IVOORSPANELEMENTENARAPREESUPERVEZEL ALS VOORSPANMATERIAALir.M.Egas en ing.A.Gerritse, Hollandsche Beton Groep Nv, afdeling Speurwerk en OntwikkelingReeds enkele tientallen jaren wordt onderzoek gedaan naar de toepassing vanbundels glasvezels als alternatief'goedkoop' voorspanmateriaal in beton. Ompraktische redenen zoals produktie, verankering en chemische bestandheid in hetcementmilieu, is dit onderzoek beperkt gebleven tot het eind van de jaren zeventig.Vanafomstreeks 1980 zijn onderzoeken op gang gekomen naar de toepassing vanzogenaamde supervezels. Deze vezels hebben een sterkte van ongeveer 3000 N/mm2?De bekendste zijn glas-, koolstof- en aramidevezels. Glasvezels vergen eenbescherming tegen het alkalische betonmilieu en koolstofis (nog steeds) zeer duuren bezit een lage breukrek. Daarom besloten AKZO en HBG in 1983 zichgezamenlijk te richten op de ontwikkeling van voorspanelementen vanaramidevezels voor beton, Arapree genoemd.Arapree staat voor Aramid Pre-stressing Element. Gebruikwordt gemaaktvan de ararnide-vezel die door AKZO op de marktwordt gebracht onder de merknaamTwaron.In tabel 1 zijn de beschikbare Arapree-typen met bijbehorende breukkrachtenweergegeven.OntwerpvoorschriftenConstructies hebben vaak een levens-duur van meer dan 50 jaar.Bij Arapree wordt daarom van een le-vensduur van 100 jaar uitgegaan.Andere bekende merknamen voor ara-midevezels zijn Kevlar van Du Pont deNemours (VS) en Technora van TeijenGapan). Bij de ontwerpfuosone wordt rekeningI-------------------j gehouden met:Arapree bestaat uit bundels parallel lig- 1 -korteduur eigenschappen van Ara-Arapree f 100 000 Cgende Twaronvezels in een epoxyhars. pree en beton;De typen worden aangeduid met het - langeduur eigenschappen van Ara-aantal filamenten (= vezels). - zeer gunstige vermoe?ngseigen- pree en beton;Zo betekent f 100 000 S, dat de staafbe- schappen; - waarschuwingsgedrag van de con-staat uit 100 000 filamenten, die te za- - uitzonderlijk goed standtijdgedrag structie bij overbelasting;men een doorsnede hebben van 11,1 voor een kunststofVezel. - karakteristieke waarden van materi-mm2aramide. De S staat voor sanded aaleigenschappen;(bezand), op de ronde staafis zand aan- Omdat Arapree niet door het betonrni- - levensduur van 100jaar.gebrachtvoorde krachtsoverdracht. Fo- lieu wordt aangetast zijn beschermendeto 1 toont een rechthoekige Arapree- maatregelen niet nodig. Daarom kanstaaf, type f 100 000 C. krachtsoverdracht plaatshebben doorEigenschappen van ArapreeDe belangrijkste eigenschappen vanArapree zijn:- hoge treksterkte van 3000 N/mm2(karakteristieke treksterkte 2800N/mm2);- voor kunststoffen hoge elasticiteits-modulus van 125 000 N/mm2;- breukrek van 2,3%;- relatieflage relaxatie (circa 20% na 100jaar) en kruip;- nietcorrosief, ook niet bij contact metagressieve stoffenofineenbasischmi-lieu;94directe aanhechting met het beton.TabelArapree-typentype vorm afmeting(mm)f100000 rechthoekig 20 x 1,5f200000 rechthoekig 20 x 2,6f 400000 rechthoekig 20 x 5,0f100000 rond 05,7f200000 rond 07,9Op grond van de ontwerpfilosonewordt de aanvangsvoorspanning (na af-laten) voorgeschreven op:a.po < 0,55J.tkdoorsnede karakteristiekearamidevezels breukkracht(mm2) (kN)11,1 31,122,2 62,244,4 124,411,1 31,122,2 62,2Cement 1991 nr. 52 Vispassage te Alphen3Ontwerp van het lichtrooster voorde tunnel onder de Noordgeprefabriceerde liggergeleidingsspoelaandrijfspoel4 Ontwerp voor de draagconstructievan een tnonorail inJapanwaann:GapO = aanvangsvoorspanning Arapree~ 1550 N/mm2;!atk = karakteristieke korteduursterkteArapree.ToepassingenCommerci?le toepassing van Arapreewordt vooralsnog beperkt door prijsni-veau en onbekendheid. Hoeveel de prijsin de toekomst zal dalen, is onbekend.Door de directe aanhechting met betonis Arapree bij uitstek geschikt voor pre-fabricage en de betonwarenindustrie.Enkele toepassingsgebieden wordenhierna toegelicht.Dunwandige elementenEenvoorbeeld hiervanisdevispassage teAlphen (foto 2),waarelementenmoestenworden geproduceerd die door ??n per-soon getild en gehanteerd kunnen wor-den. Voorheen werden vispassages intropisch hardhout gemaakt; het gebruikhiervan is echter omstreden.Door de hanteerbaarheidseisen moes-ten de elementenzo dunworden, datbijwapenenmetstaal nietaan de dekkings-eisen kon worden voldaan. Voorspan-nen metArapree maakte het wel moge-lijk dunne, hanteerbare elementen teontwerpen.Cement 1991 nr. 55 Voorgespannen tnetselwerk bij het'Huis van de Toekotnst'Constructies in agressieve omgevingEen voorbeeld hiervan is het ontwerpvoor eenlichtroosterbij de tunnel onderde Noord (fig. 3). Stalen elementen zou-denzeerzwaar beschermd moetenwor-den tegen dooizouten en andere agres-sieve stoffen. Metvoorspanstaal voorge-spannen betonelementenzouden zwaarworden door de dekkingseisen. MetArapree kon een slank en aantrekkelijkontwerp worden gemaakt.Constructies waarin geen magnetisch ofge-leidende elementen mogen worden toegepastInJapan wordt gestudeerd op de aanlegvan een traject voor monorail (fig. 4).Door het sterk wisselend magnetischveld zouden bij het gebruik van beton-staal in de draagconstructie grote ver-mogensverliezen optreden. Daaromwordt de toepassing van Arapree aan-trekkelijk geacht.Uitwendige voorspanningNaast het 'Huis van de Toekomst' is eenmuur gemetseld met een hoogte van4,60 m. Om de windbelasting op te van-S~n is besloten de wand voor te spannen(fig. 5). Het gebruik van Arapree had alsvoordeel dat geen corrosiebeschermen-de maatregelen nodig waren.-- - sparing metgrout.vullinglateispouwmuurarapreeConstructies waarbij vermoeiing belangrijkisSpoorwegdwarsliggers zijn een voor-beeld van elementen waarbij vermoei-ing zeer belangrijk kan zijn. Onderzoeknaar de toepassing van Arapree is danook volop aan de gang.Explosiebestendige constructies.TenslotteArapree is een nieuw materiaal datnieuwe mogelijkheden biedt bij hetbouwen in beton. Arapree heeft eenaantal grote voordelen ten opzichte van(voorspan)staal, zoals het niet corrosiefzijn en het uitstekende vermoeiingsge-drag. Toepassingenin de desbetreffendegebieden vindt momenteel al plaats enzal zich in de toekomst waarschijnlijkalleen maar uitbreiden.95