Kleine tot middelgrote mastposities hoeven niet altijd vakwerk- of buisconstructies te zijn. Met name voor middenspanning zijn betonnen masten en stobiepalen erg populair.

Betonnen masten zijn vooral bekend van hun toepassingen bij relatief lagere spanningen. Een paal van zes tot ongeveer twintig meter wordt dan gebruikt om circuits aan op te hangen voor spanningen tussen ongeveer 10 en 70 kV. Bij lagere spanningen worden ze ook wel eens gebruikt, maar daar is hout populairder (de bekende houten palen voor laag- en middenspanning). Het kunnen palen zijn waar een metalen bovenkant op zit waar men de draden aan afspant, maar er zijn met name in Duitsland ook ontwerpen in gebruik met betonnen traversen die eruitzien als een balk met een gat in het midden. Die kunnen van bovenaf gewoon om de ronde mast worden geschoven.

Driehoeksmast voor 63 kV in FrankrijkBetonnen middenspanningsmast in België (Bavo)

Betonnen masten worden vooral voor middenspanning en tussenspanning gebruikt, samen te vatten als kleinere verbindingen. Links zien we een betonnen driehoeksmast voor 63 kV in Frankrijk. Rechts een middenspanningspaal voor 15 kV in België. In Nederland komen betonnen masten niet voor. Foto's door Tom Börger en Bavo Lens.

Gietmal, stobiepaal of betonkoker

Beton is een goedkoop en sterk bouwmateriaal. Hoewel het vooral bekend is van toepassing bij fundamenten, verhoogde opstelling in natte gebieden of bescherming tegen schade. Maar je kan er ook hele masten van maken. Bij palen voor middenspanning kan men de toren een licht tapse, rechthoekige vorm geven waarbij er wordt voorzien in een soort 'tredes' in de zijwand, zodat hij makkelijk te beklimmen is voor onderhoud en aanpassingen. Verder gaat beton niet rotten als het vochtig is (zoals hout) en je hoeft het ook niet te impregneren met creosoot of in te smeren met verf zoals een metalen mast dat nodig heeft.

Nieuwe betonmast

Nieuwe betonnen kokermast, klaar om neergezet te worden. In dit geval is het er eentje van fabrikant Europoles, met een holle betonnen buis en een schroefbevestiging (ingegoten ring) die door middel van een slingermal is gefabriceerd uit één stuk. Foto door Bavo Lens.

Massaproductie in een mal in een fabriek, waarbij aan allerlei praktische dingen kan worden gedacht zoals hijsogen, meegegoten typeplaatjes en soms metalen bevestigingsplaten voor traversen. In een mal uit twee helften wordt de wapening gelegd of gestoken, vervolgens giet men er beton omheen, dat mag een poosje uitharden en dan is de betonnen mast al klaar.

Voor grotere, ronde holle betonnen palen wordt een ander proces gebruikt, namelijk een rotatie- of slingermal. Door in een ronde mal wapening in te steken, er beton in te gieten en daarna de gehele mal urenlang horizontaal zeer hard rond te draaien (er moet minstens 20G middelpuntvliedende kracht worden uitgeoefend) ontstaat vanzelf een buisvorm met het beton tegen de buitenwanden. Tevens wordt de wanddikte dan meteen overal gelijkmatig en het beton extra hard. Een fraai proces, maar niet gemakkelijk zodat het alleen door specialistische fabrikanten wordt gedaan. In Europa is Europoles een grote naam als het gaat om dit fabricageproces.

Zadelmast voor 15 kV in de Ardennen Afspanportaal in LuikSlechte foto van een Duitse ronde mast voor 30 kV

Betonnen mast voor 15 kV (zadelmast, links), 30 kV (donaumast, midden) en een afspanportaal voor wederom 15 kV (rechts). De middelste mast is volledig van beton (ook de armen), maar de andere twee maken gebruik van een stalen bovenbouw. Foto's door Tom Börger, Hans Nienhuis en Bavo Lens.

