NL8502588A - Voorspanelement met uitgestelde hechting en werkwijze voor het spannen van beton alsmede voorgespannen betonelement. - Google Patents

Description

855076/vdV/Ba/cd " t. "W

Korte aanduiding: Voorspanelement met uitgestelde hech ting en werkwijze voor het spannen van beton alsmede voorgespannen betonelement.

Als uitvinder wordt genoemd: Ing. A.H. Verhagen

De uitvinding heeft betrekking op een spanelement omvattende een spanbare kern, een omhulling gevormd door een uithard-bare samenstelling en een afscherming waarbij de uithardbare samenstelling glijmiddel-werking heeft en na spannen van de 5 kern uithardt.

Dergelijke spanelementen zijn bekend. Zo beschrijft de Europese octrooiaanvrage 33 813 431.3 en publikatienummer 0 105 839 dergelijke spanelementen die gevormd worden door een kern waaromheen een hardbare samenstelling is aangebracht die 10op zijn beurt omgeven is door een met behulp van straling geharde kunststoflaag. Wanneer het spanelement op zijn plaats is gebracht, wordt de kern gespannen, en vervolgens wordt door het laten vloeien van elektrische stroom door de kern een verwarming van de kern bewerkstelligd met behulp waarvan de 15 hardbare laag die zich om de kern bevindt wordt doorgehard. Dergelijke spanelementen worden toegepast bij het vervaardigen van bijvoorbeeld betonnen constructies. Bij het vervaardigen van bijvoorbeeld betonnen constructies treft men in het algemeen twee manieren van bewapening aan.

20 In 3e eerste manier die we de klassieke wijze van voor spannen zullen noemen wordt een streng, kabel of staaf met behulp van een trekbank on spanning gebracht; vervolgens wordt betonmortel om deze gespannen streng, kabel of staaf aangebracht en iaat men het beton verharden. Na verharding van het 25 beton bevindt het spanelement zich in gespannen toestand in het beton waardoor de weerstand tegen doorbuigen van bijvoorbeeld de zo vervaardigde balk aanzienlijk vergroot zal zijn.

Een andere manier betreft het zogenaamde naspannen van spanelementen. In een met betonmortel te vullen mal wordt een 30 kabel met een daaromheen aangebrachte omhulling gepositioneerd.

De kabel wordt vervolgens gespannen tot de gewenste spanning wordt verkregen. Vervolgens injekteert men cementmortel tussen de kabel en omhulling om op die manier na doorharding van genoemde mortel een verbinding of hechting tussen de omhulling 35 en de centrale kabel te verkrijgen. Een dergelijke werkwijze wordt voornamelijk ter plaatse op het bouwwerk doorgevoerd.

3502 58 3 ν'* Ο -2- Ιη een dergelijke naspanning zal de omhulling bij voorkeur van binnen geprofileerd zijn om de verankering tussen kabel en omhulling te vergroten. Na doorharden van zowel de betonmortel rond de omhulling als de cementmortel binnen de 5 omhulling kunnen de ankers waarmee de kabel op spanning werd gehouden worden verwijderd.

Nog een andere wijze van voorspannen wordt verricht met een spankabel voorzien van een omhulling waarbij de spankabel vrij beweegbaar is binnen de omhulling (unbonded tendons).

10 Op een bouwwerk worden de spanelementen in een met betonmortel te vullen mal aangebracht en onder spanning gezet. De betonmortel wordt vervolgens gestort en men laat deze doorharden.

De spanankers blijven dan aanwezig en zorgen gedurende de hele levensduur van het bouwwerk voor de benodigde spanning in de 15 spanelementen. Een dergelijke methode heeft het voordeel dat men achteraf de spanning nog kan bijregelen hetgeen in bepaalde gevallen wenselijk kan zijn. Een nadeel is uiteraard dat indien een anker breekt de gehele spanning kan wegvallen met alle risico's van dien.

