Delft. Staalvezelbeton in de linings van boortunnels, een state-of-the-art. lr, A.G. Kooiman Rapportnummer

Transcriptie

1 Staalvezelbeton in de linings van boortunnels, een state-of-the-art December 1996 lr, A.G. Kooiman Rapportnummer Delft Delfl University of Teoi1nology Faculteit der Civiele Techniek Sectie Betonconstructies Tunnel Lining Onderzoek Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat

2 Datum: december 1996 Opdrachtgever: Bouwdienst Rijkswaterstaat Hoofdafdeling Projectuitvoering en Diensten Afdeling Technieken en Onderhoud Projectleider: Ir. M.H. Djorai Opdrachtnemer: TU Delft Faculteit der Civiele Techniek Vakgroep Mechanica en Constructies Sectie Betonconstructies Rapportnummer: Rapporteur: Ir. A.G. Kooiman

3 Voorwoord Voor u ligt de literatuurstudie met als titel StaalVf1zelbeton in de linings van boartunnels, een state-af-the-art. De TU Delft, Faculteit der Civiele Techniek, sectie betonconstructies heeft in opdracht van de Bouwdienst Rijkswaterstaat~n literatuurstudie gemaakt naar de stand van.zakenbetreffende.de toepasbaarheid van staalvezelbetonjn de tinings van.boortunnelsinnederiand. De formulering van de bovenstaande opdracht is verwoord in~umentnummer SVB-THT.OO2van de BouwcfienstAijkswaterstaat, hoofdafdeling Projectultvoeringenpi!nsten, afdeling Technieken en Onderhoud. Het project staat onder het bevoegd gezag van ir. K. Tjaden, m_als projectlèider ir.m.b. Djorai. De opdrachtnemer is de TU Delft, waarbij de werkzaamheden door ir. AlG. Kooiman zijn uitgevoerd onder toezicht van prot.dr.ir. J.C. Wal raven en dr.lr, C. van der Veen. Ir. A.G. Kooiman

4 Inhoudsopgave Vooronderzoek staalvezelbeton in tunn~llnings Inhoudsopgave Voorwoord Hoofdstuk 1: Inleiding Algemeen Project omschrijving Probleemstelling Doelstelfing Hoofdstuk 2: Staalvezels Aanleiding De Werking van staalvezels in het beton Staalvezelsoorten en -eigenschappen 3 Hoofdstuk 3: Technologische eigenschappen van staalvezelbeton De betonsamenstellîng De plaats van de vezels in het mengselontwerp ; Toeslagmaterialen Cement Vezelgehalte Water Hûlp- en vulstoffen Samenstelling in de normen/richttijnen Verwerking en productie Doseren en toevoegen van staalvezels Verwerkbaarheid Het storten van staalvezelbeton Verdichtbaarheid De afwerkingen nabehandeling van staalvezelbeton De verdeling van de vezels in het beton Oriëntatie van de vezels in het beton Hoofdstuk 4: Materiaaleigenschappen van staalvezelbeton Inleiding Elasticiteitsmodulus van staalvezelbeton Druksterkte Gedrag onder drukbelasting Groene sterkte Druksterktevanverhardstaalvezelbeton Treksterkte Gedrag onder trekbelasting Eenassige treksterkte Buigtreksterkte Sptijttreksterkte Spanning-rek diagram Tijdsafhankelijke vervormingen van staalvezelbeton K:dmp K:ruip Fysische eigenschappen van staalvezelbeton Uttzettingscoëfficient Warmtegeleidingscoëfficient Duurzaamheid van staalvezelbeton Corrosie bestendigheid Mechanische duurzaamheid Waterdoorlatendheid Scheurwijdtecontrole 24 TU Delft Faculteit der Civiele Techniek

5 Inhoudsopgave Vooronderzoek staalvezelbeton in tunneuinings Hoofdstuk 5: Mechanisch gedrag van staalvezelbeton Gedrag van staalvezelbeton onder een zuivere buigbelasting Bepalen van buigsterkte S"rekenen van op buiging belast staalvezelbeton Gedrag va.ostaalvezelbetonbelast op afschuiving B~palen van de afschuif sterkte M.odel voor deafschuifproeven Gedrag va.nstaalvezelbeton bij gecombineerde snedekrachten Combinatie van moment en normaalkracht Combinatie van moment en dwarskracht Combinatie van moment, dwarskracht en normaalkracht Gedrag v<th staalvezelbeton bij inleiding van geconcentreerde krachten Gedrag Vall staalvezelbeton bij dynamische belastingen vv~rstand tegen stootbelastingen VermoeHngsweerstand Gedrag van staalvezelbeton bij temperatuursbelastingen H()ge temperaturen Vorst-dooibestandheid Hoofdstuk 6: Pra.ktijkervaringen met staalvezelbeton in tunneuinings Algemeen Praktijkproeven Waterafvoertunnel Lesotho, Zuid-Afrika Metrotunnel in Essen, Duitsland Hoofdstuk 7: Conclusies en aanbevelingen Evaluatie Algemeen Voor- en nadelen van staalvezelbetonnen tunnelelementen Evaluatie rn.b.t, toepasbaarheid van staalvezelbeton in de THT Eindconclusie Kennisleemten en aanbevelingen Literatuurlijst TU Delft Faculteit der Civiele Techniek

