SE539878C2 - Förfarande för tillverkning av en flytande spännarmerad betongkonstruktion samt en sådan betongkonstruktion - Google Patents

Abstract

Förfarande för tillverkning av en flytande betongkonstruktion, omfattande stegen att placera åtminstone en första armeringsstång i en form, väsentligen utmed formens längdutsträckning; att fylla formen med betong så att betongen täcker nämnda åtminstone ett flytelement och nämnda åtminstone ena armeringsstång; och att tilllåta betongen att härda. Nämnda åtminstone ena första armeringsstång omfattar ett omagnetiskt material och är spännarmerad.

Description

OMAGNETISK SPÄNNARMERING I FLYTANDE BETONGKONSTRUKTIONER Föreliggande uppflnning hänför sig till flytande betongkonstruktioner såsompontoner, pirar, vågbrytare, färjeklaffar, flytande husplattformar och badplatt-formar.

Uppfinningens tekniska bakgrund Betongkonstruktioner för flytande applikationer är en vanlig komponent i da-gens väg- och vattenbyggnadskonstruktioner och flytande betongkonstruktionerhar varit kommersiellt tillgängliga under nästan hundra år. Bland många konstruk-tioner föreligger pontoner för angöring av båtar, flytande vågbrytare, färjeklaffaroch badplattformar.

Betong har en naturlig draghållfasthetssvaghet. Betongkonstruktioner är där-för beroende av styrkan hos inbäddad armering. Denna armering består normaltav järnstänger och/eller nät med eller utan tillsatta fibrer av stål eller plast. Det fak-tum att varje flytande betongkonstruktion är nedsänkt i vatten medför en stor ut-maning för varje dylik konstruktion eftersom kloridjoner från det omgivande vattnetkommer att penetrera betongen och kan eventuellt komma i kontakt med arme-ringen, och alltså bringa armeringen att korrodera. Korrosion 'leder i sin tur till brotti armeringsstängerna och minskat skydd mot dragpåkänning, vilket till sist resulte-rar i sprickor i betongen. När det beräknade migreringsavståndet för kloridjonernablir lika med betonghöljet uppnås därför produktens tekniska livstid och den måstebytas. lndustristandarden för att förlänga den tekniska livstiden för flytande be-tongkonstruktioner har antingen varit att öka betongens kvalitet, alltså att sänkakloridjonernas transport i betongen, eller att gjuta tjockare skikt av betong mellanvattnet och armeringens yttersta del, dvs. tjockare toppskikt även benämnt betong-hölje. Ökningen av betongens kvalitet ökar även tillverkningskostnaden, medantjockare toppskikt kräver mer betong och leder till klumpigare betongkonstruktionersom ändrar deras flytkarakteristik.

Andra material har föreslagits för att ersätta stål- och järnarmering för attåstadkomma skydd mot korrosion, såsom fibrer av polymer, glas, kol eller aramid.WO 2011/108 941 beskriver ett armeringssystem för betongkonstruktioner, såsompontoner, innefattande armeringsstänger tillverkade av basalt- eller kolfibrer. Ar- 2 meringsstängerna är hopbundna medelst flexibla band till platta paketenheter,som rullas ut i längre längder vid konstruktionsplatsen. En nackdel med sådanaandra material är att de har dålig hållbarhet i betongens starka alkaliska miljö.Även de föreslagna materialens karakteristika med avseende på styrka, krypningoch elasticitet skiljer sig från vad som gäller för metaller.

En annan nackdel med armeringar tillverkade av icke metalliska material i fly-tande betongkonstruktioner är att betongen har visat sig vara sprick- eller brott-känslig i förhållanden med grov sjö på grund av inkommande vågor. Det föreliggerdärför ett behov av att utveckla en förbättrad armering för flytande betongkonstruk-tioner som undanröjer korroslonsproblemen och minimerar erforderlig betong- mängd.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma systemoch förfaranden för förbättring av armeringen vid flytande betongkonstruktioner.

Detta uppnås medelst ett förfarande för tillverkning av en flytande betong-konstruktlon i enlighet med patentkrav 1, innefattande stegen att placera åt-minstone en första armeringsstång i en form, väsentligen utmed formens längdut-sträckning; att fylla formen med betong så att betongen täcker nämnda åtminstoneena armeringsstång; att tillåta betongen härda; och att fästa åtminstone ett flyt-element till betongen för att bilda en flytande betongkonstruktion. Nämnda åt-minstone ena första armeringsstång innefattar ett omagnetiskt material ochspännarmeras före eller efter det att betongen gjutits, och applicerad spänning pånämnda åtminstone ena omagnetiska armeringsstång frisläpps efter det att be-tongen är härdad.

