Ontwikkeling prefab beton

Inleiding 

Op het gebied van draagstructuren zijn echter al jaren diverse ontwikkelingen en innovaties gaande die voordelen kunnen opleveren, zoals de prefabricage van betonnen elementen. 

Het toepassen van geprefabriceerde producten draagt in belangrijke mate bij aan een gegarandeerd hoge kwaliteit van het bouwwerk en biedt ook een forse reductie van de bouwtijd, met alle (kosten)voordelen van dien. 

Traditionele bouw is arbeidsintensiever, levert meer bouwafval op en betekent meer tijdgebonden bouwplaatskosten. 

Deze tekst gaat in op recente ontwikkelingen op het gebied van prefab beton in het algemeen en diverse prefab betonelementen in het bijzonder, te weten prefab funderingsbalken, vloerplaten, wand- en gevelelementen, al dan niet als onderdeel van een geheel prefab casco. Hierbij zal ook aandacht worden besteed aan de voordelen, maar ook aan de nadelen van de toepassing van prefab beton. 


Recente ontwikkelingen prefab beton

Zowel in het productieproces als in het montageproces van prefab betonelementen hebben zich de afgelopen jaren veel ontwikkelingen voorgedaan om te komen tot productverbeteringen. 

Prefab betonelementen worden fabrieksmatig gestort in mallen, die voor de productie van grote series veelal van staal worden vervaardigd. Voor het maken van mallen (en sparingen in mallen) worden steeds meer magneet- en lijmtechnieken toegepast.

Op de bouwplaats worden de prefab betonelementen aan elkaar gekoppeld via bout-, las- of lijmverbindingen en eventuele vertandingen in de elementen. 


Prefab funderingsbalken

Verschillende prefab betonleveranciers hebben zich gestort op de ontwikkeling van prefab funderingsbalken. De maximale lengte van de funderingsbalken wordt om praktische redenen betreffende vervoer en montage beperkt tot circa 12 meter. Op de bouwplaats worden twee typen verbindingen gemaakt, verbindingen tussen heipalen en funderingsbalken en verbindingen tussen funderingsbalken onderling. Voor het heiwerk moet de bouwput dieper dan gebruikelijk worden uitgegraven. Voorts is het zaak de palen op hoogte te heien. 

Bij heipalen die direct op de juiste hoogte kunnen worden geslagen is het mogelijk om bij de productie van de paal reeds een boutanker in te storten waarin, nadat de paal op de juiste hoogte is geheid, een draadeind kan worden ingedraaid. 

Bij heipalen die op hoogte worden afgezaagd of afgekipt moet naderhand een stekeind in de paalkop worden ingeboord. Bij een paal die gesneld wordt, moet de paalkop met een hoogwaardige gietmortel (B65 of hoger) worden opgestort, waarbij het benodigde stekeind mee wordt ingestort. 
Naast funderingsbalken kunnen ook kelders en putten worden geprefabriceerd. 






Prefab funderingsbalken 



Maar waarom zouden we nu Prefab funderingsbalken gebruiken? 
Omdat funderingen vaak onder slechte omstandigheden gemaakt worden, in een drassige bouwput zonder bescherming tegen weersinvloeden. Met de toepassing van prefab funderingsbalken worden de arbeidsomstandigheden aanzienlijk verbeterd en kan het bouwproces beter worden beheerst. 

Het aantal manuren op de bouwplaats neemt af en het werk is lichter. Aangezien er in het werk geen funderingsbekisting gemaakt moet worden en de funderingsbalken niet meer op het werk hoeven uit te harden, wordt de bouwtijd aanzienlijk verkort. 

Voorts vindt minder opslag van materialen op de bouwplaats plaats. Hierdoor wordt ook minder bouwafval geproduceerd en wordt diefstal van bouwmaterialen verminderd. 


