NO315797B1

NO315797B1 - Sammensetning av betong med metallfibre, betongelement fremstilt av sammensetningen og fremgangsmåte til fremstilling av betongelementet

Info

Publication number: NO315797B1
Application number: NO19955359A
Authority: NO
Inventors: Pierre Emile Felix Richard; Marcel Hubert Cheyrezy; Nicolas Pierre Jean Roux
Original assignee: Lafarge Sa
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 2003-10-27
Also published as: ES2141239T3; DE69422517D1; DE69422517T2; AU682198B2; FI956342A; FI956342A0; WO1995001316A1; JPH09500352A; ATE188455T1; GR3032942T3; US5503670A; DK0706502T3; EP0706502B1; AU7188894A; CA2166299A1; KR100217439B1; FI114700B; FR2708263B1; NO955359L; KR960703393A

Description

Oppfinnelsen angår en sammensetning av betong med metallfibre som skal blandes for oppnåelse av et betongelement etter herding som angitt i innledningen av krav 1.

Videre angår oppfinnelsen et betongelement som er fremstilt ved herding av sammensetningen, og en fremgangsmåte til fremstilling av betongelementet som angitt i krav 28 respektive 29 og 32.

Med "metallfiberbetong" skal det her forstås et legeme av en s.ementmatrisé eller et sementgrunnmateriale som innebefatter metallfibre, og som fås ved herding av en sementblanding blandet med vann.

Med "betongelement" skal det her forstås søyler, bjelker, plater eller skiver, vegger, paneler, skjermer eller armeringer, kledningspaneler og et hvilket som helst dekor- eller konstruksjonselement som blir brukt i en konstruksjon.

Vanlige betonger har en kornformet struktur eller skjelett som er dannet av de følgende tre faser: - sement som utgjør bindefasen, og som har en partikkel- eller korn størrelse på mellom 1 (im og 100 um; - sand, med en partikkelstørrelse på mellom 1 og 4 mm; - granulater eller grus med en størrelse på mellom 5 og 20 mm eller mellom 5 og 25 mm.

Vanlig metallfiberbetonger innbefatter stål fibre hvis lengde er på mellom 30 og 60 mm. Den maksimale fiberlengde som kan bli benyttet er begrenset på den ene side av de mulige blandemåter uten for stor forringelse, og på den annen side av kravene vedrørende støpingen av betongen (anbringelse på plass og vibrasjon).

De glatte metallfibre blir forankret i betongen ved adhesjon. For å sikre en god oppførsel av de glatte fibre, er det viktig at formfaktoren, som tilsvarer . lengden av fibren dividert med dens diameter, er på mellom 50 og 100. Denne optimale formfaktor kan bli redusert når forankringen av fibren blir bedret ved endring av dens geometri: bølger, haker ved endene, tildannelse av hakk eller splitter, etc.

Mengden av fibre som blir benyttet ved vanlige fiberbetonger varierer mellom 30 kg/m3 og 150 kg/m<3>, idet den vanligvis er på mellom 40 kg/m3 og 80 kg/m<3>, noe som tilsvarer en volumprosent på mellom 0,5 % og 1 %. Lengden L av fibrene er vanligvis på mellom 30 mm og 60 mm, mens diame-teren D av de groveste partikler vanligvis er på mellom 20 og 25 mm, slik at forholdet R = L/D er på mellom 1,2 og 3,0.

Ved vanlig betong utgjør grensesnittet mellom granulatene og den herdede sementmasse en sone med liten styrke på grunn av dens store porøsitet (overgangsrand). Dette grensesnitt er også stedet for lokale spenninger på grunn av anisotropien av oppførselen mellom partiklene og massen. Dersom det utøves en samlet strekkraft mot betongen, kan partiklene bli forbundet med hverandre bare dersom det finnes forbindelser eller festesteder som motstår strekkraften, og som har en utviklet lengde som er minst ca. ti ganger større enn størrelsen av den største partikkel eller korn.

Da forholdet R er på høyst 3,0, er fibrene ikke i stand til å binde partiklene sammen effektivt.

Dette blir bekreftet av det faktum at tilsetningen av metallfibre i vanlig betong bare i liten grad øker betongens strekkstyrke. Denne økning er på noen få prosent for det vanlige fiberinnhold på mellom 0,5 volumprosent til 1 volumprosent.

De metallfibre som blir benyttet ved betonger som ikke innbefatter vanlige armeringer, gjør det ikke mulig å hindre sprekkdannelsen i betongen, men tillater bare å fordele denne, dvs. at det fås et stort antall av mikrosprekker som er heftet sammen av fibrené, i stedet for få, men bredere sprekker.

Følgelig er bruken av metallfiberbetonger uten vanlig, passiv armering begrenset.

