BE1021496B1

BE1021496B1 - Staalvezel voor het wapenen van beton of mortel, met een verankeringseinde met ten minste twee gebogen secties

Info

Publication number: BE1021496B1
Application number: BE2011/0717A
Authority: BE
Inventors: Ann Lambrechts; Frederik Vervaecke
Original assignee: Nv Bekaert Sa
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2015-12-03
Also published as: US8962150B2; AU2011343412B2; CA2819219C; ZA201303799B; JP2014506223A; SI2652221T1; WO2012080326A3; PT2652221T; CL2013001690A1; CR20130290A; EA025712B1; ES2641065T3; DK2652221T3; HUE037083T2; EP2652221A2; WO2012080326A2; CN103261542A; CO6741171A2; BR112013015232A2; AU2011343412A1

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een staalvezel voor het wapenen van beton of mortel. De staalvezel is voorzien van een middendeel en van een verankeringseinde aan één of beide einden van het middendeel. Het verankeringseinde buigt af van de hoofdas van het middendeel in een afbuigsectie. Het verankeringseinde omvat n gebogen secties, met n gelijk aan of groter dan 2. De uitvinding heeft bovendien betrekking op een betonstructuur die gewapend is met staalvezels volgens de onderhavige uitvinding, en op het gebruik van dergelijke staalvezels voor structurele toepassingen.

Description

Staalvezel voor het wapenen van beton of mortel, met een verankeringseinde met ten minste twee gebogen secties

Beschrijving

Technisch vakgebied [0001] De uitvinding heeft betrekking op staalvezels voor het wapenen van beton of van mortel. De staalvezels zijn voorzien van verankeringseinden die het mogelijk maken om een goede verankering te bekomen wanneer ze worden ingebed in beton of in mortel. De staalvezels zijn voorzien van verankeringseinden met ten minste twee gebogen secties. De staalvezels volgens de onderhavige uitvinding bezitten een goede werking in de gebruiksgrenstoestand (service-ability limit state of SLS) en in de uiterste grenstoestand (ultimate limit state of ULS) wanneer ze worden ingebed in beton of mortel. De uitvinding heeft bovendien betrekking op beton- of mortelstructuren die dergelijke staalvezels bevatten.

Stand der techniek [0002] Beton is een bros materiaal met een lage treksterkte en een beperkt rekvermogen. Om de eigenschappen van beton, zoals treksterkte en rekvermogen, te verbeteren, werd er beton verstevigd met vezels en meer in het bijzonder beton dat verstevigd is door middel van metalen vezels, ontwikkeld.

Het is gekend in de techniek dat de eigenschappen van de vezels, zoals de vezelconcentratie, de vezelgeometrie, en de vezelaspectverhouding een grote invloed uitoefenen op het uiteindelijke gedrag van het gewapende beton.

[0003] Voor wat betreft de vezelgeometrie is het gekend dat vezels die een vorm hebben die verschillend is van een rechte vorm, een betere verankering van de vezels in het beton of in de mortel realiseren. Daarenboven is het bekend dat vezels die niet de neiging hebben om ballen te vormen wanneer ze worden toegevoegd aan of gemengd met beton of mortel, de voorkeur genieten.

Diverse voorbeelden van verschillende vezelgeometrieën zijn gekend in de techniek.

Er bestaan voorbeelden van vezels die voorzien zijn van golvingen, over de volledige lengte of over een deel van hun lengte. Voorbeelden van staalvezels die over hun volledige lengte voorzien zijn van golvingen, worden beschreven in het document WO84/02732. Ook zijn er vezels in de techniek gekend die voorzien zijn van haakvormige uiteinden. Dergelijke vezels worden bijvoorbeeld beschreven in het document US 3,942,955.

Op gelijkaardige wijze bestaan er vezels waarvan het profiel van de dwarsdoorsnede niet constant is over de lengte, zoals vezels die voorzien zijn van dikkere en/of afgeplatte secties.

Een voorbeeld van een staalvezel die voorzien is van dikkere secties is een staalvezel met verdikkingen in de vorm van een spijkerkop aan elke van de uiteinden, zoals beschreven in het document US 4,883,713.

Het Japanse octrooi 6-294017 beschrijft het afplatten van een staalvezel over diens volledige lengte. Het Duitse gebruiksmodel G9207598 beschrijft het afplatten van enkel het middelste deel van een staalvezel voorzien van haakvormige uiteinden. US 4,233,364 beschrijft rechte staalvezels die voorzien zijn van einden die zijn afgeplat en die voorzien zijn van een flens in een vlak dat nagenoeg loodrecht staat op de afgeplatte einden.

Staalvezels met afgeplatte hoekvormige einden zijn gekend uit EP 851957 en EP 1282751.

[0004] Gekende vezels uit de stand der techniek voor het wapenen van beton functioneren zeer goed op de gekende toepassingsgebieden zoals industriële vloeren, spuitbeton, wegconstructies, ...

Het nadeel van tegenwoordig gekende vezels uit de stand der techniek is echter de relatief beperkte performantie in de uiterste grenstoestand (ULS) wanneer er gebruik wordt gemaakt van gematigde vezeldoseringen. Voor meer veeleisende structurele toepassingen, zoals balken en platen, worden hoge doseringen, typisch van 0.5 vol% (40 kg/m3) en hoger en niet uitzonderlijk tot 1.5 vol% (120 kg/m3), gebruikt om de nodige performantie in de uiterste grenstoestand (ULS) te bekomen. Deze hoge doseringen bemoeilijken het mengen en het aanbrengen van het met de staalvezels gewapende beton.

Sommige van de vezels uit de stand der techniek werken helemaal niet in ULS omdat ze breken bij scheurbreedteverplaatsingen (crack mouth opening displacements - CMODs) of scheurbreedtes die lager liggen dan deze die vereist zijn in ULS. Andere vezels, zoals vezels met haakvormige uiteinden, vertonen geen goede werking in ULS omdat ze ontworpen zijn om uitgetrokken te worden.

Beschrijving van de uitvinding [0005] Het is een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in staalvezels voor het wapenen van beton of van mortel, waarmee de nadelen van de stand der techniek kunnen vermeden worden.

[0006] Het is een ander doel om te voorzien in staalvezels die in staat zijn om scheurbreedtes groter dan 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, of zelfs groter dan 3 mm te overbruggen tijdens een driepuntsbuigtest volgens de Europese Standaard EN 14651 (juni 2005).

[0007] Het is nog een ander doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in staalvezels die een goede verankering in beton of mortel vertonen.

[0008] Het is een bijkomend doel om te voorzien in staalvezels die niet de neiging hebben om ballen te vormen wanneer ze toegevoegd worden aan het beton of de mortel.

[0009] Daarenboven is het een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in staalvezels die gunstig kunnen gebruikt worden voor structurele toepassingen waarbij dus staalvezels worden gebruikt in lage tot gemiddelde doseringen, typisch 1 vol% staalvezels of 0.5 vol% staalvezels.

[0010] Bovendien is het nog een ander doel om te voorzien in staalvezels die het mogelijk maken om het kruipgedrag van gescheurd beton te vermijden ofte reduceren.

[0011] Volgens een eerste aspect van de onderhavige uitvinding wordt voorzien in een staalvezel voor het wapenen van beton of mortel.

De staalvezel omvat een recht middendeel en een verankeringseinde aan één of beide einden van het middendeel.

Het middendeel heeft een hoofdas. Het verankeringseinde buigt af van de hoofdas van het middendeel in een afbuigsectie. Het verankeringseinde is verbonden met het middendeel door deze afbuigsectie.

Het verankeringseinde heeft n gebogen secties, met n gelijk aan of groter dan 2.

Wanneer de staalvezel volgens de onderhavige uitvinding zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en wordt geprojecteerd op dit horizontale vlak, bevinden de verticale projecties in dit horizontale vlak van alle n gebogen secties van een verankeringsuiteinde zich langs één zijde van de verticale projectie in dit horizontale vlak van de hoofdas van het middendeel.

[0012] De afbuigsectie heeft een krommingstraal. Bovendien heeft elke gebogen sectie van een verankeringseinde een krommingstraal : de eerste gebogen sectie heeft een eerste krommingstraal, de tweede gebogen sectie heeft een tweede krommingstraal, de derde gebogen sectie (indien aanwezig) heeft een derde krommingstraal, de nde gebogen sectie (indien aanwezig heeft een nde krommingstraal.

