Afstudeeronderzoek Opleiding Bouwkunde Linda Braakman COMPOSIET ALS CONSTRUCTIEMATERIAAL

Afstudeeronderzoek

Opleiding Bouwkunde Saxion – University of Applied Science versie 1 – 22-01-2016

Linda Braakman

COMPOSIET ALS CONSTRUCTIEMATERIAAL Een duurzaam constructieontwerp dat niet te vergelijken valt met traditionele constructievormen

Studentnummer: 325919 Cohort 2012 – studiejaar 4

Coach: dhr. Hilberink Onderzoeksbegeleider: dhr. Beune

ONDERZOEKSRAPPORTAGE [Datum]

Pagina.....

Composiet als constructiemateriaal Een duurzaam constructieontwerp dat niet te vergelijken valt met traditionele constructievormen

Onderzoeksrapport van

Linda Braakman 325919 Cohort: 2012 – leerjaar 4

Inlever informatie

22 januari 2016 Enschede

Organisatie

Saxion University of Applied Science

.

School of Business Building & Technology

Coach

Dhr. H.J.H. (Henri) Hilberink

.

Onderzoeksbegeleider

Dhr. S.H.M. (Steven) Beune


I Pagina.....

Voorwoord Voor u ligt het onderzoeksrapport ‘Composiet als constructiemateriaal’. Het onderzoek is uitgevoerd ten behoeve van mijn afstudeeronderzoek. Momenteel beoefen ik het vierde jaar van de opleiding Bouwkunde aan het Saxion te Enschede. Als afstudeerrichting heb ik voor leerlijn Toegepaste Mechanica gekozen. Tijdens mijn onderzoek heb ik gezocht naar de uitdaging voor het construeren van een duurzame constructie in combinatie met een geheel nieuw soort constructiemateriaal. Hiervoor heb ik de balans gezocht tussen het aan de ene kant construeren in nieuwe constructie vormen. Met aan de andere kant het zeer kritisch benaderen van het nieuwe constructiemateriaal. Voor beide componenten is gebruik gemaakt van de bouwkundige en constructieve kennis die in de voorgaande jaren van de studie is opgedaan. Door de grote vrijheid die coach en onderzoeksbegeleider tijdens het onderzoek hebben geboden, heb ik een geheel nieuw soort constructie kunnen ontwerpen. Deze constructie is niet te vergelijken met de bekende constructievormen, zoals de bouw die tegenwoordig kent. Graag wil ik hen bedanken voor hun kritische mening en ‘open mindset’ om de uitdaging voor het ontwerpen van een nieuwe constructie met een nieuw materiaal aan te pakken. Daarnaast wil ik alle specialisten met wie ik uitgebreid heb mogen spreken bedanken voor hun expertise en uitleg. Met in het bijzonder mijn grote dank voor CTC-group. Door hun aandacht voor het ontwerp en kennis die ik van hen heb mogen ontvangen, heb ik met veel enthousiasme mijn onderzoek kunnen afronden.

Hellendoorn, 16 januari 2016 Linda Braakman


II Pagina.....

Samenvatting Composieten zijn samengesteld uit twee materialen die elkaar versterken. De basismaterialen zullen hierbij niet volledig met elkaar vermengen en de afzonderlijke eigenschappen zullen behouden blijven. In dit onderzoek wordt verder ingegaan op het materiaal vezel versterkte kunststoffen. De toevoeging van vezels aan kunststof maakt dat de composiet sterker is dan de kunststof alleen. De vezels verzorgen in de composiet de sterkte en de kunststof verbindt de vezels onderling en verzorgt de chemische resistentie. Doordat composiet bestaat uit twee soorten materialen en vervaardigd kan worden met verschillende productiemethoden, kan de specialist hiermee zelf het constructiemateriaal samenstellen. Bij de vervaardiging worden het materiaal en de constructie tegelijkertijd ontwikkeld. Uit de materialendriehoek in figuur 1 is daarom ook af te leiden dat als de constructievorm wijzigt, de driehoek uit balans raakt en de productiemethode en de soorten materialen hierop afgestemd dienen te worden. De soorten materialen waarvan in de bouw het meest gebruik wordt gemaakt zijn: Figuur 1: Materialendriehoek. De vezels: De kunststoffen: Aangepast overgenomen uit: - Glasvezel - Polyester (Nijssen, 2015) - Koolstofvezel - Epoxy - Aramidevezel - Vinylester De productiemethoden bestaan uit open- en gesloten maltechnieken, waarbij voornamelijk onderscheid is tussen mate waarin de productie gereguleerd kan worden en de uitstoot van vluchtige stoffen. Toepassingen waarvoor composiet momenteel in de bouw worden gebruikt zijn met de name in de civiele sector. Door de corrosie bestendigheid en het lage onderhoud wat voor composiet benodigd is, worden vele brugconstructies en sluisdeuren in composiet uitgevoerd. In het onderzoek wordt ook verwezen naar de eerste woning die in composiet is uitgevoerd. Om een bewijs te kunnen leveren of composiet ook daadwerkelijk geschikt is al constructiemateriaal is gebruik gemaakt van deze bekende toepassingen. Daarnaast wijzen de eigenschappen van composiet erop dat de sterkte van composiet vele malen hoger is dan dat van beton of staal. De stijfheid van het materiaal is echter wel lager, waarmee rekening moet worden gehouden tijdens de dimensionering van de constructie. De vermoeiings- en kruipeigenschappen van composiet komen enigszins overeen met dat van beton en staal. Composiet lijkt echter wel brosse breuk te vertonen, waarvoor veiligheidsfactoren zijn meegenomen in de CUR96 richtlijn. Uit de voorgaande punten tezamen met de visie van de specialisten blijkt dat composiet geschikt is als constructiemateriaal in de bouwsector. Opvallend in de reeds bekende toepassingen van composiet in de bouw is dat voornamelijk gebruik wordt gemaakt van gepultrudeerde composieten profielen of sandwichconstructies. Alle specialisten geven echter unaniem aan dat composiet kosten technisch pas interessant wordt, als hiervoor een nieuwe constructievorm wordt gevonden. De constructie dient dan zo vormgegeven te worden, dat alleen composiet de vorm en productie ervan kan dragen om de hogere investeringskosten te kunnen vereffenen. ‘Composiet is kostentechnisch interessant om toe te passen, wanneer het een ander materiaal duur maakt’, aldus de specialisten.

III Pagina.....


Met deze kennis van het materiaal composiet en de visie van specialisten is aan de slag gegaan met een nieuw soort constructie ontwerp. Dit ontwerp diende binnen de kaders voor de richtlijnen van duurzaam construeren te vallen, gebruik te maken van de goede eigenschappen van composiet en aan de eisen voor het constructie ontwerp te voldoen. Deze punten zijn hieronder in de kaders weergegeven. Goede eigenschappen composiet  Licht gewicht  Hoge sterkte  Vormvrijheid  Weinig onderhoud  Lange levensduur  Integratie van meerdere functies

Richtlijnen duurzaam construeren  Beperken materiaalgebruik  Rekening houden met transport afmetingen  Toekomstbestendig ontwerpen (flexibel)  Duurzaam materiaal

Eisen ontwerp Techniekhuis  Verdiepingshoogte  8 meter  Flexibele indeling zonder kern/wanden  Beperken aantal kolommen  Duurzaam gebouw  Constructie in het zicht

Middels de punten uit de bovenstaande kaders is tot het ontwerp uit figuur 2 gekomen. Het ontwerp bestaat uit een constructie waarbij de krachten vanuit een groot vloerveld gecentreerd worden in een kolom. Hiervoor is als inspiratiebron de reikwijdte van een boomstructuur gekozen. Daarnaast is tijdens het ontwerpen op zoek gegaan naar boogvormen, waarmee momentvaste verbindingen gecreëerd worden. Met de vormvrijheid van composiet kan een kruin gecreëerd worden die bestaat uit één constructie. De kruin wordt hiervoor in één keer van composiet geproduceerd. Knelpunt in dit ontwerp was het grote vloerveld dat door de reikwijdte van de bomen een probleem met het transport van het materiaal vormde. Composiet heeft de eigenschap dat het een licht gewicht heeft met een hoge trekkracht en dat meerdere functies of elementen tijdens de productie kunnen worden meegenomen. Hiervan wordt gebruik gemaakt door lange smalle vloerelementen te produceren waardoor hulzen lopen. De elementen worden aan elkaar gekoppeld middels kabels. Door de kabels op spanning te brengen zal de doorbuiging van de vloeren nihil worden en zullen de vloerelementen samen een stijf vloerveld vormen. Voor een verdere ontwikkeling van het constructie ontwerp dient eerst een marktonderzoek te worden gedaan naar de vraag van dit product. Hierna kunnen knelpunten in bijvoorbeeld trilling en geluidsisolatie die niet in dit onderzoek zijn meegenomen verder worden onderzocht. Met dit onderzoek is volledig het doel behaald om een nieuwe duurzame constructievorm te ontwikkelen met een nieuw constructiemateriaal.

Figuur 2: Volledig composieten constructie ontwerp met boomstructuur vloerelementen


IV Pagina.....

Inhoudsopgave Voorwoord ..................................................................................................................................................................... II Samenvatting ................................................................................................................................................................ III Inhoudsopgave .............................................................................................................................................................. V Inleiding .......................................................................................................................................................................... 1 Huidige situatie ............................................................................................................................................................. 2 Onderzoeksopzet en verantwoording ....................................................................................................................... 3 Hoofdstuk 1

Composiet ................................................................................................................................5

1.1

Definitie composiet ............................................................................................................................................. 5

1.2

Opbouw composiet ............................................................................................................................................ 6

1.3

Soorten composiet.............................................................................................................................................. 9

1.4

Visie specialisten ............................................................................................................................................... 13

Conclusie hoofdstuk 1 .................................................................................................................................................... 15

Hoofdstuk 2

Eigenschappen composiet .......................................................................................................... 16


Hoofdstuk 3

Toepassingen composiet ............................................................................................................. 25


Hoofdstuk 4

Composiet in een duurzame constructie ...................................................................................... 31

4.1

Duurzame constructie ...................................................................................................................................... 31

4.2

Composiet en duurzaam construeren .............................................................................................................. 34

4.3

Composiet als constructiemateriaal ................................................................................................................. 36


Hoofdstuk 5

Composieten constructie ontwerp ................................................................................................ 40

Conclusie ...................................................................................................................................................................... 42 Aanbevelingen ............................................................................................................................................................. 43 Reflectie........................................................................................................................................................................ 44 Bibliografie ................................................................................................................................................................... 45

INLEIDING [Datum]

1 Pagina.....

Inleiding De afstudeerperiode voor de opleiding Bouwkunde bestaat uit een onderzoeksperiode en een periode waarbij een project met medestudenten wordt uitgevoerd. Het onderzoek wordt uitgevoerd in relatie met het project, waarbij de onderzoeksresultaten uiteindelijk worden verwerkt in het project. Het project wordt in dit onderzoek de ‘casus’ genoemd, waarbij de duurzaamheid van het gebouw centraal staat. Aanleiding voor het onderzoek is een artikel van ir. Remko Wiltjer en ir. Pim Peters dat in het vakblad Cement is gepubliceerd. In dit artikel worden richtlijnen gegeven voor het duurzaam opzetten van een constructie. De ingenieurs geven aan dat architecten, opdrachtgevers en constructeurs zich niet bewust zijn van het feit dat een duurzame constructie als startpunt van een duurzaam gebouw dient. Met hun richtlijnen voor duurzaam construeren trachten zij constructeurs op een fundamenteel andere denkwijze te zetten. Een opvallende uitspraak in het artikel is: ‘Composiet en staal zijn even duurzaam, maar van dat eerste is nu wel minder nodig’. (ir. Wiltjer, Remko en ir. Peters, Pim, 2009) Vraag die hieruit voortkomt, is hoe met composiet een duurzame constructie voor de casus is te genereren. Deze vraagt wordt in het onderzoek beantwoord middels de volgende stappen.

Leeswijzer Doordat de bouwsector grotendeels nog onbekend is met het materiaal composiet wordt in hoofdstuk 1 een volledige uitleg over het materiaal gegeven. Voornamelijk de opbouw van het materiaal en de soorten grondstoffen en vervaardigingsmethoden komen hierbij aan bod. Ook wordt door specialisten toegelicht waarom composiet niet in de bouw wordt toegepast en welke kansen hier mogelijk voor zijn. In hoofdstukken 2 en 3 worden de eigenschappen van composiet besproken en wordt aangegeven van welk van deze eigenschappen gebruik wordt gemaakt in de toepassingen waarvoor composiet momenteel wordt gebruikt. De eigenschappen van het materiaal worden in de conclusie van hoofdstuk 2 vergeleken met de eigenschappen van traditionele bouwmaterialen. Met de kennis uit de eerdere deelvragen wordt in hoofdstuk 4 aandacht besteedt aan de duurzaamheid van constructies en of composiet ook aan deze duurzaamheidsrichtlijnen kan voldoen. Verder wordt aangetoond of composiet geschikt is als constructie materiaal in de bouw. Tot slot wordt in hoofdstuk 5 een nieuw soort constructie geïntroduceerd die voldoet aan de richtlijnen voor het duurzaam construeren en waarbij de goede eigenschappen van composiet tot hun recht komen. Doel hierbij was om een constructie te ontwerpen die niet te vergelijken valt met constructies die met traditionele bouwmaterialen zijn vervaardigd.

HUIDIGE [Datum]SITUATIE

Pagina..... 2

Huidige situatie Enkele jaren geleden is in een corporate blog van Heijmans al bekend gemaakt dat composiet het bouwmateriaal van de toekomst is (Wegman, 2012). Echter zijn er in alle vakgebieden toepassingen met composiet bekend, maar blijft het constructieve vak hierin achter. Nu vier jaar later kent composiet zijn eerste toepassing als commercieel product binnen de civiele sector als voetgangersbrug. Ook worden de eerste zwaar verkeersklasse bruggen en sluisdeuren in composiet ontwikkeld en op kleine schaal uitgevoerd. Verder zijn de eerste bouwkundige toepassingen met composiet bekend, waarbij composiet een rol vervuld als materiaal binnen gevelpanelen en balkonconstructies. In de inleiding is al aangegeven dat composiet een uitstekende rol zou kunnen vervullen als duurzaam constructiemateriaal. Tijdens het vooronderzoek werd duidelijk dat momenteel nog weinig bekend is over het onderwerp duurzaam construeren. De heren Wiltjer en Peters vormen tot dusver de grootste rol in het duurzaam construeren door het geven van lezingen en publiceren van artikelen. Over composiet is daarentegen veel meer informatie te vinden door andere vakgebieden die al veel gebruik maken van het materiaal. Echter ontbreekt de koppeling tussen de informatie van de eigenschappen van composiet met dat van de bouwkundige eigenschappen. Deze koppeling zal tijdens het onderzoek worden gelegd.

Begrippenlijst In de onderzoeksrapportage wordt middels de aanduiding [.] weergegeven welk woord in de begripsbepaling nader wordt toegelicht. De aanduiding wordt eens per hoofdstuk aangegeven. [1] Bi-axial [2] Grondstoffen [3] Hoge viscositeit

[4] Laag moleculair harssysteem [5] Laminaat [6] Quasi-isotroop [7] Toevoegingsmiddelen [8] Tri-axial [9] Uni-directioneel [10] Vervaardigingsmethode [11] Vezelversterking(svorm)

Een uni-directioneel[9] veld is in twee richtingen op elkaar gelegd In dit onderzoek wordt hiermee de materialen bedoeld die samen de composiet vormen. In dit geval dus de vezels en de kunststoffen. Dit geeft de traag vloeibaarheid of ook wel de stroperigheid van de vloeistof aan. In het geval van een hoge viscositeit is er een hogere stroperigheid en kan de kunststof moeilijk tussen de vezels dringen In de hars bevinden zich weinig moleculen, waardoor de hars zich makkelijker tussen de vezels kan dringen Gestapelde lamellen (lagen vezels geïmpregneerd met kunststof) Er zijn vier uni- directionele[9] velden op elkaar gelegd, waardoor de eigenschappen in vier richtingen gelijk zijn Stoffen die toegevoegd worden met als bedoeling om een positieve eigenschap te leveren aan het product waaraan het wordt toegevoegd Een uni-directioneel[6] veld is in drie richtingen op elkaar gelegd De vezels liggen als bundels parellel aan elkaar in één richting De manier waarop de vezels en kunststoffen worden geproduceerd en het eindproductvormen. Hiervoor kan gebruik worden gemaakt van een mal. Vezels kunnen op verschillende manieren met kunststof vermengd worden om een composiet te vormen. Elk soort vezelversterkingsvorm brengt een andere vezeloriëntatie in de composiet met zich mee, wat de mechanische eigenschappen beïnvloed. Zie hiervoor ook hoofdstuk 1.2

ONDERZOEKSOPZET [Datum]

3 Pagina.....

Onderzoeksopzet en verantwoording In de voorgaande hoofdstukken is al aangegeven dat naar aanleiding van een uitspraak in het artikel ‘Duurzaam Construeren’ het interessant is om te bekijken welke mogelijkheden er zijn om met composiet een duurzaam constructie op te zetten. Met name de uitspraak van de heer Wegman die in 2012 aangeeft dat composiet het bouwmateriaal van de toekomst is, levert de doorslag voor dit onderzoek. Om de mogelijkheden hiertoe te bekijken is de volgende doelstelling opgesteld: ‘Het ontwikkelen van een nieuwe soort constructie ontwerp, waarbij de goede eigenschappen van composiet en de duurzaamheid van de constructie materiaal de uitgangspunten zijn. Hierbij wordt niet gestreefd naar het bieden van een bestaande product, maar dient een nieuwe constructievorm te worden ontwikkeld.’ Hiertoe is een aansluitende probleemstelling geformuleerd: “Hoe kunnen de goede eigenschappen van composiet toegepast worden in een nieuwe duurzame constructievorm?” Voor de beantwoording van deze probleemstelling is het onderzoek in verschillende onderdelen opgebouwd:  Om inzicht te krijgen in de eigenschappen van composiet is eerst bekeken hoe het materiaal is opgebouwd. Hiervoor werd gebruik gemaakt van literatuuronderzoek en zijn verschillende leveranciers en specialisten geïnterviewd over de constructieve eigenschappen van composiet.  De visie van 10 verschillende specialisten, leveranciers en constructeurs zijn vastgelegd middels enquêtes en interviews. Dit had als doel om de vragen beantwoord te krijgen waarom composiet nog niet in de bouw wordt toegepast en welke kansen hiervoor zijn.  Voor het onderdeel duurzaam construeren is van het model van ir. Wiltjer en ir. Peters gebruik gemaakt. Dit model geeft richtlijnen waar een duurzame constructie aan moet voldoen. Dit tezamen heeft tot conclusies geleidt die mee zijn genomen in het ontwerpend gedeelte van het onderzoek. De conclusies hebben geleidt tot verschillende afwegingen die in het ontwerp zijn gemaakt. De bovenstaande stappen zijn verwoord in de volgende deelvragen: 1. Wat is composiet? 1. 1 Wat is een geschikte definitie van composiet binnen dit onderzoek? 1.2 Hoe is composiet opgebouwd? 1.3 Welke soorten composieten bestaan er? 1.4 Wat is de visie van specialisten om composiet wel of niet in de bouwsector toe te passen? 2. Wat zijn de eigenschappen van composiet? 3. Wat zijn de huidige toepassingen in de bouw met composiet en van welke goede eigenschappen . . . worden hierbij gebruik gemaakt? 4. In hoeverre kan met composiet een duurzame constructie worden opgezet? 4.1 Wat is een duurzame constructie? 4.2 Hoe scoort composiet op de richtlijnen van ir. Remko Wiltjer en ir. Pim Peters om een . . duurzame constructie te creëren? 4.3 In hoeverre is composiet geschikt als constructiemateriaal in de bouw? 5. Hoe uiten de goede eigenschappen van composiet zich in een duurzaam constructie ontwerp van het . Techniekhuis?

ONDERZOEKSOPZET [Datum]

4 Pagina.....

Afbakening Tijdens het onderzoek wordt in hoofdstuk 1.1 de term composiet afgebakend tot het materiaal vezel versterkte kunststof. Vanuit het uitgangspunt van dit materiaal wordt in het gehele onderzoek aandacht besteedt aan de eigenschappen en toepassing hiervan. In het Plan van Aanpak is vanuit een andere doelstelling een afbakening gegeven aan het onderzoek. Hierin werd er van uit gegaan dat composiet een constructieve toepassing zou invullen. Door de wijziging van de doelstelling naar een nieuwe constructie vorm is het onderzoek in omvang groter en breder geworden. Om deze reden geldt niet meer dat het composieten element constructief getoetst wordt en rekening is gehouden met de detaillering van de overige constructie elementen op het composieten element. Voor de afbakening van het nieuwe composieten constructie ontwerp geldt dat de composieten constructie geheel wordt gedimensioneerd en rekening wordt gehouden met de onderlinge verbindingen van de composieten elementen. De composieten constructie zal voor de dimensionering, vormgeving en productie techniek gecontroleerd worden door een composiet leverancier of specialist, maar zal niet volledig getoetst worden. Deze toetsing zal de tweede afstudeerperiode plaatsvinden tijdens de uitwerking van het project. Verder zullen er tijdens het onderzoek geen testen plaatsvinden ten behoeve van de bouwkundige eigenschappen van de composiet. Wel zullen maatregelen worden genoemd om knelpunten in bouwkundige eigenschappen, zoals geluid, trilling en brand tegen te gaan.

5 Pagina.....

1 1 COMPOSIET [Datum]

Hoofdstuk 1

Composiet

‘Wat is composiet?’

In de aanleiding van het onderzoek is de vraag gesteld waarom composiet niet als constructiemateriaal in de bouw wordt gebruikt. Om een antwoord op deze vraag te kunnen geven wordt eerst bekeken wat het materiaal composiet is. Dit wordt gedaan door te bekijken wat de precieze definitie van composiet is, door naar de opbouw en eigenschappen van het materiaal te kijken en de mening van verschillende specialisten te horen.

1.1

Definitie composiet

‘Wat is een geschikte definitie van composiet binnen dit onderzoek?’

In het onderzoek wordt gesproken over composiet, een materiaal waar een zeer ruime definitie aan toegekend kan worden. Om deze definitie vooraf af te bakenen wordt in dit hoofdstuk omschreven binnen welke kaders het materiaal composiet onderzocht wordt. In het Plan van Aanpak is de volgende definitie aan composiet toegekend: “Materiaal wat is opgebouwd uit verschillende soorten componenten. Voor de constructietechniek geldt dat het materiaal trekkrachten, schuifspanning en drukkrachten moet kunnen overbrengen.” Vanuit dit uitgangspunten wordt in het onderstaande hoofdstuk een specifiekere definitie aan composiet toegekend. Composieten zijn samengesteld uit twee of meer verschillende materialen. Deze materialen worden aan elkaar toegevoegd om een beter resultaat te verkrijgen, doordat de basismaterialen elkaar versterken. Echter dienen de samengestelde materialen wel hun eigen identiteit te behouden, door macroscopisch onderscheiden te blijven. De basismaterialen zullen dus niet volledig met elkaar vermengen en de eigenschappen van de basismaterialen zullen behouden blijven. Een voorbeeld van een composiet dat zeer bekend is in de constructieve wereld, is gewapend beton. Hierbij bestaat de composiet uit beton dat de drukkrachten opvangt en stalen wapeningsstaven die de trekkrachten opvangen. Dit soort composieten wordt echter in het onderzoek uitgesloten, doordat in de hoofdvraag expliciet wordt gevraagd om een materiaal dat beton en staal vervangt. Andere materialen die ook draagkrachtig zijn, zijn vezels. Vezel versterkte kunststoffen bestaan uit een composiet van vezels in combinatie met kunstharsen. De toevoeging van vezels aan kunststof maakt dat de composiet sterker is dan kunststof alleen. Daarnaast blijven de eigenschappen van beide materialen afzonderlijk behouden. De vezels zorgen voor de hoge sterkte en de hars voor de verbinding van de vezels onderling en voor de chemische bestendigheid. In de hoofdstukken 1.3 en 2 wordt verder ingegaan op de eigenschappen van vezels en kunststoffen in composiet.

12 COMPOSIET [Datum]

1.2

Pagina..... 6

Opbouw composiet

‘Hoe is composiet opgebouwd?’

Composieten bestaan niet uit één soort materiaal. Net zoals beton en staal uit meerdere grondstoffen[2] bestaan, doet composiet dit ook. Composieten bestaan uit vezels en harsen. De vezels vangen hierbij de belasting op en de hars werkt als matrix, die de vezels op hun plek houdt en de belastingen tussen de vezels onderling overdraagt. De hars wordt in dit onderzoek ingevuld als een kunststof. In dit hoofdstuk wordt verder ingegaan op de functie van de vezels en welke vezelversterkingsvormen[11] voor de productie van composiet gebruikt kunnen worden. Er wordt niet verder ingegaan op de vervaardiging van de grondstoffen en de binding van de harsen aan de vezels, omdat dit geen directe relevantie heeft met een constructief onderzoek. Wel wordt kort ingegaan op de vezelversterking en oriëntatie, omdat deze grote invloed hebben op de mechanische eigenschappen van het product.

Vezels De vezels die voor de composiet worden gebruikt, zijn bepalend voor de sterkte en stijfheid van het product. De vezels vormen met de kunststof niet zomaar een composiet, maar het materiaal wordt in verschillende lagen opgebouwd. Deze lagen bestaan uit laagjes vezels geïmpregneerd met kunststof, ook wel lamellen genoemd. Verschillende lamellen op elkaar gestapeld vormen, zoals in figuur 1 is weergegeven, een laminaat.

Figuur 1: Opbouw composiet schematisch weergegeven. Opgenomen uit: (Nijssen, 2015)

De vezels worden niet gewoonweg als lamellen gebruikt, maar eerst verwerkt tot textiel. Hiermee kan beter worden gereguleerd waar de vezels zich in de composiet bevinden en hoe zij georiënteerd zijn. Dit maakt het product betrouwbaarder om mee te werken. Er zijn verschillende soorten mogelijkheden om vezelversterking toe te passen. In figuur 2 zijn de volgende versterkingsvormen weergegeven:  Vezelbundel; meerdere vezelstrengen vormen samen een bundel.  Weefsels; vezelgaren worden gewoven tot weefsels. De krimp, oppervlaktestructuur en drapeerbaarheid zijn afhankelijk van het weefpatroon.  Legsels; de vezelbundels liggen recht naast elkaar en zijn verbonden door een stiksel. Voordeel is dat de vezels beter georiënteerd kunnen worden en daarmee een hogere stijfheid in een richting kan Figuur 2: vezelversterkingsvormen worden gerealiseerd. Daarnaast ontstaat er geen schematisch weergegeven. Overgenomen verzwakking door kruising van vezelgaren in het uit: (Nijssen, 2015) weefsel.  Vezelmat; hierin liggen de losse vezels in een willekeurig patroon in de mat. Het voordeel hiervan is dat de mat in zijn geheel stijf is en de harsen hier makkelijk door heen kunnen dringen.


7 Pagina.....

Aan de hand van twee eisen wordt bepaald van welk soort vezelversterking in de composiet gebruik gemaakt wordt. De eerste eis is de verwerkingsmethode die wordt toegepast. Zo zal bij het persen van een profiel eerder vezelstrengen worden gebruikt dan bij het handlamineren in een mal. In hoofdstuk 1.3 wordt verder ingegaan op de verschillende vervaardigingsmethoden[10] en vezelversterkingen. Daarnaast is het afhankelijk van de eisen aan de stijfheid van het materiaal welke verzelversterking wordt gebruikt. Een legsel bevat in één richting zijn volledige stijfheid. Wanneer voor een weefsel wordt gekozen, kan er in twee richtingen stijfheid worden verkregen. Een vezelmat biedt daarbij in alle richtingen stijfheid. In afbeelding 3 wordt in een grafiek de treksterkte tegen de E-modulus uitgezet van een polyesterhars versterkt met glasvezel. Hierin is te zien dat vezels die parallel aan elkaar zijn gelegd, in de Figuur 3: Onderscheid verschillende vorm van een legsel, zowel in sterkte als in stijfheid zich beter vezelversterkingen. Overgenomen uit: (Govaert, gedraagt dan in weefsel- en matvarianten. A.K. en Van der Vegt, L.E., 2013 vijfde druk) Het is echter wel wenselijk om een laminaat te creëren dat in alle richtingen stijf en sterk is. Voor andere eigenschappen kan het ook wenselijk zijn dat de eigenschappen in verschillende richtingen gelijk zijn, zoals bij het thermisch uitzetten en krimpen van het materiaal. Dit wordt mogelijk gemaakt door binnen het laminaat de vezeloriëntatie te laten verschillen door de lamellen in verschillende hoeken te leggen. In figuur 4 is te zien dat de vezeloriëntatie van een legsel in de lengte richting of in een hoek worden gestapeld. De lamellen worden verbonden middels een stikdraad. De heer Ter Laak van CTC-group geeft in het interview van 05-11-2015 (bijlage 2 interview 8) al aan dat voornamelijk legsels worden toegepast, omdat hiermee beter de stijfheid beter kan worden gereguleerd en weefsels een verzwakking geven in de knikjes op de plekken daar waar Figuur 4: Lamelrichtingen. Overgenomen uit: (Nijssen, 2015) de vezels elkaar kruisen. In figuur 4 zijn de vier mogelijke lamelrichtingen weergegeven. Afhankelijk van de toepassing waarvoor het composieten materiaal wordt ingezet en de eisen die hieraan worden gesteld, kan gebruik worden gemaakt van een uni-directioneel (UD-)[9] of tri-axiaal[8] veld. Hierbij liggen de legsels in één of drie richtingen, afhankelijk van welke eisen voor de stijfheid van de constructie benodigd zijn en van welke vervaardigingsmethode gebruik wordt gemaakt. Hierbij geldt wel dat de eigenschappen niet in elke richting gelijk zijn. Figuur 5 geeft aan hoe een UD-veld gestapeld een tri-axiaal veld kan vormen. Figuur 5: uni-directioneel veld (links) en In figuur 6 van hoofdstuk 1.3 wordt nog duidelijker weergegeven hoe tri-axial veld (rechts) Overgenomen uit: (Nijssen, 2015) de uni-directionele lagen in een laminaat worden gestapeld. In de vorige alinea werd al aangegeven dat de eigenschappen van een laminaat dat uni-directioneel of triaxiaal is opgebouwd niet in elke richting gelijk zijn. Reden hiervoor is dat het materiaal niet symmetrisch is opgebouwd. Dit heeft als consequentie dat een laminaat kan kromtrekken onder een belasting. In de bouwsector zal men hiervoor waken en daarom vaak gebruik maken van een symmetrisch opgebouwd


8 Pagina.....

laminaat dat in vier richtingen dezelfde eigenschappen vertoont en daarmee niet kromtrekt. Dit soort laminaat wordt in het vervolg een quasi-isotroop[6] laminaat genoemd. In de sector waar windmolenwieken of vleugels worden gebouwd, zal men juist gebruik maken van deze eigenschap om bij kritisch hoge belastingen de wieken te laten draaien en het twisten afneemt. Hieronder worden nog een aantal richtlijnen genoemd om een sterk laminaat op te bouwen zonder dat deze kromtrekt:  Probeer het groeperen van 90˚ lamellen te voorkomen, door deze te scheiden met het toevoegen van 45˚ of 0˚ lamellen  De buitenste lagen kunnen het beste continue +/- 45˚ zijn  De eerste laag die grenst aan een lijmverbinding dient een vezeloriëntatie van 0˚ of +/- 45˚ te zijn, doordat vezels in de richting 90˚ ten opzichte van de belasting geen toevoeging op de sterkte hebben

Kunststoffen De vezels worden in de composiet bij elkaar gehouden middels kunststoffen. De kunststof fungeert als een matrix. Dit materiaal werkt als een raamwerk en zorgt ervoor dat de vezels op hun plek worden gehouden. Doordat de vezels worden omhult met de kunststof kan de vezel in een hogere mate drukbelasting opnemen. Daarnaast zorgt de kunststof ervoor dat de vezels beter met elkaar kunnen samenwerken. De kunststof verzorgt de overdracht van de belastingen van de ene vezel op de andere vezel middels schuifspanningen. Breekt een vezelbundel dan kan de belasting ook verdeeld worden over de andere vezelbundels. In hoofdstuk 2 wordt verder ingegaan op het breken van de vezels. Naast een constructieve functie kan kunststof ook in hoge mate de gevoeligheid voor externe invloeden, zoals voor vocht, chemicaliën en ultraviolet licht bepalen. Tot slot is het materiaal ook bepalend voor de kleur, oppervlaktekwaliteit, lichtdoorlatendheid en brandveiligheid. In composiet worden voornamelijk thermo hardende kunststoffen toegepast. Reden hiervoor is dat thermo hardende kunststoffen beter geschikt zijn om vezelversterking te impregneren. ‘Het is immers gemakkelijker om vezelbundels, matten of weefsels te impregneren met een nog laag moleculair[4], dus betrekkelijk goed vloeiend harssysteem dan met hoog-viskeuze vloeibare thermo plastische polymeren.’ (Govaert, A.K. en Van der Vegt, L.E., 2013 vijfde druk) Dit betekend dat thermo plastische kunststoffen een te grote stroperigheid in vloeibare toestand hebben, waardoor zij de vezels niet voldoende kunnen impregneren. ‘Toch is er de laatste jaren een ontwikkeling op gang gekomen in de richting van thermoplasten, waar het impregneerproces met speciale perstechnieken wordt bewerkstelligd.’ (Govaert, A.K. en Van der Vegt, L.E., 2013 vijfde druk) Nadeel van thermo hardende kunststoffen is dat zij moeilijk te recyclen zijn, zoals de heer Ter Laak dat ook aangeeft in het interview van 05-11-2015 in interview 8. Momenteel zijn er wel verschillende toepassingen in ontwikkeling voor het duurzaam recyclen van thermo hardende composieten. Hier wordt in hoofdstuk 4.3 verder op in gegaan. In bijlage 1.1 wordt verder ingegaan op de verhouding tussen de vezels en kunststof in de mengselwet. Hierin wordt ook aangegeven waarvan de maximale hoeveelheid vezels in een composiet afhankelijk is.

