IUITVOERINGSTECHNIEKWAPENENMETVOORGESPANNENBETONSTAVENEERSTE PRAKTIJKPROEF MET ARAPREE ALSVOORGESPANNEN WAPENINGir.M.Egas, HBG Speurwerk en Ontwikkelinging.CJ.G.van der Meer, Intervam, Centraal Bureau TechniekHet nieuwe materiaal Arapree is dankzij enkele proefprojecten in korte tijd bekendgeworden als een alternatiefvoor voorspanstaal Thans is eenpraktijkproefgereedvan een heel bijzondere toepassing: betonnen staven, voorgespannen met Arapree,zijn gebruikt als wapeningselementen in balkonplaten. Experimenteel onderzoek optwee platen bevestigde zowel het berekende bezwijkmoment als de voorspeldebrandwerendheid.VOorgespannen hetonstavenElke betonstaaf is voorgespannen mettwee staven Arapree f 100 000 (f staatvoorhetaantal filamenten = vezels). Degegevens van het Arapree zijn opgeno-men in tabel 1. De Arapree~stavenwer-den voorgespannen tot 16 kN per stuk,dit gaf na relaxatie (ontkisten na tweedagen) en elastische verkorting eendrukkracht van 28,6 kN op de beton-staafInfiguur 2 is het (theoretische) N-e-dia-Besloten is daarom als experiment deplaten te wapenen met voorgespannenbetonstaven, met als voordelen:- er kon ervaringworden opgedaan metdeze kansrijke wijze van wapenen;- het ontwerp van de balkonplaat be-hoefde niet te worden gewijzigd;- erwas geenaanpassingvandemalver-eist;- de betonstaven konden onafhankelijkvan de balkonplaten worden vervaar-digd.Dankzij de medewerkingvanBouw- enWoningtoezicht Rotterdam bestond demogelijkheid een aantal balkonplatenbij een groot woningbouwproject aande Oranjeboomstraat voor te spannenmetArapree.Op dezewijzezou eenver-Het idee om voorgespannen be- r-----------------, Berekeningtonstaven te gebruiken als wa- De berekening van een.constructie-ele-pening in betonconstructies is 0 _ _ ment gewapend met voorgespannenniet nieuw. In 1972 werden reeds door g '" ARAPREE fIOO.pOO betonstaven verloopt in principe nietde 'Verenigde bedrijvenBredero NV' de .----- anders dan de berekening van gewa-zogenaamde Precom-vloeren volgens I--- pend beton. Uitgaande van het N-e-dit principe gewapend. iEt diagram van de wapeningsstaafkan hetNieuw is wel dat deze betonstaven zijn ~ 10 ? la M-K-diagram van de constructie wor-voorgespannen met Arapree. 15 den bepaald.35 Invloed van krimp, kruip en relaxatie opSinds 1984 werken AKZO en HEG sa- I - - - - - - - - - - - - - - - - J de aanhechting van de staven blijkt ge-men aan de ontwikkeling en de toepas~ 1 Afinetingen voorgespannen ring te zijn [3,4,5].d I d b hetonstaaf hal dsingvanArami eveze sin e ouw.De- Be ve aan e constructieve eisen vanze samenwerking heeft geresulteerd in sterkte en stijfheid moest ook wordenArapree. voldaan aan een brandwe-Arapree iseencomposietvanduizenden gelijking kunnen worden gemaakt met rendheidsduur van 20 min. Om dezeparallel liggende aramidevezels in een traditioneel gewapende balkonplaten. brandwerendheid te kunnen garande-epoxyhars. Gebruik wordt gemaakt van Omdat het ontwerp van de balkonpla~ ren is gekozen voor twee lagen Arapree,Twaron, de produktnaam voor de ara- tenalwas vastgelegdennietmochtwor- waarbij de bovenste laag sterk genoeg ismidevezels die door AKZO worden ge- den gewijzigd, was