20 De onderhavige uitvinding beoogt nu een alternatief te geven voor de werkwijze waarin het naspannen van kabels plaatsvindt; echter zonder de noodzaak tot de ingewikkelde bewerking van het injekteren van cement-mortel binnen de omhulling rond de kabel.

25 Een dergelijke verbetering werd eveneens beoogd in de eerder genoemde Europese octrooiaanvrage 0 105 839. Een belangrijk nadeel van de in bedoelde octrooiaanvrage weergegeven spanelementen en hun gebruik is dat de kunststof dient te worden doorgehard met behulp van warmte. Deze warmte wordt vol-30 gens’ bedoelde aanvrage toegevoerd door een elektrische stroom te laten lopen door de centrale spanbare kern dan wel door een speciaal aangebracht weerstandselement in·het systeem.

Het verwarmen met behulp van de elektrische stroom van dergelijke spanningsdragende constructies wordt echter als 35 uitermate gevaarlijk beschouwd aangezien het verwarmen van dergelijke vitale spanningsdragende delen in bepaalde gevallen ook tot sterktevermindering kan leiden. Uiteraard is ieder risico van sterktevermindering in dergelijke constructies'absoluut ongeoorloofd en het verwarmen van de kern van derge-40 lijke elementen dient daarom vermeden te worden.

0 9 5 3 8 »* ό· ' -3-

De onderhavige uitvinding heeft nu ten doel om een spanelement van de bovenbedoelde soort te verschaffen waarbij echter gewerkt kan worden zonder warmtetoevoer naar het systeem en waarmee toch een uitstekende doorharding van een uithard-5 nare samenstelling,die zich tussen een spanbare kern en een afscherming bevindt,verkregen wordt.

Een spaneiement van de bovenbeschreven soort wordt daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de uithardbare samenstelling een zonder toevoer van warmte uithardbare samen-10 stelling is waarvan de bestanddelen of voorprodukten daarvan over meerdere te onderscheiden fasen verdeeld zijn; dat tenminste één continue fase van de uithardbare samenstelling glijmiddelwerking vertoont die na uitharden in hoofdzaak verdwenen is en dat er eveneens een, de snelheid van de ver-15 hardingsreaktie van de uithardbare samenstelling regelende barrièrelaag aanwezig is.

In bovengenoemd spanelement volgens de uitvinding zijn in combinatie drie belangrijke eigenschappen aanwezig.

Deze eigenschappen zijn: 20 a) de bestanddelen van de uithardbare samenstelling zijn verdeeld over meerdere te onderscheiden fasen; b) tenminste een fase van de samenstelling vertoont glijmiddelwerking ; c) de snelheid van de verhardingsreaktie van de uithardbare 25 samenstelling wordt geregeld door de aanwezigheid van een barrièrelaag.

Bij de spankabel volgens de uitvinding kan tijdens het spannen een aanzienlijke rek van de kern optreden; een rek van 5% komt voor. Zoals later in de beschrijving nader zal worden 30 aangeduid vindt het spannen van de kabel pas plaats als het be- daarbij ton gehard is^zodatjde kern beweegt ten opzichte van het omringende beton.

Door de profilering van de kern en de beweging ervan ten opzichte van het beton en de daaraan hechtende barrière-35 laag zal er menging van de fasen van de uithardbare samenstelling optreden waardoor na harding van het systeem een homogeen geharde verbinding tussen omringend beton en kern worden verkregen. De mate van menging van de fasen van de uithardbare samenstelling bij het spannen kan beïnvloed worden door keuze 40 van het type kern wat betreft de rek en de op het oppervlak 8502588 -4- aanwezige orofilering.

de

Door) keuze van de barrièrelaag is het mogelijk de snelheid van de hardingsreaktie van de uithardbare samenstelling die over meerdere fasen verdeeld is nauwkeurig te regelen.

5 In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van het spanele ment van de uitvinding vormt de afscherming de barrièrelaag en is de barrièrelaag gevormd uit een hydrolyseerbare kunststof .

