Het voorkomen of uitstellen van concrete rip-off en peeling door bijkomende verankering bij balken in gewapend beton, versterkt met opgelijmde multidirectionele koolstofvezelwapening

Deze masterproef handelt over het voorkomen of uitstellen van concrete rip-off en peeling door gebruik te maken van bijkomende verankeringen bij balken in gewapend beton, die versterkt zijn met opgelijmde multidirectionele koolstofvezelwapening. Hiertoe worden twee reeksen balken in gewapend beton, versterkt met opgelijmde multidirectionele koolstofvezelwapening en bijkomende verankering, onderworpen aan een vierpuntsbuigproef. Van de vele parameters die een invloed kunnen hebben op het voorkomen of uitstellen van concrete-rip off en peeling worden de volgende onderzocht: het type anker (chemische ankers, mechanische ankers, nagels), de ankerdiameter, de verankeringslengte, de tussenafstand tussen de ankers en het al dan niet verlijmen van de verdeelplaatjes op de koolstofvezelwapening. De aldus bekomen meetresultaten worden nadien ook vergeleken met theoretisch berekende waarden die berekend zijn m.b.v. formules uit de vakliteratuur, al dan niet aangevuld met eventuele correctiefactoren.

Op basis van sociale en economische belangen dienen bouwkundige constructies betrouwbaar en functioneel te zijn. Naast voldoende onderhoudswerkzaamheden en herstellingswerken waar nodig, zijn vaak ook versterkingen vereist. Het versterken van bestaande constructies kan omwille van verschillende redenen vereist zijn:

• herstellen van de oorspronkelijke draagkracht, zoals bijvoorbeeld na brand, explosie, aardbeving… of bij corrosie van wapeningen, vriesschade, inwerking van chemisch agressieve reagentia…
• lokaal versterken van constructie-elementen, zoals bij het maken van gaten in vloeren en wanden;
• verhogen van de draagkracht van constructie-elementen, zoals bij herbestemming van lokalen, toenemende belastingen…
• herstellen van ontwerp- of uitvoeringsfouten.

Betonnen constructies kunnen op allerlei verschillende manieren versterkt worden:

• wijzigingen in de doorsnede, zoals het toepassen van spuitbeton, het vervangen en/of toevoegen van wapening binnen de oorspronkelijke doorsnede of in een extra laag, het toepassen van uitwendig opgelijmde wapening of het aanwenden van geprefabriceerde betonnen elementen;
• toepassing van voorspanning, meestal onder de vorm van uitwendige voorspanning met na-gerekte wapening;
• wijziging van het draagsysteem, zoals het schoren van raamwerken;
• stabilisatie, zoals bijvoorbeeld door injecties, grondankers…

Het lijmen van wapening op de constructie is een techniek die al sinds de jaren ’60 met stalen strippen wordt uitgevoerd. Sinds het begin van de jaren ’90 worden versterkingen ook uitgevoerd met producten op basis van vezelversterkte kunststoffen. De uitvoering hiervan is veel eenvoudiger dan het lijmen van stalen strippen, waardoor de mogelijkheden van het versterken van betonnen constructies sterk toegenomen zijn.

De vandaag gebruikte vezelcomposietwapeningen zijn opgebouwd uit sterke, dunne, continue vezels van niet-metallische aard ingebed in een matrixstructuur, bestaande uit een harsbinder, vulstoffen en additieven. Meestal wordt uitgegaan van koolstofvezels, aramidevezels en glasvezels, respectievelijk CFRP, AFRP en GFRP genoemd. Deze composietmaterialen hebben een laag eigengewicht, een hoge treksterkte, een elasticiteitsmodulus vergelijkbaar met deze van staal en zijn bovendien zeer goed bestand tegen corrosie.

De vele toepassingen wereldwijd hebben bewezen dat deze techniek in veel gevallen een technisch en economisch haalbare oplossing kan bieden in situaties waar versterken noodzakelijk is. De goede werking van deze versterkingstechniek is eigenlijk gebaseerd op de samenwerking tussen de gelijmde wapening en het beton. Deze samenwerking wordt gerealiseerd door de verlijming van de vezelcomposietwapening. Indien de schuifspanningen in het contactvlak tussen het beton en de gelijmde wapening een kritieke waarde overschrijden, treedt onthechting op. Vermits de gebruikte lijmen veelal een grote sterkte bezitten, zal deze onthechting plaats vinden in het beton.

In deze Masterproef is op zoek gegaan naar een model voor een bijkomende verankering bij balken in gewapend beton die versterkt zijn met gelijmde multidirectionele koolstofvezelwapening. Van de vele parameters die een invloed kunnen hebben, werden de volgende onderzocht:

• het type anker;
• de ankerdiameter;
• de verankeringslengte van de ankers;
• de tussenafstand tussen de ankers;
• de verlijming van de verdeelplaatjes.

Het gebruik van koolstofvezelwapening blijkt steeds een positieve invloed te hebben op de draagkracht van een onversterkte balk. Door de koolstofvezelwapening bijkomend te verankeren in de dwarskrachtenzone kan het optreden van concrete rip-off en peeling voorkomen worden. De voorspanning van de bouten blijkt hier een zekere invloed te hebben. Zo wordt met voorgespannen bouten een hogere bezwijklast bereikt dan met niet-voorgespannen bouten. Ook blijkt de koolstofvezelwapening vaak door te scheuren door deze bijkomende verankering. Dit kan deels verholpen worden door de verdeelplaatjes te lijmen op de koolstofvezelwapening.

Het gebruik van nagels blijkt geen succes te zijn. Door het vernagelen kan zelfs een vroegtijdige onthechting optreden.

Het gebruik van chemische ankers en van ankers met een grotere verankeringslengte doet de restcapaciteit stijgen. De ankers worden immers minder snel uit het beton getrokken, waardoor meer trekkrachten opgenomen kunnen worden door de koolstofvezelwapening.

Verder is ook ondervonden dat korte koolstofvezelwapening gevoeliger is voor concrete rip-off dan lange koolstofvezelwapening. Deze concrete rip-off kan uitgesteld worden door een bijkomende mechanische verankering op de uiteinden van de koolstofvezelwapening.