keramiek, asfalt, beton, coatings... Deze bevinden zich meestal nog

in een vroeg stadium van de ontwikkeling. Alhoewel er toch al enkele zijn doorgebroken in de

commerciële sector zoals krashelende verflagen voor de automobielindustrie (Nissan Motor Co.,

2005).

De New Composite Materials kunnen ingedeeld worden volgens het schema getoond in Figuur 2-10.

Veel van de zelfhelende materialen vallen onder de smart structures. Deze systemen zijn

composieten van conventionele materialen die dankzij specifieke eigenschappen van elke

component opgewaardeerd worden. De materialen kunnen autonome heling en/of autogene heling

ondergaan. Bij autonome heling komt bij scheurvorming een helend agens vrij uit de gebroken

capsules. Het helend agens vloeit uit de capsules en vult de ontstane scheuren op. Bij autogene

heling bezit het materiaal zelf de mogelijkheid om zich te helen. Er is ook telkens een onderverdeling

in actieve en passieve heling. Bij actieve heling van het materiaal is hulp van buitenaf nodig om het

helingsproces op gang te trekken. In de passieve mode gebeurt de heling zonder interactie van de

mens.

10

Figuur 2-10: Schema van new composite materials [14]

Scheurvorming in beton is onvermijdelijk. De meest voorkomende scheuren zijn microscheuren die

ontstaan door belasting, thermische effecten, krimp... Deze scheuren vormen geen direct gevaar

voor het draagvermogen van de constructie, maar agressieve gassen en vloeistoffen die in de

scheuren binnendringen en de wapening aantasten zijn wel een grote bedreiging en hebben een

grote invloed op de levensduur van de constructie. Ook op esthetisch vlak zijn microscheuren niet

gewenst. Tijdens het drogen van het beton na een regenbui wordt het volledige scheurenpatroon

zichtbaar. Zelhelende materialen kunnen een oplossing bieden om deze problemen te voorkomen en

om de kosten voor herstellingen en onderhoud aan constructies te drukken. De investering in

zelfhelend beton ligt hoger dan gewoon beton, maar op termijn kan het product zeker renderen.

Beton is dan ook nog één van de meest gebruikte materialen in de bouwsector, wat het onderzoek

naar zelfhelend beton heel interessant maakt [14].

2.2.2. Autogene heling

Beton heeft de eigenschap om zelf scheuren te herstellen. Er zijn verschillende processen die voor

deze autogene heling kunnen zorgen [15].

Verdergaande hydratatie van de cementpasta

Zwelling van C-S-H

Vastzetten van calcium carbonaatkristallen

Blokkeren van de scheuren door afzetting van onzuiverheden in het water

Blokkeren van de scheuren door afzetting van betondeeltjes die vrijgekomen zijn bij het

scheuren

Het beton kan zichzelf helen als de carbonatatiereactie kan doorgaan. Het gehydrateerde cement

bevat calcium dat in kleine hoeveelheden opgelost kan worden in vloeiend water. Bij aanwezigheid

van koolstofdioxide uit de atmosfeer kan dit calciumbevattend water calciumcarbonaatkristallen

vormen op plaatsen waar een holte of scheur is. De formule van deze reactie is gegeven in

Vergelijking (2-5).

(2-5)

Hoe kleiner de scheurwijdte, hoe sneller de scheur gedicht kan worden door autogene heling. Hogere

omgevingstemperaturen zijn nog extra gunstig om snellere zelfheling te verkrijgen [16]. Bovendien

moeten de scheurwijdtes beperkt blijven opdat autogene heling nog mogelijk zou zijn. Zo

ondervonden Hosoda et al., 2009 dat scheuren met wijdtes tot 100 µm in 14 dagen volledig geheeld

11

konden worden als er continu stromend water over het betonnen proefstuk loopt [17]. De zelfheling

bleef beperkt tot 40 % na 14 dagen als de proefstukken zich in stilstaand water bevonden.

Door de scheurwijdtes onder controle te houden, kan autogene heling in de hand gewerkt worden.

Toevoeging van vezels, zoals bij Engineered Cementitious Composites (ECC), kan de scheurwijdtes

beperkt houden tot 60 µm [18]. Een andere manier om de scheurwijdtes te beperken, is door het

aanbrengen van een externe drukkracht op het element. Om druk op het betonnen element te

verkrijgen, kunnen bijvoorbeeld krimpbare polymeren worden gebruikt [19]. Deze worden op een

betonnen balk aangebracht en kunnen nagespannen worden door de polymeren op te warmen

tussen 60 °C en 100 °C. De bovengrens van de temperatuur dient om het beton niet te beschadigen.

De ondergrens is nodig omdat de polymeren niet geactiveerd zouden worden bij warme dagen of

door hydratatiewarmte. De krimpende polymeren induceren een drukkracht op de balk zodat de

scheuren dicht geduwd worden. Op die manier kunnen scheurwijdtes tot 300 µm gedicht worden.

2.2.3. Autonome heling

Naast autogene heling kan er ook autonome heling zijn in beton. Eén van de mogelijke manieren is

door capsules met een helend agens in te bedden in het beton door deze te vermengen met het

beton of ze op een vaste plaats in het beton aan te brengen. De capsules moeten bij scheurvorming

getriggerd worden om hun agens vrij te laten. Het helend agens moet de capaciteit bezitten om uit

de capsule te vloeien en naar de plaats van de scheur te gaan. In de scheur vormt het agens een

nieuwe verbinding tussen de scheuroppervlakken van het beton zodat het beton hersteld wordt in

zijn mechanische eigenschappen.

2.2.3.1. Inkapselen van helende agentia

De helende agentia moeten ingekapseld worden om deze in te brengen in het beton. Indien de

capsules in het beton gemengd worden, moet het encapsulatiemateriaal geschikt zijn om niet te

breken tijdens het mixen van het beton, maar moet het nog bros genoeg zijn om wel te breken bij

scheurvorming. De vorm van de capsules kan sferisch of cilindrisch zijn. Sferische capsules laten het

helend agens beter uitvloeien en verminderen de spanningsconcentraties rond de holtes die

overblijven door de lege capsules. Cilindrische capsules beslaan een grotere oppervlakte voor een

zelfde volume helend agens. Er is meer kans dat een scheur de capsule treft, maar de vrijlating van

het agens gebeurt minder vlot [14].

Geëxpandeerde sferische kleikorrels werden al succesvol gebruikt als capsules [20] [21]. In het

onderzoek van Sisomphon et al., 2011 werd nog een coating van cementpoeder aangebracht op de

kleikorrels vooraleer deze in te mengen in de mortels [20]. De kleikorrels zijn minder sterk dan het

omringend beton waardoor de kleikorrels de scheurvorming zullen beïnvloeden. Als de scheur dicht

bij de capsule passeert, kan de richting van de scheur veranderen zodat deze de kleikorrel doorsnijdt.

De scheur wordt als het ware aangetrokken door de zwakkere kleikorrels [21].

Van Tittelboom et al., 2011 onderzochten glazen en keramische capsules om polymeren in te

kapselen [22]. De capsules kregen een vaste plaats in de mortelmatrix en werden door mechanische

belasting getriggerd. Alhoewel geen enkele capsule volledig leeggelopen was, leek het helend agens

uit keramische capsules beter de scheuren binnen te dringen dan het helend agens uit glazen

12

capsules. Dit kan zijn door het verschil in oppervlaktespanning tussen het polymeer en de glazen

capsules en het polymeer en de keramische capsules.

Wat betreft de vermindering van waterdoorlatendheid vertoont zelfhelend beton met keramische

capsules eveneens betere resultaten dan zelfhelend beton met glazen capsules. Ongescheurde

proefstukken (UNCR) bezitten een waterdoorlatendheid van 10-10 à 10-11 m/s terwijl onbehandelde

gescheurde proefstukken (REF) een waterdoorlatendheid hebben die een factor 105 à 106 groter is,

zoals te zien in Figuur 2-11. De keramische capsules (CER) vertonen betere resultaten dan de glazen

capsules met een diameter van 2 mm (GLA_2) en een diameter van 3 mm (GLA_3). Keramische

capsules verminderen de waterdoorlatendheid met een factor 103 à 104 ten opzichte van de

waterdoorlatendheid van gescheurde proefstukken, terwijl bij glazen capsules de factor 102 à 103 is.

Figuur 2-11: Waterdoorlatendheid van proefstukken met glazen en keramische capsules [22]

Tran Diep et al., 2009 slaagden erin om glazen capsules in te mengen in het beton in plaats van de

capsules een vaste plaats te geven. De capsules hadden een binnendiameter van 4 mm en een

buitendiameter van 6 mm en werden met een 6,5 mm dikke mortellaag gecoat om het mengproces

te overleven [23].

Het helend agens kan ook aangebracht worden in microcapsules die in het beton ingemengd

worden. Materialen die reeds gebruikt werden voor deze microcapsules zijn polyurethaan [24],

silicagel met een oliekern [25] [26] en urea formordihyde [27].

Nishiwaki et al., 2006 gebruikten een organische film van ethyleenvinylacetaat als

encapsulatiemateriaal. Met behulp van een spiraalvormige draad werd de organische film

omgebogen tot een capsule met een buitendiameter van 3,4 mm en binnendiameter van 2 mm. Deze

capsules worden niet gebroken om het helend agens vrij te laten, maar smelten door het verhogen

van de temperatuur in de zone waar de scheur voorkomt. Vezelversterkte composieten met

elektrisch geleidende vezels in het beton detecteren de scheur en door de rek van de composiet

verhoogt de elektrische weerstand rond de scheur zodat de zone rondom de scheur plaatselijk wordt

opgewarmd. Bij een temperatuur van 93 °C smelten de capsules en kan het helend agens in de

scheur vloeien [28].

13

2.2.3.2. Waterafstotende middelen als helend agens

De meeste waterafstotende middelen bezitten de bestanddelen silaan of siloxaan. Silanen kunnen

eventueel opgelost zijn in water, alcohol of een solvent zodat ze een actief bestanddeel van ongeveer

40 % hebben. Siloxanen zijn dikwijls opgelost in alcohol met ongeveer 10 à 20 % actief bestanddeel.

Siloxanen verdampen minder vlug van een betonoppervlak dan silanen. Met betrekking tot

milieuvriendelijkheid krijgen watergedragen waterafstotende middelen de voorkeur [29].

Silanen zijn kleine molecules met één silicium-atoom, terwijl siloxanen een korte keten vormen van

een aantal silicium-atomen (Figuur 2-12). Op de silicium-atomen zijn alkoxy-groepen covalent

gebonden, zoals de silicaten in beton [29]. Silanen en siloxanen kunnen beton binnendringen

aangezien hun moleculaire grootte varieert van 10 x 10-10 m tot 20 x 10-10 m terwijl de afmetingen

van de poriën in beton gemiddeld 100 x 10-10 m tot 10000 x 10-10 m bedragen [30].

Figuur 2-12: Moleculaire formule van silaan (links) en siloxaan (rechts ) [29]

Waterafstotende middelen werden nog niet gebruikt voor zelfheling van beton. Tot nu toe werden ze

al veelvuldig aangewend als impregneringsmiddel voor betonnen oppervlakken. Ze bezitten de

eigenschappen om een hydrofoberende laag te vormen zodat de waterdoorlatendheid van het beton

gereduceerd wordt. Naast de hydrofobe eigenschappen kunnen waterafstotende middelen ook de

indringing van chlorides en de carbonatatie verminderen. Er is ook al onderzoek geweest naar het

inmengen van waterafstotende middelen in beton [30] [31] [32] [33].

Tittarelli et al., 2011 deden onderzoek naar het inmengen van waterafstotende middelen in beton

[31]. Ze deden een vergelijkende studie met onbehandeld beton en met beton waarvan het

oppervlak met waterafstotende middelen geïmpregneerd is en dit voor ongescheurd beton en beton

met scheuren van 0,5 mm en 1 mm. De gebruikte waterafstotende middelen zijn allemaal op basis

van silanen en siloxanen. Het toevoegen van waterafstotende middelen aan het betonmengsel zorgt

wel voor een vermindering van de druksterkte. Deze vermindering van druksterkte op 28 dagen

bedroeg respectievelijk 18 % en 23 % voor beton met een W/C-factor van 0,45 en 0,75.

Het hydrofobe mengsel zorgt voor een daling in moleculaire aantrekking tussen het water en de

betonporiën. Zo bedraagt de waterabsorptie van beton met waterafstotende middelen ingemengd

de helft van de waterabsorptie van onbehandeld beton en dit zowel voor ongescheurd beton als voor

beton met scheurwijdtes tot 1 mm. Beton geïmpregneerd met waterafstotende middelen is meest

effectief in de eerste dagen. In het geval van een hoge W/C-factor van het beton waarbij de

impregnering preventief is aangebracht, dus voor scheurvorming, is de waterabsorptie op lange duur

zelfs bijna even hoog als bij onbehandeld beton. Hetzelfde geldt voor beton met een impregnering

die aangebracht is na scheurvorming en waarbij de scheurwijdte te groot is, in dit geval vanaf 1 mm.

Blijft de scheurwijdte beperkt tot 0,5 mm dan is de impregnering na scheurvorming wel effectief [31].

14

Dai et al., 2009 ondervonden dat in ongescheurde toestand beton geïmpregneerd met silaan een

veel lagere waterabsorptie heeft dan onbehandeld beton. Treedt er echter scheurvorming op na

impregnering dan verliest de impregnering zijn effect en wordt de waterabsorptie op lange duur zelfs

even groot als bij onbehandeld beton. Indien het beton pas geïmpregneerd wordt na scheurvorming

stijgt de waterabsorptie pas na langere duur [34].

Wat betreft wapeningscorrosie door chlorides blijkt beton met ingemengde silanen een positief

effect te hebben indien het beton ongescheurd is. De corrosie kan volledig voorkomen worden, zelfs

bij beton met een hoge W/C-factor van 0,80 [30]. Een omgekeerd effect werd bekomen bij gescheurd

beton. De corrosie van het staal wordt opmerkelijk verhoogd wanneer silanen in het beton vermengd

worden. Zuurstofmoleculen, die de aantasting van wapening bevorderen, diffunderen sneller door

het hydrofobe beton [33].

Door het staal te galvaniseren wordt terug een positief effect bekomen [32]. De corrosie van de

wapening in gescheurd beton met silanen is terug veel minder dan de corrosie van de wapening in

onbehandeld gescheurd beton. De verhoogde diffusie van zuurstofmoleculen in het beton met

silanen heeft nu een positief effect op de passivering van de gegalvaniseerde wapening, zeker bij

beton met een hoge W/C-factor.

Tabel 2-2 geeft de chloride diffusiecoëfficiënten van een onbehandeld ongescheurd betonnen

proefstuk en van ongescheurde betonnen proefstukken met verschillende coatings weer [35]. De

diffusiecoëfficiënten van het onbehandelde proefstuk en het proefstuk met een natriumsilicaat

coating zijn veel hoger dan de proefstukken met een andere coating. De chloride-indringing in deze

proefstukken is dan ook veel groter. De impregnering van de betonstukken met een silaan/siloxaan

coating met acryl toplaag reduceert het best de diffusie van de chloride-ionen. De diffusiecoëfficiënt

bedraagt 7,83 x 10-8 cm²/s ten opzichte van de diffusiecoëfficiënt van 21,83 x 10-8 cm²/s voor een

onbehandeld proefstuk. Zonder de acryl toplaag is de diffusiecoëfficiënt haast dubbel zo groot wat

dan ook resulteert in een minder goede wering van chloride-ionen.

Tabel 2-2: Chloride diffusiecoëfficiënten in behandelde en onbehandelde proefstukken [35]

Wittmann et al., 2008 bestudeerden chloride indringing bij gescheurd beton dat geïmpregneerd

werd met silaan [36]. De eerste groep betonproefstukken werd door middel van een

driepuntsbuigproef gescheurd en kreeg verder geen behandeling. Het ondervlak van de tweede

groep proefstukken werd geïmpregneerd met silaan en achteraf werd een scheur aangebracht in de

proefstukken. Bij de derde groep werd eerst een scheur aangebracht en achteraf werd het ondervlak

geïmpregneerd met silaan. De gemiddelde scheurwijdte in de proefstukken bedroeg 0,2 ± 0,02 mm.

15

Alle proefstukken werden vervolgens voor 28 dagen in een waterige oplossing met 3 % NaCl

geplaatst en na deze periode werden chlorideprofielen opgesteld. Het profiel voor de eerste, tweede

en derde groep is respectievelijk weergegeven in Figuur 2-13 (a), (b) en (c). De maximale

chlorideconcentratie bedraagt veel minder bij geïmpregneerd beton. In onbehandeld beton komt

een chlorideconcentratie van 1,67 m% voor, terwijl de concentratie bij scheurvorming na

impregnatie en bij impregnatie na scheurvorming respectievelijk nog 0,662 m% en 0,3 m% van

cement bedraagt. Opmerkelijk is dat er een concentratie aan chlorides opgemeten wordt tot 90 mm

diep in het geval van de eerste en tweede groep. De scheurdiepte bedraagt slechts 60 mm dus

chlorides dringen door in de zone die mechanisch beschadigd is door de buigproef maar waar nog

geen scheurvorming is opgetreden. Vanaf deze zone verspreiden de chlorides zich ook horizontaal in

het beton tot 20 mm naast de scheur. Bij de derde groep is de chloride-indringing beperkt tot de

diepte van de scheur. De chlorides dringen dus bij impregnatie na scheurvorming niet meer door tot

in de mechanisch beschadigde zone [36].

Figuur 2-13: Chlorideprofiel voor (a) onbehandeld gescheurd beton; (b) beton met scheurvorming na

impregnatie; (c) beton met scheurvorming voor impregna tie [36]

Ibrahim et al., 1999 onderzochten het effect van impregnering van ongescheurd beton op de

indringing van CO2-moleculen. Als er geen CO2-moleculen het betonoppervlak kunnen binnendringen

dan kan de carbonatatiereactie niet doorgaan. Dit betekent dat er geen autogene heling door

carbonatatie zal zijn, maar ook dat er minder kans is op corrosie van de wapening ten gevolge van

een te grote carbonatatiediepte.

Voor dit onderzoek werden proefstukken in een carbonatatiekamer geplaatst die volledig verzadigd

wordt met CO2. Deze kamer is onderaan gevuld met 8 cm water en de proefstukken worden 3 cm

boven het waterniveau geplaatst. Door CO2 in het water te injecteren, wordt een gelijkmatige

verspreiding van CO2 in de kamer verkregen. Uit het onderzoek bleek dat impregneren met

silaan/siloxaan met een acryl toplaag en 2-componenten acryl coating het meest effectief is om CO2-

indringing tegen te houden, zoals te zien in Figuur 2-14. De carbonatatiediepte ten opzichte van het

betonoppervlak blijft 0 mm gedurende 5 weken. Van alle andere coatings vertoont natriumsilicaat

meer CO2-blokkering dan middelen op basis van silaan, silaan/siloxaan en siliconehars.

Natriumsilicaat behoudt de carbonatatiediepte tot op 12 mm, terwijl de andere coatings een

carbonatatiediepte van ongeveer 25 mm bereiken na 5 weken [35].

16

Figuur 2-14: Carbonatatiediepte van geïmpregneerde betonproefstukken [35]

2.2.3.3. Polyurethaan als helend agens

Polyurethaan is een polymeer dat bestaat uit organische elementen die door urethanen

(-NH-(C=O)-O-) gebonden worden, zoals in Figuur 2-15 te zien is [37]. Urethaan wordt gevormd door

covalente binding van de alcoholgroep (-OH) van het ene organisch element met de isocyanaatgroep

(-N=C=O) van het andere organisch element.

Figuur 2-15: Moleculaire formule van urethaan en polyurethaan [37]

Polyurethaan is een veelgebruikt materiaal en bestaat in heel wat verschillende vormen. In de bouw

is het bijvoorbeeld bruikbaar als isolatiemateriaal bij betonnen sandwichpanelen en net als

waterafstotende middelen werd polyurethaan al gebruikt als hydrofoberende coating [13] [38]. In

zelfhelend beton werd een prepolymeer van polyurethaan al gebruikt als één van de twee

componenten in het helend agens. De tweede component was een accelerator om de reactietijd te

verminderen. Beide componenten werden apart ingekapseld en bij scheurvorming kwamen beide

componenten vrij zodat de polymerisatie kon doorgaan [22]. Pelletier et al., 2010 gebruikten

polyurethaan als materiaal voor microcapsules [24]. Bij zelfheling van beton met behulp van

17

bacteriën is een drager nodig om de bacteriën te immobiliseren en te beschermen van de ongunstige

omstandigheden in beton. Polyurethaan werd al gebruikt als drager van bacteriën [39].

Als impregneringsmiddel op een ongescheurd beton vermindert een polyurethaan coating de

waterabsorptie meer dan een silaan/siloxaan coating. Ten opzichte van een onbehandeld beton

wordt de waterabsorptie met 95 % verminderd in het geval van beton geïmpregneerd met

polyurethaan, terwijl de vermindering respectievelijk 73 % en 75 % bedragen in het geval van beton

geïmpregneerd met watergedragen silaan/siloxaan coating en solventgedragen silaan/siloxaan

coating [13].

In de grafiek van Figuur 2-16 waar de chloride-indringing overeenkomend met een bepaalde

levensduur van de constructie uitgezet is, is goed te zien welke coatings de beste eigenschappen

bezitten [13]. In Tabel 2-3 is de benaming van de impregneringsmiddelen die voorkomen in de

grafiek te zien. Met een chloride-indringing van 4 cm is de levensduur van een onbehandeld

oppervlak beperkt tot 4,5 jaar. Behandeling met een polyurethaan coating (Single D) verhoogt deze

levensduur tot 35 jaar. Met deze coating bereikt de constructie de hoogste levensduur. Bij

silaan/siloxaan coatings helpt een extra toplaag van acryl om de levensduur te vergroten. De

solventgedragen silaan/siloxaan coatings met acryl toplaag (Double B+C) en watergedragen

silaan/siloxaan coatings met acryl toplaag (Double A+C) bereiken een iets hogere levensduur dan de

enkele solventgedragen (Single B) en enkele watergedragen silaan/siloxaan coating (Single A).

Figuur 2-16: Chloride-indringing i.f.v . levensduur voor verschillende coatings [13]

Tabel 2-3: Benaming van impregneringsmiddelen [13]

Systeem Product

Single A Silaan/siloxaan opgelost in water

Single B Silaan/siloxaan opgelost in solvent

Single C Acryl opgelost in solvent

Single D Polyurethaan coating

Double A+C Silaan/siloxaan opgelost in water + acryl toplaag

Double B+C Silaan/siloxaan opgelost in solvent + acryl toplaag

18

Een permeabiliteitstest van CO2 op een aantal behandelde ongescheurde betonproefstukken toont

aan dat een polyurethaan coating veel beter CO2-moleculen tegenhoudt dan een acryl coating [11].

Daarbij werden de permeabiliteitscoëfficiënt (P) en de diffusiecoëfficiënt (D) van CO2 voor de

verschillende coatings gemeten. De oplosbaarheidscoëfficiënt (S) werd bepaald als de verhouding

van de eerste tot de tweede, S = P/D. De oplosbaarheid van CO2 in een acryl coating is bijna 4 keer zo

veel als in een polyurethaan coating, zoals te zien is in Tabel 2-4.