Meer in het bijzonder is de hydrolyseerbare laag een in 10 alkalisch waterig milieu hydrolyseerbare kunststof zoals 100% veresterd polyvinylacetaat, die bij voorkeur zo dun mogelijk dient te zijn om het optreden van glijwerking na hydrolyse ervan te voorkomen maar die anderzijds voldoende dik moet zijn om de barière-funktie over de gewenste periode te vertonen.

15 Met voordeel wordt in dat geval de hardbare samenstelling gevormd door een tegen de kern aanliggende, een geschikte epoxyhars bevattende, laag en een daaroverheen aangebrachte polyisocyanaat bevattende laag.

De werking van een dergelijk systeem moet men zich als 2o volgt voorstellen.

Het spanelement wordt in een bekisting aangebracht; de bekisting betonmortel wordt in de gestort en men laat het beton doorharden. Na de doorharding wordt de spanbare kern met behulp van vijzels en ankers gespannen. Tijdens de doorharding heeft 25 beton, zoals bekend een hoeveelheid water in zich dat sterk alkalisch is; een pH-waarde van 13 wordt normaal bereikt. De aanwezigheid van een afscherming in de vorm van een bijvoorbeeld op polyvinylacetaat gebaseerde laag maakt dat deze in het alkalische water dat zich in het beton bevindt in de loop 30 van de tijd zal hydrolyseren. Het alkalische water komt vervolgens in kontakt met het direkt onder de barrièrelaag liggende polyisocyanaat-epoxyharssysteem. Polyisocyanaat zal onder invloed van alkali en water omgezet worden in een amino-groepen bevattende verbinding zoals onder andere het overeen-35 komstige primaire amine. Dit amine zal nu in combinatie met de in het systeem aanwezige epoxyhars een epoxyhars-hardersysteem vormen, waarbij de uithardingsduur zal afhangen van de dikte van de polyvinylacetaatlaag en de concentratie van het polyisocyanaat in de polyisocyanaat bevattende laag.

8502588 ï -5-

Het spreekt vanzelf dat de epoxyhars welke zich in de epoxyhars bevattende laag om de kern bevindt een hydroxyl-getal 0 zal moeten hebben teneinde een voortijdige reaktie tussen de polyisocyanaat component uit de toplaag en de 5 epoxyhars te voorkomen.

Na afloop van het hardingsproces zal men de ankers in het algemeen niet verwijderen, alhoewel dit zonder meer zou kunnen. Belangrijk is echter dat de ankers vanaf dat moment voor het funktioneren van het spanelement niet meer noodzakelijk zijn, 10 zodat bij wegvallen van de ankers door eventuele corrosie het spanelement zijn normale funktie behoudt als gevolg van de aanwezigheid van de geharde hechtende kunststof tussen de kern van het element en het harde beton.

Inplaats van een epoxyhars kan in de hiervoor besproken 15 uitvoeringsvorm ook een polyalcohol toegepast worden zodat na hydrolyse van de barrièrelaag een, reeds langzaam verlopende, reaktie tussen genoemde polyalcohol en polyisocyanaat met vorming van een polyurethaanverbinding, onder invloed van de katalytische werking van de in het water van het beton 20 aanwezige alkalimetaalionen, wordt versneld.

Bij toepassing van een dergelijk polyurethaansysteem dient er uiteraard een uiterste verbruikstermijn na vervaardiging van het spanelement te worden gesteld.

Met veel voordeel wordt in de hiervoor besproken uitvoe-25 ringen van het spanelement volgens de uitvinding het spanelement in zijn geheel omgeven door een gas- en vloeistofdicht omhulsel dat voorafgaand aan het gebruik verwijderd wordt.

Door deze maatregel wordt een voortijdige reaktie van de polyisocyanaatlaag met bijvoorbeeld waterdamp uit de atmos-3Q feer voorkomen.

In een andere voordelige uitvoeringsvorm van het spanelement volgens de uitvinding is de barrièrelaag tussen de fasen van de uithardbare samenstelling aanwezig en wordt de afscherming door een ondoordringbare inerte geprofileerde kunststof-35 laag gevormd.

