Onderzoek van met synthetische vezels gewapend beton.

Beton is het meest gebruikte constructiemateriaal en is daardoor continu in ontwikkeling op het vlak van de gebruikte bestandsdelen, betontechnologische aspecten en wapeningssystemen. De ontwikkeling van vezelversterkt beton (VVB) heeft alle domeinen significant beïnvloed. Sinds de eerste proeven op VVB in de jaren 60 van de vorige eeuw heeft het materiaal belangrijke veranderingen doorgemaakt in de kwaliteit van de grondstoffen. Daarnaast is de fundamentele kennis van het structurele gedrag enorm toegenomen. Desondanks en niettegenstaande bijna 50 jaren van continuë ontwikkeling, heeft het onderzoek zich bijna uitsluitend toegespitst op de eigenschappen van VVB in de verse toestand en bij kortetermijnsbelastingen. Daarenboven is het composietmateriaal (VVB) vaak het enige onderwerp geweest van experimenteel onderzoek, eerder dan de bestandsdelen én het composiet als geheel. Tot slot wordt vaak enkel de kortetermijnssterkte van het VVB gebruikt in structureel ontwerp en wordt VVB als een éénfasig materiaal beschouwd. In dit onderzoek worden beide veronderstellingen achterwege gelaten om het kruipgedrag van gescheurd VVB te onderzoeken op verschillende schalen en in een tweefasige toestand. Daarvoor wordt een gecombineerde aanpak toegepast van experimenteel werk, numerieke analyses en een analyse van de dwarsdoorsnede. 

Tijdens de experimentele fase wordt een uitgebreid proefprogramma uitgevoerd met bijna 300 testen op twee types polypropyleen VVB. De korte- en langetermijnseigenschappen worden onderzocht op drie verschillende schalen: vezelniveau, vezel-betoninterface en het composiet. Het doel van de kortetermijnsproeven is het materiaal te karakteriseren onder verschillende types belasting en met verschillende testparameters. De kruipproeven onderzoeken het langetermijngsdrag bij verschillende belastingsverhoudingen onder langdurige belasting tot 9 maanden. Voor het eerst worden in een multischaalaanpak zulke lange tijdsschalen beschouwd om de kruip van gescheurd vezelbeton te onderzoeken. De experimenten tonen het belang van zowel de eigenschappen van de vezel als de belastingsverhouding op de verschillende schalen.

In de tweede fase wordt een numeriek model ontwikkeld om de kruip van gescheurd vezelbeton te beschrijven en voorspellen. Dit model is gebaseerd op de korte- en langetermijnseigenschappen van de bestandsdelen (vezel en vezel-betoninterface). Daarvoor wordt een tweefasig eindig elementenmodel opgesteld waarbij de vezels afzonderlijk van de matrix gemodelleerd worden. Door middel van een Monte-Carlo analyse wordt de invloed van de vezelverdeling op het kruipgedrag statistisch geëvalueerd. Dit is de eerste keer dat een tweefasig numeriek model gebruikt wordt om de kruip van gescheurd VVB te onderzoeken. Het kruipgedrag wordt gesimuleerd over een periode van 15 jaar waarbij de analyses geen structureel falen voorspellen. De berekende spanningsverhouding van de vezels is heel laag, en slechts gemiddeld gelijk aan 10 %. De initiële kruipvervorming en die in de eerste week worden overschat door het model.

Tijdens de laatste fase wordt het structurele gedrag van een gescheurde VVB sectie geanalyseerd onder blijvende buigbelasting. Er wordt een driestapsmethode uitgewerkt om achtereenvolgens het monotoon, cyclisch en tijdsafhankelijk gedrag te bepalen. Voor dat laatste worden de kruipvervormingen bij buiging berekend op basis van uniaxiale kruipdata vanuit de Model Code en de numerieke analyses. Daardoor wordt kruip in buiging meer gebaseerd op de onderliggende fysische mechanismen dan bij het gebruik van eenvoudige veer-demper systemen. De voorgestelde rekenmethode voorspelt het spannings- en vervormingsverloop over de hoogte van de sectie en in functie van de tijd. Het voorspelde gedrag wordt vergeleken en gevalideerd met experimentele metingen. Hieruit blijkt een goede overeenkomst tussen het model en de metingen door gelijkenissen in de ligging van de neutrale lijn en het vervormingsverloop. Het voorgestelde model kan dus gebruikt worden om de vervormingen, spanningen en tijdsafhankelijke CMOD-groei te berekenen onder blijvende buigbelastingen.