prof.dr.ir.D.van Gemert,Katholieke Universiteit Leuven, Belgi?b? ? ?1Schema voor versterking van een balka =buigwapening bic =dwarskrachtwapening d = sluitstukDe tussen haakjes geplaatste cijfers verwij"zen naar de literatuuropgave aan het eind vanhet artikel.Cement XXXI (1979) nr. 10Versterken en herstellen vanbetonconstructies metgelijmde wapen.ingInleidingIn het algemeen kan worden gesteld dat een betonconstructie, mits goed uitgevoerd, praktischgeen onderhoud behoeft. De andere kant van de medaille is dat reparaties als gevolg vanslechte uitvoering, ontwerpfouten of ongevallen dikwijls nogal problematisch zijn. Een en anderhangt uiteraard af van de aard van de schadegevallen. Hierin zijn twee catergorie?n teonderscheiden:schade aan het esthetisch uiterlijkaantasting van de draagkracht van de constructie.Met betrekking tot de eerstgenoemde schadegevallenbestaan verschillende oplossingen die totbevredigende resultaten leiden, waarbij het gebruik van epoxymortels tot de meest bekendebehoren.Reparatie van de constructie is echter altijd zeer moeilijk geweest. Goede oplossingen brachtenin de regel omvangrijke werkzaamheden met zich mee [1]*. In dit artikel zal een oplossingworden besproken waarbij gebruik wordt gemaakt van uitwendig aangebrachte, gelijmde wape,ning. Deze methode biedt in vele gevallen een elegante oplossing voor het versterken vangewapend-betonbalken, platen, kolommen, consoles, enz. Niet alleen trouwens bij reparaties.Er doen zich regelmatig gevallen voor waarbij constructies, door een gewijzigde bestemming,aan een grotere belasting worden blootgesteld dan waarop zij werden ontworpen. De hier tersprake te brengen methode voorziet ook in dergelijke gevallen in een oplossing zonder dathierbij sloopwerken/of gecompliceerde ondersteunings- en bekistingsconstructies te paskomen.Principe en toepassingsgebiedHet principe van de techniek van gelijmde wapening bestaat uit stalen verstevigingselementenzoals strippen, hoekijzers of speciale plaatvormige stukken die met aangepaste epoxylijm-soorten op het betonelement worden gelijmd (fig. 1).Indien een verstijving voor opname van dwarskrachten nodig is, wordt de keuze tussen de tweemogelijkheden in figuur 1 bepaald door de omstandigheden op de bouwplaats. De lasverbin,dingen zijn slechts kleine strooklassen die, zoals het sluitstuk in de tweede uitvoeringswijze,beletten dat de verbinding onder invloed van trekspanningen zou openspringen.De gelijmde wapening kan worden toegepast? ter versterking van gewapend,betonconstructies die zwaardermoeten worden belast dan in hetoorspronkelijk ontwerp was voorzien;? als verstijving van gescheurde constructiedelen;? als gedeeltelijke of volledige versterking van een constructie;? ter versterking van foutief ontworpen of slecht uitgevoerde dragende elementen;? als herstelling van beschadigde constructies (door corrosie, ongeval, brand, etc.).Deze toepassingen betreffen zowel de eenvoudige versterking van een betonplaat in eenwoning (foto 2b), alsook de versterking van voorgespannen balken (foto 2a), en het complexegeval van een gelijmde uitwendige wapening tegen spatkracht op een voorgespannen balk (foto2c).Bij een dergelijke soort wapening is de lijm essentieel. Voor constructietoepassingen hebben deepoxyharsen de gunstigste eigenschappen. Bij de verharding krimpen deze slechts zeerweinig.Daarbij is het mogelijk de verhardingsduur te regelen door de keuze van de verharder. Ditis zeerbelangrijk, omdat er voldoende tijd moet zijn tussen het aanmaken van de lijm en het verharden,voor het aanbrengen van de lijm op het stalen versterkingsstuk en het bevestigen van dit stalenstuk tegen het betonelement. De epoxylijmen geven verder een uitmuntende aanhechting aande meeste vulstoffen en aan de verschillende onderlagen. Zij zijn inert en hebben slechts eenbeperkte ontvankelijkheid voor water. Dit betekent dat de epoxylijmen onoplosbaar zijn in water,en zelfs op een vochtige onderlaag mogen worden aangebracht. Op de bouwplaats betekent diteen zeer gunstige eigenschap.Om al deze redenen worden voor het lijmen van wapening praktisch uitsluitend epoxylijmengebruikt.4373Aanbrengen van de lijm op een staallamelCement XXXI (1979) nr. 102a,bencDiverse toepassingen, zowel vloeren alsvoorgespannen balkenOpeenvolgende bewerkingenHet lijmen van een uitwendig aangebrachte wapening moet met grote zorg door ervarenpersoneel worden uitgevoerd en dient voortdurend te worden gecontroleerd. Het onzorgvuldiguitvoeren van ??n van de hierna te bespreken opeenvolgende bewerkingen kan de verbindingvolledig doen mislukken.? Voorbereiding van het betonoppervlak: de dunne cementhuid aan de buitenzijde van hetbetonelement moet worden verwijderd op de plaats waar de stalen versterkingsstukkenkomen.Dit kan gebeuren door boucharderen, zandstralen, vlamstralen of afschuren met een metalenborstel. Het betonoppervlak moet zodanig zijn bewerkt dat het grind 30 ? 