In dat geval zijn er twee situaties te onderscheiden: a) de door een barrièrelaag gescheiden fasen zijn aanwezig in de vorm van lagen ter weerszijden van de barrièrelaag; b) één der fasen is in de vorm van, door een barrièrelaag om- 3502 58 8 geven, gebiedjes aanwezig in een continue laag van de andere fase.

-6-

De barrièrelaag in beide bovenbeschreven gevallen is met voordeel een de diffusiesnelheid van één of meer bestanddelen 5 van de uithardbare samenstelling regelende laag.

O*·* ^

Met veel voordeel bevat in een dergelijk geval een der fasen een epoxyhars terwijl een andere fase een amineverbin-ding bevat. Een geschikte barrièrelaag kan in dat geval gevormd zijn uit polyethyleenoxyde.

10 Het spreekt vanzelf dat inplaats van polyethyleenoxyde voor de barrièrelaag ook een andere voor aminen diffundeerbare laag kan zijn; een vereiste is echter wel dat de barrièrelaag geen groepen mag bevatten die een reaktie tussen de barrièrelaag en de epoxyhars kunnen bewerkstelligen.

15 Met voordeel wordt de glijmiddelwerking aan tenminste een der fasen van de uithardbare samenstelling gegeven door mengen in de betreffende fase van een of meer glijmiddelen of viscositeit verlagende middelen zoals inerte wassen, oplosmiddelen, siliconenprodukten of polytetrafluorethyleenprodukten.

20 Ook bij dergelijke glijmiddelen of viscositeit verlagen de middelen dient ervoor gezorgd te worden dat dergelijke middelen geen reaktiemogelijkheid vertonen met de bestanddelen van een of meer fasen van de uithardbare samenstelling.

Bij de uithardbare samenstellingen,zoals hiervoor in het 25 kader van de uitvinding aangegeven, dient er uiteraard voor gezorgd te worden dat het uitharden van het systeem niet gepaard gaat met een aanzienlijke volumevermindering. Vele uithardende kunststoffen hebben immers die eigenschap om bij uitharden een zekere mate van krimpen te vertonen. Dergelijke krimp-30 verschijnselen kunnen in het algemeen goed tegengewerkt worden door in een of meer fasen van de uithardbare samenstelling vulmiddelen op te nemen. Dergelijke vulmiddelen zijn aan de vakman bekend; genoemd kunnen worden calciumcarbcmaat, klei, diatomeënaarde, polyethyleen, polypropyleenpoeder, gips etc.

35 In bepaalde gevallen zal echter van het toevoeren van vulmiddelen afgezien kunnen worden. Met name is dit het geval wanneer de uithardbare samenstelling gevormd wordt door een polyisocyanaaif en een epoxyhars. Bij het aktiveren van de polyisocyanaat, waarbij zoals genoemd een amine gevormd wordt, 40. komt ook per isocyanaatgroep een molecuul kooldioxyde vrij.

95 ή 9 5 •Q 1} V ώ ~ ^ -7-

Dit kooldioxyde kan onder omstandigheden opgesloten blijven in de uithardbare samenstelling enop die manier voor een volume-vermeerdering ervan bij het uitharden zorgdragen. Op die manier wordt uiteraard ook een uitermate goede vulling van de holte binnen de afscherming verkregen. De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het spannen van beton onder toepassing van een spanelement volgens de uitvinding. Uiteraard zijn de spanelemencan volgens de uitvinding ook toepasbaar bij het vervaardigen van een op klassieke wijze in een werkplaats vervaardigd voorgespannen betonelement. De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een tekening waarin: fig. 1 een dwarsdoorsnede door een spanelement volgens conclusie 1 t/m 7 voorstelt; fig. 2 een doorsnede door een spanelement volgens conclusie 8 t/m 11 voorstelt; on fig. 3 een andere uitvoeringsvorm van een spanelement volgens conclusie 8 t/m 11 voorstelt.

In fig. 1 is met verwijzingscijfer (1) de spanbare kern aangegeven; cijfer (2) geeft een zich om de kern bevindende eerste fase van de uithardbare samenstelling aan, terwijl cijfer (3) een tweede fase van de uithardbare samenstelling weergeeft.

