CUR Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving

Transcriptie

1 CUR Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving rapport 96-9 Kunststof wapeningselementen in beton Preadvies

2 Postbus 420" 2800 AK Gouda CU Telefoon KUNSTSTOF WAPENlNCiSELEMENTEN IN BETON Prcacivics Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving

3 Dit rapport is onder de volgende trefwoorden opgenomen in het CUR-infobestand: constructieve wapening demonstratieprojecten enquête kunststoffen kunststofwapening literatuurstudie preadvies uitwendige wapening vezels aramidevezels glasvezels koolstofvezels voorgespannen beton voorspanelenienten Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. " CUR-rapport 96-9 "Kunststof wapeningselementen in beton. Preadvies.", Stichting CUR, Gouda." Aansprakelijkheid De CUR en degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en de CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzei of grove schuld zijdens de CUR en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt. ISBN

4 VOORWOORD In het afgelopen decennium is internationaal een sterk groeiende belangstelling ontstaan voor het toepassen van vezelversterkte kunststoffen (aangeduid met CFRM-elementen) als wapenings- of voorspanelementen in beton. Na aanvankelijk veel inspanningen in Nederland op dit vlak in de jaren '80, zijn deze beginjaren '90 zeer sterk teruggelopen. In 1994 zijn in CUR-verband initiatieven genomen om te onderzoeken of het wenselijk, dan wel mogelijk, is om in Nederland de toepassing van CFRM-elementen in beton nader te onderzoeken en/of te stimuleren. De gedachten gingen daarbij in eerste instantie uit naar het realiseren van een demonstratieproject. De genoemde initiatieven hebben ertoe geleid dat in april 1994 preadviescommissie PC 97 "Kunslstofwapeningselementen in beton" is ingesteld. In dit rapport worden de resultaten van het commissiewerk gepresenteerd en op grond daarvan aanbevelingen gedaan. Dit rapport is tot stand gekomen met ondersteuning van ing. A. Gerrilse, hetgeen bijzonder op prijs is gesteld. CUR-preadviescommissie PC 97 was als volgt samengesteld: ir. H.J.C. Oud, voorzitter ing. H. Stoffers, secretaris/rapporteur dr.ir. DA. Hordijk, secretaris/rapporteur dr. R.F.M. Bakker ing. P. Boone ir. G.Chr. Bouquet, corresponderend lid ir. Th.A. Feijen ing. A. Gerritse ing. N. Kaptijn ing. CD. de Waal ing. P. Kole, coördinator tol 1 september 1995 ir. M.L. Ywema, coördinator vanaf 1 september 1995 prof.dr.ir. A.S.G. Bruggeling, mentor Opmerking: Bij bestudering van de literatuur is gebleken dat gegevens over eigenschappen van CFRM-elementen uit verschillende bronnen soms niet met elkaar in overeenstemming zijn. De commissie wijst er daarom met nadruk op dat met de in dit rapport vermelde gegevens zorgvuldig omgegaan dient te worden. De CUR dankt de Vereniging Nederlandse Cementindustrie, de Stichting Algemene Bouwdoeleinden Waterbouw, de Hollandsche Betongroep N.V. en de Bouwdienst Rijkswaterstaat voor hun financiële bijdragen. september 1996 Het bestuur van de CUR

5 INHOUD SAMENVATTING 6 SUMMARY 7 1 INLEIDING Leeswijzer 10 2 DOEL EN AANPAK II 2A Oorspronkelijke doelstelling Aanpak 12 3 HISTORISCHE ONTWIKKELING 14 4 TYPEN CFRM-ELEMENTEN EN EIGENSCHAPPEN Inleiding Matrixmateriaal Vezels CFRM-elementen Inleiding In beschouwing te nemen eigenschappen Fysische eigenschappen Mechanische eigenschappen Gedrag in verschillende milieus Krachtsoverdracht Economie en uitvoeringsaspecten Testmethoden Slotopmerkingen 32 5 CFRM-ELEMENTEN IN BETON Inleiding Fundamentele ontwerpfilosofie CFRM-element als wapening CFRM-elemenlen als voorspanelementen Uitwendige wapening Slotbeschouwingen 39 6 PRAKTIJKTOEPASSINGEN EN ERVARINGEN Inleiding CFRM-toepassingen in Nederland Overzicht praktijktoepassingen ontleend aan [4] Toepassingen in gewapende betonconstructies Toepassingen van voorgespannen betonconstructies Versterken van betonconstructies De Europese situatie Slotopmerkingen 48