40% van het zichtbareoppervlak uitmaakt. Alle stofdeeltjes moeten zoveel mogelijk worden verwijderd en het opper-vlak moet droog zijn. Als het betonoppervlak ontmengd blijkt of zeer oneffen, dan moet het eerstmet behulp van een epoxymortel worden uitgevlakt.? Voorbereiding van de stalen versterkingsstukken: de stalen versterkingselementen uit normaalconstructiestaal worden blank gezandstraald om roest-, vet- en olieplekken volledig teverwijderen. De hechting van de lijm op dit blanke staal is ideaal. Indien tussen het moment vanzandstralen en het verlijmen gevaar voor roesten bestaat, kan met een epoxy-primer eenbeschermlaag worden aangebracht. V??r het aanbrengen van de lijm, moet deze primeropnieuw worden ruw gemaaktof ge?tst. Na 24 uur is deze primerlaag nog slechts zeermoeilijk teetsen of op te lossen. Het verdient dan aanbeveling deze primer door licht zandstralen volledigte verwijderen. De lijm hecht immers helemaal niet op de laag verharde epoxy-primer. Indien destalen stukken binnen 24 uur worden gelijmd, kan dus wel van een primer gebruik wordengemaakt. Primer en lijm zullen dan steeds van dezelfde leverancier worden betrokken, omdat dechemische samenstelling van beide op elkaar moet zijn afgestemd.? Aanmaken van de lijm: de twee componenten, hars en verharder, worden in de juiste verhoudinggemengd. Ze worden steeds in vooraf gedoseerde verpakking geleverd. De verharder ismeestal speciaal gekleurd, om verwisseling met het hars, dat bijna dezelfde natuurlijke kleurheeft, te voorkomen, alsook om de homogeniteit van het mengsel te controleren.? Het lijmen: de hoeveelheid lijm wordt gekozen als functie van de 'pot-life', detijd tussen mengenen harden. Deze bedraagt bij kamertemperatuur ongeveer ??n uur. In deze tussentijd moetenalle werkzaamheden worden uitgevoerd. De hoog visceuze lijm wordt meteen spatel op destaalstukken uitgestreken, met de grootste laagdikte in het midden (foto 3). De verharding vande lijm en de uiteindelijke sterkte worden in belangrijke mate be?nvloed door de verwerkings-temperatuur [2]. Bij temperaturen beneden +5 ? +10?C kan het verloop van de verhardingworden gestoord en zal de aanhechting onzeker zijn. Voor deze gevallen stellen sommige leve-ranciers sneller verhardende lijmen ter beschikking. De staallamel wordt daarna tegen hetvoorbereide betonoppervlak gedrukt tot de lijm aan de zijkanten naar buiten komt.Bijingewik-kelde vormen, waar een perfect aandrukken problematisch is, zal ook het betonoppervlak metde lijm worden ingesmeerd. Op deze wijze worden alle holten opgevuld en zal van een maximaleaanhechting sprake zijn. De lijmdikte moet minimaal gehouden worden enmag zeker niet de 1?2 mm overschrijden. Na 24 tot 48 uur mogen alle drukstempels, spanners enz. worden ver-wijderd en is het lijmen van de wapening voltooid. Na zeven dagen is de lijm volledig doorgeharden mag de verbinding al worden belast.? Veiligheidsvoorschriften: de gebruikte epoxyharsen zijn niet giftig, maar kunnen tochallergi-sche huidaandoeningen veroorzaken, dan wel onpasselijkheid bij onvoldoende ventilatie. Hetwordt daarom aangeraden steeds met handschoenen te werken en alle contact met de huid,vooral met de ogen, te vermijden.Voordelen van een gelijmde wapeningVergeleken bij de traditionele technieken (onderschoren met stalen liggers, afbraak en ver-nieuwbouw) heeft de methode van gelijmde wapening enkele zeer grote voordelen:Slopen wordt vermeden.De nuttige hoogte wordt slechts in geringe mate verminderd. Alleen de dikte van de staallamelkomt tegen het dagvlak van het beton.In de nieuwe toestand mag de aanwezige conventionele wapening tot boven de elasticiteits~grens