6 Hoofdstuk 1: Inleiding Vooronderzoek staalvezelbetonin tl,lnnellininsp Hoofdstuk 1: Inleiding 1. 1 Algemeen De literatuurstudie betreft een inventarisatie en een analyse van de aanwezige kennis en ervaring op het gebied vanstaalv~elbetonaan de hand van:. Onderzoeksresultaten in binnen- en buitenland Praktijkproject,n(gerealiseerde boortunnels in het buitenland) Het rapportbehelndelt de technologische, materiaaltechnische en mechanische eigenschappen van staalvezelbetoninhet algemeen en de praktijkervaringen die met het materiaal zijn opgedaan In buitenlandse boortunneiprt)j~den. Verder. worden er conclusies getrokken m.b.t. de eventuele geschiktheid v.an.het materiaalvoortçepassing indeprefabtunnelsegmenten van de Tweede.Heinenoord Tunnelen worden.er enkele aanbevelingen gedaan m.b.t. het opvullen vankennisleemten. De gebruikte literatuur tijdens deze studie is te vinden in de literatuurlijst aan het eind van dit rapport. Inde tekst wordt hier echter reeds naar verwezen. 1.2 Project omschrijving De Twe$de Hein.énoordTunnel (THT) onder de Oude Maas is de eersteboortunnel ven Nederland, die zal bestaan uit tweelunnelbuizen. Iedere tunnelbuis is ongeveer 950 meter lang en heeft een buiteooiameter van ca. 8,30 m(binnendiameter buis = ca. 7,6 rn). Een tunnelring wordt opgebouwd uit zeven segmenten van 1,50 m lang, die in tangentieleringrichting vanërenvan3,2 m tot 3,5 rn, en een sluitstuk van tapse vorm. De beidet()egangsschachten (start- en ontvangstschacht) en toeritten, behorende bij het boorçedeelte, hebbeneenlengte van ongeveer 200 meter. De tunneisegmerlten worden geprefabriceerd in grindbeton van de sterktekiasseb65. door Schokindustrie Strukton Segmel'ltenv.o.t, te Zwijndrecht. De wapening. betreft betonstaalsoort 500S(voor dewapeningsstaven) resp. 500M (voor wapeningsnetten). De betc)odekkingbedraagt zowel aan de binnen als aan de buitenkant 35 mmo Plaatselijk bedraagt de dekking echter slechts 20 mmo De tunnelsegmenten worden omringddoor neopreenprofielen die de waterdichtheid moeten garanderen. 1.3 Probleemstelling Er is ooit eenaltematief geopperd om in plaats van gnndbeton staalvezelbeton toe te passen. Door bepaalde omstandighed$n is dit altematief echter nooit serieus genomen en dus niet. opgepakt. De behoette bestaat nog steeds om dit alternatief objectief te beoordelen, vooral omdat het materiaal in het buitenland een aantal malen (met succes)is toegepast. 1.4 Doelstelling Het doel van ditvooronderzoekishet (objectief) onderbouwen van de beslissing of er wel of niet verder moet worden gegaan met het onderzoek naar de mogelijkheid tot implementatie van staalvezelbeton in een aantal tunnelringen in de tweede buis van de Tweede Heinenoord Tunnel. TU Delft 1 Faculteit der eiviele Techniek

7 Hoofdstuk 2: Staajv8zels Vooronderzoek staalvezelbetonin tunneilinil'!q! Hoofdstuk 2: Staalvezels 2. 1 Aanleiding Reeds verscheidene decennia zijn pogingen ondernomen om de eigenschappen van betonen andere materialen op cementbasis te verbeteren door toevoeging van kleine staalelementen (stukjes draad, spijkers) aan de specie. De ontwikkeling en toepassing van staalvezelbeton is eind jaren 70 opgang gekomen en duurt nog steeds voort. In 1978 werd er in Duitsland voor heteerst staalvezelbeton toegepast in een tunnel. Nu de eerste boortpnnetvan Nederland in uitvoering is en als proefproject dient voor andere boortunnelprcr [eeten, is er gevtaàgdomeenobjectiefbeeld te schetsen m.b.tdemogelljkheden vanstaalvezelbeton als toepassing in de. gesegmenteerde. Hning van de THT.. ln dit hoofdstuk wordt allereerst een beschrijving gegeven van dei werking van staalvezels in beton. Ten tweede wordt een overzicht gegeven van de verschillende S()()ftenstaalvezets en hun karakteristieke eigenschappen. Aangezien. elke vezel andere eigenschappen heeft, wordt er slechts een algemene beschrijving gegeven. 2.2 De werking van staalvezels in het beton Om de rol van vezels beter te begrijpen, moet er een onderscheid gemaakt worden tussen twee functies van vezels in beton (9), (10) (51): CtHet versterkenvanhetcementsteen, ook wel matrix genoemd (microwerking) De willekeurig in het beton verdeelde vezels kunnen de microscheurvorming van de matrix vertragen, mits een voldoende hoeveelheid vezels aanwezig is. Microscheurvorming ontstaat al tijdens het hydratatieproces van cement als gevolgvanverhinderoe vervormingenvan.de matrix door het stijve skelet vantoeslagmaterialen (zanden~ind). Jn par wordt gesteld dat de sterkte tijdens de eerste uren, na het storten en verdichten, vel'hq()gdzoukunnenwordén door toevoeging van staalvezel$. Voor het beperken van microscheurvormingis derekstijfheid van de vezel van belang~een vezel met een hoge rekstijfheidbiedt namelijk meer weerstand tegen scheurvorming dan een vezel met een lage rekstijfheld, Het uitbreiden van microscheuren wordt tegengegaan doordat de vezels de trekspanningen opnemen, zodat als gevolgde spanningsconcentraties rond de 'tip' van de scheurtjes afnemen (fig. 1). Op het moment dat microscheurtjes ontstaan en overbrugd worden (fig. 2), zijn de treksterkte en het aanhechtingsvermogen van de vezel aan het beton meer van belang dan de rekstijfheid. De L(engte)/D(iameter}-verhouding van de vezels speelt hierbij eveneens een rol. Fig. 1: Verlaging spanningsconcentratie door vezel nabij tip microscheur veroorzaakt [1o} Fig. 2: Belastingoverdracht d.m. v, uittrekken van de vezels uit de matrix [1o} TU Delft 2 Faculteit der Civiele Techniek

