Druksterkte van beton en mengselsamenstelling

Met ‘de druksterkte van beton’ wordt in Nederland meestal de kubusdruksterkte bedoeld. Dat wil zeggen de druksterkte zoals die in NEN-EN 206 is omschreven. Dit is in feite een kwaliteitsparameter. Op grond van de sterkteklasse van de verwerkte betonspecie is weliswaar de potentiële druksterkte van het beton bekend, maar de werkelijk gerealiseerde druksterkte van het beton is mede afhankelijk van de uitvoeringstechniek, de verhardingsomstandigheden en de mate van nabehandeling van het beton. 

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

Sterkteontwikkeling in de tijd

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

90-daagse sterkte benutten

Vanuit het oogpunt van duurzaamheid  kan het waardevol zijn om de doorgroei in sterkte van beton te benutten in een project. Omdat over het algemeen voor een hogere sterkte meer bindmiddel nodig is, kan met het meten van de constructief benodigde sterkte op 90 dagen, in plaats van de standaard 28 dagen, het beton met minder bindmiddel gemaakt worden. Het is belangrijk op te merken dat het benutten van de 90-daagse sterkte van beton meestal vereist dat de bouwplanning en het ontwerp van het project hierop zijn afgestemd. Ingenieurs moeten de sterkteontwikkeling van het beton zorgvuldig in overweging nemen bij het dimensioneren van de constructie en het plannen van het bouwproces. Over het algemeen betekent het rekenen met de 90-daagse sterkte als constructief benodigde sterkte, dat de vroege sterkte lager is, waardoor de constructie pas later belast kan worden en/of de bekisting langer moet blijven staan. Hiermee moet terdege rekening gehouden worden in de bouwplanning. Daarnaast kan de 90-daagse sterkte niet volledig worden benut, omdat de Eurocode al impliciet rekening houdt met een doorgroei in druksterkte. Correctiefactoren voor het rekenen met de 90-daagse druksterkte zijn opgenomen in de Eurocode en in CROW-CUR-Aanbeveling 122. Meer informatie over het benutten van de 90-daagse sterkte staat in dit artikel.

Kubusdruksterkte

De kubusdruksterkte van beton verwijst naar de maximale drukbelasting die een standaard, kubusvormig betonmonster met zijden van 150 millimeter kan weerstaan voordat het bezwijkt. Dit is een veelgebruikte maatstaf om de druksterkte van beton te meten en wordt uitgedrukt in megapascal (MPa) oftewel Newton per vierkante millimeter (N/mm²). De kubusdruksterkte wordt vastgesteld in een drukbank, waarbij de bovenste plaat naar de onderste bewogen wordt. Op het moment van splijten van de kubus wordt de druksterkte afgelezen. De kwaliteit van betonmengsels wordt regelmatig getoetst door telkens een monster te nemen en daarvan een kubus te maken. Op die manier kan de betonlaborant bepalen of het mengsel de contante kwaliteit behoudt. Wanneer er ander toeslagmateriaal wordt toegepast, dienen er eerst testen gedaan te worden om te bepalen welk effect de aangepaste grondstoffen in het betonmengsel voor effect hebben op het verharde beton. De tabel waarin de minimale druksterktevereisten voor beton worden gespecificeerd, kan worden gevonden in de Europese norm voor beton EN 206.

Betonkubus testen

Een standaard kubus voor het testen van de druksterkte heeft een riblengte van 150 mm. Een standaard cilinder heeft een doorsnede van 150 mm en een hoogte van 300 mm, dus in een verhouding 1:2. In aanvulling op EN 206 werken we in Nederland met de norm NEN 8005. Deze norm geeft aanvullende eisen daar waar EN 206 verwijst naar nationale regelgeving. In NEN 8005 worden onder andere eisen gesteld aan de water-cementfactor (verhouding tussen cement en water) op basis van de beoogde toepassing en blootstelling aan omgevingsfactoren. Normaal beton heeft een gemiddelde druksterkte van ongeveer 20 tot 130 N/mm² (MPa). Ultra-hogesterktebeton heeft een druksterkte van 150 tot 200 N/mm². De sterkteklassen C60/75 en hoger worden gebruikelijk hogesterktebeton genoemd. Ultra-hogesterktebeton valt buiten de classificatie in de norm, waardoor er voor toepassing van ultrahogesterktebeton aanvullende bewijslast voor constructieve veiligheid gevraagd wordt.

Rekenwaarde druksterkte 

In Nederland wordt er gewerkt met de kubusdruksterkte van beton. Met een druksterkte beton C20/25 wordt bedoeld beton met een karakteristieke kubusdruksterkte van 25 N/mm² (ook wel MPa). Nog een voorbeeld die uit de tabel is af te lezen: met een druksterkte beton C35/45 wordt een beton met karakteristieke kubusdruksterkte van 45 N/mm² aangeduid. Het eerste getal achter de C staat voor de minimale karakteristieke cilinderdruksterkte, het tweede getal staat voor de minimale karakteristieke kubusdruksterkte. De rekenwaarde van de betondruksterkte ƒcd wordt door NEN-EN 1992-1-1 gedefinieerd als: 

fcd = αcc · fck / γc waarin: fck is de karakteristieke cilinderdruksterkte van beton op 28 dagen; γc is de partiële veiligheidsfactor voor beton (= 1,5 volgens de Nederlandse Nationale Bijlage); αcc is een coëfficiënt die rekening houdt met langeduureffecten op de druksterkte en met ongunstige effecten als gevolg van de manier waarop de belasting aangrijpt:* (αcc = 1 volgens de Nederlandse Nationale Bijlage). 

Betonpocket 

In de Betonpocket wordt druksterkte en treksterkte ook behandeld. Zie hoofstuk 2.2, pagina 14: Met ‘de druksterkte van beton’ wordt in Nederland meestal de kubusdruksterkte bedoeld. Dat wil zeggen de druksterkte zoals die in NEN-EN 206 artikel 4.3.1 is omschreven. Dit is in feite een kwaliteitsparameter. Op grond van de sterkteklasse van de verwerkte betonspecie is weliswaar de potentiële druksterkte van het beton bekend, maar de werkelijk gerealiseerde druksterkte van het beton is mede afhankelijk van de uitvoeringstechniek, de verhardingsomstandigheden en de mate van nabehandeling van het beton. Er bestaan diverse betrouwbare methoden om de werkelijk gerealiseerde druksterkte van het beton in het werk te bepalen. Meer informatie over de Betonpocket. Lees ook het artikel over de mechanische eigenschappen van beton.