Tabel 2-4: Oplosbaarheidscoëfficiënt van CO 2 voor verschillende coatings [11]

19

Hoofdstuk 3

Materialen en methoden

3.1. Materialen

3.1.1. Mortel

Voor de testen werden mortelproefstukken aangemaakt. Mortel is een samenstelling van cement,

zand en water. Het cement was van het type CEM I 52,5 N en er werd kraantjeswater gebruikt. In

Tabel 3-1 zijn de hoeveelheden aangegeven die in één mortelmengsel werden gebruikt. De massa

van water bedroeg de helft van de massa van cement om een W/C-factor van 0,5 te bekomen. Met

één mortelmengsel konden 3 standaardproefstukken met afmetingen 160 mm x 40 mm x 40 mm

gemaakt worden.

Tabel 3-1: Samenstelling van een mortelmengsel

Massa [g]

Cement 450

Zand 1350

Water 225

3.1.2. Beton

Naast mortel werd eveneens beton gebruikt. Beton is een samenstelling van granulaten, zand,

cement, water en eventueel additieven. Bij de sandwichpanelen werd een verschillende

betonsamenstelling gebruikt voor het binnenblad en het buitenblad. De samenstelling voor de

massieve panelen, zie paragraaf 3.1.8.2., is dezelfde als de samenstelling voor het binnenblad. De

W/C-factor bedroeg altijd 0,53 à 0,55 en de sterkteklasse van het beton was C30/37.

20

3.1.3. Wapening

De mortelproefstukken werden gewapend met twee wapeningsstaven, zoals te zien in Figuur 3-1. De

diameter bedroeg 2 mm en ze werden omgebogen zodat ze in de proefstukken met afmetingen

160 mm x 40 mm x 40 mm pasten. De staven waren 18 cm lang en langs weerszijden werd 2 cm van

de staven onder een loodrechte hoek gebogen met behulp van een plooibank.

Figuur 3-1: Wapeningsstaven voor mortelproefstukken

De wapening in de betonpanelen wordt verder besproken in paragraaf 3.1.8.

3.1.4. Capsules

De gebruikte capsules die het helend agens bevatten, waren uit glas vervaardigd en waren

cilindrisch. Deze capsules werden geproduceerd in lengtes van ongeveer 1 m en werden met behulp

van een mes in stukken van 5 cm gesneden. Er werden capsules met twee verschillende diameters

gebruikt: 2 mm en 3 mm. De capsules met diameter 3 mm zijn weergegeven in Figuur 3-2. In Figuur

3-3 zijn de capsules met een diameter van 2 mm weergegeven. Hier zijn ze gevuld met een 2

componenten polyurethaan. Doordat de glazen capsules zeer bros zijn, konden ze niet gemengd

worden in de mortel of het beton, maar werden ze manueel op een vaste plaats in de mortel- of

betonmatrix aangebracht.

Figuur 3-2: Lege glazen capsules

met diameter 3 mm

Figuur 3-3: Glazen capsules met diameter 2 mm

gevuld met 2 componenten polyurethaan

De capsules werden gevuld met helende agentia. Eerst werd één kant van de capsule dichtgelijmd

met Hottingerlijm: een 2 componenten lijm. Vervolgens werd het helend agens geïnjecteerd in de

capsule. Ten slotte werd de capsule met Hottingerlijm afgedicht aan de andere kant. Bij een helend

agens dat uit 2 componenten bestond, werden paren capsules gemaakt met elk één component van

21

het agens in een capsule. De twee capsules werden dan met parafilm of Hottingerlijm met elkaar

verbonden.

3.1.5. Polyurethaan als helend agens

Polyurethaan werd gebruikt als helend agens omdat het in staat is om te polymeriseren bij het

breken van de capsules. Daarenboven vormde polyurethaan een goede hechting met het beton of de

mortel waardoor het beton of de mortel een deel van de sterkte eigenschappen kon herwinnen.

Twee vormen van polyurethaan werden getest op hun geschiktheid om gebruikt te worden als

helend agens.

Het eerste polyurethaan bestond uit één component en polymeriseerde als het in contact kwam met

water. Dit polyurethaan kreeg de naam PU1. Van dit polymeer waren er twee varianten beschikbaar

met een verschillende viscositeit, zoals weergegeven in Tabel 3-2.

Tabel 3-2: Viscositeitswaarden van de verschillende 1-component polyurethanen

Viscositeit bij 25 °C [mPa.s]

Isocyanaat prepolymeer 001 3930

Isocyanaat prepolymeer 002 920

Bij de bereiding van dit polyurethaan werd het prepolymeer altijd gemengd met een stabilisator in

een verhouding van 49,75 g prepolymeer met 0,125 g stabilisator. Na samenvoegen werd het

mengsel gedurende 60 s geroerd. Vervolgens kon de reactie doorgaan met of zonder toevoeging van

water. Bij het mengsel werd 3 g water toegevoegd waarna het hevig gemengd werd gedurende 15 s.

Door het mengen met water ging het polyurethaan polymeriseren en na 14 dagen uitharden

verkreeg het polyurethaan de nodige sterkte. Indien geen water werd toegevoegd, gebeurde de

polymerisatiereactie met het water dat aanwezig was in het beton of de mortel.

Het tweede polyurethaan bestond uit 2 componenten en kreeg de naam PU2. Dit product was

commercieel verkrijgbaar en bevatte een prepolymeer en een accelerator. De viscositeit van het

prepolymeer bedroeg 600 mPa.s, terwijl de viscositeit van de accelerator veel lager was en 70 mPa.s

bedroeg.

De accelerator van dit 2 componenten polyurethaan moest nog gemengd worden met water in een

verhouding van 1 g accelerator per 10 g kraantjeswater. Het mengsel werd een volledige nacht

geroerd met een magnetische roerder en was de dag nadien klaar voor gebruik.

3.1.6. Waterafstotend middel als helend agens

Waterafstotende middelen hebben al hun nut bewezen als hydrofoberingsmiddel. Hier werd een

selectie van 5 middelen getest op hun geschiktheid voor gebruik als helend agens in capsules. De

waterafstotende middelen werden aangevraagd bij enkele bedrijven. In Tabel 3-3 zijn een aantal van

hun eigenschappen weergegeven.

22

Tabel 3-3: Eigenschappen van de waterafstotende middelen

Uiterlijk Bestaat uit Op basis van

Actief

bestanddeel

[%]

Dynamische

viscositeit bij 25 °C

[mPa.s]

WM 1kleurloze

vloeistofsilaan * 99% 10 **

WM 2 witte vloeistof silaan, siloxaan water * *

WM 3kleurloze

vloeistofsiloxaan, acrylaat KWS-mengsel * >10 **

WM 4kleurloze

vloeistofoligomeer siloxaan KWS-mengsel 7% <10 **

WM 5 witte vloeistoffluorhoudende

acrylcopolymeerwater * 10

* Deze eigenschappen werden niet teruggevonden in de technische fiches van de middelen

** De viscositeitswaarden uit de technische fiche werden omgerekend naar de dynamische viscositeit

3.1.7. Mortelproefstukken

De mortelproefstukken werden gemaakt met de mortelsamenstelling die eerder al werd aangegeven

en met behulp van een mortelmenger, weergegeven in Figuur 3-4. In de mengkuip werd het cement

en het water aangebracht. De zandtoevoer van de mortelmenger werd gevuld met een zakje zand

van 1350 g. Eerst werd gedurende 30 seconden het cement en het water gemengd met een

mengsnelheid van 140 toeren/min. Vervolgens werd de zandtoevoer geopend en mengde het zand

zich met het water-cementmengsel gedurende de volgende 30 seconden. Na deze eerste minuut

werd de mengsnelheid verhoogd tot 285 toeren/min en draaide de menger nog gedurende

30 seconden. De mengkuip werd uit de mortelmenger gehaald om het mengsel samen te schrapen

met een spatel. Het kon namelijk gebeuren dat een deel van het mengsel niet genoeg vermengd

werd gedurende de eerste anderhalve minuut. Na 90 seconden rust werd het mortelmengsel nog

1 minuut lang gemengd met een snelheid van 285 toeren/min. Het mengsel was vervolgens klaar om

in mallen gegoten te worden.

Figuur 3-4: Mortelmenger

23

3.1.7.1. Prismatische mortelproefstukken

Mortelproefstukken met afmetingen 160 mm x 40 mm x 40 mm werden gemaakt met de mal die

weergegeven is in Figuur 3-5.

Figuur 3-5: Mal van drie standaard mortelproefstukken

In de mal werd een laag van 1 cm dikte van het mortelmengsel gegoten. Met behulp van een

schoktafel werd de mal 60 keer geschokt en ging de mortel zich verdichten. Vervolgens werden in de

mortel 6 wapeningsstaven aangebracht, 2 staven per mortelproefstuk. Deze werden op 1 cm van de

rand van de 4 cm brede mal geplaatst zodat tussen de wapeningsstaven een afstand van 2 cm zat. In

langsrichting werd aan weerszijden van de staven 1 cm afstand tot de rand van de mal genomen

zodat de wapening mooi gecentreerd zat. Vervolgens werd de mal volledig gevuld met mortel en

werd de mortel verdicht door nogmaals 60 keer te schokken op de schoktafel. De bovenzijdes van de

proefstukken werden vlak gestreken met een spatel en de mal werd in de natte ruimte met een

temperatuur van 20 °C en een relatieve vochtigheid van 95 % geplaatst. De dag na het aanmaken van

de mortels werden de mortelproefstukken ontkist. Na het ontkisten werden ze terug in de vochtige

ruimte geplaatst om verder uit te harden. In Figuur 3-6 (a) is een 3D-model van een proefstuk met

wapening weergegeven.

Prismatische mortelproefstukken met capsules werden op dezelfde wijze aangemaakt, maar na het

plaatsen van de wapening werden ook de capsules met een diameter van 2 mm in de mortel

geplaatst. De capsules werden zodanig aangebracht dat ze in langsrichting in het midden van het

proefstuk zitten. In hoogterichting werd er naar gestreefd om de capsules tot 1 cm boven het

grondvlak te laten opdrijven. Zo is gebleken dat er bij de tweede keer schokken op de schoktafel

beter maar 30 keer wordt geschokt in plaats van 60 keer zodat de capsules niet te hoog zouden

opdrijven. In Figuur 3-6 (b) is een 3D-model van een mortelproefstuk met wapening en capsules

weergegeven.

24

(a)

(b)

Figuur 3-6: 3D-model van een mortelproefstuk (a) met wapening

en (b) met wapening en capsules

3.1.7.2. Cilindrische mortelproefstukken

Naast de prismatische mortelproefstukken werden ook cilindrische mortelproefstukken gebruikt. De

cilinders met diameter 50 mm werden uit prisma’s met afmetingen 150 mm x 150 mm x 600 mm

geboord. De kernen met hoogte 150 mm werden vervolgens in twee gezaagd. Ten gevolge van

verlies door de dikte van het zaagblad was de resulterende hoogte ongeveer 70 mm.

3.1.8. Betonnen panelen

3.1.8.1. Panelen met thermische scheurvorming

Er werden vier sandwichpanelen, waarin thermische scheuren op natuurlijke wijze zijn ontstaan, ter

beschikking gesteld aan labo Magnel voor betononderzoek. De scheuren werden reeds bij de

stockage in de fabriek gevormd. De afmetingen van deze panelen zijn weergegeven in Tabel 3-4.

Tabel 3-4: Afmetingen van de 4 sandwichpanelen

Lengte [cm] Hoogte [cm] Dikte [cm]

Paneel 1 1258* 219 20

Paneel 2 1249* 250 20

Paneel 3 1257* 220 20

Paneel 4 990 300 20

* Voeg in het midden van het buitenblad

De scheuren in deze panelen werden opgetekend en er werden kernen met een diameter van 5 cm

geboord. Van de scheuren in deze kernen werden de scheurwijdtes en – dieptes opgemeten op de

manier zoals beschreven in paragraaf 3.2.3.

3.1.8.2. Panelen om thermische scheurvorming te simuleren

Er werden verschillende prefab betonnen sandwichpanelen aangemaakt: namelijk een standaard

sandwichpaneel, een zwaar gewapend paneel en een paneel uit zelfhelend beton. De

sandwichpanelen hadden allemaal een dikte van 20 cm, een hoogte van 120 cm en een lengte van

759 cm. Ze werden opgebouwd uit een buitenblad van 6 cm dik, een isolatielaag uit polyurethaan

van 5 cm dik en een binnenblad van 9 cm dik.

25

Naast deze sandwichpanelen werden ook massieve betonnen panelen gemaakt. Deze panelen

hadden een dikte van 14 cm en waren 160 cm lang en 120 cm hoog. Ze dienden als koppanelen in de

opstelling om de panelen te testen op thermische scheurvorming, zoals verder beschreven in

paragraaf 3.2.9.3.

Bij het zelfhelend sandwichpaneel werden capsules ingegoten die vijf verschillende soorten helende

agentia bevatten, namelijk twee soorten polyurethaan en drie soorten waterafstotende middelen.

Deze capsules met een diameter van 3 mm werden allemaal gevuld met de methode zoals

beschreven in paragraaf 3.1.4. De correcte aantallen capsules per helend agens zijn aangegeven in

Tabel 3-5. Voor PU2 werden er 100 paren capsules gemaakt omdat dit polyurethaan uit 2

componenten bestond. Voor het helend agens PU1 werd prepolymeer 002 gebruikt met een

viscositeit van 920 mPa.s en dit prepolymeer werd niet gemengd met water. Enkel dit prepolymeer

kon geïnjecteerd worden in de capsules dankzij de lage viscositeit.

Tabel 3-5: Aantal capsules per helend middel

Aantal

Aantal per

zone

Aantal groepen

van 20 st. per

zone

Aantal groepen

van 15 st. per

zone

PU 1 190 95 4 1

PU 2 100 x 2 50 x 2 1 2

WM 1 200 100 5 0

WM 2 200 100 5 0

WM 3 160 80 4 0

Om vlot de capsules op het bekistingspaneel te kunnen leggen en om een geordende plaatsing van

de capsules te verkrijgen, werden de capsules per 15 of 20 stuks met elkaar verbonden. In Tabel 3-5

is aangegeven hoeveel groepen van 15 stuks en hoeveel groepen van 20 stuks per zone en per

product gemaakt werden. De opdeling in groepen van 15 en 20 stuks was nodig om de capsules gelijk

te kunnen verdelen over de bovenste en onderste zone. In Figuur 3-7 en Figuur 3-8 is te zien hoe de

capsules verbonden werden. De capsules werden in geschrankte rijen gelegd met in elke rij een

tussenafstand van 2,5 cm. De rijen van telkens 5 capsules overlapten elkaar over 0,5 cm. Met behulp

van Hottingerlijm werden de capsules verbonden aan een dunne staaldraad.

Figuur 3-7: Schikking capsules per 15 of 20 stuks

Figuur 3-8: Methode om capsules te verbinden

Deze capsules werden in zones gelegd om daarna in het buitenblad van het sandwichpaneel

ingegoten te worden. De schikking van de zones bij een frontaal zicht op het buitenblad is te zien in

26

Figuur 3-9. Zowel bovenaan als onderaan het paneel werd een zone voorzien voor elk helend agens.

De breedte van alle zones bedroeg 25 cm en de capsules bevonden zich op een afstand van ongeveer

5 cm van de rand van het paneel.

Figuur 3-9: Opdeling van het buitenblad in zones met capsules

Op het bekistingspaneel werden eerst de capsules gelegd waarna het wapeningsnet met een

tussenafstand van 150 mm en een diameter van 5 mm geplaatst werd, zoals te zien in Figuur 3-10.

Een eerste thermokoppel werd bevestigd aan het wapeningsnet en de plaatankers werden gestoken,

zoals op Figuur 3-11.

Figuur 3-10: Plaatsing van glazen capsules en

wapeningsnet

Figuur 3-11: Aanbrengen van een thermokoppel en

de plaatankers

Om de capsules niet te breken tijdens het storten van het beton werd een eerste laag beton manueel

aangebracht op de capsules, zoals in Figuur 3-12. De rest van het buitenblad kon gebetonneerd

worden met behulp van de kipbak. Na het verdichten van het beton door te trillen kon de isolatielaag

aangebracht worden. Er werd verwacht dat door het trillen de capsules zouden opdrijven zodat ze

een betondekking van ongeveer 1 cm zouden hebben. Het tweede thermokoppel werd aangebracht

tussen de eerste betonlaag en de isolatielaag en de thermokoppels werden door de isolatielaag

gestoken, zoals te zien in Figuur 3-13.

27

Figuur 3-12: Eerste laag beton manueel storten

Figuur 3-13: Isolatielaag aanbrengen

Er werden twee hijslussen geplaatst per paneel en daarna werd de wapening van het binnenblad

bovenop de isolatielaag gelegd. Hier werd een wapeningsnet met tussenafstand 150 mm geplaatst

en met een diameter van 8 mm. Daar bovenop werd als bijlegwapening nog één langse staaf met

diameter 12 mm gelegd, die zich onderaan in het paneel bevond bij een verticale stand van het

paneel, zoals te zien rechts in Figuur 3-14. Uiteindelijk werd het beton van het binnenblad gegoten

waarbij er op gelet werd dat de thermokoppels uit het beton kwamen, zoals te zien in Figuur 3-15.

Figuur 3-14: Wapening van het binnenblad plaatsen

Figuur 3-15: Binnenblad gieten en afwerken

Het standaard sandwichpaneel en het zwaar gewapend paneel werden op dezelfde wijze gemaakt.

Bij het standaard sandwichpaneel werden wel geen capsules met helende agentia aangebracht. Bij

het zwaar gewapend paneel werd eveneens geen zelfhelend beton gebruikt en werden in de

wapening van het binnenblad 5 langse staven met een diameter van 12 mm geplaatst. Deze 5 staven

werden gelijk verdeeld over de hoogte van het paneel, zoals te zien links in Figuur 3-14.

28

3.2. Methoden

3.2.1. Creëren van scheuren

3.2.1.1. Driepuntsbuigproef

Met een driepuntsbuigproef was het mogelijk om een scheur aan te brengen in het midden van een

mortelproefstuk. In Figuur 3-16 is de opstelling weergegeven met twee steunpunten onderaan op

een tussenafstand van 10 cm en één steunpunt bovenaan op het midden van het proefstuk. Op de

onderkant van de proefstukken en in het midden werd een LVDT (Linear Variable Differential

Transformer) gekleefd om de lineaire verplaatsing in de lengterichting van het proefstuk te meten.

De scheurwijdte die in het proefstuk ontstond door buiging kwam dan overeen met de lineaire

verplaatsing van de LVDT, zoals in Figuur 3-17.

Figuur 3-16: Opstelling driepuntsbuigproef

Figuur 3-17: Buigen tot de gewenste scheurvormi ng

De machine werd gestuurd met het computerprogramma Proteus. Het sturingsschema is

weergegeven in Tabel 3-6. In de eerste stap werd de machine aangestuurd op de verplaatsing van

het bovensteunpunt. Dit steunpunt verplaatste zich tot aan het proefstuk waarna de kracht

geleidelijk aan werd opgedreven zodat de snelheid van de verplaatsing van het bovensteunpunt

0,005 mm/s bedroeg. De volgende stap werd manueel geactiveerd van zodra de LVDT een vlot

toenemende lineaire verplaatsing registreerde. De machine liet de kracht op het proefstuk toenemen

tot de LVDT de gewenste scheurwijdte in het proefstuk bereikte. Vervolgens schakelde het

stuurprogramma automatisch over naar stap 3 waarbij de kracht afnam totdat het bovensteunpunt

niet meer drukte op het proefstuk. Het proefstuk kon uit de opstelling genomen worden en de LVDT

met hulpstukken werd terug van het proefstuk verwijderd. De scheur die na terugbuigen in het

proefstuk overbleef, was iets kleiner dan de intgestelde gewenste scheurwijdte in het

sturingsschema.

29

Tabel 3-6: Sturingsschema driepuntsbuigproef

Sturing

Stap 1 Verplaatsingsgestuurd 0,7 mm 0,005 mm/s

Stap 2 LVDT-gestuurd GSW* mm 0,001 mm/s

Stap 3 Krachtgestuurd 0 kN 0,5 kN/m

* GSW = de gewenste scheurwijdte

Grens Snelheid

3.2.1.2. Scheurvorming door thermische belasting

In de betonnen sanwich panelen werden scheuren aangebracht door thermische belasting. Er werd

een simulatie uitgevoerd van de werkelijke thermische scheurvorming in sandwichpanelen. Meer

details over hoe de panelen thermisch belast werden, zijn besproken in paragraaf 3.2.9.

3.2.2. Herstellen van scheuren

3.2.2.1. Manueel herstel

Manueel herstel van een scheur was mogelijk door het helend agens te injecteren in de scheur. Met

behulp van een spuit met naald werd over de lengte van de scheur het agens aangebracht en kreeg

het agens de tijd om in de scheur te lopen.

3.2.2.2. Autonoom herstel

Scheuren konden autonoom herstellen dankzij capsules met helende agentia die in de mortel of in

het beton ingebed werden. Bij scheurvorming was het de bedoeling dat de capsules braken en het

helend agens vrijlieten. Het agens vloeide in de scheur waar het kon polymeriseren om zo de scheur

op te vullen.

3.2.3. Scheurwijdtes en -dieptes bepalen

Om een vergelijking te kunnen maken met de werkelijke scheurwijdtes in de panelen, was het

belangrijk om de scheurwijdtes op te meten van gescheurde proefstukken. De betonkernen uit de 4

sandwichpanelen met thermische scheurvorming, zie paragraaf 3.1.8.1., en alle gescheurde

mortelproefstukken werden bestudeerd onder de microscoop, zoals weergegeven in Figuur 3-18.

Met behulp van een camera op de microscoop, die is aangesloten aan een computer, werden de

beelden rechtstreeks waargenomen op het beeldscherm. Met de software Leica werden dan foto’s

genomen en opgeslagen.

30

Figuur 3-18: Leica S8AP0 met een Leica DFC295 camera

Op het bovenvlak van het proefstuk waar de scheur zich bevond, werd om de halve centimeter een

aanduiding gemaakt, zoals te zien op Figuur 3-19. Ter hoogte van elke aanduiding werd een

microscopische foto genomen. De vergrotingsfactor van de microscoop bedroeg 5 x en op de foto

werd een schaal van 200 µm geplaatst, zoals te zien in Figuur 3-20. Aan de zijkant van de

proefstukken werden de scheurdieptes opgemeten waarvan een gemiddelde waarde werd berekend.

Om een verband te kunnen stellen tussen scheurwijdte en scheurdiepte, werd enkel rekening

gehouden met de gemiddelde scheurwijdte van de metingen aan de rand van het bovenvlak,

aangeduid met een rode streep in Figuur 3-19.

Figuur 3-19: Schematische voorstelling proefstuk

Het opmeten van de scheurwijdtes gebeurde met het programma ImageJ [40]. Deze software was

geschikt om het aantal pixels op een afbeelding te meten. Op elk beeld van de scheur werd de wijdte

3 keer opgemeten, zoals te zien in Figuur 3-20. Door ook de schaal op te meten konden de

31

meetwaarden in pixels omgezet worden naar micrometer. De verwerking van de gegevens gebeurde

met Microsoft Office Excel.

