Betonnen constructies en dus ook funderingen moeten gewapend worden om scheuren te voorkomen. Beton kan zeer goed drukkrachten opnemen maar zeer slecht trekkrachten. Wanneer het beton niet gewapend is zal door de trekkrachten het beton aan de onderkant gaan scheuren. Daarom moet onderin de funderingsstrook wapeningsstaal komen voor het opvangen van de trekkrachten.

De hoofdbewapening ligt in de breedterichting van de funderingsstrook. De verdeelbewapening ligt in de lengterichting, deze dient om de hoofdbewapening op zijn plaats te houden.

Bij een systeemvloer zoals de combinatievloer word een druk laag (betonlaag ) van ± 40 - 50 mm aangebracht. De wapening bestaat uit een netwerkwapening bovenin de druklaag. In sommige gevallen wordt de wapening onderin aangebracht en soms onderin en bovenin.

Wapening plan

De betonconstructeur berekent de de grootte - dikte - breedte van alle betonnen onderdelen zoals funderingen en vloeren. Heel belangrijk hierbij is de belasting, dit is het totale gewicht van het gebouw met al zijn inhoud. Ook maakt hij een wapeningsplan en een buigstaat waarin precies omschreven staat waar de wapening moet komen, hoe dik de wapening (sterk) moet zijn enz.Aan de hand van het wapeningsplan en de buigstaat maken de ijzervlechters de wapening voor de verschillende onderdelen.

Wapeningsstaal

Het betonijzer heeft een bepaald profiel zo dat het beter hecht aan het beton.

Wapeningsijzer of betonijzer wordt in verschillende soorten gemaakt, zo zijn er o.a. geribd torstaal, torwastaal en kamstaal.
De diktes zijn 6 - 8 - 10 - 16 - 20 - 25 - 32 mm.
Lengtes zijn 12 - 14 en 16 meter.
Er is warmgewalst betonstaal, koudgevormd betonstaal en watergekoeld betonstaal.Er is ook wapeningsstaal dat gepuntlast kan worden.

Betonstaal wordt bijvoorbeeld geleverd in de kwaliteit : Fe B 500.
Fe staat voor ijzer ( Fe ). 
B staat voor betonstaal. 
500 geeft de vloeigrens aan,dit is het moment waarop de trekkracht in het wapeningsstaal begint, dit wordt uitgedrukt in N/mm 2 .

Wapeningsnetten worden vaak kant en klaar geleverd va af de betonijzerfabriek en/of buigcentrale. Ze worden geleverd in de kwaliteiten Fe B 500 HKM en F B 500 HWM.

Afstandhouders

Afstandhouders zorgen er voor dat de wapening op zijn plaats blijft zitten en dat tussen wapening - vloer en wapening - zijkant bekisting voldoende afstand is voor de juiste betondekking.

Betondekking

Het wapeningsstaal moet op een bepaalde afstand onder het beton zitten, we noemen dat de betondekking. Als deze afstand te klein is kan het wapeningsstaal gaan roesten door dat er vocht bijkomt. Het beton wordt dan in stukken weggedrukt.

De betondekking voor vloerplaten = 1 tot 2 cm.
De betondekking voor wanden = 1,5 tot 2,5 cm.
De betondekking voor balken = 2 tot 2,5 cm.
De betondekking voor kolommen = 2,5 tot 3,5 cm

Wapening is een versterking die in beton wordt aangebracht. We spreken dan van gewapend beton . Wapening kan nodig zijn omdat beton wel drukkrachten , maar bijna geen trekkrachten op kan nemen. Omdat in een bouwwerk of andere constructie bijna onvermijdelijk trekkrachten voorkomen, is deze wapening ook vrijwel altijd nodig.

In een groot deel van de gevallen (99%) zullen stalen staven, kabels of netten als wapening worden toegepast. De wapening moet op een minimale diepte (de dekking) in het beton aangebracht worden om aantasting te voorkomen. De dekking is voorgeschreven in normen en is afhankelijk van de toepassing van de constructie. Het is ook mogelijk om voor andere materialen of verschijningen dan staal te kiezen.