voorspannen niet om de balkonplaat te dragen als de on-produceerd. Door zijn mate- zinvol. Wapenen gafdoor de lage elasti- derste laag reeds door de hitte is bezwe-riaaleigenschappen is Arapree bij uit- citeitsmodulus van Arapree te grote ken. Vorm en afmetingen van de voor-stek geschikt als niet-corrosief voor- doorbuigingen ofoneconomisch mate- gespannen betonstaafzijn gegeveninfi-spanmateriaal. Arapree staat dan ook riaalgebruik. guur 1.voor ARArnid PREstressing Element.Arapree is reeds toegepast in een ge~luidsscherm te Schiedam, in de vloerenvan het Huis van de Toekomst te Ros-malen en 11l de vispassage te Alphen[1,2].Cement 1990 nr. 10 29IUITVOERINGSTECHNIEKcheuren betonstavenscheuren betondoorsnede203040506090BO70100M [kNm]110Scheur n betondoorsnede201040N [kN]50 -r--------~-----------__,300.0100.0080.0060.0040.002O+--,----,..--,-----,----.--,-.,---,,.-"-,---r--i0.000E k [1/m]2 Kracht-rek diagramvoorgespannen betonstaven 5 Moment-krommingsdiagram balkonplaat, gewapendmet voorgespannen betonstaven17000(\J 0...B B '"0"'00(\J-8 8 8 8 8 8 8 0 8 I15, .~I3 Ligging voorgespannenbetonstaven in de balkonplaat4 Voorgespannen betonstaven. opgehangen in de malTabel 1Eigenschappen van Arapree f 100 000aantal fIlamenten 100 000doorsnede vezels 11,1 mm2diameter staaf 5,7 mmelasticiteitsmodulus 125000 N/mm2breukrekkorte-duur sterkte- gemiddeld- karakteristiekkorte-duur sterktena 100jaarin alkalisch milieu- gemiddeld- karakteristiekrelaxatie (op langetermijn, in alkalischmilieu)2,3 %3000N/mm22800 N/mm22550N/mm22380 N/mm220%gram van eenvoorgespannen betonstaafweergegeven, uitgaande van de lange-duur verliezen en het lange-duur ge-dragvanhetArapree [6].Tension-stiffe-ning is in de berekening niet meegeno-men.De sterkteklassevan de staven was ver-gelijkbaar met B 60.BalkonplaatUit het N-e-diagram van fIguur 2 en deligging van de voorgespannen betonsta-ven in de plaat (fig. 3,foto 4) kan een M-K-diagram (fig. 5) worden bepaald.Afwijkend van het bekende M-K-dia-gram is de horizontale tak tengevolgevan het scheuren van de voorgespannenbetonstaven. De stijfheid van deze bal-konplaat blijkt de stijfheid vaneen zelf-de voorgespannen balkonplaat te bena~deren, zoals ook wordt geconcludeerdin [3,5].Krimp en kruip van de ingestorte span-staven blijken een geringe invloed tehebben op de sterkte en stijfheid van deplaat, omdat deze effecten grotendeelswordenverhinderd doorhet omringen-de beton en omdat de alsnog optreden-de krimp- en kruipvervormingen druk-spanningen in het omringende betontot gevolg hebben.30 Cement 1990 nr. 106 Balkonplaat tijdens belastingsproef; de opstaande randvan de plaat is reeds losgescheurd 7 Balkonplaat bezweken140 160140 160moment t.g.v. eigen gewicht20203030""'? 2.2 20 40"'''?' 2.2 20 40 640408080606026.2 .9 Tem.peratuurverloop in platen vangrindbeton [9)Brochure AKZO/HBG, 1988.9. Bruggeling, AS.G. en WA. de Bruijn,Theorie en praktijk van het gewapendbeton. 1986.~ ~70-r--------------r~14O=-? 60E120o ~.; gsoc _CD .c.Ql100 ~ 2di ~4O8?? Kracht-verplaatsingsdiagratn enLiteratuur m.olllent-verplaatsingsdiagratn van1. Groenewegen, LA.M. en LJ. Oost- ~d~e_b;::alk=7?0:;::n=p=la=a=t=========:;:jlander, Eerste praktijktoepassing van I ~ 140 -70Arapree. Cement 1989, nr. 5. =-2. Reinhardt, RW, A Gerritse,]. Wer- g 60ner, Arapree, a newprestressing materi- ? 