Figuur 3-20: Scheurwijdtes opmeten in ImageJ

Wanneer scheurwijdtes enkel ter plaatse gemeten konden worden, werd gebruikt gemaakt van een

scheurmicroscoop, zoals weergegeven in Figuur 3-21.

Figuur 3-21: Scheurmicroscoop

3.2.4. Trekproef

Om de hechtsterkte van polyurethaan te bepalen, werd een axiale trekproef uitgevoerd. Hiervoor

werden 6 reeksen cilindrische mortelproefstukken gemaakt. Elke reeks bestond uit 8 proefstukken

die per twee aan elkaar bevestigd werden met PU1. Het PU1 werd gemaakt op basis van het

prepolymeer 001 met een viscositeit van 3930 mPa.s. De bewaaromstandigheden van de

mortelproefstukken, de droogomstandigheden van de mortelproefstukken met PU1 en de

samenstelling van PU1 waren per reeks verschillend en zijn weergegeven in Tabel 3-7.

32

Tabel 3-7: Bewaaromstandigheden van de mortelproefstukken,

droogomstandigheden en samenstelling van PU1

Naamgeving

Bewaaromstandig-

heden mortels

Droogomstandigheden

mortels met PU1

Samenstelling

polyurethaan

O-W 40 °C in oven 20 °C en 60 % RV PU1 met water

O-T-W 40 °C in oven 20 °C en 60 % RV PU1 met water*

O 40 °C in oven 20 °C en 60 % RV PU1 zonder water

20/60 20 °C en 60 % RV 20 °C en 60 % RV PU1 zonder water

20/95 20 °C en 95 %RV 20 °C en 60 % RV PU1 zonder water

W onder water 20 °C en 60 % RV PU1 zonder water

* Gesimuleerde scheur werd afgedicht met tape waarin 4 kleine gaatjes geprikt werden

Met de bewaaromstandigheden van de mortelproefstukken en de samenstelling van polyurethaan

werden verschillende situaties gesimuleerd waarin polyurethaan dat vrijgekomen is uit capsules in

een scheur dient te polymeriseren. Een samenstelling van PU1 zonder water simuleert het geval

waarin enkel capsules met PU1 in het beton ingebed worden. Door een samenstelling van PU1 met

water toe te passen, werd gekeken of het nodig was om naast een capsule met PU1 ook een capsule

met water in te bedden in het beton.

Proefstukken die onder water bewaard werden, simuleerden het geval waarin vrijgekomen

polyurethaan genoeg water heeft om mee te reageren. Bewaaromstandigheden met een relatieve

vochtigheid van 60 % of 95 % zijn omstandigheden die in ons klimaat vaak voorkomen. Er werd

gekeken of het polyurethaan in deze omstandigheden genoeg vocht ter beschikking had om te

reageren. Bij proefstukken die in de oven gedroogd werden, had het polyurethaan geen water

beschikbaar. Door zowel een samenstelling van PU1 met water als een samenstelling van PU1 zonder

water aan te brengen op gedroogde proefstukken, werd gekeken of het nodig is om capsules met

water te voorzien in het geval van volledig droog beton. Door de gesimuleerde scheur af te dichten

met tape werd de werkelijke toestand van een scheur gesimuleerd waarbij er weinig contact is

tussen het vrijgekomen polyurethaan en de buitenlucht. Er is namelijk enkel aan het oppervlak van

het paneel contact mogelijk.

Eerst werden de reeksen proefstukken bewaard in de omstandigheden, die in Tabel 3-7 weergegeven

zijn, tot ze een constante massa hadden. Daarvoor moest het massaverlies van elk proefstuk in een

tijdsspanne van 24 uren kleiner zijn dan 0,1 %. Vervolgens werd het polyurethaan aangebracht

tussen de proefstukken en werden de proefstukken gedurende 14 dagen in de kruipzaal met een

temperatuur van 20 °C en een relatieve vochtigheid van 60 % geplaatst. Tijdens deze twee weken

kon het polyurethaan uitharden en tenslotte werden de proefstukken onderworpen aan de

trekproef.

Om het polyurethaan tussen elk paar proefstukken te kunnen aanbrengen, was een vaste afstand

tussen deze proefstukken vereist. Door 3 metalen plaatjes op een vlak van één proefstuk te kleven

werd een tussenafstand van 300 µm gegarandeerd, zoals te zien in Figuur 3-22. Met deze

tussenafstand werd een scheur gesimuleerd met een wijdte die kan voorkomen in beton.

33

Figuur 3-22: Metalen plaatjes tussen de cilindrische mortelproefstukken

Het volume PU1 dat aangebracht werd tussen de cilinders was identiek aan het volume vrije ruimte,

zoals berekend in Vergelijking (3-1).

(3-1)

Om de proefstukken te kunnen opstellen tussen de klemmen van de trekmachine moesten er stalen

trekschijven op de kopvlakken van de cilinders gekleefd worden. Hiervoor werd een 2 componenten

epoxy lijmmortel gebruikt. De trekschijven werden voorzien van een boorgat met draad in. Twee

koppelstukken, zoals te zien in Figuur 3-23, vervaardigd uit een vlak stuk en een staaf met draad,

konden in deze boorgaten schroeven. Het vlakke stuk van de koppelstukken werd geklemd tussen de

twee klemmen van de trekmachine. De trekmachine en de opstelling voor de trekproef zijn te zien in

Figuur 3-24. Bij uitvoering van de trekproef werd de verplaatsing van de machine gestuurd met een

snelheid van 0,2 mm/min.

Figuur 3-23: Hulpstukken voor de trekproef

Figuur 3-24: Opstelling voor de trekproef

34

3.2.5. Contactoppervlak en trekspanning van polyurethaan bepalen

Het PU1 dat tussen de cilindrische proefstukken was aangebracht, was niet altijd gelijkmatig gespreid

over de oppervlakte. Niet overal was er dus volledige hechting ontstaan tussen het polyurethaan en

de mortel. De proefstukken lieten los op het contactoppervlak tussen het PU1 en de mortel. Om deze

oppervlakte te bepalen, werd het programma Adobe® Photoshop® gebruikt.

Ter voorbereiding werd het PU1 dat effectief voor hechting zorgde, blauw gekleurd met een

alcoholstift, zoals te zien op Figuur 3-25. In Figuur 3-25 (a) is het ongemarkeerde proefstuk te zien.

Het PU1 dat voor hechting gezorgd had, was wit van kleur. Al deze witte delen van het PU1 werden

blauw gemarkeerd, zoals te zien in Figuur 3-25 (b). Deze markering werd aangebracht op beide

helften van het proefstuk.

(a) Ongemarkeerd

(b) Gemarkeerd met blauw

Figuur 3-25: Scheuroppervlak van een mortelproefstuk

In Adobe® Photoshop® was het mogelijk om het histogram van een afbeelding te bekijken. Daarin

stond het aantal pixels aangegeven dat bevat was in de foto of in een selectie van de foto. Eerst werd

een selectie gemaakt van de volledige oppervlakte van het proefstuk en werd het aantal pixels

afgelezen, zoals te zien in Figuur 3-26 (a). Daarna kon dankzij de blauwe kleur gemakkelijk een

selectie gemaakt worden van de hechtingsoppervlakte van het PU1 om dan ook van deze selectie het

aantal pixels af te lezen, zoals in Figuur 3-26 (b). In de figuur is met rood aangegeven waar het aantal

pixels afgelezen kon worden in het histogram. Uit deze gegevens kon vervolgens gemakkelijk de

verhouding van het oppervlak met hechting van PU1 tot de totale oppervlakte van het proefstuk

bepaald worden. Het totale percentage hechting was dan de som van de percentages hechting van

beide helften van het proefstuk.

35

(a) Selectie totale oppervlakte

(b) Selectie PU1

Figuur 3-26: Aantal pixels bepalen in Adobe® Photoshop®

Van allle proefstukken werd met een schuifmaat de diameter gemeten. Ter hoogte van het

hechtingsoppervlak werden twee metingen uitgevoerd om daaruit een gemiddelde waarde te

bepalen zodat een benadering van de oppervlakte berekend kon worden. Door deze oppervlakte te

correleren aan het aantal pixels van de totale oppervlakte en rekening houdend met de verhouding

van het oppervlak met hechting van PU1 tot de totale oppervlakte kon de oppervlakte aan hechting

tussen het PU1 en de mortel bepaald worden.

Met behulp van de trekbelastingen die bekomen werden uit de trekproef en de berekende

oppervlakte aan hechting tussen PU1 en mortel, werden de trekspanningen in PU1 berekend. Dit kon

met Vergelijking (3-2).

(3-2)

Waarbij : trekspanning [N/mm²]

: maximale trekbelasting [N]

: oppervlakte aan hechting tussen PU1 en mortel [mm²]

36

3.2.6. Capillaire waterabsorptie

De test op capillaire waterabsorptie werd uigevoerd op 7 reeksen van telkens 3 mortelproefstukken.

De gebruikte proefstukken hadden de standaardafmetingen van 160 mm x 40 mm x 40 mm. De proef

verliep zoals aangegeven in het schema van Figuur 3-27.

Figuur 3-27: Verloop van de proef op capillaire waterabsorptie

In alle proefstukken werd door middel van de driepuntsbuigproef, zie paragraaf 3.2.1.1., een scheur

in het midden van het proefstuk aangebracht met een grootte van 350 µm, gemeten met de LVDT.

De uiteindelijk blijvende scheurwijdte was kleiner dan 350 µm en deze resterende scheurwijdte werd

bepaald onder de microscoop, zoals uitgelegd in paragraaf 3.2.3. De lengte van de proefstukken werd

verkleind tot 60 mm door aan beide kanten 50 mm af te zagen, zoals schematisch weergegeven in

Figuur 3-28. Op die manier was het ondervlak veel kleiner en speelde de scheur een belangrijkere rol

in de proef op waterabsorptie.

Figuur 3-28: Afzagen van de proefstukken

Eén van de reeksen proefstukken diende als referentie terwijl de overige zes reeksen in de scheur

werden geïnjecteerd met een verschillend helend agens. De gebruikt helende agentia waren het

polyurethaan PU1 en de waterafstotende middelen WM1, WM2, WM3, WM4 en WM5. Het helend

agens PU1 werd gemaakt op basis van prepolymeer 001 met een viscositeit van 3930 mPa.s. Dit

37

prepolymeer werd gemengd met water zodat het weinig visceus was en geïnjecteerd kon worden in

de scheur.

Om zo nauwkeurig mogelijk te kunnen injecteren, werden de proefstukken afgeplakt zodat enkel de

scheur vrij was, zoals te zien in Figuur 3-29. Een dag na de injectie werden de proefstukken ontdaan

van de tape en werden ze in een oven op 40 °C geplaatst.

Figuur 3-29: Proefstukken afgeplakt en klaar voor injectie

Capillaire waterabsorptie werd uitgevoerd op proefstukken met constante massa. Eénmaal het

massaverlies verwaarloosbaar klein was, werd de proef aangevat. De zijkanten van de proefstukken

werden met aluminiumtape afgeplakt. Enkel het ondervlak van de proefstukken was dus

blootgesteld aan het water. De proefstukken werden vooraf gewogen en werden vervolgens in een

bak met water geplaatst, zoals te zien in Figuur 3-30. In de bak lag een plaat waarop rails waren

bevestigd. De proefstukken werden op deze rails geplaatst zodanig dat de scheur in het ondervlak

bereikbaar was voor het water. Het water reikte tot aan een hoogte van 0,5 cm boven het ondervlak

van de proefstukken. Gedurende 8 uren na de start van de proef werden alle proefstukken om het

half uur gewogen. Naarmate de proef vorderde, verminderde de wateropname in de proefstukken.

Daarom werden vervolgens de proefstukken na 24 uren, 48 uren,... gewogen tot volledige

verzadiging of bijna volledige verzadiging van de proefstukken voorkwam. De laatste meting werd

uitgevoerd op 96 uren na aanvang van de proef. De proefstukken werden tot op 0,01 g nauwkeurig

gewogen op een weegschaal. Voor het wegen, werden de proefstukken afgedept met een vochtige

vod.

Figuur 3-30: Opstelling proef capillaire waterabsorptie

38

3.2.7. Invloed van herbelasting op de capillaire waterabsorptie

Bij deze proef werd al een selectie gemaakt in de waterafstotende middelen en werden 5 reeksen

van 3 proefstukken getest waarbij ook hier één reeks diende als referentie. De proef verliep zoals

aangegeven in Figuur 3-31. Nu werden de proefstukken niet verzaagd zodat een tweede buigproef

mogelijk was en de proef op capillaire waterabsorptie verliep volledig op dezelfde wijze als uitgelegd

in paragraaf 3.2.6. De laatste weging van de mortelproefstukken werd uitgevoerd 72 uren na

aanvang van de proef.

Figuur 3-31: Verloop van de proef op capillaire waterabsorptie met herbelasting

De gebruikte helende agentia waren het polyurethaan PU1 en de waterafstotende middelen WM1,

WM2 en WM3. Het helend agens PU1 werd opnieuw gemaakt op basis van prepolymeer 001 met

een viscositeit van 3930 mPa.s. Het PU1 werd gemengd met water zodat het polyurethaan weinig

visceus was.

3.2.8. Breuk van de glazen capsules

Er werd een proef uitgevoerd om te zien bij welke scheurwijdte de glazen capsules in een

mortelproefstuk braken. Hiervoor werden 4 reeksen van 3 proefstukken gemaakt op de manier die in

paragraaf 3.1.7.1. is aangegeven. Als helend agens werd PU2 gebruikt. In elk proefstuk zaten twee

paren capsules met in elke capsule een component van PU2.

De W/C-factor van de mortel bedroeg 0,5, waardoor er kans was dat de capsules zouden opdrijven.

Om dit enigszins te beperken, werden de proefstukken van reeks 1 en reeks 3 maar 30 keer in plaats

van 60 keer geschokt. Bij reeks 3 en reeks 4 werd achteraf nog geprobeerd om de capsules manueel

naar beneden te duwen in de mortel met behulp van metalen plaatjes. In Tabel 3-8 is te zien welke

handelingen voor elke reeks zijn ondernomen. De bedoeling was namelijk dat de capsules op

ongeveer 1 cm boven het grondvlak van het proefstuk zouden zitten.

39

Tabel 3-8: Middelen om opdrijving te voorkomen

Naamgeving # schokken Extra

Reeks 1 30 30

Reeks 2 60 60

Reeks 3 30/NBG 30 Naar beneden geduwd

Reeks 4 60/NBG 60 Naar beneden geduwd

Na twee weken uitharden, werd een scheur aangebracht in elk proefstuk met behulp van de

buigproef. Van elke reeks werd het eerste proefstuk gebogen tot een scheurwijdte van 200 µm, het

tweede proefstuk tot 300 µm en het derde proefstuk tot 400 µm. Bij proefstukken waar de capsules

gebroken waren door de scheur, werd het PU2 zichtbaar aan het scheuroppervlak.

Een dag na de eerste buigproef werden de proefstukken gebogen tot volledige breuk zich voordeed.

Dan kon nagegaan worden tot op welke hoogte de capsules opgedreven waren en of beide paren

capsules al of niet gebroken waren door de eerste buigproef. Indien er uitgehard PU2 op het

scheurvlak aanwezig was, betekende dit dat de capsules gebroken waren door de eerste buigproef.

Indien de lijm nog nat was, waren de capsules pas gebroken bij de tweede buigproef.

3.2.9. Proeven op de sandwichpanelen

3.2.9.1. Simulatie in Trisco

Met het programma Trisco was het mogelijk om het temperatuurverloop doorheen een muur op te

stellen. Uit de resultaten van deze simulatie was het mogelijk om de oppervlaktetemperatuur van

het buitenblad van het sandwichpaneel te bepalen bij opwarming door de zon.

Eerst werd de geometrie van het sandwichpaneel getekend. Er werd gekozen voor een buitenblad

met een dikte van 6 cm, een isolatielaag van polyurethaan met een dikte van 5 cm en een binnenblad

met een dikte van 9 cm. De sandwichpanelen die uiteindelijk beproefd werden op thermische

scheurvorming hadden eveneens deze afmetingen, zie paragraaf 3.1.8.2. De simulatie werd berekend

op een eenheidsoppervlak, dus de afmetingen in het vlak bedroegen 1 m op 1 m.

Vervolgens werden de randvoorwaarden in het programma ingegeven. De binnentemperatuur werd

ingesteld op 20 °C, ongeveer de gemiddelde temperatuur in werkomgevingen. De buitentemperatuur

veranderde cyclisch met dag en nacht. Aangezien hier het effect van de opwarming werd

beschouwd, werden hoge waarden voor de buitentemperatuur gekozen. De berekening werd

uitgevoerd met een buitentemperatuur van 30 °C, 35 °C en 40 °C.

Warmte verplaatst zich doorheen de wand door convectie en conductie. Dit is schematisch

weergegeven in Figuur 3-32. De convectiecoëfficiënt aan het buitenoppervlak werd gelijk aan

23 W/m²K gekozen en aan het binnenoppervlak gelijk aan 8 W/m²K [7]. Het gebruikte beton was een

normale sterkte beton met een conductiecoëfficiënt van 2 W/mK [6]. De isolatielaag bestond uit

polyurethaan dat in deze opstelling een warmtegeleidingscoëfficiënt van 0,494 W/mK heeft.

40

Figuur 3-32: Geometrie en randvoorwaarden

Door opwarming van de zon, stralingswarmte van de directe omgeving en straling van de

hemelkoepel ervaart een betonnen oppervlak een referentietemperatuur die hoger is dan de

buitentemperatuur. Deze referentietemperatuur werd berekend met Vergelijking (3-3).

(3-3)

Waarbij : buitentemperatuur

: absorptiefactor van het betonoppervlak [10] [41]

: kortgolvige irradiantie van de zon op het buitenoppervlak [7]

: stralingsovergangscoëfficiënt aan het buitenoppervlak [7]

: convectieve overgangscoëfficiënt aan het buitenoppervlak [7]

: hoekfactor vlak-hemelkoepel [7]

: verschil tussen buitentemperatuur en stralingstemperatuur

hemelkoepel [7]

De buitentemperatuur varieert en kan in zomermaanden oplopen tot 40 °C. De zon levert een

warmtestraling van 850 W/m² waarvan 55 % opgenomen wordt door het betonoppervlak [41]. Voor

wandconstructies gebeurt de straling voor de helft tussen de hemelkoepel en het oppervlak en voor

de helft tussen de omgeving en het oppervlak. Fssky is bijgevolg gelijk aan 0,5. De

stralingstemperatuur van de hemelkoepel is bij een warme zomerdag zonder wolken 20 °C lager dan

de buitentemperatuur [7].

De formule werd uitgerekend voor een buitentemperatuur van 30 °C, 35 °C en 40 °C en de resultaten

zijn weergegeven in Tabel 3-9.

41

Tabel 3-9: Buitentemperatuur en referentietemperatuur

θe [°C] θref,e [°C]

30 49

35 54

40 59

Door straling neemt de referentietemperatuur dus met 19 °C toe ten opzichte van de

buitentemperatuur. Deze referentietemperatuur werd ingegeven als buitentemperatuur in het

programma Trisco. Een grafische weergave van het temperatuurverloop doorheen het

sandwichpaneel voor een buitentemperatuur van 30 °C, 35 °C en 40 °C is respectievelijk

weergegeven in Figuur 3-33 (a), (b) en (c).

Figuur 3-33: Temperatuurverloop bij (a) θe =30 °C; (b) θe =35 °C; (c) θe=40 °C

42

Bij deze simulatie verliep de temperatuur lineair tussen de verschillende oppervlakken van het

sandwichpaneel. Bij een buitentemperatuur van 30 °C, 35 °C en 40 °C werd respectievelijk een

oppervlaktetemperatuur op het buitenblad van 49 °C, 54 °C en 59 °C verkregen. De val in

temperatuur was zoals te verwachten het grootst in de isolatielaag. Dit is goed zichtbaar in Figuur

3-34.

Figuur 3-34: Temperatuurverloop bij θe van 30 °C, 35 °C en 40 °C

3.2.9.2. Simulatie in Scia Engineer

Met behulp van Scia Engineer kon de thermische belasting op een sandwichpaneel gesimuleerd

worden. Eerst werden de gebruikte materialen ingevoerd. Vervolgens werd de geometrie met de

bijhorende randvoorwaarden getekend om daarna de thermische belasting op deze geometrie aan te

brengen. Ten slotte voerde het programma de berekeningen uit en konden de vervormingen en

spanningen van de geometrie bekeken worden.

De gebruikte materialen zijn beton voor het buiten- en binnenblad, polyurethaan als isolatielaag en

inox voor de verankeringen tussen beide bladen. De karakteristieken van beton en inox zijn

weergegeven in Tabel 3-10. De eigenschappen van beton C30/37 werden bekomen uit de

materialenbibliotheek van Scia Engineer. De eigenschappen van inox zijn overgenomen uit een tabel

met technische eigenschappen van inox [42].

Tabel 3-10: Materialen en karakteristieken

Beton C30/37 Inox

Thermische uitzetting [m/mK] 1,00E-05 1,75E-05

Massa eenheid [kg/m³] 2500 8000

E-modulus [MPa] 32800 200000

Poisson coëfficiënt [-] 0,2 0,2

G-modulus [MPa] 13667 83300

Specifieke hitte [J/gK] 0,60 0,50

Thermische geleiding [W/mK] 2 15

http://www.euro-inox.org/pdf/map/Tables_TechnicalProperties_EN.pdf

43

De tussenliggende isolatielaag van polyurethaan werd niet opgenomen in de geometrie. Er werd

verondersteld dat er geen aanhechting is tussen de isolatielaag en de betonlagen.

De wandelementen worden verankerd met de kolommen door middel van bouten en

sleufverbindingen. Deze verankeringen op het binnenblad werden gemodelleerd met 2 steunpunten

op elke korte zijde van het paneel en op 20 cm afstand van de lange zijden van het paneel. De

modellering van deze verankeringen liet geen verplaatsingen toe, maar rotaties om de 3

verschillende assen waren wel mogelijk.

Het buitenblad is aan het binnenblad verankerd met twee plaatankers met een dikte van 1 mm en

een breedte van 120 mm, zoals weergegeven in Figuur 3-35. Deze ankers bevinden zich op halve

hoogte en op een afstand van 1,8 m van de korte zijde van het paneel. Met de functie ‘constructie-

entiteiten verbinden’ werd in het programma een momentvaste verbinding gemaakt tussen de

verankeringen en de betonbladen. Verder bevindt er zich nog een torsieanker, zoals te zien in Figuur

3-36, in het midden van het paneel en op een hoogte van 1 m, maar omdat het paneel door de

thermische belasting geen torsie ondervindt, werd dit anker niet gemodelleerd. Een schematische

voorstelling van de plaats van de verankeringen is te zien in Figuur 3-37.

Figuur 3-35: Plaatanker [43]

Figuur 3-36: Torsieankers [43]

Figuur 3-37: Plaats van de verankeringen in het sandwichpaneel

De belastingen die beschouwd werden, waren het eigengewicht van het paneel en de thermische

belasting ten gevolge van de opwarming van het buitenblad door de zon. In het programma konden

de temperaturen aan de betonoppervlakken ingegeven worden. Over de dikte van het betonblad

verliep de temperatuur lineair tussen de twee oppervlaktetemperaturen. De

oppervlaktetemperaturen werden berekend met Trisco en zijn weergegeven in Tabel 3-11.