För att tillverka betongkonstruktioner med längre spann, anpassade till speci-fika dimensioner eller krav används ofta spännarmerad betong (förspänd eller ef-terspänd). Förspänd betong gjuts kring stålspännarmeringar - kablar eller stänger- medan de är dragpåverkade. Betongen binds till spännarmeringarna när denhärdar och när spänningen frisläpps överförs den till betongen såsom kom-primering medelst statisk friktion. Efterspänd betong gjuts kring stålspänn-armeringar och tillåts härda före en efterföljande förspänning av spännarme-ringarna medelst till exempel hydrauliska domkrafter som trycker mot den härdadebetongkonstruktionen. När tillräcklig spänning pålagts fastsätts eller fastkilas 3 spännarmeringarna i läge för bibehållande av spänningen efter det att domkrafter-na avlägsnats. Spänning som påläggs betongen efteråt överförs direkt till spänn-armeringarna. Följden blir att det är möjligt att tillverka längre betongkonstruktionermed reducerad tjocklek under bibehållande av hållfasthetsegenskaper vad gällerkomprimering och dragning. Eftersom armeringsstänger tillverkade av stål ellerjärn normalt används i spännarmerad betong så föreligger emellertid alltjämt pro-blemet med korrosion. Ett annat problem som man stöter på vid spännarmering avbetong för flytande betongkonstruktioner är att armeringsstängerna skjuter ut frånformen efter härdningen, vilket således kräver ytterligare toppbeläggningsskikt avbetong för att täckas.

Det har befunnits att genom spännarmering av armeringsstänger tillverkadeav omagnetiskt material, som alltså inte är mottagliga för korrosion såsom metal-liska armeringsstänger, så är det möjligt att uppnå starka flytande betongkonstruk-tioner som kan motstå förhållanden med hård sjö inklusive höga vågor utan attbrytas sönder eller spricka. Följaktligen löser den föreliggande uppfinningen pro-blemet med att skydda armeringen i flytande betongkonstruktioner från korrosionmedan den även medger en avsevärd reduktion av mängden betong under till-verkningen. Den flytande betongkonstruktionens draghållfasthet har även höjtstack vare de resulterande kompressionskrafterna som appliceras av de spännar-merade, omagnetiska armeringsstängerna.

I den föreliggande uppfinningens sammanhang ska termen omagnetisktmaterial tolkas som sådant material som inte alls eller bara negligerbart påverkasav magnetfält. Sekundära deflnitioner på material som ska användas såsom arme-ringsstänger eller -element vid den föreliggande uppfinningen är icke-metalliska,icke-ledande, icke-korrosiva eller liknande ämnen.

Vid en föredragen utföringsform förspänns nämnda åtminstone ena omagne-tiska armeringsstång innan betongen gjuts och den på nämnda åtminstone enaomagnetiska, armeringsstång anbringade spänningen frisläpps efter det att be-tongen är härdad.

Vid en alternativ utföringsform efterspänns nämnda åtminstone ena omagne-tiska armeringsstång efter att betongen väsentligen är härdad och spänningensom anbringas på nämnda åtminstone ena första omagnetiska, armeringsstång bi-behålls. 4 I en föredragen utföringsform innefattar det omagnetiska materialet basalt.Basalt är en allmän (vulkanisk) lavabergart bildad av den snabbt svalnande ba-saltlavan. Den har utmärkta antikorrosiva egenskaper liksom hög draghållfasthet.Armeringsstänger tillverkade av basalt är därför lämpliga att använda i spännar-merade flytande betongkonstruktioner och motstår korrosion.

I en alternativ utföringsform innefattar betongen armeringsfibrer tillverkade avomagnetiskt material. Det omagnetiska materialet innefattar med fördel basalt,plast, polymerer, glas, kol, aramid eller någon kombination av dessa. De omagne-tiska fibrerna som ingår i betongmatrisen ger ett utökat skydd mot sprickbildningunder gjutningen.

I ytterligare en föredragen utföringsform innefattar steget att fästa åtminstoneett flytelement till betongen en förläggning av nämnda åtminstone ena flytelement iformen nära nämnda åtminstone ena armeringsstång före gjutningen av betong.Genom att placera flytelementet i formen före betongens gjutning, så kan betong-konstruktionen vara anpassad att helt eller delvis innesluta flytelementet för attbilda den flytande betongkonstruktionen under gjutningen.

