Kubusdruksterkte

Het is het moment van de waarheid voor elke betonstort. Na precies vier weken in een geconditioneerde omgeving gaat de proefkubus de drukbank in om te bewijzen dat het mengsel aan de constructieve eisen voldoet. Men gebruikt doorgaans stalen of kunststof mallen van 150 bij 150 millimeter. Het vullen gebeurt in lagen. Elke laag wordt zorgvuldig verdicht, handmatig of op een triltafel, om luchtinsluiting te voorkomen. Wanneer de pers de kubus tot het breekpunt belast, vertelt de resulterende waarde in N/mm² ons alles over de kwaliteit van de geleverde partij. Het is een gestandaardiseerde chaos van krakend beton en digitale aflezingen. In de Nederlandse bouwpraktijk vormt deze waarde de ruggengraat van de kwaliteitscontrole. Essentieel voor de veiligheid van funderingsbalken tot complexe hoogbouwconstructies. Zonder deze test tasten we in het duister over de werkelijke draagkracht.

De vaststelling van de kubusdruksterkte vangt aan met het vervaardigen van representatieve proefstukken uit een vers gestorte partij beton. Mallen van 150 millimeter als standaardmaat. Het vullen geschiedt in meerdere lagen. Elke laag ondergaat een intensief verdichtingsproces, waarbij men gebruikmaakt van een triltafel of een handmatige stamper om resterende luchtbellen naar de oppervlakte te dwingen en de dichtheid te maximaliseren. Een homogene massa zonder significante holle ruimtes is hierbij het enige acceptabele resultaat. Na een initiële uitharding van vierentwintig uur worden de kubussen ontkist en gemerkt voor verdere identificatie.

Gedurende de daaropvolgende zevenentwintig dagen verblijven de proefstukken in een streng gecontroleerde omgeving, veelal een waterbad of een klimaatkamer met een constante temperatuur van 20 graden Celsius. De hydratatie verloopt hier gestaag. De werkelijke mechanische beproeving vindt plaats in een geijkte hydraulische drukbank. Precisie bij de plaatsing is essentieel. De kubus wordt uiterst zorgvuldig gecentreerd tussen de stalen drukplaten om excentrische krachten en foutieve breukpatronen te vermijden, waarna de machine een continu toenemende belasting uitoefent op het betonoppervlak. De belastingstoename verloopt lineair volgens een strikt tempo. Het beton bezwijkt uiteindelijk. De maximale geregistreerde kracht op het moment van breuk, uitgedrukt in Newton, vormt de directe basis voor de uiteindelijke berekening van de druksterkte per vierkante millimeter.

In de Europese regelgeving, zoals de NEN-EN 206, verschijnt de sterkteklasse van beton steevast als een dubbele waarde. C30/37 bijvoorbeeld. Het eerste getal representeert de cilinderdruksterkte, terwijl het tweede de kubusdruksterkte aanduidt. Dit onderscheid is cruciaal. Een cilinder met een diameter van 150 mm en een hoogte van 300 mm bezwijkt bij een lagere spanning dan een kubus van 150 mm uit hetzelfde mengsel. Wrijving tussen de stalen drukplaten van de pers en het betonvlak belemmert bij een kubus de zijdelingse uitzetting over de gehele hoogte. Dit wordt het opsluit-effect genoemd. Bij de slankere cilinder is dit effect in de kern van het proefstuk nagenoeg afwezig, wat een zuiverder beeld geeft van de werkelijke materiaaleigenschappen zonder de invloed van de testopstelling.

Hoewel de 150 mm kubus de onbetwiste standaard is voor regulier grindbeton, dwingen specifieke mengsels soms tot andere keuzes. Bij beton met een zeer kleine maximale korrelafmeting, zoals fijn beton of bepaalde reparatiemortels, worden vaak kubussen van 100 mm toegepast. Kleiner materiaal vraagt om een fijnmaziger meetinstrument. Hoe kleiner het proefstuk, des te groter echter de invloed van toevallige imperfecties in de korrelstructuur. De spreiding in de resultaten neemt toe. In uitzonderlijke gevallen, bij zeer grof toeslagmateriaal in massabeton voor waterbouwkundige werken, wijkt men incidenteel uit naar kubussen van 200 mm of groter om een representatief volume te kunnen testen.

Men moet niet de fout maken de gemiddelde druksterkte van een reeks proefkubussen te verwarren met de karakteristieke kubusdruksterkte. De praktijk is weerbarstig. De gemiddelde waarde die uit de drukbank rolt, ligt in de regel aanzienlijk hoger dan de waarde die de constructeur in zijn berekeningen hanteert. De karakteristieke waarde (fck,cube) is een statistisch getal. Slechts 5% van de testresultaten mag onder deze waarde vallen. Het is de ondergrens die de veiligheid van de constructie waarborgt. Een serie kubussen die gemiddeld 45 N/mm² scoort, kan dus zomaar als een C30/37 geclassificeerd worden zodra de spreiding tussen de individuele blokken te groot blijkt. Consistentie is hierbij even belangrijk als de brute kracht.

Kwaliteitscontrole bij een kantoortoren

Een betonmixer lost een lading C35/45 voor de kern van een nieuwe hoogbouw. De laborant vult ter plekke drie mallen. Na 28 dagen gaan de proefstukken onder de pers. De resultaten tonen 52 N/mm², 54 N/mm² en 51 N/mm². Ruimschoots boven de vereiste 45 N/mm². De constructeur tekent de rapportage af. De veiligheid van de dragende structuur is hiermee formeel aangetoond.

