Fiberarmerade tunna betongplattor : en utvärdering av olika fibertyper och tvärsnittshöjde

Sammanfattning: Problemställning: Cementproduktionen i världen står idag för 5% av världens totala utsläpp av koldioxid. Höjda miljökrav de senaste decennierna har gjort detta till en belastning för cement och betongindustrin. Situationen har hanterats främst genom att ta fram nya cement där den hållfasthetsskapande Portlandklinkern delvis ersatts med andra material som genererar mindre koldioxidutsläpp. Ett annat grepp för att reducera koldioxidutsläppen är att minska mängden använt material och bygga för ett längre perspektiv. Att bygga slankt och att dimensionera för lång livslängd blir då viktigt. När man med stålarmering bygger slankt i betong blir armeringens täckskikt ofta styrande för hur tunt man kan bygga. Täckskiktets uppgift är att över den bestämda livslängden skydda armeringsjärnen från korrosionsangrepp. För betongplattor i exempelvis sandwichväggar innebär detta att ytterplattans tjocklek blir 70 mm, ofta mer än vad som krävs med hänsyn till bärförmågan vid böjbelastning. Ett sätt att gå runt detta är att armera med icke korroderande armeringsmaterial som galvaniserat stål, basalt och polypropylen, de tre ingående materialen i denna studie. Studien behandlar fiberarmering tillsatt i den färska betongen. Fibrerna sprider sig i blandningen och förbättrar betongens egenskaper vid dragbelastning. Hur stor effekt fibrerna får beror på hur många fibrer som skär en uppkommen spricka. Antalet fibrer tvärs en uppkommen spricka beror i första hand på fiberdoseringen men även på konstruktionsdelens dimensioner. En skiva med ett tunt tvärsnitt tvingar fibrerna att orientera sig i skivans plan. Vid böjbelastning uppstår dragande krafter och sprickor tvärs skivans plan. Ligger fibrerna tvärs sprickorna innebär detta att fler fibrer skär den uppkomna sprickan, vilket ger en bättre effekt av den aktuella fiberdoseringen. Dagens standardiserade testmetoder för att utvärdera fiberarmerad betong vid böjbelastning föreskriver större tvärsnittshöjder än de 30‐45 mm som med hänsyn till produktionstekniska parametrar anses intressanta för olika typer av skivprodukter. För att utvärdera dessa tvärsnittshöjder med inverkan av fiberorientering krävs att man testar just de aktuella tvärsnittshöjderna. Syfte: Syftet med denna studie var att ta fram underlag för att använda fiberarmering i produktionen av prefabricerade betongplattor med tvärsnittshöjder kring 30‐45 mm. Metod: En teoristudie genomfördes för att erhålla kunskap om fiberarmerad betong och dess egenskaper i såväl färskt som hårdnat tillstånd. Dimensionering genom provning enligt den gällande byggnormen SS‐EN 1990 användes för att bestämma karakteristisk bärförmåga vid böjbelastning för fiberarmerade balkar med tvärsnittshöjderna 30 och 45 mm. Bärförmågan bestämdes med trepunkts böjtester. Möjligheten att placera ingjutna byglar i betongplattor med de aktuella tvärsnittshöjderna studerades även genom att genomföra utdragstester. Böjbalkar och utdragsprover tillverkades i fyra gjutningar, en oarmerad, en stålfiberarmerad, en basaltfiberarmerad och en polypropylenfiberarmerad. Resultaten från testerna analyserades för att utreda fiberorienteringens effekt på bärförmågan samt framtida möjliga användningsområden. Slutsatser: Studien visade att användning av fiberarmerad betong ger möjlighet att tillverka betongplattor med tvärsnittshöjder omkring 30‐45 mm med hänsyn till böjbelastning. Ett underlag för vidare utveckling av fiberdoseringar och betongsammansättningar för specifika användningsområden har erhållits. Vid utdrag av byglar ingjutna i betongplattor med tvärsnittshöjderna 30 och 45 mm erhölls böjbrott i betongprovet. Ytterligare arbete krävs för att utvärdera användandet av ingjutningsgods i tunna betongplattor. Dimensionering genom provning har visat sig användbart vid utvärdering av de genomförda testerna. Omräkningsfaktorn kräver vidare arbete. En positiv effekt av fiberorienteringen kunde konstateras på sprickspänningen för tvärsnittshöjden 30 mm.