[0013] Zoals hierboven gespecificeerd, is een verankeringseinde van een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding voorzien van ten minste n gebogen secties, met n gelijk aan of groter dan 2. In bijzondere uitvoeringsvormen kan een verankeringseinde van een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding meer dan twee gebogen omvatten. In principe is er geen beperking op het aantal gebogen secties van een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding. De meest te verkiezen uitvoeringsvormen hebben echter drie gebogen secties, vier gebogen secties, of vijf gebogen secties.

Gezien de afbuigsectie ook als een gebogen sectie kan beschouwd worden, heeft de staalvezel volgens de onderhavige uitvinding per verankeringseinde n+1 gebogen secties : één afbuigsectie en n gebogen secties. Een staalvezel met twee verankeringseinden heeft dus 2x(n+1) gebogen secties.

[0014] De afbuigsectie verbindt het verankeringseinde aan het middendeel en zorgt ervoor dat het verankeringseinde afbuigt van de hoofdas van het middendeel van de staalvezel. Met “wegbuigen” wordt hier bedoeld het zijdelings wegdraaien ten opzichte van een rechte lijn, dat wil zeggen het zijdelings wegdraaien ten opzichte van de hoofdas van het middendeel van de staalvezel.

[0015] Wanneer een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en wordt geprojecteerd op dit horizontale vlak, bevinden alle verticale projecties in dit horizontale vlak van alle n gebogen secties van een verankeringseinde zich langs één zijde van de verticale projectie in dit horizontaal vlak van de hoofdas van het middendeel.

[0016] Wanneer een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, bevindt er bij voorkeur geen enkele van de verticale projecties van de n gebogen secties op dit horizontale vlak zich op de verticale projectie van de hoofdas of op de verticale projectie van een lijn die zich uitstrekt vanaf de genoemde hoofdas.

Dit betekent dat enkel de verticale projectie op dit horizontale oppervlak van de afbuigsectie ten minste gedeeltelijk gelokaliseerd is in de verticale projectie op het horizontale oppervlak van de hoofdas.

[0017] Met “stabiele positie” wordt de positie bedoeld waarin de staalvezel blijft liggen wanneer hij wordt neergelegd op een horizontaal oppervlak.

[0018] De krommingstraal van de afbuigsectie of van de gebogen secties van een verankeringseinde is bij voorkeur gelegen tussen 0.1 mm en 5 mm, bijvoorbeeld tussen 0.5 mm en 3 mm, en bedraagt bijvoorbeeld 1 mm, 1.2 mm, of 2 mm.

De krommingstralen van de afbuigsectie en van de verschillende gebogen secties van een verankeringseinde van de staalvezel kunnen onafhankelijk van elkaar worden gekozen. Dit betekent dat de straal van de eerste gebogen sectie, van de tweede gebogen sectie, van de derde gebogen sectie, en de krommingstralen van eventuele overige gebogen secties (indien aanwezig) dezelfde of verschillend kunnen zijn.

[0019] Een voorbeeld van een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding omvat een staalvezel die is voorzien van één of twee verankeringsuiteinde(n), waarbij het verankeringsuiteinde of de verankeringsuiteinden voorzien zijn van twee gebogen secties : een eerste gebogen sectie en een tweede gebogen sectie. De tweede gebogen sectie is verbonden met de eerste gebogen sectie. Het verankeringseinde of de verankeringseinden is/zijn verbonden met het middendeel van de staalvezel door middel van de afbuigsectie.

In een eerste voorbeeld is de tweede gebogen sectie onmiddellijk verbonden met de eerste gebogen sectie en is de eerste gebogen sectie onmiddellijk verbonden met de afbuigsectie.

Een alternatief voorbeeld van een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding omvat een staalvezel die is voorzien van één of twee verankeringsuiteinde(n), waarbij het verankeringsuiteinde of de verankeringsuiteinden voorzien zijn van twee gebogen secties : een eerste gebogen sectie en een tweede gebogen sectie. De tweede gebogen sectie is verbonden met de eerste gebogen sectie door middel van een rechte sectie. De eerste gebogen sectie is verbonden met de afbuigesectie door middel van een rechte sectie.

[0020] De lengte van een rechte sectie tussen twee opeenvolgende gebogen secties is bij voorkeur gelegen tussen 0.1 mm en 5 mm, en is bijvoorbeeld gelijk aan 0.5 mm of 2 mm. "Opeenvolgende gebogen secties" betekent gebogen secties die elkaar opvolgen.

[0021] De lengtes van de verschillende rechte secties tussen de afbuigsectie en de eerste gebogen sectie van een verankeringseinde of tussen twee opeenvolgende gebogen secties kunnen onafhankelijk van elkaar gekozen worden. Dit betekent dat de verschillende rechte secties dezelfde of verschillende lengtes kunnen hebben.

Een voorbeeld omvat een staalvezel met rechte secties, waarbij alle rechte secties een lengte hebben van 2 mm.

Een alternatief bijvoorbeeld omvat een staalvezel met een eerste rechte sectie (dat wil zeggen de rechte sectie tussen de afbuigsectie en de eerste gebogen sectie van een verankeringseind) met een lengte van 0.5 mm, een tweede rechte sectie (dat wil zeggen de tweede gebogen sectie en de eerste gebogen sectie van een verankeringseind) met een lengte van 2 mm.

[0022] Een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding kan voorzien zijn van een verankeringseinde aan één einde van het middendeel. Bij voorkeur is een staalvezel voorzien van een verankeringseinde aan beide einden van de staalvezel. In het geval dat de staalvezel is voorzien van een verankeringseinde aan beide einden van het middendeel, kunnen de twee verankeringseinden dezelfde of verschillend zijn.

[0023] Voor een staalvezel met een verankeringseinde aan beide einden van het middendeel, kunnen beide verankeringseinden in dezelfde richting wegbuigen van de hoofdas van het middendeel van de staalvezel (symmetrische vezels).

Als alternatief kan één verankeringseinde wegbuigen (deflecteren) in een welbepaalde richting ten opzichte van de hoofdas van het middendeel van de staalvezel, terwijl het andere verankeringseinde wegbuigt (deflecteert) in de tegengestelde richting ten opzichte van de hoofdas van het middendeel van de staalvezel (asymmetrische vezels).

[0024] Voor een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding zijn het middendeel en het verankeringseinde bij voorkeur gesitueerd in één vlak, of zijn ze nagenoeg in één vlak gesitueerd.

Het andere verankeringseinde, indien aanwezig, kan gesitueerd zijn in hetzelfde vlak of in een ander vlak.

[0025] Een voordeel van staalvezels volgens de onderhavige uitvinding is dat ze niet coaguleren wanneer ze gemengd worden met beton of mortel. Dit resulteert in een homogene verdeling van de staalvezels in het beton of de mortel.

Staalvezels die voorzien zijn van opeenvolgende gebogen secties langs tegengestelde zijden van de hoofdas van het middendeel, of die voorzien zijn van opeenvolgende gebogen secties waarvan er één zich op de hoofdas van het middendeel bevindt, hebben de neiging om tijdens het mengen te coaguleren. Het coaguleren van de staalvezels geeft aanleiding tot een inhomogene verdeling van de staalvezels in het beton.

[0026] De staalvezels volgens de onderhavige uitvinding functioneren bijzonder goed, zowel in gebruiksgrenstoestand (SLS) van een beton- of mortelstructuur, als in ultieme grenstoestand (ULS), wanneer gebruikt in een gematigde of lage dosering, dat wil zeggen een dosering van minder dan 1 vol% of minder dan 0.5 vol%, bijvoorbeeld 0.25 vol%.

[0027] Het is in de techniek bekend dat het verhogen van de hoeveelheid vezels in beton een positieve invloed heeft op de werking van het beton verstevigd met vezels.

Een groot voordeel van de onderhavige uitvinding is dat er een goede performantie wordt bekomen in SLS en in ULS, en dit met matige of lage doseringen van staalvezels. De in het kader van deze uitvinding gebruikte materiaaleigenschap voor het evalueren van de performantie in ULS en in SLS van beton verstevigd met vezels is de residuele buigtreksterkte fRti. De residuele buigtreksterkte wordt afgeleid van de belasting bij een vooraf bepaalde scheurbreedteverplaatsing (CMOD) of doorbuiging (5r).

De residuele buigtreksterktes worden bepaald door gebruik te maken van een driepuntsbuigtest in overeenstemming met de Europese Standaard EN 14651 (hierna verder in deze aanvrage beschreven).

