O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVezelbeton80 cement 2007 3In totaal werden vijftien verschil-lende mengsels onderzocht. Uitde resultaten van verplaatsingsge-stuurde buigproeven volgt dat dekorte, rechte staalvezels (L = 13mm) zeer effici?nt zijn bij kleinescheuropeningen, terwijl de lange,gehaakte vezels (L = 35 mm)zorgen voor een goede taaiheid bijgrote vervormingen. De effici?ntievan de zeer korte, rechte staalve-zels (L = 6 mm) in normaal betonis eerder klein.Bij de meeste hybride staalvezel-betonmengsels wordt geen syner-gie vastgesteld.P r o e f p r o g r a m m aHet nascheurgedrag van vezelver-sterkt beton wordt onderzocht aande hand van verplaatsingsge-stuurde driepuntsbuigproeven opgekerfde prisma's conform [1]. Deafmetingen van het proefstuk ende proefopstelling zijn voorgesteldin de figuren 1 en 2.Zowel de doorbuiging in hetmidden van het proefstuk als descheurwijdte ter plaatse van deonderzijde van de kerf (= CrackMouth Opening Displacement:CMOD) worden opgemeten. Degrootheden die uit deze proevenworden bepaald, zijn : de proporti-onaliteitsgrens (fct,L = buigtrek-sterkte) en de residuele buigtrek-sterkten (fR,i).De druksterkte wordt gemeten opkubussen met zijde 150 mm.Drie verschillende staalvezeltypesworden gebruikt, namelijk ??nzeer korte, rechte staalvezel (SK)(fig. 3), ??n korte, rechte staalvezel(K) (fig. 4) en ??n lange, gehaaktestaalvezel (L) (fig. 5).De vezeldosering varieert tussen 0(referentiemengsel) en 90 kg/m3.In totaal werden vijftien verschil-lende mengsels onderzocht zoalsvoorgesteld in tabel 1. LxKySKzkomt overeen met een vezelmeng-sel van x kg/m3lange, gehaaktestaalvezels, y kg/m3korte, rechtestaalvezels en z kg/m3zeer korte,rechte staalvezels.De betonsamenstelling is voor allemengsels gelijk (tabel 2). Enkel dedosering van de superplastificeer-der wijzigt, aangezien de vezels deStudie naar het mechanisch gedragHybride vezelbeton (2)prof.dr.ir. L. Vandewalle, KU Leuven, Departement Burgerlijke BouwkundeIn dit artikel worden de resultaten voorgesteld van een studie naar het mecha-nisch gedrag (druksterkte, nascheurgedrag volgens RILEM TC162-TDF [1])van staalvezelversterkt beton. De onderzochte parameters in het proefpro-gramma zijn: combinatie van vezels (??n, twee of drie verschillende typesstaalvezel) en vezeldosering.A Asection A-A15025 25250detail keepCMODlengte ?40mm?5y?52505001507575FF1 |Proefopstelling van dedriepuntsbuigproef [3]2 |Meting van de doorbui-ging en CMODfO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVezelb etoncement 2007 3 81verwerkbaarheid van het beton ver-minderen. Na aanmaak van deproefstukken worden ze gedurende28 dagen bewaard bij +20 ?C en eenrelatieve vochtigheid 95%.P r o e f r e s u l t a t e nDruksterkteDe gemiddelde kubusdruksterktevan de verschillende mengsels isvoorgesteld in tabel 1. fcm,cube vari-eert tussen 54,5 N/mm2(referen-tiemengsel) en 76,9 N/mm2(L00K30SK30). De toevoeging vanstaalvezels verhoogt de druk-sterkte. Tevens kan worden vastge-steld dat de zeer korte en kortevezels voor een grotere stijgingvan fcm,cube zorgen dan de lange,gehaakte vezels.TrekgedragElk vezelbetonmengsel (= reeks)bestaat uit zes prisma's voor debuigproef. De gemiddelde waardeen de spreiding (absoluut en rela-tief) van de buigproefresultatenzijn voor alle reeksen vermeld intabel 1. fct,L is de proportionaliteits-grens (= buigtreksterkte), terwijlfR,1 en fR,4 de