44

Tabel 3-11: Temperaturen aan de betonoppervlakken

θe [°C] θref,e [°C]

Buiten-

oppervlak [°C]

Buitenblad -

Isolatie [°C]

Isolatie -

Binnenblad [°C]

Binnen-

oppervlak [°C] θi [°C]

30 48,6 48 43,5 28,5 21,5 20

35 53,6 53 47,5 30 22 20

40 58,6 58 51,5 32 22,5 20

Het programma voerde een lineaire berekening uit met behulp van de eindige elementen methode

waarbij de gemiddelde grootte van de 2D elementen in het net 0,1 m bedroeg. De vervormde

constructie zag er uit zoals in Figuur 3-38.

Figuur 3-38: Vervormde constructie

De temperaturen aan het buitenblad zijn hoger dan aan het binnenblad. Het buitenblad zet bijgevolg

meer uit dan het binnenblad waardoor het sandwichpaneel zal uitbuigen. In het buitenblad ontstaan

trekspanningen in de lengterichting, terwijl in het binnenblad drukspanningen ontstaan in de

lengterichting. Bij een hogere buitentemperatuur verhoogt de thermische rek zowel in buiten- als

binnenblad. Het paneel buigt meer uit waardoor de spanningen eveneens toenemen. In Tabel 3-12

zijn de gesimuleerde uitbuiging van het paneel, de rekken en spanningen in het midden van het

buiten- en binnenblad weergegeven voor een buitentemperatuur van 30 °C, 35 °C en 40 °C.

Tabel 3-12: Gesimuleerde uitbuiging, rek en spanning van het sandwichpaneel

bij een buitentemperatuur van 30 °C, 35 °C en 40 °C ; druk = - en trek = +

θe [°C] Uitbuiging [mm] ε [mm/m] σmid [MPa] ε [mm/m] σmid [MPa]

30 5,7 0,46 7,6 0,25 -8

35 6,5 0,5 7,9 0,26 -8

40 7,7 0,55 8,3 0,27 -10

Buitenblad Binnenblad

45

De treksterkte van het beton in de sandwichpanelen werd gemeten op 3 cilindrische kernen met

diameter 5 cm. De trekspanning bij breuk bedroeg 4,49 ± 0,07 MPa en is dus lager dan de berekende

trekspanningen van Tabel 3-12. Bij een buitentemperatuur van 30 °C of meer kunnen dus scheuren

ontstaan in het buitenblad van een sandwichpaneel.

3.2.9.3. Opstelling sandwichpanelen voor simulatie van thermische belasting

In het laboratorium werd een opstelling gebouwd om de thermische scheurvorming in

sandwichpanelen te simuleren. Deze opstelling is weergegeven in Figuur 3-39. Het was de bedoeling

om de ruimte tussen de panelen op te warmen zodat een temperatuurverschil over de dikte van de

sandwichpanelen verkregen werd. Door een cyclisch verloop van opwarming en afkoeling werd de

werkelijke toestand gesimuleerd waarbij de panelen uitbuigen en terugkeren zodat scheuren

gevormd worden.

Figuur 3-39: Opstelling sandwichpanelen

Aan elke zijde van de opstelling werden twee palen geplaatst waaraan kleine koppanelen met een

lengte van 160 cm werden bevestigd. Tussen deze korte panelen werden twee sandwichpanelen met

een lengte van 759 cm geplaatst. De lange sandwichpanelen werden met stalen sleufverbindingen

verbonden aan de korte koppanelen, zoals te zien op Figuur 3-40.

Figuur 3-40: Stalen sleufverbinding

46

De ruimte tussen de panelen werd vervolgens zo goed mogelijk geïsoleerd. Op de vloer en tussen de

panelen lag een 6 cm dikke rotswollaag om de warmteverliezen via de betonnen vloer te beperken.

De bovenkant van de opstelling werd afgesloten met isolatieplaten van polyurethaan met een dikte

van 5 cm.

De panelen werden aan elk uiteinde op een plastieken collage van 0,5 cm dik geplaatst. De spleet die

hierdoor ontstond tussen het paneel en de vloer werd opgevuld met mastiek. Ook de spleten tussen

de lange panelen en de koppanelen werden op dezelfde wijze opgevuld. Op deze manier was de

ruimte tussen de panelen volledig afgesloten zodat de warmteverliezen geminimaliseerd bleven.

Om het temperatuurverloop doorheen de wand te kunnen meten, werden zoals besproken in

paragraaf 3.1.8., thermokoppels in de sandwichpanelen gegoten. Op het oppervlak van het

buitenblad en op het oppervlak van het binnenblad van elk paneel werden nog thermokoppels

gekleefd. Elk paneel had uiteindelijk vier thermokoppels om het temperatuurverloop te meten.

Naast temperatuurmetingen werden ook de verplaatsingen door uitbuiging van de twee lange

panelen gemeten. Dit kon met behulp van LVDT’s die halverwege de panelen geplaatst werden op

een statief, zoals te zien in Figuur 3-41 (a), (b) en (c). De gebruikte LVDT’s hadden een bereik van

30 cm.

(a) LVDT aan het binnenblad

(b) LVDT’s aan de

buitenbladen

(c) LVDT aan het binnenblad

Figuur 3-41: LVDT's in de opstelling

Er was ook apparatuur nodig om de ruimte tussen de panelen te kunnen opwarmen tot een

temperatuur van 60 °C. Aangezien een toestel op mazout- of gasverbranding niet toegelaten was in

het laboratorium werd een warmeluchtblazer op elektriciteit gebruikt. De warmteluchtblazer is te

zien in Figuur 3-42 met zijn eigenschappen in Tabel 3-13.

47

Figuur 3-42: Warmeluchtblazer

Tabel 3-13: Eigenschappen van de warmeluchtblazer

Vermogen 18 kW

Stroomsterkte 28 A

Spanning 3x380 V

Luchtopbrengst 1520 m³/u

Lengte 0,4 m

Breedte 0,47 m

Hoogte 0,59 m

Het vermogen van dit toestel kon berekend worden met Vergelijking (3-4). Hieruit kon bepaald

worden wat het temperatuurverschil is dat bereikt kon worden met deze warmeluchtblazer. Dit

gebeurde dan volgens Vergelijking (3-5) [7].

(3-4)

Of

(3-5)

Waarbij : het temperatuurverschil tussen buiten- en binnenoppervlak

: het vermogen van het toestel

: de volumieke warmtecapaciteit van lucht

: het ventilatievoud van de ruimte

: het volume van de ruimte

Zo kon theoretisch een temperatuurverschil van 35,5 °C bekomen worden. Er werd wel geen

rekening gehouden met warmteverliezen via kleine openingen in de opstelling. De temperatuur

bereikte in de testopstelling geen 60 °C en daarom werd naast deze warmeluchtblazer ook gebruik

gemaakt van stralingsverwarmers. In Figuur 3-43, Figuur 3-44 en Figuur 3-45 zijn de

stralingsverwarmers, die in de opstelling gebruikt werden, te zien. Ze hadden respectievelijk per stuk

een vermogen van 1800 W, 500 W en 800 W. Deze verwarmers zorgden wel voor een plaatselijke

opwarming van het paneel en geen algemene opwarming van de ruimte zoals bij de

warmeluchtblazer. De warmeluchtblazer bleef dus zorgen voor een verspreiding van de warmte over

de ruimte tussen de panelen.

48

Figuur 3-43: Stralingsverwarmer van 1800 W

Figuur 3-44: 3 stralingsverwarmers met elk een

vermogen van 500 W

Figuur 3-45: 2 stralingsverwamers met elk een vermogen van 800 W

Om de opwarming van de panelen door de zon zo goed mogelijk te simuleren, werd de ruimte tussen

de panelen cyclisch opgewarmd en afgekoeld. De verwarmingstoestellen werden aangesloten op een

timer zodat de toestellen automatisch inschakelden om gedurende een aantal uren de ruimte tussen

de panelen op te warmen. Na deze opwarmcyclus schakelden de verwarmingstoestellen terug uit en

kon de ruimte tussen de panelen afkoelen gedurende de rest van de dag. Tijdens een afkoelcyclus

werden de isolatieplaten weggehaald van de opstelling zodat de panelen meer konden afkoelen.

In het elektrisch circuit was eveneens een veiligheid ingebouwd die ervoor zorgde dat de

verwarmingselementen uitschakelden indien de temperatuur in de opstelling te hoog opliep.

Hiervoor werd een thermometer opgehangen in de ruimte tussen de panelen.

3.2.9.4. Eerste test op thermische belasting van sandwichpanelen

Gedurende twee weken werd een eerste opstelling van sandwichpanelen getest. Er werd gekeken of

het mogelijk was om de ruimte tussen de panelen genoeg op te warmen zodat scheuren ontstonden.

De opstelling is weergegeven in Figuur 3-46. Zoals te zien waren er per paneel vier thermokoppels en

bevond er zich voor elk paneel een LVDT aan het buitenblad en aan het binnenblad. De thermometer

die het circuit deed uitschakelen bij te hoge temperaturen is aangegeven met “Tveiligheid” in Figuur

3-46. Indien de temperatuur daar hoger werd dan 55 °C schakelde de verwarming uit. Deze grens

werd lager gekozen dan 60 °C omdat er enig temperatuurverschil was tussen de kant waar de

warmeluchtblazer opgesteld stond en de kant waar de thermometer hing.

49

Figuur 3-46: Eerste opstelling van de proef

op thermische belasting van sandwichpanelen

De warmeluchtblazer werd tijdens de eerste test tussen de panelen geplaatst. Al snel bleek dat het

toestel uitschakelde doordat het toestel te warm werd. De warmeluchtblazer moet namelijk in staat

zijn om koude lucht aan te zuigen en warme lucht uit te blazen. Om de toevoer aan koude lucht

mogelijk te maken, werd de warmeluchtblazer afgescheiden van de opwarmruimte door middel van

een isolatiepaneel, zoals in Figuur 3-47 is te zien. Het toestel schakelde niet meer uit, maar werkte

soms wel maar op de helft van zijn stroomsterkte. In een later stadium werd zoals in Figuur 3-48 te

zien het toestel nog hoger geplaatst om dit probleem op te lossen, maar dit bleek nog steeds niet te

volstaan.

Figuur 3-47: Warmeluchtblazer afgescheiden

van de opgewarmde ruimte

Figuur 3-48: Warmeluchtblazer hoger geplaatst

Om nog hogere temperaturen in de ruimte tussen de panelen te krijgen, werden er een week lang 2

extra infraroodstralers geplaatst, zoals in Figuur 3-46 te zien. De infraroodstralers waren van het type

van Figuur 3-43 met een vermogen van 1800 W. Ze stonden in het midden van de opstelling en

richtten elk op één wandpaneel. Op deze manier werden wel temperaturen van 60 °C behaald in de

ruimte tussen de panelen.

Uit de ervaring die opgedaan werd bij deze eerste opstelling, werd de tweede opstelling

geoptimaliseerd.

50

3.2.9.5. Thermische belasting van een zelfhelend sandwichpaneel en van een zwaar

gewapend sandwichpaneel

De tweede opstelling werd enigszins gewijzigd in vergelijking met de eerste opstelling. In Figuur 3-49

is te zien dat de warmeluchtblazer zich niet meer tussen de panelen bevond. Dankzij een gat in het

koppaneel kon de warmeluchtblazer net buiten de opgewarmde ruimte geplaatst worden. Zo had

het toestel geen problemen meer om koude lucht aan te zuigen. Tussen de panelen werden de

LVDT’s weggelaten. De metingen van de twee LVDT’s die buiten de panelen stonden, waren

voldoende om een idee te krijgen van de verplaatsing van de panelen. In de tweede opstelling

werden er meer stralingswarmers geplaatst. Ze bevonden zich in het midden van de ruimte tussen de

panelen en werden afwisselend gericht op het ene paneel en op het andere paneel, ofwel volgens de

groene pijlen ofwel volgens de blauwe pijlen in Figuur 3-49. De straler van 1500 W was een

samenstelling van de 3 stralers in Figuur 3-44. De twee stralers van 1800 W waren deze van het type

van Figuur 3-43 en de 2 stralers van Figuur 3-45 zorgden voor een vermogen van 1600 W samen. De

thermometer die zorgde voor de veiligheid van het elektrisch circuit werd nu in het midden van de

opgewarmde ruimte gehangen en stond ingesteld op een temperatuur van 58 °C.

Figuur 3-49: Tweede opstelling van de proef

op thermische belasting van sandwichpanelen

De sandwichpanelen in deze opstelling waren niet meer de standaardpanelen. In één van de panelen

werden capsules aangebracht, in het andere paneel werd meer wapening geplaatst, zie paragraaf

3.1.8.2. De lange panelen werden iets hoger geplaatst door twee collages in plaats van één collage op

elk steunpunt te leggen. Op die manier werd vermeden dat de uitbuigingen van de panelen

belemmerd werden door contact met de betonvloer. Uit de panelen van deze laatste opstelling

werden kernen geboord met een diameter van 8 cm om de betondekking van de capsules in paneel A

te kunnen meten en om de scheurdieptes in paneel B te kunnen bepalen.

51

3.2.9.6. Wateropname bepalen

Om de wateropname in het betonoppervlak van de panelen te bepalen, werd gebruik gemaakt van

een karstenpijpje, zoals te zien in Figuur 3-50. Het karstenpijpje werd met de blauwe plastische kit

bevestigd op een ongescheurd betonoppervlak of bovenop een scheur. Op het karstenpijpje is een

schaalverdeling getekend met een maatstreepje om de 0,1 ml. Het pijpje werd gevuld met water tot

aan het bovenste maatstreepje. Met een chronometer werd gemeten hoe snel het water in het

betonoppervlak of in de scheur drong.

Figuur 3-50: Karstenpijpje

Bij scheuren waarvan de wateropname groot was, werd de tijd gemeten om 0,5 ml water op te

nemen. Indien de wateropname minder snel verliep, werd de tijd gemeten tot 0,2 ml of 0,3 ml

opname in het beton. De plaatsen van de metingen zijn weergegeven in Figuur 4-57 en Figuur 4-58.

3.2.9.7. Kleurschakeringen meten

Een aantal helende agentia veroorzaakten kleurschakeringen op het betonoppervlak. Met de

spectrofotometer uit Figuur 3-51 werden de CIE L* a* b* kleurwaarden bepaald. Het toestel mat de

kleurwaarden van een cirkelvormig oppervlak met diameter 1 cm en een meting werd geregistreerd

door de onderkant van de spectrofotometer tegen het oppervlak aan te drukken. De metingen

werden uitgevoerd op zowel een droog als op een nat betonoppervlak. Telkens werden metingen

uitgevoerd op het onbehandeld beton en op het beton dat autonoom geheeld was.

52

Figuur 3-51: X-Rite spectrofotometer

Met 3 waarden is de kleur bepaald in de CIE L* a* b* kleurenruimte, zoals weergegeven in Figuur

3-52. De waarde L* geeft op een schaal tussen 0 en 100 aan wat de helderheid is. De

minimumwaarde duidt zwart aan terwijl de maximumwaarde overeenkomt met wit. De waarde a*

duidt de kleur aan tussen rood en groen. Een negatieve waarde betekent groen, terwijl een positieve

waarde rood aanduidt. De waarde b* representeert de kleur tussen geel en blauw. Een negatieve

waarde komt overeen met blauw, terwijl een positieve waarde overeenkomt met geel [44].

Figuur 3-52: CIE L* a* b* kleurenruimte [44]

3.2.10. Statistische verwerking

Meetresultaten werden statistisch verwerkt met het programma SPSS®. Om twee gemiddelde

waarden te vergelijken, werd gebruikt gemaakt van een t-test. Meerdere gemiddelden konden met

elkaar vergeleken worden met behulp van een Analysis of Variance (ANOVA). Bij de ANOVA werden

telkens de beschrijvende grootheden berekend en werd een test op homogeniteit van de varianties

(Levene’s test) uitgevoerd. Indien de varianties homogeen waren, werd een meervoudige

vergelijkingstoets van Student-Newman-Keuls uitgevoerd. Indien de varianties niet homogeen waren,

werd een Dunnett’s T3 test uitgevoerd. Deze testen gaven aan welke gemiddelden significant

verschillend waren en welke niet. Er werd steeds gerekend met een significantieniveau van 5 %.

Grafieken met resultaten geven de gemiddelde waarden van de metingen aan waarbij de foutbalken

de standaardfouten op deze gemiddelde waarden zijn.

53

Hoofdstuk 4

Resultaten en discussie

4.1. Werkelijke scheuren in de sandwichpanelen

Van de vier sandwichpanelen waarop thermische scheurvorming op natuurlijke wijze is

voorgekomen, werd het scheurpatroon opgemeten. De scheurwijdtes en scheurdieptes werden

gemeten op de boorkernen van deze panelen.

4.1.1. Scheurpatroon

De scheurpatronen van de panelen zijn schematisch weergegeven in Figuur 4-1. De vier panelen

hadden een aanzienlijke lengte en waren allemaal 20 cm dik. De lengte en hoogte van elk paneel is

aangegeven in Figuur 4-1 en de plaatsen van de kernboringen zijn aangeduid met een letter.

De scheuren ontstonden hoofdzakelijk vanaf de rand van het paneel en liepen meestal loodrecht op

de lengterichting. Door opwarming van het buitenblad van het paneel ging het volledige paneel

uitbuigen en ontstonden trekspanningen in de lengterichting. Werd de trekspanning van het beton

overschreden, dan ontstond een scheur loodrecht op de richting van de trekspanningen. Door het

herhaaldelijk uitbuigen en terugbuigen van het paneel konden scheuren verder groeien.

De scheuren waren verspreid over het paneel en waren soms heel kort of liepen soms volledig door

over de hoogte van het paneel. In paneel 4 was de schade het grootst. Naast het scheurpatroon van

paneel 4 dat in Figuur 4-1 getekend is, bevonden er zich nog overal haarscheurtjes. In paneel 2

daarentegen waren haast geen scheuren ontstaan en werden maar drie scheuren opgemerkt.

In paneel 1, 2 en 3 van Figuur 4-1 werd een voeg aangebracht halverwege de lengte van het

buitenblad. Deze voeg zorgde ervoor dat de lengte van het paneel eigenlijk gehalveerd werd. Omdat

paneel 4 de grootste lengte had, ontstond in dit paneel waarschijnlijk het grootste scheurpatroon. De

3 andere panelen hadden een haast even grote lengte en toch was het scheurpatroon verschillend. In

panelen met een grote lengte ontstaan dus niet per se veel thermische scheuren.

54

Figuur 4-1: Schematische voorstelling van de scheurpatronen

en de plaatsen van de kernboringen in de vier panelen

4.1.2. Scheurwijdte en scheurdiepte

Van alle geboorde kernen werd de scheurwijdte aan het bovenvlak van de kern gemeten samen met

de diepte van de scheur met de methode zoals beschreven in paragraaf 3.2.3. Op die manier waren

de belangrijkste afmetingen van de scheuren gekend en kon er bij verdere proeven gepoogd worden

deze te simuleren.

In Figuur 4-2 is een boxplot van de scheurwijdtes aan het oppervlak van elke betonkern

weergegeven. Het grootste aandeel van de scheuren bevindt zich in de zone van 100 µm tot 200 µm.

Enkel betonkern 4C steekt er boven uit met scheurwijdtes tussen 200 µm en 300 µm. Betonkernen

2A, 3B, 4B, 4D en 4E met scheurwijdtes lager dan 100 µm werden geboord ter plaatse van

haarscheurtjes. Doordat de panelen buiten werden opgesteld, is bij betonkern 3B en 4D zelfs

autogene heling opgetreden, zoals te zien in Figuur 4-3 (a) en (b). De fijne scheuren waren

blootgesteld aan regen en aan koolstofdioxide uit de lucht waardoor calciumcarbonaatkristallen in de

55

scheuren werden afgezet. De scheurwijdtes van deze betonkernen werden gemeten op plaatsen

waar de scheur nog niet volledig gedicht was door zelfheling.

Figuur 4-2: Boxplot van de scheurwijdtes in de betonkernen

(a) Proefstuk 3B

(a) Proefstuk 4D

Figuur 4-3: Zelfheling in proefstuk 3B en 4D

In de grafiek van Figuur 4-4 worden de scheurdieptes van elke betonkern weergegeven. De wapening

zat op 25 mm diepte dus bij een aantal kernen liep de scheur dieper dan de betondekking op de

wapening. De scheurdieptes vallen niet te correleren aan de gemiddelde scheurwijdtes over de

volledige lengte van de scheur aan het bovenvlak van de betonkernen. Daarom werd de gemiddelde

scheurwijdte uit de metingen aan de rand van het bovenvlak bepaald, zoals beschreven in paragraaf

3.2.3., en weergegeven in de grafiek van Figuur 4-4. De scheur in betonkern 4E was zodanig fijn dat

de scheur niet in de diepte gevormd was. Bij betonkern 3B en 4D was zelfheling opgetreden

waardoor de scheurwijdtes verminderd waren.

0

50

100

150

200

250

300

350

1A 1B 1C 2A 2B 3A 3B 4A 4B 4C 4D 4E

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Betonkern

56

Figuur 4-4: Verband tussen scheurdiepte en scheurwijdte van elke betonkern;

* De diepte van scheur 4E is 0 cm

Door de scheurwijdte uit te zetten in functie van de scheurdiepte kon de correlatie tussen

scheurwijdte- en diepte bepaald worden, zoals weergegeven in Figuur 4-5. De R²-waarde bedraagt

0,74 en wijst er op dat er een correlatie is tussen scheurwijdte en – diepte. De proefstukken waar

autogene heling is opgetreden, werden hierbij niet in rekening gebracht.

Figuur 4-5: Correlatie tussen scheurwijdte en scheurdiepte

0

50

100

150

200

250

300

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1A 1B 1C 2A 2B 3A 3B 4A 4B 4C 4D 4E*

Sch

eu

rwijd

tes

[µm

]

Sch

eu

rdie

pte

s [m

m]

Betonkern

Scheurdieptes

Scheurwijdtes

R² = 0,7389

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Scheurdiepte [mm]

57

4.2. Breuk van glazen capsules bij scheurvorming

De mortelproefstukken voor deze proef werden op verschillende manieren vervaardigd, zoals

aangegeven in paragraaf 3.2.8. Om de kans op te hoog opdrijven te verkleinen, werd bij reeks 1 en

reeks 3 30 keer geschokt in plaats van 60 keer en werden bij reeks 3 en reeks 4 achteraf de capsules

naar beneden geduwd met behulp van twee stalen plaatjes.

In Tabel 4-1 zijn de resultaten van de test weergegeven: de scheurwijdte van de buigproef, de

morteldekking op de capsules, het aantal capsules dat brak en het al of niet ontstaan van een

gedeeltelijk nieuwe scheur bij buigen tot breuk.