De residuele buigtreksterkte fR,i wordt bepaald bij CMC^ = 0.5 mm (5r,i = 0.46 mm), de residuele buigtreksterkte fRi2 wordt bepaald bij CMOD2 = 1.5 mm (5r,2 = 1.32 mm), de residuele buigtreksterkte îr,3 wordt bepaald bij CMOD3 = 2.5 mm (5r,3 =2.17 mm), de residuele buigtreksterkte fR,4 wordt bepaald bij CMOD4 = 3.5 mm (öR,i = 3.02 mm).

De residuele buigtreksterkte fR,i is de belangrijkste vereiste voor SLS design.

De residuele buigtreksterkte fR3 is de belangrijkste vereiste voor ULS design.

[0028] Voor staalvezels volgens de onderhavige uitvinding - in tegenstelling tot de staalvezels die uit de techniek bekend zijn - is de verhouding tussen de residuele buigtreksterkte fR,3 en de residuele buigtreksterkte fR,i (îr,3 / îr,i) hoog, zelfs wanneer er lage of gematigde doseringen staalvezels worden gebruikt, zoals bijvoorbeeld doseringen die kleiner zijn dan 1 vol% of doseringen die kleiner zijn dan 0.5 vol%, bijvoorbeeld 0.25 vol%.

Voor vezels volgens de onderhavige uitvinding is de verhouding fR,3 / fR,i bij voorkeur groter dan 1, en nog beter groter dan 1.05 of groter dan 1.15, bijvoorbeeld 1.2 of 1.3, wanneer doseringen worden gebruikt die kleiner zijn dan 1 vol% of doseringen die kleiner zijn dan 0.5 vol%, bijvoorbeeld 0.25 vol%.

[0029] Voor beton gewapend met staalvezels volgens de onderhavige uitvinding met een dosering van 0.5 vol%, en waarbij gebruik wordt gemaakt van een C35/45 beton, is de residuele buigtreksterkte fRi3 bij voorkeur groter dan 3.5 MPa, groter dan 5 MPa, of zelfs groter dan 6 MPa, bijvoorbeeld 7 MPa.

[0030] Vezels die uit de stand der techniek bekend zijn, zoals bijvoorbeeld staalvezels met konisch gevormde einden (spijkerkoppen), geproduceerd uit laag-koolstofstaal, werken zeer goed voor het beperken van scheuren tot ongeveer 0.5 mm (SLS). Deze vezels vertonen echter een lage performantie in ULS. Dit type staalvezels breekt bij scheurbreedteverplaatsingen die kleiner zijn dan deze vereist voor ULS.

De verhouding fRj3 / fRi1 is kleiner dan 1 voor gematigde doseringen in een beton met een normale sterkte, bijvoorbeeld een C35/45 beton.

Andere vezels die uit de techniek bekend zijn, zijn vezels met haakvormige einden, zoals bijvoorbeeld gekend uit het document EP 851957, zijn ontworpen om uitgetrokken te worden.

Ook voor dit type vezels is de verhouding fR,3 / fR,i kleiner dan 1 voor gematigde doseringen in een beton met een normale sterkte. MAXIMUM BELASTINGCAPACITEIT Fm - TREKSTERKTE Rm [0031] Een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding, meer bepaald het middendeel van een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding heeft bij voorkeur een hoge maximum belastingcapaciteit Fm. De maximum belastingcapaciteit Fm is de grootste belasting die de staalvezel weerstaat gedurende een trektest. De maximumbelastingcapaciteit Fm van het middendeel is rechtstreeks gerelateerd aan de treksterkte Rm van het middendeel omdat de treksterkte Rm de maximum belastingcapaciteit Fm is gedeeld door de oppervlakte van de oorspronkelijke dwarsdoorsnede van de staalvezel.

Voor een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding ligt de treksterkte van het middendeel van de staalvezel bij voorkeur boven de 1000 MPa en meer bepaald boven de 1400 MPa, bijvoorbeeld boven de 1500 MPa, bijvoorbeeld boven de 1750 MPa, bijvoorbeeld boven de 2000 MPa, bijvoorbeeld boven de 2500 MPa.

De hoge treksterkte van de staalvezels volgens de onderhavige uitvinding maakt het mogelijk dat de staalvezels hoge belastingen kunnen weerstaan.

Een hogere treksterkte resulteert dan ook in een lagere dosering van de vezels. Gebruikmaken van staalvezels die een hoge treksterkte bezitten, is echter enkel betekenisvol indien de staalvezels een goede verankering in het beton bezitten.

REK BIJ DE MAXIMUM BELASTING

[0032] Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm heeft een staalvezel volgens de onderhavige uitvinding, meer bepaald het middendeel van de staalvezel, een rek bij de maximumbelasting, Ag+e, van ten minste 2.5%. Volgens welbepaalde uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding heeft het middendeel van de staalvezel een rek bij de maximum belasting, Ag+e, die groter is dan 2.75%, groter dan 3.0%, groter dan 3.25%, groter dan 3.5%, groter dan 3.75%, groter dan 4.0%, groter dan 4.25%, groter dan 4.5%, groter dan 4.75%, groter dan 5.0%, groter dan 5.25%, groter dan 5.5%, groter dan 5.75%, of zelfs groter dan 6.0%.

[0033] In de context van de onderhavige uitvinding wordt de rek bij de maximumbelasting, Ag+e, en niet de rek bij breuk At gebruikt om de rek van een staalvezel te karakteriseren.

De reden hiervoor is dat zodra de maximumbelasting bereikt is, er een insnoering optreedt van het beschikbare oppervlak van de staalvezel, en hogere belastingen niet langer worden opgenomen.

De rek bij de maximumbelasting, Ag+e, is de som van de plastische rek bij maximale belasting Ag, en van de elastische rek.

De rek bij de maximumbelasting omvat niet de structurele rek As die veroorzaakt kan worden door het golvende karakter van het middendeel van staalvezel (indien aanwezig). In het geval van een gegolfde staalvezel wordt de staalvezel eerst rechtgetrokken alvorens de Ag+e wordt gemeten.

[0034] De hoge mate van rek bij de maximumbelasting Ag+e kan bekomen worden door een welbepaalde spanningsverwijderende of ontlatende behandeling, zoals een thermische behandeling, toe te passen op de staal draden waaruit de staalvezels zullen worden vervaardigd. In dit geval bevindt ten minste het middendeel van de staalvezel zich in een ontlaten toestand.

[0035] Staalvezels met een hoge taaiheid of een hoge rek bij de maximumbelasting verdienen de voorkeur omdat deze vezels niet zullen breken bij CMODs die groter zijn dan 0.5 mm, groter zijn dan 1.5 mm, groter zijn dan 2.5 mm, of groter zijn dan 3.5 mm in de driepuntsbuigtest volgens EN 14651.

VERANKERINGSKRACHT

[0036] Bij voorkeur heeft de staalvezel volgens de onderhavige uitvinding een hoge mate van verankering in het beton of in de mortel.

Door het middendeel van de staalvezels te voorzien van verankeringseinden volgens de onderhavige uitvinding, wordt de verankering van de staalvezels in het beton of in de mortel beduidend verbeterd.

Een hoge mate van verankering zal het uittrekken van de vezels vermijden.

Een hoge mate van verankering, gecombineerd met een hoge rek bij de maximumbelasting, zal het uittrekken van de vezels vermijden, zal vezelbreuk voorkomen, en zal brosse breuken van beton voorkomen.

Een hoge mate van verankering, gecombineerd met een hoge treksterkte, maakt het mogelijk dat een beter gebruik wordt gemaakt van de treksterkte na het optreden van scheuren.

[0037] Staalvezels volgens de onderhavige uitvinding hebben bijvoorbeeld een treksterkte Rm die hoger ligt dan 1000 MPa, en een rek bij maximale belasting Ag+e van ten minste 1.5%, een treksterkte Rm van ten minste 1000 MPa en een rek bij de maximale belasting Ag+e van ten minste 2,5%, een treksterkte Rm van ten minste 1000 MPa en een rek bij de maximale belasting Ag+e van ten minste 4%.

In een voorkeursuitvoeringsvorm hebben de staalvezels een treksterkte Rm van ten minste 1500 MPa en een rek bij maximale belasting Ag+e van ten minste 1.5%, een treksterkte Rm van ten minste 1500 MPa en een rek bij maximale belasting Ag+e van ten minste 2.5%, een treksterkte Rm van ten minste 1500 MPa en een rek bij de maximale belasting Ag+e van ten minste 4%.