residuele buigtrek-sterkten zijn bij een CMOD-waarde van 0,5 mm, respectieve-lijk CMOD = 3,5 mm.? SpreidingDe belasting-CMOD-curven vande reeks L00K00SK30 zijn voorge-steld in figuur 6, respectievelijkvan de reeks L00K30SK00 infiguur 7, van de reeksL30K00SK00 in figuur 8, en vande hybride mengsels L60K30SK00en L30K60SK00 in de figuren 9 en10. De gedetailleerde resultatenvan de overige reeksen zijn tevinden in [3, 4].Het beton versterkt met alleenzeer korte vezels (L00K00SK30),respectievelijk korte vezels(L00K30SK00), vertoont een veelkleinere absolute spreiding danhet vezelbeton met lange,gehaakte staalvezels(L30K00SK00).Het `aantal vezels' in ??n kilogramis veel hoger bij zeer korte enkorte vezels dan bij lange,gehaakte vezels. Vezeltellingenhebben aangetoond dat de residu-ele buigtreksterkten nagenoeg eenlineaire functie zijn van het aantalvezels dat het breukvlak snijdt [5].Een kleine variatie van het vezel-aantal heeft bijgevolg een onmid-dellijke en relatief belangrijkeinvloed op het nascheurgedragvan het beproefde materiaal. Dit isvooral belangrijk bij lage vezeldo-seringen en kleine dwarsdoorsne-den. Als gevolg hiervan is hetlogisch dat de spreiding toeneemtals het aantal vezels in ??n kilo-gram daalt. Dit wordt bevestigd inde mengsels met ??n vezeltype.Eenzelfde trend wordt niet altijdgevonden bij de hybride meng-sels. Alhoewel het aantal vezels inL30K60SK00 groter is dan inL60K30SK00, vertonen beidemengsels ongeveer eenzelfdeabsolute spreiding.? NascheurgedragDe gemiddelde belasting-CMOD-curven van de reeksen versterktmet 60 kg/m3staalvezels zijnvoorgesteld in figuur 11, respectie-velijk met 90 kg/m3in figuur 12.Zoals verwacht stijgen de buig-treksterkte en de taaiheid van hetbeton met toenemend vezelge-halte. De reeksen met alleen zeerkorte of een combinatie van zeerkorte en korte vezels(L00K30SK30) vertonen de klein-ste ductiliteit. Voor de hybridemengsels die een totale hoeveel-heid vezels (korte en/of lange,gehaakte vezels) van 60 kg/m3bevatten, is het nascheurgedrag inTabel 1 | Proefprogramma en resultatenreeks fcm,cube fct,L fR,1 fR,4(N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2)L00K00SK00 54,5 - - -L00K00SK30 59,6 4,45 (0,33-7,42)(x)1,81 (0,30-16,57) 0,30 (0,07-23,33)L00K00SK60 62,1 5,45 (0,27-4,95) 2,63 (0,28-10,65) 0,49 (0,10-20,41)L00K30SK00 62,8 5,19 (0,31-5,97) 2,78 (0,29-10,43) 1,26 (0,13-10,32)L00K60SK00 66,9 5,98 (0,34-5,69) 4,40 (0,38-8,64) 1,98 (0,18-9,09)L30K00SK00 55,9 5,11 (0,30-5,87) 3,45 (0,92-26,67) 2,64 (0,75-28,41)L60K00SK00 57,2 6,15 (0,73-11,87) 5,96 (0,76-12,75) 4,24 (0,59-13,92)L00K30SK30 76,9 5,34 (0,36-6,74) 3,46 (0,53-15,32) 0,80 (0,24-30,00)L30K30SK00 65,2 5,37 (0,34-6,33) 4,77 (0,39-8,18) 2,95 (0,25-8,47)L20K40SK00 67,2 5,69 (0,49-8,61) 4,85 (0,70-14,43) 2,70 (0,48-17,78)L40K20SK00 61,6 6,06 (0,62-10,23) 5,75 (0,72-12,52) 3,47 (0,39-11,24)L20K20SK20 64,8 6,10 (0,64-10,49) 5,30 (0,82-15,47) 3,03 (0,62-20,46)L30K30SK30 69,2 6,63 (0,70-10,56) 6,37 (0,72-11,30) 3,76 (0,36-9,57)L30K60SK00 67,2 7,07 (0,56-7,92) 6,94 (0,53-7,64) 4,48 (0,36-8,04)L60K30SK00 58,6 6,36 (0,48-7,55) 6,30 (0,46-7,30) 4,47 (0,50-11,19)(x) : waarde (N/mm2) (absolute spreiding (N/mm2)?relatievespreiding(%))Tabel 2 | Betonsamenstellingkg/m3grind 4/16 1012zand 0/5 865cement CEM I 52,5N 350water 1753 |Zeer korte, rechte staal-vezel(SK?OL6/.16)4 |Korte, rechte staalvezel(K?OL13/.16)5 |Lange, gehaakte staalve-zel(L?RC65/35BN)ffO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVezelbeton82 cement 2007 3het CMOD-gebied van 0 tot 0,5 mmnagenoeg identiek indien we metde spreiding van de individueleresultaten binnen een reeks reke-ning houden. Daarentegen wordtvastgesteld dat het nascheurgedragbij hogere CMOD-waarden verbe-tert bij toename van het vezelper-centage lange, gehaakte vezels.Bij de hybride mengsels met 90 kg/m3staalvezels vertoont mengselL30K60SK00 het beste nascheurge-drag in het volledige CMOD-gebied(0 ? 