Spesielle metallfiberbetongblandinger og spesielle fremgangsmåter til fremstilling av sementmatriser som inneholder metallfibre, er kjent (COMPRESIT, SIFCON og andre) og er beskrevet f.eks. i US 4 979 992 (H.H. BACHE), 4 513 040, 4 559 881, 4 593 627 og 4 668 548 (D.R.

LANKARD).

Oppfinnelsen angår spesielle nye blandinger til fremstilling av duktil betong med ultrahøy styrke, som tillater bygging av forspente eller ikke-forspente betongelementer som ikke innebefatter noen passiv armering.

En hensikt med oppfinnelsen er å skaffe metalifiberbetongelementer uten vanlig passiv armering, med en strekkstyrke på minst mellom ca. 30 Mpa og ca. 60 Mpa.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å skaffe metalifiberbetongelementer med en bruddenergi som i det minste er på mellom ca. 10 000 og ca. 40 000 J/m<2>.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å skaffe konstruksjonselementer som har en bruddforlengelse som i det minste er i området mellom 4 000 x IO<6> m/m og 9 000 x IO<-6> m/m.

En hensikt med oppfinnelsen er også å skaffe en metallfiberbetong med en trykkstyrke som er på minst mellom ca. 150 og ca. 250 Mpa.

En hensikt med oppfinnelsen er også å skaffe betongelementer med en spenningsintensitetsfaktor som minst er på mellom 6 MPa rn0,5 til 13

MPa m<0,5>.

Hensikten med oppfinnelsen er også å skaffe betongelementer med ytelseska-rakteristikker som kan sammenlignes med ytelseskarakteristikkene av det tilsvarende element fremstilt av vanlig betong, men med en vektbesparelse på 1 (betong ifølge oppfinnelsen) til minst 2,5 (vanlig betong).

Hensikten med oppfinnelsen er også å skaffe en betong som muliggjør støping av former som ikke kan bli støpt med vanlig betong.

En metallfiberbetongblanding ifølge oppfinnelsen består hovedsakelig av Portland sement, sandkorn, fine elementer med puzzolanisk reaksjon, metallfibre, et spredingsmiddel, eventuelt andre tilsetningsstoffer, og vann, og den er karakterisert ved at hovedandelen av sandkornene, dvs. minst 90 % /vekt) av sandkornene, har en maksimal kornstørrelse D som høyst er 800 um, at hovedandelen av metallfibrene, dvs. minst 90 % (vekt) av metallfibrene, har en individuell lengde 1 på mellom 4 mm og 20 mm, at forholdet R mellom den gjennomsnittlige lengde L av fibrene og den nevnte maksimale tykkelse D av de kornformede elementer er på minst 10, at volumet av hovedandelen av metallfibrene er på mellom 1,0 % og 4,0 % av volumet av betongen etter herdingen, og at sammensetningen for 100 deler (vekt) sement inneholder minst 60 deler (vekt) sandkorn med en maksimal kornstørrelse D på høyst 800 |j.m og minst 10 deler (vekt) metallfibre med en individuell lengde 1 på mellom 4 mm og 20 mm.

En slik blanding eller sammensetning etter blanding og herding i en form skaffer et solid eller massivt legeme av metallfiberbetong.

Uttrykket "fremherskende kornelementer" blir benyttet for å angi de kornelementer som representerer minst 90 %, fortrinnsvis minst 95 %, eller enda bedre minst 98 % av den samlede masse av kornformede elementer.

"Fremherskende metallfibre" eller "hovedandelen av metallfibre" er benyttet for å angi de metallfibre som utgjør minst 90 %, fortrinnsvis minst 95 % eller enda bedre minst 98 % av den samlede masse av metallfibrene.

Ideelt utgjør de fremherskende kornformede elementer alle de kornformede elementer og de fremherskende metallfibre utgjør alle metallfibrene.

Ifølge spesielt fordelaktige utførelsesformer:

- er D høyst lik 600 um eller bedre lik 400 um, (størrelser på 800, 600 og 400 um tilsvarer hovedsaklig de tilsvarende, respektive siktstørrelser 30, 29 resp. 27 i AFNOR NF X 11-501 serien),

- 1 er på mellom 8 og 16 mm, eller fortrinnsvis på mellom 10 og

14 mm,

- de fremherskende metallfibre har en diameter på mellom 80 og 500 um, eller bedre på mellom 100 og 200 um, - volumprosenten av de fremherskende metallfibre er på mellom 2,0 % og 3 %, fortrinnsvis ca. 2,5 % av betongen etter herdingen; kornelementene er hovedsakelig fine sandkorn, fortrinnsvis av den gruppe som består av siktet natursand, knust sand eller annen fin sand. - Portland sementen er en sement av den gruppe som utgjøres av CP A PMES..HP, HPR og, fortrinnsvis HTS (stort silisiuminnhold); - metallfibrene er fibre av den gruppe som utgjøres av stål fibre, fibre av rustfritt stål, fibre av stål eller rustfritt stål som er belagt med et ikke-jernholdig metall, såsom kobber, sink eller andre metaller eller legeringer av ikke-jernholdige metaller; - de fine elementer av den puzzolanske reaksjonstype er elementer av den gruppe som utgjøres av silisium, flyveaske og sjaktovnslagg med en gjennomsnittlig størrelse på mindre enn 0,5 um; - spredemiddelet er et superplastiserende middel av den type som omfatter naftalin, melamin, polyakrylat eller andre superplastifiserende midler.