Pagina..... 92

SITUATIE 1HUIDIGE 3 COMPOSIET [Datum]

1.3

Soorten composiet

‘Welke soorten composieten bestaan er?’

De meest bekende soorten composieten zijn de vezel versterkte kunststoffen en sandwichconstructies met vezel versterkte kunststofhuiden. Er bestaan echter ook sandwichconstructies met huiden van metaalvezellaminaten, metaal-matrix composieten en metaal-keramische composieten. In hoofdstuk 1.1 is middels een definitie al aangegeven dat alleen de vezel versterkte kunststoffen meegenomen worden in dit onderzoek. In het eerste gedeelte van dit hoofdstuk zullen de meest gebruikte grondstoffen[2] en vervaardigingsmethoden[10] aan bod komen. Hierbij worden ook kort de specifieke eigenschappen en toepassingen van de grondstoffen en vervaardigingsmethoden weergegeven. Dit met als doel inzicht te geven in de sectoren waarvoor de specifieke soort geschikt is. En middels welke vervaardigingsmethoden bepaalde vormen en volumes geproduceerd kunnen worden. In hoofdstuk 2 wordt verder ingegaan op de algemene bouwkundig relevante eigenschappen van composieten, zoals hoge sterkte van de vezels en de corrosie ongevoeligheid van de kunststoffen. In het tweede gedeelte zullen de sandwichpanelen met vezel versterkte kunststofhuiden aan bod komen.

Grondstoffen Doordat verschillende vezels, harsen en toevoegingsmiddelen[3] samen een composiet kunnen vormen ontstaan er verschillende soorten composieten. De eigenschappen van de composiet bestaan uit een combinatie van de eigenschappen van de grondstoffen. In afbeelding 6 worden de vezels afgebeeld als gele bundels die parallel aan elkaar lopen in een matstructuur. In hoofdstuk 1.2 is al aangegeven dat de parallel gevormde bundels samen een uni-directioneel[9] Figuur 6: Opbouw laminaat[5] met een biveld vormen. De vezels liggen ingebed in kunststof, die in deze axial[1] veld. Aangepast overgenomen afbeelding als grijze, blauwe en witte zijn afgebeeld. uit: (Graphene Info, 2016)

Vezels De meest gebruikte vezels zijn glas-, koolstof-, aramide- en natuurlijke vezels. Het hoofdbestanddeel van glas is Si-oxide, waarbij verschillende andere oxiden, zoals natrium, kalium en aluminium kunnen worden vermengd om de eigenschappen van het glas te beïnvloeden. Door deze vermenging van oxiden met Sioxide zijn verschillende glassoorten ontwikkeld, die ter onderscheiding een letteraanduiding hebben meegekregen. Het meest toegepaste soort glasvezels is E-glas. Een ander soort, veel stijvere vezel, bestaat uit koofstofvezels. Koolstofvezel begint bij het trekken van draden die gemaakt zijn van pitch of PAN. ‘Pitch-draden zijn gemaakt van hetgeen wat overblijft bij het verwerken van aardolie, oftewel teer. Via de PAN-methode worden de draden gemaakt van polyacrylonitride.’ (Technotheek UT , 2012) Ook bij koolstofvezels wordt onderscheid gemaakt tussen de vezels middels letteraanduidingen. Zo zijn er vezels ontwikkeld met een hogere E-modulus (HM), hogere treksterkte (HS) of hogere taaiheid (HT). Een ander soort vezel is aramide, ook wel met de bekendere namen als kevlar of twaron aangeduid. Dit zijn organische synthetische vezels, maar met een veel hogere sterkte en stijfheid dan bekende polyamiden, zoals nylon. De composieten met natuurlijke vezels, zoals vlas en hennep, worden ook wel biobased


10 Pagina.....

composieten genoemd. De eerste vormen natuurlijke composieten had als nadeel dat deze moeilijk te verwerken waren met hoge productiekosten. Maar door de toenemende beschikbaarheid van biobased vezels en harsen neemt de mogelijkheid tot het toepassen sterk toe. In tabel 2 uit bijlage 1.2 worden de specifieke eigenschappen voor de hierboven genoemde vezels weergegeven. Deze specifieke eigenschappen zorgen er daarmee ook voor dat de toepassingen van het product ook zeer specifiek zijn. Uit de tabel blijkt dat E-glasvezels voornamelijk worden toegepast voor bouwproducten en gevels om de relatief lage kosten en hoge sterkte. Andere vezels kunnen wel veel meer sterkte en stijfheid bieden, maar hier zal door de hoge kosten die hiertegenover staan geen vraag naar zijn voor toepassingen in de bouwsector. Kunststoffen In hoofdstuk 1.2 werd al aangegeven dat het voor de verwerkingsmethode van belang is om de vezels met een laag moleculair harssysteem[4] te impregneren. De thermo hardende kunststoffen zoals, polyester, vinylester, epoxy en fenolhars hebben zo’n laag moleculair systeem. Thermoplastische polymeren hebben vaak een te hoge viscositeit[3] om als hars te kunnen toepassen. De thermo plastische kunststof nylon is hier een uitzondering op en wordt daarom steeds vaker toegepast. Dit komt doordat de thermoplastische kunststoffen wel gerecycled kunnen worden. In tabel 3 uit bijlage 1.2 worden de eigenschappen en toepassingen van verschillende kunststoffen weergegeven. Doordat de kunststof polyester geschikt is voor massaproductie en een relatief goedkoop materiaal, waardoor het materiaal in veel sectoren wordt toegepast onder meer in de bouwsector.

Vervaardigingsmethoden Voor het produceren van composiet kan van verschillende vervaardigingsmethoden gebruik worden gemaakt. Bij elke methode wordt gebruik gemaakt van mallen, waarbij bij elke methode verschil is in de grootte van de mal en de mate van arbeidsintensiviteit. Elke methode kent zijn eigen eigenschappen door het soort vezelversterking[11], zoals weefsels, vezelgaren, vezelmatten of losse vezels, dat voor de methode wordt toegepast. Hierdoor is de productkwaliteit van het ene proces ook hoger dan dat van het andere proces. Daarnaast kan in de ene vervaardigingsmethode meer vezels worden verwerkt dan in de andere methode, zoals in hoofdstuk 1.2 al is aangegeven. Hierdoor verschilt de sterkte van het soort product wat wordt afgeleverd. Voor het produceren van composieten kan van verschillende methoden gebruik worden gemaakt. Elke vervaardigingstechniek kent dus zijn eigen eigenschappen die aansluiten bij de criteria die aan de composiet worden gesteld. En de vorm van de gehanteerde vezelversterking is dus ook afhankelijk van de toegepaste vervaardigingsmethode. De vervaardigingsmethoden zijn grofweg in twee maltechnieken te onderscheiden.  Open-mal techniek  Gesloten-mal techniek


Pagina..... 11

Open-mal technieken Bij deze techniek wordt gebruik gemaakt van een mal die tijdens de impregnatie met kunststof niet is afgedekt. Daarnaast wordt hierbij geen gebruik gemaakt van druk. Nadeel van deze techniek is dat de uitstoot van vluchtige stoffen groter is dan bij gesloten-mal technieken. De open-mal techniek kent de volgende vervaardigingsmethoden; vezelspuiten, handlamineren, wikkelen en pultrusie. De bijbehorende eigenschappen en toepassing van deze open-mal technieken worden in tabel 4 van bijlage 1.2 weergegeven. Voor bouwkundige voorwerpen wordt volgens tabel 3 vooral gebruik gemaakt van de methoden pultrusie, handlamineren en vezelspuiten. Bij pultrusie worden profielen ontwikkeld. Deze profielen kunnen in de bouwkundige en civiel technische branche als liggers en kolommen worden ingezet. Bij vezelspuiten worden voornamelijk grote objecten geproduceerd, zoals platen en bakken. Deze methode wordt echter niet heel veel toegepast doordat de vezels in willekeurige richting liggen, waardoor de thermische uitzetting en stijfheid moeilijk gemanipuleerd kan worden. Ook bij vacuüminjectie kunnen zeer grote elementen worden vervaardigd. Maar hierbij worden vezelmatten gebruikt, waarbij de eigenschappen van het element wel te manipuleren zijn. Echter is het voor andere constructievormen uiteraard ook mogelijk om bijvoorbeeld van de techniek, wikkelen gebruik te maken om grotere holten uit een stuk te creëren. In hoofdstuk 3 wordt verder ingegaan op de elementen die met composiet geproduceerd kunnen worden. Gesloten-mal technieken Bij een gesloten-mal techniek wordt vaak gebruik gemaakt van vacuümtechnieken. De lamellen worden op een mal gedrapeerd en hierna afgesloten door vacuümfolie of een bovenmal. De lamellen worden middels atmosferische druk geïmpregneerd met kunststof. De kunststof wordt door middel van de druk door de lamellen gezogen. Voordeel hiervan is dat de bewerking onder geconditioneerde omstandigheden kan plaatsvinden en daardoor het proces controleerbaarder is en de productkwaliteit goed is. In tabel 5 uit bijlage 1.2 worden de eigenschappen en toepassingen van gesloten-mal technieken weergegeven. Uit tabel 4 is af te leiden dat bij veel civiel- en bouwkundige werken gebruik wordt gemaakt van vacuümtechnieken. Dit heeft als reden dat bij deze techniek grote producten in serie kunnen worden geproduceerd. Het verschil tussen de vacuümtechnieken resin transfer holding en vacuüminjectie is dat bij de eerste techniek van een bovenmal gebruik wordt gemaakt en bij de tweede techniek de mal met een folie wordt afgedicht. Het voordeel ten opzichte van handlamineren is de korte cyclustijd van vacuümtechnieken.

Achtergrondinformatie materialendriehoek Tijdens het vervaardigen van de composiet wordt het constructiemateriaal en de constructievorm tegelijkertijd gemaakt. Bij composiet is er geen sprake van een ruw materiaal dat ‘gekneed’, gevormd en samengesteld wordt tot een constructie. Maar de constructie en het constructiemateriaal worden in één keer tegelijkertijd gevormd. Figuur 7: Materialendriehoek. Aangepast overgenomen uit: Het boek ‘Basiskennis – Composieten’ legt deze vorm van vervaardiging (Nijssen, 2015) uit middels de materialendriehoek, die is afgebeeld in figuur 8. Zij geven aan: ‘Hierin wordt verbeeld dat de mogelijkheden om tot een bepaalde constructie te komen sterk samenhangen met het materiaal en de productiemethode.’ (Nijssen, 2015)


12 Pagina.....

In het interview van 04-11-2015 (bijlage 2 interview 7) geeft de heer Van Hattum ook aan dat bij het wijzigen van een van de onderdelen uit de materialendriehoek de driehoek uit balans zou raken. Hierdoor zullen de anderen onderdelen ook moeten wijzigen. Dit maakt het zeer complex om met het materiaal composiet te werken. Er zijn dus specialisten nodig die kennis hebben van het materiaal, de vervaardigingsmethoden en de constructievormen om met composiet te kunnen construeren. Zij zien bij het wijzigen van een van de onderdelen uit de driehoek direct in wat hiervoor de consequenties zijn.

Sandwichconstructies Een bekend probleem bij lichtgewicht constructies zijn de dunwandige materialen die worden toegepast. Deze constructies kunnen moeilijk stabiliteit genereren onder verschillende belastingen. Met name drukbelasting en buiging leveren een probleem in dit soort constructies. Het kernmateriaal en de hoogte van de sandwichconstructie zorgen voor een stabiliserend effect. Hierdoor is een grote belastbaarheid onder druk en buiging mogelijk, zoals bijvoorbeeld ook voor een I-profiel geldt. Door de lage stijfheid van composiet is een sandwichconstructie ook zeer geschikt voor composieten constructies. De sandwichconstructie werkt constructief hetzelfde als een I-profiel, waarbij de flenzen, in dit geval de huiden van composiet, een grote bijdrage leveren aan het traagheidsmoment van de constructie. Over het algemeen bestaat de dikte van een boven- of onderlaminaat uit zo’n 4 tot 7 millimeter, afhankelijk van de toepassing waarvoor het element gebruikt wordt en de druk- en trekkrachten dat het Figuur 9: Opbouw sandwichconstructie. materiaal moet opnemen. Overgenomen uit: (Composite Structures, 2016)

Als kernmateriaal kan voor hout, polyurethaan (PUR), polyisocyanuraat (PIR) en geëxpandeerd polystyreen (EPS) worden gekozen. Deze schuimen kunnen echter weinig vormstijfheid bieden. In figuur 9 zijn om deze reden dwarskrachtschotten tussen het bovenen onderlaminaat geplaatst. De schotten vangen de dwarskrachten en buigspanning op. Ook kan voor de honinggraadstructuur uit figuur 10 worden gekozen. Deze structuur wordt verkregen uit folies van vaak een aluminiumlegering of een aramide versterkte kunststof. De sterkte en stijfheid van de zeshoekige structuur is afhankelijk van de grote van zeshoek, dikte van de folie en het soort materiaal waarvan het is gemaakt. (vertaalt uit: (Rethwisch, William D. and Callister, David G., 2011))

Figuur 10: Honinggraatstructuur als sandwichconstructie. Overgenomen uit: (Nijssen, 2015)


1.4

13 Pagina.....

Visie specialisten

‘Wat is de visie van specialisten om composiet wel of niet in de bouwsector toe te passen?’

Om inzicht te krijgen in de visie waarom verschillende leveranciers, specialisten en constructeurs wel of niet met composiet werken, zijn verschillende interviews gehouden. Hoofdvragen hierin waren welk groot voordeel composiet kan bieden om het materiaal toe te passen en waarom in de bouwsector nog zo weinig gebruik wordt gemaakt van composiet. In de stukken wordt verwezen naar verschillende interviews, in de inleiding van bijlage 2 wordt verwezen welk interview bij welke bijlage behoort.

Voordelen composiet Tijdens de verschillende interviews geven alle leveranciers aan dat het lage gewicht ten opzichte van de hoge sterkte van composiet het grootste voordeel biedt om het materiaal te toe te passen. Daarnaast geeft Polyproducts1 aan dat een hoge isolatiewaarde van een materiaal en de uitstraling van de constructie in het ontwerp ook een belangrijke rol spelen in de keuze om voor composiet te kiezen in de bouwsector. Tot slot verwezen zij naar een document waarin de hogere mate van duurzaamheid van het materiaal is aangegeven. Dit bestaat niet alleen uit een lagere milieubelasting van de productie van het materiaal, maar ook uit de corrosiebestendigheid en lagere onderhoudskosten van composieten materialen. Er zijn echter ook tegen geluiden voor het gebruik van composiet. Polyproducts1 erkend dat de aanschafwaarde van composiet hoger is dan van traditionele materialen. Als reden geven zij hiervoor aan, dat de productie een arbeidsintensief proces is en er van kostbare mallen gebruik wordt gemaakt. Deze kosten zullen echter dalen wanneer gebruik wordt gemaakt van serieproductie. In de interviews met FiberCore2 en Composite Structures3 wordt door de specialisten aangegeven dat deze hogere aanschafwaarde wel opweegt tegen het licht gewicht van het materiaal wat vele neven voordelen biedt. Zo kan er een hoger bouwtempo worden bereikt met een lichter constructiemateriaal en is een minder zware bouwkraan nodig. Verder zal door het lage gewicht minder transport plaatsvinden, doordat het maximale transport gewicht minder snel wordt bereikt. Tot slot is minder constructiemateriaal nodig met een minder zware fundatie, dus bespaard men hiermee een grote hoeveelheid materiaal, en dus ook kosten, voor de draagconstructie.

Waarom niet in de bouw? Wanneer tijdens de interviews wordt overgegaan op de mogelijkheid om composiet in de bouw toe te passen geven de leveranciers unaniem aan dat de bouw hier nog te conservatief voor is. De bouwsector heeft volgens hen nog geen vertrouwen in het product en ziet de voordelen van composiet nog niet in. Deze stelling is geverifieerd bij Lucassen Bouwconstructies4 en Bartels Ingenieursbureau5. Beide geven zij aan dat aannemers door het falen van de eerste composietenproducten geen vertrouwen hebben in het product. Om deze reden durft de aannemerij de risico’s van het product nog niet aan. Verder is het volgens mevrouw Tromp9 nog een complex proces om met composiet te construeren en monteren, omdat constructeurs en bouwplaatsmedewerkers nog niet in het materiaal geschoold zijn. Verder is er nog geen norm beschikbaar om de composieten element aan te toetsen en zijn er geen tabellen met kengetallen. Hierdoor zal dus alleen een specialist die ervaring heeft met composiet alleen kunnen rekenen aan het materiaal.


14 Pagina.....

Een specialist die veel ervaring heeft met het construeren van composiet in verschillende sectoren is de heer Van Hattum6. Ook hij geeft in een interview aan dat de complexiteit van het werken met composiet hoog is. ‘Werken met dit materiaal vraagt immers om een andere denkwijze’, aldus de heer Van Hattum. Het is niet mogelijk om met standaard tabellen met composiet te rekenen, maar hiervoor is de kennis van een specialist nodig. Diegene weet hoe de wisselwerking tussen het ontwerp van de composiet, het soort materiaal en de vervaardigingsmethode[10] zich in een driehoeksverhouding tot elkaar verhouden. Achtergrond informatie over de materialendriehoek wordt op pagina 16 weergegeven. Een specialist zal volgens meneer Van Hattum tijdens het construeren direct in zien wat een verandering in de driehoek voor een consequenties op de overige punten heeft. Verder motiveert het volgens de heer Van Hattum6 en de heer Ter Laak van CTC-group7 ook niet dat er nog geen norm voor het rekenen met composieten constructies beschikbaar is. In plaats van een norm is alleen een CUR richtlijn beschikbaar. Deze CUR geeft richtlijnen voor het construeren met vezel versterkte kunststoffen in met name de civiel technische sector. Wanneer door de heer Van Hattum6 en de heer Leemreijze van Bijlprofielen8 de vergelijking wordt gemaakt tussen de toepassing van composieten in de civiel technische sector en bouwsector, blijkt dat men hier meer kijkt naar de onderhoudskosten van het materiaal. Doordat het materiaal grote voordelen biedt in de corrosiebestendigheid van het materiaal en minder onderhoud vraagt, weegt de hogere aanschafwaarde van het product hier tegen op. Verder speelt het soort opdrachtgever hier een grote rol in. De civiel technische bouwwerken worden voornamelijk voor overheidsinstanties uitgevoerd, die eerder naar de meerwaarde van weinig onderhoudskosten kijken. Ten opzichte van de particuliere opdrachtgever, zoals deze in de bouwsector voorkomen.

Zijn er kansen voor de bouw? Alle leveranciers en specialisten met wie tijdens het onderzoek gesproken is, geven aan dat er mogelijk kansen zijn om composiet meer in de bouw toe te passen. Hiervoor is er echter wel meer vertrouwen in het materiaal benodigd en zal de complexiteit van het materiaal weggenomen moeten worden door een norm te ontwikkelen. Alle geïnterviewde specialisten geven allen echter wel aan dat wanneer van het materiaal gebruik wil worden gemaakt, de voordelen van het materiaal moet worden benut om de kosten voor de hogere aanschafwaarde te kunnen vereffenen. Voor de vraag of composiet ook als constructiemateriaal kan worden ingezet is met Composite Structures een interview gevoerd. Dit met de reden dat zij tot nu toe als enige van Nederland een woning met een gehele composieten constructie hebben gerealiseerd. In hoofdstuk 3 wordt verder ingegaan op de toepassing van composiet in deze woning. Maar wanneer deze woning als voorbeeld wordt genomen geeft de heer Siereveld3 aan dat er zeker een mogelijkheid is om composiet als constructiemateriaal in de bouw toe te passen. Voornamelijk de hoge isolatiewaarde en het lichte gewicht van het materiaal waren volgens de heer Siereveld grote voordelen bij de toepassing van composiet als constructiemateriaal. Wel viel het op dat er in het project weinig gebruik was gemaakt van de grote voordelen van composiet, die andere constructiematerialen niet kunnen bieden. Zo is er bijvoorbeeld gebruik gemaakt van een sandwichconstructie, waarbij de afwerking, het isolatiemateriaal en leidingen zijn geïntegreerd in het constructiemateriaal. Dit is een voordeel van een composieten sandwichconstructie, maar had net zo goed een betonnen of houten sandwichconstructie ook kunnen bieden. Verder is er geen gebruik gemaakt van de voordelen vormvrijheid of de mogelijkheid om holle constructieonderdelen toe te passen.

1 COMPOSIET [Datum]

15 Pagina.....

Conclusie hoofdstuk 1 ‘Wat is composiet?’

Door middel van de subhoofdstukken uit hoofdstuk 1 is antwoord gegeven op de vraag ‘Wat is composiet?’ Hiervoor is voor het stellen van een geschikte definitie van composiet, de opbouw van composiet en de soorten composieten veel gebruik gemaakt van de literatuur uit het (les)boek ‘Basiskennis – Composieten’ van de heer R.P.L. Nijssen. Dit boek is uitgegeven door de Vereniging Kunststof Composieten Nederland ter bevordering van het toepassen van composiet in het onderwijs en in verschillende branches. Voor de visie van verschillende leveranciers en specialisten om gebruik te maken van composiet en voor de toepassing van het materiaal in de bouw zijn verscheidene interviews gehouden. In de onderstaande tekst wordt de uiteindelijk conclusie van de vraag ‘Wat is composiet?’ gegeven.

Composiet is een materiaal dat samengesteld is uit twee of meer verschillende materialen. Deze materialen worden aan elkaar toegevoegd om de basismaterialen elkaar te laten versterken en gezamenlijk een beter resultaat te bereiken. De basismaterialen zullen zich tijdens het vervaardigen niet volledig vermengen, waardoor de eigenschappen van de basismaterialen afzonderlijk zullen blijven behouden. Als algemene definitie van composiet binnen dit onderzoek wordt de term vezel versterkte kunststof aangehouden. Zoals de term vezel versterkte kunststof al doet vermoeden, bestaat het materiaal uit vezels met een hars, ook wel kunststof genoemd. De vezels vangen in het materiaal de belasting op en de kunststof fungeert als matrix, dat de vezels op de plek houdt en de belasting tussen de vezels overdraagt. In de bouwkundige- en civieltechnische sector worden als grondstoffen[2] met name de E-glasvezels en polyesters toegepast. Voor het verwerken van de vezels en kunststoffen tot composiet kunnen verschillende vervaardigingsmethoden[10] worden toegepast. Elke methode heeft zijn eigen eigenschappen door de grootte van het product dat geproduceerd kan worden en door het werken met een open- of gesloten maltechniek. Voor bouwkundige en civieltechnische producten worden voornamelijk de methoden vezelspuiten, pultrusie en vacuüminjectie gebruikt. De specialist kan door het gebruik van composiet dus zelf zijn constructiemateriaal samenstellen door eigenschappen die de verschillende grondstoffen en vervaardigingsmethoden bieden. Een composieten constructie wordt door deze eigenschap ook per situatie geëngineerd. Andere punten die van belang zijn voor de eigenschappen van composiet zijn het soort vezelversterking[11] waarvan gebruik wordt gemaakt en de oriëntatie van de vezels in het laminaat[5]. De geïnterviewde leveranciers en specialisten geven allen aan dat er mogelijk kansen zijn om composiet als constructiemateriaal in de bouwsector toe te passen. Hiervoor duiden zij er wel op dat er eerst meer vertrouwen in het materiaal benodigd is en de complexiteit voor het toepassen van het materiaal weggenomen moeten worden om het materiaal als constructiemateriaal veelvuldig toe te kunnen passen. Tot slot geven alle leveranciers unaniem aan dat als composiet als constructiemateriaal toegepast wil worden, dit alleen in een nieuwe constructievorm mogelijk is. De constructie dient dan zo vormgegeven te worden, dat alleen composiet de vorm en productie ervan kan dragen om de hogere investeringskosten te kunnen vereffenen. ‘Composiet is kostentechnisch interessant om toe te passen, wanneer het een ander materiaal duur maakt.’

2 EIGENSCHAPPEN [Datum]

Hoofdstuk 2

16 Pagina.....

Eigenschappen composiet

‘Wat zijn de eigenschappen van composiet?’

In hoofdstuk 2 worden de verschillende eigenschappen van composiet uit een gezet. Met deze eigenschappen zal in hoofdstuk 4.3 rekening worden gehouden voor het beantwoorden van de vraag of composiet een geschikt materiaal is om mee te construeren en welke consequenties het materiaal met zich mee draagt. De goede eigenschappen worden in hoofdstuk 5 gebruikt voor het ontwerpen van een composieten constructie. In hoofdstuk 1.1 zijn de algemene kenmerken van composiet al genoemd. Dit waren in het kort verwoord de volgende eigenschappen: (Vereniging Kunststof Composieten Nederland, 2009)  Relatief laag soortelijk gewicht en hoge sterkte en draagkracht in vergelijking met bestaande constructiematerialen  Hoge weers-, water- en chemische bestendigheid, waarmee onderhoudskosten laag blijven  Grote ontwerpvrijheid en goede isolerende elektrische en thermische eigenschappen  Mogelijkheid tot serieproductie  Integratie van thermisch en installatietechnische functies is in de producten mogelijk In de onderstaande teksten zal in tegenstelling tot de bovenstaande punten specifieker worden gekeken naar de bouwkundig relevante eigenschappen van composiet. Hiervoor zullen eerst de mechanische eigenschappen en daarna de bouwkundige eigenschappen aan bod komen.

Mechanische eigenschappen Anisotroop en niet homogeen In de technische sector wordt voor constructiematerialen veelal gebruik gemaakt van homogene isotrope materialen. Hierbij gaat het voornamelijk om het materiaal metaal. Met homogeen wordt bedoeld dat het materiaal in elk punt, dus plaats onafhankelijk, dezelfde eigenschappen heeft. Isotroop betekend dat de eigenschappen in elke richting gelijk zijn. De natuurlijke constructiematerialen, zoals hout, zijn daarentegen niet homogeen en anistroop. Reden hiervoor is dat het materiaal in de groeirichting andere eigenschappen heeft dan dwars daarop. ‘Daardoor geïnspireerd worden steeds meer composietmaterialen ontwikkeld en toegepast.’ ‘Deze materialen zijn dus heterogeen van structuur: plaatselijk bevindt zich of de ene component of een andere; de eigenschappen zijn plaats onafhankelijk’. (Nijhof, 2006) Verder is het materiaal net als hout anisotroop, wat betekend dat bij een uni-directioneel[9] composiet alle vezels in één richting liggen, en alleen in die richting een zeer hoge sterkte en stijfheid heeft. Door de uni-directionele lagen in meerdere richtingen op te bouwen wordt een quasi-isotroop[6] composiet bereikt. Hoge sterkte en relatief lage stijfheid In hoofdstuk 1.2 is aangegeven dat de vezels in composiet de sterkte en stijfheid verzorgen, maar dat het materiaal niet uit een hoger vezelpercentage dan 75% kan worden opgebouwd. Reden hiervoor is dat de kunststoffen dan niet voldoende tussen de vezels kunnen dringen om voldoende onderlinge hechting van de vezels mogelijk te maken. Voor de meest gebruikte vezelpercentage per vervaardigingsmethode[10] wordt terugverwezen naar tabel 1.

2 EIGENSCHAPEN [Datum]

17 Pagina.....

In bijlage 1.3 wordt in tabel 6 afzonderlijk naar de sterkte en stijfheid van vezels en kunststof gekeken. Hieruit blijkt dat koolstofvezels de hoogste sterkte bevatten met aramide- en glasvezels daaropvolgend. Uit de tabel is ook af te leiden dat de vezels een veel grotere treksterkte bevatten dan bekende materialen, zoals gewapend beton, aluminium en staal. Ook de stijfheid, in de tabel de E-modulus, van koolstofvezels is dan dat van aramide- en glasvezels. Wanneer de stijfheid van koolstofvezels wordt vergeleken met de stijfheid van staal blijkt dat deze nagenoeg hetzelfde zijn. De stijfheid van glasvezels is daarentegen net zo laag als dat van aluminium. Wel is de treksterkte van glasvezel minimaal 10 keer zo hoog als dat van staal. Uit tabel 5 is ook af te leiden dat de kunststoffen epoxy, polyester en vinylester alleen een bindende functie tussen de vezels hebben en relatief geen sterkte of stijfheid aan de composiet bijdragen. Als er ook wordt gekeken naar figuur 11, dan blijkt dat door toevoeging van kunststof, in het figuur polymeer genaamd, aan de composiet de sterkte en stijfheid van het gehele product afneemt. Afhankelijk van het vezelvolumepercentage zal deze afname vervolgens ook hoger of lager zijn. In tabel 7 uit bijlage 1.3 wordt een vergelijking gemaakt tussen verschillende vezels die ingebed liggen in een uni-directioneel composiet met een vezelvolumepercentage van 60%. Ook in deze tabel wordt overduidelijk weergegeven dat de sterkte en stijfheid van koolstofvezels dermate hoger ligt dan de die van glasvezels. Wel opvallend is dat de longitudinale druksterkte van composiet inderdaad lager ligt, zoals dat ook door de heer Ter Laak van CTC-group in het interview van 05-11-2015 is geschetst. ‘Maar dat deze gemakshalve vaak even sterk als de treksterkte wordt aangenomen’, aldus de heer Ter Laak.

Figuur 8: Treksterkte en stijfheid vezels met kunststof. Overgenomen uit: (Govaert, A.K. en Van der Vegt, L.E., 2013 vijfde druk)

Achtergrondinformatie berekening sterkte en stijfheid composiet In de eerste alinea is al aangegeven dat composiet een anisotroop en niet homogeen materiaal is. Dit blijkt ook uit tabel 7 van bijlage 1.3, waarbij de trek- en druksterkte in longitudinale richting, evenwijdig aan de vezel, niet gelijk is als in de transversale richting, loodrecht op de vezel. Ook de E-modulus verschilt in beide vlakken. Deze eigenschappen van composiet maakt het complex om met het materiaal te rekenen. In bijlage 1.4 worden kort de beginselen weergegeven hoe sterkte en stijfheid van een uni-directioneel composiet in beide richting berekend dienen te worden. Op deze manier wordt getracht een inzicht te geven in de constructieve eigenschappen van composiet. Er wordt niet ingegaan op de berekening van een quasi-isotroop composiet, doordat hier meer expertise van een specialist voor benodigd is. Doorbuiging Het boek ‘Basiskennis – Composieten’ geeft voor de doorbuiging van composiet aan: “Voor de totale doorbuiging (van een composieten sandwich element red.) geldt, dat zowel de doorbuiging als gevolg van de normaalspanning, als de doorbuiging als gevolg van de schuifspanning in rekening gebracht moet worden.” (Nijssen, 2015) De hoogte van de elasticiteitsmodulus en de traagheid van het composieten sandwichelement is hierin net als bij traditionele constructiematerialen de bepalende factor voor de grootte van de doorbuiging. De belasting van het element is hierin een variabele.

Pagina..... 18


Brosse breuk in spanning-rekdiagram In een spanning-rekdiagram wordt de reactie, in de vorm van rekbaarheid, van een materiaal weergegeven. Dit wordt gedaan door de uitwendige belasting, ook wel de spanning genoemd, die hierop wordt uitgeoefend. In afbeelding 12 wordt het spanning-rek diagram van vezels, kunststof en composiet weergegeven. In de linker grafiek wordt aangegeven dat vezels een volledig lineair spanning-rekgedrag vertonen totdat de vezel breekt. De kunststof vertoond eerst een lineair spanning-rekgedrag, waarna de vloeispanning wordt bereikt en de kunststof meer rekt dan dat het spanning kan opvangen. Dit resulteert in de rechter grafiek gezamenlijk tot het spanning-rek diagram van composiet. Hierin is te zien dat de spanning-rek verhouding van composiet lineair verloopt tot aan de lineaire spanning-rek verhouding van de kunststof. De rek verhoogt totdat de glasvezel knapt, doordat de breukspanning is overschreden. Voor de vezels kunnen de volgende waarden voor de sterkte en rek worden aangehouden;

MATERIAAL

VEZELS E-GLAS S-GLAS SM-KOOLSTOF HM-KOOLSTOF HT-KOOLSTOF HM-ARAMIDE

VEZEL(BUNDEL) STERKTE

VEZEL(BUNDEL) REK

[GN/m²]

[%]

1,7-2,7 2,0-3,0 3,5-4,5 2,0-3,0 4,4-5,0 3,0-3,5

2,4-3,7 2,3-3,5 1,5-1,9 0,5-0,7 1,5-1,8 2,3-2,6

Tabel 1: Vezel(bundel) sterkte en rek per vezel. Aangepast overgenomen uit: (Rethwisch, William D. and Callister, David G., 2011)

Figuur 9: Spanning-rekdiagram composiet. Aangepast overgenomen van: (Rethwisch, William D. and Callister, David G., 2011)

Uit figuur 12 is ook af te leiden dat composiet brosse breuk vertoond. Kenmerkend voor brosse breuk is dat tijdens het breken van de eerste vezels, in stadium 2 van het figuur, er bijna geen plastische vervormbaarheid ontstaat. Maar er vindt wel een hoge scheurvoortplantingssnelheid plaats. Aan het begin van dit proces breken de vezelbundels een voor een, waarbij de belasting middels schuifspanning over wordt gedragen naar de andere vezels. Knappen meerdere vezelbundels, dan zullen de overige vezels de belasting niet meer kunnen dragen en zal er een kettingreactie van vezelbreuk ontstaan. Om veilig met de brosse breuk van composiet om te kunnen gaan worden volgens mevrouw Tromp veiligheidsfactoren gebruikt om veilig met het materiaal te kunnen construeren. Wel geeft zij aan dat composiet quasi plastisch bezwijkt, waardoor het bezwijkgedrag alsnog het effect van een taaie breuk krijgt. Echter dient er voor de veiligheid wel een stijve constructie te worden geconstrueerd. Hierbij moeten de vloerschijven mechanisch of verlijmd met elkaar verbonden worden om een tweede draagweg te kunnen genereren.