120 ~al going into practice. Contribution to .; gsobc-XI HP-congres, Ham urg, 1990. .~100 ~3. Adviesbureau Hageman, Vloersyste- di ~ "0men met spanstaven, deel 1 en 4, 1972(niet openbaar).4. Ten Have, ].W, Voorspannen metkunstvezels, deel 2. AfstudeerverslagTU Delft, 1987.5. Fauchart,]. en R Long Hung, Arma-tures en b?ton pr?contraint. Annales del'institute technique du batiment et destravaux publics, decembre 1975.6. Gerritse, A, E. Maatjes, HJ. Sch?r-hoff, Prestressed concrete structureswith high strength fibres. lABSE sym-posium on Concrete Structures for theFuture. Paris, 1987.7. Fijneman,HJ. enAvanGils,Testonabalcony-slab reinforced with Arapreeprestressed bars. TU Eindhoven, 19908. Gerritse, A en]. Werner, Arapree, theprestressing element composed ofresinbonded Twaron fibres.Voordeel bij deze methode van wape-nenis de hoge stijfheidensterktedie kanworden bereikt zonder voor te spannenop de bouwplaats. Hetvoorspannenvande betonstaven kan immers op een an-dere locatie plaatshebben.Door de toepassing van het niet-corro-sieve Arapree worden de minimum-af-metingenvan de voorgespannen beton-staven niet gedicteerd door dekkingsei-sen, maar door de maximaal toelaatbarebetonspanning. Toepassing van deze al-ternatieve wijze van wapenen zal naarverwachting buiten de gebaande padenplaatshebben, waarbij als suggestiesworden gegeven het wapenen van on-derwaterbeton en geluidwanden vanporeus beton.ConclusiesOp grond van literatuur en ervaringenopgedaan bij het in dit artikel beschre~ven project kan worden geconcludeerddat het gedrag van met voorgespannenbetonstaven gewapende constructiesgoed te voorspellen is.Op een andere balkonplaat is de duurvan de brandwerendheid bepaald. Opgrond van figuur 9, de wetenschap datde hars waarin de aramidevezels liggen,zijn samenhangverliest bij 140?C, en debovenste laag Arapree in deze plaat eendekkinghadvan 48 mm ensterkgenoegwas het eigen gewicht van de plaat tedragen, was een brandwerendheid van40 min. voorspeld.Bij de proef trad bezwijken op na 42min.BeproevingenBij de TU Eindhoven is een vierpuntsbuigproef o~ ??n van de balkonplatenuitgevoerd (foto's 6 en 7). De proefwerdinvier stappen uitgevoerd: de eerstestaptot het scheunnoment, de tweede totscheuren van de voorgespannen beton-staven, de derde tot voor het bezwijk-moment en de vierde tot bezwijken. Naelke belastingsstap is ontlast tot nul.Het kracht-verplaatsingsdiagramen hetmoment-verplaatsingsdiagram zijn af-gebeeld in figuur 8. Ondanks hetfeit datAramide een volledig elastisch mate-riaal is, laat de constructie een semi-plastischgedrag zien [7]. Opmerkelijkisde blijvende vervorming na ontlasten.Omdatis voorgespannen met eenvolle~dig elastisch materiaal, was geen blij-vende vervorming verwacht. De oor-zaak is het vervuild raken van descheu-ren met gruis en het niet precies in hunholten terugkomenvan de grindkorrels.Het bezwijkmoment van 138,6 kNmweek nauwelijks af van het berekendekorte-duur bezwijkmoment, groot 140kNm.Cement 1990 nr. 10 31