Met cijfer (4) is een zich om de beide fasen van de uithardbare samenstelling bevindende barrierelaag aangegeven die in dit geval ook de funktie van de afscherming vervult, op deze barrierelaag 4 is bij voorkeur nog een zeer dun, bijkomend omhulsel aangebracht .

In fig. 2 is met cijfer (5) een spanbare kern weergegeven; daaromheen bevindt zich een eerste fase (6) van de hardbare samenstelling; daaromheen een barrierelaag (7) en daar weer omheen een tweede fase (8) van een uithardbare samenstelling; buiten bevindt zich een afscherming (9}.

In fig. 3 is met verwijzingscijfer (10) weer de spanbare kern aangegeven; met cijfer (11) wordt een eerste fase van de uithardbare samenstelling en met cijfer (12) de tweede fase van een uithardbare samenstelling weergegeven. Verwijzingscijfer (13) geeft de zich tussen beide fasen van do uithardbare samenstelling bevindende barrierelaag aan.

Onder verwijzing naar fig. 1 wordt nu een dergelijk spanelement als volgt toegepast. Het spanelement wordt, na van een eventueel buitenste, dun inert omhulsel ontdaan te zijn, in een met beton te vullen mal gebracht; de betonmortel wordt om het spanelement gestort en begint aan zijn hardingsproces; na 3302 58 8 -8- ; t volledige doorharding wordt de kern gespannen. Tijdens het eventueel hardingsproces van het j door het spannen gemengde systeem bevindt zich in de betonmortel water van hoge pH, bijvoorbeeld een pH van ca 13. Bij deze hoge pH-waarden zal debarrierelaag 4, polyvinvlacetaat 5 bijvoorbeeld|nydrolyseren. Tijdens het hydrolyseren van de hydrolyseerbare laag komt het alkalische water van het beton in aanraking met een polyisocyanaat afkomstig uit laag 3 waardoor het polyisocyanaat wordt omgezet in een mengsel van amineverbindingen. Deze verbindingen kunnen op hun beurt 10 reageren met de epoxyhars afkomstig uit laag 2 waardoor deze epoxyhars tezamen met het amine dat gevormd is uit isocyanaat een vaste harde kunststof vormt. In fig. 2 is de situatie enigszins anders. Een kern 5 is daar omgeven door bijvoorbeeld een amine bevattende laag 6 die op haar beurt omgeven is door een 15 uit in hoofdzaak polyethyleenoxyde bestaande barrierelaag 7. Daaromheen bevindt zich een epoxyharslaag 8; tenslotte bevindt zich aan de buitenzijde van het element een ondoordringbare inerte kunststoflaag 9 met geprofileerd oppervlak. Na fabricage van de kabel zal het diffusieproces van amine over 20 de barrierelaag 7 een aanvang nemen welke diffusie net zolang doorgaat totdat alle epoxyhars is. omgezet. Bij toepassing van een dergelijke kabel zal men door het kiezen van de dikte van de barrierelaag 7 rekening moeten houden met zowel de gewenste tijdspanne tussen spannen van de kabel en de voltooiing van 25de uitharding alsook met het tijdsverloop tussen aanmaken van de omhulling en het toepassen van de kabel. Ook in dit geval kan door een juiste keuze van profilering en rek tijdens het spannen van de kern bereikt worden dat een menging van de lagen optreedt. In dat geval kan een grote 30 versnelling van de uitharding worden bewerkstelligd indien men er voor zorgt dat tijdens de spanbewerking de barrièrelaag verbroken wordt.

