Textile Reinforced Cementitious Composites for a High-Performance, Fire- Resistant, Sustainable Building System

Transcriptie

1 Textile Reinforced Cementitious Composites for a High-Performance, Fire- Resistant, Sustainable Building System SBO PROJECT PROPOSAL Vrije Universiteit Brussel-MeMC, Vrije Universiteit Brussel-MACH Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf (WTCB), KU Leuven-MTM, 3d Weaving 3d Weaving

2 Appendix A Administrative Data, Declarations of Intent, and Project Summary in Dutch A.1. Project coordinator VUB-MeMC Vrije Universiteit Brussel Vakgroep Mechanica van Materialen en Constructies (MeMC) Prof.dr.ir. Danny Van Hemelrijck, Hoogleraar (Vakgroepvoorzitter) Pleinlaan 2, B-1050 Brussel T: /22 F: E: dvhemelr@vub.ac.be W: Institute data Vrije Universiteit Brussel, Pleinlaan 2, B-1050 Brussel Prof.dr. Paul De Knop, Rector Account n : (iban) BE , (bic) GEBABEBB VATt n : BE A.2. Project partners Together with the project coordinator, these constitute the research consortium. BBRI - WTCB Contact Person: Petra Van Itterbeeck, project leader Belgian Building Research Institute Lombardstraat 42, B-1000, Brussels T: F: E: petra.van.itterbeeck@bbri.be W:: ( ) General director: Venstermans Jan addressinfo@bbri.be Account n : (iban) BE GKCCBEBB Vat n : BE Application for SBO project CemComStruct - January 2014

3 KU Leuven - MTM Prof.dr.ir. Bart Blanpain Kasteelpark Arenberg 44- bus 2450, 3001 Leuven T: F: Bart.Blanpain@mtm.kuleuven.be> Website: Institute data KU Leuven Research and Development Paul Van Dun, Algemeen Beheerder Waaistraat 6 bus 5105, 3000 Leuven ACCOUNT NUMBER: KBC SWIFT-CODE: KREDBE BB IBAN: BE vat n : BE VUB-MACH Vrije Universiteit Brussel Vakgroep Materials and Chemistry, Research unit Physical Chemistry and Polymer Science (FYSC) Prof.dr.ir. Hubert Rahier, Hoofddocent Pleinlaan 2, B-1050 Brussel T F E: hrahier@vub.ac.be W: Institute data Vrije Universiteit Brussel, Pleinlaan 2, B-1050 Brussel Prof.dr. Paul De Knop, Rector Account n : (iban) BE , (bic) GEBABEBB VAT n : BE Application for SBO project CemComStruct - January 2014

4 3D Weaving BVBA Pascha Velvet Dhr. Pascal Ghekiere Wafelstraat Deerlijk T: F: E: W: Institute data BVBA Pascha Velvet Bouckaertstraat Deerlijk Account n : IBAN nr. BE BIC nr. KREDBEBB VAT n : BE KVK nr A.3. Subcontractors (if applicable) - Applying research organisation or company - Last name, first name, title and function of the subcontractor - Other contact persons - Addresses - Telephone and fax numbers, address, Internet website - VAT number (in case of a company) A.4. Declaration of intent from the project coordinator and the project partners 3 9 Application for SBO project CemComStruct - January 2014