8 Hoofdstuk 2: StaaIV8%els Vooronderzoek staalvezelbeton in tunnellinings Fig. 3: Positie vezel tijdens openen van scheur Door een bepaalde hoeveelheid staalvezels toe te passen kan de: treksterkte van de matrix vergroot worden. De taaiheid wordt echter ook aanzienlijk vergroot. Taaiheid is het vermogen om na scheurvorming nog krachten op te nemen. Op het moment dat de matrix scheurt, zal de belasting t.p. v. de scheur volledig door de vezels gedragen moeten worden. In fig. 2 wordt een scheur overbrugd door een vezel onder een hoek van 90 graden. Wanneer de scheur niet loodrecht wordt overbrugd (zie fig. 3}, zal de vezel niet alteen op trek belast worden maar ook op afschuivingen buiging. Op dit gebied zijn experimenten gedaan door Bartos en Duris [6], waarbij verschillende soorten staalvezels getest zijn. HierbIjwerd het gedrag van staalvezelsingeklemd in een werkbank vergeleken met staalvezels die ingebed waren in een cementmatrix. In beide<gevallen werden de vezels onder verschiuende hoeken t.o.v, de trekrichting beproefd. Uit de proeven is gebleken dat de maximaal mogelijke belasting groter en de verplaatsing, of te wel de scheurwijdte, kleiner wordt naarmate de hoek q>groter wordt. (9 Het functioneren als wapening (macrowerking} Een scheur kan een vezel halverwege zijn lengte doorkruisen, maar ook dichter bij het vezeleinde. Op dat moment bepaald het aanhechtingsgedrag de effectiviteit van de vezel, d.w~z. de mate waarin de krachten afgedragen kunnen worden naar het beton aan beide zijden van.de scheur -: De mate van aanhechting is afhankelijk van dekwaliteu van het oppervlak van de vezel, de sterkte van de matrix, de mate van verankering en de vezelvorm. Wanneer de verankering of de aanhechting minder goed is, dan zal de over te brengen kracht ook gering zijn. Wanneer de vezel echter zeer goed verankerd is, kan het breken en zal het materiaal bros bezwijken. Dit wordt in het algemeen aangeduid.als een onveilig bezwijkgedrag. De vezels moeten aan weerszijden van de SCheur zodanig.aan de matrix zijn verankerd, dat een zekere vervorming door 'slip' mogelijk is zonder dat breuk van de vezel optreedt. Dit gedrag wordt het nascheurgedrag genoemd. In par wordt hier verder op ingegaan. 2.3 Staalvezelsoorten en -eigenschappen De meest bruikbare parameters om vezels te beschrijven zijn: c:)deljd-verhouding (Engels: aspect ratio) c:) de treksterkte van de vezel c:) devoi1tl De vezels blijken in het beton op twee manieren te kunnen bezwijken: c:) de vezel wordt uit de omgevende betonmatrix getrokken c:) de vezel breekt TU Delft 3 Faculteit der Civiele Techniek

9 Hoofdstuk 2: Staalveels Vooronderzoek staalvezelbeton in tunnelllnings De manier waarop het bezwijkmechanisme ontstaat is afhankelijk van: c:) de LiD-verhouding c:) de verankering c:) de treksterkte van de vezels c:) de mate van hechting Staalvezels worden vervaardigd uit koud of warm getrokken staaldraad, uit staalplaatmateriaal (bijv. blik) of worden gefreesd van stalen blokken [9lDe eerste soort kent een ronde vorm, terwijl de andere twee een vierkante of rechthoekige doorsnede heeft. De diameter ofdwarsafmetingen variëren van 0,15 tot 1,50 mm, waarbij de lengte varieert van 40 tot 150 maal de diameter. Vaak wordt de UD-verhouding gebruikt om het gedrag van de vezels in het beton te kenmerken. Het gun~~geeffect van vezettoevoeging aan het beton neemt toe bij een grotere UD-verhouding. De verwerkbaarheid van het mengsel neemt dan echter af. De UD-vemouding ligt bij toepassingen in tunnels vaak tussen de 50 en 100. Behalve de rechte vezels zijn er ook vezels verkrijgbaar die vervormd zijn om de mechanische inklemming of verankering te verbeteren. Er zijn golvende vezels op de markt, vezels met haakjes aan de uiteinden en vezels die in twee onderling loodrechte richtingen omen ortlzijn afgeplat (zie fig. 4). Monufocform IUflflg Compony af'ol'lcl~ process...: DroWlng Trefll Wirellf Orowlng AR BED Eurosleel... c- Culhng, Austroben o Slllhng W,re Fibresteel,... Drowing Bekeerl Dromix "- tmhonol Orowlng Duofofm = -,...,... stat\dtird Mell- N<diono!- Mell- < > extrocbon slat\derd edrocled Hort'llf.. Mdling. Slenlloser tiorex. Fihng techruk. Orow. 9 Stox Orowlf\9 Ttubo CuttIng. Slijting US-Steel Sleelstleel fibm Fig. 4: Verschillende vezelsoorten [41] Het is van belang dat de samenwerking tussen de vezels en de mortel wordtvert>elerd. Op het moment dat er echter een hoog vezelpercentage vereist is, kunnen er problemen ontstaan tijdens het mixen van de mortel, omdat de vezels in elkaar haken en gaan klitten. Om dit probleem op te lossen kunnen er vezelstrips geleverd worden (door N.V. Bekaert S.A.). Dit zijn plaatjes van aan eikaargeideefde vezels, waarvan de lijm oplosbaar is in water, zodat de vezels tijdens het mengen losraken en zich homogeen kunnen verdelen. De in Nederland beschikbare staalvezels [511zijntezienintabeI1. TU Delft 4 Faculteit der Civiele Techniek

10 Hoofdstuk 2: Staalvezels Vooronderzoekstaalvezelbeton in tunnellininl!. VEZELTYPE FICON XOREX DRAMIX EUROSTEEL TWINCONE HAREX FERCON leverancier FIBRE SYSTEMS INTERNATIONAL FIBRE SYSTEMS INTERNATIONAL N.Y. BEKAERT SA SILlOUR $U..IDUR YERWAARD HANDELSONDERNEMING DGO NEDERLAND B.Y. B.Y. CONSTEEL DGO NEDERLAND B.V. Tabel 1: In Nederland verkrijgbare staalvezels (voorjaar '96) [51] De treksterkte van staalvezels ligt meestal tussen de 400 en 1.500N/rnm 2 afhankelijk van de fabricagemethode en staalkwaliteit. Wanneer men. het koolstofgehalte vergroot kunnen er. vezels geleverd worden met een treksterkte van meer dan 2000 N/mm 2 De elasticiteitsmooulusvan de vezels ligt rond de 2'10 5 N/mm 2 en de soortelijke massa van de staa/vezels bedraagtongeveer8g1cms. De interactie tussen vezels en matrix (hechting) is de fundamentete eigenschap, die alle materiaaleigenschappen van het composietmateriaal beïnvloeden [SJ. oe:ze interactie is inde vorige paragraaf beschreven. De mate van hechting is afhankelijk van het vezeloppervtaken de matrix waarin de vezel is ingebed. Pogingen offi.d()or. middel van oppervlaktebehandelingen d~ hecpting.te verbeteren, hebben weinig opgeleverd. [)(>Qr(i)Chterdevoml te veranderen wordt. er een bepaalde verankeringgerealiseerd,waardoor de.uittrekwee~flndduidelijk vergroot. wordt.in het\iel1edenzijn verscheidene malen proeven uitgevoerd om de eigenschappen van verschillende soorten vezels, toegepast als verst~rking. van beton, te bepa/en [57], [58], [65]. Omdat alle vezels andere eigenschappen hebben en iedere keer een ander betonsamenstelling gebruikt is,kljnnen de resultaten moeilijk met elkaar vergeleken worden. In 1988 werd er in het kader van de bouw vaneen ondergronds gedeelte van deoeutsche Bundesbahn in Dortmund eenstaalvezelbetonnen tunnel~d.als oplossing aangedragen-.er werden e;xperirnenten.uitgevoerd, waarbij het materiaal op buiging. ~rqbelast.. Oe.buigproef.werd. vervormingsq8stuurd uitg~oerd op balkjes versterkt met verschiuendetypènstaalvezels Hierbij bleek dat vezels met haakjes..aan het einde (in dit gevaldramix vezels) gekenrne;rktworden dooreen superieur nascheurgedrag.in vergelijking met de rechte vezels [27]. Dit..is.weergegev~ninfiguur 5.. ln.[28] worden gefreesde staalvezels of.staalsplinters (Engels: chip fibres) vergeleken rn~t de getrokken staaldraadvezels van N.V.Bekaert SA. Hieruit bleek wederom het superieure nascheurgedl'agva.n de haélkvezels. Ij'5. 2;. 84 getrokken staaldraadvezels met haakeinden staalspintefs - -, grifldbetoo! LL o 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4, ö [mm) Fig. 5: o-ä diagram van verschillende typen staalvezejbeton [27) TU Derft 5 Faculteit der Civiele Techniek 5