Pagina..... 19

Knik Bij zowel composiet als bij andere constructie materialen kan knik optreden in lange en slanke drukelementen. Voor composiet gelden hierin dezelfde rekenregels als voor andere materialen, zoals beton en staal. Bij knik zal de kunststof de meeste drukbelasting opnemen en deze belasting aan de vezels overdragen. Bij een te grote drukbelasting zullen eerst de vezels knikken, waarna de vezelbundels en lamellen uitknikken ten gevolge van delaminatie. In figuur 13 is het uitknikken van de vezelbundels in een legsel weergegeven. Bij delaminatie zullen de lagen vezels los van elkaar raken en geen onderlinge hechting meer vormen. Het knikgedrag van een constructie kan voorkomen worden door het toepassen van een stijver materiaal, een stijvere constructie opbouw of door een kleinere kniklengte toe te passen. Bij de toepassing van een stijvere constructie kan voor sandwichpanelen worden gekozen. De kern van het sandwichpaneel ondersteunt daarbij de huiden Figuur 10: Uitknikken tegen knik. Ook kunnen holle kolommen gevuld worden met een schuim of vezelbundels. Overgenomen composieten ribben. uit: (Nijssen, 2015) Vermoeiing en kruip Twee soorten belastingen die een belangrijke rol spelen binnen constructies zijn de wisselende belasting en constante belasting. Wanneer composiet als constructiemateriaal wil dienen, moet het materiaal deze beide belastingen goed op kunnen vangen. Bij veel wisselende belastingen kan vermoeiing in het constructiemateriaal optreden, waardoor scheurtjes in het laminaat[5] ontstaan en het materiaal kan breken. Over het algemeen presteren composieten in op vermoeiing belaste constructies zeer goed, bijvoorbeeld bij een constructie van windturbinebladen (Vereniging Kunststof Composieten Nederland, 2015). Wel geeft de heer Nijssen in zijn boek Basiskennis – Composieten aan dat composietenmaterialen onder invloed van vermoeiing een deel van hun stijfheid verliezen. ‘Het optreden van vermoeiingschade kan worden verminderd door materialen en verzeloriëntaties aan te passen op de belasting, de constructie zodanig te wijzigen dat de belasting gunstiger wordt, of de spanning in de constructie te verlagen door extra lagen (red. vezels of ook wel lamellen) toe te voegen.’ (Nijssen, 2015) Een constante belasting kan kruip veroorzaken, waardoor materialen steeds langer worden, totdat ze breken. In de meeste composieten zullen de vezels de belasting dragen, waardoor er weinig kruip optreedt. Wanneer de kunststof een groot deel van de belasting opneemt, in gevallen dat vezels niet in de belastingrichting liggen of belasting uit het vlak optreedt, dan moet wel rekening worden gehouden met kruipgedrag. Zo zal bij het opbouwen van een quasi-isotroop[9] composiet geen krimp optreden, doordat in elke belastingrichting vezels zijn georiënteerd. Wanneer het werkveld wordt gevraagd naar het kruipgedrag van composiet, geeft mevrouw Tromp echter aan dat composiet zeker onderhevig is aan kruip. Hierdoor kan het materiaal bijvoorbeeld niet op voorspanning worden gezet. Krimp Tijdens het uitharden van de kunststof zal het composieten product gaan krimpen. De mate van de krimp is afhankelijk van het soort kunststof dat wordt gebruikt. De kunststof epoxy zal bijvoorbeeld minder krimpen dan polyesters en vinylesters. De vezels in de composiet zullen een groot gedeelte van de krimpspanning kunnen opvangen, waardoor de composiet in de vezelrichting minder krimpt dan in de dwarsrichting. Om deze reden is het van belang dat een laminaat altijd symmetrisch is opgebouwd, zodat de krimp in elke richting gelijk is. Dit is vergelijkbaar met wat in hoofdstuk 1.2 al is aangegeven, waarbij een niet symmetrisch opgebouwd composiet kan kromtrekken onder een belasting. Ook bij krimp kan een


20 Pagina.....

composiet krom trekken, maar dit kan voorkomen worden door een quasi-isotroop laminaat symmetrisch op te bouwen. Aardbeving bestendig bouwen Composiet heeft als voordeel dat het een zeer geschikt materiaal is om aardbeving bestendig mee te kunnen bouwen. Dit komt door de combinatie van eigenschappen van composiet dat bestaat uit een lage stijfheid met een hoge sterkte. Het materiaal kan hierdoor vele krachten en vervormingen opvangen zonder te breken. Met composiet is het daarnaast ook mogelijk om de stijfheid van het materiaal te manipuleren door de vezels in de gewenste richtingen te leggen. Hierdoor kan lokaal in meer en mindere mate stijfheid worden verkregen. Brandveiligheid Bij de brandveiligheid van bouwmaterialen moet worden gekeken naar de brandwerendheid van het materiaal, dit is de mate waarin het materiaal vlam kan vatten en de brand zich in het materiaal kan verspreiden. Verder is het van belang dat er geen giftige stoffen uit het materiaal vrijkomen wanneer het materiaal brand vat en er dient daarbij zo min mogelijk rookontwikkeling te ontstaan. Kunststoffen worden over het algemeen beschouwd als uitermate brandbare materialen. Hoogwaardige vezel versterkte kunststoffen hebben echter zeer goede brandwerende eigenschappen door de brandvertragende toevoegingen aan de kunststof. United Composites geven op hun website aan dat deze brandwerende eigenschappen bestaan uit; (United Composites, 2015)  Niet automatische voortplanting van vuur  Hitte afgifte is zeer laag, waardoor de brand moeilijk verspreid  Minimale rook emissie  Emissie van giftige dampen is bijna niet meetbaar  Er ontstaan geen vlambare dampen De vezels in de composiet mogen over het algemeen als brandwerend worden beschouwd. De kunststoffen vormen daarentegen een groter probleem, zoals in de vorige alinea ook al werd geschetst. Om deze brandvertragend te maken, wordt vaak gebruik gemaakt van toevoegingen van additieven of vulstoffen. ‘Naarmate de vulling van deze vulstoffen hoger wordt nemen de brandvertragende eigenschappen toe. Het is dus gewenst dat de harsen een lage viscositeit[3] hebben (dun vloeibaar zijn) zodat deze maximaal gevuld kunnen worden en op zo'n manier dat een viscositeit ontstaat die nog verwerkbaar is door de gebruiker.’ (United Composites, 2015) Voor de vraag hoe de reeds hiervoor besproken kunststoffen met brand omgaan is verder navraag gedaan bij United Composites. De heer De Buijzer geeft in het mailcontact van 24-12-2015 aan dat het nadeel van deze bekende harsen, zoals polyester, vinylester en epoxy, is dat zij zeer hoog gevuld moeten worden met brandbare toevoegingen om brandklasse niveau 1 (NEN-EN 13501-1, klasse B1) te halen. Hierdoor worden zij ongeschikt voor vervaardigingsmethoden als vacuüminjectie, maar kunnen zij alleen nog middels handlamineren en koud- en warmpersen worden bewerkt. Verder geven zij aan dat bij de toepassing van de kunststof fenol wel de brandklasse B1 kan worden behaald, zonder dat hier vulstoffen voor benodigd zijn. Hierdoor is het mogelijk om fenol toe te passen bij vacuüminjectie om grote objecten brandbestendig te kunnen produceren. Voordeel is dat hierbij een zeer lage rookontwikkeling plaatsvindt en er geen giftige dampen vrijkomen. De heer De Buijzer gaf daarnaast het volgende aan: ‘Met kleine toevoegingen van micro en/of nano ceramische deeltjes en een hoog


Pagina..... 21

vezelvolume percentage is zelfs brandklasse NEN-EN 13501-1 klasse A2 mogelijk.’ Tot slot is het vervaardigen van een brandklasse A1 van fenolhars in combinatie met koolstofvezel ook mogelijk, maar levert dit wel een kostbaar en zeer complex proces op. Overeenkomstig geven zowel De heer Siereveld als de heer De Buijzer het aan dat het ook mogelijk is om voor het polymeer PEEK te kiezen, dit omdat fenolharsen relatief moeilijk te verwerken zijn in het productieproces.

Bouwfysische eigenschappen Vormvrijheid (bouwkundig aspect) Voor de vormvrijheid van composiet zijn de productie van de mallen en het soort vezelversterking[11] maatgevend. De dunne vloeibare kunststoffen kunnen in elke richting op de vezels worden aangebracht en zullen daarom niet een belemmering vormen voor de vormvrijheid. Afhankelijk van de productiemethoden wordt ook het bijpassende soort vezelversterking toegepast. De specialisten geven aan dat in zoverre de vezelmatten en vezelbundels kunnen buigen, er ook vormvrijheid mogelijk is met composiet. Voor de mallen geldt dat de stalen of houten malplaten zo gebogen moeten worden, zodat de vezelmatten hier overheen gelegd kunnen worden. Over het algemeen vormt het geen probleem om 3D gebogen vormen, zoals deze in figuren 14 en 15 zijn weergegeven, te produceren. Verder is het ook mogelijk om delen na het lossen van de mal naadloos aan elkaar te zetten en af te werken.

Figuur 14 en 15: Voorbeelden van vormvrijheid composiet in gevels. Overgenomen uit: (Belder, 2016)

Integratie van systemen mogelijk (bouwkundig aspect) Composieten producten worden geheel in de fabriek vervaardigd. Dit maakt het bijvoorbeeld bij composieten sandwichelementen mogelijk om meerdere systemen samen te voegen. Zo kan zoals hierboven is aangegeven zowel een constructieve als een thermische functie aan het composieten element worden toegekend. Daarnaast kunnen naar wens van de klant ook leidingen in het element worden verwerkt en kan tijdens de productie direct rekening worden gehouden met de uiteindelijke afwerking van het product. Geluidsisolatie De geluidsisolatie kan in twee vormen worden onderscheiden, bestaande uit; luchtgeluidsisolatie en contactgeluidsisolatie. Op beide raakvlakken kan composiet geen geluidsisolatie bieden. Voor de luchtgeluidsisolatie heeft composiet als nadeel dat het materiaal een hard en niet poreus product is. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat het materiaal geen geluid absorbeert, maar juist eerder met een metaalachtige klank weerkaatst. Daarnaast kan het contactgeluid niet middels de massa van het product worden opgenomen, doordat bij de toepassing van composieten licht gewicht dunwandige constructies worden gevormd. Om de constructie voldoende geluidswerend te maken, kan volgens mevrouw. Weersink gebruik worden gemaakt van een massa-veersysteem. Hierbij worden de holten van de constructie gevuld zijn met minerale wol en worden buigslappe platen, zoals gipskartonplaten, verend aan de constructie bevestigd.


Pagina..... 22

Thermische uitzettingscoëfficiënt De thermische uitzettingscoëfficiënt van een onversterkte kunststof is zeer hoog te noemen ten opzichte van materialen, zoals staal en hout. Ter vergelijking is een grafiek van de thermische uitzettingscoëfficiënt van verschillende materialen weergegeven in figuur 16. Hieruit is af te leiden dat de uitzetting van een onversterkt stuk PVC ruim zes keer zo hoog als dat van constructie staal. Voor polyetheen kan dit wel oplopen tot zestien keer zo hoog. Wanneer vezels aan de kunststof worden toegevoegd, zal de thermische uitzetting met grote getalen dalen. Zo is de thermische uitzettingscoëfficiënt van een uni-directioneel glasvezelprofiel grotendeels gelijk met dat van staal en beton. Wordt van kostbaardere vezels gebruik gemaakt, zoals van koolstof of aramide, dan Figuur 16: Vergelijking thermische uitzettingscoëfficiënt zal erna genoeg geen thermische uitzetting plaatsvinden. Ook voor dit verschijnsel zullen verschillende materialen. Aangepast overgenomen uit: (Poly Products, 2016) de vezels grote invloed hebben op de eigenschappen van het materiaal. Waarbij het ook hier van belang is dat het laminaat symmetrisch wordt opgebouwd, zodat de composiet in elke richting evenveel thermisch uitzet als krimpt. Trillingen Om het fenomeen trillingen bij normaal gebruik op licht gewicht vloeren op te kunnen vangen, zijn hiervoor ook verende hulpconstructies benodigd. Deze zijn benodigd om de dynamische belastingen, zoals loopbewegingen en het voortduwen van een voorwerp, die door de mens veroorzaakt worden, op te kunnen vangen. Om grote vloervelden met licht gewicht vloeren te kunnen testen op de trillingen is een Hivoss richtlijn opgesteld. Voor dit onderzoek is document NL03.doc – 31-10-2008 met de bijbehorende achtergrond document aangehouden. De Hivoss richtlijn geeft aan dat voor het verbeteren van de trilling eigenschappen de volgende maatregelen kunnen worden aangehouden:  Verhogen van de modale massa of de stijfheid van de vloerconstructie te verhogen  Het aanpassen van de frequentie van de vloerplaat of stijfheid van de onderliggende liggerconstructie te verhogen met het plaatsen van stijvere liggers of extra kolommen  Verhogen van de demping tussen de vloeren en bovenliggende platen of tussen de vloer en het midden van de liggers  Bij gebieden met zware trillingen of die geheel trillingvrij moeten blijven, kan het gebied geïsoleerd worden van de rest van de vloervelden Bij het ontwikkelen van een nieuw vloerconcept in hoofdstuk 5 dient dus rekening te worden gehouden met de bovenstaande richtlijnen om trilling van de vloer te voorkomen.

Pagina..... 23


Thermische warmtegeleiding In de eerste alinea is aangegeven dat composiet zeer goede thermische eigenschappen bevat. Composiet heeft deze eigenschap te danken aan de vezels die ingebed liggen in kunststof. Kunststoffen zoals polyesters hebben een zeer lage warmtegeleidingscoëfficiënt van 0,19 W/m*k volgens de NEN-EN 12524:2000. De vezels hebben daarnaast ook een zeer lage thermische geleiding van 0,80 W/m*k. Voor composiet wordt in een artikel van Mikroniek een warmtegeleidingscoëfficiënt van 0,50 tot 1,0 W/m*k aangehouden (Voogt, 2007). Dit ten opzichte van de hoge warmtegeleidingscoëfficiënt van bijvoorbeeld gewapend beton met 2,30 W/m*k of staal met 50 W/m*k. Door in een sandwichconstructie een isolatiemateriaal toe te voegen kunnen zeer energiezuinige gebouwen met RC-waarden van 7 tot 8 worden behaald met een totale wanddikte van 200 tot 250 mm. In de volgende alinea wordt verder ingegaan op de integratie van meerdere functies in het constructieve element. Kosten (bouwkundig aspect) Het grootste nadeel van composieten zijn de hoge prijs die de opdrachtgever dient te betalen voor het product. Deze hoge prijs bestaat voor het grootste gedeelte uit de kostbare mallen die benodigd zijn voor de productie van de composieten, het arbeidsintensieve productieproces en door de kosten voor de vezels. In de grafiek van figuur 17 worden globaal de kosten voor de inkoop van de vezels weergegeven, zoals Gurit deze in hun gids aanhouden. Uit deze afbeelding blijkt dat de kosten voor glasvezel redelijk overeenkomen met de inkoop van staal. De vezels met betere eigenschappen zijn dan al snel een factor 10 tot 15 keer zo kostbaar. Wanneer een vergelijking tussen een glasvezel versterkt kunststofprofiel en een stalen profiel van gelijke grootte wordt gemaakt, blijkt hier een prijsverschil van €55 in te zitten. (Glasvezel I-profiel 240 is €100 ten opzichte van stalen I-profiel 240 is €45.) Er kan echter niet zomaar waarde worden gehecht aan dit prijsverschil, doordat het composietenprofiel veel sterker is dan het stalen profiel en geheel andere eigenschappen bevat. In hoofdstuk 1.4 Kosten is al ingegaan op de visie van specialisten die aangeven welke voordelen composieten producten bieden die het prijsverschil tussen de producten redelijkerwijs kunnen 40 opheffen. Wel kan geconcludeerd 30 worden dat de prijs voor de composiet 20 in serieproductie hard daalt, doordat 10 de kosten voor de mal en hoeveelheid €/kg 0 arbeid vereffend kunnen worden. E-glas S-glas Aramide Koolstof 1,5-3,0

17-28

21-34

Figuur 17: Vergelijking kosten vezels. Aangepast overgenomen uit: (Gurit , 2015)

21-55

24 Pagina.....


Conclusie hoofdstuk 2 ‘Wat zijn de eigenschappen van composiet?’

In hoofdstuk 2 is antwoord gegeven op de vraag ‘Wat zijn de eigenschappen van composiet?’. Hierbij is gekeken naar bouwkundige en constructieve eigenschappen van composiet. Veelal is hiervoor een vergelijking gemaakt met verschillende traditionele constructiematerialen om de eigenschappen van composiet te kunnen relativeren met de bekende constructiematerialen. Ondanks dat composiet zich geheel anders gedraagt dan traditionele bouwproducten, is er toch voor gekozen om in tabel 3 als conclusie de eigenschappen van composiet te vergelijken met deze producten. Tot slot worden enkele punten uit de hoofdstuk uitgelicht die invloed uitoefenen op het ontwerp, zodat hiermee in hoofdstuk 5 rekening kan worden gehouden. Eigenschap (An)isotropie en homogeen Sterkte Stijfheid Breuk Vermoeiing Kruip Aardbeving bestendig Brandveilig Vormvrijheid Geluidsisolatie Trilling Thermische isolatie Kosten

Composiet Anisotroop en niet homogeen

Traditionele constructiematerialen Hout: gelijkwaardig als composiet Staal: Isotroop en homogeen

Minimaal 10x zo hoog als staal (afhankelijk van keuze vezel en vervaardigingsmethode) Glasvezel: Net zo laag als aluminium Koolstofvezel: Nagenoeg gelijk aan staal Brosse breuk Taaie breuk Goede prestatie, wel enig verlies van stijfheid Staal + hout: Goede prestatie Slechte prestatie Staal, beton + hout: Slechte prestatie Zeer goed door hoge sterkte en lage stijfheid Beton: Zeer slecht Staal: Relatief slecht Slecht, maar relatief goed brandveilig te maken Beton: Goede prestatie Staal: Slechte prestatie Zeer veel mogelijkheden Beton: Relatief beperkt Staal: Zeer beperkt Zeer slecht, materiaal geeft metaalachtige Beton: Relatief goede prestatie (absorbeert) klank Staal: Slechte prestatie Slecht door dunwandige constructie Beton: Goede prestatie Staal: Matige prestatie Zeer goede prestatie Beton + staal: Slechte prestatie Hout: Matige prestatie Glasvezel: concurreert bij pultrusie met staal Beton: Zeer goedkoop Koolstof + aramide: zeer kostbaar Staal: Relatief goedkoop Mallen + productie kostbaar

Tabel 2: Vergelijking eigenschappen composiet en traditionele constructiematerialen

Belangrijke eigenschappen van composiet om rekening mee te houden tijdens het construeren:  Stijve constructies creëren door gebruik te maken van de traagheidseigenschappen van hoge constructie elementen  Symmetrisch quasi-isotroop[6] laminaat opbouwen, zodat de eigenschappen in elke richting gelijk zijn en het materiaal niet krom trekt door uitharding of belasting. En dat het materiaal in elke richting in gelijke mate thermisch uitzet en krimpt.  Vermoeiing en kruip tegengaan door vezels parallel aan en dwars op belastingrichting te leggen  Soort hars en vervaardigingsmethode afstemmen op de brandveiligheidseisen, zoals deze in het kopje ‘brandveiligheid’ zijn genoemd  Massa-veersystemen creëren ter bevordering van geluidsisolatie en om trilling tegen te gaan

25 Pagina.....

3 TOEPASSINGEN [Datum]

Hoofdstuk 3

Toepassingen composiet

‘Wat zijn de huidige toepassingen in de bouw met composiet en van welke goede eigenschappen worden hierbij gebruik gemaakt?’

Momenteel bevinden zich verschillende leveranciers en specialisten op de markt die composieten producten of kennis leveren. De kennis gaat veelal over de toepassing van composieten producten binnen een kader dat is gesteld door de klant. In dit hoofdstuk wordt bekeken voor welke toepassingen in de bouwsector composieten producten al worden aangeboden. De toepassingen bestaan uit bouwkundige, maar ook uit civiel technische toepassingen die bouwkundig ook zeer interessant kunnen zijn. Deze toepassingen kunnen inspiratie bieden om in het casus ontwerp als nieuw constructie ontwerp te worden gebruikt. Ook kunnen enkele van de onderstaande voorbeelden mogelijk in hoofdstuk 4.3 gebruikt worden om aan te tonen of composiet een geschikt materiaal is om als constructiemateriaal toe te passen. Tot slot wordt in de toepassingen bekeken van welke goede eigenschap van composiet gebruik is gemaakt. Deze eigenschappen zijn in de tekst uitgelicht middels de groen gekleurde teksten.

Bouwkundige toepassingen Composieten woning Utrecht Een toepassing waarin composiet volledig een constructieve rol heeft vervuld is de composieten woning uit Utrecht die gerealiseerd is door Composite Structures. Deze woning is in het voorjaar van 2015 gerealiseerd, waarbij de opdrachtgever als prestigeproject de eis had om de constructie van het project volledig in composiet uit te voeren. In figuren 18 en 19 is te zien dat de architectuur van de composieten woning niet onderdoet voor een woning welke in traditionele constructiematerialen is uitgevoerd. Voor de vloer-, wanden dakconstructie zijn sandwichpanelen toegepast. Een afbeelding hiervan is in figuur 20 weergegeven. Composite Structures heeft voor een dichte schijfconstructie vervaardigd uit pultrusie gekozen om een relatief goedkope oplossing te bieden en door zowel direct een goede binnen- als buitenafwerking af te Figuur 18 (boven): Achtergevel Composieten woning leveren. Utrecht. Figuur 19 (links onder): Uitstraling materialisatie composieten woning. Figuur 20: Pultrusie elementen Composieten woning. Overgenomen uit: Foto’s uit eigendom van de heer Siereveld – Composite Structures

Verder is ook gebruik gemaakt van leidingenkokers, de kleine holle ruimten in het sandwichpaneel van figuur 20, om op deze manier de leidingen te integreren in het element. Nadeel van dit systeem is echter dat er weinig gebruik is gemaakt van de vormvrijheid dat composiet kan bieden. De specialisten blijven met een oud bekend systeem werken in combinatie met een nieuw product. Composiet kan door zijn vele


26 Pagina.....

eigenschappen veel meer mogelijkheden bieden dan alleen als kolom, wand- of vloerelement te fungeren. In bijlage 1.5 wordt meer informatiegegeven over het basiselement waarvan gebruik is gemaakt in de composieten woning. Tot slot geeft de heer Siereveld in het interview van 13-11-2015 nog aan dat het bedrijf niet nog meer woningen in composiet heeft uitgevoerd, doordat het bedrijf nog niet de capaciteit heeft om het product in grootschalige productie te brengen. Wel geeft hij aan dat dit nog wel een wens is voor in de toekomst als de composieten woning een jaar na realisatie nog steeds goed bevalt door de gebruikers. Gebogen dak elementen Op 12 januari 2016 is door mevrouw Tromp van Royal Haskoning DHV een gastcollege gegeven over de huidige toepassingen van composiet in de bouwsector. Tijdens dit college werd kort ingegaan op de toepassing composieten dak elementen. Als voorbeeld werd het Medina trainstation in Saudi-Arabië genoemd. De voordelen die composiet in deze gevallen bood waren onder meer de hoge mate van prefabricatie, het lage constructie gewicht en de elegante uitstraling van het materiaal. In figuur 21 wordt een afbeelding weergegeven van de gebogen dakconstructie. Na navraag bij mevrouw Tromp blijkt dat Figuur 21: Gebogen composieten de gebogen constructie elementen niet in composiet zijn uitgevoerd1. dakconstructie. Overgenomen uit: Wel maakt het lichte gewicht van de composieten dakbeplating het (Pegorari, 2013) mogelijk om de grote constructie overspanningen te kunnen realiseren. Balkonelementen Voor balkonelementen geldt dat bij renovatie van appartementencomplex een groter balkon vaak als meerwaarde wordt gezien. Om te voorkomen dat de gehele balkonconstructie verwijdert dient te worden om het gewicht van een groter balkon op te kunnen vangen, worden vaak voor composieten balkonopzetstukken gekozen, zoals in figuur 22 wordt weergegeven. Deze hebben een licht gewicht ten opzichte van de zeer hoge sterkte die de elementen bieden.

Figuur 22: Balkonelement van composiet. Overgenomen uit: (Wind, 2014)

Gevelelementen Ander voorbeeld waarbij gebruik wordt gemaakt van het licht gewicht van composiet, maar waarbij ook de hoge thermische isolatie en vormvrijheid een rol spelen, is de toepassing van composiet als gevelpaneel. Door de vormvrijheid van composiet was in de gevelpanelen van het Stadskantoor van Utrecht, weergegeven in figuur 23 op de volgende pagina, een heel andere uitstraling mogelijk dan dat met traditionele bouwmaterialen bereikt kon worden. Daarnaast kan er met een smallere gevel een hogere isolatiewaarde worden bereikt. Verder heeft het licht gewicht van de panelen het bijkomend

1 De constructie uit figuur 21 heeft veel overeenkomsten met deze gebogen ‘boomconstructie’ die in hoofdstuk 5 verder wordt uitgewerkt. Twee weken voor het gastcollege van mevrouw Tromp is echter de composieten ‘boomconstructie’ al ontworpen.


27 Pagina.....

voordeel dat de fundatie minder zwaar kan worden uitgevoerd en een minder zware kraan benodigd is voor de montage van de panelen. Verder lag het bouwtempo hoger door het vergemakkelijken van de montage van de lichte panelen. Een veel gebruikte toepassing, waarbij ook de thermisch isolerende eigenschappen van composiet worden gebruikt met de weerstand tegen vocht en corrosie, is de toepassing van composiet als onderdorpel. Andere voordelen die composiet hierbij levert zijn de enorme sterkte, breukvastheid en de minimale uitzettingscoëfficiënt. Ook is het mogelijk om (natuur)steen te vergruizen en met kunststoffen te mengen. Hierbij spreekt men ook over een composiet, echter wordt in dit onderzoek alleen verwezen naar de vezel versterkte kunststoffen.

Figuur 23: Composieten gevelelement vormen uitstraling van het stadskantoor van Utrecht. Overgenomen uit: (Flexipol, 2016)

Civiel technische en bouwkundig relevante toepassingen Profielen en schijfconstructies Minder in de bouw bekend, maar al wel in civieltechnische projecten veel toegepaste producten, zijn de profielen en schijfconstructies geproduceerd van composiet. Deze bieden door hun degelijke en bekende vorm ook mogelijkheden in bouwconstructies door ze te vervangen voor bekende staalprofielen of betonnen wanden vloerelementen. Middels de vervaardigingsmethode[10] pultrusie worden vele vezel versterkte kunststofprofielen en schijfelementen vervaardigd. In figuren 25 en 26 worden twee gepultrudeerde profielen weergegeven. In principe zijn voor composiet alle pultrusie vormen mogelijk die ook in staal mogelijk zijn. Doordat pultrusie seriematig kan worden geproduceerd kunnen de profielen, afhankelijk van de grondstof kosten, concurreren tegen de traditionele bouwproducten. De profielen worden door de hoge treksterkte en weerstand tegen corrosie voornamelijk gebruikt als overspanningsmateriaal voor bruggen en samengestelde profielen verzorgen de leuningen van de brug. In afbeelding 24 wordt een voorbeeld van een brugconstructie weergegeven. De flenzen en lijf zien hierbij aan elkaar verlijmd, zoals in figuur 25 is weergegeven. Voordeel hierbij is dat de klant keuzevrijheid Figuur 24 (linksboven) en figuur 25 (rechtsboven): Gepultrudeerd samen te stellen in de maatvoering houdt. Het is ook mogelijk om het profiel door middel van pultrusie in zijn geheel te vervaardigen zonder composieten profiel. Figuur 26 (onder): Gepultrudeerde profielen. Overgenomen uit: lijmverbinding. Bovenop de profielen wordt het composieten (Bijlprofielen Composite Profiles, 2016) wegdek geplaatst. Opvallend bij deze profielen is dat de vorm van het composieten profiel precies gelijk is aan de vorm van een stalen profielen. In het onderzoek is bij meerdere leveranciers nagevraagd wat de reden is om met standaard vormen te werken, in plaats van te onderzoeken welke vormen echt geschikt zijn voor composieten materialen. Hiervoor werd meerdere keren als reden aangedragen dat de vorm vanuit de


28 Pagina.....

staal branche al bekend is en hierop is voort borduurt. Ook mevrouw Tromp geeft na afloop van haar gastcollege op 12-01-2016 aan dat de vorm is voortgekomen vanuit de staalbranche. De vorm heeft volgens haar niet direct een relatie met de staalbranche maar is mechanisch ontworpen om zoveel mogelijk stijfheid uit een profiel te kunnen halen. Zij geeft net als de leveranciers aan dat in deze bekende profielvormen nog niet optimaal gebruik wordt gemaakt van de goede eigenschappen van composiet. ‘Zo lenen profielen zich meer voor het materiaal staal, doordat met staal gelast kan worden. Composiet is juist beter in schaalvormige constructies, doordat hiermee een drukboogwerking kan worden gerealiseerd, zodat de vezels zo min mogelijk druk hoeven op te vangen’, aldus mevrouw Tromp. In bijlage 3.1 worden de aantekeningen van het gastcollege weergegeven. Schijfconstructies Terugkomend op het plaatsen van het dek op de composieten profielen, is het ook mogelijk om de profielen en het wegdek met elkaar te integreren in één constructie. Het element wat de sterkte en stijfheid opvangt is hierbij geïntegreerd in het wegdek. Hierdoor is een slankere constructie te ontwerpen, waarbij niet van twee liggers gebruik wordt gemaakt, maar Figuur 27: Composieten brugdekplank. meerdere kleinere liggers het constructieve element vormen. Opgehaald van: (Bijlprofielen Composite Zo’n constructief element, welke is vervaardigd middels Profiles, 2016) pultrusie, is in figuur 27 is weergegeven. Het systeem is vergelijkbaar met een sandwichconstructie, zoals deze in figuur 20 is weergegeven. Deze sandwichconstructie is in een bouwkundige constructie toegepast, maar gebaseerd op sandwich brugdekplanken die al langer op de markt verkrijgbaar zijn. Bij een sandwichconstructie worden de bovenen onderhuid gebruikt om de treksterkte op te kunnen vangen. Voor de stijfheid wordt net als in het brugdeksysteem gebruik gemaakt van de hoogte van het element. Het sandwichelement dat is afgebeeld in figuur 20 is echter geschikter voor zwaardere belastingen, doordat deze minder op buigspanning wordt belast. In het gastcollege van mevrouw Tromp werd aangegeven dat verschillende sluisdeuren door middel van hetzelfde principe als het brugdekelement van figuur 27 wordt uitgevoerd. De brugdekplanken worden hiervoor verticaal geplaatst, waardoor de stijve ribben verticaal in het element lopen. Mevrouw Tromp geeft als voordeel van de composieten sluisdeuren aan dat deze corrosiebestendig zijn en zij aan weinig krachtsverlies onderhevig zijn tijdens hun levensduur in het water. Strippen en kabels Om in de bouw stabiliteitskrachten op te kunnen vangen of hangende constructies te ontwikkelen worden met name in de civiel technische sector composieten strippen en kabels toegepast. Aramide kabels worden veel toegepast in tuigage van bruggen of in hijskabels. De aramide kabels zijn niet per definitie composieten kabels, doordat hier geen kunststof aan toe is gevoegd. Wel kan aramide als grondstof[2] voor composiet dragen.


29 Pagina.....

Bekistingselement Andere toepassingen waarbij composiet nog maar weinig worden toegepast zijn bekistingselementen. Voor de Uyllanderbrug zijn bijvoorbeeld composietpanelen als verloren bekisting gebruikt. Voordeel hiervan was dat de bekisting direct de afwerking van de brug vormde. In figuur 28 is de bekistingsonderzijde van de brug nog in het zicht. Verder is de composiet beter bestand tegen weersinvloeden dan beton en staal, waardoor geen Figuur 28 (links): Zichtzijde composieten bekisting. Figuur 29 onderhoud aan de onderzijde van de brug hoeft (rechts): Bovenzijde composieten bekistingspanelen voor het plaatst te vinden. In figuur 29 zijn de composieten storten. Overgenomen van: (Poly Products B.V., 2016) bekistingpanelen voor het storten weergegeven. De composieten panelen hadden bij het storten van het beton een constructieve functie en diende een belasting van 800 kg/m2 te kunnen weerstaan. Deze functie als verloren bekisting kan composiet ook in bouwkundige toepassingen zeer goed vertegenwoordigen. Voornamelijk bij kolommen die om esthetische redenen om veel vormvrijheid vragen, kunnen middels een composieten bekisting worden uitgevoerd. De drukkrachten in de kolom zullen door middel van het gestorte beton in de kolom worden opgevangen.

Verbindingen Er zijn verschillende verbindingsmogelijkheden ontwikkeld om composiet onderling en met verschillende materialen te verbinden. Deze verbindingsmogelijkheden bestaan uit mechanische en lijmverbindingen. De meest toegepaste lijmverbindingen bestaan uit thermoplastische lijm, tweecomponentenlijmen en lijmoplossingen die de elementen direct met elkaar verlijmd. Verder kan ook gebruik worden gemaakt van vezel versterkte strippen die over de naad tussen de elementen wordt gelegd en verlijmd.

Figuur 30: T-bout verbinding. (Nijssen, 2015)

Mechanische verbindingen bestaan uit bouten, schroeven, inserts, klinken en draadstangverbindingen. ‘Bouten worden meestal loodrecht op het vlak aangebracht in laminaten, maar bij dikke laminaten is het ook mogelijk geen verbinding in het laminaatvlak aan te brengen door gebruik te maken van T-bouten en inserts.’ (Nijssen, 2015) Bij inserts wordt in het laminaat[5] een ander materiaal aangebracht om het te verbinden middel in het laminaat te kunnen bevestigen. Ook is het hierdoor mogelijk om de spanning van het verbindingsmiddel beter te kunnen verdelen. Bijvoorbeeld een stalen huls om hier een draadstang in te draaien. In afbeeldingen 30 en 31 worden een T-bout en insert weergegeven. De insert kan vooraf in het laminaat worden verwerkt of na de opbouw van het laminaat worden verlijmd. In bijlage 1.6 wordt een verdere theorie gegeven over Figuur 31: Insert verbindingen. Links: vooraf geplaats, verbindingsmogelijkheden en de consequenties die rechts na vorming van laminaat verlijmd. (Nijssen, verbindingen met zich mee brengen. 2015)


Pagina..... 30

Conclusie hoofdstuk 3 ‘Wat zijn de huidige toepassingen in de bouw met composiet en van welke goede eigenschappen worden hierbij gebruik gemaakt?’