5

6

7

8

9 A.5. Project summary in Dutch Valorisatie objectieven en valorisatie-aanpak van het project Het algemeen valorisatie-objectief van dit project is de ontwikkeling van textiel verstevigde cementmatrix composieten (EN: Textile Reinforced Cementitious composites (TRC)) en structuren in dit materiaal die hoog-performant, kostenefficiënt en ecologisch zijn. Om TRC composiet structuren economisch interessant te maken, dienen nieuwe structurele systemen ontwikkeld te worden die de brede waaier aan mogelijkheden van deze composieten om lichte, dunne en geometrisch complexe vormen te realiseren ten volle benutten. De eigenschappen van de composieten kunnen slechts ten volle benut worden in de structuur, indien het materiaal meerbepaald de versteviging op maat is van de structurele noden. Dit project behandelt deze uitdagingen binnen zes valorisatie objectieven: 1. Onderzoek naar nieuwe cementgebonden materiaalsystemen, anorganische geopolymeren die verenigbaar zijn met vezeltextielverstevigingen, een verminderde CO 2 -voetafdruk hebben en economisch haalbaar zijn. 2. Verbeteren van de mechanische performantie van cementgebonden composietmaterialen en structuren door optimalisatie van de geïntegreerde vezel textielen (bv. 3D textielen). 3. Karakterisatie van de mechanische performantie van de ontwikkelde TRC composieten, en het kwantificeren van de invloedparameters (vezeltype & textiel, vezeldosering, cement matrix, ) 4. Ontwikkeling van nieuwe simulatie modellen die de analyse en het ontwerp van TRC composiet structuren ondersteunen. 5. Studie experimenteel en numeriek van sandwichstructuren met TRC composiethuiden en isolerende kern, en van methodes om deze systemen structureel te optimaliseren (bv door het gebruik van afgestemde 3D textielen), voor toepassingen in meerlaagse lage-energie gebouwen. 6. Structurele analyse van kolommen gewapend door een TRC composieten bekisting, als een manier om de hoeveelheid beton en staal te reduceren, en de duurzaamheid te verhogen. Deze TRC-bekiste kolommen kunnen geïntegreerd worden in de sandwich elementen (5) om te resulteren in een hoog-performante, draagkrachtige en isolerende constructie. Deze valorisatie-objectieven groeperen twee belangrijke sectoren in Vlaanderen, namelijk de bouw- & bouwmaterialensector en de textielsector, en zullen deze sectoren in staat stellen te innoveren en zich te profileren in Europa als een belangrijke actor op gebied van TRC composieten en duurzame constructies. De valorisatiestrategie zal bestaan uit korte, middellange en lange termijn initiatieven om nieuwe toegepaste onderzoeksprojecten met industriële partners op te zetten gebaseerd op de succesvolle onderzoeksresultaten die voortvloeien uit dit onderzoeksproject. Volgende bedrijven hebben zich hiertoe geëngageerd en bevestigden het valorisatiepotentieel. Indaver CRH Structural Concrete 3D weaving Plakabeton Recticel Verheyen Betonproducten Isobar NEY & Partners De valorisatie-aanpak omvat volgende initiatieven: Industrieel adviescomite: bevat alle vertegenwoordigers van de bedrijven, de werkpakketleiders en de project coördinator. Komt elke 6 maanden samen om feedback te leveren bij de projectresultaten en om de onderzoeksontwikkelingen te sturen. Valorisatie Raad: bevat een beperkt aantal leden zowel van de industrie als van de academische partners met ervaring in valorisatie. Deze zal niet tussenkomen in het technisch/wetenschappelijk proces, maar zal alle valorisatie- and disseminatie-activiteiten definiëren, initiëren en coördineren. Disseminatie: Verschillende activiteiten (o.a. workshops) zullen georganiseerd worden. De meerwaarde van het WTCB als project partner en het engagement van NAV (Vlaamse architecten vereniging) en FEBE (federatie Belgische prefab betonindustrie) is substantieel, hun contacten en ervaring verzekeren een brede disseminatie naar de bouwsector toe. 8 9 Application for SBO project CemComStruct - January 2014