11 Hoofdstuk3: TechnOlogischeigenschappensvb Vooronderzoekstaalvezelbetonin tunnel!inings Hoofdstuk 3: Technologische eigenschappen van staalvezelbeton 3. 1 De betonsamenstelling De plaats van de vezels in het mengselontwerp Voor vezelbeton kunnen we in principe dezelfde mengselontwerpen toepassen als voor gewoon beton [18]. De staalvezels kunnen gezien worden als een extra toeslagmateriaal inhetbetonmengsel. Voor het totale volume van gecombineerde materialen en het luchtgehalte in één kubieke meter specie (=1000 dm 3 ) geldt dan volgens [41]: 1000 = !. + W + p + f (1) Poz Pg PI waarin: z =cementgewicht [kg) P oz = soortelijke massa.cement [kgll] g = gewicht toeslagmateriaal [kg] P g = soortelijke massa toeslagmateriaal[kg/dm 3 ] w = watergehalte (I] p =volume lucht lil,voor ontwerpdoeleinden 1,5%,1000 dm 3 f '7~taalvezelgehalte[kgl PI '7 soortelijke massa staalvezels.[kg/dm' Het.is de bedoeling dat de.vezels het constructiemateriaal zo versterken..dat elk willekeurig volume-eenheidje betonuniformeeigenschlippen vertoont,..net als.bij standaard toeslagmateriaal. Ieder vezeltype vraagt echter zijn eigen. idelille. meng~lsamenstemng s. die afhankelijk is Van de vereiste mechanische eigenschappen~ndeverwerkbaarheid Toeslagmaterialen In verband met de verwerkbaarheid en.deikans op.samenkhtten van de. vezels.('balvorming') wordt er aanbevolen. om de toeslagmaterialen.niet. te grof te nemen in verhouding tot. de. vezeuengte. Het aantal staalvezelis dat. zich in. een. volume-eenheid.kan. bevinden nelelmtnamelijk. af met een toename van de grootste.korreldiameter d_[32], [34], zoals te:zien is in figuur.6. Deze korreldiameter d max mag daarom niet groter zhndan~à Ya. maalde vezeuengte[19]. Toch is ook beton meteen maximum korreldiameter van ca. 30 mm nog redelijk verwerkbaar tot een toegevoegd volumepercentage vezels VI van onqelveer0,5%. De UD-verhouding mag dan echter niet groter zijn dan 60. Vanwege het hogere benodigde percentage vezels (0,75-1,0%) en de hogere waarde van de UD-vemouding (>60) bij de toepassing van staalvezelbeton in tunnellinings, wordt er voor (boor)tunnelprojecten in Duitsland een maximum korreldiameter van 16 mm voorgeschreven [25]. koltelgrootte 5mm 10 rnm 20mm E e 40mm 1-- vezedengte Fig. 6: Effect van d max op vezelverdefing in cementmatrix [30J "I TU Delft 6 Faculteitder CivieleTechniek