Vloeren 

Met de toepassing van prefab betonnen systeemvloeren kan de overspanningslengte aanzienlijk toenemen. De hierdoor verkregen grote, vrije overspanningen bieden ontwerp- en indelingsvrijheid en geven daarmee ruimte aan creativiteit en toekomstwaarde. 

We onderscheiden onder meer de volgende betonnen en gecombineerde systeemvloeren: 

• rib(cassette)vloeren, 
• combinatievloeren, 
• breedplaat- of bekistingsplaatvloeren, 
• BubbleDeck vloeren,
• volle-dikte-vloeren, 
• kanaalplaatvloeren, 
• Wing-plaatvloeren (Betonson), 
• Flexfloor ® vloerplaten (Dycore), 
• Appartementenvloeren (VBI), 
• Leidingvloeren (VBI), 
• IDES-vloeren (Cepezedsystems, ZNS-Van Dam Geveltechniek BV), 
• INFRA+ vloeren (PreFab Limburg bv). 

Het zou te ver voeren om in dit verband op alle typen systeemvloeren in te gaan. 
Voorts is in tegenstelling tot de geprefabriceerde vloersystemen bij de enigszins traditionele breedplaatvloeren een onderstempeling of tijdelijke ondersteuning nodig die pas na verharding van het ter plaatse gestorte beton kan worden verwijderd. 

Hieronder volgt een korte beschouwing van een aantal vloertypen.
Deze beschouwing is mede gebaseerd op de productinformatie van verschillende leveranciers. Allereerst wordt ingegaan op de ontwikkeling van kanaalplaatvloeren en enkele innovatieve varianten van dit vloertype.
Vervolgens wordt een drietal vloertypen toegelicht die nog verder gaan op het gebied van leidingintegratie en de principes van industrieel, flexibel en demontabel bouwen (IFD-bouwen). 


Kanaalplaatvloeren 

Kanaalplaatvloeren worden reeds tientallen jaren gebruikt in zowel de woning- als utiliteitsbouw. Toch vinden er nog tal van innovaties plaats om dit vloertype te verbeteren. Zo zijn speciale dunnere kanaalplaatvloeren ontwikkeld om plaatselijk toe te passen in badkamers. 

Voorheen werden kanaalplaatvloeren ter plaatse van de badkamers opgestort om afvoerleidingen op te kunnen nemen, waardoor een onpraktisch hoogteverschil met de naastgelegen vloer ontstond. 
Ook zijn oplossingen gevonden om door extra wapening in de vloer de moeilijk weg te werken raveelijzers rond trapgaten te vervangen. 

Met het toepassen van voorgespannen wapening zijn grote overspanningen (standaard tot 18 m) mogelijk. Hiermee zijn plattegronden vrij indeelbaar. Er zijn zelfs vloersystemen in ontwikkeling waarmee overspanningen tot 36 m mogelijk zijn. 


Wing-plaatvloeren (Betonson) 

De firma Betonson heeft een vloerplaat ontwikkeld die de grote, vrije overspanning van een kanaalplaatvloer koppelt met het al dan niet flexibel opnemen van leidingwerk in een leidinggoot op de vleugels van de vloerplaat. De Wing-plaatvloer is eveneens geschikt voor de toepassing van betonkernactivering. 

De Wing-plaatvloer is standaard 2400 mm breed, verdeeld over een dun vleugelgedeelte van 600 mm, een kanaalplaatgedeelte van 1200 mm, en wederom een dun vleugelgedeelte van 600 mm. De dikte van de vleugels ofwel het onderdek van de vloer varieert van 60 tot 100 mm. De dikte van het kanaalplaatdeel ofwel het bovendek van de vloer varieert van 120 tot 320 mm. De totale hoogte varieert hiermee van 180 tot 420 mm, waarmee overspanningen van 6 tot 16 m worden behaald. 

Door de platen tegen elkaar te leggen ontstaan er 1,2 m brede leidinggoten die kunnen worden gebruikt voor het wegwerken van installaties, het voorzien van klimaatleidingen of voor het opnemen van computervloeren. 