In bijkomende voorkeursuitvoeringsvormen hebben de staalvezels een treksterkte Rm van ten minste 2000 MPa en een rek bij de maximale belasting Ag+e van ten minste 1.5%, een treksterkte Rm van ten minste 2000 MPa en een rek bij de maximale belasting Ag+e van ten minste 2.5%, een treksterkte Rm van ten minste 2000 MPa en een rek bij de maximale belasting Ag+e van ten minste 4%.

Vezels met een hoge treksterkte Rm kunnen hoge belastingen weerstaan. Vezels die gekenmerkt worden door een hoge rek bij de maximale belasting Ag+e, zullen niet breken bij CMODs die hoger liggen dan 0.5 mm, hoger dan 1.5 mm, hoger dan 2.5 mm, of hoger dan 3 mm in de driepunts buigtest volgens EN 14651.

[0038] Het middendeel van de staalvezel kan recht of rechtlijnig zijn, of kan golvend of geonduleerd zijn. In het geval dat het middendeel gegolfd of geonduleerd is, wordt de hoofdas van het middendeel gedefinieerd als de lijn die het golvende of ondulerende middendeel op een zodanige wijze snijdt dat de totale oppervlakte van de bovenste golfdelen of ondulaties boven deze lijn dezelfde is als de totale oppervlakte van de golven of ondulaties onder deze lijn.

[0039] De staalvezels, meer bepaald het middendeel kan eender welke dwarsdoorsnede bezitten, zoals een cirkelvormige dwarsdoorsnede, een nagenoeg cirkelvormige dwarsdoorsnede, een rechthoekige dwarsdoorsnede, een nagenoeg rechthoekige dwarsdoorsnede, een ovale dwarsdoorsnede, een nagenoeg ovale dwarsdoorsnede,...

[0040] De staalvezels, en meer bepaald de middendelen van de staalvezels hebben typisch een diameter die gelegen is tussen 0.10 mm en 1.20 mm, bijvoorbeeld gelegen tussen 0.5 mm en 1 mm, beter gelegen tussen 0.7 mm en 0.9 mm. In het geval dat de dwarsdoorsnede van de staalvezel, en meer bepaald van het middendeel van de staalvezel niet rond is, is de diameter gelijk aan de diameter van een cirkel met dezelfde oppervlakte als de dwarsdoorsnede van het middendeel van de staalvezel.

De staalvezel, vertoont typisch een verhouding van de lengte tot de diameter L/D die gelegen is tussen 40 en 100.

De lengte van de staalvezels is bijvoorbeeld 50 mm, 55 mm, 60 mm, of 65 mm.

Met "lengte van een staalvezel" wordt de totale lengte van de staalvezel bedoeld, dat wil zeggen de som van de lengte van het middendeel en van de lengte van het verankeringseinde of van de verankeringseinden.

Het middendeel heeft bij voorkeur een lengte groter dan 25 mm, bijvoorbeeld groter dan 30 mm, groter dan 40 mm, of groter dan 45 mm.

[0041] De staalvezel of een deel van de staalvezel kan afgeplat zijn of kan voorzien zijn van één of meerdere afgeplatte secties. Zo kan bijvoorbeeld het middendeel, een deel van het middendeel, een verankeringseinde, of een deel van verankeringseinde afgeplat zijn of voorzien zijn van één of meerdere afgeplatte secties. Combinaties kunnen eveneens in beschouwing genomen worden.

Indien het middendeel is voorzien van één of meerdere afgeplatte secties, is of zijn de afgeplatte sectie of secties bij voorkeur dicht bij het verankeringseinde of bij de verankeringseinden gelegen, zonder daar echter onmiddellijk naast gelegen te zijn.

[0042] Volgens een tweede aspect wordt er voorzien in een gewapende betonstructuur die een betonstructuur omvat die gewapend is met staalvezels volgens de onderhavige uitvinding. De gewapende betonstructuur kan al of niet gewapend zijn met traditionele wapening (bijvoorbeeld voorgespannen of nagespannen wapening), bovenop de staalvezels volgens de onderhavige uitvinding.

[0043] Voor een gewapende betonstructuur die gewapend is met staalvezels volgens de onderhavige uitvinding, is de verhouding tussen de residuele buigtreksterkte fR,3 en de residuele buigtreksterkte fR,i (fR,3 / fR,i) bij voorkeur groter dan 1, en beter groter dan 1.05, groter dan 1.15, of groter dan 1.2, bijvoorbeeld 1,3. Deze verhouding wordt bekomen met lage doseringen aan staalvezels, bijvoorbeeld een dosering aan staalvezels die kleiner is dan 1 vol%, of een dosering die kleiner is dan 0.5 vol%, of zelfs met een dosering van 0.25 vol%.

[0044] De residuele buigtreksterkte fR,3 van een gewapende betonstructuur waarin gebruik wordt gemaakt van de staalvezels volgens de onderhavige uitvinding, is bij voorkeur groter dan 3.5 MPa, groter dan 4.5 MPa, groter dan 5 MPa, of zelfs groter dan 6 MPa.

[0045] De betonstructuur gewapend met vezels volgens de onderhavige uitvinding, heeft een gemiddelde residuele nascheur-sterkte in ULS die groter is dan 3 MPa, bijvoorbeeld groter dan 4MPa, bijvoorbeeld groter dan 5 MPa, 6 MPa, 7 MPa, 7,5 MPa. Door gebruik te maken van staalvezels volgens de onderhavige uitvinding kunnen betonstructuren gerealiseerd worden met een gemiddelde residuele nascheur-sterkte in ULS die groter is dan 3 MPa of groter dan 4 MPa, en dit door gebruik te maken van C35/45 beton en door gebruik te maken van vezeldoseringen die kleiner zijn dan 1 vol% of zelfs kleiner dan 0.5 vol%.

Volgens de onderhavige uitvinding hebben te verkiezen gewapende betonstructuren een gemiddelde residuele nascheur-sterkte in ULS die groter is dan 5 MPa, gebruik maken van C35/45 beton en van vezeldoseringen di kleiner zijn dan 1 vol% of zelfs kleiner dan 0.5 vol%.

[0046] Het is van belang om op te merken dat gewapende betonstructuren met een gemiddelde residuele nascheur-sterkte in ULS groter dan 3 MPa of groter dan 5 MPa bestaan. Deze gewapende betonstructuren die gekend zijn in de stand der techniek, maken echter gebruik van hoge doseringen aan staalvezels (groter dan 0.5 vol% of groter dan 1 vol%) wanneer gebruik gemaakt wordt van beton met een normale sterkte of van beton met een hoge sterkte, of maakt gebruik van gematigde doseringen van sterke vezels in beton met een hoge sterkte.

[0047] Volgens een derde aspect wordt er voorzien in het gebruik van staalvezels volgens de onderhavige uitvinding voor structurele toepassingen, dat wil zeggen lastendragende betonstructuren.

Korte beschrijving van de tekeningen [0048] De uitvinding zal hierna meer in detail wordt beschreven onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Figuur 1 een illustratie geeft van een trektest (rek-belastingstest) op een staalvezel;

Figuur 2 een illustratie geeft van een driepuntsbuigtest (belasting-scheurbreedtecurve of belastings-doorbuigingscurve);

Figuur 3 een illustratie geeft van een belasting-scheurbreedtecurve;

Figuur 4, 5, 6, en 7 illustraties zijn van een aantal verschillende uitvoeringsvormen van staalvezels volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 8 en 9 illustraties zijn van een aantal verschillende staalvezels die voorzien zijn van verankeringseinden die niet voldoen aan de vereisten van de onderhavige uitvinding;

Figuur 10a, 10b, 10c, 10d en 10e illustraties zijn van een aantal bijkomende uitvoeringsvormen van staalvezels volgens de onderhavige uitvinding, en van een aantal staalvezels uit de stand der techniek.

Manieren voor het uitvoeren van de uitvinding [0049] De onderhavige uitvinding zal hierna worden beschreven aan de hand van welbepaalde uitvoeringsvormen en onder verwijzing naar bepaalde tekeningen, doch de uitvinding is hiertoe niet beperkt en wordt enkel beperkt door de bijgevoegde conclusies. De beschreven tekeningen zijn enkel schematische tekeningen die geen beperkend karakter hebben. In de tekeningen kunnen de afmetingen van bepaalde elementen overdreven en niet op schaal getekend zijn, voor illustratieve doeleinden. De afmetingen en de relatieve afmetingen komen niet overeen met werkelijke praktijktoepassingen van de uitvinding.