12 Hoofdstuk 3: Technologische eigenschappen svb Vooronderzoek staalvezelbeton in tunnellinings Een continue korrelgradering levert minder kans op 'balvorming' dan een discontinue gradering. In de CUR~ aanbeveling 35: "Bepaling van de buigtreksterkte, buigtaaiheid en de equivalente buigtreksterkte van staalvezelbeton" [17] wordt verwezen naar een referentiebeton waarmee het staalvezelbeton vervaardigd zou moeten worden om de genoemde materiaaleigenschappen mee te bepalen. Hierbij wordt verwezen naar grenslijnen A, B en C voor korrelgroep 0_16 volgens NEN 5950 met eveneens een max. korreldiame~ ter d max = 16 mrn Cement De toepassing vanstaalvezels in beton heeft geen invloed op de keuze van hettype cement en de cementklasse. Deze wordt bepaald door eisen m.b.t. sterkte, warmteontwikkeling en duurzaamheid. In het geval van de tradition"lgewapende tunnelsegmenten voor de THT bestaat het totalecementgehalte voor 75% uit portlandcement en voor 25% uit hoogovencement. Dit zou bij het toepassen van staalvezeibeton geen probleem zijn. Het wordt echter aanbevolen om ongeveer 10% meer cement toe te voegen dan bij een gewoon betonmengsel [41]. De vezels, die beschouwd worden.als een extra toeslagmateriaal, leveren namelijk een vergroting van het oppervlak dat bevochtigd moet worden door de cementpasta. Daarbij bepaalt de hoeveeiheidcementpasta ineen mengsel. de. beschikbare ruimte. voor oe vezels, omdat de laatsten zich nietop de plaats van het toeslagmateriaal kunnen bevinden. Hoe groter het volumedeel van de cementpastaji"i het mengsel, hoe groter het mogelijke vezelgehalte binnen een bepaald consistentieqebied [32] Vezelgehalte Om de eigenschappen van verhard beton te verbeterenismlnlmaal een vezelhoeveelheid benodigd van 25 kglm 3 Dit komt.overeen met ongeveer 0,32volumeprocent V f Het toe te passen vezelgehalte is afhankelijk van de gewensteprestaües en het. gekozen vezeltype. De effectiviteit van de. vezels neemt toe bij een toename van hetvezelgehalte. In de praktijk blijkt echter dat de maximale hoeveelheid vezels in sterke mate wordt bepaald door de mate van verwerkbaarheid (zie par ). De technische limiet van de toe te passen hoeveelheid vezels ligt in het algemeen tussen de 50 en 100 kglm 3 In deboortunnelbouw zal het vezel gehalte normaal gesproken boven de 50 kglm 3 liggen. In [25] wordt vereist dat de vezels op het moment van toevoegen aan de specie vrij zijn van roesten andere stoffen,omdat die de hechtbinding tussen de vezels en de matrix nadelig be'invloeden Water Wat betreft de waterbehoefte in mengsels is er een conflict tussen het streven naar een lage wie factor voor het maken van een kwalitatief goed beton en de behoefte aan een goede verwerkbaarheid. Er zal dus een compromis gevonden moeten worden, waarbij de kwaliteit echter voorop staat. De factor lagbijstaalvezelbeton in gerealiseerde boortunnelprojecten, gebouwdmetdesegmentenbouwrnethode, tussen de 0,45 en 0,50. In [32] wordt aanbevolen een wie factor te gebruiken tussen de 0,45 en 0,55. De benodigde consistentie kan evemueelbewerksteliigd worden door toevoeging van hulpstoffen (zie 3.1.6) Hulp- en vulstoffen Hulpstoffen zijn vloeibare of vaste substanties die toegevoegd worden aan het beton in relatief kleine volumes en kunnen als doel hebben de verwerkbaarheid van debetonspecie enlof de eigenschappen van het verharde beton te verbeteren [11]. De meest gebruikte hulpstoffen zijn piastificeermiddelen en luchtbei~ vormers. Zijkunm~n op de gebruikelijke manier toegepast worden [t9]. Vulstoffen zijn fijne toevoegingen die de specifieke eigenschappen van het beton kunnen verbeteren. Hiervan worden vaak hoeveelheden toegevoegd die groter zijn dan 5% van de cementmassa [11J. Vliegas is zo'n vulstot, Het is een puzzolaan, d.w.z.dat het met kalken water kan reageren tot watervaste cementerende verblndin~q~. Bepaalde soorten kunnen dan ook gebruikt worden ter vervanging vaneen.gedeelte van het cement, waardoor de hydratatiewarmte wordtverlaagd. Ditkornt voomamelijkomdat dereaetie van vliegasinbetonrnet portlanct~mentpas na één of meer weken opgang komt V~rderwordthetaandeel fijne deeltjes (1-1QOIJm) vergroot en deverwerkbaarheid verbet~rd, terwijl de sterkte uiteindelijk niet (in geval van portlandcement) of nauwelijks (in geval van hoogovencement) afneemt f11}, [21J, {41]. TU Delft 7 Faculteit der Civiele Techniek

13 Hoofdstuk3: TechnOlogischeigenschappensvb Vooronderzoekstaalvezelbetonin tunnellinings SiHcafume, ook'ê'el microsilicagenoemd ontstaat bij de fabricage van ferro-silicium legeringen en is netals vliegas eenrest$t()f. Het Is-sen zeer fijn en.bijzonder reactief puzzolaan en wordt vooral gebruikt voorhet maken van hogesterkte beton. Naast de.sterktebijdrage blijkt silicafume een aanzienlijke vermindering van de permeabiliteitop te leveren, waardoor de duurzaamheid van de betonconstructie toeneemt [20]. Wat betreft hoge sterkte staalvezelbeton zijn er reeds een aantal onderzoeken gedaan [3,30,46], en zijn er in het kader van het M621-project 'Hoge Sterkte Vezelbeton" van het CURlCOBook experimenten uitgevoerd. Uit de resultaten van deze experimenten is gebleken dat door de dichte structuur van de matrix en de grote mate van hechtlngin het beton, de vezels kunnen breken i.p.v. slippen, wanneer het materiaal op (büig>trekbeiastwordt.hierdoorkan.een.brosbezwijkgedragontstaan, dat ongewenst is.ingeval van vrijdragendecol'1strt.jeties. Er zijn echter staalvezelsinontwikketing, die metnamegeschikten effectief zijn in hogesterktepeton.dezevezels worden gekarakteriseerd door een verhoogde treksterkte t.o.v, de gangbarestaalvezels Samenstellil1g inde normen/richtlijnen Een.AC1"COmmi~e [1}heeft in 1993 een richtlijn. opgesteld waarin aanbevelingen worden gedaan m.b.t, mengselsamenstêllingenvoor staalvezelbeton. (zie tabel 2). MengselkarakteristiekencI_ = 10mm d_ = 20mm d_=38 mm water/cement factor 0,35-0,45 cement [kglm3j ,35-0, ,35-0,55 28Q fijnltotaal [%l lucht [0/0] Verwerking en productie Vkrechtevezel [Ok] 0;8-2,0 0,6-1,6 0,4-1,4 Mvervormdevezel[%) O,4-t,o 0,3"0,8 0,2.0,7 Tabel 2: Aanbevolen hoeveelheden in staalvezelbetonmengsel[1 J Doseren en toevoegen van staalvezels [9] Er zijn twee metnoderl voorhetinbrengenvan staalvezels: Q op debet0rlcentrale, te zamenmethetzand. en grind in de met betonspecie geladen truckmî)(er Welke methode gevolgd moet worden is afhankelijk van: c:;> het toe te passen vezeltype (lid verhouding) c:;> doseriogipikglm 3 c:;> consist(antievan debetonspecie c:;> mogenjk~en indebetoncentrale Advies m.b.t. het bovenstaande kan ingewonnen worden bij de staalvezelproducenten en soms ook bij de betoncentrale. 3,2.2 Verwerkbaarheid Een v(azelbetomnengsel.is minder go(adverwérkbaar dan een overeenkomstig betonmengselzonder vezels. Immers voore~n goed(avef'llier\<baarheidzijnb0jy9rmigeelementen. nodig, tenvijl de vezelsnaaldvormig zijn.!ietto!"0(agenvanvezeisaan eencelme.ntpastaof.aéin.een.betonmortej.veroorzaakt een opstijving van het meng~. Tijdens hel mengen kan het zelfs gebeuren dat de vezels samenkhtten tot "ballen". Dit samenballen heeft de neiging toe te nemen bij [19]: TU Delft 8 Faculteitder CivieleTechniek