Wing-plaatvloeren


Appartementen- en leidingvloeren (VBI) 

In verdiepingsvloeren, uitgevoerd met VBI Appartementenvloeren, kunnen in leidingsleuven ventilatieleidingen en riolering worden aangebracht. Doordat in de voorbereidingsfase rekening is gehouden met verzwakking door de sleuven, is de vloer volledig belastbaar. De leidingen kunnen dus achteraf in de afbouwfase worden aangebracht, waardoor sprake is van scheiding van drager en inbouw.

Doordat de vloeren tot 11 meter kunnen overspannen, is een vrij indeelbaar appartement mogelijk. Door het toepassen van de ringsleuf, kunnen de plaats van de zogeheten natte ruimten (badkamers, toiletten en keukens) in een later stadium worden bepaald. Met een 320 mm dikke VBI Appartementenvloer wordt, door middel van de massa van de vloer, voldaan aan de geluidseisen. 

Een vergelijkbaar vloersysteem betreft de VBI Leidingvloer, al dan niet gecombineerd met betonkernactivering (VBI Klimaatvloer). 











Appartementenvloer 



Flexfloor ® vloerplaten (Dycore) 

Dit vloersysteem is opgebouwd uit prefab betonnen vloerelementen die zowel aan de boven- als onderzijde zijn afgewerkt. Ze zijn voorzien van inwendige holle ruimten waarin vooraf en/of achteraf leidingen voor installaties kunnen worden aangebracht. De holle ruimten, ook wel kamers genoemd, zijn onderling via tunnels met elkaar verbonden en zijn aan de onder- of bovenzijde via openingen blijvend bereikbaar. 

Voor toepassing in de utiliteitsbouw (waaronder ook de gezondheidszorg) zal naar verwachting veelal gekozen worden voor openingen aan de onderzijde van de vloer. Hierdoor zijn in de vloer aangebrachte leidingen en installaties achteraf eenvoudig bereikbaar zonder dat meubilair hoeft te worden verplaatst en vloerbedekking moet worden verwijderd. De openingen aan de onderzijde van de vloer kunnen worden afgesloten met akoestische plafondtegels, verlichtingsarmaturen, uitblaasopeningen van ventilatieleidingen e.d. 

De akoestische plafondtegels zullen echter slechts een deel van het plafond vormen, het overige plafondoppervlak wordt gevormd door het vloerelement zelf. Hiervoor is door de fabrikant gekozen om via het betonoppervlak de temperatuur in de onderliggende ruimte te kunnen reguleren via een betonkernactiveringssysteem. 

Het Flexfloor concept wordt in eerste instantie ontwikkeld voor de utiliteitsbouw, toepassing in de woningbouw (waaronder kleinschalige verblijfsvoorzieningen in de gezondheidszorg) is echter de volgende stap. Voor deze toepassing zullen de openingen in de vloer naar verwachting aan de bovenzijde worden aangebracht. 

Naast de vele voordelen, zoals ook andere innovatieve vloersystemen deze kennen (vrijdragende vloeren, laag eigen gewicht, geringe bouwhoogte door integratie van leidingwerk en betonkernactivering), heeft het Flexfloor concept ook een aantal specifieke kenmerken, te weten: 
• een tweezijdige afgewerkte vloer; 
• het achteraf eenvoudig kunnen wijzigen van geïntegreerde leidingen en installaties; 
• een verbetering van de akoestiek door het opnemen van akoestische plafondtegels in de onderkant van de vloerplaat.
 
1. Holle ruimte in vloerelement ook wel kamer genoemd 
2. Tunnels tussen kamers 
3. Constructieve wapening 
4. Opening aan de onderzijde van de vloer 
5. Akoestische plafondtegel 
                                                                                                           6. Kernactiveringsleidingen 

                                                                   Flexfloor ® concept


DES-vloeren en INFRA+ vloeren 

Andere nieuwe vloertypen die geheel of gedeeltelijk voldoen aan de principes van IFD-bouwen zijn de IDES-vloer en de INFRA+ vloer. 