[0050] De volgende termen worden enkel voorzien om te helpen bij het begrijpen van de uitvinding. • Maximumbelastingcapaciteit (Fm): de grootste belasting die de staalvezel weerstaat tijdens een trektest; • Rek bij de maximale belasting (%): toename meetlengte van de staalvezel bij maximale belasting, uitgedrukt als percentage van de oorspronkelijke meetlengte; • Rek bij breuk (%): toename van de meetlengte op het moment van breuk, uitgedrukt als percentage van de oorspronkelijke meetlengte; • Treksterkte (Rm): spanning overeenstemmend met de maximale belasting (Fm); • Spanning: kracht gedeeld door de oorspronkelijke oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de staalvezel: • Dosering: hoeveelheid vezels die wordt toegevoegd aan een volume beton (uitgedrukt in kg/m3 of in vol% (1 vol% stemt overeen met 78,50 kg/m3)); • Beton met normale sterkte: beton met een sterkte die kleiner dan of gelijk is aan de sterkte van beton van de C50/60 klassen zoals gedefinieerd in EN206; • Beton met hoge sterkte: beton met een sterkte die groter is dan de sterkte van beton van de C50/60 klassen zoals gedefinieerd in EN206.

[0051] Om de uitvinding te illustreren, wordt een aantal verschillende staalvezels, zowel staalvezels uit de stand der techniek als staalvezels volgens de onderhavige uitvinding, onderworpen aan twee verschillende testen: • een trektest (spannings-rektest); en • een driepuntsbuigtest (belasting-scheurbreedtecurve of een belasting-doorbuigingscurve) [0052] De trektest wordt uitgevoerd bij de staalvezel, meer bepaald op het middendeel van de staalvezel. Als alternatief wordt de trektest uitgevoerd op de draad die wordt gebruikt om de staalvezels te produceren.

De trektest wordt gebruikt om de maximumbelastingcapaciteit Fm van de staalvezel te bepalen en om de rek bij de maximumbelasting Ag+e te bepalen.

De driepuntsbuigtest wordt uitgevoerd op een gewapende balk voorzien van een zaagsnede zoals gespecificeerd in EN 14651.

De test wordt gebruikt om de residuele treksterkten bepalen.

De testen worden respectievelijk geïllustreerd in figuur 1 en figuur 2.

[0053] Figuur 1 is een weergave van een testopstelling 60 voor een trektest (spannings-rektest) van een staalvezel. Met behulp van de testopstelling 60 worden staalvezels getest voor wat betreft de maximumbelastingcapaciteit Fm (breukbelasting), de treksterkte Rm, en de totale rek bij de maximumbelasting Ag+e.

De verankeringseinden (bijvoorbeeld de vergrote of haakvormige einden) van de te testen staalvezels worden eerst weggesneden. Het resterende middendeel 14 van de staalvezel wordt vastgezet tussen twee klemmenparen 62, 63. Via de klemmen 62, 63 wordt een toenemende trekkracht F uitgeoefend op het middendeel 14 van de staalvezel. De verplaatsing of de rek als gevolg van deze toenemende trekkracht F wordt gemeten door de verplaatsing van de grepen 64, 65 van de extensometer te meten. Li is de lengte van het middendeel van de staalvezel en is bijvoorbeeld 50 mm, 60 mm, of 70 mm. l_2 is de afstand tussen de klemmen en is bijvoorbeeld 20 mm of 25 mm. L3 is de meetlengte van de extensometer en bedraagt minimaal 10 mm, bijvoorbeeld 12 mm, bijvoorbeeld 15 mm. Voor een verbeterde greep van de extensometer op het middendeel 14 van de staalvezel kan het middendeel van de staalvezel gecoat of bedekt zijn met een dunne tape teneinde het wegschuiven van de extensometer over de staalvezel te voorkomen. Door middel van deze test wordt een spannings-rekcurve opgenomen.

Het percentage van de totale rek bij de maximumbelasting wordt berekend aan de hand van de volgende formule:

[0054] Met behulp van de opstelling 60 volgens figuur 1, wordt een aantal verschillende draden getest voor wat betreft de maximumbelastingcapaciteit Fm (breukbelasting), de treksterkte Rm, en de totale rek bij de maximumbelasting Ag+e.

Er werden vijf tests per specimen uitgevoerd. Tabel 1 geeft een overzicht van de geteste draden.

Tabel 1

[0055] Staal met een laag koolstofgehalte wordt gedefinieerd als zijnde staal met een koolstofgehalte van maximaal 0.15%, bijvoorbeeld 0.12%; staal met een gemiddeld koolstofgehalte wordt gedefinieerd als zijnde staal met een koolstofgehalte dat gelegen is tussen 0.15% en 0.44%, bijvoorbeeld 0.18%, en staal met een hoog koolstofgehalte wordt gedefinieerd als zijnde staal met een koolstofgehalte dat groter is dan 0.44%, bijvoorbeeld 0.5% of 0.6%.

[0056] Figuur 2 geeft een weergave van de experimentele opstelling 200 van een driepuntsbuigtest. De driepuntsbuigtest wordt uitgevoerd op 28 dagen, in overeenstemming met de Europese Standaard EN 14651, endoor gebruik te maken van een 150 x 150 x 600 mm prismavormig specimen 210. In het midden van de overspanning van het specimen 210 wordt een zaagsnede 212 met een diepte van 25 mm aangebracht door gebruik te maken van een diamanten zaagblad, teneinde de scheur te lokaliseren. De opstelling omvat twee ondersteunende rollen 214, 216 en één belastingsrol 218. De opstelling kan gebruikt worden op gecontroleerde wijze, dat wil zeggen dat er een constante verplaatsingssnelheid (CMOD of doorbuiging) kan gerealiseerd worden. De tests werden uitgevoerd met een verplaatsingssnelheid zoals gespecificeerd in EN 14651. Een belasting-scheurbreedtecurve of een belastings-doorbuigingscurve wordt geregistreerd.

Een voorbeeld van een belasting-scheurbreedtecurve 302 wordt weergegeven in figuur 3.

[0057] De residuele buigtreksterktes îrj (îr,i en fRi3 ) worden bepaald in overeenstemming met EN 14651 en kunnen berekend worden aan de hand van de volgende uitdrukking:

waarbij:

Frj = de belasting overeenstemmend met CMOD = CMOD-ι of δ = δ Rii (i=1,2, 3,4) b = breedte van het specimen (mm) hsp = afstand tussen de punt van de zaagsnede en de bovenzijde van het specimen (mm) L = overspanningslengte van het specimen (mm) [0058] Een aantal uitvoeringsvormen van de staalvezels volgens de onderhavige uitvinding wordt hierna beschreven.

[0059] Een eerste staalvezel 400 wordt weergegeven in figuur 4. Staalvezel 400 is voorzien van een middendeel 402 en twee verankeringseinden 406, 408, één aan elk einde van het middendeel 402. Het middendeel 402 heeft een hoofdas 404. De verankeringseinden 406, 408 buigen weg van de hoofdas 404 in een afbuigsectie 410. In de uitvoeringsvorm die is terug te vinden in figuur 4, buigen beide verankeringseinden van de hoofdas 404 van het middendeel 402 in dezelfde richting weg. Het zal echter voor de vakman duidelijk zijn dat er eveneens uitvoeringsvormen in beschouwing kunnen genomen worden met verankeringseinden die wegbuigen in verschillende richtingen.

Beide verankeringseinden 406, 408 hebben twee gebogen secties : een eerste gebogen sectie 420 en een tweede gebogen sectie 422. De eerste gebogen sectie 420 is verbonden met de afbuigsectie 410 door een eerste rechte sectie 412; de tweede gebogen sectie 422 is verbonden met de eerste gebogen sectie door een tweede rechte sectie 414. De verankeringseinden 406, 408 zijn bovendien voorzien van een derde rechte sectie 416 die verbonden is met de tweede gebogen sectie 422.

De tweede rechte sectie 414 buigt in de gebogen sectie 420 weg in de richting van de hoofdas 404 van het middendeel 402; de derde rechte sectie 416 buigt in de gebogen sectie 422 weg van de hoofdas 404 van het middendeel 402.