Mogelijke materialen zijn:

• bamboe, cellulose en sisal (Goedkoop maar weinig sterkte en duurzaamheid. Wordt in ontwikkelingslanden sporadisch toegepast.)
• (gegalvaniseerd) staal
• glasvezel
• koolstofvezel
• aramide (uiterst sterk, geen corrosie)
• asbestvezels (uiterst sterk, maar schadelijk voor de gezondheid (kanker verwekkend))
• gefibrileerd polypropyleen
• polyacrylnitril
• polyvinylalcohol
• textiel

Glasvezel en koolstofvezels zullen niet gaan roesten, en zijn dus bij uitstek geschikt om onder extreme omstandigheden te worden toegepast. Bovendien geleiden deze materialen geen elektriciteit, waarmee ze geschikt zijn voor bijzondere toepassingen.

Mogelijke verschijningen:

• staven
• netten
• kabels
• vezels

Kwaliteiten (wapeningsstaven):

• FeB 220 HWL, vloeispanning 220 N/mm², gladde staven, wordt niet meer constructief toegepast, wel voor b.v. aarding (de gladde staaf is dan goed herkenbaar tijdens het werk)
• FeB 400, HWL, HK, wordt niet meer toegepast
• FeB 500, HWL, HK, HKN, 500 HWL meest toegepast, vloeispanning van de staven 435 N/mm²

Bij het toepassen van vezels worden korte vezels met een lengte tussen de 10 en 15 mm door de betonmortel (het vloeibare beton) gemengd. Deze vezels zorgen dan voor een sterkte in alle richtingen van de beton.

Gewapend beton

Gewapend beton is beton dat plaatselijk versterkt is met stalen staven. De stalen staven noemt men de wapening.

De Parijse tuinman Joseph Monier ontdekte het principe van gewapend beton toen hij bloembakken maakte van beton met een netwerk van ijzerdraad.

Puur beton kan grote drukkrachten weerstaan, maar is niet goed bestand tegen trekkracht, omdat het een korrelige structuur heeft. Bij een te grote trekkracht vormen zich scheuren in het materiaal. Als er zich eenmaal een scheur gevormd heeft, gaat het van kwaad tot erger, doordat de trekkracht zich rond de scheur concentreert – daar is de balk dan immers op zijn smalst; de trek spanning wordt steeds hoger. Het gevolg is bezwijken van de constructie.

Nu zal een betonnen balk niet vaak gebruikt worden om iets aan op te hangen, maar ook als een betonnen balk of plaat op buiging belast wordt, ontstaan er plaatselijk trekkrachten in de balk of plaat. Dat is bijvoorbeeld het geval bij een betonnen balk die aan de uiteinden op kolommen of pilaren rust. Door het eigen gewicht en vooral de nuttige belasting zal de balk de neiging hebben in het midden door te buigen. Daardoor treden er aan de onderkant van de balk trekkrachten op en aan de bovenkant drukkrachten.

Als een balk of plaat doorloopt over meerdere steunpunten, of aan het uiteinde ingeklemd is in een muur, dan treedt aan de bovenkant trek op en aan de onderkant druk.

Om de cohesie tussen het beton en het staal nog te verbeteren, wordt de staven gewoonlijk bij het walsen van ribbels voorzien 'torstaal' of 'torwastaal', hierdoor verkrijgt het spiraalvormige ribbels met een groter oppervlak dan glad betonstaal, waardoor het staal beter in het beton hecht. Als dat nog niet voldoende aanhechting oplevert, kan men rechte of ronde haken buigen aan de uiteinden van de staven, zodat de staven niet uit het beton getrokken kunnen worden.

Meestal hoeft er slechts een geringe hoeveelheid staal gebruikt te worden om een voldoende sterkte te verkrijgen, variërend van 1% voor de meeste balken en platen, tot 6% voor sommige kolommen. De hoeveelheid wapeningsstaal wordt gewoonlijk uitgedrukt in het percentage staal in het oppervlakte in een loodrechte doorsnede van het element. Wapeningsstaven zijn rond en variëren in diameter van 6 tot 30 mm, oplopend in stappen van 2 mm. Ook gegalvaniseerd staal wordt gebruikt.