Tabel 4-1: Resultaten van de test op het breken van de capsules

Proefstuk Naamgeving

Ingestelde

scheurwijdte [µm] Dekking [cm]

# capsules

gebroken

1-1 30 200 2,2 0/4

2-1 60 200 1,3 4/4

3-1 30/NBG 200 1,3 0/4

4-1 60/NBG 200 2,0 0/4

1-2 30 300 2,1 2/4

2-2 60 300 1,3 2/4

3-2 30/NBG 300 1,6 2/4

4-2 60/NBG 300 1,8 0/4

1-3 30 400 2,0 4/4

2-3 60 400 1,2 4/4

3-3 30/NBG 400 1,6 2/4

4-3 60/NBG 400 1,4 4/4

4.2.1. Proefstukken gebogen tot een scheurwijdte van 200 µm

In Figuur 4-6 zijn de mortelproefstukken die gebogen werden tot een ingestelde scheurwijdte van

200 µm weergegeven na volledige breuk. Met een groene lijn zijn de zones getekend waar uitgehard

PU2 zichtbaar was. Met een rode lijn zijn de natte zones aangeduid. In deze zones was de lijm dus

pas vrijgekomen bij volledige breuk van het proefstuk. Rechtsonder in elke figuur is aangegeven wat

de gemiddelde morteldekking op de capsules was en hoeveel capsules gebroken waren door de

eerste buigproef.

Indien door middel van de buigproef een scheurwijdte van 200 µm werd aangebracht, waren er

weinig capsules die braken. Enkel bij proefstuk 2-1 waren vier capsules gebroken. De heling bij dit

proefstuk zorgde wel voor een goede hechting want bij de tweede buiging tot breuk was er

gedeeltelijk een nieuwe scheur ontstaan. De morteldekking van het proefstuk 3-1 bedroeg evenveel

als van het proefstuk 2-1, toch waren de capsules van dit proefstuk niet gebroken.

Bij proefstuk 1-1, 3-1 en 4-1, respectievelijk weergegeven in Figuur 4-6 (a), (c) en (d), waren de

capsules pas gebroken bij volledige breuk van de proefstukken en was de uitgelopen lijm nog nat.

Ook bij proefstuk 2-1 in Figuur 4-6 (b) waren er natte zones rondom de plaats waar de capsules

zaten. Alle vier de capsules van dit proefstuk waren wel al gebroken door de eerste buigproef, maar

waarschijnlijk waren de capsules nog niet volledig leeggelopen doordat er slechts een kleine

scheurwijdte werd aangebracht en er dus nog bijkomende lijm was uitgelopen.

58

(a) Proefstuk 1-1; 30

(b) Proefstuk 2-1; 60

(c) Proefstuk 3-1; 30/NBG

(d) Proefstuk 4-1; 60/NBG

Figuur 4-6: Mortelproefstukken met een initiële scheur van 200 µm na volledige breuk


Bij een scheurwijdte van 300 µm waren enkel de capsules in het proefstuk 4-2 waarvan de

morteldekking 1,8 cm bedroeg niet gebroken. In Figuur 4-7 (d) is uitgehard PU2 te zien in één paar

capsules. Deze capsules werden waarschijnlijk al gebroken toen ze met metalen plaatjes naar

beneden geduwd werden. Bij het proefstuk 1-2 met een grotere morteldekking van 2,1 cm waren

dan wel twee van de vier capsules gebroken. Zoals te zien in Figuur 4-7 (a), was rondom het

gebroken paar capsules nog een natte zone aanwezig waarschijnlijk omdat het PU2 nog niet volledig

uit de capsules gelopen was. In proefstuk 3-2 was een goede zelfheling ontstaan rondom het

gebroken paar capsules waardoor gedeeltelijk een nieuwe scheur gevormd werd bij de tweede

buigproef. Het ander paar capsules in dit proefstuk was nog niet gebroken en vertoonde dus een

natte zone, zoals te zien in Figuur 4-7 (c). Bij proefstuk 2-2 was ook één paar capsules niet gebroken,

zoals aangeduid in Figuur 4-7 (b). Rondom het andere paar capsules was uitgehard PU2 te zien.

59





Figuur 4-7: Mortelproefstukken met een initïele scheur van 300 µm na volledige breuk


Indien een scheurwijdte van 400 µm werd aangebracht, braken in elk proefstuk wel 1 of 2 paren

capsules. Bij proefstuk 3-3 was één paar capsules gebroken, zoals te zien in Figuur 4-8 (c), terwijl bij

de mortelproefstukken 1-3, 2-3 en 4-3 beide paren capsules gebroken waren bij de eerste buigproef.

In Figuur 4-8 (a), (b) en (d) is er dan ook enkel uitgehard PU2 te zien rondom de capsules. Van deze

proefstukken zorgde het polyurethaan van proefstuk 4-3 voor een goede hechting waardoor er zich

gedeeltelijk een nieuwe scheur vormde bij de buiging tot breuk.



60



Figuur 4-8: Mortelproefstukken met een initïele scheur van 400 µm na volledige breuk

De capsules waren in alle proefstukken te hoog opgedreven. De bedoeling was om een

morteldekking van ongeveer 1 cm te verkrijgen zodat de capsules ter hoogte van de wapening in de

mortel zouden zitten. Om minder hoge opdrijving te hebben, is het beter om de W/C-factor van het

mortelmengsel te verlagen. Op die manier kunnen de mortelproefstukken waarschijnlijk toch 60 keer

geschokt worden op de schoktafel en is het niet meer nodig om de capsules naar beneden te duwen.

De belangrijkste factor bij het breken van capsules is de ingestelde scheurwijdte bij de eerste

buigproef. Er is een significant verschil tussen het aantal capsules dat brak bij een ingestelde

scheurwijdte van 200 µm en het aantal capsules dat brak bij een ingestelde scheurwijdte van

400 µm. Slechts 2 capsules braken niet in de reeks die gebogen werd tot een scheurwijdte van

400 µm.

Omdat de capsules allemaal hoger zaten dan de wapening is er geen direct verband te merken

tussen de morteldekking en het aantal capsules dat brak bij de eerste buigproef. Indien de capsules

lager dan de wapening zouden zitten, zou het kunnen zijn dat de morteldekking een grotere rol

speelt. Dan kan misschien wel een verband opgemerkt worden tussen de morteldekking en de

scheurwijdte waarbij capsules breken.

4.3. Capillaire waterabsorptie

De scheurwijdtes van de gescheurde mortelproefstukken werden opgemeten onder de microscoop

en zijn weergegeven in Figuur 4-9. De scheurwijdtes liggen in een zone tussen 50 µm en 150 µm. Ze

zijn niet significant verschillend van de scheurwijdtes die door een natuurlijk proces zijn ontstaan, zie

Figuur 4-2.

61

Figuur 4-9: Boxplot van de scheurwijdtes

Het PU1 werd gemengd met water en was gemaakt op basis van het prepolymeer 001 met een

viscositeit van 3930 mPa.s zodat de viscositeit laag genoeg was om gemakkelijk de proefstukken te

kunnen injecteren. De waterafstotende middelen waren vloeibaar genoeg om met een spuit

opgenomen te kunnen worden en in de scheuren te injecteren. De middelen WM1 en WM3 drongen

zichtbaar snel in de scheur. Bij de middelen WM2 en WM4 ging dit iets trager, terwijl WM5 helemaal

niet geschikt leek om in de scheur te dringen. De cohesie van dit middel was te hoog waardoor de

vloeistof als druppels op het proefstuk bleef liggen, zoals in Figuur 4-10 is te zien.

Figuur 4-10: Vorming van druppels bij injectie van WM5

Aangezien het middel WM5 al niet geschikt leek om mortel binnen te dringen, werd beslist dit

product verder niet meer te gebruiken.

De resultaten van de capillaire waterabsorptie zijn weergegeven in Figuur 4-11.

0

50

100

150

200

250

300

350

REF PU1 WM1 WM2 WM3 WM4 WM5

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

62

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

REF

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

PU1

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

WM1

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

WM2

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

WM3

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

WM4

63

(g)

Figuur 4-11: Waterabsorptie van scheuren

geïnjecteerd met verschillende helende agentia

De sorptiecoëfficiënten van deze grafieken zijn weergegeven in Figuur 4-12. Deze coëfficiënten zijn

de richtingscoëfficienten van het eerste lineair deel van de grafieken in Figuur 4-11. Dit eerste lineair

deel komt overeen met de metingen gedurende de eerste 8 uren van de proef. De berekeningen van

de sorptiecoëfficiënten zijn gebaseerd op de NBN EN 13057 norm [45].

Figuur 4-12: Sorptiecoëfficiënten van de waterabsorptie curves

De waterabsorptie van de referentieproefstukken liep op tot bijna 0,46 ± 0,01 g/cm², zoals te zien in

Figuur 4-11 (a). Bij sommige andere proefstukken werd eveneens deze hoeveelheid of net iets meer

geabsorbeerd. Dit kwam waarschijnlijk door een slechte injectie van het helend agens. Er bestaan

wel geen significante verschillen in maximale waterabsorptie tussen de reeksen.

Bij de referentiereeks was na een kwartier de scheur al volledig gevuld met water. Dit was duidelijk

doordat de bovenkanten van de proefstukken zichtbaar nat werden. In de curve is dit te zien aan de

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10 W

ate

rab

sorp

tie

[g/

cm²]

√ tijd [u0,5]

WM5

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

REF PU1 WM1 WM2 WM3 WM4 WM5

Sorp

tie

coë

ffic

iën

t [k

g/(m

².u

0,5

)]

64

snelle toename in waterabsorptie. De reeks die manueel geheeld werd met WM4 kende een even

snelle absorptie als de referentiereeks en ook bij deze reeks werden de scheuren vlug gevuld met

water, zoals te zien in Figuur 4-11 (f). Bij de andere reeksen kwam ditzelfde fenomeen voor, maar op

een later tijdstip. In de curves is dit zichtbaar door een plots snelle toename in de waterabsorptie. De

grote spreiding op een aantal meetpunten duidt op het feit dat niet van alle proefstukken van de

desbetreffende reeks de scheur volledig gevuld werd met water.

De reeks die geheeld werd met WM2 had de laagste maximale waterabsorptie, namelijk

0,38 ± 0,08 g/cm², zoals weergegeven in Figuur 4-11 (d). De sorptiecoëfficiënt van deze reeks is

eveneens laagst, zoals te zien in Figuur 4-12, en is significant verschillend van de sorptiecoëfficiënt

van de reeks die met WM4 geïnjecteerd werd.

De maximale waterabsorptie van de reeks die met WM3 geheeld werd, bleef met 0,44 ± 0,05 g/cm²

nog lager dan de maximale waterabsorptie van de referentiereeks, maar het verschil is niet

significant. De lage sorptiecoëfficiënt wijst wel op een minder snelle waterabsorptie dan de

referentiereeks. De waterabsorptie van de reeks die met PU1 geïnjecteerd werd is minstens even

goed als de reeks die met WM3 geïnjecteerd werd, zoals te zien in Figuur 4-11 (b) en (e). De

maximale waterabsorptie bedraagt 0,44 ± 0,01 g/cm² en de sorptiecoëfficiënt bedraagt

1,01 ± 0,09 kg/(m².u0,5).

De resultaten van deze proef vallen wat tegen door een slechte injectie van de helende agentia. Het

agens werd slechts 1 keer geïnjecteerd waardoor de scheur niet volledig gevuld was. Bij te veel

proefstukken werd tijdens de absorptie de scheur volledig gevuld met water waardoor de curve van

de waterabsorptie snel toenam en de curve van de waterabsorptie van de referentiereeks

benaderde. Bij de volgende proef op capillaire waterabsorptie, zie paragraaf 4.4., werd er voor

gezorgd dat de scheuren goed geïnjecteerd werden.

4.4. Invloed van herbelasting op capillaire waterabsorptie

De invloed van herbelasting op capillaire waterabsorptie werd bestudeerd op nieuwe reeksen

mortelproefstukken, zoals besproken in paragraaf 3.2.7. Bij de nieuwe reeksen werden de producten

WM4 en WM5 niet meer gebruikt. Zoals eerder reeds aangegeven, toonde WM4 geen herstel van de

scheur inzake waterdichtheid en kon WM5 niet geïnjecteerd worden in de scheuren.

De mortelproefstukken ondergingen twee keer een driepuntsbuigproef. In Figuur 4-13 zijn de

boxplot van de scheurwijdtes na de eerste buigproef en na de tweede buigproef weergegeven.

65

Figuur 4-13: Boxplot van de scheurwijdtes na de 1s t e en na de 2d e buigproef

De scheurwijdtes werden bij alle reeksen behalve de reeks die met PU1 geïnjecteerd was duidelijk

groter bij de tweede buigproef. Bij de reeks met PU1 is er geen significant verschil in gemiddelde

scheurwijdtes, terwijl bij de andere reeksen wel een significant verschil bestaat tussen de

scheurwijdtes na de eerste belasting en na de tweede belasting.

Door injectie met PU1 ontstond namelijk een hechting tussen de scheurvlakken. Op sommige

plaatsen was de hechting heel goed en bewoog het PU1 mee met de scheur, zoals weergegeven in

Figuur 4-14 (a) of ontstond een nieuwe scheur naast de geheelde scheur, zoals in Figuur 4-14 (b).

Waarschijnlijk kon op sommige plaatsen een nieuwe scheur ontstaan omdat er al een haarscheurtje

aanwezig was. Waar de hechting minder goed was, was de hechting tussen het PU1 en de mortel

verloren gegaan, zoals te zien in Figuur 4-14 (c). De scheurwijdte werd gemeten op plaatsen waar

een nieuwe scheur werd gevormd of op plaatsen waar de hechting tussen het PU1 en de mortel

verbroken was.

(a)

(b)

(c)

Figuur 4-14: Microscopische foto's van PU1 in een scheur

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

REF PU1 WM1 WM2 WM3

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

66

De waterafstotende middelen van de andere reeksen zorgden niet voor hechting tussen de

scheurvlakken, waardoor deze proefstukken op dezelfde plaats scheurden. Hierdoor valt de

resterende scheurwijdte groter uit dan na de eerste buigproef.

De grafieken van de waterabsorptie zijn weergegeven in Figuur 4-15.

(a)

(b)

(c)

(d)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

REF

Belasting

Herbelasting

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

PU1

Belasting

Herbelasting

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

WM1

Belasting

Herbelasting

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 5 10

Wat

era

bso

rpti

e [

g/cm

²]

√ tijd [u0,5]

WM2

Belasting

Herbelasting

67

(e)

Figuur 4-15: Waterabsorptie van scheuren

na belasting en na herbelasting

De sorptiecoëfficiënten die overeenkomen met deze grafieken zijn weergegeven in Figuur 4-16. Deze

coëfficiënten werden op dezelfde manier bepaald als in paragraaf 4.3.

Figuur 4-16: Sorptiecoëfficiënten van de waterabsorptie curves

Bij de referentiereeks liep de waterabsorptie op tot 0,41 ± 0,01 g/cm² na de eerste belasting en tot

0,43 ± 0,00 g/cm² na de tweede belasting, zoals te zien in Figuur 4-15 (a). De absorptie bleef dus

onveranderd. De scheuren in de proefstukken van deze reeks waren in het eerste half uur al volledig

gevuld met water, waardoor de bovenkanten van de proefstukken zichtbaar nat werden. Er is geen

significant verschil in maximale waterabsorptie na de eerste belasting en na de tweede belasting

ondanks het feit dat de scheuren wijder zijn geworden. De sorptiecoëfficiënt van de waterabsorptie

na de tweede belasting is wel significant lager dan de sorptiecoëfficiënt na de eerste belasting. Dit

betekent dat de waterabsorptie minder snel verlopen is bij de grotere scheurwijdtes.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 5 10 W

ate

rab

sorp

tie

[g/

cm²]

√ tijd [u0,5]

WM3

Belasting

Herbelasting

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

REF PU1 WM1 WM2 WM3

Sorp

tie

coë

ffic

iën

t [k

g/(m

².u

0,5

)]

na 1ste belasting

na 2de belasting

68

Bij de reeksen die geheeld werden met een waterafstotend middel is de scheurwijdte ook groter

geworden na de twee belasting. De sorptiecoëfficiënten van deze reeksen zijn eveneens lager na de

tweede belasting dan na de eerste belasting, zoals te zien in Figuur 4-16. De grotere scheurwijdtes

zorgden ook hier voor een minder snelle absorptie, maar uiteindelijk is de maximale waterabsorptie

gelijk aan de absorptie na de eerste belasting, zoals te zien in Figuur 4-15 (c), (d) en (e). Er bestaan

geen significante verschillen tussen de maximale waterabsorptie na de eerste en na de tweede

belasting van elke reeks die geïnjecteerd werd met een waterafstotend middel.

Er bestaan geen significante verschillen tussen de maximale waterabsorptie van de reeksen die

geïnjecteerd werden met een waterafstotend middel. De waterabsorptie van elk van deze reeksen is

significant lager dan de waterabsorptie van de referentiereeks.

Na de eerste belasting is de waterabsorptie van de reeks die geheeld werd met PU1 significant lager

dan de waterabsorptie van de referentiereeks, zoals te zien in Figuur 4-15 (b). Na de tweede

belasting is dit verschil niet meer significant omdat er nieuwe scheuren werden gevormd en omdat

op sommige plaatsen het PU1 is opengescheurd. De sorptiecoëfficiënt na de tweede belasting is

significant groter dan de sorptiecoëfficiënt na de eerste belasting.

Waterafstotende middelen behouden dus de waterdichtheid na herbelasten. Na de eerste belasting

werden de scheuren geïnjecteerd waardoor er een waterafstotende laag ontstond op de

scheuroppervlakken, zoals te zien in Figuur 4-17. Bij herbelasting werd de scheur wijder, maar de

waterafstotende laag bleef aanwezig in de scheur, waardoor er terug minder water de scheur

binnendrong in vergelijking met een niet herstelde scheur.

Figuur 4-17: Detail van een scheur geheeld met WM

Scheuren die geheeld werden met PU1 absorbeerden meer water na herbelasting. De scheuren

werden na de eerste belasting geïnjecteerd met PU1 en het PU1 vulde de scheur volledig op en

maakte de scheur waterdicht, zoals te zien in Figuur 4-18. Bij herbelasting was op sommige plaatsen

het contact tussen het PU1 en de mortel verloren gegaan. Hierdoor konden watermoleculen terug de

scheur binnendringen en ging de waterdichtheid van de scheur verloren.

69

Figuur 4-18: Detail van een scheur geheeld met PU1

4.5. Hechting van het helend agens PU1 aan mortel

Zoals in paragraaf 4.4. reeds aangegeven, is PU1 in staat om hechting te realiseren tussen de

scheurvlakken. Met behulp van een trekproef op mortelcilinders met een gesimuleerde scheur werd

gekeken in welke omstandigheden PU1 de hoogste sterkte kon verkrijgen.

In bijlage A zitten de grafieken waarbij de belasting in functie van de verplaatsing gegeven is. De

meeste van de proefstukken bereikten de maximale waarde in trekbelasting bij een verplaatsing van

ongeveer 2 mm. Deze piek in de belasting komt overeen met het moment waarop de beide

proefstukken elkaar losten door het verbreken van de hechting tussen PU1 en het morteloppervlak.

Er werden drie analyses uitgevoerd op de resultaten van deze proef. Met een analyse van de

maximale trekbelasting is geweten in welk geval het contactoppervlak groot is en de hechting sterk

waardoor de grootste belasting mogelijk is. De analyse van het contactoppervlak tussen PU1 en

mortel dient om te weten in welk geval de scheur maximaal gevuld wordt. Door een analyse op de

maximale trekspanning is geweten in welk geval de adhesie tussen het polyurethaan en het

scheurvlak het grootst is waardoor de hoogste trekspanningen mogelijk zijn.

4.5.1. Maximale trekbelasting

De maximale trekbelastingen van elke reeks zijn weergegeven in Figuur 4-19.

Figuur 4-19: Maximale trekbelasting en

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

O-W O-T-W O 20/60 20/95 W

Be

last

ing

[N]

70

De variantie van reeks (O-W) en de reeks (O) is groter dan de variantie van de andere reeksen. In de

reeks (O-W) zijn er twee proefstukken waarbij een veel lagere trekbelasting bekomen werd. Dit komt

omdat van één proefstuk de hechting tussen het PU1 en de mortel al verbroken was tijdens het

opstellen van het proefstuk en omdat bij het ander proefstuk te weinig PU1 aangebracht werd. Het

PU1 beslaat namelijk slechts 62 % van het volledige cilinderoppervlak. In de reeks (O) is eveneens

een proefstuk aangetroffen waarvan het PU1 slechts 70 % van de oppervlakte beslaat. Ondanks deze

feiten is er geen significant verschil in de varianties van de verschillende reeksen.

Er is een significant verschil tussen de maximale treklast opgemeten voor de reeks (O) en de waarden

opgemeten voor de andere reeksen. Deze reeks met PU1 zonder water aangebracht op

ovengedroogde mortelproefstukken kon duidelijk de hoogste trekbelasting weerstaan, weergegeven

in Figuur 4-19.

Naarmate de mortelproefstukken bewaard werden in een omgeving met een hogere relatieve

vochtigheid daalde de maximale trekbelasting. Zo bedroegen de trekbelastingen nog maar

358 ± 26 N voor de proefstukken van de reeks (W) die onder water bewaard werden ten opzichte van

1397 ± 189 N voor de ovengedroogde proefstukken van de reeks (O). Tussen de trekbelasting van de

reeks (20/60) en de reeks (W) bestaat eveneens een siginificant verschil. In de reeks (20/60) werden

trekbelastingen van 870 ± 190 N bereikt.

De maximale trekbelasting liep niet zo hoog op als er PU1 gemengd met water aangebracht werd

tussen de proefstukken, zoals te zien in Figuur 4-19. Indien het PU1 afgedicht werd met tape

bedroegen de trekbelastingen 583 ± 76 N. Werd het PU1 niet afgedicht dan waren trekbelastingen

van 532 ± 150 N mogelijk. Er bestaat geen significant verschil tussen de trekbelastingen van deze

twee reeksen.

Mortelproefstukken die in de oven bewaard werden en waarop PU1 zonder water is aangebracht,

vertoonden de hoogste trekbelasting. Het PU1 van deze proefstukken was het minst opgeschuimd

waardoor er minst luchtbellen gevormd werden tussen de proefstukken. Dankzij het groot

contactoppervlak tussen de lijm en de mortelcilinders kon de trekbelasting zo hoog oplopen.

4.5.2. Contactoppervlak tussen PU1 en mortel

Bij de trekproeven braken alle proefstukken aan de aanhechting tussen PU1 en mortel. De hechting

tussen beide materialen was niet gespreid over het volledige oppervlak, maar besloeg slechts een

deel van het oppervlak. Van alle reeksen werd het percentage van het oppervlak met hechting tussen

PU1 en mortel ten opzichte van het totaaloppervlak berekend en weergegeven in Figuur 4-20.

71

Figuur 4-20: Percentage contactoppervlak tussen PU1 en mortel

Wanneer PU1 met water gemengd werd, was er duidelijk minder hechting tussen het PU1 en de

mortel. Het PU1 schuimde al waarbij luchtbellen ontstonden en er op minder plaatsen hechting met

de mortel ontstond. Tussen de reeks (O-W) en de reeks (O-T-W) die gelijmd werden met PU1 met

water bestaat geen significant verschil in oppervlakte aan hechting. Tussen de reeks (O-W) en de

reeks (W) bestaat eveneens geen significant verschil. Al deze reeksen zijn wel significant verschillend

van de reeks (O), de reeks (20/60) en de reeks (20/95).