14 Hoofdstuk 3: Tectmologische eigenschappen svb Vooronderzoek staalvezelbeton in tunnellinings ~ het verhogen van de UD-verhouding en het verhogen van het vezel percentage VI (in het algemeen verhoging van de factor Vf*UD) ~ het vergroten van de hoeveelheid grof toeslagmatenaal ~ het verlengen van de mengtijd ~ het ongelijkmatig toevoegen van vezels (met name bij grote hoeveelheden tegelijk) Sommige vezelproducenten (zoals N.V. Bekaert S.A.) kunnen richtlijnen verschaffen, waarbij het maximum vezeigehalte inkg/m 3 gerelateerd wordt aan de UD verhouding en de d max zonder dat er verwerkingsproblemen optreden t.g.v. balvorming (zie tabel 3). Te allen tijde zullen deze richtwaarden geverifieerd moeten worden drn.v. testen, IJD=6O IJD = 60 normaalbeton pompbeton UO=75 normaalbeton UO=75 UO= 100 UD= 100 pompbeton normaalbeton pompbeton 4mm mm mrn mm 5D Tabel 3: Maximaalvezelgehalte in l<gim 3 Dramix.veze/s Het is duidelijk dat het de verwerkbaarheid ten goede komt, wanneer de maximalekorreldiameter klein gehouden wordt en de mengtijd zo kort mogelijk is. Verder zijn mengsels met gegolfde vezels slechter, en mengsels met geldeefde vezels beter verwerkbaar dan overeenkomstige mengsels met rechte vezels met gelijke UD-verhouding. Herstel van de gewenste verwerkbaarheid moet uiteraard niet geschieden door toevoeging van extra aanmaakwater, maar door het gebruik van een geschikte plastificeerder als hulpstof [9]. Om de relatieve verwerkbaarheid te bepalen blijkt de zetmaat geen goede indicatie te geven, omdat deze zetmaat t.g.v. het toevoegen van staalvezels buiten proporties verandert t.o.v. de verandering in de verwerkbaarheid. De schudmaat geeft daarentegen een betere indicatie, maar omdat deze proef niet echt praktisch is, zal de verwerkbaarheid op de bouwplaats op een andere manier gemeten moeten worden. In de VS. wordt de zogenaamde'inverted slump cone test' wel toegepast [34]. In Frankrijk maakt men echter gebruik van een zogenaamde LeL consistometer, ontwikkeld door Baron-Lesage [53] Het storten van staalvezelbeton Voor het storten van staalvezelbetonmengsels worden in principe dezelfde werkwijzen toegepast als voor gewoon beton. Omdat de samenhang van de verse specie groter is, kunnen de storthoogten worden vergroot [19] Verdichtbaarheid Vezelbeton mengsels waarin zich geen vezelklitten bevinden, zijn goed te verdichten door trillen. Het tnlien dient inverbandmetdaverdellngen de oriëntatie van de vezels bij voorkeur uitwendig te gebeuren [19]. Bij mengsels vanstaalvezelbeton is mearverdichtingsenergie nodig wanneer het vezaipercentage toeneemt. Hetluchtgehalte is hierbij afhankelijk van de korrelgradering, het vezeltype, het vezeigehalteen de UO-verhoudingl3S]. Bij mengsels met een kleine CÎmax is een hogere verdichungsgraad en dus.een kleiner luchtgehalte te bereiken dan bij mengsels met een grote CÎmax (zie fig. 7). Lange triltijden moeten worden voorkomen om de kans op segregatie van het mengsel en het zinken van de vezels te verkleinen [41]. TU Delft 9 Faculteit der Civiele Techniek

15 Hoofdstuk 3: Techl'lolçgische eigenschappen. svb Vooron~rzoek staalvezelbeton in tunneltinings volume toename t.g;.v. vezelloevoeglng pakklngvanzand pakkingvangrof pakklngvangrof rondeen\ltlzel ~ ~ ronqeen~. Fig. Z Verdichtingsgearag van zand en grind met staalvezels [7J De afwerking en nabehandeling van staalvezelbeton De afwerking va.n gestort staalvezelbeton kan op de gebruikelijke wijze gebeuren. In het geval van de prefab tunnejelémenten kan men het betonoppervlakna het storten totaan de rand van de mal afreien met een aluminium la.t.dit zou ook automatisch kunnen gebeuren met behulp van laserapparatuur en een soort trildrijfrei, zoalsdeze OOl(te>egepa,st wordtbij."loerenf9].. Bij de productiévan de tunnelelementen.voor de THTwordtOPditmornenteen plastic folie gebruikt om hetbetonop~ryiak meea.f tedekl(en. Aanbevolen wordt om ditookjn het geval van staalvezelbetonnenelementente doell' \lolledigvezelvrije oppervlakken zijn onvermijdelij}(,ofschoon het toepassen van een goede betonsamenstelling en de juiste stort-, verdichtings"en tifwerkin.gswljzehet aantal vezels aanhef op~rvlaktoteen minimum kan worden beperkt. Er wordt verder.lijlnbevolen aandacht.te.schenkenaan de persoonlijke. bescherming(handschoenen,. brillen, gesloten schoenér'lof laarzen) bij déafwerkingen nabehandelillqvan staalvetelbeton ['t9} Oe verdelingvandevezels in het beton De vezels zullen bij een goede menging,. verwerking en verdichting gelijkmatig in het beton zijn verdeeld. Tengevolge van /Samenklitten tijdens.het.mengen. kunnen atwijklngen. in de gelijkmatige.verdeling ontstaan [t9].doorbepalilldeinvloédenkunnen de vezels echter eenvoorkeursoriëntaue krijgen, waardoor een homogene verdélingniétecht meer mogelijk is (zie par, 3.2.7) Oriëntatie van. de vezels in het beton De vezels zullen in beginsel gelijkmatig in alle richtingen zijn georiënteerd. Afwijkingen kunnen optreden t.q.v, trillen van de specie of door mechanische en/of geometrische invloeden. Tot de laatste behoren bijvoorbeeld de bekisting (vooral bij dunne segmenten) en vrije oppervlakken. Bij uitwendig trillen van de specieneméll~vezelsvoorkeursrichtingenaan die liggen in.vlakken loodrecht op de trilrichting [19]. Experimenten hebben het belang van de uitvoeringsconditiesaangetoond [t5]. In het geval van boortunnels kunnen de prefab segmenten verticaal dan wel horizontaal gestort worden. Bij een horizontalestortwijze, zoals het op dit moment ook geschiedt bij de elementen vanidetht,.krijgen de vezels een soorfvoorkeursoriëntatie (zie fig. 8). Ten gevolge van de kromming van de kist zullen de vezels bij het storterl vlanhetbetonzichinderichtingvan debeldstingsvlakt<enwillen oriënteren. Enerzijds komt dit orl'ldatde v~i$l$naarrnateze verdervanhet midden verwijdeten een grotere hoel(makenmetde8s en ten tweede omdat op deze manier de minste weerstand geleverd wordt bij het storten van.het betonmengset [)Oordatel'géenhomogëneverdelingisvandevezelstullenook deejgen$chappen niet inaltedrie de richtingengelijkzjjn.hetblijktnamelijk dat de.voorkeursoriëntatie gunstig werkt ter plaatse van de segmentverbindingèn. Hierwordtdesplijttreksterkte van het segment vergroot t.o.v;desplijttreksterktevaneen isotroop st8alvez~béton, waarin destaalvezels homogeen verdeeld zijn; Ter plaatse van de rtngverbindingen, en dan met name ln hetmiddenvandesegmentdoorsnede, is er echter geen sprakevan een positief effect t.g.v. de vezeloriëntatie. Dit laatste is dus van belang omdat op dit oppervlak de vijzelschoenen geplaatst worden om de boormachine af te kunnen zetten. TU Delft 10 Faculteit der Civiele Techniek