4,5 mm). Opnieuw blijkt dathet mengsel, dat eveneens zeerkorte vezels bevat, bij grote scheur-openingen de kleinste residuelebuigtreksterkte heeft. De lengte vande zeer korte staalvezels is waar-schijnlijk te klein in vergelijkingmet de korrelafmeting van degebruikte granulaten (grind 4/16)om op een effici?nte manier demicroscheuren te overbruggen.De korte vezels zijn effici?nter inhet overbruggen van de micro-scheuren dan de lange, gehaaktevezels, omdat het aantal kortevezels, dat de microscheur over-brugt, veel hoger is dan bij lange,gehaakte vezels. Daarentegen blijktdat bij grote scheuropeningen demengsels met lange, gehaaktevezels de beste taaiheid vertonen.Wanneer de microscheuren tijdenshet opvoeren van de belastinggroeien en samensmelten inmacroscheuren, stijgt de bijdragevan de lange, gehaakte vezels bijhet overbruggen van deze scheu-ren.De oorzaak van de hogere residu-ele krachten voor lange, gehaaktevezels bij grote scheuropeningenis tweeledig:? aanwezigheid van een haak;? lange verankeringslengte.Beide aspecten zorgen bij lange,gehaakte vezels voor een hogere`uittrekkracht' in vergelijking metkorte vezels. Lange, gehaaktevezels verzekeren daarom eenstabiel nascheurgedrag. Korte,rechte vezels daarentegen wordenbij toenemende scheuropeningmeer en meer uit de matrixgetrokken en worden aldusminder actief.0246810121416180,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)L00K00SK300246810121416180,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)0246810121416180,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)L00K30SK00L30K00SK000510152025L60K30SK006 |Kracht-CMOD-curvenvoor L00K00SK307 |Kracht-CMOD-curvenvoor L00K30SK008 |Kracht-CMOD-curvenvoor L30K00SK009 |Kracht-CMOD-curvenvoorL60K30SK00O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVezelb etoncement 2007 3 83? SynergieHet synergetisch effect werdonderzocht voor verschillendehybride staalvezelbetonmengsels.Twee mengsels worden in ditartikel besproken, namelijkL60K30SK00 (figuren 13 en 14) enL30K30SK30 (figuren 15, 16 en17). De bespreking van de overigemengsels is te vinden in [5].De `berekende curven' startenvanaf een CMOD-waarde van 0,3mm om enkel rekening te houdenmet het effect van de vezels.Geen enkel synergetisch effectwordt vastgesteld bij mengselL60K30SK00. Integendeel, de somvan de individuele curven resul-teert in een kleinere spanning bijeen bepaalde CMOD-waarde invergelijking met de experimentelecurve van het corresponderendehybride mengsel.Bij het hybride vezelbetonmengselL30K30SK30 valt de algebra?schesom van de individuele curvennagenoeg samen met de experi-mentele curve van het overeen-komstige hybride vezelbeton.Soms, zoals voorgesteld in defiguren 16 en 17, wordt zelfs eenkleine synergie vastgesteld bijgrote CMOD-waarden.Jammer genoeg kunnen uit ditonderzoeksprogramma geenbetrouwbare besluiten wordengetrokken. Meer onderzoek naar`synergie bij hybride