In hoofdstuk 3 is antwoord gegeven op de vraag: ‘Wat zijn de huidige toepassingen in de bouwsector met composiet en van welke goede eigenschappen worden hierbij gebruik gemaakt?’ Hier kwam uit voort dat composieten in de bouw voornamelijk als dak-, gevel- of balkonelementen worden toegepast. Voordelen die het materiaal in deze elementen biedt zijn de vormvrijheid, het lichte materiaalgewicht, de hoge thermische isolatie en elegante uitstraling van het materiaal. Constructief wordt het materiaal nog niet tot nauwelijks ingezet als constructiemateriaal. De hoofddraagconstructie van een woning in Nederland is door middel van composieten sandwichelementen uitgevoerd. In de civiel technische sector worden de profielen sandwichelementen al veelvuldig toegepast in verschillende brugconstructies. Composiet biedt hierin de eigenschap dat het materiaal corrosie bestendig is en weinig onderhoud vraagt. Het is echter de vraag of composiet als profielen sandwichelement ook in de juiste constructievorm gebruikt wordt. In de elementen wordt gebruik gemaakt van een constructie hoogte dat ook voor composieten constructies benodigd is om voldoende stijfheid te genereren. Toch zijn volgens mevrouw Tromp schaalconstructies geschikter voor het materiaal composiet, doordat het materiaal hierbij minder op drukkrachten wordt belast.

31 Pagina.....

41 DUURZAAM [Datum]

Hoofdstuk 4

Composiet in een duurzame constructie

‘In hoeverre kan met composiet een duurzame constructie worden opgezet?’

In de aanleiding van dit onderzoek is het belang van het opzetten van duurzame constructies besproken. Hierin werd aangegeven dat niet alleen de duurzaamheid van materialen van invloed zijn op de duurzaamheid van de constructie. In de onderstaande deelvragen wordt bekeken wat duurzaam construeren inhoudt en of dit ook mogelijk is met het materiaal composiet. Verder wordt de vraag beantwoord of composiet ook daadwerkelijk als constructiemateriaal te gebruiken is.

4.1

Duurzame constructie

‘Wat is een duurzame constructie?’

Bij duurzaam construeren is het van belang dat de toepassing van primaire eindige grondstoffen wordt verminderd en de kwaliteit van bouwmaterialen wordt bevorderd. Deze punten komen voort uit de richtlijnen die door ir. Remko Wiltjer en ir. Pim Peters in 2009 in het vakblad Cement zijn gepubliceerd. Middels deze richtlijnen wordt in dit hoofdstuk beantwoordt hoe een duurzame constructie gevormd kan worden. Door gebruik te maken van het hierboven besproken artikel ‘Duurzaam Construeren’ wordt daarnaast ook aangegeven hoe de richtlijnen geïnterpreteerd dienen te worden.

Duurzaamheid Wanneer het begrip duurzaam construeren wordt gebruikt dan kan duurzaamheid vanuit twee Engelse termen worden gedefinieerd. Dit zijn de termen: - Durable; ook wel de levensduur van het gebouw - Sustainable; de invloed die het materiaal op het milieu uitoefent De heer Adriaanssen geeft in zijn column op de website duurzaamgebouwd.nl aan dat het voor de term ‘Durable’ van belang is dat ‘de verwachte functionele levensduur van een gebouw moet worden afgestemd op de technische- en economische levensduur.’ Ongeldige bron opgegeven. Een voorbeeld van gebouwen die technisch nog in orde zijn, zijn de leegstaande kantoorpanden. Deze staan leeg doordat zij functioneel zijn verouderd en niet zijn ontworpen met een gedachte over de levensduur van het gebouw. Zo geeft Adriaanssen aan; ‘Ook al wordt het gebouw duurzaam gesloopt. De milieubelasting van het maken van het gebouw is namelijk zo hoog dat dit - over de gehele gebruiksduur - in grote mate de totale duurzaamheid bepaalt.’ Ongeldige bron opgegeven. Deze kreet geeft daarmee ook de volgende term ‘Sustainable’ weer. Deze term geeft aan wat de milieu-impact is voor de productie en transport van het materiaal.

Richtlijnen duurzaam construeren De richtlijnen voor duurzaam construeren nemen beide punten, dus zowel durable als sustainable, mee. De richtlijnen die hiernaast in figuur 32 in het kader staan aangegeven, richten zich zowel op het bepalen van een duurzame materiaalkeuze als op het ontwikkelen van een duurzaam constructief ontwerp.

Duurzaam Construeren 1 verleng de levensduur van gebouwen 2 beperk het materiaalgebruik 3 gebruik duurzame materialen 4 houd rekening met de milieu-impact van (bouw)logistiek en transport 5 gebruik de constructie voor meer dan alleen ‘dragen’ Figuur 32: Richtlijnen duurzaam construeren. Aangepast overgenomen van: (ir. Wiltjer, Remko en ir. Peters, Pim, 2009)

41 DUURZAAM [Datum]

Pagina..... 32

Verlengen van de levensduur Het verlengen van de levensduur van gebouwen omvat verschillende punten om dit te bereiken. Zo kan de constructie van een bestaand leegstaand gebouw hergebruikt worden door hier zo nodig aanpassingen aan te doen of door deze te versterken. Hierna kan een nieuwe gebruiker het gebouw voor nog enkele jaren gebruiken, zonder dat het gebouw vroegtijdig gesloopt moet worden. Ander punt om de levensduur van gebouwen te verbeteren is om het gebouw toekomstbestendig te ontwerpen. Hierop is het casus ontwerp van toepassing. Het gebouw dient een flexibele indeling te bevatten met een kolomconstructie, zodat de ruimten voor een toekomstige opdrachtgever heringedeeld kunnen worden. Daarnaast dient het gebouw te zijn voorbereid op een mogelijk toekomstige splitsing van het gebouw. Op deze manier kunnen meerdere functies in het gebouw worden gevestigd, wanneer de opdrachtgever het gebouw verlaat en er geen koper is die het gehele gebouw wil gebruiken. Deze mogelijkheid tot splitsing vraagt ook om splitsingsmogelijkheden binnen de constructie. Voor een onderzoek naar de splitsingsmogelijkheden binnen het casus ontwerp wordt verwezen naar het onderzoek van de heer Veldhuis ‘Toekomstige functieverandering meenemen in ontwerpfase’. Andere mogelijkheden om rekening te houden met de toekomstbestendigheid van het gebouw zijn het nauwkeurig kiezen van een stramienmaat en wellicht vervangbaar maken van gebouwonderdelen. Voor het vervangbaar maken van gevelonderdelen wordt verwezen naar het onderzoek van de heer Nijhuis ‘Flexibele gevelsystemen’. Beperk materiaalgebruik Het beperken van het materiaalgebruik in de constructie is onderhevig aan het soort materiaal dat in de constructie wordt gebruikt en de manier waarop de constructie is ontworpen. Wordt gebruik gemaakt van lichte constructiematerialen, dan heeft dit als consequentie dat de onderliggende constructie en fundatie minder zwaar uitgevoerd hoeven te worden. Daarnaast kan ook worden gekeken naar sterkere constructie materialen in verhouding tot de dichtheid van het constructiemateriaal. IMd geeft in het artikel ‘duurzaam construeren’ bijvoorbeeld aan; ‘composiet en staal zijn even duurzaam maar van dat eerste is nu veel minder nodig’ (ir. Wiltjer, Remko en ir. Peters, Pim, 2009). Met de kennis uit de voorgaande deelvragen is bekend dat composiet een veel hogere sterkte en een laag eigen gewicht heeft ten opzichte dat van staal. Verder is voor het beperken van het materiaal gebruik ook het constructieontwerp van groot belang. Hiervoor is de steun van de architect benodigd, doordat een duurzaam constructie ontwerp van grote invloed kan zijn op indeling van de plattegrond. Zo dienen voor een duurzaam constructief ontwerp alle onderdelen van de draagconstructie boven elkaar te zijn gesitueerd, waardoor minder constructie materiaal benodigd is om de wringing in de constructie op te moeten vangen. Tot slot dienen onnodig grote vloeroverspanningen te worden vermeden, waardoor met name de hoogte van constructieve vloeren en de dikte van kolommen beperkt kan worden. Gebruik duurzame materialen In het onderdeel duurzaam bouwen zijn de twee categorieën durable en sustainable al uiteengezet. Ook voor het gebruik van duurzame materialen gelden deze termen, hierbij gaat het enerzijds om de levensduur en het benodigde onderhoud van het constructie materiaal. Anderzijds gaat het om de invloed die de productie en transport van het materiaal uitoefenen op het milieu. Bij de levensduur van een materiaal is de bestandheid tegen omgevingsinvloeden van groot belang. Dit bepaald mede of met materiaal een levensduur van 50 of 100 jaar kan behalen en de mate waarin onderhoud aan het materiaal benodigd is. Dit is afhankelijk van de bestandheid dat het materiaal biedt tegen omgevingsinvloeden, zoals de weerstand tegen verkleuring door zonlicht, corrosie vocht, vorst, en vermoeiing. Daarnaast is de milieu-impact van de productie ook van invloed op de duurzaamheid van het materiaal. Hierbij wordt getoetst aan de hoeveelheid energie dat benodigd is om het materiaal te produceren. De milieu-impact

4 1 DUURZAAM [Datum]

Pagina..... 33

tussen verschillende materialen kan worden vergeleken middels de energie-inhoud, carton foot print en eco-indicator.2 De milieu-impact van het transport wordt in de volgende alinea meegenomen. Houdt rekening met milieu-impact van bouwlogistiek en transport Als verschil tussen bouwlogistiek en transport geeft Liesbeth Meenink van MKB services aan dat logistiek een alomvattende term is voor verschillende transportstromen van aanvoer tot distributie van goederen. In dit geval mag aangenomen dat bouwlogistiek om het verplaatsen van bouwmaterialen op de bouwplaats gaat. En voor transport geldt dat het gaat om de aanvoer van bouwmaterialen naar de bouwplaats toe en er van af. Voor de milieu-impact van bouwlogistiek en transport geldt dat de afmetingen en het gewicht van het constructie materiaal van invloed zijn op de mate van impact op het milieu. Met name de afmeting van het constructiemateriaal is van invloed op het transport over de weg. Voor grote en zware constructies dienen zwaardere vrachtwagens te worden ingezet met eventueel begeleidend transport. Dit vraagt om een veel grotere milieubelasting dan wanneer van een licht gewicht constructie met kleine afmetingen gebruik wordt gemaakt. Hiervoor dienen ook minder zware voertuigen en kranen te worden ingezet voor het verplaatsen van het bouwmateriaal en zal de milieu-impact voor de bouw van het project dalen. Ook kan worden gestreefd om de afmeting en het gewicht zo te kiezen dat de vrachtwagen met meer onderdelen beladen kan worden, waardoor minder transport in te worden hoeven gezet. Gebruik de constructie voor meer dan ‘dragen’ Bij het integreren van meerdere functies in het constructie element wordt de constructie voor meer dan alleen de functie ‘dragen’ gebruikt. Een voorbeeld van zo’n element waarbij gebruik wordt gemaakt van de integratie van meerdere functies is een sandwichelement. Hierbij worden onder meer de constructieve en bouwfysische functie geïntegreerd in een element. Ook kunnen leidingen en de afwerking in de vorm van steenstrips en houtenpanelen direct op het element worden bevestigd. Door deze integratie is minder materiaal benodigd, dan wanneer de functies van elkaar zouden worden gescheiden buiten het element.

2

In het onderzoek wordt niet verder ingegaan op de drie verschillende vergelijkingsmethoden, doordat dit een te klein belang bedraagt voor het onderzoek.

42 DUURZAAM [Datum]

4.2

34 Pagina.....

Composiet en duurzaam construeren

‘Hoe scoort composiet op de richtlijnen van ir. Remko Wiltjer en ir. Pim Peters om een duurzame constructie te creëren?’

In dit hoofdstuk wordt composiet getoetst aan de richtlijnen voor het duurzaam construeren van een constructie. Met de kennis over de richtlijnen van duurzaam construeren uit hoofdstuk 4.1 en de kennis over de eigenschappen van composiet uit hoofdstuk 2 wordt in dit hoofdstuk bekeken of met composiet duurzaam is te construeren. Voor de beoordeling of composiet voldoet aan de richtlijnen voor duurzaam construeren wordt composiet getoetst aan de onderstaande punten:  Beperk materiaalgebruik  Gebruik duurzame materialen  Houdt rekening met milieu-impact van (bouw)logistiek en transport Op de overige twee richtlijnen heeft het materiaal composiet geen invloed, maar zal tijdens het construeren van het casus ontwerp rekening mee moeten worden gehouden. Beperk materiaal gebruik Uit de eigenschappen van composiet blijkt dat het materiaal een zeer laag eigen gewicht heeft en veel treksterkte kan opvangen. Door de hoge treksterkte kan met weinig constructiemateriaal een grote overspanning worden behaald en door het lage eigen gewicht is geen zware onderliggende constructie of fundatie benodigd. Dit tezamen beperkt het materiaal gebruik van de constructie. Een nadeel van de composiet is de lage stijfheid van het materiaal. Wanneer hier geen rekening mee wordt gehouden, zal dit resulteren in een grote doorbuiging van de constructie. De hoogte van sandwichconstructies bieden daarom voor composieten constructies een zeer geschikte oplossing om meer stijfheid te kunnen bieden. Gebruik duurzame materialen Uit de interviews met de verschillende specialisten, die zijn weergegeven in bijlage 2, blijkt dat hun meningen over de vraag of composiet een duurzaam materiaal is zeer uiteenlopen. Dit in verband met de milieu-impact van de productie van het materiaal. Zo geeft de heer Verbaten van ABT aan dat voor de productie van koolstofvezels veel energie benodigd is. Echter verwijzen de leveranciers Fibercore en Polyproducts naar verschillende documenten die de duurzaamheid van de composiet onderstrepen. Wel moet hierbij als kanttekening worden meegenomen dat zij hier doelen op glasvezel gevormde composieten elementen. In het eerste bestand waarnaar de leveranciers verwijzen wordt de milieuimpact van het materiaal betrokken op de duurzaamheid van het product. Het tweede bestand gaat verder in op de weerstand tegen omgevingsinvloeden. Hieronder worden beide bestanden verder toegelicht. Het eerste bestand bestaat uit een onderzoek welke is weergegeven in bijlage 1.7. Dit onderzoek is uitgevoerd door BECO Groep volgens internationale normen. Andere betrokken hierin waren de opdrachtgevers DSM Composite Resins en FiberCore Europe, met het agentschap van het ministerie van Economische Zaken en Vereniging Kunststof Composieten Nederland. In het onderzoek is de milieuimpact van een glasvezel composiet brug, koolstof composiet brug, betonnen brug en stalen brug vergeleken aan de hand van drie criteria:  Energie-inhoud, ook wel energiebehoefte voor de productie van het materiaal

42 DUURZAAM [Datum]

35 Pagina.....



Carbon footprint, de maatstaf voor de invloed van menselijke activiteit op het milieu uitgedrukt in de hoeveelheid broeikasgassen  Eco-indicator, weergave van de totale milieubelasting van een product over de gehele levenscyclus Uit het onderzoek blijkt dat glasvezel composiet bruggen in alle drie de criteria twee tot vijf keer beter scoren dan de overige drie bruggen. Zoals de heer Verbaten in het interview van 27-11-2015 al aangaf, blijkt ook uit het onderzoek dat voor de productie van koolstof veel energie benodigd is. De energieinhoud voor de productie van een koolstofbrug is dus even slecht of nog slechter dan dat van een betonnen of stalen brug. De levensduur van een composieten brug is echter 100 jaar, ten opzichte van een betonnen en stalen brug die na 50 jaar zijn afgeschreven. Hierdoor zal de carbon footprint en ecoindicator van een koolstof composieten brug alsnog hoger uitvallen dan van de traditionele bruggen. Wanneer wordt gekeken naar de duurzaamheid in relatie met de omgevingsinvloeden kan uit het BRE rapport ‘Fibre reinforced polymers in Construction: durability’ het volgende worden geconcludeerd. Composieten hebben in een buitenklimaat een gebruiksduur van 60 tot 100 jaar, mits zij op de juiste wijze worden geproduceerd. In het rapport wordt aangegeven dat composiet goed bestand is tegen vocht, zonlicht en vorst. Wel is het van essentieel belang dat de composiet wat rechtstreeks is verbonden aan het buitenklimaat regelmatig wordt schoongemaakt om de kleur en glans van het materiaal te behouden, zoals op pagina’s 2 en 3 van het rapport in bijlage 1.8 worden aangegeven. Naast schoonmaak is verder onderhoud aan het materiaal niet benodigd. Een belangrijk punt van aandacht binnen de composietenbranche is de einde-leven fase van het materiaal. De mogelijkheden voor hergebruik of recycling van composiet zijn beduidend minder dan voor traditionele constructiematerialen. Hergebruik van composiet is al wel mogelijk door het materiaal van hoogwaardige naar laagwaardigere toepassingen te gebruiken. Op deze manier verandert de toepassing van zware verkeersbruggen naar een lagere verkeersklasse. Ook kunnen bestaande composieten producten in meerdere onderdelen worden gesplitst, zoals de heer Ter Laak in het interview van 05-112015 aangaf. Op deze manier kunnen de resterende I-profielen en plaatmaterialen uit windmolenwieken gebruikt worden in laagwaardigere toepassingen. Voor recycling zijn echter beperkte mogelijkheden. Momenteel kan de composiet worden toegepast als vulstof, versterker of brandvertrager in een ander materiaal. Verder kan het omgesmolten en geperst worden in een nieuwe vorm of kan het materiaal verbrand worden in cementovens, zoals de heer Ter Laak in het interview ook al aangaf. De vezels zullen dan als versterking van het cement dienen en de hars zorgt voor extra verbrandingsenergie. De composietenbranche erkent deze problemen en is al enige maanden bezig met het ontwikkelen van mogelijkheden hiervoor. Houdt rekening met milieu-impact van (bouw)logistiek en transport Voor de milieu-impact van de bouwlogistiek en transport van het materiaal is het gewicht van groot belang. Het voordeel dat composiet hierin biedt, is dat door het lage productgewicht een minder zware bouwkraan benodigd is om het materiaal te hijsen. Verder zijn er minder transport voertuigen benodigd om het materiaal van fabriek naar bouwplaats te vervoeren, doordat het materiaal minder gewicht bevat. Hierdoor kunnen meer platen of profielen op de vrachtwagen worden geladen voordat het maximale transportgewicht is bereikt. Verder zal de vrachtwagen minder brandstof uitstoten wanneer deze minder zwaarbeladen is, doordat er minder wrijving op het wegdek plaatsvindt. Deze drie voordelen tezamen zorgen voor een lagere milieu-impact van de logistiek en het transport van het materiaal.

43 DUURZAAM [Datum]

4.3

Pagina..... 36

Composiet als constructiemateriaal

‘In hoeverre is composiet geschikt als constructiemateriaal in de bouw?’

Voor de bewijsvoering of composiet geschikt is als constructiemateriaal in de bouw, wordt gebruik gemaakt van de kennis die in de voorgaande deelvragen is opgedaan. Zo zal worden bekeken welke materiaaleigenschappen van belang zijn om als constructiemateriaal te kunnen dienen en welke eigenschappen van composiet hierop aanvullen of composiet hier te kort in schieten. Verder zal worden ingegaan op de huidige toepassingen met composiet, zal de visie van specialisten worden gehoord en naar de betrouwbaarheid van het materiaal worden gekeken.

Eigenschappen Composiet is dus een vrij ‘nieuw’ materiaal wat is geïnspireerd op een bekend traditioneel bouwproduct dat al eeuwen wordt toegepast, namelijk hout. In hoofdstuk 2 werd al benadrukt dat zowel hout als composiet anisotrope en niet homogene materialen zijn. Hout bewijst al jaren dat het een betrouwbaar product voor vele constructies is, waarbij er geen belemmering is om een materiaal met deze eigenschappen als constructiemateriaal toe te passen. Wel zal voor composiet tijdens het dimensioneren, berekenen, produceren en testen van het product rekening met deze eigenschappen moeten worden gehouden. Verder bleek al uit hoofdstuk 1.2 dat het mogelijk is om met composiet een quasi-isotroop[6] product te vervaardigen, doordat de specialist zelf kan bepalen hoe de vezellagen georiënteerd dienen te worden. Door het aanpassen van de oriëntatie van de vezellagen en de soorten grondstoffen bleek uit hoofdstuk 1.2 dat de eigenschappen van het product gewijzigd kunnen worden. De eigenschappen die van belang zijn om een materiaal als constructiemateriaal te kunnen gebruiken zijn:  Hoge sterkte voor het opvangen van spanningen  Voldoende stijfheid tegen elastische vervorming  Weinig vervorming en vermoeiing over een lange levensduur  Voldoende knikvorming bij lang en slank elementen kunnen tegengaan Uit hoofdstuk 2 bleek al dat composiet zeer goed presteert onder trek- en drukkrachten. In vergelijk tot een stalen profiel kan een composieten profiel van glasvezel wel vijf keer meer treksterkte bieden. De stijfheid van composiet is echter wel relatief laag ten opzichte van bekende bouwmaterialen. Dit in samenhang met het feit dat weinig materiaal benodigd is om voldoende treksterkte te kunnen bieden, betekend dat composiet vaak over gedimensioneerd wordt om voldoende stijfheid te kunnen behalen. Hele slanke vormen zijn dus niet mogelijk doordat composiet de elastische vervorming hiervan niet kan weerstaan. Hiermee zal rekening moeten worden gehouden tijdens de dimensionering van het materiaal, door ribben toe te voegen die de traagheidseigenschappen van het product verbeteren. Ondanks de grovere dimensionering kan door de grote vormvrijheid van composiet wel dynamische vormen worden geproduceerd. In figuur 33 is weergegeven hoe de vorm Figuur 33: Brug gevormd naar van de momentlijn zich uit in een brugconstructie. momentenlijn van constructie. (A M Structures, 2016)

43 DUURZAAM [Datum]

Pagina..... 37

Verder dient er in de constructie over langdurige tijd geen vervorming of breuk te ontstaan. Composiet kan goed omgaan met wisselende en constante belastingen. In hoofdstuk 2 werd al aangegeven dat voor beide belastinggevallen rekening dient te worden gehouden met de oriëntatie van de vezels. Verder is er geen enkele belemmering voor de toepassingen van composiet over verschillende soorten belastingen. Voor het geval knik werd in hoofdstuk 2 aangegeven dat composiet hier op dezelfde manier mee omgaat als andere constructiematerialen. Wat betekend dat de kniklengte voor lange slanke op druk belaste kolommen verkleind dient te worden. Composiet biedt hierin als voordeel dat kolommen gevuld kunnen worden met extra constructie materiaal of een schuim wat uitknikken voorkomt. In het interview met de heer Polling van 13-01-2015 wordt aangegeven CTC-group op dezelfde manier omgaat met het uitknikken van op druk belaste kolommen of elementen.

Toepassingen In hoofdstuk 3 is naar de toepassingen gekeken die composiet momenteel in bouwkundige werkzaamheden biedt. Allereerst is gekeken naar de wijze waarop composiet momenteel wordt toegepast in de bouw. Anderzijds is gekeken naar de bouwkundig relevante toepassingen, waarbij de functie overeenkomt met dat van composiet als constructieve functie. Uit de toepassing van composiet in de bouw blijkt dat het materiaal gebruik van composiet in de bouw momenteel gestaag toeneemt. Als constructieve functie worden al wel balkonelementen van composiet geproduceerd in verband met het lage gewicht, nihil thermische warmte geleiding en de hoge sterkte. Daarnaast is composiet één keer in Nederland gebruikt als constructieve toepassing, waarbij composieten sandwichpanelen als wand-, vloeren dakelementen voor een woning zijn gebruikt. De producent geeft echter in het hoofdstuk aan dat hierbij nog geen rekening is gehouden met bouwkundige eigenschappen, zoals akoestiek en trilling van de elementen. Uit het tweede geval blijkt dat composiet in de bruggenbouw zeer goed omgaat met de dragende functie bij grote overspanning, waarbij een nihil doorbuiging dient plaats te vinden. De overspanning en nihil doorbuiging komen grotendeels overeen met de constructieve functie van het materiaal in de bouw. De overspanningen voor bouwproducten en de belastingen die hierop rusten zijn daarbij in de bouw kleiner, wat gunstiger is voor het materiaal. Verder zijn inmiddels al vele composieten profielen en sandwichpanelen te verkrijgen. Deze getuigen dat composiet al veelvuldig als constructiemateriaal in verschillende sectoren wordt gebruikt.

Visie specialisten Wanneer bedrijven worden gevraagd die composiet produceren en toepassingen hierin aanbieden geven zij allen aan dat het wel mogelijk is om bouwconstructies in composiet uit te voeren. Zo geeft de heer Ter Laak van CTC-group in het interview van 05-11-2015 aan dat hier zeker geen probleem toe is, doordat composieten constructies in andere toepassingen veel zwaarder worden belast. Zo zijn de wieken van windturbines en brugconstructies aan veel hogere en langdurigere belastingen onderhevig, dan de constructie van een gebouw. Ook de heer Van Hattum geeft in het interview van 04-11-2015 aan dat in principe alles mogelijk is in composiet. Alleen moet altijd de afweging worden gemaakt of de toepassing ook nuttig is in composiet en moet de sector zich ook op het nieuwe materiaal willen aanpassen. Thermisch en constructief zullen er

43 DUURZAAM [Datum]

38 Pagina.....

geen problemen zijn om composiet te gebruiken. Wel blijft het waarborgen van de akoestiek een ingewikkeld punt bij composieten constructies. Verder zou het volgens de heer Van Hattum, mevrouw Tromp en de heer Ter Laak zeer positief zijn als er een norm voor het construeren met composiet uit wordt gebracht. Dit moet een positieve bijdrage leveren voor een grootschaliger gebruik van composiet in de bouw. De norm zal er volgens hen voor zorgen dat de toegankelijkheid en betrouwbaarheid voor het gebruik van het product wordt vergroot.

Betrouwbaarheid product In tegenstelling tot een norm is er al wel een CUR-aanbeveling 96 beschikbaar. Deze geeft richtlijnen voor het construeren met glasvezelversterkte kunststoffen in civieltechnische constructies. In deze CUR wordt verder ingegaan op de veiligheidsfactoren waarmee rekening moet worden gehouden. Hierbij moet onderscheid worden gemaakt in belastingveiligheidsfactoren, die afhankelijk zijn van de belasting en de constructie. En in materiaalveiligheidsfactoren die over het algemeen aanzienlijk hoger zijn, dan bij metalen, doordat composieten uit meerdere onderdelen zijn opgebouwd. ‘Onzekerheden in de representatieve belastingen worden in rekening gebracht door middel van een belastingfactor. Onzekerheden in de representatieve materiaaleigenschappen (onder ander sterkte en stijfheid) worden in rekening gebracht door middel van een materiaalfactor. De specifieke conversiefactor voor vezel versterkte kunststoffen verdisconteert voorziene effecten van temperatuur, tijd, omgevingsinvloeden (vocht, zinlicht) tijdsduur van de belasting en cyclische belasting op de materiaaleigenschappen. De conversiefactor kan per type belasting (korte- of lange duur) verschillend zijn.’ (CUR-commissie C 124, 2003) In deze normen is dus de kans op het ontstaan van brosse breuk meegenomen. Door het gebruik van een CUR wordt het materiaal betrouwbaarder om als constructiemateriaal toe te passen.

4 DUURZAAM [Datum]

Pagina..... 39

Conclusie hoofdstuk 4 ‘In hoeverre kan met composiet een duurzame constructie worden opgezet?’

Uit hoofdstuk 4.1 komt voort dat voor een duurzame constructie rekening moet worden gehouden met het gebruik van een kleine hoeveelheid primair eindige grondstoffen en de bevordering van de kwaliteit van bouwmaterialen. De richtlijnen van de heren Wiltjer en Peters schrijven voor dat zowel het ontwerp als het soort materiaal bijdragen aan de duurzaamheid van de constructie. Voor het ontwerp geldt onder meer dat gebruik dient te worden gemaakt van een toekomstbestendig constructie ontwerp met: o Flexibele indeling o Rekening gehouden met mogelijke splitsingen o Nauwkeurige bepaling stramienmaat o Gebruik makende van vervangbare onderdelen Verder dient het materiaalgebruik te worden beperkt door in het ontwerp de dragende elementen boven elkaar te stapelen en geen gebruik te maken van onnodig grote vloeroverspanningen. Ook bevorderd het gebruik van lichte constructiematerialen met een hoge sterkte de vermindering van het te gebruiken constructiemateriaal. Uit hoofdstuk 4.2 blijkt dat het materiaal hier zeer goed op inspeelt door zijn eigenschap als sterk en licht constructiemateriaal. Daarnaast levert het lage gewicht van composiet ook een positieve bijdrage aan de milieu-impact voor (bouw)logistiek en transport. Wel moet rekening worden gehouden met de grootte van de materialen ten behoeve van het transport. Tot slot schrijven de richtlijnen voor duurzaam construeren voor dat rekening met worden gehouden met dat milieu-impact voor de productie van het constructiemateriaal en de hoeveelheid onderhoud dat het materiaal vergt. De milieu-impact voor de productie van composiet verschilt per grondstof. Koolstofvezels zijn een grotere vervuiler dan glasvezels door de hoeveelheid energie dat benodigd is om koolstofvezels te produceren. Hierdoor zal er een voorkeur zijn om glasvezels te gebruiken voor een duurzaam constructie ontwerp. Door het materiaal weinig onderhoud benodigd is en resistent is tegen vorst, verkleuring en corrosie, stijgt de duurzaamheid van het materiaal vors. Wel is het van groot belang dat de mogelijkheden voor hergebruik en recycling van composiet verder worden ontwikkeld. Hieruit mag geconcludeerd worden dat composiet een duurzaam materiaal is om mee te construeren. Wordt dan ook gekeken naar de eigenschappen van composiet, de toepassing waarvoor composiet tegenwoordig wordt gebruikt en de visie van de specialisten, dan komt nadrukkelijk naar voren dat er geen belemmering is om composiet als constructiemateriaal toe te passen. Als ondersteuning geeft hoofdstuk 4.3 hierbij aan dat voor de betrouwbaarheid van het materiaal de CUR 96 mag worden gebruikt. Wel wordt het door de specialisten als belangrijk punt gezien dat er alsnog een norm voor het construeren met composiet wordt uitgegeven om de toepassing van composiet als constructiemateriaal toegankelijker te maken.

Pagina..... 40

5 ONTWERP [Datum]

Hoofdstuk 5

Composieten constructie ontwerp

‘Hoe uiten de goede eigenschappen van composiet zich in een duurzaam constructie ontwerp van het Techniekhuis?’

In het constructieontwerp is ervoor gekozen om alle bekende vloer-, wanden kolomaansluitingen los te laten en hiervoor in de plaats terug te gaan naar de basis vereisten voor een flexibele constructie opzet. Dit bestaat uit een kolom gedragen vloer, die zijn belasting spreidt middels balken en stabiliteit haalt uit een gebogen structuur of een stijve wand. Dit samen vormde de uitgangspunten voor het ontwerp. Daarnaast is in het ontwerp rekening gehouden met de duurzaamheidsrichtlijnen uit hoofdstuk 4.1 en met de eigenschappen van composiet uit hoofdstuk 2.

De goede eigenschappen van composiet, de richtlijnen voor het duurzaam construeren en de eisen die aan de constructie van het Techniekhuis zijn gesteld, zijn hieronder in de kaders weergegeven. Opvallend is dat veel punten met elkaar overeenkomen. Daarmee wordt bedoeld dat de eigenschappen van composiet enkele richtlijnen voor het duurzaam construeren al aanvullen. En dit zelfde geldt voor de duurzaamheidsrichtlijnen, die al voldoen aan de eisen voor de constructie. Goede eigenschappen composiet  Licht gewicht  Hoge sterkte  Vormvrijheid  Weinig onderhoud  Lange levensduur  Integratie van meerdere functies

Richtlijnen duurzaam construeren  Beperken materiaalgebruik  Rekening houden met transport afmetingen  Toekomstbestendig ontwerpen (flexibel)  Duurzaam materiaal

Eisen ontwerp Techniekhuis  Verdiepingshoogte 8 meter  Flexibele indeling zonder kern/wanden  Beperken aantal kolommen  Duurzaam gebouw  Constructie in het zicht

In het constructie ontwerp is voor een boomstructuur gekozen, waarbij vloerelementen op de armen van de boomstructuur worden gelegd. De losse vloerelementen vormen een stijf vloerveld door de kabels die de elementen onderling verbindt. Door de momentvaste verbinding in de kruin van de boom zijn geen vaste kernen, windverbanden of stijve wandelementen benodigd om de stabiliteitskrachten op te kunnen vangen. De vloerelementen en boomstructuur zijn hierbij volledig van composiet gemaakt. Het presentatieboek uit bijlage 4.1 geeft afbeeldingen van het ontwerp en de constructieve verantwoording weer. De gang van zaken tijdens het ontwerpen is in het ontwerpdossier in bijlage 4.2 vastgelegd. Hierin wordt aangegeven tegen welke knelpunten tijdens het ontwerpen is aangelopen en welke afwegingen zijn gemaakt om tot een oplossing te komen. De partner CTC-group heeft tijdens het ontwerptraject een kleine controle gedaan om te bekijken of het ontwerp en de dimensionering productie- en materiaal technisch haalbaar is. De heer Polling gaf aan dat productie van het ontwerp niet tot directe problemen zal leiden en de composiet niet onder deze vorm bezwijkt, wel dienden een aantal punten te worden aangepast om bijvoorbeeld de doorbuiging te

41 Pagina.....

5 ONTWERP [Datum]

verminderen. De bevindingen van meneer Polling worden in het interview in bijlage 2 interview 13 weergegeven. Om aan te tonen dat het ontwerp voldoet aan de punten uit de kaders van de vorige pagina, is hieronder in figuur 34 het ontwerp weergegeven. In de kaders rondom het ontwerp wordt aangegeven welke onderdelen uit het ontwerp overeenkomen met de eigenschappen van composiet, de richtlijnen voor duurzaam construeren en de eisen voor het ontwerp van het Techniekhuis. Kabels

Kruin

 Composiet integratie van meerdere functies  Rekening gehouden met milieu-kosten transport

 Vormvrijheid composiet  Toekomst bestendig ontwerpen (flexibel)

Duurzaam materiaal Grote vloeroverspanning en lange armen  Licht gewicht composiet  Grote sterkte composiet  Beperkt kolommen en materiaalgebruik  Esthetica ontwerp

8 meter

 Glasvezel lage milieukosten productie  Lange levensduur  Weinig onderhoud

Constructiehoogte  8 meter

Figuur 34: Constructie ontwerp composiet boomstructuur

In de kaders naast figuur 34 zijn een aantal voordelen van composiet benoemd die terug komen in het duurzame constructie ontwerp. Allereerst dient voor het verminderen van de milieubelasting van het transport rekening te worden gehouden met afmetingen van de composieten elementen. In het ontwerp is met smalle en lange elementen gewerkt, die onderling worden gekoppeld. Door de eigenschap dat meerdere functies en onderdelen in het composieten elementen geïntegreerd kunnen worden, zijn er hulzen in het composieten element opgenomen waardoor kabels worden geregen. Tijdens montage worden de vloerelementen op spanning gezet en vormen zij een stijf vloerveld. De grote overspanningen van de armen van de boomstructuur zijn mogelijk door het lichte gewicht van de composieten vloerelementen en de hoge sterkte van composiet in de armen van de boomstructuur. Door deze grote overspanningen is het aantal kolommen op de plattegrond beperkt. Verder is de constructie van de boomstructuur zichtbaar, wat ook een wens was in het ontwerp van de architect. De vormvrijheid van het materiaal en de productiemethoden laten het toe om de kruin, het middenstuk van de boomstructuur, te produceren uit één element. Hierbij is voor een maximale breedte van drie meter gekozen in verband met transport afmetingen. Door middel van de productie van de kruin uit één element is een toekomstbestendig ontwerp met volledige vormvrijheid mogelijk, doordat geen gebruik hoeft te worden gemaakt van vaste kernen of stijve wanden. Tot slot is composiet een duurzamer materiaal dan beton en staal, zoals dit in hoofdstuk 4.3 al is aangegeven. Verder is de levensduur van het materiaal hoog en is er weinig onderhoud benodigd.

