Waarom zijn Dramix® staalvezels en “traditionele” wapening de perfecte combinatie?
bouwcomplex InleidingScheurvorming in gewapend beton is een gegeven. Indien scheuren niet te vermijden zijn, kunnen ze in ieder geval wel onder controle worden gehouden. De SLS (Serviceability Limit State) beperkt de scheurbreedte. Als deze scheurbreedte onder een bepaalde waarde ligt, vermindert ze noch de sterkte, noch de bruikbaarheid van de constructie. De huidige bouwvoorschriften, zoals Eurocode 2, leggen de nadruk op duurzaamheid en bruikbaarheid, d.w.z. het voorkomen van wapeningscorrosie, van esthetische schade en het garanderen van waterafdichting. Dit houdt een onmiddellijke beperking van de scheurbreedte in.
Voor gewapend beton worden de allernieuwste regels en formules gebruikt voor het berekenen van de scheurbreedte. Over het algemeen betekent dit het opleggen van een minimumhoeveelheid wapening. Ongeacht de minimumhoeveelheid wapening om scheurvorming onder controle te houden, zijn er andere regels om de minimumhoeveelheid wapening te berekenen die de ductiliteit en veiligheid van een structuur (Ultimate Limit State) garandeert.
Zelfs als deze regels voor minimumwapening toegepast worden, blijft overmatige scheurvorming in gewapend beton een vaak voorkomend probleem.
Eurocode 2, die de nadruk legt op bruikbaarheid en duurzaamheid, resulteert in een dikkere betonlaag bovenop de wapening en een zeer dicht staalnetwerk, zeker naarmate de kwaliteit van het beton toeneemt.
In de praktijk vertaalt zich dit in:
- Een net dat aan de norm voldoet, maar moeilijk te verwezenlijken is. Het storten en trillen van het beton is delicaat en daardoor veroorzaakt de lage kwaliteit van het beton ongewenste scheuren.
- Een wapening die niet aan de norm voldoet, maar makkelijker te verwezenlijken is, geeft een verhoogd risico op scheurvorming.
De scheurbreedte die berekend wordt als wkis de gemiddelde breedte die kan worden vastgesteld langs een scheur in de betreffende zone van de wapening. Buiten de betreffende zone kunnen de scheuren breder zijn.
De betondekking van de wapening hangt vooral af van de milieuklasse en beïnvloedt de effectieve hoogte.
Enkel in deze zone wordt de scheurvorming door de wapening gecontroleerd. Deze zone rond de trek wapening heeft een hoogte die 2,5 maal de afstand is tussen het getrokken oppervlak en de kern van het net. Hoe hoger deze hoogte, hoe meer staal er nodig is om de scheurvorming onder controle te houden.
Buiten de “effectieve hoogte” kunnen de scheuren samenkomen en dus zelfs nog breder worden:
Het proces van scheurvorming in gewapend beton (enkel met “traditionele” wapening)
Begintoestand
Als een staaf volledig verankerd is tijdens de inkrimping, zal de eerste scheur zich in de zwakste zone vormen. Ter hoogte van de scheur zal alleen de wapening de spanning opvangen, het beton levert geen enkele bijdrage. De vervorming van het staal is dus maximaal, terwijl die van het beton nul is. Naarmate de afstand van de scheur toeneemt, zal de spanning progressief overgedragen worden naar het beton. De vervorming van de wapening zal dus afnemen, terwijl die van het beton toeneemt. Op een afstand die gelijk is aan de verankeringslengte van de wapening, zijn de vervorming van staal en beton gelijk. De sectie heeft geen scheurvorming en er is geen slip tussen de wapening en het beton.
Eindtoestand
Als de vervorming toeneemt, worden er volgens hetzelfde proces nieuwe scheuren gevormd. Een nieuwe scheur kan alleen gevormd worden als een bepaalde kracht weer naar het beton overgedragen wordt, tot de treksterkte van het beton overschreden wordt. Hoe meer scheuren er zijn, hoe kleiner de verankeringslengte tussen twee scheuren. Wanneer er niet voldoende verankeringslengte is, is er geen scheurvorming meer mogelijk omdat de trekspanning in het beton niet verhoogd kan worden. Als in dit stadium de vervorming nog toeneemt, zullen er geen nieuwe scheuren gevormd worden, maar zullen de bestaande scheuren groter worden. Dit is de eindtoestand van de scheurvorming. De minimumafstand tussen de scheuren is dus de verankeringslengte en de maximumafstand is 2 keer de verankeringslengte.
