«

»

feb
25

samenstelling deel 4; Vezels

In het vorige artikel is uitgelegd dat de vulstof (meestal Silicafume) twee functies heeft, namelijk het zorgen voor een homogener product waardoor meer druk opgenomen kan worden en het versterken van de lijm. Wordt het beton echter op trek belast, dan is het effect van de vulstof veel minder. Hierbij wordt namelijk alleen een beroep gedaan op de toegenomen sterkte van de lijm en heeft de vulfunctie geen invloed meer. Uit onderzoek is gebleken dat wanneer de druksterkte met 50% toeneemt, de treksterkte slechts met 15% toeneemt. De verhoging van de elasticiteitsmodulus blijft nog verder achter bij de verhoging van de druksterkte, deze neemt slechts met 5% toe.

Dit artikel maakt deel uit van de serie; De samenstelling van vvUHSB. Klik hier voor het hoofdartikel.

Om de treksterkte en elasticiteit van het materiaal te verhogen wordt vezelwapening toegevoegd. Het is zelfs mogelijk dat de hoofdwapening compleet wordt vervangen door vezels. Door de relatieve grofheid van de vezels moeten er meer fijnere toeslagstoffen toegevoegd worden naarmate het vezelpercentage stijgt.

Onderstaand figuur geeft een beeld van de ontwikkelingen rondom de treksterkte. Hierin is duidelijk te zien dat de treksterkte van het beton erg achter loopt op de druksterkte ontwikkeling. De vezels zorgen voor een beduidend grotere opneembare treksterkte van het materiaal. De vezels kunnen verschillen in materiaal, lengte en vorm. Een combinatie van verschillende vezels is ook mogelijk, dit noemt men een vezel cocktail.

grafiek ontwikkeling sterkte beton

ontwikkelingen van trek- en druksterkte van beton

Wat doen de vezels

De samenstelling van het betonmengsel moet afgestemd worden op het soort en toegevoegde percentage  vezels om de hoge dichtheid te blijven behouden en problemen met de verwerking ervan te voorkomen. De relatief grote vezels (tot 30 mm) zijn geschikt voor het beperken van de microscheuren die uiteindelijk overgaan op macroscheuren. De relatief kleine vezels (tot 6 mm) versterken de matrix tussen de grote vezels en beperken de microscheuren.  Nog grotere vezels (tot 60 mm) worden toegepast om de buigtreksterkte van het beton te verhogen.

Door de toevoeging van de vezels neemt de treksterkte en ductiliteit van het beton aanzienlijk toe terwijl de druksterkte vrijwel gelijk blijft.

Welke vezels

De vezels kunnen verschillen van materiaal, vorm en afmetingen. Er zijn inmiddels al veel verschillende soorten vezels op de markt voor het versterken van betonconstructies. Met de materialen staal en PVA zijn inmiddels al enkele projecten voltooid wat resulteert in productkennis. De andere materialen blijven hier echter wat hangen waardoor er weinig technische informatie beschikbaar is. Deze materialen bieden ook vaak een oplossing voor specifieke toepassingen. Daarom zal er alleen verder worden ingegaan op de staal en PVA vezels.

Materialen:

  • Staalvezels
  • Polyvinylalcohol-vezels (organische vezels; PVA)
  • Glasvezels
  • Kunststofvezels
  • Wollastoniet-vezels (Mineraalvezels)
  • Basaltvezels

Eigenschappen:

In onderstaand figuur zijn de eigenschappen van staal en PVA-vezels tegen elkaar uitgezet.

tabel eigenschappen vezels

eigenschappen van staalvezels en polyvinylalcoholvezels (PVA)

Vormen:

Over het algemeen is er alleen keuze in vezelvorm bij staalvezels. Onderstaand zijn de verkrijgbare vormen van leverancier Arcelor Mittal weergegeven.

vezelvormen arcelor mittal

Afmetingen en percentage vezels:

Als de vvUHSB constructie wordt uitgevoerd zonder traditionele wapening dan moet het vezelgehalte aanzienlijk hoog zijn. In deze gevallen moet men uitgaan van een vezelgehalte van 2,0 tot 3,0 procent. In andere gevallen, waarbij vezels worden gebruikt als versterking om de veiligheidsmarge voor brosse breuk te halen of om de dwarskrachtwapening te vervangen, moet men denken aan een vezelpercentage van 1,0 procent.

Op de universiteit van Kassel (Duitsland) is onderzoek gedaan naar de beste vezeltoevoeging aan een mengsel. In het onderzoek is de buigtreksterkte gemeten van vier identieke betonsamenstellingen (mix M1Q) met ieder een verschillende vezeltoevoeging. De resultaten zijn weergegeven in onderstaande grafiek. Uit het onderzoek bleek dat een ‘fiber cocktail’ van staalvezels en PVA-vezels de hoogste sterkte aan het materiaal geeft. Daarnaast heeft deze mix het voordeel dat het beter verwerkbaar is.

resultaten onderzoek PVA Kassel

effectiviteit van staal en PVA-vezels op de taaiheid van vvUHSB en de gebruikte betonsamenstelling

Ook zijn er proeven gedaan over de invloed van de vorm van de vezels. Hieruit blijkt dat gedraaide of golvende vezels een veel hogere ‘uittrek’ capaciteit hebben dan rechte of eindverankerde vezels (Naaman 1999). Dit is te verklaren doordat een gedraaide of golvende vezel over de hele lengte weerstand bied tegen uittrekken terwijl bij een eindverankering dit slechts een klein deel voorkomt.

Kort samengevat:

tabel vezeltype

invloed en oplossing van de vezelversterking

Bronnen:

  • Tekst: CAE Nederland B.V.
  • Informatie: Peter Buitelaar, 2003, “ZHSB, 20 jaar praktijktoepassingen in fabriek en on-site”, Contect ApS Denemarken.
  • Informatie: Prof. Dr. Ir. J.C. Walraven, “Hoge sterkte beton: van idee naar realisatie”, TU Delft, sectie Betonconstructies.
  • Informatie en afbeeldingen: www.arcelormittal.com/steelfibers
  • Michael Schmidt and Ekkehard Fehling, 2005, “Ultra-High-Performance Conrete; Research, Development and Application in Europe.”
  • D. Joo Kim, S. El-Tawil, A. E. Naaman, “High Tensile Strength Strain-Hardening FRC Composites with less than 2% Fiber Content.”, University of Michigan, USA.

Permanente koppeling naar dit artikel: http://www.uhsb.nl/?p=278

Geef een reactie