42 Pagina.....

CONCLUSIE [Datum]

Conclusie In de inleiding is al genoemd dat een duurzame constructie als startpunt dient voor een duurzaam gebouw. Composiet werd hierin als een even duurzaam materiaal bestempeld net als staal, alleen de materiaal behoefte voor composiet is lager. In 2012 gaf de heer Wegman in een corporate blog van Heijmans aan dat composiet het bouwmateriaal van de toekomst is. Middels de onderstaande hoofdvraag is in het onderzoek een antwoord gegeven op de vraag hoe composiet een bijdrage kan leveren aan een nieuwe duurzame constructievorm. ‘Hoe kunnen de goede eigenschappen van composiet toegepast worden in een nieuwe duurzame constructievorm?’ In hoofdstuk 5 wordt grotendeels al een antwoord gegeven op de vraag hoe een nieuwe duurzame constructie gevormd kan worden door middel van de goede eigenschappen van composiet. Deze vorm bestaat voornamelijk door gebruik te maken van de vormvrijheid van composiet om een geheel flexibele plattegrond te kunnen ontwerpen. Daarnaast kunnen door middel van kabels de licht gewicht vloerelementen op spanning worden gebracht, waarmee een zeer groot vloerveld kan worden bereikt. Hierbij wordt niet onnodig veel constructiemateriaal toegepast en zullen de milieu-kosten voor transport laag blijven. De constructie uit hoofdstuk 5 is ontworpen aan de hand van de eisen voor het Techniekhuis. Doordat deze constructie een eenvoudige basis vorm heeft kan het in iedere andere bouwconstructie ook worden toegepast. Hiervoor geldt wel dat de voorkeur uitgaat naar een toepassing in de utiliteitsbouw vanwege de hoge verdiepingshoogte waarvoor de constructie is ontworpen en de kromming die in de kruin van het ontwerp voor komt. De constructie is verder het meest geschikt daar waar veel toekomstbestendigheid van het gebouw wordt gevraagd met het oog op totale flexibiliteit voor de indeling van ruimten. Als voor een andere constructievorm wordt gekozen, is het van belang dat de volgende punten richtlijnen vormen voor het constructie ontwerp. Deze punten zijn gebaseerd op de richtlijnen voor het duurzaam construeren en het gebruik van de goede eigenschappen van composiet.  Voor een toekomstbestendig ontwerp en het gebruik van de vormvrijheid van composiet dienen momentvaste verbindingen in het ontwerp te worden opgenomen.  Voor een flexibel ontwerp en door gebruik te maken van het lichte materiaalgewicht en de hoge sterkte van composiet zijn grote overspanning te genereren, zonder dat hier onnodig veel materiaal voor hoeft te worden gebruikt. Let hierbij wel op de lage stijfheid van composiet.  Om milieu-kosten voor transport te verminderen dienen kleine licht gewicht composieten elementen te worden geproduceerd. Deze worden op de bouwplaats gekoppeld.  Meerdere systemen of functies integreren in het composieten element.

AANBEVELINGEN [Datum]

43 Pagina.....

Aanbevelingen Om het nieuwe composieten constructie ontwerp toe te willen passen als gebouwconstructie dienen nog vele onderzoeken te worden verricht. Hierbij gaat het voornamelijk om vervolgonderzoeken voor het verder ontwikkelen van de composieten constructie. Hieronder is eerst een vervolgonderzoek beschreven welke betrekking heeft op de milieu-kosten voor een gebouw. Vervolgonderzoek met betrekking op milieu-kosten gebouw Het doel voor de toepassing van composiet als constructiemateriaal is om een duurzame constructie te kunnen ontwikkelen. Om ook echt na te kunnen gaan of de duurzaamheidsrichtlijnen en de toepassing van composiet de milieu-kosten van het gebouw hebben teruggedrongen zou hiervoor eerst een vervolgonderzoek gestart kunnen worden. Aan de hand van dit onderzoek kan worden bepaald of het ook de moeite waard is om een duurzame composieten constructie te ontwerpen en dat er voldoende maatregelen zijn genomen om de duurzaamheid van de constructie te garanderen. Vervolg onderzoek met betrekking op nieuw constructie ontwerp Het eerste deel van een vervolgonderzoek bestaat uit een marktonderzoek over de vraag of opdrachtgevers, architecten en composiet specialisten interesse hebben in een dergelijk composieten constructie. De gecommitteerden en de partner CTC-group hebben tijdens het onderzoek al aangegeven enthousiast te zijn over de constructie. Een verder marktonderzoek moet uitwijzen of dit enthousiasme ook voldoende is om de hieronder staande volgonderzoeken relevant te laten zijn. In het ontwerp is uitgegaan van glasvezel versterkte epoxy elementen welke hand gelamineerd worden om het gebouw brandveilig uit te kunnen voeren. Echter zou het beter zijn om fenolharsen toe te passen met een vacuüminjectie techniek, waarmee een hogere brandveiligheid kan worden behaald met een betrouwbaardere vervaardigingsmethode[10]. Echter zijn hier nog weinig constructieve eigenschappen over bekend, waardoor in het onderzoek ervoor is gekozen om niet met dit materiaal soort en productiemethode te werken. In een vervolgonderzoek zouden de mogelijkheden en relevantie van fenolharsen bekeken kunnen worden. Verder is het voor de duurzaamheid van de constructie van belang dat naar het hergebruik en de recycling van het materiaal wordt gekeken. Hiervoor is in hoofdstuk 4.2 een korte toelichting gegeven, maar zijn de ontwikkelingen op dit gebied nog in volle gang waarvoor een vervolgonderzoek nog grote uitkomsten kan bieden. Ook is er nog weinig bekend over de geluidsisolatie en trilling van composietvloerelementen. In hoofdstuk 2 en in het ontwerpdossier in bijlage 4.2 zijn wel de eerste maatregelen genoemd tegen geluiden trillingsoverlast. Voor deze punten zal nog een geheel onderzoek moeten worden opgestart, doordat in andere sectoren waarvoor composiet momenteel wordt toegepast geen rekening wordt gehouden met deze twee aspecten. Ook in de volledig uit composiet vervaardigde woning is geen rekening gehouden met de aspecten trilling en geluid. Verder is het voor de montage van de vloerelementen nog van belang om te bepalen welke montage methode het meest efficiënt is. In het ontwerpdossier in bijlage 4.2 zijn twee methoden genoemd. Hierbij is niet bekeken welke methode het meest efficiënt en kostenbesparend is.

REFLECTIE [Datum]

Pagina..... 44

Reflectie Tijdens het onderzoek is tot de conclusie gekomen dat de deelvragen, zoals deze in het Plan van Aanpak van 11-10-2015 zijn omschreven, niet binnen het kader passen zoals met composiet geconstrueerd dient te worden om een optimaal eindresultaat te kunnen bereiken. Vele specialisten gaven tijdens de interviews aan dat een constructie vervaardigd uit composiet een meerwaarde ten opzichte van andere materialen diende te bieden om kosten technisch haalbaar te zijn. In overleg met de begeleiders is ervoor gekozen om tijdens het onderzoek de deelvragen los te laten en middels een nieuw geformuleerde doelstelling het onderzoek uit te werken. Zo was de doelstelling uit het Plan van Aanpak geformuleerd als: ‘Constructieve toepassing met composiet als constructie materiaal’. Hierdoor werd de onderzoeker er te veel toe gedwongen om een standaard constructieonderdeel in composiet uit te voeren. Om composiet als constructiemateriaal te willen toepassen was echter de vraag naar een doelstelling die beschreef hoe de eigenschappen van composiet toegepast konden worden in een nieuw soort gebouwconstructie. De nieuwe doelstelling is in samenwerking met de begeleiders als volgt geformuleerd: ‘Het ontwikkelen van een nieuwe soort constructie ontwerp, waarbij de goede eigenschappen van composiet en de duurzaamheid van de constructie materiaal de uitgangspunten zijn. Hierbij wordt niet gestreefd naar het bieden van een bestaand product, maar dient een nieuwe constructievorm te worden ontwikkeld’. Om deze doelstelling te kunnen behalen was het van belang om ook de hoofd- en deelvragen te wijzigen. ‘Door deze wijzigingen heb ik het als onderzoeker kunnen bereiken om een nieuw soort constructie te ontwerpen, waarbij ook echt gebruik is gemaakt van de visie van specialisten. Helaas is de onderzoeksperiode uiteindelijk te kort gebleken om een klein element uit het ontwerp constructief verder uit te kunnen werken.’

BIBLIOGRAFIE [Datum]

45 Pagina.....

Bibliografie

A M Structures. (2016, januari 15). Foryd Bridge. Opgehaald van A M Structures: http://www.amstructures.co.uk/portfolio/foryd-harbour-bridge/ Belder. (2016, januari 11). Nieuwbouw inspiratie composiet gevels. Opgehaald van Belder: http://belder.nl/nieuwbouw-inspiratie/ Bijlprofielen Composite Profiles. (2016, januari 10). Samengestelde ligger B300. Opgehaald van Bijlprofielen: http://www.bijlprofielen.nl/nl/profielen/brugdek-planken/samengestelde-liggerb300 Composietenlab Inholland. (2011, september 1). Vuistregels ontwerpen met composieten. Opgehaald van Lectoraat Mechatronics and Robotics: https://lectoraatmechatronica.wikispaces.com/file/view/Bijlage+1+Vuistregels+ontwerpen+met+ composieten.pdf Composite Structures. (2016, januari 10). Composiet brug. Opgehaald van Composite Structures: http://www.compositestructures.nl/composiet-bruggen Cross, N. (2007). Designerly Ways of Knowing - Board of International Research in Design. Doetinchem: Springer Science & Business Media. CUR-commissie C 124. (2003). CUR Aanbeveling 96 - Vezelversterkte kunststoffen in civiele draagconstructies. Gouda: Stichting CUR. Flexipol. (2016, januari 12). Stadskantoor Utrecht - Het grootste composietobject van Nederland. Opgehaald van Flexipol: http://www.flexipol.nl/projecten/utiliteitsbouw/stadskantoor-utrecht/ Govaert, A.K. en Van der Vegt, L.E. (2013 vijfde druk). Polymeren van keten tot kunststof. Delft: VSSD. Graphene Info. (2016, januari 11). Graphene composites: introduction and market status. Opgehaald van Graphene Info: http://www.graphene-info.com/graphene-composites Gurit . (2015, december 22). Guide to composite. Opgehaald van Gurit: http://www.gurit.com/guide-tocomposites.aspx Hivoss. (2008). Achtergronddocument voor vloertrillingen. RFS2-CT-2007-00033: Hivoss. Hivoss. (2008). Trillingen van vloeren - Ontwerprichtlijn. RFS2-CT-2007-00033: Hivoss. ir. Wiltjer, Remko en ir. Peters, Pim. (2009). Wat iedereen zou moeten weten over Duurzaam Construeren. Cement, 12. Kavelin, K. (2005, oktober 31). Investigation of natural fiber composites heterogeneity with respect to automotive structures. Proefschrift TU Delft Design, Engineering and Production. Delft.

BIBLIOGRAFIE [Datum]

Pagina..... 46

Molenveld, i. K. (2016, januari 10). Biobased Composieten. Opgehaald van Wageningen UR: http://www.wageningenur.nl/nl/show/Biobased-composieten.htm Nijhof, A. (2006). Vezelversterkte kunststoffen - mechanica en ontwerp. Delft: VSSD. Nijssen, R. (2015). Composieten - Basiskennis. Hogeschool INHolland: VKCN. Pegorari, S. (2013, november 29). Medina Station. Opgehaald van Platform architecture and design: http://www.platform-ad.com/la-stazione-di-medina/ Poly Products. (2016, januari 12). Composiet zichtbekisting Uyllanderbrug. Opgehaald van Poly Products: http://www.polyproducts.nl/producten-projecten/infra-openbare-ruimte/composietzichtbekisting-uyllanderbrug/ Poly Products B.V. (2016, januari 11). Sterkte en stijfheid. Opgehaald van Poly Products: http://www.polyproducts.nl/composieten/sterkte-en-stijfheid/ Rethwisch, William D. and Callister, David G. (2011). Materials Science and Engineering (8e ed.). Hoboken: John Wiley & Sons (Asia). Rijksoverheid. (sd). Duurzaam bouwen en verbouwen. Opgehaald van www.rijksoverheid.nl: https://www.rijksoverheid.nl/onderwerpen/duurzaam-bouwen-enverbouwen/inhoud/duurzaam-verbouwen Technotheek UT . (2012, juli 27). Koolstofvezel. Opgehaald van Technotheek Universiteit Twente: http://technotheek.utwente.nl/wiki/Koolstofvezel Tissink, A. (2015, januari 20). Een fabriek voor kunststof bruggen. Opgehaald van Website van Cobouw: http://www.cobouw.nl/nieuws/algemeen/2015/01/20/een-fabriek-voor-kunststof-bruggen United Composites. (2015, december 21). Brandvertragende composieten. Opgehaald van United Composites: http://www.unitedcomposites.net/nederlandsesite/dutchsite.htm Vereniging Kunststof Composieten Nederland. (2009). Kunststof composieten, een kennismaking. Factsheet 'Het ontwerpen met composieten', Deel 1 blz. 1. Vereniging Kunststof Composieten Nederland. (2015). Kenmerken bij ontwikkeling. Opgehaald van www.vkcn.nl: http://www.vkcn.nl/over-composieten/construeren/kenmerken-bij-ontwikkeling Vereniging Kunststof Composieten Nederland. (2016, januari 10). Gesloten maltechnieken. Opgehaald van Vereniging Kunststof Composieten Nederland: http://www.vkcn.nl/overcomposieten/verwerkingstechnieken/gesloten-mal-technieken Voogt, R. (2007). De Ongekende. Mikroniek(4), 26. Opgehaald van DSPE. Wegman, T. (2012, november 15). Composiet: de grote doorbraak komt er aan. Opgehaald van Website van Overruimte: http://www.overruimte.nl/2012/composiet/ Wind, H. (2014). Composiet maakt groter balkon mogelijk. Bouwwereld, 40-44.

Inhoudsopgave bijlagen Bijlage 1

Theorie behorende het onderzoek

Bijlage 1.1 Mengselwet (behorende tot deelvraag 1.2) Bijlage 1.2 Tabellen 2 t/m 5: eigenschappen grondstoffen en vervaardigingsmethoden (behorende tot deelvraag 1.3) Bijlage 1.3 Tabellen bouwkundige en constructieve eigenschappen composiet (behorende tot deelvraag 2) Bijlage 1.4 Beginselen constructieve berekening composiet (behorende tot deelvraag 2) Bijlage 1.5 Technische informatie basiselement composieten woning Utrecht (behorende tot bijlage 3 en interview 9 met dhr. Siereveld) Bijlage 1.6 Verbindingen (behorende tot deelvraag 3) Bijlage 1.7 Onderzoek duurzaamheid composieten bruggen BECO Groep Bijlage 1.8 Duurzaamheid van Composieten constructies - BRE Rapport

Bijlage 2 Bijlage 2 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Interviews Verwijzing naar interviews ten behoeve van deelvraag 1.4.

14-10-2015 16-10-2015 19-10-2015 27-10-2015 28-10-2015 30-10-2015

7. 04-11-2015 . 8. 05-11-2015 . . . 9. 13-11-2015 . 10. 27-11-2015 . 11. 15-12-2015 12. 24-12-2015 . 13. 06-11-2016

Bijlage 3 Bijlage 3.1

Bijlage 4

Bijlprofielen Fibrolux Polyproducts Fibercore Bartels Lucassen

Dhr. Leemreijze Dhr. Zwaan Dhr. Van der Vlis Dhr. Veldkamp Dhr. Terink Dhr. Schippers

Lector Saxion Dhr. Van Hattum CTC-group

Dhr. Ter Laak

Composite Structures ABT

Dhr. Siereveld Dhr. Verbaten

Bijlprofielen

Dhr. Leemreijze

United Composites CTC-group

Dhr. De Buijzer Dhr. Polling

Enquête visie composiet in de bouw Enquête visie composiet in de bouw Enquête visie composiet in de bouw Enquête visie composiet in de bouw Enquête visie composiet in de bouw Enquête visie composiet in de bouw Visie composiet in de bouw en . toepassingen composiet momenteel Visie composiet in de bouw, . . . eigenschappen composiet, . . verbindingsmogelijkheden en CUR . richtlijn Visie composiet in de bouw en . basiselement composieten woning Bespreking vloerelement en . demontabelheid composiet Constructieve eigenschappen . composiet Brandveiligheidseigenschappen . . . . . composiet Productie en constructieve controle . composieten boomstructuur

Gastcollege 12-01-2015

Ontwerp

Bijlage 4.1 Presentatieboekje Bijlage 4.2 Ontwerp dossier

DHV RoyalHaskoning

Mevr. Liesbeth Tromp (infra)

Bijlage 1.1 Mengselwet Een composiet bestaat dus uit vezels ingebed in een hoeveelheid kunststof. Afhankelijk van het soort vervaardigingsmethode is de vezel gedompeld in een meer of mindere mate kunststof. Stel dat er geen holtes in het composieten materiaal aanwezig zijn, dan geldt dat de massa of volume van de composiet bestaat uit de massa’s of volumes van de vezels met de kunststoffen bij elkaar opgeteld. Ook wel weergegeven in de onderstaande formule; M/V c = Massa/Volume composiet (composite) M/V f = Massa/Volume filament (fibre); dit is de vezel M/V m = Massa/Volume matrix (matrix); dit is binnen dit onderzoek de kunststof

De verhouding tussen de hoeveelheid vezels en matrix in het laminaat[5] wordt weergegeven in het vezelvolume percentage. Ondanks dat de vezels de sterkte en stijfheid van het product verzorgen, kunnen er niet oneindig veel vezels in het product worden toegepast. Bij een te hoog vezelvolume percentage zullen er problemen ontstaan met de verbinding tussen de vezels. De vezels kunnen namelijk bij een hogere waarde dan 75 vezelvolume procent niet voldoende geïmpregneerd worden door de matrix. Het vezelvolume percentage is grotendeels afhankelijk van de vervaardigingsmethode die gebruikt wordt. In deelvraag 1.3 wordt nog verder ingegaan op de vervaardigingsmethoden. In tabel 1 wordt de gangbare vezelvolume percentages per methode weergegeven; Methode Handlamineren Vacuüminjectie Autoclaaf

Vf (%) 40 50 60

Tabel 1: Vezelvolume percentage per vervaardigingsmethode. Aangepast overgenomen uit: (Composietenlab Inholland, 2011)

Wanneer de waarden uit de bovenstaande tabel wordt gebruikt kan dus worden nagegaan hoeveel volume procent uit vezels en kunststof bestaan. De volumieke massa geeft de relatie tussen de massa en volume van het materiaal weer. Hiervoor wordt de standaard formule voor de volumieke massa aangehouden. De volume fractie geeft percentagegewijs weer hoe groot het aandeel vezel of kunststof binnen de composiet is. Hiervoor geldt altijd; Dus;

Uit deze formules volgt de mengselregel (Eng. Rule of mixture).

Bijlage 1.2 Tabellen eigenschappen grondstoffen en vervaardigingsmethoden Eigenschappen en toepassingen vezels (de v: en n: aanduiding staat voor voor- en nadeel) Grondstof Glasvezels (E-glas)

Eigenschappen

(S-glas) (C-glas) (D-glas) Koolstofvezels

v: v: v: v:

Aramide vezels

v: v: v: n: v:

Stijve vezels Laag gewicht Hoge taaiheid/slagvast Kruipgevoelig Goede sterkte/stijfheid in verhouding met gewicht

n:

Vochtopname (osmose) en rotting

Natuurlijke vezels

v:

Hoge elektrische weerstand Relatief lagere kosten Hogere sterkte en stijfheid Betere chemische resistentie Lage dilectrische constante Lengte richting hogere sterkte en stijfheid dan glasvezel

Toepassing Bouwproducten en gevels Vliegtuig- en scheepsrompen Fietsersbruggen Opslagsilo's, tanks en pijpen Radarkoepels Auto-industrie (Formule 1) Zware verkeersbruggen Kogelwerende vesten en deuren

Biobased composieten

Tabel 2: Eigenschappen vezels. Aangepast overgenomen uit: Vereniging Kunststof Composieten Nederland. (2009). Kunststof composieten, een kennismaking. Factsheet 'Het ontwerpen met composieten', Deel 1 blz. 1. Nijssen, R. (2015). Composieten - Basiskennis. Hogeschool INHolland: VKCN.

Eigenschappen en toepassingen kunststoffen (de v: en n: aanduiding staat voor voor- en nadeel) Grondstof

Eigenschappen

Polyester

v: (thermoharder) v: v: n: n: n: Vinylester v: (thermoharder) v: v: v:

Goedkoopste grondstof Grote stijfheid Geschikt voor massaproductie Een aantal zijn gevoelig voor osmose Krimpt bij uitharden Hoge uitstoot styreen in open mal techniek Goedkope grondstof Hoge chemische weerstand Grote stijfheid Grote breuksterkte en breukrek

n: n: n: Epoxy v: (thermoharder) v:

Gevoelig voor vergelen Krimpt bij uitharden Hoge uitstoot styreen in open mal techniek Krimpt minder tijdens uitharden Komen geen gevaarlijke dampen bij vrij

v: v: v: v: n: Fenolhars

v: (thermoharder) n: n: n: Nylon v: v: (thermoplast) n:

Grote vermoeiingssterkte Speciale elektrische eigenschappen Hoge chemische weerstand Grote stijfheid Duurste grondstof Brand en smelt niet Bros Moeilijk verwerkbaar Bij uitharding ontstaat water Recyclebaar Hoge stijfheid Gevoelig voor vocht

Toepassing Maritiem: jachtbouw Auto-industrie en tanks Civiel: profielen en liggers Leidingen Kunststeen Beweegbare zwembadbodems Beschermlaag over polyester constructie Zwaardere civiele constructies

Windturbine bladen Industriële vloeren Industrie waarbij geen elektrische geleiding mag plaatsvinden

Interieur voor vliegtuigen en treinen Verlijming hardboard

(Kogelwerende) kleding Snaren en trekveren Tandwielen in printers


Eigenschappen en toepassingen vervaardigingsmethoden open maltechniek (de v: en n: aanduiding staat voor voor- en nadeel) Open maltechniek Vezelspuiten (losse vezels)

Handlamineren (lamellen)

Wikkelen (spoel vezelbundels)

Pultrusie (vezelmat vezelbundels)

Eigenschap v: Grote objecten kunnen geproduceerd worden Goedkoop proces (door weinig investeringskosten v: mal) Vezelrichting is willekeurig Goedkoop proces (door weinig investeringskosten v: mal) v: Grote objecten kunnen geproduceerd worden n: Gebruik bij lage serieaantallen n: Arbeidsintensief proces n: Relatief laag vezelvolume percentage (lage sterke)

Toepassing Bakken Bouwkundige en civiele bouwwerken Scheepsrompen

v: v: v: v: v: v: v: n: n:

Vezels kunnen georiënteerd worden Grote holle producten uit één stuk Semi-continu proces en daardoor goedkoop Oneindige profiellengte Hoge materiaalkwaliteit en maatbeheersing Niet arbeidsintensief Gladoppervlak Dure productie van matrijzen Vorm beperkt tot 2D (alleen liggers/profielen)

Cilindrische containers (buizen) Windmolenbladen en masten Liggers civiele werken Ladders Bordessen Roosters

n:

Vezels liggen voornamelijk in lengte richting

Koepels Bruggen Vijvers en grote bakken


Figuur 1: Handlamineren Figuur 2: Pultrusie proces Figuren 1 en 2: Overgenomen uit: Nijssen, R. (2015). Composieten - Basiskennis. Hogeschool INHolland: VKCN.

Eigenschappen en toepassingen vervaardigingsmethoden gesloten maltechniek (de v: en n: aanduiding staat voor voor- en nadeel) Gesloten mal techniek Vacuümtechnieken (resin transfer molding) (vacuüminjectie)

Autoclaaf

Eigenschap v: Eenvoudige en snelle techniek v: Goede productkwaliteit v: Grote producten/niet gebonden aan afmetingen v: Grote series Schone techniek, doordat mal te bedekken is v: met folie v: Uitstoot chemische stoffen minder v: Proces is beter controleerbaar v: Relatief hoog vezelvolume percentage n: Glad oppervlak alleen aan malzijde n: Vakmanschap benodigd v: v: v: v: v: v:

Temperatuur regelbaar Optimale uitharding Hoger vezelvolume gehalte en minder luchtinsluitingen Gecontroleerde vezelplaatsing mogelijk Uitstoot chemische stoffen minder Hoog vezelvolume percentage (hoge sterkte)

n:

Beperkte grootte

Toepassing Boten Windmolenwieken Grote bakken en vaten Civiel en bouwkundig

Hoogwaardige producten in kleine servies voor lucht- en ruimtevaart Onderdelen voor racewagens


Figuur 3: Vacuümtechniek (RTM) Overgenomen uit: Nijssen, R. (2015). Composieten - Basiskennis. Hogeschool INHolland: VKCN.

Bijlage 1.3 Tabellen bouwkundige en constructieve eigenschappen composiet Sterkte en stijfheid grondstoffen MATERIAAL

VOLUMIEKE MASSA

TREKSTERKTE

E-MODULUS

[kg/m³]

[MPa]

[GPa]

VEZELS E-GLAS S-GLAS SM-KOOLSTOF HM-KOOLSTOF HT-KOOLSTOF HM-ARAMIDE

2540 2490 1800 1850 1800 1450

2400 3450 3500 3500 5000 3100

70 85 220-240 360-420 250-300 130

KUNSTSTOF EPOXY POLYESTER VINYLESTER

1050 1100 1100

-

2 1,5 2

2400

3

30

7800 2700

235 540

210 72

380

11

9

Normaal glas Glas met hogere stijfheid Normale koolstof Koolstof met hogere stijfheid Koolstof met hogere treksterkte Aramide met hoge stijfheid Kunststof draagt niet bij aan de treksterkte van het composiet

TRADITIONELE MATERIALEN GEWAPEND BETON STAAL (S235) ALUMINIUM (7075) HOUT (C18)

Sterkte en E-mod. evenwijdig aan vezel genomen

Tabel 6: Treksterkte en stijfheid grondstoffen. Aangepast overgenomen uit: Gurit . (2015, december 22). Guide to composite. Opgehaald van Gurit: http://www.gurit.com/guide-to-composites.aspx Nijhof, A. (2006). Vezelversterkte kunststoffen - mechanica en ontwerp. Delft: VSSD. Sectiebesturen Naaldhout en Ir. G.J.P. Ravenshorst. (2014, - -). Sterkte gegevens van hout. Opgehaald van Centrum Hout: http://www.centrum-hout.nl/sites/default/files/u27/houtwijzer_sterktegegevens_feb2014.pdf

Vergelijking eigenschappen van verschillende soorten samenstellingen composieten

Tabel 7: Vergelijking composieten. Overgenomen uit: Nijhof, A. (2006). Vezelversterkte kunststoffen - mechanica en ontwerp. Delft: VSSD.

Bijlage 1.4 Beginselen constructieve berekening composiet Berekening stijfheid en sterkte composiet Stijfheid uni-directioneel materiaal Bij een uni-directioneel composiet bestaat het materiaal uit vezels die evenwijdig aan elkaar ingebed liggen in een kunststof. Net als bij hout is de doorsnede in de richting parallel aan vezels de longitudinale richting. De richting loodrecht hierop is de transversale richting. Bijlage 1.1 is de mengelswet al besproken, waarin de dichtheid van het composiet bestond uit de dichtheid van de vezel met de vezelvolumepercentage en de dichtheid van de kunststof met het overige percentage voor het volume van de kunststof. Nogmaals in de volgende formule aangegeven: .

In afbeelding 4a wordt een longitudinale trek weergegeven. Afbeelding 4b geeft schematisch weer hoe het materiaal is opgebouwd en wat de verhouding matrix en vezel is. Wanneer getrokken wordt blijkt uit afbeelding 4c dat de vezels en de matrix een gelijke longitudinale rek vertonen, maar een verschillende spanning vertonen en daarmee een verschillende kracht in de vezels en in de matrix. Deze situatie wordt beschreven middels de parellelmethode. Met behulp van de mengselregel kan de longitudinale elasticiteitsmodulus worden bepaald:

Figuur 4: stijfheid longitudinale richting. a: linksboven, b: rechtsboven, c: onder. Overgenomen uit: Composietenlab Inholland. (2011, september 1). Vuistregels ontwerpen met composieten. Opgehaald van Lectoraat Mechatronics and Robotics: https://lectoraatmechatronica.wikispaces.com/ file/view/Bijlage+1+Vuistregels+ontwerpen+me t+composieten.pdf

In afbeelding 5ab wordt het seriemodel weergegeven. Dit is de meest eenvoudige manier om de transversale elasticiteitsmodulus mee te bepalen. In afbeelding 5c is te zien dat in beide componenten dezelfde transversale spanning heerst, maar verschillen de rekken van de vezels en de matrix in de belastingrichting. De transversale elasticiteitsmodulus wordt als volgt berekend:

Figuur 5: stijfheid transversale richting. a: linksboven, b: rechtsboven, c: onder. Overgenomen uit: Composietenlab Inholland. (2011, september 1). Vuistregels ontwerpen met composieten. Opgehaald van Lectoraat Mechatronics and Robotics: https://lectoraatmechatronica.wikispaces.com/file/view/Bijl age+1+Vuistregels+ontwerpen+met+composieten.pdf

Echter is deze formule op een schatting te zijn gebaseerd en is daarom in praktijk niet bruikbaar. Een verbetering van het model bestaat door een combinatie te nemen van het serie- en parallelmodel. Een schematische weergave wordt in afbeelding 6 weergegeven. De formule bestaat uit:

Figuur 6: stijfheid transversale richting. Overgenomen uit: Composietenlab Inholland. (2011, september 1). Vuistregels ontwerpen met composieten. Opgehaald van Lectoraat Mechatronics and Robotics: https://lectoraatmechatronica.wikispaces.com/file/view/Bijlage+ 1+Vuistregels+ontwerpen+met+composieten.pdf

Sterkte uni-directioneel materiaal Er zijn bij een uni-directioneel materiaal verschillende sterkten gekoppeld aan hoofdrichting van het materiaal. Deze sterkten bestaan uit de trek- en druksterkte en trek- en drukafschuifsterkte, afhankelijk er van of deze longitudinaal of transversaal is. De versterkingsvezels glas, koolstof en aramide zijn stijver en sterker dan kunststof. Deze gedragen ze zich over het algemeen lineair elastisch tot aan de breuk van de vezel, zoals in figuur 7 is weergegeven. In het figuur wordt een vergelijking gemaakt tussen de spanningrek van verschillende vezels en met dat van staal. De grafiek van staal is onderbroken, totdat zijn rekgrens heeft bereikt. ‘De longitudinale treksterkte van de unidirectionele staaf, sLt, is gelijk aan de gemiddelde of globale spanning bij vezelbreuk die volgt uit het parallelmodel’;

In het laatste gedeelte van de formule wordt het aandeel van de matrix verwaarloosd, omdat deze nihil bijdraagt aan de longitudinale treksterkte.

Figuur 7: spanning-rek diagram verschillende vezels. Overgenomen uit: Nijhof, A. (2006). Vezel versterkte kunststoffen - mechanica en ontwerp. Delft: VSSD.

De longitudinale druksterkte is over het algemeen lager dan de longitudinale treksterkte. Reden hiervoor is de matrix de drukbelasting moet opnemen door middel van afschuifkrachten. Echter kan een relatief slappe matrix geen afschuifkrachten opnemen, waardoor de vezels door de druk kunnen uitknikken. De afschuifmodulus wordt ook wel glijdingsmodulus genoemd en te berekenen middels de Poissonverhouding of dwarscontractiecoëfficiënt µ, zie de onderstaande formule.