In constructiedelen die men zo dun mogelijk wil maken, of door ruimtegebrek, kan ook het wapeningsstaal gebruikt worden om, behalve de trekkrachten, ook een deel van de drukkrachten op te nemen (drukwapening). Dat gebeurt bijvoorbeeld in kolommen. Over meerdere steunpunten doorlopende balken of platen hebben soms wat drukopnemend staal bij de kolommen, maar gewoonlijk hebben balken en platen alleen wapening aan de kant waar de trekkrachten optreden. In het geval van doorlopende draagbalken, waarin de trekkracht afwisselend aan de bovenkant en aan de onderkant optreedt, werd het staal in een zig-zag patroon door de balk gebogen, ook om de schuine trekkrachten op te nemen. Door het arbeidsintensieve en dus dure buigwerk wordt dit tegenwoordig niet meer gedaan. Er worden nu alleen rechte staven boven en onder in de balk of plaat gelegd, ter plaatse van de trekkrachten. Nabij de opleggingen worden in balken eenvoudig meer 'beugels' geplaatst om de schuine trekkrachten op te nemen. Deze beugels nemen de optredende dwarskrachten op in de ligger/plaat.

Praktijk

Gewapend beton bevat stalen staven die de trekkrachten opnemen en zo het materiaal versterken. Het wapeningsstaal wordt vooraf in een houten of stalen vorm, de 'bekisting' of kortweg 'de kist', aangebracht. Dat is gewoonlijk het werk van betonstaalvlechters. Hierna wordt betonspecie in de bekisting gestort en verdicht met een motorisch aangedreven trilnaald. De wapening wordt hierdoor volledig in het beton ingebed. Na maximaal 28 dagen moet het beton de ontwerpsterkte hebben bereikt. Als een gewapend betonelement hierna belast wordt, neemt het beton de drukkrachten op, en het staal de trekkrachten.

Betonkwaliteit

Het succes van gewapend beton is op de volgende eigenschappen gebaseerd:

1. Beton en staal hechten goed aan elkaar.
2. De uitzettingscoëfficiënt van beton is vrijwel gelijk aan die van staal. Dat voorkomt inwendige spanningen ten gevolge van temperatuurschommelingen.
3. Bovendien beschermt het beton het staal tegen roesten.

De betonkwaliteit is opgedeeld in sterkteklassen, welke een maat zijn voor de sterkte van het beton.

• De sterkteklasse is gebaseerd op de 28-daagse druksterkte, uitgedrukt in N / mm ².
• De reguliere sterkteklassen lopen van C8/10 t/m C53/65. Alles boven C53/65 wordt hogesterktebeton genoemd.
• De sterkte van het beton waarmee in constructieberekeningen moet worden gerekend is een afgeleide van de sterkteklasse. Hoe deze zogenaamde rekenwaarde van de druksterkte bepaald wordt staat in de Voorschriften Beton Constructie (VBC 1995).

• Betonrot. Corrosie en vorst kunnen slecht ontworpen of uitgevoerde gewapend betonconstructies beschadigen. Als ijzer roest, zet het uit. Daardoor leidt het roesten van wapening tot scheuren in het beton en kan het beton afbrokkelen. Vorstschade ontstaat doordat water door het betonoppervlak naar binnen dringt en bevriest. Door het uitzetten van het bevriezende water in haarscheurtjes worden de scheuren vergroot, wat tot verbrokkelen leidt, waardoor de constructie het uiteindelijk begeeft. In landen met een nat en koud klimaat schrijven bouwvoorschriften meestal voor dat de wapening moet worden voorzien van een coating van epoxyhars en dat het beton moet worden geverfd of op een andere wijze waterafstotend moet worden gemaakt. Door binnendringen van chloorhoudende zouten kan het staal versneld gaan roesten. Door een goede dekking, afstand die de wapening in het beton zit, kan betonrot uitgesloten worden. De minimale dekking hangt af van het milieu waar het gewapende beton zich in bevindt. Zie ook carbonatatie.