Een andere veelgebruikt masttype is een stobiepaal. Daarbij bevindt de wapening van de mast zich als het ware aan de buitenzijde in de vorm van stalen hoekijzers met (onzichtbaar) naar binnen wijzende kromme ankertjes, waar het beton tussenin wordt gegoten. Deze productiemethode (uitgevonden in Australië door James Cyril Stobie, waar het type paal zijn naam ook aan dankt) levert masten op die in feite niets anders zijn dan sterk uitgerekte stelconplaten. Stobiepalen kunnen dunner en ijler zijn dan traditionele betonnen masten omdat de hoekijzers aan de zijkant voorkomen dat het beton op trek wordt belast. Ze gaan daardoor ook langer mee, maar het ijzer moet wel beschermd worden tegen roest en ander ongemak zodat een stobiepaal meestal wel duurder is in gebruik.

Italiaans beton

Betonnen masten hoeven niet altijd uit één stuk te bestaan. Hier zien we een Italiaanse middenspanningsmast waarbij twee betonnen palen via een schuifblok en een topstuk aaneen zijn geklonken tot een soort A-paal. Foto door Hans Nienhuis.

Een gat in het formaat

Soms zien we zware modellen betonmasten tot in het bereik van 110 kV komen, maar daar zit ongeveer de bovengrens aan betonnen masten omdat ze bij dit soort spanningen een aardig formaat krijgen. Ze worden dan al snel erg zwaar en te lomp om op hun plek gezet te worden, want een betonmast vereist een sterkere hijskraan dan een buismast van vergelijkbare omvang nodig heeft, of laat staan een vakwerkmast. Ook een helikopter biedt bij dit soort mastgewichten al snel geen oplossing meer. Dat kan in de heuvels ingewikkeld zijn zodat men daar liever teruggrijpt op vakwerkmasten. 

Toch lijkt beton een toekomst te hebben (of te krijgen) in zeer grote mastformaten op koppelnetniveau. Een betonnen toren is stug en buigt nauwelijks. Uit de windmolenindustrie is een constructiewijze voortgekomen die het mogelijk maakt om hoge, ranke betonconstructies te maken uit prefab-delen. Ronde, tapse betonnen ringen met verticale holle buizen ingegoten in de wand worden gestapeld, waarna er stalen kabels met grote kracht worden strakgetrokken van boven tot onder. De losse segmenten worden op die manier aan elkaar vast getrokken. Dat is behoorlijk sterk, want op zo'n soort toren zet men rustig een honderd ton wegende gondel van een zware windturbine, die ook nog eens wrikt, beweegt en veel wind vangt. Als dat geen probleem is, dan kan je er ook hoogspanningsmasten mee bouwen.

Betonnen zadelmasten in een industrieparkje

Oude en rommelige roestbakBetonnen zadelmasten op een Belgisch industriegebiedje en betonnen laagspanningspalen in half onttakelde toestand. Als het een beetje motregent, alles grauw en kil is, de dikke zwarte laagspanningskabels met kunststof isolatie slordig zijn opgehangen en de ietwat deplorabele, betonnen masten wat schuin hangen levert het een typisch sfeertje op waar zelfs pylon geeks niet warm voor lopen. Foto's door Bavo Lens en Hans Nienhuis.

In Nederland zijn er voorzichtige plannen om de derde generatie wintracks deels van beton te maken, waarbij de constructiewijze met ringen en trekkabels gebruikt zal gaan worden. Omdat die ringen een zeker formaat moeten hebben voordat het 'ergens op slaat' werkt dit alleen bij grote tot zeer grote mastmaten. Per saldo blijft er dus een gat over waar beton geen dekking heeft: precies daar waar een massief betonnen mast te groot en te zwaar wordt, maar waar het mastlichaam toch nog weer te klein is voor gestapelde ringen met trekkabels. 