I en fördelaktig utföringsform innefattar förfarandet vidare steget att placeraåtminstone en andra spännarmerad, omagnetisk armeringsstång väsentligen vin-kelrätt mot nämnda åtminstone ena första spännarmerade, omagnetiska arme-ringsstång. Genom att anordna vinkelräta spännarmerade, omagnetiska arme-ringsstänger så kommer den flytande betongkonstruktionens styrka att höjas såväli längdriktningen som i sidoriktningen.

I en andra aspekt hänför sig den föreliggande uppfinningen till en flytandebetongkonstruktion i enlighet med patentkrav 9 och innefattar åtminstone ett flyt-element inbäddat i eller fäst till betongkonstruktionen samt åtminstone en förstaarmeringsstång inbäddad i betongkonstruktionen väsentligen utmed dess längd-riktning, varvid armeringsstången innefattar ett omagnetiskt material och ärspännarmerad. Det omagnetiska materialet innefattar med fördel basalt.

Vid en ytterligare fördelaktig utföringsform är nämnda åtminstone ena omag-netiska armeringsstång förspänd innan betongen gjuts och den på nämnda åt-minstone ena första omagnetiska armeringsstång påförda spänningen är frigivenefter det att betongen är härdad.

Vid en alternativ utföringsform är nämnda åtminstone ena omagnetiska ar- meringsstång efterspänd efter att betongen är väsentligen härdad och den på nämnda åtminstone ena första omagnetiska armeringsstång påförda spänningenbibehålls.

Vid en föredragen utföringsform innefattar betongen armeringsfibrer tillverka-de av omagnetiskt material. Företrädesvis innefattar det omagnetiska materialetfibrer av basalt, plast, polymerer, glas, kol, aramid eller någon kombination därav.

I en ytterligare föredragen utföringsform innefattar den flytande betongkon-struktionen åtminstone en spännarmerad, omagnetisk armeringsstång anordnadväsentligen vinkelrätt mot den första spännarmerade, omagnetiska armerings-stången. l en fördelaktig utföringsform har flytelementet ett väsentligen rektangulärttvärsnitt och betongkonstruktionen har ett väsentligen U-format tvärsnitt, så att denväsentligen omsluter åtminstone tre av flytelementets sidor. Med fördel innefattarden flytande betongkonstruktionen ett flertal spännarmerade, omagnetiska arme-ringsstänger inbäddade i ett hörnområde av betongkonstruktionens U-formadetvärsnitt. Ännu fördelaktigare är att de spännarmerade, omagnetiska armerings-stängerna är inbäddade i varje hörnområde av betongkonstruktionens U-formadetvärsnitt liksom i ändområdet av varje stapel av U-formen.

I ett tredje avseende hänför sig den föreliggande uppfinningen till använd-ningen av omagnetiska, spännarmerad armeringsstänger vid tillverkningen av enflytande betongkonstruktion.

Kort beskrivning av ritningarnaFig. 1 visar i en vy i perspektiv en flytande betongkonstruktion enligt den före-liggande uppfinningen i form av en ponton.Fig. 2 visar i en tvärsnittsvy en flytande betongkonstruktion enligt känd teknik.Fig. 3 visar i en tvärsnittsvy en flytande betongkonstruktion enligt den före- liggande uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Nedan kommer den flytande betongkonstruktionen att beskrivas mer i detalj,varvid hänvisning ges till figurerna. Uppfinningen ska emellertid inte anses varabegränsad till den eller de i figurerna visade utföringsformerna utan kan varierasinom ramen för patentkraven. 6 Fig. 1 visar en vy i perspektiv av en flytande betongkonstruktion enligt den fö-religgande uppfinningen i form av en ponton. Det bör inses att även andra exem-pel på flytande betongkonstruktioner, såsom pirar, vågbrytare, badplattformar, an-göringsbryggor, bryggor, flottar, flytande husplattformar osv., kan tillverkas baseratpå principerna för den föreliggande uppfinningen.

Normalt är pontoner tillverkade genom gjutning av betong kring ett flytele-ment. Flytelementet kan innefatta cellplast eller polymerskum, luftfyllda eller upp-blåsbara behållare eller i princip vilket element som helst som är kapabelt attåstadkomma tillräcklig flytkraft för den slutliga betongkonstruktionen. Det är önsk-värt att pontonen har ett fribord av åtminstone 50 cm i flytande skick, men fribordetkan anpassas till specifika förhållanden eller krav. Antalet flytelement och flytkraf-ten är anpassat till storleken och mängden betong som fordras för pontonen föruppnående av önskat fribord.