• alkali-silicagelreactie

Dit is een reactie tussen het cement en de (normaal gezien inerte) granulaten. Het doet het beton uitzetten, wat tot scheuren leidt. Deze reactie kan enkel gebeuren

1. In een vochtig klimaat;
2. met (relatief gezien) reactie granulaten; en
3. bij cement met een hoge hoeveelheid alkalische stoffen.

Bescherming tegen vocht

Stoffen die in het beton moeten dringen om het waterafstotend te maken moeten enige tijd na het uitharden worden aangebracht, als de buitenste laag van het beton goed gedroogd is. Een bijzonder proces om beton waterbestendig te maken verloopt als volgt. Het betonnen werkstuk wordt in een vacuüm zak met een monomeer voor een kunsthars gedaan. Nadat het monomeer in het beton is binnengedrongen, wordt het gehard door middel van gammastraling. Dit levert een zeer hard, aantrekkelijk oppervlak op, dat door en door gekleurd kan worden, zodat krassen en butsen minder zichtbaar zijn.

Goedkopere beschermlagen zijn bijvoorbeeld verf, kunststofschuim, kunststof folie en aluminiumfolie of matten die met teer zijn behandeld. Wegfunderingen worden soms beschermd tegen water met behulp van een laag bentonietklei.

Voorgespannen beton

Voorgespannen beton is beton waarin een deel van de wapening wordt voorgespannen, dat wil zeggen; onder een trekkracht in het beton geplaatst. Op deze manier kan de betonnen balk een hogere belasting dragen.

Dit is eenvoudig voor te stellen door een rij met boeken op te tillen. Dit lukt alleen als er druk op de uiteinden van de rij uitgeoefend wordt. Als deze druk weggenomen wordt, dan valt de rij uiteen in individuele boeken.

Door de manier van construeren kan men voorgespannen beton plaatsen onder de familie van composiet materialen.

Principe

De op trek belaste beton doorsnede wordt zodanig voorgespannen (onder spanning gezet) dat ook bij de grootste uitwendige belasting nog steeds een drukspanning in de hele doorsnede aanwezig is. Dit is voordelig, want beton kan zo'n 10 keer meer druk dan trek opvangen.

Bij een op twee steunpunten opgelegde, op buiging belaste balk treedt bovenaan druk op (+), onderaan trek (-) zoals aangegeven in het linkse spanningsdiagram. Door het aanbrengen van een voorspankracht (F v ) ontstaat een drukspanning in de doorsnede van de balk. Deze drukspanning elimineert de trekspanning aan de onderkant van de balk (en versterkt de drukspanning aan de bovenkant van de balk) waardoor in de hele doorsnede een drukspanning ontstaat bij dezelfde belasting, een voor beton gunstiger situatie.

Om te voorkomen dat de drukspanning aan de bovenkant groter wordt, wordt de voorspankracht c.q. voorspankabels, F v niet aangebracht in het midden van de balk, maar excentrisch, onder of boven de neutrale lijn, in het gebied waar anders trekspanningen zouden ontstaan.

Dit betekent dat bij balken die over meerdere steunpunten doorlopen, ter plaatse van de steunpunten de voorspankabels boven in de balk liggen, in het gebied waar een negatief moment optreedt.

Productie

Bij een voorgespannen betonconstructie kan het staal op verschillende manieren verwerkt worden:

1. Voorspannen met voorgerekt staal (voor pre-fab constructies zoals balkonelementen, brugbalken)
2. Voorspannen met nagerekt staal. Hierbij worden kokers aangebracht in de bekisting, voorspankabels worden door de kokers getrokken, beton gestort en na het verharden van het beton worden de kabels aangetrokken. De holte van de koker wordt dan opgevuld met grout.
3. Voorspanning zonder aanhechting (streng/kabel omringd door kunststof met inwendig vet aanwezig). Hierbij wordt de kabel op zijn plaats gelegd, waarna men beton stort. Nadat het beton op voldoende sterkte is gekomen, wordt aangespannen.
4. Externe voorspanning waarbij de strengen buiten de constructie worden aangetrokken.