I et typisk eksempel har blandingsgranulatene eller -kornene for betong en diameter på høyst 400 um og metallfibrene har en maksimal lengde på 12 mm, noe som gir et forhold R = 30.

Oppførselen av en fiber med lengde på 12 mm i betongmatrisen av reaktivt pulver tilsvarer oppførselen av en vanlig glatt armering med en lengde L = R x D, dvs. på 30 x 20 = 600 mm.

Den mekaniske funksjon av betongen ifølge oppfinnelsen er således på en skalaeffekt nær identisk med den mekaniske funksjon av en vanlig armert betong som har vanlige armeringer med en lengde på 600 mm.

Mens vanlige fiberbetonger uten armering ikke kan bli benyttet som konstruksjonsbetonger, dvs. til fremstilling av bjelker, søyler og skiver, ut-gjør den "mikro-armerte" betong ifølge oppfinnelsen derimot et nytt materi-ale som kan brukes for slike anvendelser.

Ifølge en foretrukket utførelsesform omfatter betongblandingen for 100 vektdeler sement, 60 til 150 (eller bedre 80 til 130) vektdeler fin sand med en middels kornstørrelse på mellom 150 og 400 um, 10 til 40 (eller bedre 20 til 30) vektdeler amorf silisium med en kornstørrelse som er mindre enn 0,5 um, 10 til 80 (eller bedre 15 til 40) vektdeler metallfibre med en middels lengde på mellom 10 og 14 mm, i det minste 0,5 vektdeler (tørrstoff) av et spredningsmiddel, eventuelle tilsetningsstoffer, og 10 til 30, fortrinnsvis 10 til 24, og enda bedre 12 til 20 vektdeler vann.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til bruken av et spesielt superplastiserende middel, men det foretrekkes et superplastiserende middel av typen polyakrylat fremfor et superplastiserende middel av typen melamin og naftalin. Det benyttes fortrinnsvis minst 0,5 eller bedre minst 1,2, eller enda bedre ca. 1,8 vektdeler av det superplastiserende middel (tørrstoff).

Det benyttede silisium er fortrinnsvis en silikarøk eller -damp, spesielt en silikarøk som fås fra zirkonindustrien snarere enn en silikarøk som fås fra silisiumindustrien.

Ved visse utførelser kan silisium bli helt eller delvis erstattet av andre materialer med puzzolanisk reaksjon såsom flyveaske og slagg fra masovner.

Betongen ifølge oppfinnelsen blir fremstilt ved blanding av de faste bestanddeler og vannet på i og for seg kjent måte.

Fortrinnsvis blir den betong som fås underkastet en behandling eller herding ved en temperatur på mellom omgivelsestemperaturen og 100°C, spesielt en behandling på mellom 60 og 100°C, fortrinnsvis ved en temperatur på ca. 90°C.

Varigheten av behandlingen er fortrinnsvis på mellom 6 timer og 4 dager med en optimal varighet på ca. 2 dager, idet behandlingen begynner etter blandingens herding eller størkning.

Behandlingen utføres i tørre eller våte omgivelser eller ved en syklus hvor disse to omgivelser veksler, f.eks. 24 timer med behandling i en fuktig omgivelse, etterfulgt av 24 timer med behandling i en tørr omgivelse.

Denne behandling iverksettes for betonger som har avsluttet sin størkning, og som fortrinnsvis har eldet minst 1 dag, eller enda bedre, har eldet minst ca. 7 dager.

Ved spesielle utførelsesformer: - dampherdes betongen ved 60°C - 100°C i 6 timer til 4 dager etter at den har størknet,

dampherdes betongen ved 60°C - 100°C i 12 timer til 24 timer etter størkningen

- dampherdes betongen ved 60°C - 100°C i 6 timer til 4 dager, minst

1 dag etter begynnelsen av størkningen; - dampherdes betongen ved 70°C - 90°C i 6 timer til 4 dager etter avslutningen av størkningen.

Tilsetningen av kunst kvarts er spesielt nyttig når betongen blir behandlet ved høy temperatur slik det fremgår av tabellen nedenfor.