Bij de reeksen (O), (20/60), (20/95) en (W) waar PU1 zonder water werd aangebracht, was een

gelijkaardige trend te zien als bij de maximale belasting. Hoe hoger de relatieve vochtigheid tijdens

het bewaren van de mortelproefstukken, hoe lager de uiteindelijke hechting tussen het PU1 en de

mortel was. Het percentage hechting van de mortelproefstukken van de reeks (W) die onder water

bewaard werden, bleef nog net hoger dan het percentage hechting van de proefstukken van de

reeks (O-W).

Indien het polyurethaan dus veel water ter beschikking had, ging het opschuimen en ontstonden

luchtbellen zodat minder hechting ontstond tussen het PU1 en de mortel. Door de scheur af te

dichten met tape, konden minder luchtbellen ontsnappen uit de gesimuleerde scheur waardoor het

contactoppervlak iets kleiner was. Indien er minder water aanwezig was, was de polymerisatiereactie

minder hevig en was er bijgevolg meer contactoppervlak tussen de lijm en de mortel. Om een scheur

volledig te vullen met PU1 is het dus beter dat het polyurethaan weinig water ter beschikking heeft

zodat er weinig schuimvorming optreedt.

4.5.3. Maximale trekspanning

De maximale trekspanningen van de verschillende reeksen zijn weergegeven in Figuur 4-21.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

O-W O-T-W O 20/60 20/95 W

AP

U/A

cilin

der

op

per

vlak

[%

]

72

Figuur 4-21: Maximale trekspanningen

Bij de reeksen met PU1 zonder water is een lichte daling in maximale trekspanning te zien bij een

hogere relatieve vochtigheid gedurende het bewaren van de mortelproefstukken. De hoogste

trekspanningen van PU1 zonder water kwamen dus voor bij de reeks (O) die in de oven bewaard

werd en deze spanningen liepen op tot 1,30 ± 0,05 MPa. Door PU1 met water te mengen, werden

grotere mogelijke trekspanningen bekomen. De maximale trekspanning in de reeks (O-W) bereikte

een waarde van 1,48 ± 0,25 MPa. Bij de proefstukken van de reeks (O-T-W) was er minst oppervlakte

aan hechting tussen PU1 en mortel en toch een grote trekbelasting waardoor de maximale

trekspanningen 3,76 ± 0,70 MPa bedroegen. Er bestaat dan ook een significant verschil tussen de

trekspanningen in de reeks (O-T-W) en de trekspanningen van de andere reeksen.

Het PU1 dat gemengd werd met water ging hevig opschuimen. De polymerisatiereactie zorgde

ervoor dat de adhesie tussen het PU1 en de mortel groter was waardoor de maximale

trekspanningen hoger werden. Bij de reeks (O-T-W) die afgedicht werd met tape kon het

polyurethaan niet uit de gesimuleerde scheur lopen en konden de luchtbellen die ontstonden door

schuimvorming eveneens niet weg uit de gesimuleerde scheur. Dit zorgde voor een klein

contactoppervlak tussen PU1 en mortel waarbij al het polyurethaan dat aangebracht werd nog

aanwezig was en voor hechting met de mortel zorgde. Dankzij deze combinatie kon deze reeks de

hoogste trekspanningen aan.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

O-W O-T-W O 20/60 20/95 W

Tre

ksp

ann

ing

[N/m

m²]

73

4.6. Thermische belasting van de sandwichpanelen

4.6.1. Temperatuurverloop en verplaatsing van de panelen

In Figuur 4-22 is een schema van de opstelling te zien. De panelen worden benoemd met de namen

“Paneel A” en “Paneel B”. In Figuur 4-23 en Figuur 4-24 zijn respectievelijk het temperatuurverloop

van paneel A en de uitbuiging van paneel A weergegeven. In Figuur 4-25 en Figuur 4-26 zijn dezelfde

grafieken weergegeven voor paneel B.

De thermokoppels aan het binnenblad, T4 en T8, werden pas op een later tijdstip bevestigd aan de

panelen waardoor de registratie pas liep vanaf dag 15. Eveneens op dag 15 is er een lagere registratie

in temperatuur te zien door thermokoppel T5. Dit komt omdat het thermokoppel losgekomen was

van het buitenblad van het paneel.

De eerste opwarmcyclus diende als test en heeft 6 uren geduurd. Daarna zijn er 5 opwarmcycli

geweest van 7 uren. Om nog hogere temperaturen te verkrijgen, werd uiteindelijk een opwarmcyclus

van 9 uren ingesteld.

Figuur 4-22: Schema van de opstelling met enkel een warmeluchtblazer

74

Figuur 4-23: Temperatuurverloop van paneel A

Figuur 4-24: Verplaatsing van paneel A

0

10

20

30

40

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Tem

pe

ratu

ur

[°C

]

Tijd [dagen]

T1

T2

T3

T4

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Ve

rpla

atsi

ng

[mm

]

Tijd [dagen]

Binnenblad

Buitenblad

75

Figuur 4-25: Temperatuurverloop van paneel B

Figuur 4-26: Verplaatsing van paneel B

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Tem

pe

ratu

ur

[°C

]

Tijd [dagen]

T5

T6

T7

T8

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Ve

rpla

atsi

ng

[mm

]

Tijd [dagen]

Binnenblad

Buitenblad

76

De dagelijkse opwarmen afkoelcyclus is duidelijk te zien in de grafieken. Op sommige dagen koelden

de sandwichpanelen minder af. Dit is omdat op deze dagen de ruimte afgesloten bleef omdat de

isolatiepanelen er niet werden afgehaald.

De opwarming in de panelen is niet overal gelijk. Doordat de thermokoppels van paneel B dichter bij

de warmeluchtblazer waren bevestigd dan de thermokoppels van paneel A is een verschil in

maximale temperaturen merkbaar. Terwijl de thermokoppels van paneel B pieken vertoonden tot

boven de 50 °C bleven de pieken van de thermokoppels van paneel A lager dan 50 °C, zoals

respectievelijk te zien in Figuur 4-25 en Figuur 4-23. Aan het oppervlak van paneel B werd gemiddeld

een maximale waarde van 51,6 °C bereikt en daalde de temperatuur naar een gemiddelde waarde

van 27,5 °C. Bij paneel A bedroeg de gemiddelde maximale temperatuur opgemeten door T1 44,7 °C

en daalde de temperatuur tot gemiddeld 26,5 °C. Het grote verschil zit dus vooral in de maximale

temperatuur.

Het thermokoppel T3 dat zich tussen de isolatielaag en het buitenblad van paneel A bevond,

registreerde altijd de laagste temperatuur, zoals te zien in Figuur 4-23. In vergelijking met het verloop

van T1 en T2 is de thermische traagheid van het beton te merken. De temperatuur aan de buitenzijde

van het buitenblad nam sneller af bij het afkoelen dan de temperatuur in het buitenblad. De curves

van T1 en T2 dalen dan ook sneller dan de curve van T3. Bij het opwarmen stijgen de curves T1 en T2

terug sneller dan de curve T3.

Dezelfde thermische traagheid is te merken in paneel B waar tijdens het afkoelen de curve van T5

onder de curve van T6 en T7 duikt, zoals te zien in Figuur 4-25. In dit paneel zaten de thermokoppels

T6 en T7 waarschijnlijk allebei halverwege het beton. Thermokoppel T7 zat dus iets te veel

verwijderd van de scheiding tussen de isolatielaag en het buitenblad, waardoor het verschil tussen de

curves van T6 en T7 heel klein is. Tijdens de opwarmcyclus stijgt T5 sneller in temperatuur en stijgt de

curve sneller dan deze van T6 en T7.

Door de temperatuurveranderingen gaan de panelen uitbuigen en terugbuigen. Tijdens het

opwarmen werden de LVDT’s aan de buitenbladen van de panelen ingedrukt en de LVDT’s aan de

binnenbladen van de panelen schoven uit, tijdens het afkoelen geldde het omgekeerde. In Figuur

4-24 is de verplaatsing van paneel A weergegeven. Het valt op te merken dat de verplaatsing aan het

buitenblad in de eerste cyclus dubbel zo hoog opliep dan de verplaatsing aan het binnenblad.

Aangezien dit geleidelijk aan tot stand is gekomen, is geen echte verklaring te vinden voor dit feit.

Verder kennen de curves een gelijkaardig verloop en lopen ze haast evenwijdig. Het paneel A boog

tijdens elke opwarmcyclus gemiddeld 1,4 mm uit, terwijl het tijdens het afkoelen gemiddeld 1,1 mm

terugboog. Daardoor is er een lichte stijging in absolute verpaatsing merkbaar, zoals te zien in Figuur

4-24. De maximale absolute verplaatsing na 17 dagen bedroeg uiteindelijk 7,1 mm voor paneel A.

De verplaatsingsmetingen van paneel B voor binnen- en buitenblad liepen gedurende de eerste

9 dagen van de proef volkomen gelijk, zoals te zien in Figuur 4-26. De LVDT aan het binnenblad zal

per ongeluk een duwtje gekregen hebben waardoor een plotse stijging in de curve zichtbaar is. Het

verdere verloop van de beide curves blijft wel evenwijdig lopen. Tijdens de opwarmcyclus boog het

paneel B gemiddeld 5,4 mm uit en tijdens het afkoelen boog het gemiddeld 5,1 mm terug. Er is dus

terug een stijgende absolute verplaatsing van het paneel merkbaar. De maximale absolute

verplaatsing van dit paneel bereikte een waarde van 14,1 mm.

77

De uitbuigingen en terugbuigingen van paneel B zijn veel meer uitgesproken dan deze van paneel A.

Dit komt waarschijnlijk doordat de verplaatsingen van paneel A belemmerd werden. Het paneel

steunde niet enkel op de collages, maar raakte in het midden van het paneel de vloer. In Figuur 4-27

is deze belemmering schematisch weergegeven. De belemmering is afgebeeld alsof deze veroorzaakt

werd door het doorbuigen van het paneel, maar de belemmering kan ook ontstaan zijn door

oneffenheden in de vloer. Door deze belemmering kon het paneel minder uitbuigen en was de

maximale verplaatsing maar de helft van de maximale verplaatsing van paneel B.

Figuur 4-27: Belemmering van de verplaatsing van het paneel

4.6.2. Scheurvorming in de sandwichpanelen

Door de uitbuiging van de panelen ontstonden er trekspanningen in het buitenblad. Werden deze

trekspanningen hoger dan de maximale treksterkte van beton, dan ging het paneel scheuren. De

scheuren lopen bijna allemaal loodrecht op de richting van de trekspanningen, zoals in Figuur 4-28 en

Figuur 4-29 te zien. In de figuren is met een kleur aangegeven op welke dag de scheuren zijn

ontstaan.

Op dag 1, dus na één opwarmcyclus, is alleen nog maar scheur S1A ontstaan, terwijl tegen dag 4 al

een groot deel van het scheurpatroon gevormd is. In paneel B kwamen de eerste scheuren pas voor

op dag 4.

78

Figuur 4-28: Scheurvorming in paneel A door thermische belasting

Figuur 4-29: Scheurvorming in paneel B door thermische belastin g

79

Het scheurpatroon van deze panelen komt goed overeen met het scheurpatroon van de panelen

waar de scheuren door een natuurlijk proces zijn ontstaan, zoals te zien in Figuur 4-1. De scheuren

lagen niet gecentreerd in één bepaalde zone, maar vormden zich verspreid over de lengte van het

paneel. Ze ontstonden allemaal aan de boven – of onderzijde van de panelen en evolueerden naar

het midden van het paneel toe. In Figuur 4-30 (a) tot en met (d) zijn een aantal foto’s weergegeven

van scheuren in de sandwichpanelen.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figuur 4-30: Voorbeelden van scheuren in de sandwichpanelen

De evolutie van de wijdtes van de scheuren werd opgevolgd. Daarvoor werd op meerdere plaatsen

van elke scheur de wijdte gemeten met behulp van een scheurmicroscoop, aangeduid met de zwarte

stippen op Figuur 4-28 en Figuur 4-29.

In Figuur 4-31 en Figuur 4-32 is respectievelijk de evolutie te zien van de grootst gemeten

scheurwijdte van elke scheur in paneel A en in paneel B. Enkel van scheur S4A is de wijdte niet

opgemeten omdat dit niet mogelijk was doordat de LVDT in de weg stond. De scheurwijdtes werden

telkens net na de opwarmcyclus opgemeten. Op dag 14 werd 3 uur voor de start van de volgende

opwarmcyclus een meting uitgevoerd van enkele scheuren. Dit is te merken in de grafieken door een

daling van de scheurwijdte. De panelen waren tegen ’s avonds namelijk al voor een stuk

teruggebogen wat resulteerde in nauwere scheuren.

Algemeen is een lichte stijging in scheurwijdte te zien. Naarmate de panelen meerdere keren

uitgebogen en teruggebogen waren, nam de scheurwijdte toe. Hoe eerder de scheur in het paneel

gekomen was, hoe groter de uiteindelijke scheurwijdte werd. De maximale scheurwijdte die in

paneel A bereikt werd, bedraagt 300 µm. Bij paneel B werd een scheurwijdte van 400 µm bekomen

voor scheur S3B. De eerste scheuren in paneel B waren pas op dag 4 ontstaan.

80

Figuur 4-31: Evolutie van de grootste scheurwijdte van alle scheuren in paneel A ;

* Scheurwijdte gemeten 3 uur voor start volgende opwarmcyclus

Figuur 4-32: Evolutie van de grootste scheurwijdte van alle scheuren in pan eel B;

* Scheurwijdte gemeten 3 uur voor start volgende opwarmcyclus

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 4 5 6 7 8 11 12 13 14 14* 15

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Tijd [dagen]

S1A

S2A

S3A

S5A

S6A

S7A

S8A

S9A

S10A

S11A

S12A

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 4 5 6 7 8 11 12 13 14 14 15

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Tijd [dagen]

S1B

S2B

S3B

S4B

S5B

S6B

S7B

S8B

S9B

S10B

S11B

S12B

81

4.6.3. Temperatuurverloop en verplaatsing bij hogere temperaturen

Door enkel met een warmeluchtblazer op te warmen, kon aan het oppervlak van de

sandwichpanelen een temperatuur van ongeveer 52 °C bekomen worden. Het kan ook voorkomen

dat de buitentemperatuur 40 °C bedraagt waardoor het betonoppervlak opwarmt tot een

temperatuur van 59 °C, zoals berekend in paragraaf 3.2.9.1. In de opstelling met de sandwichpanelen

werd dus best een hogere temperatuur nagestreefd. Er werd getest of twee extra infraroodstralers in

de opstelling deze hogere temperatuur kunnen realiseren.

In Figuur 4-33 is een schema van de opstelling weergegeven. De opstelling is dezelfde als de

voorgaande opstelling, maar met twee infraroodstralers in de ruimte tussen de panelen. De

infraroodstralers werden elk op een paneel gericht. De opstelling werd nog 5 keer opgewarmd en

afgekoeld en het temperatuurverloop en de verplaatsing van de panelen werden bijgehouden.

Het temperatuurverloop van paneel A en de verplaatsing van paneel A zijn respectievelijk

weergegeven in Figuur 4-34 en Figuur 4-35. De temperaturen aan de betonoppervlakken bereikten

nu hogere pieken met een maximale waarde van 65,6 °C. In de curve zijn lichte wervelingen te zien

als de temperatuur nadert naar 60 °C. Dit komt omdat de veiligheid in werking trad en de

verwarming telkens werd uitgeschakeld tot de temperatuur terug daalde onder de

veiligheidstemperatuur. Tijdens het opwarmen boog paneel A gemiddeld 1 mm uit, terwijl het paneel

tijdens het afkoelen gemiddeld 0,87 mm terugboog.

Voor paneel B is het temperatuurverloop weergegeven in Figuur 4-36 en de verplaatsingen zijn

weergegeven in Figuur 4-37. De temperaturen van dit paneel bereikten een maximale waarde van

64,2 °C. De verplaatsingen van dit paneel waren wel nog groter dan de verplaatsingen van paneel A.

Het paneel boog gemiddeld 5,67 mm uit en boog gemiddeld 4,93 mm terug. Geleidelijk aan werd de

absolute verplaatsing van dit paneel dus groter. Uiteindelijk werd een absolute maximale

verplaatsing van bijna 20 mm bekomen.

Figuur 4-33: Schema van de opstelling met warmeluchtblazer en twee infraroodstralers

82



0

20

40

60

80

1 2 3 4 5

Tem

pe

ratu

ur

[°C

]

Tijd [dagen]

T1

T2

T3

T4

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5

Ve

rpla

atsi

ng

[mm

]

Tijd [dagen]

Binnenblad

Buitenblad

83



0

20

40

60

80

1 2 3 4 5

Tem

pe

ratu

ur

[°C

]

Tijd [dagen]

T5

T6

T7

T8

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5

Ve

rpla

atsi

ng

[mm

]

Tijd [dagen]

Binnenblad

Buitenblad

84

4.6.4. Scheurvorming bij hogere temperaturen

De panelen zijn gedurende de eerste 17 dagen van opwarmen en afkoelen op veel plaatsen beginnen

scheuren. De extra opwarming door de twee stralers zorgde niet meer voor extra scheuren. Wel was

de scheur S4B verder gelopen over de volledige hoogte van het paneel en was de scheur S11B 18 cm

langer geworden, zoals te zien in Figuur 4-29. Van de meeste scheuren waren de wijdtes groter

geworden, zoals te zien in Figuur 4-38 en Figuur 4-39. De maximale scheurwijdte van beide panelen

bedroeg 440 µm.

Figuur 4-38: Scheurwijdtes van paneel A voor en na opwarmen tot hogere temperaturen ;

* Scheurwijdte van S4A niet gemeten omdat LVDT in de weg stond

Figuur 4-39: Scheurwijdtes van paneel B voor en na opwarmen tot hogere temperaturen

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

S1A S2A S3A S4A* S5A S6A S7A S8A S9A S10A S11A S12A

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Na 15 dagen

Na 25 dagen

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

S1B S2B S3B S4B S5B S6B S7B S8B S9B S10B S11B S12B

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Na 15 dagen

Na 25 dagen

85

4.7. Thermische belasting van het zelfhelend paneel en het zwaar gewapend

paneel

De opstelling is weergegeven in Figuur 4-40. Ditmaal werd opgewarmd door een warmeluchtblazer

die buiten de ingesloten ruimte werd geplaatst en verschillende stralingsverwarmers waarvan het

vermogen is weergegeven in Figuur 4-40. Paneel A is het paneel uit zelfhelend beton, terwijl paneel B

zwaarder gewapend is.

4.7.1. Temperatuurverloop en verplaatsing van de panelen

In Figuur 4-41 en Figuur 4-42 zijn respectievelijke de grafiek van het temperatuurverloop van paneel

A en de grafiek van de verplaatsing van paneel A weergegeven. De signalen van de thermokoppels T2

en T3 die in het paneel werden aangebracht, waren verstoord waardoor deze waarden niet

weergegeven zijn in de grafiek. De grafiek van het temperatuurverloop van paneel B en de grafiek

van de verplaatsingen van paneel B staan respectievelijk in Figuur 4-43 en Figuur 4-44.

De LVDT’s aan de buitenbladen van de panelen werden verwijderd in deze opstelling. In de grafieken

van Figuur 4-42 en Figuur 4-44 is dus enkel de verplaatsing van het binnenblad weergegeven. Door

onvoorziene omstandigheden werden er gedurende een aantal uren geen temperaturen en

verplaatsingen gemeten waardoor in alle grafieken een onderbreking van de metingen zit.

Figuur 4-40: Schema van de opstelling met een warmeluchtblazer en infraroodstralers

86



0

20

40

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Tem

pe

ratu

ur

[°C

]

Tijd [dagen]

T1

T4

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Ve

rpla

atsi

ng

[mm

]

Tijd [dagen]

Binnenblad

87



0

20

40

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Tem

pe

ratu

ur

[°C

]

Tijd [dagen]

T5

T7

T6

T8

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Ve

rpla

atsi

ng

[mm

]

Tijd [dagen]

Binnenblad

88

De maximale temperatuur die bekomen werd aan het oppervlak van het buitenblad (T1) van

paneel A bedroeg 61,7 °C, zoals te zien in Figuur 4-41. Gemiddeld steeg de temperatuur gedurende

elke opwarmcyclus tot 56,3 °C om dan terug af te koelen tot 29,9 °C. De temperatuur aan het

oppervlak van het binnenblad (T4) schommelde rond de 21 °C. Bij paneel B steeg de temperatuur aan

het buitenblad (T5) gemiddeld tot 58,4 °C om dan terug te dalen tot 30 °C. De lagere pieken die

voorkomen in de grafieken van Figuur 4-41 en Figuur 4-43 zijn er doordat de stralingsverwarmers

afwisselend gericht werden op het ene paneel of het andere paneel. De stralers werden afwisselend

gericht volgens de groene en blauwe pijlen in Figuur 4-40.

Door de sandwichpanelen in deze opstelling op twee collages te plaatsen, werden de uitbuigingen

van de panelen niet meer belemmerd, zoals te zien in Figuur 4-42 en Figuur 4-44. Tijdens het

opwarmen boog paneel A gemiddeld 5,0 mm uit om dan tijdens het afkoelen gemiddeld 4,8 mm

terug te buigen. Er is dus opnieuw een stijgende trend te zien in de absolute verplaatsing van het

paneel, zoals te zien in Figuur 4-42.

In Figuur 4-44 is te zien dat de absolute verplaatsingen van paneel B toenamen tot dag 8. Vanaf dan

nam de absolute verplaatsing traag af. Waarschijnlijk is dit door de scheurvorming in het paneel.

Zoals verder te zien in Figuur 4-48 is op dag 8 de scheur S8B gegroeid over de volledige hoogte van

het paneel en over de volledige dikte van het buitenblad. De diepte van de scheur werd gemeten op

een boorkern, die geboord werd op de plaats aangegeven in Figuur 4-48. Deze scheur zorgde dus

voor een opdeling van het paneel in twee delen. Door de kleinere lengte van elk deel was de

thermische uitzetting lager en ging het paneel minder uitbuigen. De uiteindelijke maximale uitbuiging

van paneel A en paneel B bedroeg respectievelijk 10,3 mm en 9,7 mm.

4.7.2. Toestand voor scheurvorming

Bij de productie van het zelfhelend paneel werden de capsules op de bekisting gelegd. Na het storten

van het beton werd het bekistingspaneel getrild om het beton te verdichten en om de capsules

ongeveer één centimeter te laten opdrijven. In sommige zones waren de capsules te weinig

opgedreven en waren ze zichtbaar aan het oppervlak.

In de zones van WM3 waren geen capsules zichtbaar. In de zones van de andere helende agentia

waren wel capsules zichtbaar. In Figuur 4-45 (a)–(d) zijn de capsules aangeduid met rode cirkels.

Onderaan het paneel waren er ook meest holtes zichtbaar. De verdichting van het beton rondom de

capsules verliep waarschijnlijk redelijk moeizaam.