Wanneer de staalvezel 400 zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en verticaal geprojecteerd wordt op dit horizontale oppervlak, bevinden de verticale projecties van de eerste gebogen sectie 420 en van de tweede gebogen sectie 422 zich langs één zijde van de verticale projectie op dit horizontale oppervlak van de hoofdas 404 van het middendeel 402 van de staalvezel 400.

Geen van de verticale projecties van de eerste gebogen sectie 420 en van de tweede gebogen sectie 422 is gelokaliseerd op de verticale projectie van de hoofdas 404 van het middendeel 402 van de staalvezel 400.

[0060] Een tweede uitvoeringsvorm van staalvezel 500 volgens de onderhavige uitvinding wordt weergegeven in figuur 5. De staalvezel 500 is voorzien van een middendeel 502 met een hoofdas 504. De staalvezel 500 heeft twee verankeringseinden 506, 508, één aan elk einde van het middendeel 502. Beide verankeringseinden 506, 508 buigen weg van de hoofdas 504 in de afbuigsectie 510. In de uitvoeringsvorm die wordt weergegeven in figuur 5, buigen beide verankeringseinden in tegengestelde richting weg van de hoofdas 504 van het middendeel 502.

Beide verankeringseinden 506, 508 hebben drie gebogen secties : een eerste gebogen sectie 520, een tweede gebogen sectie 522, en een derde gebogen sectie 524. De eerste gebogen sectie 520 is verbonden met de afbuigsectie sectie 510 door middel van een eerste rechte sectie 512; de tweede gebogen sectie 522 is verbonden met de eerste gebogen sectie 520 door middel van een tweede rechte sectie 514; de derde gebogen sectie 524 is verbonden met de tweede gebogen sectie 522 door middel van een derde rechte sectie 516. De verankeringseinden 506, 508 hebben bovendien een vierde rechte sectie 418 die verbonden is met de derde gebogen sectie 524.

De tweede rechte sectie 514, de derde rechte sectie 516, en de vierde rechte sectie buigen allemaal weg van de hoofdas 504 van het middendeel 502, respectievelijk in de eerste gebogen sectie 520, de tweede gebogen sectie 522, en de derde gebogen sectie 524.

Wanneer de staalvezel 500 zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en verticaal geprojecteerd wordt op dit horizontale oppervlak, bevinden de verticale projecties van de eerste gebogen sectie 520, van de tweede gebogen sectie 522, en van de derde gebogen sectie 524 zich langs één zijde van de verticale projectie op dit horizontale oppervlak van de hoofdas 504 van het middendeel 502 van de staalvezel 500.

Geen van de verticale projecties van de eerste gebogen sectie 520, van de tweede gebogen sectie 522, of van de derde gebogen sectie bevindt zich op de verticale projectie van de hoofdas 504 van het middendeel 502 van de staalvezels 500.

[0061] Een derde uitvoeringsvorm van de staalvezel 600 volgens de onderhavige uitvinding wordt weergegeven in figuur 6. De staalvezel 600 heeft een middendeel 602 met een hoofdas 604. De staalvezels 600 is voorzien van twee verankeringseinden 606, 608, één aan elk einde van het middendeel 602. Beide verankeringseinden 606, 608 buigen weg van de hoofdas 604 in de afbuigsectie 610. In de uitvoeringsvorm die is terug te vinden in figuur 6, buigen beide verankeringseinden weg in tegengestelde richtingen van de hoofdas 604 van het middendeel 602. Beide verankeringseinden 606, 608 hebben twee gebogen secties: een eerste gebogen sectie 620 een tweede gebogen sectie 622. De eerste gebogen sectie 620 is verbonden met de afbuigsectie 610 door middel van een eerste rechte sectie 612; de tweede gebogen sectie 622 is verbonden met de eerste gebogen sectie 620 door middel van een tweede rechte sectie 614. De verankeringseinden 606, 608 zijn bovendien voorzien van een derde rechte sectie 616 die verbonden is met de tweede gebogen sectie 622.

De tweede rechte sectie 614 is parallel of nagenoeg parallel georiënteerd aan de hoofdas 604 van het middendeel 602. De derde rechte sectie 624 buigt weg van de hoofdas 604 van het middendeel 602 in gebogen sectie 622.

Wanneer de staalvezel 600 zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en verticaal geprojecteerd wordt op dit horizontale oppervlak, bevinden de verticale projecties van de eerste gebogen sectie 620 en van de tweede gebogen sectie 622 zich langs één zijde van de verticale projectie op dit horizontale oppervlak van de hoofdas 604 van het middendeel 602 van de staalvezel 600.

Geen van de verticale projecties van de eerste gebogen sectie 620 of van een tweed gebogen sectie 622 bevinden zich op de verticale projectie van de hoofdas 604 van het middendeel 602 van de staalvezels 600.

[0062] Figuur 7 is een weergave van een bijkomende uitvoeringsvorm van een staalvezel 700 volgens de onderhavige uitvinding. De staalvezel 700 is voorzien van twee verankeringseinden 706, 708, één aan elk einde van het middendeel 702.

Beide verankeringseinden buigen weg van de hoofdas 704 in afbuigsectie 710.

Beide verankeringseinden 706, 708 hebben twee gebogen secties : een eerste gebogen sectie 712 en van een tweede gebogen sectie 714. De eerste gebogen sectie 712 is rechtstreeks verbonden met de afbuigsectie 710; de tweede gebogen sectie 714 is rechtstreeks verbonden met gebogen sectie 712.

Wanneer de staalvezel 700 zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en verticaal geprojecteerd wordt op dit horizontale oppervlak, bevinden de verticale projecties op dit horizontale oppervlak van de eerste gebogen sectie 712 en van de tweede gebogen sectie 714 zich langs één zijde van de verticale projectie op dit horizontale oppervlak van de hoofdas 704 van het middendeel van de staalvezel 700.

[0063] Figuur 8 en figuur 9 zijn weergaves van twee uitvoeringsvormen van staalvezels die niet voldoen aan de vereisten van de onderhavige uitvinding.

Figuur 8 is een weergave van een staalvezel 800 met een middendeel 802 met een hoofdas 804. De staalvezel 800 heeft twee verankeringseinden 806, 808, één aan elk einde van het middendeel 802. Beide verankeringseinden 806, 808 zijn verbonden met het middendeel door afbuigsectie 810. De verankeringseinden 806, 808 omvatten drie rechte secties : een eerste rechte sectie 812, een tweede rechte sectie 814, en een derde rechte sectie 816. De verankeringseinden 806, 808 omvatten twee gebogen secties : een eerste gebogen sectie 820 en een tweede gebogen sectie 822.

Wanneer de staalvezel 800 zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en verticaal geprojecteerd wordt op dit horizontale oppervlak, bevinden de verticale projecties op dit horizontale oppervlak van gebogen sectie 820 en van gebogen sectie 822 zich langs tegenovergelegen zijden van de verticale projectie van de hoofdas 804 van het middendeel 802 van staalvezel 800.

Een nadeel van dit type staalvezel is dat deze vezels de neiging hebben om tijdens het mengen te coaguleren. De staalvezels blijven in elkaar haken en vormen ballen tijdens het mengen.

Het gevolg is dat de staalvezels niet homogeen verdeeld worden in het beton of in de mortel.

[0064] Figuur 9 is een weergave van een staalvezel 900 met een middendeel 902 met een hoofdas 904. De staalvezel heeft twee verankeringseinden 906, 908, één aan elk einde van het middendeel 902. Beide verankeringseinden 806, 808 zijn verbonden met het middendeel 902 door een gebogen sectie (afbuigsectie) 910. De verankeringseinden 806, 808 omvatten twee gebogen secties : een eerste gebogen sectie 912 en een tweede gebogen sectie 914.

Eerste gebogen sectie 912 is rechtstreeks verbonden met afbuigsectie 910.

Wanneer de staalvezel 900 zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, en verticaal geprojecteerd wordt op dit horizontale oppervlak, bevindt de verticale projectie op dit horizontale oppervlak van gebogen sectie 912 zich langs één zijde van de verticale projectie van de hoofdas 904 van het middendeel 902 van staalvezel 900.

De verticale projectie op dit horizontale oppervlak van gebogen sectie 914 bevindt zich op de verticale projectie van de hoofdas 904 van het middendeel 902 van staalvezel 900.