I Fig. 2 visas ett tvärsnitt av en ponton 1 enligt känd teknik. Pontonen 1 inne-fattar armeringsstänger 2, normalt tillverkade av stål inbäddade i betongkon-struktionen 3 utmed en längsgående utsträckning av pontonen. l den tvärgåenderiktningen är ett metallnät eller galler 4 inbäddat i betongkonstruktionen 3 för hö-jande av hållfastheten.

Fig. 3 illustrerar ett tvärsnitt av en ponton 10 enligt den föreliggande upp-finningen. Härav framgår att betongen har gjutits för att innesluta ett flytelement(inte visat) runt åtminstone tre av flytelementets sidor. ldealiskt är att betongkon-struktionen 13 är väsentligen upp och nedvänt U-formad, med U-formens staplar14, 15 gående vertikalt nedåt när pontonen 10 flyter i vatten. Med fördel sträckersig staplarna längre än flytelementets sida och alstrar alltså en turbulenskammare,som är fördelaktig för att bryta och dämpa inkommande vågor. Turbulens-kammaren avgränsas av den U-formade betongkonstruktionens 13 staplar ochflytelementets bottensida.

För att armera och förstärka den flytande betongkonstruktionen är ett antalspännarmerade, omagnetiska armeringsstänger 12 inbäddade i betongkonstrukt-ionen 13. Av Fig. 3 framgår att tre armeringsstänger 12 är inbäddade i varje hörn-område 16, 17 av betongkonstruktionen 13 liksom i det på avstånd belägna änd-området 18, 19 av varje stapel hos den U-formade betongkonstruktionen 13.Emellertid är vilket som helst antal armeringsstänger 12 tänkbart vid den förelig- gande uppfinningen. Armeringsstängerna 12 sträcker sig i den flytande betong- 7 konstruktionens 13 längdriktning och förspänns innan betongen gjuts. Spänningenbibehålls medan betongen härdar så att betongen binder till de förspända, omag-netiska armeringsstängerna. När betongen är härdad frisläpps spänningen, vilketresulterar i en överföring av komprimeringskraften från de omagnetiska arme-ringsstängerna 12 till betongkonstruktionen 13. Denna komprimering höjer denarmerade betongkonstruktionens 13 draghållfasthet, vilket gör att den kan motståstarkare krafter utan att spricka eller brytas sönder.

Som ett alternativ till förspänning kan spännarmering av betongkonstruktion-en även uppnås genom efterspänning av de omagnetiska armeringsstängerna.Här placeras armeringsstängerna 13 i gjutformen och betongen tillåts att härda.Efter härdning påförs armeringsstängerna 13 dragkraft, till exempel medelst hyd-rauliska domkrafter. När tillräcklig dragning har applicerats fastkilas eller fastsättsarmeringsstängerna 13 i läge, till exempel medelst lämpliga förankringar, så attpåförd dragkraft bibehålls och överförs till betongkonstruktionen genom statiskfriktion. Båda metoderna för spännarmering av betong inbegrips av den förelig-gande uppfinningen.

Vid en alternativ utföringsform är den flytande betongkonstruktionen 13 till-verkad såsom ett förspänt betongdäck eller skiva anpassad att uppbäras av etteller flera flytelement. Här prefabriceras betongkonstruktionen 13 i enlighet medprincipen för den föreliggande uppfinningen med utnyttjande av spännarmerade,omagnetiska armeringsstänger inbäddade i betongkonstruktionens längsgåenderiktning och fästs därefter till flytelementen. På grund av den höjda drag-hållfastheten tack vare de spännarmerade, omagnetiska armeringsstängerna, såkan däcket göras mycket tunt och med låg vikt. Det prefabricerade förspändabetongdäcket kan fästas på redan existerande flytanordningar, såsom pontoner,pirar, vågbrytare, färjekajer, flottar och badplattformar.

Ett exemplifierande material för de omagnetiska armeringsstängerna är ba-salt, som är en vanlig (vulkanisk) lavabergart bildad av snabbt svalnande ba-saltlava. Den har utmärkta antikorrosiva egenskaper liksom hög draghållfasthet(4,84 GPa), hög elasticitetsmodul (89 GPa) och utmärkt specifik seghet (1790kNm/kg) -tre gånger så hög som den för stål. Basaltarmeringsstängerna är tillver-kade av vridna basaltflbrer eller trådar av önskade längder.