(a) Zone WM2 onderaan

(b) Zone PU2 onderaan

89

(c) Zone WM1 onderaan

(d) Zone PU1 onderaan

Figuur 4-45: Inspectie van het paneel voor scheurvorming

De betondekking op de capsules werd gemeten op boorkernen. De plaatsen van de kernboringen zijn

aangegeven in Figuur 4-47 en Figuur 4-48. In Figuur 4-46 (a) is de kleinste gemeten betondekking te

zien. Deze bedroeg 0,4 mm. De capsule links in het proefstuk van Figuur 4-46 (b) ligt verderaf van het

bovenvlak en heeft de grootste gemeten betondekking van 8,6 mm. Gemiddeld bedroeg de

betondekking 1,96 ± 0,16 mm. De capsules waren misschien weinig opgedreven omdat ze met elkaar

verbonden waren per 15 of 20 stuks. De ijzeren draadjes die de capsules met elkaar verbonden,

waren fijn, maar kunnen de opdrijving belemmerd hebben.

(a) Kleinste gemeten betondekking

(b) Grootste gemeten betondekking

Figuur 4-46: Betondekking van de capsules

90

4.7.3. Scheurvorming in de sandwichpanelen

Door de thermische belasting waarbij de panelen uitbuigen en teruigbuigen ontstonden scheuren in

de panelen. In Figuur 4-47 en Figuur 4-48 zijn respectievelijk het scheurpatroon van paneel A en het

scheurpatroon van paneel B weergegeven. De zones met zelfhelend beton zijn weergegeven op

Figuur 4-47.

Het grootste deel van de scheuren vormde zich al in de eerste dagen. De scheuren liepen

hoofdzakelijk verticaal. In tegenstelling tot het scheurpatroon van de eerste opstelling, zie paragraaf

4.6.2., kwam het nu wel voor dat scheuren in de middenzone ontstonden. De scheuren groeiden dus

niet altijd vanaf de rand van het paneel.

Scheuren die met het blote oog niet zichtbaar waren, worden niet weergegeven op Figuur 4-47 en

Figuur 4-48. Deze scheuren hebben een wijdte die kleiner of gelijk aan 10 µm is. Door de

oppervlakken van de panelen nat te maken, werden deze scheuren opgemerkt. In Figuur 4-47 stelt

S6A de groep kleine scheuren voor die gezorgd heeft voor het breken van capsules en het uitlopen

van helend agens in de zone met PU2. De scheuren met gebroken capules in de zone met PU1 zijn

aangegeven met de code S7A.

91

Figuur 4-47: Scheurvorming in paneel A door thermische belasting

Figuur 4-48: Scheurvorming in paneel B door thermische belasting

92

De scheurwijdtes van alle scheuren werden terug opgemeten op een aantal plaatsen van de scheur,

aangegeven met zwarte stippen in Figuur 4-47 en Figuur 4-48. In Figuur 4-49 en Figuur 4-50 zijn

respectievelijk de evolutie van de grootste scheurwijdte van elke scheur in paneel A en paneel B

weergegeven. In paneel A zijn 15 scheuren ontstaan waarvan de meeste scheurwijdtes kleiner dan

150 µm bleven. De maximale scheurwijdte kwam voor in scheur S3A en bedroeg 260 µm. In paneel B

was er één scheur met een scheurwijdte van 220 µm terwijl alle andere scheuren een scheurwijdte

lager dan 100 µm hadden. De scheuren in de groepen S6A en S7A hadden nergens scheurwijdtes die

groter waren dan 20 µm. Die maximale waarde is dan ook aangegeven in Figuur 4-49 en Figuur 4-50.

Figuur 4-49: Evolutie van de grootste gemeten scheurwijdte van elke scheur in paneel A

Figuur 4-50: Evolutie van de grootste gemeten scheurw ijdte van elke scheur in paneel B

In het zwaar gewapend paneel werden minder scheuren gevormd dan in het zelfhelend paneel en de

panelen van de eerste opstelling. De wijdtes van de scheuren zijn niet significant verschillend tussen

de 4 panelen. Enkel de grootste gemeten wijdte van elke scheur werd hiervoor in rekening gebracht

en er werd vergelijken met de scheurwijdtes na 15 dagen van de panelen in de eerste opstelling. De

gemiddelde scheurwijdte van paneel A en B van de eerste opstelling bedroeg respectievelijk

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 7 8 9 10 11 14

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Tijd [dagen]

S1A

S2A

S3A

S4A

S5A

S6A

S7A

S8A

S9A

S10A

S11A

S12A

S13A

S14A

S15A

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 7 8 9 10 11 14

Sch

eu

rwijd

te [

µm

]

Tijd [dagen]

S1B

S2B

S3B

S4B

S5B

S6B

S7B

S8B

S9B

S10B

93

175 ± 31 µm en 157 ± 26 µm. In de tweede opstelling waren de wijdtes kleiner, namelijk 89 ± 20 µm

voor het zelfhelend paneel en 100 ± 14 µm voor het zwaar gewapend paneel. Tussen de lengtes van

de scheuren in de 4 panelen bestaat eveneens geen significant verschil.

De extra wapening in het paneel B van de tweede opstelling heeft niet gezorgd voor grote

verschillen. Het paneel onderging dezelfde opwarming en afkoeling als het zelfhelend paneel. In

vergelijking met het zelfhelend paneel zijn er minder scheuren ontstaan. De spreiding van de

scheurwijdtes in het zwaar gewapend paneel is minder groot, zoals te zien in Figuur 4-50. De

scheuren hebben hoofdzakelijk wijdtes tussen 40 µm en 100 µm, terwijl de scheurwijdtes in het

zelfhelend paneel begrepen zijn tussen 20 µm en 260 µm. Toch bestaat er geen significant verschil in

spreiding van de scheurwijdtes.

4.7.4. Herstel van scheuren in het zelfhelend sandwichpaneel

Al na de eerste opwarmcyclus was er zelfheling opgetreden in het paneel. Het grote deel van de

scheuren vormde zich namelijk al in de eerste dagen. Negen van de veertien scheuren zijn ontstaan

na de eerste opwarmcyclus. Niet alle scheuren hebben capsules getroffen, zoals te zien in Figuur

4-47.

In de zone van WM3 was slechts één scheur ontstaan. De scheur S13A liep door de onderste zone en

is afgebeeld in Figuur 4-51 (a). Het is niet duidelijk zichtbaar of deze scheur capsules heeft doen

breken. De wijdte van deze scheur bedroeg maar 40 µm. Ook door de onderste zone van WM2 liep

slechts één scheur die geen zichtbare zelfheling heeft veroorzaakt. Deze scheur had een maximale

wijdte van 160 µm en is weergegeven in Figuur 4-51 (b). De scheur S4A liep jammergenoeg net naast

de zone met zelfhelend beton. In de bovenste zone was nog een kleine scheur ontstaan met een

wijdte van 20 µm die evenwel niet zichtbaar capsules heeft doen breken, zoals te zien in Figuur 4-51

(c).

(a)

(b)

(c)

Figuur 4-51: Zelfheling in de zones WM2 en WM3

In de zone PU2 waren geen opmerkelijk grote verticale scheuren ontstaan. Er waren wel duidelijk

capsules gebroken door kleine scheuren. In Figuur 4-52 (a) en (b) is zelfheling te zien in de onderste

zone en in Figuur 4-52 (c) is zelfheling te zien in de bovenste zone. De capsules werden gebroken

94

door heel kleine scheuren met een wijdte van maximaal 20 µm. De twee componenten van PU2

reageerden met elkaar en polymeriseerden. Doordat de scheurwijdte zo klein was, kwam het

polyurethaan uit de scheur en vloeide langs het oppervlak naar beneden. De scheur werd dus wel

opgevuld, zoals goed te zien in Figuur 4-52 (a), maar er was te veel agens. Het polymeer vloeide uit

over een lengte van soms wel 15 cm.

(a)

(b)

(c)

Figuur 4-52: Zelfheling in de zone PU2

In de zones met WM1 was zowel onderaan het paneel als bovenaan het paneel een scheur ontstaan,

respectievelijk weergegeven in Figuur 4-53 (a) en (b). De scheur S12A in de onderste zone had een

maximale scheurwijdte van 120 µm terwijl de scheurwijdte van S11A in de bovenste zone beperkt

bleef tot 20 µm. Het lijkt er niet op dat scheur S12A alle capsules op zijn pad heeft doen breken. Het

vrijgekomen waterafstotend middel was zichtbaar als een vlek op het betonoppervlak.

(a)

(b)

Figuur 4-53: Zelfheling in de zone WM1

95

In Figuur 4-54 (a) en (b) zijn haarfijne scheuren met een wijdte kleiner dan 20 µm te zien op de plaats

waar het waterafstotend middel is vrijgekomen. In het begin was de vlek heel donker. Na verloop van

tijd droogde het waterafstotend middel waarschijnlijk door de polymerisatiereactie uit en werd de

kleur lichter.

(a)

(b)

Figuur 4-54: Zelfheling in de bovenste zone WM1

In de zones van PU1 is de zelfheling duidelijk te zien. Het PU1 was ook hier uit de scheuren gevloeid

en zorgde voor uitlopers op het betonoppervlak. In de onderste zone zijn scheur S8A, te zien in

Figuur 4-55 (a), en scheur S9A, te zien in Figuur 4-55 (b), ontstaan. S8A had een scheurwijdte van

100 µm. Op het pad van deze scheur was er één capsule gebroken. Van deze capsule was er

behoorlijk weinig PU1 uit de scheur gevloeid, zoals rechts in Figuur 4-55 (a) te zien. Scheur S9A had

een maximale scheurwijdte van 120 µm en heeft meerdere capsules op zijn pad doen breken. Hier is

er meer PU1 uit de scheur gevloeid en was er witte schuimvorming door polymerisatie te zien aan

het oppervlak. In Figuur 4-55 (c) is een scheur weergegeven van de groep S7A. De scheur was slechts

20 µm wijd en heeft capsules doen breken. Rechts in de figuur loopt eveneens een scheur. Deze

heeft echter geen capsules doen breken.

(a)

(b)

(c)

Figuur 4-55: Zelfheling in de zone PU1

96

De capsules braken dus bij veel lagere scheurwijdtes dan de scheurwijdtes die aangebracht werden

in de mortelproefstukken van de proef die besproken werd in paragraaf 4.2. De reden van de snelle

breuk van de capsules moet wel de betondekking zijn. De capsules waren met slechts 1,96 ± 0,16 mm

beton bedekt en bevonden zich dus heel dicht bij het oppervlak. Kleine scheuren bleken dus al in

staat te zijn de capsules te doen breken, waarbij het helend agens vrijkwam. Aangezien de scheuren

zo klein waren, werd de scheur snel opgevuld en liep een groot deel van het agens uit de scheur.

4.7.5. Verkleuringen op het betonoppervlak door helende agentia

Enkele van de helende agentia zorgden voor ongewenste verkleuringen aan het betonoppervlak. Met

een spectrofotometer werd zowel in droge als in natte toestand de exacte kleur van het

betonoppervlak en van de verkleuringen door de helende agentia gemeten. De resultaten van deze

kleurmetingen zijn weergegeven in Figuur 4-56. Om een duidelijk contrast te kunnen zien tussen de

kleur van de zone met het helend agens en de kleur van het normale beton wordt telkens de kleur

van het betonoppervlak weergegeven in de helft van elk vierkant. Onder elk vierkant zijn de

gemiddelde kleurwaarden van elke zone weergegeven.

Figuur 4-56: Kleurschakeringen op de zones met zelfhelend beton

In de zones van WM3 en WM2 waren geen duidelijke vlekken of kleurschakeringen zichtbaar. De

kleuren werden willekeurig in de zone van WM3 en WM2 gemeten. Er kan ook niet met zekerheid

gezegd worden of er capsules gebroken waren door de scheurvorming. Zowel in droge als in natte

toestand weken de kleuren van de zones WM3 en WM2 weinig af van de kleuren van het gewone

beton, zoals te zien op Figuur 4-56. Voor 2 van de 3 kleurwaarden bestaat er dan ook geen significant

verschil tussen onbehandeld beton en geheeld beton in droge toestand. In natte toestand worden de

kleurwaarden a* en b* van de zone WM2 significant verschillend van de kleurwaarden van

onbehandeld beton.

97

De grootste verschillen in kleur zijn te merken bij de andere helende agentia. In deze zones waren

wel duidelijk vlekken en kleurschakeringen zichtbaar. De kleuren werden gemeten op deze vlekken

om duidelijk het contrast met het gewone beton weer te geven.

De middelen PU2, WM1 en PU1 zijn in groot contrast met droog beton. De kleurwaarden van deze 3

middelen zijn dan ook significant verschillend van de kleurwaarden van onbehandeld beton. Het

contrast vervaagde indien het beton nat gemaakt werd. Bij PU2 en PU1 blijven nog 2 kleurwaarden

significant verschillend van de kleurwaarden van onbehandeld nat beton. Enkel de kleurwaarde a*

van de zone WM1 is nog significant verschillend van de kleurwaarde a* van onbehandeld beton. Er

kan dus gezegd worden dat het contrast tussen de zone WM1 en onbehandeld beton vervaagt in

natte toestand.

Het PU1 en PU2 zorgden dus voor de grootste verkleuringen waarvan het contrast met nat beton nog

steeds goed zichtbaar bleef. In de zone van het middel WM1 waren duidelijk vlekken zichtbaar terwijl

de middelen WM2 en WM3 het minst of bijna geen kleurschakeringen veroorzaakten.

4.7.6. Wateropname

In sommige zones was duidelijk autonoom herstel van de scheuren te zien. De wateropname van het

beton werd gemeten op scheuren met verschillende scheurwijdtes en in verschillende zones. In

Figuur 4-57 en Figuur 4-58 is aangegeven met zwarte stippen op welke plaatsen metingen werden

uitgevoerd. De resultaten zijn weergegeven in Figuur 4-59.

Figuur 4-57: Metingen op wateropname in paneel A

Figuur 4-58: Metingen op wateropname in paneel B

98

Figuur 4-59: Wateropname in functie van de scheurwijdte (logaritmische schaalverdeling);

Bij gemiddelde waarden zonder foutbalken werd maar één meting uitgevoerd;

* Geringe wateropname bij scheurwijdte 80 µm van WM1

De wateropname in ongescheurd beton bedroeg 0,015 ± 0,001 ml/min. Door scheurvorming steeg de

wateropname. Bij scheurwijdtes van 20 µm bedroeg de wateropname al 0,052 ml/min. Bij grotere

scheurwijdtes steeg de wateropname in het beton exponentieel en bedroeg voor scheurwijdtes van

240 µm al 11,00 ± 1,00 ml/min.

Bij kleine scheurwijdtes hielpen de helende agentia om de wateropname te doen afnemen. Hoe

groter de scheurwijdte werd, hoe kleiner het verschil in wateropname. Zo was er bij een

scheurwijdte van 120 µm en bij een scheurwijdte van 200 µm geen verschil meer tussen de

wateropname van een onbehandelde scheur en de wateropname van een geheelde scheur.

De wateropname in een scheur met een wijdte van 20 µm was niet verschillend voor de

verschillende geheelde zones. De middelen waren in gelijke mate in staat de wateropname te

reduceren. In het geval van heling met WM2 kon de wateropname van ongescheurd beton

geëvenaard worden, zoals te zien in Figuur 4-59.

In een scheur met wijdte van 40 µm bedroeg de wateropname 0,012 ml/min als deze scheur geheeld

was met WM1. Dit was minder dan de helft van de wateropname in een scheur met dezelfde wijdte

geheeld met WM3 waarvan de wateropname 0,033 ± 0,004 ml/min bedroeg. De wateropname van

een onbehandelde scheur liep op tot 0,080 ± 0,018 ml/min.

Bij een scheur met wijdte 80 µm die geheeld was met WM1 werd vastgesteld dat er geen water werd

opgenomen. Indien een scheur met deze wijdte geheeld was met WM2 bedroeg de wateropname

minder dan de helft van de wateropname in een onbehandelde scheur. De opname bedroeg

respectievelijk 0,050 ml/min en 0,126 ± 0,012 ml/min.

De helende agentia zorgden dus voor een afname in wateropname in het geval de scheurwijdte klein

bleef. Enkel bij een heel kleine scheurwijdte van 20 µm kon de wateropname bij heling met WM2

terug de wateropname van ongescheurd beton evenaren. Jammergenoeg zijn niet meer scheuren

ontstaan in de zones met zelfhelend beton en is het aantal metingen op wateropname beperkt

gebleven.

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 200 220 240

Wat

ero

pn

ame

[m

l/m

in]

Scheurwijdte [µm]

Ongescheurd

Gescheurd

WM3

WM2

PU2

WM1

PU1 *

99

Hoofdstuk 5

Conclusies

Bij mortelproefstukken die belast werden tot een ingestelde scheurwijdte van 400 µm braken

duidelijk meer capsules dan bij belasting tot een ingestelde scheurwijdte van 200 µm. Een kleine

ingestelde scheurwijdte verkleint dus de kans op breken van de capsules. De morteldekking was niet

bepalend in het aantal capsules dat brak, maar dit komt misschien omdat er te veel morteldekking op

de capsules was. De capsules bevonden zich namelijk hoger dan de wapening. Indien mortelmengsels

met een lagere W/C-factor zouden worden gebruikt, zouden de capsules minder hoog opdrijven en

kan de morteldekking een belangrijkere rol spelen in het aantal capsules dat breekt bij

scheurvorming.

Het 1 component polyurethaan zorgde voor een hechting tussen de scheurvlakken. Indien het

polyurethaan veel water ter beschikking had om te polymeriseren ontstond er weinig contact tussen

het polyurethaan en het scheurvlak doordat er luchtbellen gevormd werden. Door de polymerisatie

was de adhesie tussen het polyurethaan en het scheurvlak wel hoog waardoor hoge trekspanningen

opgenomen konden worden. Bij weinig contact met water was de polymerisatiereactie minder hevig

en werden minder luchtbellen gevormd. Het contactoppervlak tussen het polyurethaan en de

scheurvlakken was groter en de scheur was dus meer gevuld. De hechting tussen het polyurethaan

en de scheurvlakken was wel gereduceerd waardoor minder hoge trekspanningen opgenomen

konden worden.

Door manuele injectie van het 1 component polyurethaan en van waterafstotende middelen konden

scheuren waterdicht gemaakt worden. Het polyurethaan polymeriseerde in contact met water en

vulde de scheur op, terwijl de waterafstotende middelen polymeriseerden en een waterafstotende

laag vormden op de scheurvlakken. Het polyurethaan zorgde voor een hechting tussen de

scheurvlakken, maar deze hechting kon verloren gaan door herbelasting waardoor de waterdichtheid

van de scheur niet meer gegarandeerd was. Scheuren die met waterafstotende middelen waren

geïnjecteerd, werden wijder bij herbelasting. Door de verwijding kwam de waterdichtheid van de

scheur nu niet in het gedrang want de waterafstotende laag bleef aanwezig op de scheurvlakken. In

de toekomst kan een polyurethaan aangewend worden dat zich meer elastisch kan vervormen. Bij

belasting zou het polyurethaan dan in staat zijn om mee te bewegen met de scheur en om de

hechting met het scheurvlak te behouden.

100

De opstelling gebruikt om thermische sheuren in sandwichpanelen te krijgen, heeft gezorgd voor een

goede simulatie van de werkelijke toestand. De beoogde temperatuurverschillen tussen buiten- en

binnenblad werden behaald waardoor de trekspanningen in het beton hoog opliepen en er scheuren

gevormd werden in de buitenbladen.

In het zelfhelend paneel waren de capsules niet hoog genoeg opgedreven. Door de lage

betondekking braken de capsules al bij vorming van kleine scheuren. Het vroegtijdig breken van de

capsules heeft er voor gezorgd dat het agens uit de scheur vloeide. Het scheurvolume was namelijk

niet groot waardoor de scheur snel opgevuld werd met het agens en het teveel aan agens liep uit de

scheur. Zeker bij de polyurethanen vormde dit voor ongewenste kleurschakeringen. Indien de

betondekking van de capsules hoger zou zijn, zouden de capsules pas bij grotere scheurwijdtes

breken. Het helend agens moet dan een groter scheurvolume vullen en de kans dat het agens uit de

scheur gaat vloeien, zou veel lager zijn.

Door de capsules niet met elkaar te verbinden kan meer betondekking bekomen worden. De

capsules worden dan los op het bekistingspaneel gelegd zodat een geordende structuur van de

capsules in het paneel niet gegarandeerd is. In dit geval zullen er dus voldoende capsules

aangebracht moeten worden zodat de kans groot genoeg is dat een scheur capsules doet breken.

Een andere mogelijkheid is om minder capsules met elkaar te verbinden. De opdrijving van de groep

capsules zou minder gehinderd worden en er zou toch nog enige structuur behouden worden in de

plaatsing van de capules. Een andere oplossing bestaat er in om de capsules uit andere materialen te

maken zodat de capsules gemengd kunnen worden in het beton. In dit geval zullen waarschijnlijk ook

veel meer capsules moeten voorzien worden.

Bij de autonome heling van beton met polyurethanen en waterafstotende middelen werd

waterdichtheid van de scheuren bekomen. Dit leek wel enkel mogelijk bij scheurwijdtes kleiner dan

100 µm. De weinige metingen die mogelijk waren op scheuren met grotere wijdtes geven aan dat er

geen significant verschil in waterdichtheid bekomen werd in vergelijking met onbehandelde

scheuren. De waterabsorptiemetingen op de mortelproefstukken wezen er nochtans op dat de

absorptie bij scheuren met een wijdte groter dan 100 µm ook verminderd kan worden dankzij heling.

Meer metingen op wateropname in autonoom geheelde scheuren met grote wijdte kunnen

verklaringen aan het licht brengen.

Op plaatsen waar autonome heling was voorgekomen, waren vooral bij de polyurethanen zichtbare

verkleuringen op het betonoppervlak opgetreden. Het waterafstotend middel WM1 zorgde voor

vlekken die een contrast vormden met het onbehandelde beton. Bij de middelen WM2 en WM3

waren geen kleurschakeringen merkbaar, maar kon ook niet met zekerheid gezegd worden dat er

agens uit de capsules gelopen was.

In het zwaar gewapend paneel zijn minst scheuren ontstaan, maar de scheurwijdtes- en lengtes zijn

niet significant verschillend. De spreiding van de scheurwijdtes is wel minder groot in vergelijking met

de scheurwijdtes in de andere panelen. De wijdtes liggen hoofdzakelijk tussen 40 µm en 100 µm. In

de toekomst kan eventueel extra wapening geplaatst worden in het buitenblad om de

trekspanningen door thermische uitzetting tegen te werken.

101

Bijlage A

0

500

1000

1500

0 2 4

Be

last

ing

[N]

Verplaatsing [mm]

O-W A

B

C

D

0

500

1000

1500

0 2 4

Be

last

ing

[N]

Verplaatsing [mm]

O-T-W A

B

C

D

0

500

1000

1500

0 2 4

Be

last

ing

[N]

Verplaatsing [mm]

O A

B

C

D

0

500

1000

1500

0 2 4

Be

last

ing

[N]

Verplaatsing [mm]

20/60 A

B

C

D

0

500

1000

1500

0 2 4

Be

last

ing

[N]

Verplaatsing [mm]

20/95 A

B

C

D

0

500

1000

1500

0 2 4

Be

last

ing

[N]

Verplaatsing [mm]

W A

B

C

D

102

Bibliografie

[1] S. C. Ng and K. S. Low, "Thermal conductivity of newspaper sandwiched aerated lightweight concrete panel," Energy and Buildings, vol. 42, pp. 2452-2456, Dec 2010.