16 Hoofdstuk 3: Techl"lOlogische eigenschappen svb Vooronderzoek staalvezelbeton in tunnellinings In het geval van verticaal storten is er geen sprake van een bepaalde voorkeursoriëntatie en zullen de eigenschappen van het staalvezelbetonnen segment meer homogeen gepresenteerd kunnen worden. Nadeel van deze stortwijze is echter dat de sparing voor het waterdichtingsprofiel niet langs de gehele omtrek van het segment kan worden aangebracht. BETON BETON Sfortettect Fig. 8: Vezeloriëntatie t.g.v. storten en verdichten TU Delft l' Facultelt der Civiele Teehniel<

17 Hoofdstuk 4: Materiaaleigenschappen svb Vooronderzoek staalvezeibeton in tunnellinings Hoofdstuk 4: Materiaaleigenschappen van staalvezelbeton 4. 1 Inleiding Het toevoegen van staalvezels aan een bros constructlernsterieat als beton heeft als doel de scheurvorming tegen te gaan en om het verlies aan draagvermogen te verkleinen op het moment dat er toch scheurvorming plaatsvindt Dit laatste wordt ook wel aangeduid als het betere nascheurgedrag van staalvezelbeton t.o.v, grindbeton. De sterkte van hetcomposietmateriaal wordt verbeterd bij [19]: o een verhoging van het vezelpercentage.bijeen te groot vezelpercentage is er echter geen goede inbedding meer mogelijk en gaat de sterkte achteruit. Op een gegeven moment zal de verwerkbaarheid ook problemen een verhoging van de lid-verhouding. ce een vorm van de vezels die een verhoogde uittrekweerstand tot gevolg heeft. o een betere hechting tussen vezels en matrix e het oriënteren van de vezels in belastingrichting(loodrecht op de te verwachten scheuren). In dit hoofdstuk worden de afzonderlijke materiaaltechnischeeigenschappen van staalvezelbeton op een rij gezet en wordt aangegeven in welke mate ze afhankeltjkzijn van vezelvorm, vezelpercentage, lid verhouding, etc. 4.2 Elasticiteitsmodulus van staalvezejtjetan In [18] wordt aangegeven dat elasticiteitsmodulus van staalvezelbeton net als voor ongewapend beton berekend kan worden met de rekenmethode voor normaal beton, genoemd in [50]. Om de elasticiteitsmodulus van met staalvezels versterkt beton voorafgaand aan scheurvorming te bepalen kan de 'Law of Mixtures' gebruikt worden [34]: (2) met: E c = rij = 112 = EI = VI = E m = V m = elasticiteitsmodulus van het composiet [NJmm2) efficiencytactor afhankelijk v.d, vezel oriëntatie H efficiencytactor afhankelijk v.d, vezellengte [-] elasticiteitsmodulus van de staalvezel [N/mm 2 ] volumepercentage staalvezels elasticiteitsmodulus van de matrix [N/mm 2 ] volumepercentage van de matrix (% bij 2D en 1h bij 3D verdeling) ('" 1) 4.3 Druksterkte Gedrag onder drukbelasting In de richting van de drukspanning hebben de vezels zoals gezegd weinig effect. Het effect van de vezels bij scheurvorming is voornamelijk gebaseerd op de weerstand die geleverd wordt tegen scheuren die ontstaan t.g.v. de trekspanningen die optreden in het vlak loodrecht op de drukspanning. Bij drukproeven zullen de drukkubussen dan ook minder heftig bezwijken. Er treedt aanzienlijk minder schade op, omdat de taaiheid sterk vergroot wordt door de vezeltoevoeging Groene sterkte Direct na het storten van het beton kan beton weerstand leveren tegen belastingen door adhesie. In dit stadium wordt het materiaal groen beton genoemd. Terwijl herbeton sterkte aan het ontwikkelen is t.g.v. hydratatie, oefenen de vezels reeds een weerstand uit op eventuele verplaatsingen en versterken ze het materiaal. Een toename van de sterkte van het jonge beton tot 300% is mogelijk [41]. Voor ahe duidelijkheid, deze werking beperkt zich tot de tijdsperiode direct na het storten tot ongeveer een dag [10]. Het is niet waarschijntijk dat er hierdoor sneller ontkist zou kunnen worden. TU Delft 12 Faculteit der Civielé Techniék

18 HoofdstUk4: Materiaaleigenschappen svb Vooronderzoek staatvezeibeton in tunnellinings Druksterkte van verhard staatvezelbeton De maximale drukspanning die opgenomen kan worden door staalvezelversterkt beton wordt niet aanzienlijk verhoogd t.o,v. normaal beton. Een verhoging van de druksterkte tot 30 à 35 procent is mogelijk door toevoeging vanstaalvezels, mits ze Willekeurig verdeeld zijn [19], [41]. Er wordt echter aanbevolen om hier in het ontwerp geen rekening mee te houden. Voor het bepalen van de druksterkte wordt daarom verwezen naar pag. 45 vatrde vee [50]. In [2] wordt er een relatie gegeven voor de spanningen de rek van staalvezelbeton wanneetdeze op zuivere druk belast wordt. In fig. 9 is deze relatie voor verschillende vezelpercentages weergegeven en vergeleken met ongewapend beton. In fig. 10 is voor hetzelfdevezelbetontypede o- e relatie weerg~geven afhankelijk van de aspect-ratio of te wel de UD-verhouding. Uiteraard zullen beide figurenerandél'$uit kornen.te zien wanneer er een ander vezeltype gebruikt wordt dan de rechte, gladde staatvezel, die hiergebruiktis. fn90 -- E E -ê 80 Q)z 0.- ~ 670 "0 r : Sb (%0] Fig. 9: Invloed van volumepercentage op 0-8 diagram [41} gladde vezels Vf=2% lid = = Bb [%0] Fig. 10: Invloed van UD-verhouding op 0-8 diagram {41} TU Delft 13 Faculteit der Civiele Techniek