In de praktijk bevinden betonconstructies zich in een tussentoestand en wordt de eindtoestand van scheurvorming niet bereikt.
Welk effect hebben de Dramix®-staalvezels op het scheurvormingsproces?
- Het effect van staalvezels op scheurvorming
De vezels overbruggen de scheur in eender welke hoek. De vezels buigen dus mee, zelfs bij kleine scheurbreedtes. De wrijvingskrachten worden lokaal verhoogd door de drukkrachten evenwijdig aan de scheur. De trekkrachten die zich loodrecht op de scheur bevinden, veroorzaken daarom secundaire scheuren. Deze zijn vergelijkbaar met de scheuren die zich vormen nabij wapeningsframes. In het geval van staalvezelbeton vormen deze zich in de volledige gescheurde sectie.
- Effect van de vezels op de scheurverdeling
Beton dat enkel gewapend is met Dramix®-staalvezels
Bij gebruikelijke doseringen zal de weerstand na de scheurvorming altijd lager zijn dan de weerstand vóór de scheurvorming. Staalvezelbeton is een subkritische versterking. Enkel met hoogwaardige vezels en een hoge dosering zal de treksterkte na scheurvorming groter zijn dan de beton trekspanning van het gedeelte zonder scheurvorming. Zelfs in dit geval zal de directe treksterkte altijd lager zijn voor het gedeelte met scheurvorming dan voor het gedeelte zonder scheurvorming.
Door dit gedrag kan men geen scheurbreedte berekenen voor beton dat alleen met staalvezels versterkt is. Dit kan enkel in sommige gevallen: de aanwezigheid van een drukzone (voorgespannen constructies of onder druk), hyperstatische structuur, …
In de praktijk zal zelfs de scheurvorming in beton dat enkel gewapend is met staalvezels kleiner zijn dan die in ongewapend beton. Daarnaast zal het directe effect ook een positieve invloed hebben op de scheurbreedte en op de geometrie van de scheur.
Controle van de scheurvorming met behulp van een hybride wapening (Dramix®-vezels + “traditionele” wapening)
Effect van de vezels op de scheurbreedte in hybride wapening
Omdat een deel van de scheurenergie altijd opgenomen kan worden door de vezels via de scheuren, zal de energie niet volledig vrijgegeven worden in vergelijking met beton zonder staalvezels. Daardoor is de kracht in de “traditionele” wapening lager en zal de belasting en de spanning in het staal, de verankeringslengte, de scheurlengte, de scheurbreedte en in de afstand tussen de scheuren afnemen.
De staalvezels:
- resulteren in een spanning na scheurvorming die groter dan nul is;
- verminderen de beschikbare energie om andere scheuren te vormen;
- overbruggen alle gescheurde delen, inclusief ongewapende betondekking.
Het proces van scheurvorming in gewapend beton EN gewapend met Dramix®-staalvezels
Begintoestand
Omdat dezelfde hoeveelheid wapening aangehouden wordt, verminderen de toegevoegde vezels de scheurenergie aanzienlijk en zodoende de schijnbare verankeringslengte. Met de vezels worden de zwarte curves blauwe curves.
Eindtoestand
Als gevolg vermindert de maximumafstand tussen de scheuren en kunnen er een groter aantal scheuren met een kleinere breedte ontstaan.
Algemene formule voor het berekenen van de scheurbreedte op basis van een hybride wapening (in overeenstemming met de Duitse nationale bijlage bij Eurocode 2: DIN EN 1992-1-1)
| Wk : de scheurbreedte Sr,max : afstand tussen scheuren |
| efsm - ecm : vervormingsverschil tussen staal en beton |
af ligt tussen 0 en 1. Als:
- af= 1, krijgen we een oneindig aantal scheuren met breedte nul (plastic matrix).
- af> 1 niet van toepassing
Het gebruik van Dramix®-vezels in combinatie met traditionele wapening zorgt voor:
- een afname van de scheurbreedte;
- een afname van het oppervlak van de traditionele wapening;
- een besparing van tijd en geld;