Een nadeel van dit type staalvezels is dat deze vezels de neiging hebben om tijdens het mengen te coaguleren. De staalvezels blijven in elkaar haken en vormen ballen tijdens het mengen.

[0065] Met behulp van de opstelling 200 uit figuur wordt de performantie van een aantal verschillende staalvezels (FIB1 tot FIB5) in beton getest. Voor de test worden de vezels ingebed in C35/45 beton. De uithardtijd bedroeg 28 dagen.

Een overzicht van staalvezels die werden getest, kan teruggevonden worden in tabel 2. De testresultaten van staalvezels volgens de stand der techniek (FIB1 en FIB5) zijn terug te vinden in tabel 3. De testresultaten van de staalvezels volgens de uitvinding (FIB2, FIB3, FIB4) zijn terug te vinden in tabel 4.

De staalvezels worden gekenmerkt door de lengte van de staalvezels, het type draad waaruit de staalvezels geproduceerd zijn, de diameter van de staalvezel (meer bepaald de diameter van het middendeel van de staalvezel), het aantal rechte secties van het verankeringseinde, de ingesloten hoek tussen de hoofdas van het middendeel en de hoofdas van de eerste rechte sectie, de oriëntatie van de tweede rechte sectie ten opzichte van het middendeel, de ingesloten hoek tussen de hoofdas van de tweede rechte sectie en de hoofdas van het derde rechte sectie, de oriëntatie van de vierde rechte sectie ten opzichte van het middendeel, de ingesloten hoek tussen de hoofdas van de vierde rechte sectie en de hoofdas van de vijfde reekssectie.

De geometrie van de verschillende vezels wordt weergegeven in figuren 10a tot 10e.

Alle geteste vezels 1000 zijn voorzien van verankeringseinden 1002 aan beide einden van het middendeel 1004. FIB1 en FIB5 zijn vezels uit de stand der techniek. FIB1 is een vezel uit laag-koolstofstaal met verankeringseinden met twee rechte secties (figuur 10a). FIB5 is een vezel die aan beide einden voorzien is van een spijkerkop als verankeringseinde (figuur 10e). FIB2, FIB3, FIB4 zijn vezels volgens de onderhavige uitvinding. FIB2 is voorzien van verankeringseinden met 3 gebogen secties en 3 rechte secties (figuur 10b). FIB3 is voorzien van verankeringseinden met 4 gebogen secties en 4 rechte secties (figuur 10c). FIB4 is voorzien van verankeringseinden met 5 gebogen secties en 5 rechte secties (figuur 10d).

[0066] Met de term "ingesloten hoek" wordt de hoek bedoeld die wordt gemaakt door twee rechte secties met een gemeenschappelijk snijpunt. Dit betekent dat de ingesloten hoek tussen de hoofdas van het middendeel en de hoofdas van de eerste rechte sectie wordt gedefinieerd als de hoek die wordt gemaakt door de hoofdas van het middendeel en de hoofdas van de eerste rechte sectie. Op gelijkaardige wijze wordt de ingesloten hoek tussen de hoofdas van de tweede rechte sectie en de hoofdas van de derde rechte sectie gevormd door de hoofdas van de tweede rechte sectie en de hoofdas van de derde rechte sectie.

[0067] De staalvezel 1003 die is terug te vinden in figuur 10a, omvat een middendeel 1004 en een verankeringseinde 1002 aan beide einden van het middendeel 1004. Het middendeel 1004 heeft een hoofdas 1003. De verankeringseinden 1002 buigen af in afbuigsectie 1005. Elk van verankeringseinden 1002 omvat een eerste rechte sectie 1006, een eerste gebogen sectie 1007 en een tweede rechte sectie 1008. De ingesloten hoek tussen de hoofdas 1003 van het middendeel 1004 en de hoofdas van de eerste rechte sectie 1006 wordt aangeduid door middel van α

De tweede rechte sectie 1008 is parallel of nagenoeg parallel aan de hoofdas 1003 van het middendeel 1004.

[0068] De staalvezel 1000 die is terug te vinden in figuur 10b, omvat een middendeel 1004 en een verankeringseinde 1002 aan beide einden van het middendeel 1004. Het middendeel is voorzien van een hoofdas 1003. Elke van de verankeringseinden 1002 buigt af van de hoofdas 1003 van het middendeel 1004 in afbuigsectie 1005. De verankeringseinden omvatten een eerste rechte sectie 1006, een eerste gebogen sectie 1007, een tweede rechte sectie 1008, een tweede gebogen sectie 1009, en een derde rechte sectie 1010. De ingesloten hoek tussen de hoofdas 1003 van het middendeel 1004 en de hoofdas van de eerste rechte sectie 1006 wordt aangeduid door middel van a. De ingesloten hoek tussen de hoofdas van de tweede rechte sectie 1008 en de hoofdas van de derde rechte sectie 1010 wordt aangeduid door middel van β.

[0069] De staalvezel 1000 die is terug te vinden in figuur 10c, omvat een middendeel 1004 en een verankeringseinde 1002 aan beide einden van het middendeel 1004. Het middendeel 1004 heeft een hoofdas 1003. De verankeringseinden 1002 buigen af van de hoofdas 1003 van het middendel 1004 in de afbuigsectie 1005. Elk van de verankeringseinden 1002 heeft een eerste rechte sectie 1006, een eerste gebogen sectie 1007, een tweede rechte sectie 1008, een tweede gebogen sectie 1009, een derde rechte sectie 1010, een derde gebogen sectie 1011, en een vierde rechte sectie 1012. De ingesloten hoek tussen de hoofdas 1003 van het middendeel 1004 en de hoofdas van de eerste rechte sectie 1006 wordt aangeduid door middel van a. De ingesloten hoek tussen de hoofdas van de tweede rechte sectie 1008 en de hoofdas van de derde rechtse sectie 1010 wordt aangeduid door middel van ß.

De tweede rechte sectie 1008 en de vierde rechte sectie zijn parallel of nagenoeg parallel aan de hoofdas 1003 van het middendeel 1004.

[0070] De staalvezel 1000 die is terug te vinden in figuur 10d, omvat een middendeel 1004 en een verankeringseinde 1002 aan beide einden van het middendeel 1004. Het middendeel heeft een hoofdas 1003. Elk van de verankeringseinden 1002 buigt af van de hoofdas 1003 van het middendeel 1004 in afbuigsectie 1005. De verankeringseinden 1002 omvatten een eerste rechte sectie 1006, een eerste gebogen sectie 1007, een tweede rechte sectie 1008, een tweede gebogen sectie 1009, een derde rechte sectie 1010, een derde gebogen sectie 1011, een vierde rechte sectie 1012, een vierde gebogen sectie 1013, en een vijfde rechte sectie 1014. De ingesloten hoek tussen de hoofdas 1003 van het middendeel 1004 en de hoofdas van de eerste rechte sectie 1006 wordt aangeduid door middel van a. De ingesloten hoek tussen de hoofdas van de tweede rechte sectie 1008 en de hoofdas van de derde rechte sectie 1010 wordt aangeduid door middel van ß. De ingesloten hoek tussen de hoofdas van de vierde sectie 1012 en de hoofdas van de vijfde sectie 1014 wordt aangeduid door middel van γ.

De tweede rechte sectie 1008 en de vierde rechte sectie 1012 zijn parallel of nagenoeg parallel aan de hoofdas 1003 van het middendeel 1004.

[0071] De vezel die is terug te vinden in figuur 10e, omvat een middendeel 1004 dat aan beide einden van het middendeel 1004 is voorzien van verankeringseinden 1002. De verankeringseinden 1002 omvatten spijkerkoppen.

Tabel 2

α = ingesloten hoek tussen de hoofdas van het middendeel en de hoofdas van de eerste rechte sectie β = ingesloten hoek tussen de hoofdas van de tweede rechte sectie en de hoofdas van dé derde rechte sectie Y = Ingesloten hoek tussen de hoofdas van de vierde rechte sectie en de hoofdas van de vijfde rechte sectie

Tabel 3

Tabel 4

[0072] Uit tabel 3 en tabel 4 kan worden afgeleid dat de verhouding fru/ffu van de vezels uit de stand der techniek (FIB1 en FIB5) kleiner is dan 1, terwijl de verhouding îr,3/ îr,i van de staalvezels volgens de onderhavige uitvinding (FIB2, FIB3, FIB4) groter is dan 1.