6 ENQUÊTE 50 Inleiding 50 Opzet van de enquête 50 Respons 51 Canadese enquête 53 Conclusie WAAROM CFRM-ELEMENTEN TOEPASSEN? 56 Inleiding 56 Argumenten pro 56 Argumenten contra 57 Internationale activiteiten CFRM-ELEMENTEN IN BETON: HOE VERDER IN NEDERLAND? 59 Inleiding 59 Zitten we op CFRM-elemenlen te wachten? 59 Demonstratieproject 60 Mogelijkheden voor vervolgactiviteiten CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 63 LITERATUUR 65

7 SAMENVATTING Preadviescommissie PC 97 "Kunststofwapeningseiementen in beton" is ingesteld vanuit de gedachte de toepassing van vezelversterkte kunststoffen (aangeduid met CFRM-elementen) in betonconstructies in Nederland een nieuwe impuls te geven. Beoogd werd die impuls door middel van een demonstratieproject, waarbij CFRM-elementen in een betonconstructie zijn toegepast, vorm te geven. De taak van de commissie was een preadvies uit te brengen over de haalbaarheid van een dergelijk demonstratieproject. De preadviescommissie oordeelde het voor het verantwoord kunnen construeren met CFRMelementen van essentieel belang dat een goed beeld verkregen zou worden van de bij producenten beschikbare kennis. Vervolgens zou die kennis kunnen worden afgezet tegen de voor verschillende toepassingen benodigde kennis. Om de beschikbare kennis in kaart le brengen is een uitgebreide vragenlijst opgesteld, die aan een aantal Europese producenten en andere betrokkenen is toegezonden. De respons op de enquête bleek zeer mager te zijn, hetgeen mogelijk te wijten is aan de uitgebreidheid van de enquête. Na het tegenvallende resultaat van de enquête heeft de preadviescommissie zich vervolgens gericht op de in de literatuur beschikbare kennis. Hoewel op pragmatische wijze gebruik is gemaakt van de inmiddels enorme hoeveelheid beschikbare literatuur in conferentieverslagen en dergelijke, bestaat de indruk dat toch een redelijk beeld is verkregen van de stand van zaken rond CFRM-elementen voor toepassing in beton. Enkele waargenomen tendensen zijn: - De beschikbare kennis verschilt nogal van CFRM-element lot CFRM-element en is in veel gevallen nog ontoereikend om op basis daarvan een belangrijke constructie volledig voor te spannen. - Er zijn nagenoeg geen beproevingsnormen voor CFRM-elementen, waardoor eigenschappen op veel verschillende manieren zijn bepaald. - Problemen of onbekendheid ten aanzien van een aantal kritieke aspecten, zoals de verankering, het gedrag in verschillende agressieve milieus en de gevoeligheid voor beschadigingen, is tot op heden voor een aantal CFRM-elementen nog niet afdoende opgelost. - Hoewel M-K-relaties goed bepaald kunnen worden, is een algemeen geaccepteerde ontwerpfilosofie, die rekening houdt met het brosse karakter van CFRM-elemenlen, nog niet beschikbaar. - Hoewel inmiddels wereldwijd veel demonstratieprojecten zijn uitgevoerd, kan worden vastgesteld dat het daarbij nog vaak gaat om relatief onbelangrijke constructies of slechts de vervanging van een aantal stalen voorspanelemenien in een constructie. - De originele drijfveer voor de ontwikkeling van CFRM-elementen (niet-corrosiviteit) heeft aan kracht ingeboet omdat om andere redenen betondekkingen niet verminderd kunnen worden. Kansen blijven aanwezig voor constructies waaraan bijzondere eisen, zoals niet-magnetiseerbaarheid en dergelijke, worden gesteld. - De meest recente geluiden duiden erop dat de techniek van 'plakwapening' bij herstel van constructies en inpakken van bijvoorbeeld kolommen ('wrapping') tot commercieel succesvolle toepassing (in Europa met name in Zwitserland) leidt. De preadviescommissie heeft, gegeven de huidige situatie rond CFRM-elementen, nog geen beslissing genomen ten aanzien van het type demonstratieproject dat uitgevoerd kan worden.