Spännarmerade, omagnetiska armeringsstänger kan även bäddas in i en tvärgående riktning av den flytande betongkonstruktionen, vinkelrätt mot den 8 första uppsättningen av spännarmerade, omagnetiska armeringsstänger 12. Dettakommer att höja den flytande betongkonstruktionens 13 styrka även i den tvärgå-ende riktningen. Även om de spännarmerade, omagnetiska armeringsstängerna i de flytandebetongkonstruktionerna 13 kommer att skjuta ut från betongen efter gjutningen, såundanröjer de anti- eller icke korrosiva egenskaperna hos armeringsstängerna be-hovet av ytterligare toppbeläggningsskikt av betong. Följaktligen kan reduceradmängden betong som behövs för att tillverka pontonen dramatiskt reduceras, istorleksordningen 50 %. Dessutom medger den höjda draghållfastheten hos denflytande betongkonstruktionen, som innefattar spännarmerade, omagnetiska ar- meringsstänger, ytterligare reducering av mängden erforderlig betong.

Claims (18)

1. Förfarande för tillverkning av en flytande spännarmerad betongkonstruktion(13), innefattande stegen: att placera åtminstone en första armeringsstång (12) innefattande basalt i enform, väsentligen utmed formens längdutsträckning; att fylla formen med betong så att betongen täcker nämnda åtminstone enaarmeringsstång (12); att tillåta betongen att härda; och att fästa åtminstone ett flytelement till betongen innan eller efter härdning föratt bilda en flytande betongkonstruktion, kännetecknat av att förfarandet innefattar ett steg att spännarmera nämnda åtminstone ena första armeringsstång.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid nämnda åtminstone ena armerings-stång förspänns innan betongen gjuts och den på nämnda åtminstone ena förstaarmeringsstång (12) anbringade spänningen frisläpps efter det att betongen ärhärdad.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid nämnda åtminstone ena armerings-stång efterspänns efter att betongen väsentligen är härdad och spänningen somanbringas på nämnda åtminstone ena första armeringsstång (12) bibehålls.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, vidare innefattande stegetatt tillsätta armeringsfibrer tillverkade av basalt, plast, polymerer, glas, kol, aramideller någon kombination av dessa till betongen.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, varvid steget att fästa åt-minstone ett flytelement till betongen innefattar förläggning av nämnda åtminstoneena flytelement i formen nära nämnda åtminstone ena armeringsstång (12) före gjutning av betongen.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, varvid steget att fästa åt- minstone ett flytelement till betongen utförs efter att betongen är härdad.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav och vidare innefattandesteget att placera åtminstone en andra förspänd armeringsstång av basalt väsent-ligen vinkelrätt mot nämnda åtminstone ena första spännarmerade armeringsstång(12).

8. Flytande spännarmerad betongkonstruktion (13) innefattande: - åtminstone ett flytelement inbäddat i eller fäst till betongkonstruktionen (13)samt - åtminstone en första spännarmerad armeringsstång (12) inbäddad i bet-ongkonstruktionen (13) väsentligen utmed dess längdriktning, kännetecknad av att armeringsstången (12) innefattar basalt.

9. Flytande betongkonstruktion enligt patentkrav 8, varvid betongen innefattar armeringsfibrer tillverkade av omagnetiskt material.

10. Flytande betongkonstruktion enligt patentkrav 9, varvid det omagnetiska ma-terialet innefattar fibrer av basalt, plast, polymerer, glas, kol, aramid eller någon kombination därav.

11. innefattande åtminstone en andra spännarmerad armeringsstång av basalt anord- Flytande betongkonstruktion enligt något av patentkrav 8 - 10 och vidare nad väsentligen vinkelrätt mot den första spännarmerade armeringsstången (12).

12. Flytande betongkonstruktion enligt något av patentkraven 8 - 11, varvid flyt-elementet har ett väsentligen rektangulärt tvärsnitt och betongkonstruktionen (13)har ett väsentligen U-format tvärsnitt, så att den väsentligen omsluter åtminstone tre av flytelementets sidor.

13. Flytande betongkonstruktion enligt patentkrav 12 och innefattande ett flertalspännarmerade armeringsstänger (12) av basalt inbäddade i åtminstone ett hörn- område (16, 17) av betongkonstruktionens U-formade tvärsnitt.