Tabellen nedenfor gir sammenlignende eksempler for karakteristikker av betongen ifølge oppfinnelsen og andre betonger.

(1) Etter en behandling på 28 dager ved omgivelsestemperatur; (2) Etter 2 dager med forbehandling ved omgivelsestemperatur og deretter behandling ved 80°C - 90°C; (3) Avhengig av den benyttede varmebehandling og mengden av metallfibre (fra 1 volum % til 4 volum %).

Det karakteristiske ved oppfinnelsen fremgår av de i kravene angitte kjennetegnende trekk.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et skjematisk riss av mikrostrukturen av en betong ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser en kurve vedrørende strekkfastheten av betong som en funksjon av den volumetriske mengde av metallfibre. Fig. 3 viser en kurve vedrørende bruddenergien for betongen som en funksjon av den volumetriske mengde av metallfibrene. Fig. 4 viser en kurve vedrørende bruddenergien for betongen som en funksjon av fiberlengden. Fig. 5 viser en kurve vedrørende trykkfastheten av betong som en funksjon av forholdet vann/sement. Fig. 6 viser en kurve vedrørende bearbeidbarheten og trykkfastheten av betong som en funksjon av superplastiserende middel/sement. Fig. 7 viser en kurve vedrørende trykkfastheten av betongen som en funksjon av etterbehandlingstemperaturen. Fig. 8 viser en kurve vedrørende strekkfastheten av betongen sammenlignet med strekkfastheten av en vanlig sementmørtel. Fig. 9 viser en kurve vedrørende bruddenergien for betongen sammenlignet med bruddenergien av en vanlig sementmørtel.

Fig. 10 er et halvt oppriss av en betongbjelke ifølge oppfinnelsen.

Fig. 11 viser et tverrsnitt gjennom en bjelke i et fagverk eller en brobjelke (Fig. 1 IA) og på støtter (Fig. 1 IB). Fig. 12 viser et skjema vedrørende fordelingen av hydrauliske jekker som blir benyttet til belastning av bjelken. Fig. 13 viser en kurve for nedbøyningen av en bjelke som en funksjon av bøyemomentet. Fig. 14 viser et diagram vedrørende spenninger ved tilsynekomsten av sprekker i bjelken. Fig. 15 viser et tverrsnitt gjennom en brobeleggning av betong ifølge opp-, finnelsen. Fig. 1'6 viser et tverrsnitt gjennom den tilsvarende beleggning for en bro av vanlig betong. Fig. 17 viser en kurve vedrørende den endelige strekkforlengelse for en betong ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser skjematisk virkemåten for metallfibrene i betongen ifølge oppfinnelsen, sammenlignet med virkemåten for passive, vanlige armeringer: - Fig. IA viser skjematisk en fiber med lengde L = 60 mm som er omgitt av korn med maksimal diameter D - 25 mm, hvor forholdet R = L/Dma){S = 2,4, og Fig. IB viser et skjema (i en annen målestokk) av en metallfiber som er omgitt av korn eller partikler i en betong ifølge oppfinnelsen med L 12 mm og Dmaks = 0,4 mm. Fig. 2 til 7 viser kurver vedrørende variasjonen av visse egenskaper for betongen ifølge oppfinnelsen, som en funksjon av forskjellige parametre

(fibermengde, fiberlengde, forholdet vann/sement, forholdet superplastiserende middel/sement, etterbehandlingstemperatur).

Det fremgår at:

- den beste prosentuelle andel av fibre vedrørende bøyningsfasthet er ca. 3,5 (volum), - den beste prosentuelle andel av fibre vedrørende bruddenergien er på mellom ca. 2,0 og ca. 2,5,

det beste forhold vann/sement er på mellom ca. 0,16 og ca. 0,18,

- det beste forhold plastiserende middel (tørrstoff)/sement er på ca. 1,8 % når det anvendes polyakrylat, - den beste behandlingstemperatur er på mellom ca. 80°C og 90°C.

Oppfinnelsen vil ytterligere bli illustrert nedenfor ved hjelp av noen eksempler:

EKSEMPEL I

En typisk blanding for tilberedelse av en betong ifølge oppfinnelsen er gitt i tabell III nedenfor:

Silisiumet er hovedsakelig silikarøk eller -damp (18 m lg).

Stålfibrene er rette og glatte.

Bestanddelene kan bli blandet, støpt og vibrert i likhet med bestanddelene av vanlig betong, til tross for den lille prosentuelle andel av vann i forhold til sement.