Bijlage 1.5 Technische informatie basiselement composieten woning De composieten woning is door het bedrijf Composite Structures ontwikkeld en gerealiseerd. De constructie van de composieten woning bestaat uit sandwichelement die Composite Structures zelf ontwikkeld heeft. De sandwichelementen worden ook wel ‘basiselementen’ genoemd en worden voor zowel de vloer, dak als voor de wanden gebruikt. Opbouw element Het basiselement bestaat uit een sandwich constructie, zoals in figuur 8 is aangegeven. In de afbeelding zijn twee gestapelde composieten elementen weergegeven, welke bestaan uit glasvezelversterkte kunststof. Voor het kunststof is polyesterhars gekozen. Voor de elementen zijn quadraxiale glasvezelmatten gebruikt om een quasi isotroop en homogeen materiaal te produceren, waarbij de eigenschappen in elke richting gelijkwaardig zijn. Het element wordt middels de Figuur 8: Basiselement composieten woning pultrusie techniek vervaardigd. De grote ruimten in het uit eigendom van de heer Siereveld – sandwichelement worden gevuld met polyurthaanschuim met Foto’s Composite Structures een dichtheid van 35 kg/m3. De twee kleine ruimten in het element worden als leidingkokers gebruikt. Het element van 200 mm dikte heeft een RC-waarde van 7. Constructieve eigenschappen De twee buitenste schillen van het element worden het bovenen onderlaminaat genoemd. Deze zijn onderling gekoppeld door de tussenschotjes in het element. Deze tussenschotjes dragen de belasting van het bovenlaminaat over naar het onderlaminaat en waarborgen de stijfheid in het element. De stabiliteitskrachten verlopen in een composieten constructie op vergelijkbare wijze als in een betonnen constructie. Wanneer voor een kolom of ligger structuur wordt gekozen dan zijn wel windverbanden benodigd om de stabiliteitskrachten naar de fundatie over te kunnen brengen.

Figuur 9: Maatvoering basiselement. Uit eigendom van de heer Siereveld – Composite Structures

Voor de composieten woning is voor sandwichelementen van 200 mm gekozen. Reden hiervoor is dat met deze hoogte voldoende stijfheid kan worden gecreëerd, zodat een overspanning van 5 tot 6 meter kan worden behaald en de vloer niet te ver doorbuigt. Wordt voor dikker element gekozen, dan kan een grotere overspanning worden gehaald met ook een hogere RC-waarde.

Constructieve eigenschappen die na testen zijn geregistreerd zijn:

Verwerking element Het basiselement wordt toegepast voor wand, vloer en dakelementen. Door de elementen te verlijmen, wordt een plaatveld verkregen. De afwerking van het plaatveld bestaat uit een glasvezelversterkte kunststof van U-profielen. De flenzen worden in de kopse kanten van de elementen verwerkt. Bij het plaatsen van de elementen worden de wandelementen verticaal geplaatst. De vloerelementen worden hierna niet op de wandelement geplaatst, maar hangen op een blokje dat aan het wandelement is verlijmd. Ook het vloer element bevat zo’n blokje. Beide blokjes vallen hierbij op elkaar, waardoor een verbinding ontstaat. In het geval van de composieten woning is het blokje in het werk aan de wand gelijmd. Dhr. Siereveld geeft aan dat de blokjes ook fabrieksmatig verlijmd kunnen worden. De lijmverbinding bevat voldoende kracht om de afschuifbelasting op te kunnen nemen. Leidingen In het eerste hoofdstuk is al aangegeven dat de leidingen in de element worden verwerkt middels de leidingkokers in de basiselementen. Echter is in de composieten woning er voor gekozen om de vloerleidingen niet in het element op te nemen, maar op het element een cementdeklaag te storten. Nadeel van dit systeem is dat bij het slopen van de woning de demontage bemoeilijkt wordt. Dhr. Sierveld geeft aan dat het ook mogelijk is om de leidingen in de elementen te verwerken. Gebruiksgemak Ondanks dat er gebruik wordt gemaakt van composieten sandwichelementen is het nog wel mogelijk om deze af te werken naar de wens van de opdrachtgever. Zo kunnen bijvoorbeeld steenstips, houtenpanelen en pleisterwerk als afwerking van de woning dienen. Ook is het mogelijk om boeiboorden en kantlatten aan de elementen te verlijmen of onderdelen op te hangen middels popverbindingen of kleine schroeven. In figuren 10 en 11 worden foto’s van de composieten woning weergegeven, waarbij de afwerking duidelijk is weergegeven.

Figuur 10 en 11: Afwerking basiselementen van composieten woning. Foto’s uit eigendom van de heer Siereveld – Composite Structures

Bijlage 1.6 Verbindingen Verbindingen bij composieten elementen vinden plaats in het element, door bijvoorbeeld een bovenen onderplaat met elkaar te verbinden, of buiten het element door verschillende elementen aan elkaar te verbinden. Wanneer binnen het element een onderlinge verbinding plaatsvindt, zoals tussen de verschillende onderdelen in de vleugel van een wiek, vindt plaats middels lijm- en mechanische verbindingen. Bij vrijwel alle verbindingen is sprake van onderbreking van de vezels, waardoor de in de constructie optredende spanningen via schuifspanningen in de lijm moeten worden overgebracht. Bij een goede lijmverbinding is de verbinding zo ontworpen dat deze voornamelijk op afschuiving wordt belast. De treksterkte van een lijmverbinding is in het algemeen lager dan de afschuifsterkte. De piekspanningen dienen in een lijmnaad zo laag mogelijk te worden gehouden door gebruik te maken van een dikke lijmnaad, flexibele lijm of het verkleinen van de excentriciteit. Mechanische verbindingen bestaan uit schroef-, bouten draadstangverbindingen. Deze verbindingen worden net als lijmverbindingen op trek-, druk- en schuifspanning belast. De trekbelasting wordt via dwarskracht op het laminaat overgedragen op de bout en daarna overgedragen op het laminaat. Bij schuifbelasting wordt de belasting via vlakte druk in het laminaat geleidt. Voordeel van deze verbindingen is dat zij weer losgenomen kunnen worden. Het detailleren van verbindingen is echter wel ingewikkeld, doordat er nog geen standaard randafstanden voor verbindingen bestaan, aldus dhr. Verbaten in interview 10 aangaf. Wel is bekend dat het gedrag bij spanningsconcentraties zich bij composieten anders verhouden dan bij metalen. Het grote verschil tussen de metaal- en composietverbindingen is de plastische vervormbaarheid van de metalen. Doordat composiet een stijver materiaal is dan metaal ontstaan er grotere spanning tussen de verbindingen dan bij metalen. Om deze reden wordt het aangeraden om nooit meer dan twee rijen bevestigen achter elkaar toe te passen. Dit geeft het composieten lab van Inholland in ‘Vuistregels ontwerpen met composieten’ aan. VKCN geeft in factsheet deel 8 ‘Verbindingen’ de volgende opmerkingen weer:  De hoogte van de spanningsconcentraties ligt tussen 1,5 en 7. Metalen waarden liggen tussen 2 en 4  In de meeste gevallen mag een strip met een breedte die 3 maal groter is dan de boutdiameter als een oneindig grote plaat worden benaderd. Voor smallere strippen moeten correctiefactoren worden gebruikt  Als de gatbreedte toeneemt, neemt de breedte van de spanningspiek evenredig toe

Lijmverbindingen zijn het meest geschikt en toegepast bij composieten. Voor het verlijmen gelden de volgende richtlijnen;  Gebruik geen 90° (ten opzichte van belasting) laag als buitenste laag in een laminaat, deze kan immers geen belasting opnemen, zie ook de richtlijnen voor het opbouwen van het laminaat  Verminder excentriciteit om een opkrullend effect van de lamellen te voorkomen  Oppervlakte behandeling is zeer belangrijk om kwalitatief goede verbinding te krijgen  Lijmfilm is aangeraden om controle tijdens het productie proces en herhaalde kwaliteit te waarborgen  Het evenredig verdelen van lijm kan lastig zijn, ook moet de druk evenredig over de verbinding verdeeld worden In het figuur # hiernaast worden de beste wijzen van voor het creëren van een lijmverbinding weergegeven. Figuur 12: Lijmverbindingen composiet. Opgehaald uit: Een insert brengt de belasting over op sandwichpanelen. ‘Een sandwichpaneel is meestal opzichzelfstaand niet in staat om een geconcentreerde belasting op te nemen. Daarom is het nodig om een inserts toe te voegen die de belasting op beide huiden en kern kan overbrengen.’

Composietenlab Inholland. (2011, september 1). Vuistregels ontwerpen met composieten. Opgehaald van Lectoraat Mechatronics and Robotics: https://lectoraatmechatronica.wikispaces.com/file/view/Bijlage+1+ Vuistregels+ontwerpen+met+composieten.pdf

Bijlage 1.7 ECO-indicatie LCA Bruggen Aangedragen door PolyProducts

Bijlage 1.8 Duurzaamheid van Composieten constructies - BRE Rapport Aangedragen door PolyProducts

Bijlage 2 Interviews Verwijzing deelvraag 1.4 naar betreffende interviews In deelvraag 1.4 zijn nummers aangegeven voor de betreffende bijlages naar waar wordt verwezen. De voorste nummers corresponderen met de tekst uit deelvraag 1.4. Achter de nummers wordt naar het betreffende interview verwezen hierna in de bijlage. 1 2 3 4 5 6 7 8

Interview 3 Interview 4 Interview 9 Interview 6 Interview 5 Interview 7 Interview 8 Interview 1

Polyproducts De heer Van der Vlis FiberCore De heer Veldkamp Composite Structures De heer Siereveld Lucassen Bouwconstructies De heer Schippers Bartels Ingenieursbureau De heer Terink Lector Saxion De heer Van Hattum CTC-group De heer Ter Laak Bijlprofielen De heer Leemreijze

19-10-2015 27-10-2015 27-11-2015 30-10-2015 28-10-2015 04-11-2015 05-11-2015 14-10-2015

Interview 1 Bijlprofielen – Raymond Leemreijze Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Raymond Leemreijze Technical-Commercial Manager Bijlprofielen 14-10-2015 Enquête visie composiet in de bouw

Visie van bedrijf om met composiet te werken a)

Waarom worden zo weinig gebouw in composiet uitgevoerd? Reden is hiervoor dat composieten onderdelen duurder zijn dan constructiematerialen uit staal en beton.

b) Wat maakt composiet een duur materiaal om te produceren? Door de grondstoffen, vervaardigingsmethode of iets heel anders? (Op website staat dat naarmate gebruik wordt gemaakt van standaard profielen, deze ook goedkoper zijn.) Hieruit wordt geconcludeerd dat de prijs mede afhankelijk is voor de productie van een mal voor het composieten onderdeel. c)

Hoe hebben jullie geprobeerd om de bouwsector te enthousiasmeren om met composiet (als constructiemateriaal) te gaan werken? De civiele techniek is wel enthousiast gemaakt om composiet toe te passen, omdat de extra kosten voor de constructie opwegen tegen de mindere onderhoudskosten. Dit omdat composiet niet corrosie gevoelig is.

d) Zijn er projecten bekend in de bouw, waarbij wel gebruik is gemaakt van composiet als constructiemateriaal?

Gebouwen waar wel gebruik is gemaakt van een composieten constructie zijn opslagen van mest/strooizout en champignons kwekerijen, waarbij ook de constructie corrosie gevoelig is. Ander project zijn vloeren in een parkeergarage. Waarvan de vloeren licht gewicht moesten worden uitgevoerd en demontage van de vloer mogelijk was. https://www.technischweekblad.nl/nieuws/purmerend-opent-als-eerste-in-nederlanddemontabele-parkeergarage/item4978

Interview 2 Fibrolux b.v. – Willem Zwaan Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Willem Zwaan contactpersoon Fibrolux b.v. 16-10-2015 Enquête visie composiet in de bouw


Waarom werken jullie met composieten materialen? Wij werken met composieten, omdat we ze zelf maken en omdat wij er van overtuigd zijn dat composieten een heel goed, sterk, betrouwbaar en duurzaam alternatief is voor de conventionele bouwmaterialen zoals staal, rvs, aluminium, beton en hout.

b) Wat maakt composiet een duur materiaal om te produceren? Door de grondstoffen, vervaardigingsmethode of iets heel anders? Composiet materialen zijn helemaal niet duur!! Echt niet. Je kan dit ook nooit van een materiaal zeggen! Het gaat ook om de prijs en de eigenschappen die je krijgt als je hetzelfde zou maken in een ander materiaal. Bijvoorbeeld: Als gewicht geen rol speelt zou je windmolen bladen ook van beton kunnen maken ....... Alleen het gewicht speelt wél een rol, dus beton is voor deze toepassing geen alternatief. Zó moet je materialen met elkaar vergelijken en niet alleen naar een kg-prijs kijken. c)

Hoe hebben jullie geprobeerd om de bouwsector te enthousiasmeren om met composiet (als constructiemateriaal) te gaan werken? Op verschillende manieren. Maar het gaat er met name om toepassingen te vinden/bedenken waarin de voordelen van composieten optimaal worden benut. (maar dit geldt uiteraard voor elk materiaal. Alleen de 'bekende' en veel gebruikte materialen worden vaak 'automatisch' gebruikt, zonder te kijken of er wel betere alternatieve materialen zijn)

d) Zijn er rapporten die aantonen dat composieten duurzamer of brandveiliger zijn dan andere constructiematerialen? Ja, maar de eigenschappen van composieten zijn sterk afhankelijk van bijv. materiaaldikte, glaspercentage etc.. Je kan voor dit soort eigenschappen geen algemeen geldende eigenschappen geven. Je moet echt elke keer naar de toepassing kijken hoe je het materiaal (vezels en hars) opbouwt en welke eigenschappen je dan krijgt. (Hele dunne staal-folie heeft ook andere eigenschappen dan een dikke stalen plaat)

Interview 3 PolyProducts – Jeroen van der Vlies Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Jeroen van der Vlis Sales & Technical Advice Polyproducts 19-10-2015 Enquête visie composiet in de bouw


Waarom werken jullie met composieten materialen? Wij werken hier sinds onze oprichting mee en dit is onze specialiteit. Dit doen we in zeer veel verschillende markten. Sinds enige jaren worden composieten steeds meer toegepast in de bouw omdat er meer innovaties zijn op het gebied van constructieve producten.

b) Wat maakt composiet een duur materiaal om te produceren? Door de grondstoffen, vervaardigingsmethode of iets heel anders? Het is een arbeidsintensief materiaal om te verwerken, daar zitten dus altijd veel kosten in. Daarnaast zijn er ook altijd productiemallen nodig voor de verwerking, ook die zijn vaak relatief duur, zeker als er maar een of enkele producten in de mal gemaakt moeten worden. Bij serieproductie is deze factor een stuk lager. c)

Hoe hebben jullie geprobeerd om de bouwsector te enthousiasmeren om met composiet (als constructiemateriaal) te gaan werken? De bouwsector is vaak redelijk conservatief, een materiaal moet zich eerst bewijzen. Dat doen we dus door gerealiseerde projecten goed in de spotlights te zetten. Het is ook zaak om in het voortraject, dus bij de architect en constructeur, al aan tafel te zitten om te zorgen dat composieten in het ontwerpproces worden gebruikt.

d) Zijn er rapporten die aantonen dat composieten duurzamer of brandveiliger zijn dan andere constructiematerialen? Bijgevoegd een Engels rapport dat de duurzaamheid onderstreept. Brandwerendheid is moeilijker te vergelijken in een rapport en moet per situatie aangetoond worden. Vaak spelen er meerdere zaken mee zoals gewicht, isolatie en uitstraling van een constructie om wel of niet voor composiet te kiezen. (red. zie bijlage 1.7 en 1.8)

Interview 4 FiberCore – Martijn Veldkamp Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Martijn Veltkamp Hoofd Engineering FiberCore 27-10-2015 Enquête visie composiet in de bouw


Waarom werken jullie met composieten materialen? Omdat dit onze expertise is. Een van onze directeuren en tevens oprichter van FiberCore Europe is 10 jaar lang Nederland’s leidend onderzoeker bij TNO geweest op het gebied van kunststoffen en rubbers.

b) Wat maakt composiet een duur materiaal om te produceren? Door de grondstoffen, vervaardigingsmethode of iets heel anders? Composieten zijn niet duur of goedkoop, het gaat om de waarde die je ervoor krijgt. Een plaat van een bepaalde afmeting met bepaalde stijfheid kan allicht duurder zijn dan een houten plaat die net zo stijf is, maar als de composiet plaat 100 jaar mee gaat en de houten plank 5, dan is de vergelijking heel anders. Bedenk ook dat je voor het plaatsen van een gemiddelde plank/brug/sluis/… nog een heleboel extra zaken nodig hebt: hijskraan, personeel, wegafzettingen, vergunningen, … c)

Hoe hebben jullie geprobeerd om de bouwsector te enthousiasmeren om met composiet (als constructiemateriaal) te gaan werken? Door hen te vertellen wat de voordelen zijn. Onze bruggen hebben lagere onderhoudskosten dan andere bouwmaterialen en hiermee kan een onderscheidende aanbieding voor een aanbesteding worden gedaan.

d) Zijn er rapporten die aantonen dat composieten duurzamer of brandveiliger zijn dan andere constructiematerialen? Zie bijvoorbeeld bijgevoegde paper waarin de duurzaamheid van composiet bruggen wordt vergeleken met andere constructiematerialen.

Interview 5 Bartels Ingenieursbureau – Maarten Terink Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Maarten Terink Constructeur Bouw Bartels 28-10-2015 Enquête visie composiet in de bouw


Hebben jullie al eens met composiet gewerkt binnen een project? Nee er is niet eerder met composiet gewerkt bij Bartels. Er wordt voornamelijk van traditionele bouwmaterialen gebruik gemaakt, zoals beton staal en hout.

b) Wat is de reden dat jullie nog nooit voor dit materiaal hebben gekozen? Bartels bouwt voornamelijk voor aannemers en zij willen nog niet graag van nieuwe bouwmaterialen, zoals van composiet af weten. Aannemers durven de nieuwe materialen nog niet aan omdat het onbekend is ‘en wat de boer niet kent…’. Daarnaast verlangen aannemers vaak goedkope en traditionele materialen, waarvan de eigenschappen en prijs bekend is. c)

Zo nee, verwachten jullie dat dit ook de reden is waarom het materiaal in de gehele bouw nihil wordt toegepast? De meeste constructeurs voeren hun projecten voor aannemers uit, waardoor er een grote kans bestaat dat zij allen niet met nieuwe innovatieve materialen werken.

d) Zo nee, is er door de composiet leveranciers ook wel reclame bij jullie gemaakt om het materiaal als constructiemateriaal in de bouw toe te passen? Nee bij Bartels is door deze leveranciers nog nooit reclame gemaakt.

Interview 6 Lucassen Bouwconstructies – Marco Schippers Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Marco Schippers Projectleider-Constructeur Lucassen 30-10-2015 Interview (Sigmax en) visie composiet in de bouw


Hebben jullie al eens met composiet gewerkt binnen een project? Nee wij werken weinig met composiet. Wel kent meneer Schippers een project, waarbij een flat is geüpgraded met balkons van composiet. Hierbij werd voor composiet gekozen, omdat de bestaande constructie maar nihil belast kon worden.

b) Zo nee, wat is de reden dat jullie nog nooit voor dit materiaal hebben gekozen? Omdat Lucassen Bouwconstructies voornamelijk voor aannemers projecten uitvoert komt composiet weinig aan het licht. Composiet is namelijk vaak een duur materiaal om mee te werken, waarbij andere oplossingen een goedkopere afweging zijn. Daarnaast schuiven veel aannemers de mogelijkheden met composiet vaak weg, omdat het voor hen een onbekend product is en het product nog geen vertrouwen heeft gewonnen. Dit komt ook omdat eerder wel eens van composiet gebruik is gemaakt, maar het composiet faalde. Om echt met composiet te willen construeren betekend het dat het mogelijk moet zijn om vele gestandaardiseerde producten te hebben die door hun standaard goedkoper worden. c)

Zo nee, verwachten jullie dat dit ook de reden is waarom het materiaal in de gehele bouw nihil wordt toegepast? Doordat veel constructeurs voor aannemers werken zou dit inderdaad een grote reden kunnen zijn dat composiet weinig in de bouw wordt toegepast. Meneer Schippers verteld: “Ik heb naar het zoeken van oplossingen ook wel eens composiet in overweging genomen, maar vaak wordt dit bijna direct door de aannemer van tafel geschoven.”

Interview 7 Lectoraat lichtgewicht construeren Saxion – Ferrie van Hattum Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Ferrie van Hattum Lector lichtgewicht construeren Saxion 28-10-2015 Interview

Waarom wordt composiet nog zo weinig in de bouw toegepast

Het gesprek met meneer Van Hattum verliep anders dan was voorbereid. De interview vragen zijn niet aan bod gekomen, maar meneer Van Hattum heeft meer verteld over de reden waarom composiet niet als constructiemateriaal in de bouw wordt gebruikt. Construeren volgens tabellen Van Hattum gaf in het gesprek aan dat men in de bouw het gewend is om te construeren met bekende producten, waarvan men weet wat de standaard product eigenschappen zijn. Een constructeur pakt voor het ontwerpen van zijn constructie het tabellenboek erbij en bepaald hiermee welke profielen en afmetingen benodigd zijn om de belasting op te kunnen vangen. Een constructie van composiet kan niet zomaar met tabellen worden uitgerekend. Elke wijziging die wordt aangebracht in soort vezel, kunststof, een combinatie van vezels of kunststoffen, versterkingsmethoden en productievaardigenheden zorgen voor andere eigenschappen van het constructiemateriaal. Om composiet beter toepasbaar als constructiemateriaal te maken, zijn richtlijnen opgesteld om aan de hand daarvan te ontwerpen. Deze richtlijnen zijn opgenomen in de CUR 96. De CUR 96 brengt composiet daarmee ook naar een breder publiek, door de onbekendheid over het composieten product meer weg te nemen.

Construeren in composiet is complex Ondanks de richtlijnen die zijn opgesteld om met composiet te werken, blijft de toepassing van het product niet heel gebruikelijk. Dit komt doordat het product een hoge complexiteit bevat. Deze complexiteit bestaat uit:   

Materialen zijn complex: door vele soorten en vezelversterking Ontwerpen is complex: verschillende soorten aansluitingen Productie proces is complex: door verschillende vervaardigingswijzen Wijzig je een van de onderdelen uit de materialendriehoek, dan zullen de andere onderdelen ook wijzigen. Dit maakt het zeer complex om met het materiaal te werken.

Andere dingen die het complex maken om met composiet te werken zijn:    

Weinig mensen kunnen met het materiaal ontwerpen en rekenen Lage productie van het materiaal, doordat het weinig wordt toegepast Weinig vertrouwen in het product, door eerder falen van het materiaal Door hoge kosten van het materiaal

Deze complexiteit zorgt ervoor dat er weinig vertrouwen in het product is en er altijd terug wordt gegrepen op de oude vertrouwde standaard producten.

Vertrouwen in composiet Doordat composiet een zeer gevoelig materiaal is, moet het zeer zorgvuldig worden geproduceerd. Wanneer onzorgvuldig tijdens het productieproces met de producten wordt omgegaan zullen de materiaaleigenschappen zeer verschillen. Hierdoor kan de constructie in elkaar storten. Door eerder falen van constructies heeft de aannemer angst om het product te gebruiken en zal daardoor niet snel zijn handtekening zetten onder een gebouw met composiet als product. Daarnaast kiest de aannemer niet snel voor composiet, doordat het product een hogere aanschafwaarde heeft. Echter worden de voordelen van composiet dan niet meegewogen in het totalen kostenplaatje van het product. Of ook wel de total cost of ownership. Door het gebruik van composiet zal bijvoorbeeld een minder zware bouwkraan benodigd zijn, of kunnen zelfs de elementen met de hand of een klein rijkraantje worden geplaatst. Verder hoeft de fundatie minder zwaar te worden uitgevoerd. Ook kan het materiaal geheel worden geprefabriceerd, wat de bouwsnelheid verhoogt en een hogere productkwaliteit levert. Tijdens de gebruiksfase heeft het product minder of geen onderhoud benodigd, wat grote kosten over de levensduur van het gebouw bespaart. Verder is het product duurzaam door het lage gewicht, wat minder zwaar transport vraagt, daarnaast zijn de grondstoffen duurzaam en recyclebaar. Door deze voordelen zou het zelfs kunnen zijn dat het product van duurder, uiteindelijk naar goedkoper gaat.

Toepassing composiet Momenteel wordt composiet alleen beperkte projecten in composiet uitgevoerd, zoals: 

 

Vliegtuigbouw: in het begin werd het door de overheid verplicht gesteld om composiet te gebruiken, inmiddels ziet de vliegtuigbranche zelf ook de voordelen in, doordat het lichte materiaal veel kerosine bespaart. Auto-industrie: net als bij de vliegtuigbouw het verplicht was om composiet te gebruiken, zo is de auto-industrie ook onderhevig aan regelgeving door de overheid om composiet te gebruiken. Civiele techniek: bruggen en sluisdeuren bieden met composiet het voordeel dat het product corrosie bestendig is. Hierdoor is het gemakkelijker om de voordelen van composiet te verdedigen. Echter worden deze kleine projectjes vaak maar in kleine schaal in composiet uitgevoerd. Dit omdat de overheid deze kleine projecten ondersteunt.

Beter alternatief zou zijn dat de overheid in zijn regelgeving opneemt om verplicht te construeren in composiet ten behoeve van bouwkundige en civiele constructies. Hiermee worden echt duurzamere constructies bereikt, die ook meer geld zullen opleveren door de lage onderhoudskosten en de lagere kosten aan de producten, doordat ze meer worden geproduceerd.

Composiet in de bouw vraagt om een andere denkwijze Wanneer men van composiet in de gebouw gebruik zou willen maken, vraagt dit om een andere denkwijze. Momenteel worden wel eens nieuwe bouwproducten en nieuwe bouwconcepten geïntroduceerd. Echter vallen deze altijd terug om de oude vertrouwde standaard producten van beton, hout en staal. Voorbeeld zijn nieuw soort prefab breedplaatvloeren van beton of het modulair bouwen met staal. Om composiet als constructiemateriaal te gebruiken, dient de aannemer en constructeur eerst nog niet betrokken te zijn bij het product. Er zal ook niet op een standaard wijze worden gebouwd, maar men moet op een nieuwe manier naar een gebouw kijken. Er zijn al sandwichconstructies van composiet geïntroduceerd, waarbij gebruik gemaakt van een schuim met platen van composiet. Deze worden als vloer, wand en dakvloer gebruikt, waarbij alle functies zijn geïntegreerd. Afwerking van het product is niet benodigd, sleuven hoeven niet in de wand te worden gevreesd, maar zijn in het materiaal aangebracht en de panelen zijn eventueel zelfs met de hand plaatsbaar. Andere voordelen van het product is dat het thermisch en akoestisch niet geleid, dus de energiekosten zijn stukken lager, wat ook nog eens goed is voor het milieu. (kijk naar MIT sandwich house composite) Om dit te introduceren in de bouw, zullen eerst een aantal proefopstellingen neer moeten worden gezet, zodat mensen hier enthousiast voor kunnen worden. Is het enthousiasme onder de klanten bereikt, dan zou de bouw hier pas in betrokken moeten worden.

Conclusie Technisch is alles mogelijk in composiet. Echter beperkt de complexiteit de mogelijkheden in composiet. Wanneer deze complexiteit doorbroken wordt, dan zijn er ook in de bouw mogelijkheden voor composiet.

Interview 8 CTC-group – Jos ter Laak Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Jos ter Laak Directeur CTC-group 05-11-2015 Interview

CTC-group/VKCN en composiet a)

Wat bekend VKCN voor de composieten markt in Nederland en hoe kunnen andere sectoren hiervan profiteren? VKCN is een branche vereniging en dient ter ondersteuning van bedrijven die al met composieten werken of bedrijven die met composiet willen gaan werken. Daarnaast biedt het VKCN ook een lobby tussen overheid en bedrijven die in composiet produceren. Ook dient het als platform, waarbij scholen en andere bedrijven hun problemen en vragen met het onderwerp composiet kunnen opsturen, waarna partners van het VKCN hierop kunnen reageren. Hiermee is er een kennisnetwerk ontstaan, waarbij VKCN ook haar kennis deelt middels de factsheets die zij publiceren. Daarnaast ziet de vereniging ook in dat het van belang is dat zij meewerken aan het schrijven van bijvoorbeeld een CUR96, waarmee het ook meer aanwakkert dat andere bedrijven beginnen aan het werken met composiet.

b) Met welk doel is CTC-group ooit opgericht? CTC-group is in 2001 opgericht met als eerste product de wieken van windturbines. Dit is ontstaan doordat een eerder bedrijf, wat gespecialiseerd was in het werken met composiet in wieken, failliet is gegaan. De mensen die hierbij op straat kwamen te staan hadden zoveel kennis met composiet in zowel het ontwerpen als rekenen hiermee, dat een nieuw bedrijf is opgericht. Dit bedrijf bood kennis voor het ontwikkelen van productieprocessen voor andere bedrijven die een composietenlijn wilden starten. c)

Hoever is CTC-group al met het ontwerpen en construeren in composiet? Pas vanaf 2010 is het bedrijf naar andere sectoren dan windenergie gaan kijken. Hierbij is bekeken waar het specialisme van het bedrijf zich momenteel in bevindt. Deze specialiteit bestaat het produceren van grotere voorwerpen, zonder zeer specialistische materialen van de lucht- en ruimtevaart bijvoorbeeld. Hierbij kwam het bedrijf tot producten voor de transport-, bouwen infrawereld. Tijdens deze switch is er ook voor gekozen om zelf te gaan produceren en niet meer als ondersteuning te bieden bij de productie processen van andere bedrijven

d) Welke producten of kennis levert CTC-group tot nu toe op bouwkundig- en civiel technisch gebied? CTC-group levert momenteel op transport gebied: afvalperscontainers (voordeel is lage gewicht, doordat de kraan de container met grote afstand moet optillen, hierdoor is vaak het gewicht een leidende factor en niet de hoeveelheid dat er in de container kan) containers en kiepvrachtwagens (lichtgewicht levert voordelen in lagere brandstofuitstoot, doordat er minder wrijving op wegdek ontstaat door lager gewicht) In de infra-sector: brugdekken (corrosie bestendig en licht gewicht + geen onderhoud) en sluisdeuren (moeten grote wisselende belastingen aan kunnen van een kant geen water en andere kant juist wel, stootbelasting van schepen en corrosie bestendig met weinig onderhoud) In de bouwsector wordt gebruikt CTC-group composiet voornamelijk voor de balkons

(hiermee wordt het oude balkon weggehaald en wordt een groter balkon terugeplaatst van composiet, hierbij speelt ook de hogere sterkte per massa een rol). Andere mogelijkheden waar naar is gekeken zijn de vloeren van tijdelijke parkeergarages. Hiervoor heeft CTC-group een eerder ontwikkeling van vloeren van 2.5 x 6 meter (breedte van een parkeerplaats) gedaan. Echter is het product niet verder ontwikkeld nadat men er achter kwam dat vloeren in composiet 330 euro per m2 kosten en in beton 150 euro per m2 kosten. Doordat er een te kleine markt is voor tijdelijke parkeergarages en hierdoor de constructie niet 3x wordt gebruikt met afbreken en opnieuw opbouwen, is het uiteindelijk nooit verder ontwikkeld. Daarbij was het ook de vraag wie deze constructie in bezit neemt, zodat het vaker kan worden toegepast.

2.