Beton lijkt geknipt voor grote rechte palen. Maar wie genoeg lef heeft (of een gebrek aan hoekijzers, we zullen het nooit weten) kan zelfs met beton mastconstructies bouwen die vanaf enige afstand veel gemeen hebben met vakwerkmasten. In Kroatië (omgeving centrale Plomin) hebben ze dat uitgeprobeerd met een delta-ontwerp. Inmiddels is de verbinding alweer enige tijd verlaten omdat de masten problemen kregen met betonrot, maar ze staan nog wel als relicten in de heuvels.

Betonnen vakwerkmastBetonnen vakwerkmast in Servië

Vakwerkmasten van beton? Het kan! Deze inmiddels verlaten mastconstructies in Kroatië zien er vanaf enige afstand uit als metalen vakwerkmasten, maar bij nader inzien blijken ze van top tot teen van beton te zijn. Hoe men ze in elkaar gezet heeft zal wel voor altijd een raadsel blijven. Foto's door Bas van Duijnhoven.

Verrassend korte levensduur

Beton is steen en dat klinkt als iets dat voor de eeuwigheid is. Beton vergaat ook niet zoals houten palen dat doen op de overgang naar de grond en de verf kan er ook niet afbladderen. Toch is het niet zo dat een betonnen mast vele eeuwen zou kunnen blijven staan. Sterker nog, een betonmast gaat gemiddeld zelfs korter mee dan buismasten of vakwerkmasten. Het woord viel zojuist al hierboven: betonrot.

De betonnen paal staat in de zon, in de regen, in de vorst en op plekken aan zee ook in het zout. Temperatuur is de grootste boosdoener. Op een hete zomerdag wordt een stalen mast gloeiend heet (je kan je handen eraan branden!), maar omdat staal een goede warmtegeleider en een éénvormig materiaal is, verspreidt de hitte zich snel door de hele lat en dus door het hele mastlichaam. Vakwerkmasten worden gelijkmatig heet en gelijkmatig koud door de dag heen. Voor buismasten geldt dat al in wat mindere mate, omdat de warmte naar de schaduwzijde van de buis moet worden geleid en dat is een langere weg. Een buismast trekt dan wel eens een beetje scheef van de zon af omdat de warme zijde uitzet alsof het een bimetaal is. Maar ook bij de buismast geldt dat dit effect relatief klein is.

Betonnen mast met beginnende scheurvorming

Betonnen mast met beginnende scheurvorming. Zichtbaar zijn de verticale barstjes die na enkele tientallen jaren in het mastlichaam verschijnen. Het is het begin van het einde, hoewel dat einde nog wel twee decennia kan duren. De barstjes worden pas gevaarlijk als de wapening wordt bereikt. Foto door Bavo Lens.

Beton daarentegen geleidt warmte vrij slecht en het materiaal is massief of in ieder geval vrij dik. Verder kan beton goed tegen druk, maar slecht tegen rek. Dat is precies het omgekeerde van het ijzer in de wapening. Normaal gesproken vullen het beton en de betonwapening elkaars zwakke punt goed aan, maar als het beton krimpt en uitzet ontstaan er haarscheurtjes in het materiaal. De eerste jaren valt dat wel mee, maar na een jaar of dertig, veertig, begint het zijn tol te eisen. Het massieve stuk beton verandert langzaam in een stel losse brokken die door de wapening bijeen worden gehouden. Water in de scheurtjes bevriest en zet uit. Ook zorgt het voor chemische verwering. Wanneer de scheurtjes de betonwapening zelf bereiken zal betonrot ontstaan. De mast verliest zijn sterkte, wordt brokkelig en kan uiteindelijk bezwijken als hij niet vervangen wordt.

De precieze gevoeligheid voor veroudering hangt af van de betonkwaliteit en de constructiewijze: simpele palen uit gietmallen zijn gevoeliger voor scheurvorming dan hogesterktebeton-kokermasten zoals die van Europoles bovenaan deze pagina. Ook stobies zijn minder gevoelig voor dan massief gegoten vierkante palen. Maar uiteindelijk gaan vrijwel alle betonnen masten korter mee dan een mens, terwijl een vakwerkmast bijna oneindig lang kan blijven staan als hij goed wordt geverfd.