In fig. 3 tenslotte ziet men dat de fase 12 van de uit-hardbare samenstelling een continue fase is terwijl de fase 35 11 een discontinue fase is; die verdeeld is in de continue fase 12. Tussen beide fasen is steeds een barrièrelaag in de vorm van een kapsel 13 aanwezig. Wat betreft het tijdsverloop tussen doorharding van het op die manier gevormde uithardbare systeem en de aanmaak van de omhulling dient dezelfde tijds- 40 bewaking te worden toegepast als die welke beschreven werd in verband met fig. 2. - Conclusies - 8502 58 8

Claims (15)

1. Spanelement omvattende een spanbare kern, een omhulling gevormd door een uithardbare samenstelling en een afscherming^ waarbij de uithardbare samenstelling glijmiddelwerking heeft en na spannen van de kern uithardt met het kenmerk dat de uit-5 hardbare samenstelling een zonder toevoer van warmte uithardbare samenstelling is waarvan de bestanddelen of voornrodukten (2,3,6,8,11,12“) daarvan over meerdere te onderscheiden fasen verdeeld zijn; dat tenminste één continue fase van de uithardbare samenstelling glijmiddelwerking vertoont die na uitharden in hoofdzaak 10 verdwenen is en dat er eveneens een, de snelheid van de ver-hardingsreaktie van de uithardbare samenstelling regelende, barrièrelaag (4,7,13) aanwezig is.

2. Spanelement volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de afscherming de barrièrelaag (4) vormt en uiteen hydrolyseerbare 15 kunststof bestaat.

3. Spanelement volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk dat de hydro lyseerbare laag (4) een in alkalisch waterig milieu hydrolyseerbare kunststof is.

4. Spanelement volgens conclusie 3, met het kenmerk dat 2Q de hydrolyseerbare kunststof polyvinylacetaat is.

5. Spanelement volgens conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk dat de uithardbare samenstelling gevormd wordt door een tegen de kern liggende, een geschikte epoxyhars bevattende laag (2)en een daar overheen aangebrachte polyisocyanaat-bevat- 25 tende laag (3).

6. Spanelement volgens conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk dat de uithardbare samenstelling gevormd wordt door een tegen de kern liggende, een geschikte polyalkohol bevattende laag (2') en een daar overheen aangebrachte polyisocyanaat-be-30 vattende laag (3).

7. Spanelement volgens een of meer der conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk dat het spanelement in zijn geheel omgeven is door een gas- en vloeistofdicht omhulsel dat voorafgaand aan het gebruik verwijderd wordt.

8. Spanelement volgens conclusie 1, met het kenmerk dat 35 92 58 8 de barrierelaag (7,13) tussenffasen van de uithardbare samenstelling aanwezig is en de afscherming door een ondoordringbare inerte geprofileerde kunststof laag (9,14) gevormd wordt. -10- de

9. Spanelement volgens conclusie 8, met het kenmerk dat 5 één dan wel beide fasen van de uithardbare samenstelling continu is (zijn) .

10. Spanelement volcrens conclusies 8 en 9, met het ken de „ „ merk dat de barrierelaag (7,13) eenTdiffusiesnelheid van een or meer bestanddelen van de uithardbare samenstelling regelende IQ laag is.

11. Spanelement volgens één of meer der conclusies 8 t/m 10, met het kenmerk dat een der fasen epoxyhars bevat^een andere fase een amineverbinding en de barrierelaag in hoofdzaak polyethyleenoxyde bevat.

12. Spanelement volgens één of meer van de conclusies 1 t/m 11, met het kenmerk dat de glijmiddelwerking aan tenminste ëén der fasen gegeven wordt door menging van de betreffende fase met één of meer glijmiddelen of viscositeit verlagende middelen zoals inerte wassen, oplosmiddelen, siliconen-20 produkten of polytetrafluorethyleenprodukten.

13. Spanelement volgens één of meer der conclusies 1 t/m 12, met het kenmerk dat tenminste één van de, de uithardbare samenstelling vormende, fasen vulmiddel bevat.

14. Werkwijze voor het spannen van beton, met het ken-25 merk dat een spanelement volgens één of meer van de conclusies 1 t/m 13 wordt toegepast.

15. Voorgespannen betonelement op bekende wijze verkregen onder toepassing van een spanelement volgens één of meer van de conclusies 1 t/m 13. 850 2 5 8 8