Vurdering av basalt- og stålfibres effekt og mekaniske egenskaper i jetpeler

Abstract

Denne masteroppgaven er en eksperimentell studie av en selvkomprimerende konstruksjonsbetong (styrkeklasse B35) med antiutvaskingsegenskaper armert med enten basaltfiber (monofilament) eller stålfiber. Formålet med oppgaven har vært å undersøke fibrenes effekter på blant annet betongens ferskegenskaper, som eksempelvis synk og synkutbredelse, samt mekaniske egenskaper i herdet tilstand, hovedsakelig bøyestrekkfasthet og trykkfasthet. Motivasjonen for oppgaven har vært et ønske om å øke proporsjonalitetsgrensen for undervannsbetongen, altså bøyestrekkfastheten ved riss, samt å gi betongen duktilitet og restfastheter etter riss. Et av hovedkravene ved fremstilling av denne fiberbetongen var å opprettholde en tilfredsstillende lik reologi som referansebetongen. For bruk av fiber i konstruksjonsbetongen i jetpeler vil en slik økning av beskrevne egenskaper kunne resultere i mindre bruk av stagforankring, reduserte pelediametere og/eller redusert peleantall. Dette betyr tidsbesparelse. Basaltfibrenes effekt på bearbeidbarheten (synk og synkutbredelse) var stor allerede ved små fibermengder sammenlignet med stålfiber. For et krav til synkutbredelse på 560 mm var maksimum anvendbare innhold av basaltfiber kun 0,38 vol% (10 kg/m3). Den mest effektive endringen gjort i resepten for å fremskaffe disse verdiene, var å øke innholdet av superplastiserende tilsetningsstoff til maksimalt anbefalt. Matriksvolum og w/c-forhold ble også forsøkt øket, men med liten effekt. Det var i tillegg ønsket å beholde masseforholdet grunnet krav til bestandighetsklasse M45. Stålfibrene ble kun testet med en fibermengde på 0,7 vol% (54,6 kg/m3). Selv uten endring av resepten fra referansebetongen viste dette fiberinnholdet seg å ha liten effekt på synkutbredelsen, med unntak av litt mindre synk på grunn av tendenser til oppbygning av fiberskjelett i midten. Likevel var det god stabilitet i betongen som medførte jevn spredning av stålfiber helt ut til randen. Basaltfibrene viste ingen antydning til positiv effekt på bøyestrekkfasthet og trykkfasthet ved 28 døgn herding. Bøyestrekktesten som ble brukt var i samsvar med NS-EN 14651. Etter riss ga fibrene ingen fastning og fiberbetongen gikk til brudd på samme måte som den uarmerte referansebetongen. Basaltfibrene er derfor uegnet som fiberarmering i denne undervannsbetongen for applikasjon i jetpeler. Stålfibrene økte derimot middelverdien av proporsjonalitetsgrensen for bøyestrekkfasthet fra 4,2 MPa (for referansebetongen) til 5,6 MPa. Stålfibrene ga i tillegg umiddelbar fastning etter første riss og økte restbøyestrekkfastheten opp til ca. 7,8 MPa ved 1 til 1,5 mm rissvidde (CMOD). Betongen viste god duktilitet og stålfibrene tilfredsstilte kravet til minimumsarmering. For dimensjonering ved 0,5 mm rissvidde er den dimensjonerende restbøyestrekkfastheten = 3,6 MPa for stålfiberbetongen. Vurdering av basalt- og stålfibres effekt og mekaniske egenskaper i jetpeler Den stålfiberarmerte undervannsbetongen er en god fiberbetong sammenlignet med en ordinær selvkomprimerende konstruksjonsbetong med samme stålfibervolum og omtrentlig lik trykkfasthet. På grunn av den store mengden sement i betongen er varmeutviklingen ved herding høyere enn normalt. Dette vil resultere i overflateriss grunnet en temperaturgradient gjennom det store peletverrsnittet. Selv om dette normalt er ufarlige riss, som har en tendens til å lukke seg når konstruksjonen kjøles ned, kan de likevel fungere som svake punkt ved mekaniske laster og/eller miljømessige belastninger. Stålfiber ville kunne redusere disse rissviddene, men ikke fjerne de helt.