Toepassing composiet a)

Welke mogelijkheden kan composiet in de bouwsector bieden? Er zijn momenteel een aantal trends in de bouw gaande, waarbij goed gebruik kan worden gemaakt van composiet:  In de huursector zijn er vele woningcorporaties die woningen in hun bezit hebben die bijna zijn afgeschreven. De uitstraling van de woning is niet meer naar wens van de klant en de indeling laat ook de wensen over. Daarnaast heeft energie prestatie van deze woningen een zeer slechte score. Er kan dan worden gekozen om niks met deze woningen te doen, waardoor zij uit de boeken raken en gesloopt moeten worden, of de woning worden gerenoveerd zodat zij nog weer jaren mee kunnen gaan. Probleem met renoveren is echt dat de woningen weer in de boeken komen en dat er een huur verhoging benodigd is om de woningen te kunnen renoveren. Deze huurverhoging mag echter niet worden doorgevoerd omdat de bewoners niet zomaar meer mogen moeten betalen. Een oplossing die inmiddels als wetswijziging wordt aangedragen is dat woningcorporaties energie mogen leveren. Wanneer de woning wordt gerenoveerd, zullen de energiekosten lager worden, waardoor dit voordelen oplevert voor de huurders. Hiermee blijft de huur hetzelfde, maar zal de energiekosten onder de woningcorporaties komen te vallen, waarmee uiteindelijk de kosten voor renovatie terug worden verdiend.  Nul op de meter woningen worden steeds interessanter nu de overheid om energie neutrale woningen vraagt. Composiet brengt een uitstekend isolerend materiaal, waarmee de energie neutrale woning behaald kan worden. Dit kan in combinatie worden doorgevoerd met het bovenstaande punt.  Zorgverzekeraars vragen er steeds vaker voor om langer in een huis te blijven wonen. Dit vraagt veel minder kosten van de zorg, omdat het thuis verzorgen nog altijd veel goedkoper is. Dit kan realiseert worden door domotica, maar ook door units aan de woning te zetten, die een slaapkamer en badkamer bevatten. Wanneer deze units in composiet worden uitgevoerd, vraagt dit een fundatie van enkel een aantal stelconplaten die ook nog eens gemakkelijk getransporteerd kunnen worden.

b) Waarom wordt composiet volgens u nog zo weinig als constructiemateriaal in de bouw toegepast? Aannemers zijn nog huiverig voor het product, omdat het nog niet bekend bij ze is. Hierdoor wordt het al snel door hen van tafel geschoven. Ook is het probleem dat aannemers vaak al vaste contracten heeft bij verschillende leveranciers van beton, staal, hout en steen producten. Hierdoor zullen deze leveranciers afnemers verliezen wanneer aannemers met composiet als constructie materiaal gaan werken. Wanneer er is zou gaan wijzigen, dan zou dit heel langzaam gaan in verband met die contracten. Daarnaast is er ook nog geen norm met composiet te ontwerpen en rekenen. Er is voor de huidige materialen al wel een Bouwbesluit en er zijn normen voor beton, staal, hout en steen, die goed

voorspellen hoe het materiaal zich gedraagt. Echter is er nog geen norm voor composiet, waardoor hier ook nog moeilijker op getoetst kan worden. Wel is er een CUR 96 opgesteld, die richtlijnen geeft voor het ontwerpen en rekenen met composiet. Echter stamt de huidige CUR uit 2003, waardoor deze behoorlijk is achterhaalt. Momenteel wordt er geschreven aan de CUR 96 2015. (zie benenden) c)

Op welke manier zou de bouw hier wel voor geënthousiasmeerd kunnen worden? Verder zijn veel aannemers niet happig om composieten te gebruiken, omdat zij niet iemand binnen hun bedrijf hebben die weet hoe met het materiaal om te gaan. Wanneer allereerst al eens informatie beschikbaar komt voor alle sectoren, zal dit al wel vooroorzaken dat meerdere sectoren enthousiast raken voor het product. Daarnaast zullen branche organisaties, zoals het VKCN ook informatie (lessen) moeten gaan geven aan scholen en bedrijven (aannemers), zodat er mensen worden opgeleid hoe met composiet om te gaan, ook in verband met het reparatie werk ervan. Andere manier om composiet in de bouw te gebruiken is om opdrachtgevers en overheden enthousiast te maken. Wanneer tot hen doordringt dat zij veel onderhoudskosten kunnen besparen door composiet te gebruiken, zal de keuze ook veel sneller op composiet vallen. Dit is al een voorbeeld van het leveren van een toepassing met meerwaarde. Verder kan composiet als product meerwaarde bieden, wanneer het als elementbouw kan worden uitgevoerd. Door een toepassing met meerwaarde te bieden.

d) Welke constructieve toepassingen met composiet in de bouw zijn bij u bekend? (naast gevelelementen) CTC-group maakt gebruik van vacuüminfusie, waarbij legsels over een mal wordt gedrapeerd. Tijdens het vacuümzuigen van de legsels op de mal wordt het kunststof door het materiaal gezogen, waardoor het legsel doordringt wordt met kunststof. Voordeel van deze methode is dat het goed geautomatiseerd kan worden en het betrouwbare producten oplevert. Nadeel is wel dat met trilegsels het laminaat van vezels zo dicht is opgebouwd, dat het kunststof tijdens de vacuüminjectie erbij niet meer door heen kan dringen. Dit kan opgelost worden door een vezelmat met willekeurig georiënteerde vezels tussen de andere lamellen te leggen. Hiermee kan in elke richting sterkte en stijfheid worden verkregen en het vezelpakket wordt hierdoor minder dicht gepakt. De lamellen in +45 graden liggen hierbij aan de buitenzijde. Voor vloeren wordt nog wel veel van deze matten willekeurig georiënteerde vezels gebruik gemaakt. Op de opmerking van mij of er hiermee wel voldoende zekerheid is over de sterkte en stijfheid van het materiaal, omdat niet bekend is hoeveel vezels in eenrichting lopen. Merkt meneer Ter Laak op dat dit inderdaad klopt, maar wanneer voldoende materiaal uit het product is getest, is er wel redelijk zeker hoe het product zich zal gedragen in bepaalde condities.

3.

Specifieke eigenschappen composiet a)

Hoeveel geluidsisolatie kan een composieten sandwich constructie bieden?  Normaal wordt ten behoeve van geluid de massa van wand- vloerelement verhoogd  Zijn er al oplossingen met sandwich constructies bekend die voldoende geluidswerend zijn? De geluidsisolatie is nog wel een uitdaging in composiet. In principe kunnen zij redelijk goed geluid tegenhouden, maar zal men altijd een metaalklankachtige weerkaatsing krijgen. Hiervoor zouden wel vlasvezels gebruikt kunnen worden, deze hebben een dempend vermogen. Echter is het nadeel hiervan dat zij een minder constructief vermogen hebben. b) Klopt het dat composiet niet of nihil thermisch geleidend is en hoe kan dit? c) Wat is er bekend over de brandwerendheidseigenschappen van composieten en welke grondstoffen dienen hiervoor toegevoegd te worden? Composiet kan verbeterde brandwerendheidseigenschappen krijgen door fenolhars toe te voegen. Echter heeft deze hars ook het nadeel dat ze moeilijk te verwerken zijn.

d) Hoe gedraagt composiet zich bij wisseling tussen hoge en latere temperaturen? Zet het uit en krimpt het? En verschilt het per vezel of matrix hoe hoog de uitzetting is? Ook composiet krimpt en zet uit bij temperatuur wisselingen. Hiervoor kan rekening worden gehouden met dilataties, net als bij andere constructie materialen. Duurzaamheid van composiet: Wanneer wordt gekeken naar de LCA van composiet is deze zeer veel gunstiger dan van andere bouwmaterialen. Hoewel de grondstoffen ook uit aardolie worden verkregen, is voor het product minder onderhoud benodigd, wat de LCA waarde verhoogt. Echter scoort het product in recycling ook behoorlijk slecht, omdat thermo hardende kunststof composieten moeilijk gerecycled kunnen worden. Thermoplast kunststof composieten kunnen gemakkelijker omgesmolten worden, wat ook beter is als LCA waarde. Momenteel zijn er nieuwe ontwikkelingen gaande in het de recycling van composiet. Voorbeeld is om de onderdelen in kleinere stukken te zagen en de producten de overblijven, bijvoorbeeld I-balken en vlakke platen her te gebruiken. Daarnaast kan composiet ook gratis worden ‘gedumpt’ bij cementovencentrales waar het als bijstookmateriaal wordt gebruikt. Deze beide oplossingen worden door de overheid als recycling en niet als dump erkent. Dit laatste ook, omdat het energie toevoer voor warmte bespaard in het cement proces. De kunststof levert namelijk warmte en de vezels zorgen voor extra cement sterkte. Constructieve toepassingen met composiet a)

In constructies met beton is een tweede draagweg mogelijk doordat het beton de belastingen overgeeft aan overige kolommen en vloeren binnen het gebouw. Wanneer bijvoorbeeld sandwichconstructies van composiet worden geproduceerd. Zijn de verlijmde verbindingen voldoende sterk om de belastingen over te kunnen dragen naar andere kolommen en vloervelden? Voor elke constructieve verbinding geldt nog wel dat het altijd berekend moet worden of de verbindingen voldoende sterk zijn. Wel zijn vele verbindingen die hierboven zijn genoemd voldoende krachtig om de belastingen die op de wieken van windturbines komen op te vangen.

b) CUR 96 en waar is de versie van 2015 te vinden? De CUR 96 2015 is nog niet gepubliceerd, waardoor deze ook nog niet te verkrijgen is. Hierin staan wel een aantal belangrijke verschillen met de CUR 96. Welke rol speelt de CUR 96 in de constructieve wereld om composiet meer gangbaar te maken om mee te ontwerpen? De CUR 96 geeft richtlijnen om een composieten constructie mee te berekenen en geeft aan welke eigenschappen verschillende materialen hebben en welke richtlijnen voor het ontwerp van laminaten aan moeten worden gehouden. 4.

Extra informatie

Een aantal ideeën voor toepassingen met composiet zijn:  Bouwen met flexibele wanden, zoals het idee van metal-studwanden, maar dan in composiet  Units bouwen met composiet, zoals een kantorenlandschap van allemaal kleine kantoortjes in een groter gebouw. Deze units zijn flexibel en kunnen overal neergezet worden. Voordeel van systeembouw zijn de lage kosten door de procesmatige productie.  Units voor farmaceutische industrie, waarbij na 15 jaar een gebouw afgeschreven wordt, omdat het gebouw specifiek is ontworpen voor de productie van een medicijn.  Demontabele panelen, waarmee hele gebouwen samengesteld kunnen worden. Waarbij leidingen op een vaste plekken zitten en deze tussen de panelen gekoppeld kunnen worden.  Vormvrijheid van units en panelen Opbouw van de laminaten bestaat over het algemeen altijd uit legsels. Dit zijn vezelmatten waarbij alle vezels in dezelfde richting lopen. De garen worden aan elkaar gehouden door een stiksel. Het laminaat wordt opgebouwd door de legsels in verschillende richtingen te leggen. Hiervoor worden voornamelijk in de lengte richting gelegd voor sterkte en stijfheid. Daarnaast wordt vaak gebruik gemaakt van +- 45 graden om de schuifkrachten op te

kunnen vangen. Op deze manier wordt het laminaat een anistroop materiaal en heet het een tri-laminaat. Vaak wordt de vezel haaks op de lengterichting niet gelegd, omdat deze weinig tot geen toegevoegde waarde heeft in het laminaat en alleen maar extra geld en gewicht kost. Bij een weefsel zijn garen in lengte en dwarsrichting geweven. Nadeel hiervan is dat daar waar de garen kruisen er knikjes ontstaan. Dit veroorzaakt een verzwakking, wat problemen kan geven in de vermoeiingssterkte van het product. Eerder is al aangegeven dat een vezelmat af en toe wordt toegepast, zodat het kunststof het gehele laminaat kan doordringen. Echter wordt een vezelmat ook wel eens helemaal gebruikt in plaats van laminaten die worden opgebouwd uit legsels. Voordeel van vezelmatten is dat deze beter drapeerbaar zijn en het kunststof gemakkelijk tussen alle vezels kan domen (makkelijk doorstroombaar). Nadeel is dat de mat constructief minder. Echter moet het materiaal daardoor niet als constructief materiaal worden uitgesloten, doordat het ook wel eens voor vloeren wordt gebruikt. Koolstof wordt als kunststof zeer weinig gebruikt omdat het verschillelijk duur is, 20 euro per kg en glasvezel is maar 3,5 euro per kg. Thermoplastische kunststoffen hebben het voordeel dat deze te lassen zijn. Thermoharders kunnen dit niet. Nylon en glasvezel worden vaak in combinatie gebruikt en zijn extra dempend en goed recyclebaar. Nylon is nog niet erg bekend binnen de composieten ‘wereld’ maar er begint hier wel markt voor te komen.

Er zijn een aantal verbindingen mogelijk met composieten. Binnen in het laminaatpakket van composieten kunnen de vezel legsels overlappend worden gelegd, zodat een vaste verbinding binnen het laminaat ontstaat door de verlijming van de legsels met kunststoffen. Het onderling koppelen van sandwichpanelen is mogelijk door een aantal verbindingen:  Boutverbindingen: door een stalen bout die in het composiet is opgenomen tijdens het productieproces. Hierin kan een draadstang worden gedraaid (gebruikt bij wieken) Je hebt hierbij een staal of staal verbinding (draadstang op huls)  Lijmverbinding: de elementen zijn aan elkaar verlijmd. Volgens meneer Ter Laak biedt dit geen problemen, omdat de lijmverbindingen zo sterk zijn dat ze ook de krachten van de wieken van windmolens kunnen opvangen en deze zijn vele malen sterker dan een tweede draagweg (gebruikt bij wieken)  Huls-schroefverbinding (IKEA): hierbij worden de gaten voor de schroeven pas later geboord, enkel de huls moet tijdens het productieproces worden meegenomen. Dit is minder arbeidsintensief dan de boutverbinding. Nadeel is dat er een composiet/staal verbinding is, wat minder sterk is. (gebruikt bij wieken)  POP en Klinknagels worden nog steeds veel in de vliegtuigbouw gebruikt, waarbij naast een lijmverbinding ook nagels worden gebruikt voor de bevestiging van composieten onderdelen.  Click verbindigen zijn bijna niet mogelijk bij composieten constructies, door de randjes die je altijd wel zult hebben bij composiet. Daarnaast moet bij constructies ook een toleranties worden opgenomen, zodat de prefab onderdelen in elkaar kunnen worden gezet.

Interview 9 Composite Structures – Geert Siereveld Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Geert Siereveld Directeur Composite Structures 13-11-2015 Interview


Waarom werken jullie met composieten producten? Ligt duurzaamheid hieraan ook ten grondslag? Dhr. Siereveld heeft voorheen 6 jaar geleden bij aannemersbedrijf Damsteeghe gewerkt. Dit bedrijf plaatste voornamelijk bruggen, maar alleen in traditionele bouw. Dhr. Siereveld heeft voor het bedrijf altijd de ontwikkelingen bijgehouden op het gebied van de composieten branche. De directeur van Damsteeghe zag de voordelen van de composieten materialen wel in wou deze wel produceren voor brugconstructies. Hiervoor is een eigen BV opgericht welke dhr. Siereveld nu runt. Voordelen die de composieten woning bijvoorbeeld heeft zijn het lage gewicht van het basiselement, wat weer voordelen biedt in het transport, montage van het gebouw vergemakkelijkt en een snellere bouwtijd biedt. Daarnaast biedt composiet integratie van functies, zo hebben de composieten sandwichelementen naast een constructieve functie, ook een thermisch en akoestisch isolerende functie. In principe kun je het zien als dat je in verhouding veel thermisch materiaal hebt ten opzichte van weinig constructie materiaal. Ook kunnen de leidingen in het element worden verwerkt. Daarnaast heeft composiet een lage stijfheid, maar wel een hoge sterkte. Hierdoor is het materiaal aardbeving bestendig, het basiselement is iets buigzaam maar wel erg sterk.

b) Waarom wordt composiet nog zo weinig als constructiemateriaal in de bouw toegepast? Aannemers zijn nog huiverig voor het product en men ziet vaak op tegen de hogere aanschafwaarde van het product. c)

Waarom zijn composieten materialen nog zo duur om mee te werken? Ligt dit bijvoorbeeld aan de hoge kosten voor de grondstoffen, aan het productieproces of aan iets heel anders? De aanschafwaarde van composiet is inderdaad hoger dan dat van andere producten. Echter is het jammer dat vaak niet naar het totaal plaatje van het product wordt gekeken. Ondanks dat composiet een hogere aanschafwaarde heeft, biedt het wel voordelen in de hogere bouwsnelheid, is een minder zware kraan benodigd en minder onderhoud van het product. Daarnaast hoeft het materiaal niet meer afgewerkt te worden met baksteen, maar kan hout of steenstrips aan de gevel worden gemonteerd. Wanneer meer financiën vrijkomen voor composiet zal dit wel stimuleren om meer product mogelijkheden voor composiet te maken. Als hiermee wordt aangewakkerd dat meer composieten producten worden afgenomen, zullen de grondstoffen ook goedkoper worden om mee te werken,

wat de composieten producten weer goedkoper maakt en het hopelijk ook aantrekkelijker wordt om in de bouw toe te passen. d) Welke bewijzen zijn er dat composiet niet als beton, staal en hout ook als constructiemateriaal in de bouw kan fungeren? Constructieve eigenschappen (doorbuiging?), toepassingen en visie Dit kan zeker bewezen worden aan het feit dat composiet ook in de bruggenbouw en wieken van windmolens wordt toegepast. Hierin zijn de belastingen op het materiaal stukken hoger dan dat deze in de bouw voorkomen. Uit de uitvoering van een volledig composieten woning blijkt ook zeker dat composiet als constructiemateriaal in de bouw kan worden toegepast. Wanneer wordt gekeken naar de constructieve eigenschappen bewijst composiet zich vooral het vlak van sterkte en stijfheid. Daarnaast is het mogelijk om vele eigenschappen aan composiet toe te kennen door met verschillende soorten vezels, kunststoffen en toevoegen te kijken. Om een hogere brandveiligheidseigenschappen te waarborgen, voor bijvoorbeeld klasse B, kan PMMA worden toegevoegd. In het composietenhuis is er echter voor gekomen om een gipsplaatje voor het composiet te plaatsen. Dit zorgt voor lagere kosten en is net zo efficiënt, wel doet dit helaas een beetje afbreuk van je visie om alles in composiet uit te voeren.

2.

Vragen betreffende composieten woning Utrecht a)

In hoeverre is de volledig composieten woning uit Utrecht uitgeengineerd en in uitvoering? Ongeveer een jaar geleden is een investeerder met het idee gekomen om een volledig composieten woningen te ontwikkelen en uit te voeren voor eigen gebruik. Deze investeerder bracht voldoende financiën mee om dit te realiseren. De woning in het voorjaar van dit jaar gebouwd en in gebruik genomen. De reden om de woning ook in composiet uit te voeren is het idee wat de investeerder zelf had en CompositeStructures zag dit wel als een uitdaging om dit verder op te pakken.

b) Wordt in deze woning ook gebruik gemaakt van de composieten basiselementen welke ingezet kunnen worden als constructieve wand, vloer en dak? Of maken jullie gebruik van composieten kolommen en liggers? Wat is de reden dat jullie van de basis elementen of van de kolommen/liggers gebruik maken? Voor de composieten woning is gebruik gemaakt van de basiselement voor wand, vloer en dak. Het maakt echter niet uit of gebruik wordt gemaakt van het basiselement of van kolommen en liggers, want deze kunnen net zo goed hiervoor gebruikt worden. c)

Welke andere gebouwen zijn nog meer met deze constructie zijn gebouwd? En welke overeenstemmingen hadden deze gebouwen, waardoor zij met dit materiaal zijn gebouwd? Waren de eisen aan deze gebouwen bijvoorbeeld dat zij allen lichte constructies dienden te bevatten? Tot nu toe zijn er nog geen andere gebouwen met deze composieten basiselementen uitgevoerd. Reden hiervoor is dat het bedrijf nog erg druk is met de bouw van hun composieten bruggen. Daarnaast is het bedrijf zich aan het uitbreiden en nog druk bezig met de overgang van de ene hal naar de andere hal. Wanneer het bedrijf meer speling krijgt, gaat het zeker verder met het ontwikkelen van composieten woningen, omdat zij hier wel verdere mogelijkheden in zien.

3.

Vragen betreffende composiet basiselement a)

Hoe is het basiselement opgebouwd? Welke vezels en harsen zijn toegepast in het laminaat? En zijn er in het sandwichelement nog dwarsschotten toegepast? Wat zijn de afmetingen van het element? (dikte laminaat – kern) Het basiselement is opgebouwd uit composiet van glasvezel en polyester. De laminaten zijn 5,5 mm dik en hebben daartussen ook tussenschotten zitten van 5,5 mm dik. De kern bestaat uit een PIR isolatie van 19 cm dik. Het element bestaat zo dus uit 20 cm dikte. Er is voor deze dikte gekozen om reden van de stijfheid van het product en zodat het een overspanning van 5 tot 6 meter kan behalen, wat redelijk gebruikelijk is voor in de bouw. Daarnaast is de RC-waarde van dit pakket zo’n 7 tot 8. Wordt voor een dikker pakket gekozen, dan kan de RC-waarde stijgen, maar dan kan ook een grotere overspanning worden gehaald, omdat er een hogere stijfheid is en de vloer niet te ver doorbuigt. De doorbuiging zal in de bouw dan ook altijd de randvoorwaarde blijven binnen het product, omdat het product de sterkte met gemak aan kan. Voor maximale de doorbuiging is gekozen voor de maat die het Bouwbesluit aangeeft, van 1/250 van de lengte. Dit met de reden om dat je ook niet te veel doorbuiging in de vloer wilt zien.

b) Hoe ziet het krachtsverloop in het constructie element eruit? En kan het element stabiliteitskrachten opvangen op een vergelijkbare wijze als bij een betonnen wand? Voor het krachtenverloop worden de tussenschotjes gebruikt, om de belasting van de bovenste laag naar de onderste laag over te kunnen dragen en de stijfheid te kunnen waarborgen. De stabiliteitskrachten verlopen op een zelfde wijze door composieten constructies als door een betonconstructie. Wanneer voor kolommen en liggers wordt gekozen, zullen hiervoor windverbanden benodigd zijn om de stabiliteitskrachten naar de fundatie te kunnen leiden.

c)

Waarom maken jullie gebruik quadraxiale glasvezelmatten en van triaxiale matten? Hoeveel toegevoegde waarde hebben de vezels die in de 90 graden richting lopen? Maken jullie gebruik van weefsels of van legsels? CompositeStructures maakt gebruik van quadraxiale matten om de doorbuiging in dwarsrichting ook op te kunnen vangen in plaats van alleen in de lengte richting. Daarnaast is de thermische uitzetting in elke richting gelijk wanneer gebruik wordt gemaakt van quadraxiale matten, doordat in elke richting evenveel vezels lopen. De triaxiale matten zijn hierom ook minder geschikt, omdat het laminaat niet symmetrisch is opgebouwd en daardoor de thermische uitzetting in elke richting niet gelijk is.

d) Moet er aan het basiselement nog iets aangepast worden, waardoor het zowel als vloer- als wandconstructie gebruikt kan worden? Of fungeren beide elementen op dezelfde wijze? Er hoeft aan het basiselement niets aangepast te worden om het element als vloer- of wandelement te laten fungeren. Hiervoor is een standaard element gekozen, zodat er veel eenvoud bestaat en dit goedkoper is in engineering en productie. Daarnaast kunnen er door de eenvoud minder faalkosten ontstaan, doordat niet een element op de verkeerde plaats kan worden gepositioneerd. e)

Hoe ziet de detaillering voor de koppeling tussen vloeren wandelement eruit? De detaillering voor de koppeling tussen vloeren wandelement is voorgegeven door een blokje dat op het wandelement wordt gelijmd. Aan de vloer is ook een blokje verlijmd. Deze blokjes maken een koppeling doordat ze op elkaar kunnen worden gelegd. De lijmverbinding is in dit geval op de

bouwplaats zelf gedaan, maar kan ook plaatsvinden in de fabriek. En de lijmverbinding kan voldoende afschuifbelasting aan, waardoor het blokje aan de vloer of wand blijft plakken. De wandelement staan recht omhoog.

f)

Hoe met composiet om worden gegaan betreffende een tweede draagweg? Dienen de koppelingen tussen de elementen de belasting spreiding op te vangen en hebben de bouten lijmverbindingen hier voldoende capaciteit voor? Hiermee is geen rekening gehouden in het composieten woning. Wel is de verbinding tussen de elementen voldoende sterk als deze aan elkaar worden gelijmd en gebout.

g)

Hoe wordt de verdere detaillering van het element in combinatie met andere materialisatie vorm gegeven? Kunnen bijvoorbeeld kantlatten van kozijnen of de ophanging van ventilatiekanalen aan de elementen worden bevestigd met schroeven of zijn hier speciale verbindingen voor? Alles kan aan de composieten elementen worden verbonden. Zo kunnen kleine schroeven en popnagels in het basiselement worden geschroefd, zodat een schilderijtje kan worden opgehangen of bijvoorbeeld kantlatten en ventilatiekanalen kunnen worden bevestigd.

h) Hoe worden leidingen en kanalen in wand en vloer aangebracht? Leidingen en kanalen kunnen in het basiselement worden geïntegreerd, maar kunnen hier ook voorlangs worden aangebracht. In de composieten woning zijn de leidingen in de wand in het element aangebracht. Dit werd gedaan door leidinggoten in het element aan te brengen, waardoor willekeurig een gat in de wand kan worden geboord vanaf een bepaalde hoogte. Op de vloer is een cementdekvloer gestort, waarin de vloerverwarming en andere waterleidingen zijn aangebracht. Dit hoeft overigens niet, want hiervoor kunnen de leidingen ook in het element worden aangebracht.

4.

Vragen betreffende construeren in composiet

a)

Welke constructievormen zijn bij uitstek geschikt om in composiet uit te voeren? Waar liggen de kwaliteiten van composiet?  (druk of trek opvangen?)  (lange of korte overspanningen?)  (ronde of strakke vormen?) Composiet kan in praktijk beter trek opvangen dan druk. Echter behandeld de CUR composiet als een materiaal dat evengoed trek als druk kan opvangen. Korte of lange overspanningen zijn beide te behalen, maar dan moet hiervoor wel de stijfheid van het materiaal worden aangepast, door bijvoorbeeld een hogere vloer/profiel te maken. Zowel ronde als strakke vormen kunnen in composieten worden geproduceerd. Wanneer bij wijze van spreken een mat gedraaid kan worden, zover kan ook het composieten materiaal gedraaid worden geproduceerd.

b) De CUR 96 geeft aan dat eerst een programma van eisen voor de constructie opgesteld moet worden, voordat conceptontwerpen van composiet worden gemaakt. Werken jullie ook met zo’n programma van eisen en hoe wordt zo’n programma van eisen vorm gegeven?  Hebben jullie hier ook een voorbeeld van?  En hoe wordt hier verder mee omgegaan, bepaald dit voor welke vezels en harsen kan worden gekozen?  Bepaald dit welke vormen worden gekozen of zijn de vormen al bekend? CompositeStructures heeft geen gebruik gemaakt van dit programma van eisen. Zij werken met standaard vezels en kunststoffen en de vorm wordt bepaalt door het ontwerp. Daarnaast werken zij wel met standaard Excel rekensheets, waarin de laminaten theorie staat omschrijven en hierin snel een berekening kan worden gemaakt.

Interview 10 ABT B.V. – Mark Verbaten Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Mark Verbaten Senior specialist civiele techniek ABT 27-11-2015 Interview

Constructieve eigenschappen composiet

Onderwerpen die tijdens het interview zijn besproken: 1. Duurzaamheid van composiet 2. Constructieve eigenschappen composiet (trek, druk en stijfheid) 3. Tijd bestek demontabelheid 4. Toepassingen waarbij ABT gebruik heeft gemaakt van composiet 5. Mogelijke toepassing van composiet als bekisting 6. Bespreken vloerelement van onderzoeker (oplegging, verbinding, vervaardigingsmethode) 7. Optoppen van bestaande kantoorpanden 8. Vertrouwen in composiet (toepassing en veiligheidsfactoren)

Duurzaamheid van composiet Aan het begin van het interview is door de onderzoeker aangegeven dat zij in composiet construeert om duurzaam te construeren. De onderzoeker geeft aan dat een duurzaam gebouw niet alleen afhankelijk is van de hoeveelheid isolatie en installaties die worden gebruikt, maar ook afhankelijk is van het constructie materiaal dat wordt gebruikt. De heer Verbaten geeft aan dat de duurzaamheid van de constructie inderdaad bijna nooit wordt meegenomen, maar hij geeft ook aan dat hij zich afvraagt hoe duurzaam composiet in werkelijkheid is. Voor de productie van koolstof is bijvoorbeeld erg veel energie benodigd. De vraag die blijft rusten is of de duurzaamheid van het lagere gewicht voor bijvoorbeeld transport op weegt tegen de hoge hoeveelheid benodigde energie dat voor de productie benodigd is.

Constructieve eigenschappen composiet De heer Verbaten legt aan de hand van een aantal proefmonsters uit hoe de constructieve eigenschappen van composiet zich verhouden. Hij laat aan de hand van een UD-koolstoflamel (zonder geïmpregneerde matrix) zien hoe het materiaal zich gedraagt bij trek- en drukkrachten. Bij trekkrachten evenwijdig aan de lamelvezels is te zien dat de vezels op spanning komen te staan. Wanneer gedrukt wordt tegen het lamel dan verslapen de vezels zich direct en ontstaan er plooien in het lamel. Hieruit blijkt dat de vezels uit zichzelf alleen trekkrachten kunnen opnemen. (Hierbij wordt niet gesproken over de matrix die eventueel drukkrachten van de vezels naar elkaar kan overbrengen red.) De vezels hebben ten opzichte van andere bekende bouwmaterialen een lage stijfheid door zijn lage E-modulus. Hierbij werkt de hoge treksterkte van het materiaal in directe zin ook niet om deze lage stijfheid te verhogen. Wanneer een minder sterk wordt gebruikt, zal meer constructie materiaal benodigd zijn voldoende treksterkte te creëren. Deze hogere constructie massa verzorgt ook meer stijfheid aan de constructie. Om een voldoende stijve constructie te laten ontstaan met een lage hoeveelheid composiet, zal tijdens het dimensioneren van de composieten elementen rekening moeten worden gehouden met de lage stijfheid van het materiaal.

Tijdsbestek demontabelheid Om een goede afweging te kunnen maken van de mate waarin het composieten element demontabel moet worden uitgevoerd is het van belang om te weten naar welk tijdsbestek de constructie gedemonteerd moet

worden. Zal dit bijvoorbeeld binnen 6 maanden na plaatsing zijn, dan zal een eerder een grote voorkeur naar zij om gehele mechanische verbindingen uit te voeren. Wanneer wordt verwacht dat pas na 6 jaar het gebouw gedemonteerd moet kunnen worden, zal dan ook het geen probleem zijn om iets meer moeite te moeten doen om de constructie te demonteren.

Toepassingen waarbij ABT gebruik heeft gemaakt van composiet De heer Verbaten geeft aan dat de manier waarop ABT zelf veel werkt met composiet koolstofplakwapening is. Hierbij wordt een koolstofmat in een bestaande constructie geplakt om deze te versterkten op trekbelasting. Voor deze koolstofmatten wordt geen matrix gebruikt, zodat de matten volledig drapeerbaar zijn om de bestaande constructie. Tijdens het interview wordt op de interview locatie een praktijkvoorbeeld weergegeven van een vloer die het bedrijf zelf heeft open gezaagd en waar momenteel tijdens een verbouwing plakwapening omheen wordt geplakt. (De verlijming van de plakwapening lijkt met een zelfde soort lijm te gaan als de verlijming van kalkzandsteenblokken red.) In het voorbeeld wordt aangegeven waarom het van belang is dat de vezels om een nauwkeurig manier om de rand worden geplakt, zodat alle vezels in dezelfde richting lopen en vlak over het oppervlak lopen. De plakwapening wordt in dit geval gebruikt als haarspelden, die normaal gesproken rondom de rand van de vloer lopen. Verder wordt koolstofplakwapening in fundaties of vloeren gebruikt ten behoeve van betonreparatie of om meer belasting op te kunnen vangen. Ander mogelijkheid om van vezelversterking gebruik te maken, is door vezels aan beton toe te voegen. Deze vezels zorgen voor extra trekkracht in het materiaal. Verder heeft ABT wel eens gebruik gemaakt van een composieten gevel, maar deze hebben zij zelf verder niet uitgerekend. De vezels was daarbij overigens niet zelfdragend. Tot slot hebben zij een concept opgezet voor een voetgangersbrug over station Utrecht. Reden ervoor om deze brug in composiet uit te voeren was dat een elektromagnetisme in de buurt van de brug plaatsvond, waardoor het corrosieproces van staal versneld wordt. Met composiet vindt deze corrosie echter niet plaats. De brug is uiteindelijk nooit in composiet uitgevoerd, omdat er weinig fabrikanten waren die composieten producten aanboden, waardoor er nog te weinig vertrouwen in het product was. De heer Verbaten heeft 14 jaar geleden zijn afstudeeronderzoek profielen gebruikt van Fiberline gebruikt, waarmee hij een paddestoelachtige constructie heeft opgebouwd. Voor de stijfheid heeft hij hiervoor gebruik gemaakt van vakwerkachtige raamwerken. Andere toepassing die fabrikanten bieden, maar nog niet door ABT zijn toegepast, zijn balkonconstructies die als uitbreiding van een kleiner balkon dienen of gehele kubusvormige uitbouwen aan de buitenzijde van bestaande appartement complexen. Mogelijkheid van composiet als bekisting Doordat composiet moeilijk drukbelasting kan opvangen, is het bijvoorbeeld niet direct geschikt om als kolom te dienen. Er bestaat namelijk een te grote kans dat het composieten profiel een knik ondervindt. Deze knik kan worden tegengegaan door gebruik te maken van de knikbestendigheid van beton. Hierbij kan gedacht worden aan de vormvrijheid van composiet als deze als omhulling van een kolom wordt gebruikt en voor de drukkrachten wordt de kolom volgestort met beton. Het composiet wordt hierbij gebruikt als bekisting. De onderzoeker geeft aan dit eerder te hebben gezien bij de bekisting van composiet als brugdek. De omhulling van composiet zorgde ervoor dat het wegdek niet zou beginnen te corroderen.

Bespreken vloerelement van onderzoeker De onderzoeker geeft aan wat haar eerste gedachtespelingen zijn over haar ontwerpen. Zij geeft hierbij aan dat het ontwerp van hun casus geheel is gewijzigd, doordat deze niet bij de eisen aan de omgeving en bij de eisen van de projectgroep paste. Zij geeft aan dat een eerste vloerconcept is opgezet, aan de hand van het stappenplan op haar blad. De heer Verbaten merkt een aantal punten op:  Wanneer van verhoogde flenzen in het element gebruik wordt gemaakt zal inderdaad een hogere stijfheid worden verkregen. Echter blijft het wel de vraag waarom wil je perse deze verhoogde flenzen en kun je niet gewoon de vloer dikker maken. Wanneer van een vloer van 200 mm dik gebruik wordt gemaakt voor 6 meter overspanning, zit je allang onder de normale vloerdikte van kanaalplaatvloeren. De onderzoeker geeft aan dat het mogelijk nog een probleem kan vormen om de flenzen te moeten doorbreken om leidingen hierdoor heen aan te leggen. De heer Verbaten merkt op dat dit niet direct een probleem vormt, omdat dit niet direct de stijfheid verlaagd over een overspanningslengte.



