Beide vloertypen zijn per m² vloer weliswaar wat duurder dan kanaalplaat- en breedplaatvloeren maar in renovatieprojecten, aanpasbare woningen en hoogbouwprojecten, verdienen deze innovatieve vloersystemen zich meer dan terug. Dit is toe te schrijven aan hun lichtgewichtheid (bij renovatie), de beperking van de benodigde verdiepingshoogte door leidingintegratie en de aanpasbaarheid op termijn.

De IDES-vloer van de firma ZNS-Van Dam Geveltechniek BV is opgebouwd uit meerdere lagen, te weten U-vormige cassettes van gevouwen staalplaat waarop in de andere richting staalplaten met een damwandprofiel rusten die vervolgens worden voorzien van een anhydriet afwerklaag. Ook een demontabele dekvloer van plaatmateriaal (multiplex, cementgebonden vezelplaat) behoort tot de mogelijkheden. In de cassettes en de geprofileerde staalplaten kan zowel isolatiemateriaal als geïntegreerd leidingwerk worden opgenomen. De IDES-vloer wordt ook gebruikt in combinatie met prefab cascosystemen, zoals Cepezedsystems. 

De INFRA+ vloer van de firma PreFab Limburg BV bestaat uit een 7 cm dikke betonplaat met hierin opgenomen naar boven stekende stalen ribben, die wordt afgewerkt met een topvloer naar keuze. Tussen en door de stalen ribben is voldoende ruimte beschikbaar voor het aanbrengen van de gewenste leidingen en installaties. Zo kan dit vloertype worden gebruikt als klimaatvloer met koel- en verwarmingsleidingen. 

De staalprofielen verzorgen de dragende functie en de betonschil vervult de functie van (brandwerend) plafond en werkvloer tijdens de montage. Tevens werkt de betonschil als schijf voor de stabiliteit van de constructie van het gebouw. Door de combinatie van een relatief dunne betonschil en de staalprofielen behoeft de vloer niet te worden afgestort, waardoor onderstempeling in de bouw niet nodig is en er een aanzienlijke gewichtsbesparing wordt gerealiseerd. Voor de toplaag kan gekozen worden voor een demontabel plaatmateriaal. Door de droge montage is er tevens een aanzienlijke verkorting van zowel de ruw- als afbouwtijd mogelijk. 





INFRA+ vloer


Wanden en gevelelementen 

Door diverse prefab betonleveranciers worden reeds decennialang prefab wand- en gevelelementen geproduceerd. Toch zijn deze producten nog niet uitontwikkeld en vinden om verschillende redenen nog steeds innovaties en productverbeteringen plaats. De innovaties spitsen zich toe op onder meer: 
• diverse bout-, las- en lijmverbindingen; 
• het toepassen van voorgespannen wapening in wandelementen; 
• de ontwikkeling van flexibele elektra; 
• het reeds in de fabriek op het gevelelement monteren van beglaasde en volledig afgemonteerde kozijnen; 
• het verhogen van de isolatiewaarde van buitenwanden; 
• de ontwikkeling van warmtewanden ofwel thermisch actieve prefab betonwanden; 
• de combinatie met geprefabriceerde gevelelementen zoals prefab metselwerk buitenspouwblad, metalen of natuursteen beplating; 
• de verhoging van de gebruiksflexibiliteit door het toepassen van freesbare beton; 
• het casco reeds te voorzien van zoveel mogelijk afbouwaspecten. 

Bij flexibele elektra in wandelementen kan worden gedacht aan een vast rooster van ingestorte loze elektraleidingen (h.o.h. 600 tot 2000 mm) met doorkoppelmogelijkheden tussen de verschillende elementen en flexibele toepassingen van wandcontactaansluitingen. 