10 Wetenschappelijke objectieven en onderzoeksaanpak van het project De academische onderzoeksobjectieven zijn ingegeven door de actuele en toekomstige noden van de bouwsector. De objectieven zijn: De ontwikkeling van hoogperformante textielverstevigde cementmatrix composieten. De vereisten voor het composiet zijn hoge trek- en druksterkte. Op matrix niveau vertaalt dit zich in het objectief om een cement/mortel te ontwikkelen met goede vloeibaarheid, kleine korrelgrootte, lage ecologische voetafdruk, ruime beschikbaarheid en dus lage kost van grondstoffen bij voorkeur afval. Op verstevigingsniveau betekent dit de ontwikkeling van textielen met voldoende open structuur om geïmpregneerd te kunnen worden door de matrix, en geoptimaliseerd voor de structurele toepassing door de vezels exact waar structureel nodig te plaatsen. De ontwikkeling van innovatieve, lichtgewicht en geoptimaliseerde structurele systemen in TRC composieten, die de ecologische voetafdruk van de bouwsector reduceren. In dit project vertaalt dit zich naar hoogperformante dragende en isolerende structuren. Het objectief is om het structureel gedrag van deze nieuwe structurele concepten te kunnen beschrijven, voorspellen en optimaliseren. De materiaal- en structurele aspecten kunnen niet apart opgelost worden maar zijn sterk gelinkt aan elkaar. Daarom werden vijf multi-disciplinaire wetenschappelijke werkpakketten gedefinieerd om deze objectieven te bereiken. In WP 2 zullen innovatieve cementeuze matrixmaterialen worden ontwikkeld: één anorganisch matrix materiaal gebaseerd op alkali-activatie van slak, en één gebaseerd op fosfaatcement van afval (assen of slakken). Selectie van de grondstoffen zal gebaseerd zijn op volgende criteria: minimale milieu-impact (geëvalueerd door levenscyclusanalyse), geschikte rheologie, druksterkte boven 50 MPa. Bovendien zal van beide materialen een schuim worden ontwikkeld met een druksterkte van MPa, een thermische geleidbaarheid onder de 0.04 W/m 2.K en een densiteit onder de 300 kg/m 3. In WP 3 zullen innovatieve textielverstevigde cementmatrix composieten ontwikkeld, experimenteel gekarakteriseerd en gemodelleerd worden. Geoptimaliseerde vezeltextielarchitecturen, vooral middels 3D (afstands)weefsels, zullen ontwikkeld worden. Een extensief experimenteel programma zal uitgevoerd worden om de mechanische eigenschappen van de ontwikkelde TRC composieten te karakteriseren, en hun materiaalgedrag zal gemodelleerd worden in eindige elementen (EE) software (Abaqus). In WP 4 zal een dragende sandwich muur met TRC composieten huiden structureel geanalyseerd, ontworpen en experimenteel gevalideerd worden. Specifieke Composieten Structurele Isolatie Panelen (CSIP) types zullen geëvalueerd en geoptimaliseerd worden voor druk- en buigvermogen middels een extensief experimenteel programma en voorspellende EE-modellen. Het effect van geprofileerde huiden en geïntegreerde kolommen in de CSIP s op het structureel gedrag zal bovendien numeriek en experimenteel geëvalueerd worden. De milieu-impact van CSIP s in TRC zal geëvalueerd worden door levenscyclusanalyse op structureel element niveau. In WP 5 zal het draagvermogen van TRC structurele bekisting als wapening voor slanke betonnen kolommen bestudeerd worden. Het gedrag van betonnen kolommen gewapend met enkel TRC bekisting zal experimenteel bestudeerd worden voor verschillende TRC composietmaterialen en slankheidsratio s. De experimentele resultaten kunnen EE-modellering valideren, leiden tot ontwerprichtlijnen en waardevolle input leveren voor WP 4 (geïntegreerde slanke kolommen in dragende sandwich muur). In WP 6 zal een akoestische analyse uitgevoerd worden op de lichtgewicht, dragende, TRC composieten sandwich structuren. Geluidsisolatietesten zullen uitgevoerd worden op verschillende panelen, en inzichten zullen verworven worden in de geluidspropagatie-eigenschappen doorheen TRC-gebaseerde sandwich elementen om te kunnen inschatten voor welke soort van akoestische doeleinden TRC panelen gebruikt kunnen worden. 9 9 Application for SBO project CemComStruct - January 2014