Bøyningsfastheten og bruddenergien er avhengig av.den prosentuelle flberan-del. Fig.- 8 viser oppførselen av en slik betong sammenlignet med oppførselen av en vanlig mørtel, i et forsøk ved trepunktsbøyning av skårne prøvestykker. Betongen ifølge oppfinnelsen viser en stor deformeringsfase etterfulgt av en gradvis utflatning. Den maksimale strekkspenning er to ganger større enn strekkspenningen ved den første rissdannelse (50 MPa resp. 25 MPa). Ned-bøyningén ved maksimal spenning er tilnærmet ti ganger større enn nedbøy-ningen ved begynnelsen av den første mikrorissdannelse.

Fig. 9 viser resultater som har blitt oppnådd under bøyningsforsøk rettet mot skårne prøvestykker på 4 cm x 4 cm x 16 cm. Bruddenergien som er propor-sjonal med den flate som befinner seg under kurven, er typisk på 30 000 j/m<2 >for en betong ifølge oppfinnelsen, mens den er mindre enn 100 j/m<2> for en vanlig betong.

Betongen ifølge oppfinnelsen kan bli benyttet for konstruksjonselementer uten passiv armering.

I vanlig betong er det nødvendig å anbringe vanlige armeringer nær alle sideoverflater i en avstand som også blir kalt overdekning, som vanligvis er på mellom 1 og 5 cm men aldri større enn 10 cm. Denne nødvendighet fører til at sideflatene for betongstykkene vanligvis er plane og regulære eller mer sjelden har en enkel krumning og nesten aldri har en dobbelt krumning.

Betongen ifølge oppfinnelsen kan bli benyttet uten vanlig armering, og det er mulig å fremstille tynnere stykker med stor formfrihet. Nødvendigheten av å anordne armering i. de vanlige betonger i hver retning, så vel som disses minimumsoverdekning på to sider, fører til en minimal tykkelse på 7 cm for stykker som støpes horisontalt, og 12 cm for stykker som støpes vertikalt så som vegger og skjermer. Med betongen ifølge oppfinnelsen er den minimale tykkelse av stykker som støpes horisontalt på 8 mm, og den minimale tykkelse for stykker som støpes vertikalt er på 20 mm. Denne fordel muliggjør oppnåelse av betydelige materialbesparelser.

Den formfrihet som oppnås ved betongen ifølge oppfinnelsen muliggjør fremstilling av stykker med komplisert form som har et bedre arkitektonisk utseende. Denne formfrihet muliggjør likeledes en bedre fordeling av materialet til steder hvor det er strengt nødvendig for styrken. Dette representerer en meget stor materialbesparelse.

Materialbesparelsen som muliggjøres ved oppfinnelsen blir ytterligere for-øket for. stykker hvor egenvekten representerer en stor bestanddel av de totale laster.

Betongen ifølge oppfinnelsen kan likeledes bli benyttet for forspente elementer uten passiv armering.

For en forspent bjelke fører bruken av betongen ifølge oppfinnelsen til en materialbesparelse i et forhold som er på minst 2,5.

Bruken av vanlig forspent betong nødvendiggjør anvendelse av vanlige armeringer langs stykkenes utside, såvel som armeringsforsterkninger i forankringssonene for forspenningselementene såsom tråder, spenntau eller kabler. Dette er tilfellet dersom det dreier seg om betong som er forspent ved etterstrekking (stenger i rør eller mantler, smurte enkelttau i rør; kabler i rør, hvor kabelen utgjøres av en montasje av tråder eller tauer) eller forspent betong ved forhåndsstrekking (vedheftende tråd; vedheftende tau).

Bruken av betongen ifølge oppfinnelsen er spesielt interessant for forspente stykker fordi den tillater en besparelse vedrørende alle vanlige armeringer innbefattet de som er gjort nødvendige ved nærværet av de forspenningsele-menter. De nevnte spredningskrefter eller belastninger av forspenningen ved bjelkehodene frembringer strekkspenninger og skjærspenninger som i stor grad overskrider styrken av vanlig betong og som derfor må bli opptatt av armeringer. Derimot er styrken og duktiliteten av betongen ifølge oppfinnelsen tilstrekkelig til opptagelse av belastningene uten vanlige armeringer.

Eksempel II

En T-bjelke blir støpt med én betongblanding med den følgende sammensetning (fibermengde: 2,6 volumprosent).

Forsøksbjeiken har et T-formet tverrsnitt, en total lengde på 10 m og en høyde på 0,34 m (Fig. 10). Den øvre bæredel har en bredde på 0,15 rn og steget har en tykkelse på 0,06m (Fig. 11).

Forspenningen blir skaffet ved hjelp av to spenntau Tl5 med et tverrsnitt på 139 mm<2>. Stålets elastisitetsgrense er på 1 525 MPa og den garanterte bruddspenning er på 1 730 MPa. Bjelken innbefatter ingen passiv armering.