Bij de ontwikkelingen om te komen tot een hogere buitenwandisolatie wordt zelfs gesproken over een mogelijke toekomstige warmteweerstand ofwel Rc-waarde van 10 m²K/W. De thans in het Bouwbesluit 2003 voorgeschreven Rc-waarde bedraagt minimaal 2,5 m²K/W. 

Een voorbeeld van het toepassen van freesbare beton zijn de basis wandelementen van het VBI FlexCasco systeem. Hierbij worden kleikorrels als toeslag in het beton gebruikt, waardoor de volumieke massa ofwel het soortelijk gewicht afneemt naar circa 1.900 kg/m³ en het beton even freesbaar is als de ‘traditionele’ kalkzandsteen. Het moeilijk freesbaar zijn van prefab beton wordt vaak als een nadeel ondervonden (zie ‘nadelen prefab beton’). 


Voordelen prefab beton 

Het toepassen van prefab beton kent vele voordelen, die in willekeurige volgorde als volgt kunnen worden samengevat: 
• aangezien er in het werk geen bekisting gemaakt hoeft te worden en de betonnen elementen niet meer op het werk hoeven uit te harden, wordt de bouwtijd aanzienlijk verkort; 
• de arbeidsomstandigheden worden aanzienlijk verbeterd; 
• het te realiseren gebouw is snel wind- en waterdicht, zodat eerder met de afbouw kan worden gestart; • het bouwproces en de kwaliteit kunnen beter worden beheerst; 
• omdat men voor het storten van het beton niet meer afhankelijk is van omstandigheden als regen, vorst en de afstand van de mortelcentrale naar het werk wordt een meer constante en hogere betonkwaliteit en betonsterkte (sterkteklasse B65 of hoger) gerealiseerd; 
• de afwerking van de elementen is van een constante hoge kwaliteit, geprefabriceerde wanden kunnen dermate glad worden geleverd dat deze direct behangklaar zijn; 
• mede omdat directe montage vanaf de vrachtwagen in veel gevallen mogelijk is, vindt minder opslag van materialen op de bouwplaats plaats. Hierdoor wordt ook minder bouwafval geproduceerd en wordt diefstal van bouwmaterialen verminderd; 
• de hoeveelheid bouwvocht wordt met het prefabriceren van beton gereduceerd, wat de afbouw bevordert en het droogstoken vermindert. 


Beperkingen van prefab beton 

Daarnaast legt het toepassen van prefab beton ook enkele beperkingen op, die - indien er in een vroegtijdig stadium rekening mee wordt gehouden - niet per definitie nadelig hoeven uit te pakken. Zo kunnen in willekeurige volgorde de volgende beperkingen worden genoemd: 
• prefab beton kent voorbereidings- en levertijden; 
• wijzigingen en correcties zijn in een laat stadium niet of nauwelijks meer aan te brengen; 
• sparingen en doorvoeren ten behoeve van leidingwerk moeten in een vroegtijdig stadium vastliggen en zijn niet op elke willekeurige plek in het element mogelijk; 
• er kan niet overal en onbeperkt in de betonelementen worden geboord omdat voorspankabels of ingestort leidingwerk kan worden geraakt; 
• voor de montage van prefab betonelementen moet rekening worden gehouden met toleranties, ofwel toegestane maatafwijkingen; 
• de ontwerpvrijheid is om diverse redenen beperkt. Een zekere repetitie van elementen is nodig om het aantal mallen te beperken, en hiermee de bouwsnelheid hoog en de bouwkosten laag te houden. Zo zijn ingewikkelde funderingspatronen en afwijkende, niet-orthogonale, gebogen en ronde structuren veelal niet rendabel in prefab beton toepasbaar; 
• vanwege de gemiddeld zwaardere bouwmaterialen zijn goede bouwwegen en zware bouwkranen vereist; 
• bij volledig geprefabriceerde en afgemonteerde gevelelementen kunnen in de bouw eerder beschadigingen optreden aan kozijnen, deuren en beglazing.