worden belast.4384-5Beproevingsapparaat voor zuivereafschuiving6Schema van het schuifspanningsverlooprAlle versterkingsstukken zijn licht en gemakkelijk hanteerbaar.De uitvoering kan in korte tijd plaatshebben en het opnieuw in gebruiknemen volgt daarop zeersnel.Deze voordelen compenseren ruimschoots het nadeel van de relatief hoge kostprijs van epoxy-lijmsoorten en het inzetten van meer gespecialiseerd personeel.7Lineaire benadering van de intrinsieke curvevan betonOpneembare schuifspanning in de lijmnaadDe lijmnaad zal praktisch altijd belast worden op een schuifkracht tussen de opgelijmde,uitwendig aangebrachte wapening en het betonoppervlak. Het is dus belangrijk te weten hoegroot die schuifkracht is. Daartoe werd een speciaal beproevingsapparaat ontworpen (foto 's 4-5) waarmee een zuivere afschuiving kan worden opgelegd aan de verbinding staal-hars-beton.In figuur 6 is weergegeven dat een typisch verloop van de schuifspanning uit een dergelijkeproef kan worden afgeleid. Men kan theoretisch afleiden [3, 4] dat de schuifspanningen, bij debelastingstoestand in het beproevingsapparaat, exponentieel verlopen, met een piekwaarde bijde inleiding van de kracht. De afstand waarover de aanhechtspanningen werken is vrij klein,namelijk ca. 100 mm;dit is onder meer afhankelijk van de beton- enlijmkwaliteiten, de lijmdikteen de staaldikte.De maximale schuifspanning bij breuk ligt steeds bij 6 ? 8 Nlmm2 , wat praktisch overeenkomtmet het dubbele van debetonlreksterkte. Dit kan worden verklaard uit een beschouwing van deintrinsieke kromme van het beton (fig. 7). In punt A heerst op het horizontale vlakje een druk-spanning die nagenoeg gelijk is aan de tegendruk p. Zelfs bij een lineaire benadering van deintrinsieke kromme is een geringe druk p voldoende om de breuk uit te stellen tot de schuifspan-ning een waarde bereikt die veel groter is dan de treksterkte (cirkel 1). De werkelijke verdelingvan de tegendrukken p in de afschuifproef van foto 5 is onbekend, zodat aan deze be-schouwingen slechts een kwalitatief karakter kan worden gegeven. Bij een goede lijmsoorttreedt de breuk steeds op in het beton, waarbij zelfs de grote grindkorrels worden gebroken(foto 8).In de meeste constructie-toepassingen is de tegendrukp niet voorhanden, zodat de spannings-toestand een zuivere schuifspanningstoestand is, waarbij de breuk optreedt bij een schuif?spanning 1: gelijk aan de betontreksterkte Obr (cirkel 3). Dit wordt bevestigd door metingen opproefbalken, die hierna worden besproken. Het beton is dus de zwakke schakel in de verbinding.Buigproeven op balken met gelijmde wapeningEen serie van drie identieke balken in gewapend beton werd vervaardigd volgens het schemavan figuur 9. De betonkwaliteit bedroeg 50 N/mm2 , de elasticiteitsmodulus 32 000 N/mm2 ende treksterkte 4,3 N/mm2 ? Deze balken werden ontworpen voor een gebruiksmoment M =11,2 kNm in de vierpuntsbuigproef (fig. 10).De dimensioneringsformules worden uitvoerig besproken in [4]. Balk B1 is de referentiebalk.Balk B2 werd versterkt met een opgelijmde staallamel (5 x 100 x 2700 mm) en balk B3 werdversterkt met eenzelfde staallamel, die in de dwarskrachtzone werd verankerd met telkens vierdeuvels (fig. 11).Constructiegedrag van gelijmde balkenTen einde het draagvermogen van gelijmde constructies te onderzoeken, werd in het 'Laborato-rium Reyntjens voor proeven op materialen' van de Katholieke Universiteit te Leuven eenonderzoekprogramma opgezet, mede gefinancierd door hel Belgisch Nationaal Fonds voorKollektief Fundamenteel Onderzoek.In een eerste fase omvat dit onderzoek de studie van de versterking tegen buigende momentenen dwarskrachten, de meest gunstige vorm van uitwendig aangebrachte dwarskrachtwapeningen de eindverankeringen van uitwendige wapening tegen buiging en dwarskracht.In een tweede fase zal het tijdsafhankelijk gedrag van de lijm en de lijmverbinding worden onder-zocht. Dit probleem heeft meer aspecten:? veroudering van de lijm door atmosferische invloeden;? temperatuurinvloed en brandveiligheid;? gedrag onder dynamische belasting./II/o 2550 1T 0 2 J. 6 8 't'N/mm2V~r = 50,3 N/mm2q"br=SQ.3 NImm28Bij de afschuivingsproef treedt breuk opin het beton? U'br = 4 3 ?Nlmm2~Cement XXXI (1979) nr. 10 439b"U9"ls ~ 80 200 mmstool BE 40n2P8(2o)2