Spenntauene har blitt trukket til 90 % av sin elastisitetsgrense før betong-støpingen av bjelken. Avspenningen og avskjæringen av bjelken ble utført 4 dager etter betongstøpingen. Tilbaketrekningen eller krympingen av spenntauene var gjennomsnittlig på 1,6 mm, noe som tilsvarer en forankrings-lengde på ca. 0,70 m.

Ved en alder på 7 dager tillot en vanndampbehandling opprettholdelse av en betongtemperatur på 80°C i fem dager. I øyeblikket for overføringen av forspenningen var bøyestrekkfastheten av betongen 22 MPa. Bjelken ble belastet i 21 dager. Ved denne alder var trykkfastheten 170 MPa målt på sylinderen, bøyestrekkfastheten var på 42 MPa og elastisitetsmodulen var på 50 GPa.

Vertikale laster ble påført ved hjelp av 8 jekker som var anordnet med jevne mellomrom (Fig. 12). En flate av bjelken var malt for å lette en visuell fast-slåelse av sprekkdannelsen. Lastene ble påført ved hjelp av lagre med nedbøyningsavlastning eller -opphevning midt på bjelken og på under-støtningen eller opplagringen som kontroll.

Bjelken ble belastet til 82 kNm og deretter helt avlastet. Ingen permanent nedbøyning kunne ses. Under den annen belastning, inntraff det en sprekk-dannelse for et bøyemoment på 122 kNm (Fig. 13). Sprekker med liten åpning (0,1 - 0,2 mm) var ganske ensartet fordelt for hver 0,30 m på den sentrale tredjedel av bjelken.

I denne belastningstilstand er den teoretiske strekkspenning i den nedre fiber i det snitt som ikke er sprukket, på 39 MPa (Fig. 14) og trykkspenningen i den øvre fiber er på 49 MPa.

Belastningen har blitt øket til i nærheten av yttergrensen. Da momentet nådde 147 kNm ble det utviklet tre store sprekker i det sentrale parti. Bruddet av bjelken inntraff ved brudd av spenntauene under en belastning på 157 kNm.

Ingen sprekk på grunn av en skjærkraft ble observert under den maksimale skjærspenning på 3,5 MPa. Det samme var tilfellet i kraftspredningssonene nær støttene.

Betongen ifølge oppfinnelsen bekreftet sin kapasitet til å oppta sekundære strekkrefter uten å sprekke.

Den primære bøyningssprekkdannelse ble observert ved et meget høyt strekkspenningsnivå. Bjelkens oppførsel etter sprekkingen er karakterisert av en styrkeøkning på 32 % og ved utvikling av en stor etterelastisk nedbøyning.

Fraværet av passive armeringer muliggjør dessuten at de forskalingsformer som er best egnet eller tilpasset til opptagelse av krefter i de forskjellige seksjoner, kan beholdes. Dette fører til ytterligere forbedringer av effektivi-teten av materialet ifølge oppfinnelsen.

EKSEMPEL III

Fig. 15 viser et tverrsnitt gjennom en brobelegning eller -kledning av betong som er angitt i tabell IV, og Fig. 16 viser et tverrsnitt gjennom en tilsvarende vanlig brobelegning, idet de to brobelegninger har de samme ytelser.

Bredden av brobelegningen er på 15,50 m øverst, 5,24 m nedentil og høyden er på 5 m.

Betongvolumet målt i m per m av brobelegningen er på 0,23 i det første tilfellet og 0,67 i det annet tilfellet.

EKSEMPEL IV

Den nedennevnte fremgangsmåte blir benyttet for å støpe en fagverksbjelke som utgjøres av sylindriske membraner med en lengde på 5 m og en diameter på 0,4 m. Volumet av elementet (uten armering) er på 0,63 m<3>. Bjelken blir forspent ved etterstrekking etter montasje.

De mekaniske egenskaper for den oppnådde betong er som følger:

Denne betong kan oppnås med de vanlige mørtelaktivatorer ifølge en teknikk som fortrinnsvis er som følger:

1) Innføring av tørre bestanddeler ( bortsett fra fibre) i aktivatoren.

Først blir sanden innført, deretter de finere elementer og til slutt sementen; Det blandes i 30 til 90 sekunder.

2) Innføring av vannet og det superplastiserende middel i aktivatoren.

Det superplastiserende middel og vannet blir blandet og denne blanding blir spredd i aktivatoren. Det blandes i 4 til 7 minutter avhengig av aktivatorens effektivitet.

3) Innføring av fibre i mørtelaktivatoren.

Fibrene innføres i aktivatoren i et minutt og betongen vibreres for å skille fibrene.

Mørtelaktiveringsoperasjonen blir avsluttet to til tre minutter etter avslutningen av innføringen av fibrene.

Den samlede mørtelaktiveringstid varierer fra syv til tolv minutter.

Betongen ifølge oppfinnelsen kan således bli aktivert ifølge den samme fremgangsmåte og med det samme utstyr som vanlig betong, men aktive-ringstiden er multiplisert med ca. 5.