Staalvezelbeton

Staalvezelbeton of staalvezelversterkt beton is een composietmateriaal dat bestaat uit een betonmatrix waarin staalvezels willekeurig verspreid zitten. Het wordt gemaakt door aan het betonmengsel ongeveer 0,3 tot 1 volumeprocent staalvezels toe te voegen. De staalvezels zorgen ervoor dat het beton, dat van zichzelf betrekkelijk bros is, trekkrachten op kan nemen, en zwaarder belast kan worden zodat scheurvorming beperkt blijft.

Al sinds het begin van de twintigste eeuw wordt gewapend beton als bouwmateriaal gebruikt. Traditioneel gewapend beton bevat een wapening bestaande uit stalen staven of netten van enkele millimeters dikte. Hiertoe wordt in een gietvorm ( bekisting) eerst de stalen wapening aangebracht, en wordt vervolgens de bekisting volgestort met het de betonspecie (het vloeibare betonmengsel). Bij staalvezelbeton worden de vezels voor het storten door het beton gemengd. Ook kunststofvezels worden wel toegepast.

Toepassingen

Staalvezelbeton wordt heel vaak toegepast voor industrievloeren en prefabtoepassingen zoals buizen en boortunnelsegmenten.

Voor- en nadelen

In vergelijking met traditioneel gewapend beton is het staal in staalvezelbeton veel beter verspreid door het werkstuk. Daardoor verkrijgt men sterkere hoeken en randen, een betere bestendigheid tegen afbrokkelen bij botsingen of explosies, en een hogere slijtweerstand. Bovendien wordt scheurgroei belemmerd doordat beginnende scheuren worden overbrugd door de vezels. Daardoor is ook de vermoeiingsweerstand hoger.

De nadelen van staalvezelbeton zijn de langere mengtijd, een afnemende verwerkbaarheid van het betonmengsel en een langduriger verdichtingsfase. Bij regelmatig nat worden van staalvezelbeton zal verkleuring optreden door oxidatie van aan het betonoppervlak liggende staalvezels.

Voor de constructeur heeft staalvezelbeton de beperking, dat de wapening homogeen is, en dus niet lokaal, waar dat nodig is, extra wapening kan worden gesitueerd. Bij gewoon gewapend beton kan tijdens het vlechten eenvoudig meer wapening worden toegevoegd waar dit benodigd is. Voor staalvezelbeton wordt de hoeveelheid staalvezels bepaald door de maatgevende doorsnede.

Voorts is het gedrag bij breuk anders. Als (gewoon) gewapend beton te zwaar belast wordt, treedt er lang voordat de constructie bezwijkt gecontroleerde scheurvorming op. In beginsel is het optreden van gecontroleerde scheurvorming slechts een teken dat de zachtstaalwapening doet waarvoor het bedoeld is. Staalvezelbeton gedraagt zich echter anders. Wordt de maximaal opneembare treksterkte van de uiterste vezel overschreden, dan treedt er scheurvorming op en zal de betreffende doorsnede zich als scharnier gedragen en kan geen moment meer opnemen. Er zal herverdeling van de krachten moeten optreden. Is dit niet mogelijk, dan bezwijkt de constructie zonder zichtbare waarschuwing (soort bros bezwijken).

Vakblad"Wapening in Beton"

"Wapening in Beton" is een uitgave van Mandate Publishers b.v. te Akersloot, uitgeefster van specialistische vakbladen, in samenwerking met de Stichting Promotie Wapeningsstaal Nederland S.P.W.N. "Wapening in Beton" is een vakblad dat zijn inhoud exclusief afstemt op de ontwikkelingen en technieken in het vakgebied betonvlechten / betonwerken en is daarmee toonaangevend in deze branche.

De redactie heeft zich tot taak gesteld om vakgerichte informatie ter kennis te brengen aan een brede lezerskring die beroepshalve is betrokken bij besluitvorming, ontwerp of andere werkzaamheden met betrekking tot de bewapening van het beton. "Wapening in Beton" weet zich omgeven door een keur van specialisten die binnen gezaghebbende organisaties en toonaangevende bedrijven, de ontwikkelingen van de betonvlechtersbranche nauwgezet te volgen en mede richting te geven.