Fibervirkning, spesielt i sprøytebetong

Transkript

1 Teknologidagene 2008 Fibervirkning, spesielt i sprøytebetong Øyvind Bjøntegaard Vegdirektoratet Tunnel og betongseksjonen

2 Fiberarmert sprøytebetong - Konstruktivt system Bolting Løst berg mellom boltene Sprøytebetong til bergsikring Sprøytebetong som brannsikring Krefter pga.: - løse steiners/soners egenvekt - deformasjoner ellers i berget (tung sikring ikke diskutert her) eller mot boltene.eller alle slags mellomsituasjoner 2

3 Fiberarmert sprøytebetong - Bøyemomenter Løst berg Sprøytebetong Momentdiagram Områder med strekkspenning og mulig oppsprekking Stor boltavstand leder til en bøyestrekkdominert situasjon 3

4 Fiberarmert sprøytebetong - Skjærspenninger Liten boltavstand leder til en skjærdominert situasjon Bernard

5 Fibervirkning Høy dosering F Moderat/lav dosering Sprøytebetong (med < ca. 0.5 vol% fiber) har strain softening - oppførsel, det vil si at momentkapasiteten i tverrsnittet reduseres når første riss er dannet. Det blir bare ett brudd ved hver strekksone! F Løst berg belaster/deformerer sprøytebetongen. Kreftene tas opp av fibrene i bruddet, i heftsonen betong-berg og av boltene. Materialegenskap: Betongens seighet viktig! 5

6 Fibervirkning Pull-out (heftbrudd) gir seighet/duktilitet. Yelding (flytning / fiberbrudd) gir sprø oppførsel Bernard

7 Fibervirkning / momentoverføring - Trykk + Strekk 7

8 Deformasjonene kan bli (for) store. Stor seighet/duktilitet viktig! 8

9 Seighetsprøvning / Energiabsorpsjonskapasitet Sprøytede prøvestykker belastes i lab, Kraft + nedbøyning registreres Et mål på seighet er Energiabsorpsjonskapasiteten (E) som er arealet under kraft-nedbøyningskurven fra Δ=0 og fram til en gitt grensenedbøyning (25 mm) Etter brudd: Fibervirkning F Δ F Kraft (kn) E = 25mm Δ= 0 F Δ dδ Δ Ησ(deformasjon i mm) 0 Grensenedbøyning 9

10 Energiabsorpsjonsklasser - prøving på sprøytebetongplater - arealet under F/Δ-kurven fra 0 til 25 mm nedbøyning Avhengig av bergkvalitet settes krav til: E500 E700 E1000 Klassene kvalifiserer bruk av en gitt fiber/betong, men tallet (500, 700, 1000) brukes ikke til noe annet. Krav til E700 er vanligst (arealet minst 700 J) i dag: ofte tilstrekkelig med 20 kg stålfiber pr. m 3 betong for å oppnå E700 mengden fiber i sprøytebetong har gått ned markant i løpet av de siste 30 årene! Bedre fiber + gunstige målemetoder..? 10

11 Seighetsprøving- Historikk og ny NB7 Tidligere gjort på bjelker ett brudd, lite betongtverrsnitt - stor variasjon! 100 mm Brukes i Norge i dag Fra 1999: 600 mm runde plater (NB 7) Kontinuerlig opplegg langs randen Mye større aktivt betontverrsnitt - lav variasjon! Prøvningsoppsettet har likhetstrekk med situasjonen i tunnel (sprøytebetong og bolting) 1 plate netto ca. 65 kg August 2006: Europeisk standard NS-EN mm kvadratiske plater (skal støpes 1 x 1 m) ellers omtrent samme metode som våre runde plater 1 plate netto ca. 83 kg (etter sprøyting ca. 230 kg!)? Valg av platetype og prosedyre gjøres av NB7- komiteen (2009) - konsekvensen kan være økte fibermengder! 11

12 NB 7 komiteen Sammenliknende studie av (våre) Runde og (EN) Kvadratiske Før sprøyting 65 kg 230 kg Dagens 600 mm runde plater 1 x 1 m plater i hht. NS-EN Saging 83 kg Prøving i lab. 12

13 NB 7 komiteen Sammenliknende studie av (våre) Runde og (EN) Kvadratiske - Parallelle forsøk på Runde og Kvadratiske plater gjennomført i Prosedyrene for begge metodene mangelfullt beskrevet i dag. - Begge platetypene (kontinuerlig opplegg) synes å være sterkt influert av friksjon mellom prøvestykket og opplegget. 13

14 NB 7 komiteen Sammenliknende studie av (våre) Runde og (EN) Kvadratiske Tydelig eksempel på friksjon! Friksjonen river i stykker oppleggsramma av finer (som i dette eksemplet var av for dårlig kvalitet). Friksjon overestimerer betongens energiabsorpsjonskapasitet! F Fibervirkning Friksjon 14

15 NB 7 komiteen Sammenliknende studie av (våre) Runde og (EN) Kvadratiske Antall bruddlinjer og deres orientering varierer. I tillegg: Variabel innvirkning av skjær. Alt dette påvirker resultatet 15

16 Viktig for valg av metode Repeterbarhet - forutsetning for å kunne kontrollere om krav overholdes Feilkilder (friksjon) Hva måles (bøyestrekk / skjær)? Praktisk gjennomførbarhet (fra tunnel til lab.) HMS Det finnes en tredje plate-testmetode som er velutviklet og godt dokumentert ASTM C

17 ASTM C1550 Brukes i Australia og Amerika 3-pkts opplegg / runde plater veldokumentert / ytterligere redusert variasjon mer ren bøyestrekk i forsøket en prøve netto ca. 87 kg NB 7 komiteen vurderer denne metoden 17

18 Macro fibertyper til sprøytebetong Stålfiber Macro plastfiber (PP fiber) (første gang brukt fullskala 2003) 18

19 Stålfiber har høy stivhet Plastfiber har lav stivhet Begge har stor strekkstyrke σ Macro plastfiber Stålfiber Arbeidsdiagram, prinsippskisse ε 19

20 Microfiber til brannsikring 6 mm lange og 18 micron tykke plastfiber (PP-fiber) For brannsikring Krav: 2 kg microfiber /m 3 betong både for sprøytebetong og støpt betong Har ingen lastbærende virkning i bruksfasen! Brukes i sprøytebetong i kombinasjon med macro-fiber. 20

21 Arbeidsdiagram til en fiber Sandbakk, NTNU,

22 For høy betongfasthet kan gi redusert seighet Heftbrudd Fiberbrudd Bernard

23 Oppsummering Bergets lastvirkninger på fiberarmert sprøytebetong er sammensatt - hva er dominerende lastvirkning? (tema i morgen: Forundersøkelser og bergsikring ) Plateprøving er internasjonalt ansett som en velegnet metodikk for å måle styrke/seighet i fiberarmert betong Men, er både bøyestrekk- og skjærinfluert. I tillegg: friksjon mot opplegget (kan favorisere/disfavorisere fiber) Revisjon av NB 7 (2009). Komiteen vurderer også ASTM-platemetode som gir ren bøyestrekk (og som dermed også kan gi design-parametrer for dimensjonering) Finnes også egne metoder for å måle skjærstyrke 23

24 Panelforsøk Dagens norske runde Nye EN kvadratiske 24

25 Panelforsøk Fra en forsøksserie med anti-friksjonstiltak 25

26 Panelforsøk Last (kn) Grease Lav-friksjonsforsøk Deformasjon (mm) Kvadratiske plater Normal prosedyre Standard Stor effekt av friksjon i disse forsøkene! Vi ønsker fibervirkningen! 26