Bjelken støpes vertikalt med utvendig vibrasjon på vanlig måte.

Avformingen finner sted 18 timer etter størkningen og bjelken oppbevares i et klimakammer med en relativ fuktighet på 90 % og en temperatur på 20°C i syv dager. En varmebehandling ved 90°C utføres i 24 timer ved hjelp av dampstråler. Bjelken er da ferdig for å settes på plass og utførelse av forspenningsoperasj onene.

EKSEMPEL V - Karakterisering av sluttdeformasjonen ved strekk av materialet.

Forsøket blir utført med et prismatisk prøvestykke med en lengde på 60 cm og et tverrsnitt på 4 ganger 5 cm, som er underkastet et firepunkts-bøyefor-søk. Den oppstilling som blir benyttet for fremstilling av prøvestykker er som følger (i vektdeler):

Det prismatiske prøvestykke blir vibrert på bordet i en tett treform og overflatebehandlet med en murslev. Avformingen finner sted 16 timer etter støpingen. Betongen ifølge oppfinnelsen blir da underkastet en varmebehandling ved 90°C inntil den blir utsatt for omgivelsesluften på prøvedagen.

Firepunkts-bøyeforsøket blir utført idet prøvestykket blir avstøttet på to sylindre med en innbyrdes avstand på 50 cm. Lasten blir påført ved hjelp av to sylindre. som befinner seg 10 cm fra midtpartiet. Sammenstillingen er ledd-forbundet for unngåelse av enhver parasittkraft. Bøyningsspenningen blir antatt'å være konstant over 20 cm ved prøvestykkets midtparti.

Belastningen er progressiv og deformasjonen blir målt på den øvre fiber (sammentrykning) og den nedre fiber (strekk) av prøvestykket ved hjelp av deformasjonsmålere. Oppførselen av betongen ifølge oppfinnelsen er vist på

Fig. 17. Det målte resultat blir sammenlignet med resultatet av en vanlig betong i den følgende tabell:

Oppfinnelsen er ikke begrenset av de utførelsesformer som har blitt beskrevet ovenfor.