vezelbeton' isdaarom noodzakelijk.C o n c l u s i e sUit het onderzoek naar hetmechanisch gedrag van vijftienverschillende vezelbetonmeng-sels kunnen de volgende beslui-ten worden getrokken:? de effici?ntie van zeer korte,rechte staalvezels (L = 6 mm)is laag, zelfs bij kleine CMOD-waarden wanneer granulatenmet een maximale korrelmaatvan 16 mm in het betonworden gebruikt;? het nascheurgedrag bij groteCMOD-waarden verbetertwanneer het volumepercentagelange, gehaakte staalvezels inhet beton stijgt;0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)CMOD (mm)belasting(kN)0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)0510152025L30K60SK000246810121416182022L30K60SK00L60K30SK00L30K30SK300481216202428L60K00SK00L00K30SK00L60K30SK00L60K00SK00+L00K30SK00024681012141618200 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5L00K00SK60L00K30SK30L00K60SK00L20K40SK00L60K00SK00L40K20SK00L20K20SK20L30K30SK0010 | Kracht-CMOD-curvenvoorL30K60SK0011 | Gemiddelde kracht-CMOD-curven voorbetonmet60kg/m3staalvezels12 | Gemiddelde kracht-CMOD-curven voorbeton met 90 kg/m3staalvezels13 | Synergetisch effectvoorL60K30SK00O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVezelbeton84 cement 2007 3H y b r i d e v e z e l -b e t o n i n d ep r a k t i j kVoorbeelden van elementen inhybride vezelbeton zijn:? kolommen in hogesterktebeton:de staalvezels zorgen voor eenvoldoende taaiheid terwijl dekunststofvezels de brandweer-stand verhogen;? platen op volle grond: de staal-vezels zorgen voor een vol-doende nascheurtreksterkte(belastingen) terwijl de kunst-stofvezels de scheurvormingtengevolge van plastische krimpbeperken.? bij de meeste hybride meng-sels wordt geen synergie vast-gesteld. nL i t e r a t u u r1. Vandewalle L. et al, Recommenda-tion of RILEM TC162-TDF: Testand design methods for steel fiberreinforced concrete: final recom-mendation for bending test. Mate-rials and Structures 35, 2002.2. De Smedt, K. en K. Rolies, Onder-zoek naar de fysische en mechani-sche eigenschappen van hybridestaalvezelbeton. Master thesis KIHDe Nayer, Mechelen, 2005.3. Fevrier, B. en G. Van Goidsenho-ven, Onderzoek naar de fysischeen mechanische eigenschappenvan hybride staalvezelbeton.Master thesis KIH De Nayer,Mechelen, 2006.4. Barr, B.I.G., M.K. Lee, E.J. DePlace Hansen, D. Dupont, E.Erdem, S. Schaerlaekens, B.Schn?tgen, H. Stang en L. Vande-walle, Round-robin analysis ofRILEM TC162-TDF bending test ?Part 3 ? Fibre distribution. Materi-als and Structures 36, 2003.5. Vandewalle, L, Hybrid fibre con-crete: is there a synergetic effect ?Proceedings of Symposium tohonor H.W. Reinhardt: Advancesin Construction Materials, Stutt-gart, 2007.0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5CMOD (mm)belasting(kN)CMOD (mm)belasting(kN)CMOD (mm)belasting(kN)CMOD (mm)belasting(kN)0481216202428L30K00SK00L30K30SK00L60K30SK00L30K00SK00+L30K30SK0004812162024280,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5L30K00SK00L00K30SK00L00K00SK30L30K30SK30L30K00SK00+L00K30SK00+L00K00SK3004812162024280,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5L30K00SK00L00K30SK30L30K30SK30L30K00SK00+L00K30SK3004812162024280,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5L30K30SK00L00K00SK30L30K30SK30L30K30SK00+L00K00SK3014 | Synergetisch effectvoorL60K30SK0015 | Synergetisch effectvoor L30K30SK3016 | Synergetisch effectvoor L30K30SK3017 | Synergetisch effectvoor L30K30SK30