Vezelversterkt beton. Identificatie van de relevante mechanische eigenschappen voor structurele toepassingen 2007/03.07

Hoewel de specifieke voordelen van (staal- of kunststof-)vezelversterkt beton steeds beter bekend raken en het materiaal wereldwijd reeds met succes werd toegepast in verschillende constructies, kan men nog niet spreken van een echte doorbraak. Dit kan voornamelijk toegeschreven worden aan het gebrek aan algemeen aanvaarde ontwerp- en proefmethoden en de problemen die zich stellen bij de uitvoering en de controle ervan.

1. Het prenormatieve onderzoek

Om een beter inzicht te krijgen in de meest gebruikte proefmethoden ter karakterisering van het nascheurgedrag van vezelversterkt beton in structurele toepassingen, voerde het WTCB een prenormatief onderzoek uit in samenwerking met de K.U.Leuven en met de financiële steun van de FOD 'Economie'.

Bij vezelversterkt beton gaat men niet zelden over tot de bepaling van de buigtreksterkte in plaats van de zuivere treksterkte. De buigtaaiheid is echter afhankelijk van het belastingstype en de vorm van de proefstukken, zodat deze niet beschouwd kan worden als een intrinsieke materiaaleigenschap.

In het kader van het onderzoek werden vier verschillende proefmethoden (zie § 2) toegepast op eenzelfde type vezelversterkt beton ter bepaling van de robuustheid van deze methoden.

2. De proefmethoden

2.1. Proeven op vierkante platen (BEFIM)

De vierkante platen (600 x 600 x 100 mm3) worden op een stijf kader geplaatst met een opening van 500 x 500 mm². De kracht wordt door een stijve stempel (100 x 100 mm²) overgebracht op het midden van de platen.

2.2. Proeven op ronde platen (ASTM C 1550)

De platen hebben een diameter van 800 mm, een dikte van 75 mm en worden op drie steunpunten met een onderlinge hoek van 120° opgelegd. De kracht wordt door een hemisferische zuiger overgebracht op het midden van de platen.

2.3. Vierpuntsbuigproeven op prisma's (NBN B 15-238)

De prisma's met een hoogte van 150 mm en een lengte van 600 mm worden op twee rolopleggingen geplaatst met een tussenafstand van 450 mm. Door middel van twee lijnbelastingen met een tussenafstand, gelijk aan een derde van de overspanning, wordt er vervolgens een belasting uitgeoefend waardoor er een constant buigmoment ontstaat tussen de lijnlasten.

Fig. 1 Réalisation d’un essai de fle­xion trois points sur prisme entaillé.
Afb. 1 Uitvoering van een driepuntsbuigproef op gekerfde prisma's.

2.4. Driepuntsbuigproeven op gekerfde prisma's (NBN EN 14651)

De prisma's die gebruikt worden voor deze proef hebben dezelfde afmetingen als deze uit § 2.3. De overspanning bedraagt 500 mm. In dit geval wordt er in de helft van de overspanning een kerf aangebracht, zodat het prisma scheurt in het midden.

3. Doel van de vergelijkende studie

De vergelijkende studie had als oogmerk om de betrouwbaarheid van de onderzochte proefmethoden te bepalen en twee ervan te weerhouden voor het verdere onderzoek.

Om de verschillen tussen de proefmethoden voor vezelversterkt beton te bestuderen, is het aanbevolen slechts één enkel vezeltype te gebruiken. Tijdens het WTCB-onderzoek werd geopteerd voor staalvezels met een eindverankering. De proeven werden zowel uitgevoerd op normalesterktebeton als op hogesterktebeton.

De spreiding van de resultaten bleek het kleinst te zijn voor de proeven op de ronde platen (ASTM C 1550) en het hoogst voor de buigproeven op de prisma's. Dit verschil kan verklaard worden door het kleinere scheuroppervlak bij de prisma's.

4. Keuze van de proefmethoden

4.1. Proeven op platen

Bij de keuze van de plaatproeven gaat de voorkeur uit naar de proef met de ronde platen.

Dit kan onder meer toegeschreven worden aan het feit dat het scheurpatroon van de ronde platen beter gekend en minder willekeurig is dan dat van de vierkante. Deze proef is bovendien genormaliseerd (ASTM C 1550).

4.2. Proeven op prisma's

Ondanks het feit dat de spreiding van de proefresultaten bij de twee proeven op prisma's vergelijkbaar is, opteerden we voor de driepuntsbuigproef. Deze is immers stabieler en maakt het voorwerp uit van een Europese norm (NBN EN 14651) die waarschijnlijk de huidige Belgische norm zal vervangen.

Bij de uiteindelijke keuze kan ook het feit dat de plaatproeven een betere benadering van de realiteit vertonen, een belangrijke rol spelen, zoals zal blijken uit de uitgevoerde parametrische studie.

E. De Grove, ir., onderzoeker, laboratorium 'Structuren', WTCB
B. Parmentier, ir., adjunct-afdelingshoofd, afdeling 'Geotechniek en Structuren', WTCB