Claims

Sammensetning av betong med metallfibre som skal blandes for oppnåelse av et betongelement etter herding, idet denne sammensetning hovedsakelig utgjøres av en blanding av Portlandsement, sandkorn, bestanddeler som har en puzzolanisk reaksjon med sement, metallfibre, et spredingsmiddel, eventuelle tilsetningsstoffer, og vann,karakterisert ved at hovedandelen av sandkornene, dvs. minst 90 % (vekt) av sandkornene, har en maksimal kornstørrelse D som høyst er på 800 nm, at hovedandelen av metallfibrene, dvs. minst 90 % (vekt) av metallfibrene, har en individuell lengde 1 på mellom 4 mm og 20 mm, at forholdet R mellom den gjennomsnittlige lengde L av fibrene og den maksimale størrelse D av de kornformede elementer er på minst 10, at volumet av hovedandelen av metallfibrene er på mellom 1,0 % og 4,0 % av volumet av betongen etter herdingen, og at sammensetningen for 100 deler (vekt) sement inneholder minst 60 deler (vekt) sandkorn med en maksimal kornstørrelse D på høyst 800 nm, og minst 10 deler (vekt) metallfibre med en individuell lengde (1) på mellom 4 mm og 20 mm.
2. Sammensetning ifølge krav 1,karakterisert ved at hovedandelen av sandkornene representerer minst 95 % (vekt) av sandkornene.
3. Sammensetning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at den omfatter et knust kvartspulver.
4. Sammensetning ifølge et av kravene 1-3,karakterisert ved at volumet av hovedandelen av metallfibrene er på 2 % til 3 % av volumet av betongen etter størkningen.
5. Sammensetning ifølge krav 4,karakterisert ved at volumet av hovedandelen av metallfibre er ca. 2,5 % av volumet av betongen etter størkningen.
6. Sammensetning ifølge et av kravene 1-5,karakterisert ved at den maksimale størrelse D er på høyst 600 nm.
7. Sammensetning ifølge krav 6,karakterisert ved at den maksimale størrelse D er på høyst 400 um.
8. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at den individuelle lengde er på mellom 8 mm og 16 mm.
9. Sammensetning ifølge krav 8,karakterisert ved at 1 er på mellom 10 mm og 14 mm.
10. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at hovedandelen av metallfibrene har en diameter som er på mellom 80 um °g 500 um.
11. Sammensetning ifølge krav 10,karakterisert ved at metallfibrene har en gjennomsnittlig diameter på mellom 100 um og 200 um.
12. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at den maksimale størrelse av hovedandelen av sandkornene er høyst på 500 um, og at hovedandelen av metallfibrene har en største lengde på 10 mm.
13. ' Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at forholdet R er på minst 20.
14. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at den prosentuelle andel (vekt) av sprednings-middelet (tørrstoff) i forhold til vekten av sement er på minst 0,5, . fortrinnsvis på minst 1,2.
15. Sammensetning ifølge krav 14, karakterisert ved at den prosentuelle andel (vekt) av spredningsmiddel (tørrstoff) i forhold til vekten av sement er ca. 1,8.
16. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at portlandsementen er en sement CP A PMES, HP, HPR eller HTS.
17. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at metallfibrene er fibre av den gruppe som utgjøres av stålfibre, rustfrie stålfibre og fibre av stål eller rustfritt stål som er kledd med et metall som ikke inneholder jern, såsom kobber, sink og andre ikke-jernholdige metaller.
18. ' Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at de bestanddeler som har en puzzolanisk reaksjon med sement har en gjennomsnittlig kornstørrelse som er mindre enn 0,5 um.
19. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert, ved at de bestanddeler som har en puzzolanisk reaksjon med sement omfatter elementer av den gruppe som utgjøres av silika, flyveaske og masovnslagg.
20. Sammensetning ifølge krav 19,karakterisert ved at de bestanddeler som har en puzzolanisk reaksjon med sement omfatter silikarøk.
21. Sammensetning ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at den prosentuelle vektandel vann/sement er på 10 til 30.
22. Sammensetning ifølge krav 21,karakterisert ved at den prosentuelle vektandel vann/sement er på 12 til 20.
23. Sammensetning ifølge krav 1,karakterisert ved at den for 100 vektdeler av Portlandsément omfatter 60 til 150, fortrinnsvis 80 til 130 vektdeler fin sand med en midlere kornstørrelse på mellom 150 og 400 um, 10 til 40, fortrinnsvis 20 til 30 vektdeler amorf silisium med en midlere kornstørrelse som er mindre enn 0,5 (im, 10 til 80, fortrinnsvis 15 til 40 vektdeler metallfibre som har en midlere lengde på mellom 10 og 14 mm, minst 0,5 vektdeler (tørrstoff) av et spredningsmiddel, eventuelle tilsetningsstoffer, og 10 til 30 vektdeler vann.
24. Sammensetning ifølge krav 23,karakterisert ved at den omfatter 13 til 20 vektdeler vann.
25. Sammensetning ifølge krav 23 eller 24,karakterisert ved at den omfatter ca. minst 1,2 vektdeler av et superplastiserende middel.
26. Sammensetning ifølge et av kravene 23-25,karakterisert ved at metallfibrene er fibre av en gruppe som utgjø-res av stålfibre, rustfrie stålfibre, eventuelt kledd med et ikke-jernholdig metall såsom kobber, sink og andre ikke-jernholdige metaller.
27. Sammensetning ifølge et av kravene 23-26,karakterisert ved at den omfatter knust kvartspulver.
28. Betongelement,karakterisert ved at det er fremstilt ved herding av en sammensetning ifølge et av kravene 1-27.
29. Fremgangsmåte til fremstilling av et betongelement ifølge krav 28, karakterisert ved at betongen dampherdes ved en temperatur på mellom 60°C og 100°C etter avslutningen av størkningen, i en periode på 6 timer til 4 dager.
30. Fremgangsmåte ifølge krav 29,karakterisert ved at betongen dampherdes i en periode på 12 til 24 timer.
31. Fremgangsmåte ifølge krav 30,karakterisert ved at betongen herdes ved en temperatur på mellom 70°C jog 90°C.
32. Fremgangsmåte til fremstilling av et betongelement ifølge krav 28, karakterisert ved at betongen herdes ved en temperatur på mellom 60°C og 100°C i en periode på 6 timer til 4 dager fra minst én dag etter begynnelsen av størkningen.
33. Betongelement ifølge krav 28,karakterisert ved at det er fremstil ifølge et av kravene 29 til 32.
34. Betongelement ifølge krav 28 eller 33,karakterisert ved at det er forspent ved forspenning ved hjelp av vedheftende tråder.
35. Betongelement ifølge krav 28 eller 33,karakterisert ved at det er forspent ved forspenning ved hjelp av vedheftende spenntau.
36. Betongelement ifølge krav 28 eller 33,karakterisert ved at det er forspent ved etterspenning ved hjelp av smurte monospenntau anordnet i hylstre eller rør.
37. Betongelement ifølge krav 28 eller 33,karakterisert ved at det er forspent ved etterspenning ved hjelp av kabel eller stav i hylster, idet kabelen utgjøres av en montasje av tråder.
38. Betongelement ifølge krav 28 eller 33,karakterisert ved at det er forspent ved etterspenning ved hjelp av kabel i hylster, idet kabelen utgjøres av spenntau.