De residuele buigtreksterktes îr,i , îr,2, îr,3 van de vezels uit de stand der techniek (FIB1 en FIB5) zijn laag, dat wil zeggen beduidend lager dan de residuele buigtreksterktes fR,i , fR,2, îr,3 van de vezels volgens de uitvinding (FIB2, FIB3, FIB4).

Wanneer men een vergelijking doorvoert van de staalvezels volgens de onderhavige uitvinding (FIB2, FIB3, FIB4) wanneer er gebruik wordt gemaakt van een dosering van 40 kg/m3, met de staalvezels uit stand der techniek (FIB1 en FIB5) wanneer er gebruik wordt gemaakt van een dosering van 40 kg/m3, ziet men dat de residuele buigtreksterktes fR,i , fR,2l fR,3 van de staalvezels volgens de onderhavige uitvinding beduidend hoger zijn dan die van de vezels uit stand der techniek.

[0073] De staalvezel FIB3 werd getest in twee verschillende doseringen: 20 kg/m3 en 40 kg/m3. Zelfs wanneer er een vezeldosering werd gebruikt van 20 kg/m3, is de verhouding fR,3 / fR,i groter dan 1. Dit geeft aan dat dergelijke staalvezels zich gedragen zoals traditioneel wapeningstaal (spannings-rek gebaseerd in plaats van spanning-scheurbreedte gebaseerd).

[0074] Wanneer men een vergelijking doorvoert van de staalvezels FIB2, FIB3, en FIB4 kan men concluderen dat de residuele buigtreksterktes fR,i, fR,2, fR,3 toenemen wanneer het aantal rechte secties toeneemt van 3 naar 4.

Ook de verhouding fR,3 / fRii neemt toe wanneer het aantal rechte secties toeneemt van 3 naar 4.

Door het aantal rechte secties op te drijven van 4 naar 5, nemen de residuele buigtreksterktes fR,i , fR2, fru en de verhouding fR,3 / îr,i niet verder toe.

Het is verrassend om vast te moeten stellen dat staalvezels met verankeringseinden met vier rechte secties de beste performantie vertonen.

[0075] Wanneer de staalvezels uit tabel 2 worden onderworpen aan een uittrektest om de verankeringskracht te bepalen, vertoont de staalvezel FIB3 (met vier rechte secties) de beste verankering in beton.

[0076] Bij wijze van voorbeeld kunnen staalvezels volgens de uitvinding als volgt worden geproduceerd.

Het basismateriaal is een draad met een diameter van bijvoorbeeld 5.5 mm of 6.,5 mm, en met een staalsamenstelling met een minimum koolstofgehalte van bijvoorbeeld 0.50% op gewichtsbasis (gew%), bijvoorbeeld groter dan of gelijk aan 0.60 gew%, met een mangaangehalte dat gelegen is tussen 0.20 gew% en 0.80 gew%, en met een siliciumgehalte dat gelegen is tussen 0.10 gew% en 0.40 gew%. Het zwavelgehalte bedraagt maximum 0.04 gew% en het fosforgehalte bedraagt maximum 0.04 gew%.

Een typische staalsamenstelling omvat 0.725% koolstof, 0.550% mangaan, 0.250% silicium, 0.015% zwavel, en 0.015% fosfor.

Een alternatieve staalsamenstelling omvat 0.825% koolstof, 0.520% mangaan, 0.230% silicium, 0.008% zwavel, en 0.010% fosfor.

De draad wordt in een aantal stappen koudgetrokken tot de uiteindelijke diameter gelegen is tussen 0.20 mm en 1.20 mm.

Om de staalvezel zijn hoge rek te verlenen op het moment van breuk en bij de maximumbelasting, kan de aldus getrokken draad ontlaten worden, bijvoorbeeld door de draad door een hoogfrequente of middenfrequente inductiespoel te leiden waarvan de lengte is aangepast aan de snelheid waarmee de draad bewogen wordt. Er werd vastgesteld dat een thermische behandeling bij een temperatuur van ongeveer 300°C, gedurende een welbepaalde periode resulteerde in een reductie van de treksterkte van ongeveer 10%, zonder de rek bij breuk en de rek bij de maximum belasting te vergroten. Door de temperatuur enigszins op te drijven, tot boven 400 °C, werd er een bijkomende daling van de treksterkte waargenomen en tegelijkertijd een toename van de rek op het moment van de breuk en een toename van de rek bij de maximumbelasting.

[0077] De draden kunnen al of niet gecoat zijn met een corrosiebestendige coating zoals een zink of een zinklegering coating, meer bepaald een zink-aluminium-coating of een zink-aluminium-magnesium-coating. Voorafgaand aan het trekken of gedurende het trekken kunnen de draden eveneens gecoat worden met een coating uit koper of uit een koperlegering, teneinde de trekbewerking te vergemakkelijken.

[0078] De ontlaten draden worden vervolgens op de voor de staalvezels gepaste lengtes gesneden en aan de einden van de staalvezels wordt de gepaste verankeringsvorm of verdikking aangebracht. Het snijden en het vormen van de haken kan eveneens uitgevoerd worden in één en dezelfde bewerkingstap door gebruik te maken van aangepaste rollen.

[0079] De aldus bekomen staalvezels kunnen al of niet samengelijmd worden in overeenstemming met US-A-4,284,667.

[0080] Daarenboven of als alternatief kunnen de bekomen staalvezels samengevoegd worden tot een pakket, zoals bijvoorbeeld een kettingpakket of een riemvormig pakket. Een kettingpakket wordt bijvoorbeeld beschreven in het document EP-B1-1383634; terwijl een riemvormig pakket wordt beschreven in de Europese octrooiaanvrage met aanvraagnummer 09150267 op naam van de onderhavige aanvrager.

Claims

Conclusies

1. Staalvezel voor het wapenen van beton of mortel, waarbij de genoemde staalvezel een recht middendeel omvat alsook een verankeringseinde aan één of beide einden van het genoemde middendeel, waarbij het middendeel is voorzien van een hoofdas, waarbij het verankeringseinde verbonden is met het middendeel door een afbuigsectie, waarbij het verankeringseinde afbuigt van de hoofdas van het middendeel in deze afbuigsectie, waarbij het verankeringseinde n gebogen secties omvat, met n gelijk aan of groter dan 2, waarbij de genoemde staalvezel, wanneer hij zich in een stabiele positie bevindt op een horizontaal oppervlak, waarbij een verticale projectie op het genoemde horizontale oppervlak wordt gedefinieerd, en wanneer er een verticale projectie wordt uitgevoerd op het genoemde horizontale oppervlak, de verticale projecties van alle n gebogen secties van het verankeringseinde zich langs één zijde bevinden van de verticale projectie van de genoemde hoofdas.
2. Staalvezel volgens conclusie 1, waarbij, in de verticale projectie op het horizontale oppervlak, de verticale projectie van geen van de genoemde n gebogen secties gelegen is op de verticale projectie van de genoemde hoofd as of op de verticale projectie van een lijn die zich uitstrekt vanaf de genoemde hoofdas.
3. Staalvezel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het genoemde middendeel van de staalvezel een treksterkte Rm heeft van ten minste 1000 MPa.
4. Staalvezel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het middendeel een rek bij de maximale belasting Ag+e vertoont van ten minste 2.5%.
5. Staalvezel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de staalvezel zich in ontlaten toestand bevindt.
6. Staalvezel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het middendeel van de staalvezel is voorzien van ten minste één afgeplatte sectie.
7. Staalvezel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het middendeel van de staalvezel een diameter heeft die gelegen is tussen 0.1 mm en 1.20 mm.
8. Staalvezel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de staalvezel een verhouding heeft van de lengte tot de diameter L/D die gelegen is tussen 40 en 100.
9. Betonstructuur die gewapend is met staalvezels volgens één of meer der conclusies 1-7.
10. Betonstructuur volgens conclusie 13, waarbij de residuele buigtreksterkte fR,3 gedeeld door de residuele buigtreksterkte fRti (fR,3 / fpu) groter is dan 1, bij een dosering aan de genoemde staalvezels die kleiner is dan 1 vol%.
11. Betonstructuur volgens conclusie 13 of conclusie 14, waarbij de residuele buigtreksterkte fR,3 groter is dan 5 of zelfs groter dan 6, bij een dosering aan de genoemde staalvezels die kleiner is dan 1 vol%.
12. Toepassing van staalvezels volgens één der conclusies 1-8 voor structurele toepassingen.