19 Hoofdstuk 4: MateriaaleiQ!lschappen svb Vooronderzoek staalvezeibeton in tunnellinings 4.4 Treksterkte Gedrag ondertrekbelasting Wanneer een vezelbeton op trek wordt belast kan het zich.op drie manieren gedragen:. Het compo$î~t bezwijkt bros doordat de vezels breken t.gn. een spanningsverhoging (zie figuur 11a). oe.vezelsterkte is te Iaag t.o,v. de matrixsterkte, waardoor het nascheurgedrag niet of nauwelijks verbeterd t.o;v.grindbeton. «9Het composiet bezwijkt doordat de vezels uitde matrix getrokken worden. De vezels worden.dus niet tot hun trekstc;ltktebelast.door het slippen van. de vezels treedt er een vertragencieffect op, waardoor. de bezwijkrek wordt vergroot en ook de taaiheid van het composiet toeneemt (ziefig.11b)..hetnasc~urge. drag wordt dus aanzienlijk verbeterd. In de literatuur wordt dit gedrag toegeschreven aan cornposletmaterialen waarin zich stalen of organische vezels bevinden die willekeurig verdeeld. zijn [34] en normaal te verwerken zijn in het betonmengsel. Bij vezeltypen met goede hechteigenschappen en een hoge pull out' weerstand zoals vezels met. haakeinden of andere eindverankeringenkan.er een horizontale tak Lp.v. een dalende tak ontstaan. Dit is echter ook weer afhankelijk van hetvezelpercentage. 49 Het compo~et heeft het vermogen om na scheurvorming een toenemende trekspanning op te nemen (zie fig.11c).dit gedrag lijkt alleen mogelijk, wanneer er een voldoende grote hoeveelheid staalvezels aan het mengsel wordt toegevoegd. Het theoretisch bepaalde vezelpercentage V j dat hiervoor benodigd is, benadert de 15% en is praktisch dus niet toepasbaar in segmenten voor bocrtunnets. l ~..0 e ;;;r' N E E ~ ~ z..... ~ ~ e Sb [%0) Sb [%0] ongewapendbeton staalvezelbeton sjfcon Fig. 11: Mogelijke bezwijkvormen staalvezelbeton belast op trek [34J De vorm van het bezwijkgedrag is afhankelijk vaneen aantal factoren, zoals de UD verhouding en het volumepercentage v; Om het bezwijkgedrag te bepalen wordt een kritische vezeltengte berekend op basis van evenwichtsberekeningen [34,41J. Dit is de vezellengte waarbij de maximale aanhechtsterkte, die geïntroduceerd wordt over de halve vezellengte, overeenkomt met de maximaalopneembare trekspanning van de staalvezel. Bij subkritisohe Vezellengte wordt de vezel niet maximaal belast, zodat bij het verhogen van de trekspanning de matrix eerder scheurt dan dat de vezel breekt. Bij superkritische vezellengtes geldt het omgekeerde: Voordat de matrixsterkte wordt bereikt zal het staal gaan vloeien en eventueel bezwijken. Het bovenstaande is weergegeven in fig. 12. Ofu ~b='//"'\~. vezeliengte 1 I.. l<lkrit I vezellengte 1 vezellengte I l=lkrit..[. 1 Fig. 12: Grafische weergave van de kritische vezel/engte [41J TU Deift 14 Faculteit der Civiele Techniek

20 Hoofdstuk 4: Mat$ria.aleigens<mappensvb Vooronderzoek staalvezelbeton in tunnellininlll! In formulevorm wordt de kritische vezeliengte I kril gedefinieerd door [41]: (3) met: o = vezeldiameter [mm] treksterkte vezel [Nlmm2] gemiddelde aanhechtspanning [Nlmm2] In het algemeen is de lengte van de toegepaste vezels subkritisch, omdat er bij langere vezels verwerkbaameidsproblemen op kunnen treden. Door het vezeloppervlak te vervormen of door verankeringen aan de vezeleindente maken, kan de uittrek.weerstand vergroot worden en gaat de kritische lengte omlaag. Hierdoor zal het verschil tussen de werkelijke (subkritische) vezellengte en de kritische vezellengte verkleind worden, waardoor de vezel efficiënter benut zal worden. Het is duidelijk dat een bezwijkgedrag als in fig. 11c te prefereren is boven iedere andere bezwijkvorm. De scheuren worden beter verdeeld en de scheurwijdtes kunnen beperkt worden. Het vezelpercentage V kril dat benodigd is om dit te bewerkstelligen is uiteraard afhankelijk van het vezeltype, maar kan volgens [34] voor rechte vezels berekend worden met: 20 V = me ftkri:.... 1:. (UD) (4) met: Ome :lec' &me[n/mm2] E e :i:i:elasticiteitsmodulus van het composiet [N/mm2] &mc :i:i:rekaanheteindvan de (plastische) scheurvormingstak H T = schuifweerstand matrix [Nlmm2] I..JD ==lengte/diameter"verhouding staalvezel f-] Voor de bezwijksterkteo eu geldt dan volgens [34]: c: o = (1---)'0 'V (5) cu 2L fuf met: D eu =bezwijkspanning [N/mm2] ~ril = kritische vezeliengte [mm] L ==toegepaste vezellengte (mm] Ow = maatgevende van vezeltreksterkte of 'pull-our-sterkte [N/mm2] Eenassige treksterkte Door het toevoegen van staalvezels kan de treksterkte van beton onder een centrische trekbelasting toenemen. In fig. 13 is dit weergegeven waarin de spanning tegen de rek en de scheurwijdte is uitgezet. Het materiaal reageert in eerste instantie lineair elastisch. Op het moment dat de maximale belasting bereikt wordt neemt het draagvermogen af tot er een plateau ontstaat, die bepaald wordt door het continu uittrekken enlof breken van vezels en de bijbehorende wrijvingskrachten tussen de vezels en het beton [41]. In de praktijk zal een belastingssituatie ais deze.echter. niet. optreden in.een.gesegmenteerde tunnelmantel. Daarnaast is een zuivere trekproef moeilijk uitvoerbaar en zijn de. resultaten. niet.altijd even makkelijk interpreteerbaar. TU Delft 15 Faculteit der Civiele Techniek