Vroegtijdige belasting in de prefab-sector

In de fabriek telt elke minuut. Men perst hier vaak al na drie dagen een 'controlekubus'. Niet voor de eindsterkte, maar om te bepalen of een voorgespannen ligger al uit de mal mag. De kubusdruksterkte is op dat moment misschien pas 25 N/mm². Voldoende voor intern transport. De 28-daagse kubus blijft nog even in de klimaatkamer staan voor de definitieve keuring.

Twijfel over de betonkwaliteit

Tijdens het storten van een parkeerdek regent het pijpenstelen. Er ontstaat angst voor een te hoge water-cementfactor. Er worden extra kubussen geslagen van de laatste vrachtwagen. Wanneer de drukbank na vier weken een waarde van slechts 28 N/mm² aangeeft voor een bestelde C30/37, volgt er direct een constructief onderzoek. De kubusdruksterkte fungeert hier als de onweerlegbare bewijslast in een juridisch touwtrekken tussen aannemer en leverancier.

Vastgelegde standaarden

De kubusdruksterkte is geen vrijblijvende waarde. Alles draait om de NEN-EN 206, de Europese moeder norm voor betonmortel. Deze norm bepaalt hoe we beton classificeren. In Nederland vullen we dit aan met de NEN 8005. Dit document vertaalt de Europese regels naar de specifieke Nederlandse bouwpraktijk en klimaatcondities. Wie beton bestelt, krijgt te maken met deze strikte criteria voor samenstelling en levering. De constructeur baseert zijn rekenwerk op de Eurocode 2 (NEN-EN 1992), waarin de rekenregels voor betonconstructies zijn vastgelegd. Hierin wordt de karakteristieke waarde als harde eis gehanteerd.

Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) vormt het juridische fundament. Het stelt simpelweg dat een bouwwerk veilig moet zijn. Geen discussie mogelijk. Om aan die veiligheidseisen te voldoen, verwijst het BBL indirect naar de genoemde NEN-normen. De controle op de kubusdruksterkte is daarmee een wettelijk verplichte verificatie van de constructieve integriteit. Het bewijst dat het geleverde materiaal daadwerkelijk de belasting kan dragen waarvoor het is ontworpen.

Beproeving en accreditatie

Voor het uitvoeren van de tests zelf is de NEN-EN 12390-reeks leidend. Deel 3 van deze serie beschrijft de exacte procedure voor het bepalen van de druksterkte van verhard beton. Hoe snel moet de pers drukken? Hoe nauwkeurig is de aflezing? Alles staat beschreven. Laboratoria die deze tests uitvoeren, moeten doorgaans geaccrediteerd zijn door de Raad voor Accreditatie. Dit waarborgt dat de resultaten rechtsgeldig zijn bij geschillen of bij de formele oplevering van een project. Een testrapport zonder verwijzing naar deze standaarden is in de professionele bouw juridisch gezien waardeloos. Het is de papieren werkelijkheid die de fysieke veiligheid garandeert.

De weg naar de huidige 28-daagse kubusproef was een proces van vallen en opstaan. In de begindagen van het gewapend beton, rond 1900, bestonden er nauwelijks uniforme testmethoden. Ingenieurs experimenteerden met diverse vormen en afmetingen. De kubus won in Europa terrein door zijn eenvoudige productie in stalen mallen. Geen gedoe met afvlakken van koppen, zoals bij cilinders. De vroege Nederlandse voorschriften, waaronder de GBV uit 1912, legden de basis voor wat we nu als standaard beschouwen. Het was een tijd van pionieren. Men zocht naar een balans tussen materiaalbesparing en veiligheid. De 28-daagse termijn werd een industrieel dogma. Een praktische grens waarbij de hydratatie van cement voldoende was gevorderd om een representatieve uitspraak te doen.

Technologische vooruitgang dwong tot strengere definities. Waar men vroeger genoegen nam met een simpel gemiddelde, brachten de jaren zeventig en tachtig een omslag naar de statistische benadering. De introductie van de karakteristieke waarde in de VBT-normen veranderde de kwaliteitscontrole fundamenteel. Het draaide niet meer alleen om de sterkste kubus. De zwakste schakel werd het ijkpunt voor de constructeur. Met de overgang naar de Europese NEN-EN 206 aan het begin van deze eeuw werd de kubusdruksterkte onderdeel van een groter, geharmoniseerd systeem waarin de relatie met de cilinderdruksterkte formeel werd vastgelegd. Een evolutie van ambachtelijk handwerk naar een streng gereguleerde wetenschap.

• https://www.joostdevree.nl/shtmls/kubusdruksterkte.shtml
• https://www.joostdevree.nl/shtmls/sterkteklasse.shtml
• https://betonhuis.nl/betonhuis/druksterkte-van-beton-en-mengselsamenstelling
• https://nl.wikipedia.org/wiki/Kubusdruksterkte
• https://www.nen.nl/nen-5988-1999-nl-32802
• https://libstore.ugent.be/fulltxt/RUG01/001/887/100/RUG01-001887100_2012_0001_AC.pdf
• https://www.bia-beton.nl/applications/weemen/biabeton/files/Documenten/informatiemap/infomap-special-duurzaamheid/Betonhuis_Duurzaamheid_Topics.pdf