Het is afhankelijk van het kern materiaal wat de stijfheid van het element is. Vaak draagt het kern materiaal in eerste instantie al niet bij aan de stijfheid van het element, maar wanneer dit wil worden bereikt dan moet de kern goed met het laminaat zijn verlijmd. Verder kan als kern materiaal balsahout of een schuim worden gebruikt voor een laag gewicht. De vorm van het vloer element verzorgd er al voor dat de elementen goed in elkaar moeten vallen in de bouw. Wel moet er afgevraagd worden of deze vorm voldoende is om de elementen aan elkaar te laten verbinden. Deze verbinding is namelijk ook nodig om niet alleen als schijf te fungeren maar ook een massief geheel van de vloeren te maken, zodat elke vloer meebuigt als een vloer verder doorbuigt dan de ander. Dit wordt bij kanaalplaatvloeren bijvoorbeeld gedaan door de kelk dicht te storten. Wanneer voor eenzelfde volstort idee wordt gekozen, moet er wel rekening mee worden gehouden dat deze storting ook opgelost/verwijdert kan worden voor de demontabelheid. Om één schijf van de vloeren te maken kan in stap 6 worden gekozen om een mechanische verbinding aan te brengen. Ook kan voor koolstofstrippen over de naden worden gekozen, parallel aan de naad of loodrecht op de naad, wanneer de elementen na bijvoorbeeld 6 maanden worden gedemonteerd. Deze strippen kunnen worden doorgesneden als de vloer na bijvoorbeeld 6 jaar wordt gedemonteerd. In het element moet er rekening mee worden gehouden dat de bovenste laminaat een druk laminaat is en het onderste laminaat een treklaminaat. De treklaminaat zal niet veel problemen ondervinden, de druklaminaat daarentegen wel. Aan het druklaminaat zal gerekend moeten worden of deze niet knikt. Dit kan op een vergelijkbare wijze als voor een op druk belaste kolom worden gerekend. Je kunt bij deze vloerelementen ervoor kiezen om deze middels pultrusie of handlamineren te vervaardigen. Het voordeel van het vervaardigen middels pultrusie is dat dit veel minder arbeidsintensief en daarmee goedkoper is en dat bij pultrusie een veel stijver laminaat wordt vervaardigd. Echter worden de vezels bij pultrusie alleen in de langsrichting gelegd. Bij handlamineren kan de fabrikant de legsels in alle mogelijke richtingen leggen. Wanneer van een kolom structuur wordt gekozen is het wel van belang dat er balken over de kolommen worden gelegd om daarop de vloeren te leggen. De vloeren kunnen dan namelijk maar in één richting afdragen. De berekening van de stijfheid van het element is te berekenen door de EI te bepalen. De I kan berekend worden door de maatvoering van het element. Voor de E zal in dit onderwijs geval uit verschillende waarden moeten worden bepaald ‘tussen de wimpers door’. De klassieke laminaat theorie is namelijk te ingewikkeld om met de hand uit te rekenen, dit wordt vaak door verschillende computermethoden gedaan. Daarnaast is het nadeel dat elke fabrikant zijn eigen rekenmethoden heeft, waardoor het lastig wordt om aan de hand hiervan te bepalen wat de eigenschappen van het element zijn en hier zelf verder mee te rekenen. Voor het construeren met trillingen bij lichtgewicht constructies heeft het Hivoss een richtlijn opgesteld. Voor het construeren met trillingen geld dat het apparaat dat de trillingen veroorzaakt niet dezelfde frequentie mag uitstoten als de constructie eigen frequentie. Wanneer dit gebeurt zal de trilling in gelijke frequentie met dat van de constructie komen waardoor het wordt versterkt. Om dit te voorkomen moet je een constructie ontwerpen met een lagere of hogere eigen frequentie. Probleem is wel dat een apparaat wordt aangezet, hiermee moet rekening worden gehouden want dan verandert de frequentie van het apparaat van niks tot een hoge frequentie. Voor de mechanische verbindingen is er nog vrij weinig bekend over de randafstanden die toegepast moeten worden. Wanneer van boutverbindingen, Ikea-verbindingen of draadstangverbindingen gebruik wordt gemaakt, zijn hier nog geen vaste maten over bekend. De heer Verbaten geeft aan dat deze waarden vaak proefondervindelijk worden bepaald. Wel kan ook voor een verbinding met als tussenpunt staal worden gekozen. Zo wordt bijvoorbeeld een composiet met staal verbonden en het volgende composiet ook met dat zelfde staal stuk verbonden. Op deze manier is het gemakkelijker om de detailberekening uit te voeren, omdat bekend is hoe beide materialen ten opzichte van elkaar verhouden.

Optoppen Om de mogelijkheden te bekijken van composiet binnen het optoppen van bestaande kantoorpanden wordt gevraagd wat inmiddels al bekend is over het optoppen van deze panden. De heer Verbaten geeft aan dat zij hiervoor altijd eerst naar de bestaande fundatie zullen kijken om te bekijken of hiervoor van palen of een fundatie op staal is gekozen. Bij een fundatie op staal is het voordeel dat de fundatie in zijn geheel een stukje naar beneden is gezakt, waardoor de fundatie sterker/stijver is geworden. Is de fundatie niet voldoende sterk wordt bekeken of er een mogelijkheid is om de fundatie te versterken met koolstof plakwapening. Hierna wordt pas gekeken naar de dakvloer, deze is vaak lichter uitgevoerd doordat de variabele belasting van een dakvloer

lichter is dan de variabele belasting van een gebruiksvloer. Wanneer deze vloer de gebruiksbelasting niet kan dragen, zal hiervoor ook koolstof plakwapening worden gebruikt. De bovenbouw voor het optoppen zal met een lichte constructie worden uitgevoerd om de bestaande constructie zo min mogelijk te belasten, vaak in de vorm van een staalskeletframebouw. Vertrouwen in composiet (Ondanks dat het product composiet al vele jaren geleden is geïntroduceerd, zelfs de heer Verbaten heeft het met zijn afstudeeronderzoek 14 jaar geleden gebruikt, is het nog steeds een redelijk onbekend product op de markt red.) Er zijn nog maar weinig fabrikanten die composieten producten aanleveren, waardoor er weinig mogelijkheden zijn om jou product op de markt te brengen. Door deze onbekendheid geven vele gemeenten en opdrachtgevers vaak de voorkeur voor wel bekende constructiematerialen ten opzichte van het nieuwe composiet. Om wel composiet toe te kunnen passen zijn er zeer zware veiligheidsfactoren om met composiet te werken. In principe wordt een composieten een keer te zwaar gedimensioneerd, omdat de veiligheidsfactoren nog zo hoog zijn. Zo zou een laminaat van 1,2 mm ook met 0,6 mm dikte wel voldoende treksterkte in praktijk hebben.

Interview 11 Bijlprofielen – Raymond Leemreijze Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Raymond Leemreijze Technical-Commercial Manager Bijlprofielen 15-12-2015 Interview (telefonisch)

Composieten Bijlproducten en constructieve eigenschappen composiet a)

Jullie geven op jullie website aan ‘GVK-systeem profielen’: Duurzaam bouwen! Kunt u deze kreet uitleggen? In principe is het systeem niet bijzonder duurzaam. Wel wordt met glasvezel gewerkt wat een redelijk duurzaam product is. Composiet heeft hiervoor ook de duurzaamheidskwalificering van de Europese normen gekregen. Probleem is echter nog dat het materiaal moeilijk te recyclen is. Hierdoor wordt het vaak op een dumpplaats gestort, doordat het materiaal niet schadelijk is voor het milieu. Echter betekend dit wel het voordeel dat bij constructies die kortdurig (1 jaar) staan deze duurzaamheid veel meer invloed heeft dan bij constructies die langdurig staan 50 jaar. Zo worden de bruggen van composiet zo geconstrueerd dat deze 100 jaar kunnen staan.

b) Worden deze profielen voor de bouw voornamelijk toegepast voor onderdelen gevels of voor profielen voor metal-studwanden? Of kunnen deze profielen ook een constructieve waarde worden meegegeven? De profielen worden niet gebruikt als gevel onderdeel. Wel zou het als gevel voordelen bieden, omdat het materiaal niet kan corroderen en thermisch niet geleidt. Echter is het probleem de brandbaarheid van het materiaal nog, waardoor het weinig wordt toegepast. De profielen worden ook niet voor metal-studwanden gebruikt, omdat het hier geen enkel voordeel in kan bieden. Wel wordt het profiel in grote getalen gebruikt als onderdorpel voor woningen. Doordat de thermische geleiding hier grote voordelen in biedt. c)

De brugdekplanken die jullie toepassen hebben een maximale breedte van 400-500 mm. Is de reden hiervoor dat de mal voor de productie dan goedkoper is in plaats van dat voor breedten van pak en beet 1000 mm wordt gekozen? Er wordt voornamelijk van planken van 400 mm breed gebruik gemaakt, zodat de bruggen getoogd kunnen worden. De planken worden hierbij van ligger naar ligger opgelegd. Het is wel mogelijk om bredere planken van 1000 mm te produceren, nadeel hierin is alleen de kwaliteitsbewaking van het productie proces en dat de mal duurder is.

d) Welke brugdekplanken zijn het eenvoudigst te produceren, de planken met een gesloten of open onderzijde? Waarom is deze het eenvoudigst te produceren? Waarom is er specifiek vraag naar de gesloten en open plank? De brugdekplanken met een open onderzijde zijn het gemakkelijkst te produceren, doordat hier één soort mal aan de buitenzijde voor benodigd is. De planken met gesloten zijde moeten met een binnen kern worden geproduceerd. Afbeeldingen hiervan volgen nog op de mail. e)

Bieden de bevestigingsmiddelen die jullie gebruiken voor de planken aan de profielen ook stijfheid van de planken onderling. Dus kan er een stijf vloerveld worden gecreëerd door middel jullie bevestigingsmiddelen van plank op profiel of gebruiken jullie hier aan de bovenzijde nog koolstofstrippen voor? De bevestigingsmiddelen bieden geen stijfheid van de plank onderling. De planken zijn op zichzelf stijf, deze stijfheid is ook niet direct benodigd voor de planken die zij produceren. Verder wordt door Bijlprofielen ook geen koolstofstrippen gebruikt. Dit doordat het materiaal in verhouding te duur is om toe te passen.

f)

De brugdekplanken met een gesloten onderzijde hebben een ‘hol en dol’ onderlinge bevestiging. De planken met een open onderzijde worden koud tegen elkaar aangelegd? Hoe waarborgen jullie hierbij dat bij doorbuiging van een plank de planken ernaast meezakken? Bijlprofielen kijkt niet naar de onderlinge doorbuiging van de verschillende planken. Om deze reden wordt ook geen rekening gehouden met een koud bevestiging of een ‘hol en dol’ bevestiging. Wel wordt om de 4 planken een dilatatie aangehouden, zodat de planken thermische kunnen uitzetten.

g)

Hebben jullie ook filmopnamen of afbeeldingen beschikbaar waarin het pultrusie proces bij hoofdmal wordt weergegeven? Hiervan zijn enkele afbeeldingen beschikbaar, deze worden zodra per mail gestuurd.

h) Zijn er tabellen beschikbaar die de E-modulus en treksterkte van composieten bij verschillende samenstelling weergeven? Nee deze tabellen heeft Bijlprofielen niet beschikbaar. Zij ontwerpen hun producten aan de hand van de vraag van de opdrachtgever. Hierna voeren zij testen op de producten uit om de E-modulus te bepalen. De treksterkte beoordelen zij bij nooit, doordat dit nooit een issue is (red. doordat het product zo sterk is). De stijfheid blijft altijd het grootste probleem bij het construeren met composiet. i)

Houden jullie rekening met brandveiligheid en trillingen van het composiet? En gebruiken jullie hier standaard tabellen voor die iets zeggen over deze materiaaleigenschappen? Het probleem bij composieten blijft de brandveiligheid van het product. Om een hoge brandveiligheid te behalen wordt door Bijlprofielen momenteel onderzoek uitgevoerd naar het toevoegen ATH aan het composiet. Deze stof zorgt ervoor dat de brand intern in het materiaal geblust wordt en daardoor niet verspreidt. Bijlprofielen houdt geen rekening met trillingen die worden uitgeoefend op het materiaal.

j)

Waarom worden de composieten profielen in de traditionele vormen gebruikt. De heer Leemreijze wist dit niet met zekerheid te beantwoorden, maar gaf aan dat hij dacht dat dit kwam doordat ooit is begonnen met het produceren van composieten profielen. Hierbij waren de profielvormen van composiet al bekend en waarschijnlijk daarom toegepast. Bij de vraag wat de meest geschikte profielvorm voor composiet zou zijn wist de heer Leemreijze ook niet precies een antwoord op.

Interview 12 United Composites – Robbert Mark de Buijzer Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Robbert Mark de Buijzer Directeur United Composites 22-12-2015 Per mail vragen gesteld

Brandveiligheid composiet

Zijn brandklassen 0 en 1 te behalen met de kunststoffen polyester, epoxy en vinylester? Of zijn hier andere harsen zoals fenol voor benodigd en welke brandklassen kunnen de kunststoffen polyester, epoxy en vinylester behalen? Polyester, Vinlyester, Modar/Acrylaat, Cyanaatester en Epoxy harsen moeten zeer hoog gevuld worden met brandvertragende toevoegingen/vulstoffen om brandklasse niveau 1 te halen (NEN-EN 13501-1, klasse B1) Hierdoor worden de harsen dik en ongeschikt voor productie methoden zoals Vacuüm Injectie (VARI) en RTM. Wel kunnen andere productiemethoden worden gebruikt zoals hand lamineren, koud/warm persen en pregpregs. Probleem bij deze harsen kan wel de rookontwikkeling zijn en het vrijkomen van giftige gassen bij brand. Maximaal haalbaar is brandklasse NEN-EN 130501-1 klasse B1. Fenolharsen daar en tegen hoeven niet gevuld te worden om brandklasse niveau B1 te halen en hierdoor kunnen productie methoden als VARI en RTM worden toegepast ook voor grote onderdelen. Met kleine toevoegingen van micro en/of nano ceramische deeltjes en een hoog vezelvolume percentage is zelfs brandklasse NEN-EN 13501-1 klasse A2 mogelijk. Ander groot voordeel is de zeer lage rook ontwikkeling en dat geen giftige dampen vrijkomen. Brandklasse NEN-EN 13501-1 klasse A1 is haalbaar bij glas, basalt en koolstofvezel laminaten nadat de fenol hars gecarboniseerd wordt. I.c.m. koolstofvezel wordt dit ook wel carbon carbon genoemd. Dit is echter wel een zeer complex en kostbaar proces. Andere harsen die nog betere eigenschappen hebben dan fenolharsen zijn PMR (Polyimide harsen zoals Nexamid) en PN harsen (Phthalonitrile). Polyimide harsen zijn moeilijk te verwerken (hoge temperatuur uitharding en/of autoclaaf proces) en PN harsen zijn commercieel lastig te verkrijgen. Beiden zijn kostbaar en worden alleen voor zeer hoogwaardige composiet onderdelen toegepast. Qua thermoplastische harsen voldoen ook PEEK en PEI.

Interview 13 CTC-group – Jos ter Laak en Didier Polling Onderzoek: Constructieve toepassingen met composiet Interviewer: Geïnterviewde: Omschrijving: Datum: Vorm:

1.

Linda Braakman Jos ter Laak en Didier Polling Directeur CTC-group en Design Engineer CTC-group 06-01-2016 Interview

Standaard vorm composieten profielen

De I-, T- en U-profielen worden voornamelijk gebruikt, omdat deze vorm bekend is en hier men wat meer vertrouwen in heeft. Middels deze profielen is de start ook op gang gekomen om composiet meer als constructievorm te gaan gebruiken in de civiele techniek en transport sector. In al deze vormen wordt gebruik gemaakt van de hoogte dat composiet voor de stijfheid benodigd heeft, dus dat brengt een groot voordeel met zich mee. 2.

Constructieve eigenschappen composiet

Als rek wordt voor composiet 1,2% aangehouden. In het figuur hiernaast wordt een spanning-rekdiagram van composiet weergegeven. Hieruit heeft dhr. Polling het volgende uitgelegd:  Grafiek 1: Laat een spanning-rek verloop van bijna alleen vezels zien. Hieruit is op te maken dat de vezels volledig rekken ten opzichte van de spanning, totdat ze knappen. Dhr. Polling geeft aan dat dit te horen is door zachte ‘ping’ geluiden, zoals dat van glas wat kapot knapt. Hierbij knappen de vezels één voor één tot dat alle vezels in één keer knappen.  Grafiek 2 en 3: Hierbij zijn vezels vermengd met kunststof en blijkt al dat het zeer moeilijk is om af te meten wat de spanning-rek verhouding. Van groot belang is het dus om proeven uit te voeren die aangeven wat de daadwerkelijke spanning-rek is bij de betreffende materiaal samenstelling.  Grafiek 4: bestaat bijna volledig uit kunststof. Hieruit blijkt dat kunststoffen veel rek maar weinig spanning kan opvangen. Uit de grafiek kan ook worden afgeleid dat composiet brosse breuk veroorzaakt. De materiaalfactoren uit de CUR 96 worden gebruikt om veiligheid in te dammen aan deze brosse breuk. Druk op composieten constructie niet zo’n groot probleem. Zolang je maar buiten de maximale drukcompressie blijft (200 MPa). Wel is de knik in de kolom een probleem, doordat de kniklengte behoorlijk lang is. Oplossing hiervoor bestaat uit het verkleinen van de kniklengte door de huiden van elkaar op afstand te houden. Of door de hoeveelheid materiaal te vergroten. Voor het eerste onderdeel is een materiaal vulling benodigd van bijvoorbeeld beton. Nadeel hieraan is dat dit veel gewicht vraagt. Ook is het zeker de moeite waard om te bekijken of de kolom gevuld kan worden met een schuim. De kniklengte kan ook verkort worden door in het midden van de kolom (daar waar hij wil uitknikken) meer materiaal te plaatsen. Dit kan door de kolom dikker te maken of door een patroon (van halve rondjes) in de kolom te verwerken. In het figuur hiernaast wordt composiet vergeleken met staal. Hieruit blijkt dat een composieten glasvezel profiel net zoveel doorbuiging geeft als een staalprofiel als:  Flensen heel dik en lang worden gemaakt. of  Lijf heel lang wordt gemaakt

Deze maatregelen zijn benodigd om de traagheid van het profiel te vergroten om de lagere E-modulus van composiet op te hebben en zo dezelfde doorbuiging te kunnen behalen. Het is voor composiet dus van belang om een grote hoogte in composiet constructies te creëren. Het is niet perse nodig om een quasi-isotroop op te bouwen. Wel wordt in de CUR 96 geëist dat in elke richting minimaal 12,5% vezels liggen. Het is dus zeer goed mogelijk om alle vezels in één richting te leggen om stijfheid te genereren en een vezelmat te gebruiken om, die 12,5% te behalen. Wel moet er opgepast worden hoe de vezels gestapeld worden. Niet elke laag kan zomaar op een andere laag worden gestapeld. 3.

Overig

Vervaardigingsmethoden Er wordt als voorkeur aangenomen om bij een pultrusie proces vezels in de krachtsrichting te leggen en enkele vezelmatten te gebruiken. Bij de methode wikkelen kunnen bijna geen vezels in de 0 richting worden gelegd. Hiervoor zijn +/- 45 graden richting veel geschikter. Ten opzichte van handlamineren en RTM wordt aangeraden om het liefste gebruik te maken van RTM door de betrouwbaardere productie methode. De omstandigheden zijn bij deze methode beter te conditioneren. Materialen Voor de matrix worden voornamelijk polyester en epoxy toegepast. Als schuim materiaal wordt voornamelijk PVC gebruikt. Momenteel is de toepassing van PET ook erg in opkomst door de recycling ervan. De eerste toepassingen zijn al met PET geweest in bijvoorbeeld brugconstructies. Sandwichconstructies De ribben in een wiek bestaan uit een sandwichconstructie van een laminaat met schuim. Deze schuim heeft als functie om het uitknikken van de rib tegen te gaan. In het schuim kan ook een inwendig vakwerk worden aangebracht, waarvan de naden zijn gevuld met kunststof of vezels. Dit geeft nog meer sterkte aan het schuim. Het bovenlaminaat van een sandwich constructie verdeeld de belasting over een grote oppervlak. Het kernmateriaal verzorgt door de hoogte stijfheid en geleidt de kracht naar het onderlaminaat. Verbindingen Composiet verbinding gedrag is vergelijkbaar met dat van hout, maar minder natuur afhankelijk. Veel gebruikte verbindingen zijn:  Verlijmd (onderschat niet hoe sterk deze verbinding is)  T-bouw (in project ook goed te passen om kruin en kop te verbinden, 4 of 5 stuks) Trilling Hiervoor kan het beste de Hivoss richtlijn worden gebruikt. 4.

Toetsing ontwerp

De druksterkte van het element is geen probleem, maar de arm wil wel erg ver doorbuigen. Grof gezegd wel 2000 mm aan de uiteinden. Deze doorbuiging kan tegen worden gegaan middels een trekzone in de kruin van de constructie, die middels trekkrachten de doorbuiging van de arm tegen gaat. Vraag hierin is wel tot in hoeverre vindt deze vulling plaats en blijft de architectonische waarde van de boomstructuur dan nog wel behouden? Het is wel mogelijk om het middenstuk uit één deel te maken en hierin vergemakkelijkt het ook als het middenstuk wordt gevuld voor de trekzone. Voor de productiemethode wordt voor het middenstuk het liefste vacuüminjectie gekozen om het uit een stuk te produceren. Blijkt toch dat hierin moeilijkheden ontstaan dan kan er ook voor een gedeelte verlijming worden gekozen. Bij de productie worden de holle ruimten gevuld met schuim en daarna vacuüminjectie toegepast. Het geen probleem om de kruin 3000 mm te maken, zolang de radius van de hoek maar niet in 90 graden (of net daar boven) verloopt, zodat de vezels nog goed gebogen kunnen worden. Over de druk in het kolom element is in de eerste alinea al over gesproken. Hiervoor kan dus extra laminaat of van een schuim gebruik worden gemaakt.

Wanneer de vloerelementen in de kabels worden gelegd, levert dit een drukspanning in de gleuf van de vloerelementen. Het is beter om meer kabels door het vloerelement te geleiden. Hierna heeft de onderzoeker haar nieuwe idee geïntroduceerd van hulzen, waardoor de kabels lopen. De hulzen worden op drukspanning gebracht, vanwaar de spanning overvloeit in het laminaat. Dit lijkt de heer Polling een uitstekend idee. Er is besproken om de hulzen te verbinden met rubberen opzet stukken, die de drukkrachten opvangen en het vloerelement niet tegen elkaar botst. De vloer wordt vloeistofdicht gemaakt door een folie of rubberen mat. De rubberen mat zal hierbij als voordeel bieden dat deze ook trillingen tegen gaat. De kabels worden aan de armen bevestigd door de armen iets ovaal te laten lopen. De ovalen vorm is doordat de ronde vorm anders ovaal wordt getrokken. Daar waar de vezels bij elkaar komen kan een ring worden bevestigd, waaraan de kabel wordt bevestigd. Op deze manier wordt de belasting ook gelijkmatig over de arm verdeeld en komt er niet aan het einde één trekkracht op de kabels. (Puntje ter attentie, hiervoor geldt wel het mechanisch schema van de driehoek waar de krachten op de arm verlopen, maar deze is niet meer ingeklemd, doordat de trekkrachten nu dus over de kruin verlopen.) De heer Polling geeft nog aan dat opgepast moet worden voor het gebruik van een computervloer, doordat hierdoor punt lasten op de vloer worden geplaatst, waardoor het krachten verloop zich anders gedraagt. Verder geeft hij aan dat bij het bevestigen van gipsplaten aan het plafond hiervoor wel voorzieningen meegenomen moeten worden in het composiet, doordat hierin niet zomaar te schroeven is. De productie van de holle cassettes is complexer. De productie is afhankelijk van de eis of de cassette met minerale wol gevuld dient te worden. In dat geval zullen vele delen verlijmd dienen te worden. Zo niet en kan het met hardere schuim worden gevuld dan kan meer van vacuüminjectie gebruik worden gemaakt. Worden de zijkanten en onderkant al voor geprefabriceerd, dan scheelt dat er geen mal benodigd is. De kolom kan het beste uit pultrusie worden vervaardigd. Ook het gedeelte met de ingewikkelde binnenkant (tegengaan van knik) kan het beste met pultrusie worden vervaardigd. Als men de kolom wil vullen kan dat het beste na de pultrusie gebeuren. De armen kan middels vacuüminjectie (met binnenmal) of ook met pultrusie worden vervaardigd.

Bijlage 3.1 Gastcollege ‘VezelVersterkte Kunststof Constructies - State of the Art en regelgeving’ Bedrijf: Royal HaskoningDHV Spreker: Liesbeth Tromp Functie: Adviseur vezel versterkte kunststoffen infra Inleiding De inleiding van de presentatie bestond uit het voorstellen van verschillende collega’s van mevrouw Tromp. Zij voeren verschillende functies voor Royal HaskoningDHV uit met expertise in vezel versterkte kunststoffen. Als opvallende punt vermeldde mevrouw Tromp dat architecten een belangrijke rol spelen in het gebruik van composiet in de bouw. ‘Architecten maken voorin het project al de materiaalkeuze, daardoor is bij hen goed te beïnvloeden om composiet in het project toe te passen.’ Verder geeft mevrouw Tromp in de inleiding aan dat in de jaren 90 composiet, of ook wel vezel versterkte kunststof, zich nog in de onderzoekshoek bevond. Echter is dit tij gekeerd en worden tegenwoordig degelijke toepassingen met composiet uitgevoerd. ‘Inmiddels is de composieten branche zo ver dat de eerste composieten toepassingen kunnen concurreren tegen toepassingen in staal.’ Productie en kosten De productie van composiet start met het impregneren van vezels met kunststof. Dit vormt samen als het ware een ‘frozen fabric’. Composieten worden als duurzame materialen beschouwd, door hun lange levensduur, het lichte materiaal gewicht (1,5 tot 2x lichter dan staal) en het lage energieverbruik over hun levensduur (LCA). Echter is de aanschafwaarde van composiet wel hoger dan dat van traditionele constructiematerialen. Qua inkoop kosten voor glasvezels versterkte kunststofconstructie is dit vergelijkbaar aan dat van een staal constructie. Echter zorgen de arbeidsintensieve productie, de kosten voor de mal en de engineeringskosten ervoor dat het materiaal kostbaar is om aan te schaffen. Toch weegt de hoge aanschafwaarde hier tegen op als er naar weinig onderhoud en een hoge sterkte wordt gevraagd. De meeste constructie van vezel versterkte kunststoffen bestaan voor de civiel technische wereld uit profielen en sandwichelementen. De profielen worden vervaardigd middels pultrusie, voor sandwichelementen wordt vacuüminjectie gebruikt. Geschiedenis Vanaf 1986 is in China de eerste composieten brug geproduceerd. Het duurde hierna nog jaren voordat de eerste composieten loopbrug in Nederland is geproduceerd. In 1997 is in Harlingen de eerste handgelamineerde voetgangersbrug van composiet geplaatst. Hierna is de ontwikkeling in composiet gestaag voortgegaan, waarna ook fietsersbruggen, verkeersbruggen en beweegbare bruggen in composiet zijn ontwikkeld. ‘ Inmiddels is Nederland het meest voorop lopende land in toepassing van composiet.’ Toepassing civieltechnische bouwwerken Het bedrijf Fibercore uit Rotterdam heeft een eigen soort brugconstructie ontwikkeld, waarbij volledig gebruik wordt gemaakt van composiet. Eerst werd hiervoor nog koolstofvezels gebruikt, maar om de kosten te drukken is later overgaan naar een toepassing met alleen glasvezel. Echter vraagt een kosten rendabele composieten constructie om een grotere afname van de bruggen. Dit vraagt om opdrachtgevers die vertrouwen hebben in het materiaal. De gemeente Rotterdam heeft ervoor gekozen om toepassing van composiet in brugconstructies meer te stimuleren door alle parkbruggen in de stad te vervangen composieten parkbruggen. Dit bood de gemeente als voordeel dat er minder onderhoud benodigd was aan de brug. Nu steeds meer het onderhoud van constructie opweegt tegen een hogere aankoopprijs mogen beheer & onderhoud managers ook meer invloed uitoefen op de aankoop van een brug. Dit is voordelig voor de composieten branche. Verder is de toepassing van hybride brugconstructies van een stalenframe en vezel versterkt kunststoffen wegdek veel in omloop. ‘De eindbalken van het wegdek worden daarbij ook vaak van composiet uitgevoerd, doordat voor de randen zware vervormingseisen gelden en deze zeer stijf moeten zijn.’

Tot slot worden de eerste sluisdeuren en schuiven in composiet uitgevoerd, doordat composiet niet corrodeert in het water. De sluisdeuren worden hierbij hetzelfde opgebouwd als brugdekplanken, waarbij de ribben van de planken de stijfheid van de constructie vormen. De brugdekplanken worden hierbij rechtop gezet, waardoor de ribben verticaal staan. Doordat de markt voor deze toepassing zeer conservatief is, is het niet gemakkelijk om hier een toepassing in composiet in te bieden. Toepassing bouwkundige bouwwerken Voorbeelden die in de presentatie worden aangehaald zijn: Dakelementen, zoals de constructie van Madina Station in Saudi-Arabië Grote luifels Gevels Vloeren worden in verband met geluid en strenge brandwerendheidseisen nog niet in composiet uitgevoerd. Echter zijn composieten wel brandwerend te maken. Verder brengt de lage stijfheid van composiet problemen met trillingen in de vloerconstructie met zich mee. De ontwikkeling van composiet zet zich nog niet door in de bouwwereld, doordat volgens mevrouw Tromp er nog veel onbekendheid is op het vlak van composiet. ‘En onbekendheid maakt ‘onbemind’.’ Elke partij moet namelijk weten hoe zij met composiet moeten werken en doordat de bouw uit vele partijen bestaat, maakt dit het moeilijk om composiet door te laten dringen. Daarnaast gaat volgens mevrouw Tromp in de bouw veel tijd verloren in de ontwikkelfase van het project, waardoor er in de engineeringfase geen tijd meer is om met composiet te werken. Tot slot worden de mensen in de bouw opgeleid om volgens een norm en stramien te werken. Wordt niet aan deze stramien vast gehouden dan worden verschillende partijen huiverig. Constructieve eigenschappen De doorbuiging en constructiehoogte is over het algemeen maatgevend voor composieten constructie ontwerpen. Dit zijn eigenschappen voor het comfort van de constructie. Verder is de trilling dat men ervaart een belangrijk gegeven om de constructie al dan wel of niet als comfortabel te ervaren. De versnelling moet hiervoor minder dan 0,7 m/s2. Hiervoor mag de eigen frequentie van de constructie niet te klein zijn. De eerste verticale trilling is de maatgevende trilling. De trillingen worden meegenomen in de CUR 96 richtlijnen. Voor het construeren met composiet is nog geen Eurocode beschikbaar, deze is momenteel wel in voorbereiding door het opstellen van een technisch rapport (CEN TC250). Daarom mag een CUR richtlijn worden aangehouden om de constructie hieraan te toetsen en om hier akkoord op te geven. ‘De CUR geeft een eenduidige werkwijze en versnelt daarmee de kennis en ervaring.’ Verder geeft mevrouw Tromp het volgende aan. ‘Er zijn nog gen voorbeelden van voorspanning in combinatie mat composiet bekend. Reden hiervoor is dat de voorspanning verloren gaat door de relaxatie en kruip van composiet.’ ‘De E-modulus is niet in één getal uit te drukken, door het materiaal wordt samengesteld daar waar de sterkte benodigd is. Als grove maten worden voor glasvezel 15 tot 28 GPA en koolstofvezel 55 tot 85 GPA aangehouden. Koolstofvezels zijn op zichzelf stijver dan staal, maar de stijfheid gaat verloren door de toevoeging van hars. De treksterkte van de vezels is sowieso hoger dan staal.’ Voor composieten moeten ook proeven worden gedaan om de sterkte eigenschappen van het materiaal te bepalen. In principe is dit gelijk aan de kubus testen voor beton. Dit is voor pultrusie gemakkelijker, omdat in een sectie een materiaaltoetsing kan worden gemaakt. Voor vacuüminjectie is dit complexer, doordat hier vaak eenmalige producten mee worden gemaakt. Wanneer van testen gebruik is gemaakt mogen wel de veiligheidsfactoren uit de CUR worden afgezwakt, wat dit voordeliger maakt voor de toepassing van een hoeveelheid constructiemateriaal. Conclusie Uitdaging van het werken met composiet is dat de technologie nog in volle ontwikkeling is. Verder zijn er vele variëteiten in het productie proces en vele soorten materialen te gebruiken wat het een complex materiaal maakt om mee te werken. ‘Composiet is een materiaal wat in ‘situ’ wordt gemaakt.’ Er is geen grote massa productie, zoals in staal omdat alleen daar waar nodig de vezels worden toegepast om trekkracht te genereren.

‘Een composiet is zeer sterk in vezelrichting.’ Maar wanneer je een laminaat in handen hebt weet je alleen de dikte van het materiaal en eventueel het soort vezel, maar verder weet je niks. Er is niets bekend over de hoeveelheid vezels en kunststof dat aan het materiaal is toegevoegd en van welke vezeloriëntaties gebruik is gemaakt. Dit maakt composiet een totaal ander soort constructie materiaal dan traditionele bouwmaterialen.

Bijlage 4.1 Presentatieboekje ontwerp Op de pagina’s hierna wordt in een presentatieboekje het ontwerp weergegeven. Dit presentatieboekje heeft als functie om het ontwerp te kunnen presenteren aan architecten, aannemers en specialisten uit de composietensector. In hoofdstuk 5 wordt in woorden beschreven hoe het ontwerp is vormgegeven. Het ontwerptraject en de constructieve verantwoording wordt in het ontwerpdossier van bijlage 4.2 weergegeven.

Bijlage 4.2 Ontwerp dossier In het ontwerpdossier hierna wordt aangegeven tegen welke knelpunten tijdens het ontwerpen is aangelopen en welke afwegingen zijn gemaakt om tot een oplossing te komen. Tijdens het ontwerpproces zijn de volgende stappen doorlopen:

Stap 1: Eisen

Duurzaam constructie ontwerp  Verleng levensduur door flexibele indeling  Beperk materiaal gebruik  Gebruik duurzame materialen  Houdt rekening met milieu-impact van transport

Goede eigenschappen composiet  Licht gewicht met hoge treksterkte  Grote vormvrijheid  Bestand tegen externe weersinvloeden  Thermisch isolerend

Eisen aan casus ontwerp  Hoge verdiepingshoogte (8 meter)  Flexibele indeling dus geen stijve kernen/windverbanden  Grote overspanningen met weinig kolommen  Prefabricage vereist van elementen  Geen geluid en trilling overlast

Ontwerp moet bevatten  Hoge kolommen die zijn krachten spreiden via ‘takken’  Vormen waar moment vaste verbindingen uit gehaald kunnen worden  Geen grote constructie elementen, maar kleine gemakkelijke transport afmetingen  Vloeren die geluid en trilling kunnen opvangen van veel mensen (school)  Constructie elementen boven elkaar gestapeld (in verband met besparen materiaal) Afbakening  Constructie begane grond is niet meegenomen in verband met hoge eisen aan trillingen door plaatsing machines  Alleen maatregelen tegen trilling en geluid worden meegenomen  Geen constructieve berekening omwille van korte onderzoeksperiode

Afstudeeronderzoek Opleiding Bouwkunde Linda Braakman COMPOSIET ALS CONSTRUCTIEMATERIAAL

Recommend Documents