[2] D. C. Salmon, A. Einea, M. K. Tadros, and T. D. Culp, "Full scale testing of precast concrete sandwich panels," ACI Structural Journal, vol. 94, pp. 354-362, Jul-Aug 1997.

[3] A. Benayoune, A. A. Abdul Samad, D. N. Trikha, A. A. Abang Ali, and S. H. M. Ellinna, "Flexural behaviour of pre-cast concrete sandwich composite panel – Experimental and theoretical investigations," Construction and Building Materials, vol. 22, pp. 580-592, 2007.

[4] A. Benayoune, A. A. A. Samad, D. N. Trikha, A. A. A. Ali, and A. A. Ashrabov, "Structural behaviour of eccentrically loaded precast sandwich panels," Construction and Building Materials, vol. 20, pp. 713-724, Nov 2006.

[5] C. P. Pantelides, M. ASCE, R. Surapaneni, and L. D. Reavely, "Structural Performance of Hybrid GFRP/Steel Concrete Sandwich Panels," Journal of Composites for Construction © ASCE, 2008.

[6] W. Willems and G. Hellinger, "Exakte U-Werte von Stahlbeton-Sandwichelementen," Bauphysik, vol. 32, pp. 275-87, 2010.

[7] A. Janssens, Bouwfysische aspecten van gebouwen. Gent, 2009. [8] L. Taerwe and G. De Schutter, Betontechnologie. Gent, 2009. [9] S. Asamoto, A. Ohtsuka, Y. Kuwahara, and C. Miura, "Study on effects of solar radiation and

rain on shrinkage, shrinkage cracking and creep of concrete," Cement and Concrete Research, vol. 41, pp. 590-601, Jun 2011.

[10] R. K. Devalapura, J. M. Seng, M. F. Mcbride, D. W. Winiarski, and B. D. Johnson, "Thermal cyclic testing on a concrete sandwich panel system," Innovations in Design with Emphasis on Seismic, Wind, and Environmental Loading: Quality Control and Innovations in Materials/Hot-Weather Concreting, vol. 209, pp. 905-918, 2002.

[11] D. C. Park, "Carbonation of concrete in relation to CO2 permeability and degradation of coatings," Construction and Building Materials, vol. 22, pp. 2260-2268, Nov 2008.

[12] B. Johannesson and P. Utgenannt, "Microstructural changes caused by carbonation of cement mortar," Cement and Concrete Research, vol. 31, pp. 925-931, Jun 2001.

[13] M. H. F. Medeiros and P. Helene, "Surface treatment of reinforced concrete in marine environment: Influence on chloride diffusion coefficient and capillary water absorption," Construction and Building Materials, vol. 23, pp. 1476-1484, Mar 2009.

[14] C. Joseph, D. Gardner, T. Jefferson, B. Isaacs, and B. Lark, "Self-healing cementitious materials: a review of recent work," Construction Materials, vol. 164, pp. 29-41, 2010.

[15] W. Ramm and M. Biscoping, "Autogenous healing and reinforcement corrosion of water-penetrated separation cracks in reinforced concrete," Nuclear Engineering and Design, vol. 179, pp. 191-200, Feb 1998.

[16] H. W. Reinhardt and M. Jooss, "Permeability and self-healing of cracked concrete as a function of temperature and crack width," Cement and Concrete Research, vol. 33, pp. 981-985, Jul 2003.

[17] A. Hosoda, S. Komatsu, T. Ahn, T. Kishi, S. Ikeno, and K. Kobayashi, "Self healing properties with various crack widths under continuous water leakage," Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting II, pp. 121-122, 2009.

[18] Y. Z. Yang, M. D. Lepech, E. H. Yang, and V. C. Li, "Autogenous healing of engineered cementitious composites under wet-dry cycles," Cement and Concrete Research, vol. 39, pp. 382-390, May 2009.

103

[19] A. Jefferson, C. Joseph, R. Lark, B. Isaacs, S. Dunn, and B. Weager, "A new system for crack closure of cementitious materials using shrinkable polymers," Cement and Concrete Research, vol. 40, pp. 795-801, May 2010.

[20] K. Sisomphon, O. Copuroglu, and A. Fraaij, "Application of encapsulated lightweight aggregate impregnated with sodium monofluorophosphate as a self-healing agent in blast furnace slag mortar," HERON, vol. 56, 2011.

[21] S. V. Zemskov, H. M. Jonkers, and F. J. Vermolen, "Two analytical models for the probability characteristics of a crack hitting encapsulated particles: Application to self-healing materials," Computational Materials Science, vol. 50, pp. 3323-3333, Dec 2011.

[22] K. Van Tittelboom, N. De Belie, D. Van Loo, and P. Jacobs, "Self-healing efficiency of cementitious materials containing tubular capsules filled with healing agent," Cement & Concrete Composites, vol. 33, pp. 497-505, Apr 2011.

[23] P. T. Tran Diep, J. S. J. Tay, S. T. Quek, and S. D. Pang, "Implementation of self-healing in concrete - Proof of concept," The IES Journal Part A: Civil & Structural Engineering, vol. 2, 2009.

[24] M. M. Pelletier, R. Brown, A. Shukla, and A. Bose, "Self-healing concrete with a microencapsulated healing agent," 2010.

[25] Z. X. Yang, J. Holler, X. D. He, and X. M. Shi, "Laboratory Assessment of a Self-Healing Cementitious Composite," Transportation Research Record, pp. 9-17, 2010.

[26] Z. X. Yang, J. Hollar, X. D. He, and X. M. Shi, "A self-healing cementitious composite using oil core/silica gel shell microcapsules," Cement & Concrete Composites, vol. 33, pp. 506-512, Apr 2011.

[27] F. Xing, Z. Ni, N. X. Han, B. Q. Dong, X. X. Du, Z. Huang, and M. Zhang, "Self-Healing Mechanism of a Novel Cementitious Composite Using Microcapsules," Advances in Concrete Structural Durability, Proceedings of Icdcs2008, Vols 1 and 2, pp. 195-204, 2008.

[28] T. Nishiwaki, H. Mihashi, B. Jang, and K. Miura, "Development of Self-healing System for Concrete with Selective Heating around Crack," Journal of Advanced Concrete Technology, vol. 4, pp. 267-275, 2006.

[29] J. De Vries and R. B. Polder, "Hydrophobic treatment of concrete," Construction and Building Materials, vol. 11, pp. 259-265, Jun 1997.

[30] F. Tittarelli and G. Moriconi, "The effect of silane-based hydrophobic admixture on corrosion of reinforcing steel in concrete," Cement and Concrete Research, vol. 38, pp. 1354-1357, Nov 2008.

[31] F. Tittarelli and G. Moriconi, "Comparison between surface and bulk hydrophobic treatment against corrosion of galvanized reinforcing steel in concrete," Cement and Concrete Research, vol. 41, pp. 609-614, Jun 2011.

[32] F. Tittarelli and G. Moriconi, "The effect of silane-based hydrophobic admixture on corrosion of galvanized reinforcing steel in concrete," Corrosion Science, vol. 52, pp. 2958-2963, Sep 2010.

[33] F. Tittarelli, "Oxygen diffusion through hydrophobic cement-based materials," Cement and Concrete Research, vol. 39, pp. 924-928, Oct 2009.

[34] J. G. Dai, Y. Akira, F. H. Wittmann, H. Yokota, and P. Zhang, "Water repellent surface impregnation for extension of service life of reinforced concrete structures in marine environments: The role of cracks," Cement & Concrete Composites, vol. 32, pp. 101-109, Feb 2010.

[35] M. Ibrahim, A. S. Al-Gahtani, M. Maslehuddin, and F. H. Dakhil, "Use of surface treatment materials to improve concrete durability," Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 11, pp. 36-40, Feb 1999.

[36] F. H. Wittmann, T. J. Zhao, P. G. Gu, and Z. J. Ren, "Penetration of Chloride into Cracked Concrete," Advances in Concrete Structural Durability, Proceedings of Icdcs2008, Vols 1 and 2, pp. 172-181, 2008.

[37] http://www.pslc.ws/macrog/urethane.htm, figuur polyurethaan.

http://www.pslc.ws/macrog/urethane.htm

104

[38] A. A. Almusallam, F. M. Khan, S. U. Dulaijan, and O. S. B. Al-Amoudi, "Effectiveness of surface coatings in improving concrete durability," Cement & Concrete Composites, vol. 25, pp. 473-481, May-Jul 2003.

[39] J. Y. Wang, K. Van Tittelboom, N. De Belie, and W. Verstraete, "Use of silica gel or polyurethane immobilized bacteria for self-healing concrete," Construction and Building Materials, vol. 26, pp. 532-540, Jan 2012.

[40] http://rsbweb.nih.gov/ij/, software ImageJ. [41] D. H. Huang, S. X. Wu, and H. T. Zhao, "Simulation of the Effect of Solar Radiation on

Hardening and Hardened Concrete Wall," Advances in Structures, Pts 1-5, vol. 163-167, pp. 1489-1494, 2011.

[42] http://www.euro-inox.org/pdf/map/Tables_TechnicalProperties_EN.pdf, eigenschappen inox.

[43] http://www.fixinox.com, informatie verankeringen. [44] http://CMYKguide.com, informatie CIE L* a* b* kleurenruimte. [45] Belgisch Instituut voor Normalisatie, "NBN EN 13057: Producten en systemen voor de

bescherming en reparatie van betonconstructies - Beproevingsmethoden - Bepaling van de weerstand tegen capillaire absorptie", augustus 2002.

http://rsbweb.nih.gov/ij/

http://www.euro-inox.org/pdf/map/Tables_TechnicalProperties_EN.pdf

http://www.fixinox.com/

http://cmykguide.com/

105

Lijst van figuren Figuur 2-1: Samenstelling van een sandwichpaneel [3] .......................................................................... 2

Figuur 2-2: Rekverloop in sandwichpaneel bij buiging [3] ....................................................................... 4

Figuur 2-3: Configuratie van sandwichpanelen: (a) niet composiet; (b) composiet [5] .......................... 4

Figuur 2-4: Cilinderanker [6] .................................................................................................................... 5

Figuur 2-5: Plaatanker [6] ........................................................................................................................ 5

Figuur 2-6: Sandwichpaneel-draaganker [6] ............................................................................................ 5

Figuur 2-7: Connectorpinnen [6].............................................................................................................. 5

Figuur 2-8: Scheurpatroon onderste blad sandwichpaneel [3] ............................................................... 6

Figuur 2-9: Temperatuur van een betonoppervlak [9] ............................................................................ 7

Figuur 2-10: Schema van new composite materials [14] ....................................................................... 10

Figuur 2-11: Waterdoorlatendheid van proefstukken met glazen en keramische capsules

[22] .................................................................................................................................... 12

Figuur 2-12: Moleculaire formule van silaan (links) en siloxaan (rechts) [29] ....................................... 13

Figuur 2-13: Chlorideprofiel voor (a) onbehandeld gescheurd beton; (b) beton met

scheurvorming na impregnatie; (c) beton met scheurvorming voor impregnatie

[36] .................................................................................................................................... 15

Figuur 2-14: Carbonatatiediepte van geïmpregneerde betonproefstukken [35] .................................. 16

Figuur 2-15: Moleculaire formule van urethaan en polyurethaan [37] ................................................. 16

Figuur 2-16: Chloride-indringing i.f.v. levensduur voor verschillende coatings [13] ............................. 17

Figuur 3-1: Wapeningsstaven voor mortelproefstukken ....................................................................... 20

Figuur 3-2: Lege glazen capsules met diameter 3 mm .......................................................................... 20

Figuur 3-3: Glazen capsules met diameter 2 mm gevuld met 2 componenten polyurethaan .............. 20

Figuur 3-4: Mortelmenger ..................................................................................................................... 22

Figuur 3-5: Mal van drie standaard mortelproefstukken ...................................................................... 23

Figuur 3-6: 3D-model van een mortelproefstuk (a) met wapening en (b) met wapening en

capsules ............................................................................................................................. 24

Figuur 3-7: Schikking capsules per 15 of 20 stuks .................................................................................. 25

Figuur 3-8: Methode om capsules te verbinden .................................................................................... 25

Figuur 3-9: Opdeling van het buitenblad in zones met capsules ........................................................... 26

Figuur 3-10: Plaatsing van glazen capsules en wapeningsnet ............................................................... 26

Figuur 3-11: Aanbrengen van een thermokoppel en de plaatankers .................................................... 26

Figuur 3-12: Eerste laag beton manueel storten ................................................................................... 27

Figuur 3-13: Isolatielaag aanbrengen .................................................................................................... 27

Figuur 3-14: Wapening van het binnenblad plaatsen ............................................................................ 27

Figuur 3-15: Binnenblad gieten en afwerken......................................................................................... 27

Figuur 3-16: Opstelling driepuntsbuigproef........................................................................................... 28

Figuur 3-17: Buigen tot de gewenste scheurvorming ............................................................................ 28

Figuur 3-18: Leica S8AP0 met een Leica DFC295 camera ...................................................................... 30

Figuur 3-19: Schematische voorstelling proefstuk ................................................................................ 30

Figuur 3-20: Scheurwijdtes opmeten in ImageJ ..................................................................................... 31

Figuur 3-21: Scheurmicroscoop ............................................................................................................. 31

Figuur 3-22: Metalen plaatjes tussen de cilindrische mortelproefstukken ........................................... 33

106

Figuur 3-23: Hulpstukken voor de trekproef ......................................................................................... 33

Figuur 3-24: Opstelling voor de trekproef ............................................................................................. 33

Figuur 3-25: Scheuroppervlak van een mortelproefstuk ....................................................................... 34

Figuur 3-26: Aantal pixels bepalen in Adobe® Photoshop® ................................................................... 35

Figuur 3-27: Verloop van de proef op capillaire waterabsorptie .......................................................... 36

Figuur 3-28: Afzagen van de proefstukken ............................................................................................ 36

Figuur 3-29: Proefstukken afgeplakt en klaar voor injectie ................................................................... 37

Figuur 3-30: Opstelling proef capillaire waterabsorptie ........................................................................ 37

Figuur 3-31: Verloop van de proef op capillaire waterabsorptie met herbelasting .............................. 38

Figuur 3-32: Geometrie en randvoorwaarden ....................................................................................... 40

Figuur 3-33: Temperatuurverloop bij (a) θe=30 °C; (b) θe=35 °C; (c) θe=40 °C ....................................... 41

Figuur 3-34: Temperatuurverloop bij θe van 30 °C, 35 °C en 40 °C ....................................................... 42

Figuur 3-35: Plaatanker [43] .................................................................................................................. 43

Figuur 3-36: Torsieankers [43] ............................................................................................................... 43

Figuur 3-37: Plaats van de verankeringen in het sandwichpaneel ........................................................ 43

Figuur 3-38: Vervormde constructie ...................................................................................................... 44

Figuur 3-39: Opstelling sandwichpanelen .............................................................................................. 45

Figuur 3-40: Stalen sleufverbinding ....................................................................................................... 45

Figuur 3-41: LVDT's in de opstelling ....................................................................................................... 46

Figuur 3-42: Warmeluchtblazer ............................................................................................................. 47

Figuur 3-43: Stralingsverwarmer van 1800 W ....................................................................................... 48

Figuur 3-44: 3 stralingsverwarmers met elk een vermogen van 500 W ................................................ 48

Figuur 3-45: 2 stralingsverwamers met elk een vermogen van 800 W ................................................. 48

Figuur 3-46: Eerste opstelling van de proef op thermische belasting van sandwichpanelen .............. 49

Figuur 3-47: Warmeluchtblazer afgescheiden van de opgewarmde ruimte ......................................... 49

Figuur 3-48: Warmeluchtblazer hoger geplaatst ................................................................................... 49

Figuur 3-49: Tweede opstelling van de proef op thermische belasting van sandwichpanelen ............ 50

Figuur 3-50: Karstenpijpje ...................................................................................................................... 51

Figuur 3-51: X-Rite spectrofotometer .................................................................................................... 52

Figuur 3-52: CIE L* a* b* kleurenruimte [44] ........................................................................................ 52

Figuur 4-1: Schematische voorstelling van de scheurpatronen en de plaatsen van de

kernboringen in de vier panelen ....................................................................................... 54

Figuur 4-2: Boxplot van de scheurwijdtes in de betonkernen ............................................................... 55

Figuur 4-3: Zelfheling in proefstuk 3B en 4D ......................................................................................... 55

Figuur 4-4: Verband tussen scheurdiepte en scheurwijdte van elke betonkern; * De diepte

van scheur 4E is 0 cm ........................................................................................................ 56

Figuur 4-5: Correlatie tussen scheurwijdte en scheurdiepte ................................................................. 56

Figuur 4-6: Mortelproefstukken met een initiële scheur van 200 µm na volledige breuk .................... 58

Figuur 4-7: Mortelproefstukken met een initïele scheur van 300 µm na volledige breuk .................... 59

Figuur 4-8: Mortelproefstukken met een initïele scheur van 400 µm na volledige breuk .................... 60

Figuur 4-9: Boxplot van de scheurwijdtes .............................................................................................. 61

Figuur 4-10: Vorming van druppels bij injectie van WM5 ..................................................................... 61

Figuur 4-11: Waterabsorptie van scheuren geïnjecteerd met verschillende helende agentia ............. 63

Figuur 4-12: Sorptiecoëfficiënten van de waterabsorptiecurves .......................................................... 63

Figuur 4-13: Boxplot van de scheurwijdtes na de 1ste en na de 2de buigproef ....................................... 65

107

Figuur 4-14: Microscopische foto's van PU1 in een scheur ................................................................... 65

Figuur 4-15: Waterabsorptie van scheuren na belasting en na herbelasting ........................................ 67

Figuur 4-16: Sorptiecoëfficiënten van de waterabsorptiecurves .......................................................... 67

Figuur 4-17: Detail van een scheur geheeld met WM ........................................................................... 68

Figuur 4-18: Detail van een scheur geheeld met PU1 ........................................................................... 69

Figuur 4-19: Maximale trekbelastingen ................................................................................................. 69

Figuur 4-20: Percentage contactoppervlak tussen PU1 en mortel ........................................................ 71

Figuur 4-21: Maximale trekspanningen ................................................................................................. 72

Figuur 4-22: Schema van de opstelling met enkel een warmeluchtblazer ............................................ 73

Figuur 4-23: Temperatuurverloop van paneel A ................................................................................... 74

Figuur 4-24: Verplaatsing van paneel A ................................................................................................. 74

Figuur 4-25: Temperatuurverloop van paneel B .................................................................................... 75

Figuur 4-26: Verplaatsing van paneel B ................................................................................................. 75

Figuur 4-27: Belemmering van de verplaatsing van het paneel ............................................................ 77

Figuur 4-28: Scheurvorming in paneel A door thermische belasting .................................................... 78

Figuur 4-29: Scheurvorming in paneel B door thermische belasting..................................................... 78

Figuur 4-30: Voorbeelden van scheuren in de sandwichpanelen.......................................................... 79

Figuur 4-31: Evolutie van de grootste scheurwijdte van alle scheuren in paneel A; *

Scheurwijdte gemeten 3 uur voor start volgende opwarmcyclus .................................... 80

Figuur 4-32: Evolutie van de grootste scheurwijdte van alle scheuren in paneel B; *

Scheurwijdte gemeten 3 uur voor start volgende opwarmcyclus .................................... 80

Figuur 4-33: Schema van de opstelling met warmeluchtblazer en twee infraroodstralers .................. 81





Figuur 4-38: Scheurwijdtes van paneel A voor en na opwarmen tot hogere temperaturen; *

Scheurwijdte van S4A niet gemeten omdat LVDT in de weg stond .................................. 84

Figuur 4-39: Scheurwijdtes van paneel B voor en na opwarmen tot hogere temperaturen ................ 84

Figuur 4-40: Schema van de opstelling met een warmeluchtblazer en infraroodstralers .................... 85





Figuur 4-45: Inspectie van het paneel voor scheurvorming .................................................................. 89

Figuur 4-46: Betondekking van de capsules .......................................................................................... 89

Figuur 4-47: Scheurvorming in paneel A door thermische belasting .................................................... 91

Figuur 4-48: Scheurvorming in paneel B door thermische belasting..................................................... 91

Figuur 4-49: Evolutie van de grootste gemeten scheurwijdte van elke scheur in paneel A .................. 92

Figuur 4-50: Evolutie van de grootste gemeten scheurwijdte van elke scheur in paneel B .................. 92

Figuur 4-51: Zelfheling in de zones WM2 en WM3 ............................................................................... 93

Figuur 4-52: Zelfheling in de zone PU2 .................................................................................................. 94

Figuur 4-53: Zelfheling in de zone WM1 ................................................................................................ 94

Figuur 4-54: Zelfheling in de bovenste zone WM1 ................................................................................ 95

Figuur 4-55: Zelfheling in de zone PU1 .................................................................................................. 95

108

Figuur 4-56: Kleurschakeringen op de zones met zelfhelend beton ..................................................... 96

Figuur 4-57: Metingen op wateropname in paneel A ............................................................................ 97

Figuur 4-58: Metingen op wateropname in paneel B ............................................................................ 97

Figuur 4-59: Wateropname in functie van de scheurwijdte (logaritmische schaalverdeling);

Bij gemiddelde waarden zonder foutbalken werd maar één meting uitgevoerd;

* Geringe wateropname bij scheurwijdte 80 µm van WM1 ............................................. 98

109

Lijst van tabellen Tabel 2-1: Aantal krimpscheuren bij zon (S), bij geen zon en geen regen (N) en bij zon en

regen (SR) [9] ....................................................................................................................... 7

Tabel 2-2: Chloride diffusiecoëfficiënten in behandelde en onbehandelde proefstukken [35] ............ 14

Tabel 2-3: Benaming van impregneringsmiddelen [13] ......................................................................... 17

Tabel 2-4: Oplosbaarheidscoëfficiënt van CO2 voor verschillende coatings [11] .................................. 18

Tabel 3-1: Samenstelling van een mortelmengsel ................................................................................. 19

Tabel 3-2: Viscositeitswaarden van de verschillende 1-component polyurethanen ............................ 21

Tabel 3-3: Eigenschappen van de waterafstotende middelen .............................................................. 22

Tabel 3-4: Afmetingen van de 4 sandwichpanelen ................................................................................ 24

Tabel 3-5: Aantal capsules per helend middel ....................................................................................... 25

Tabel 3-6: Sturingsschema driepuntsbuigproef ..................................................................................... 29

Tabel 3-7: Bewaaromstandigheden van de mortelproefstukken, droogomstandigheden en

samenstelling van PU1 ...................................................................................................... 32

Tabel 3-8: Middelen om opdrijving te voorkomen ................................................................................ 39

Tabel 3-9: Buitentemperatuur en referentietemperatuur .................................................................... 41

Tabel 3-10: Materialen en karakteristieken ........................................................................................... 42

Tabel 3-11: Temperaturen aan de betonoppervlakken ......................................................................... 44

Tabel 3-12: Gesimuleerde uitbuiging, rek en spanning van het sandwichpaneel bij een

buitentemperatuur van 30 °C, 35 °C en 40 °C; druk = - en trek = + .................................. 44

Tabel 3-13: Eigenschappen van de warmeluchtblazer .......................................................................... 47

Tabel 4-1: Resultaten van de test op het breken van de capsules ........................................................ 57

zelfheling van thermische scheuren in sandwich panelen

Documents