1. No category

AF:
Theis Ballegaard – S144576
Emil Bøggild – S144563
Kursus:
11837 – AT Sommerkursus
FIBERARMERING AF
BETON
Fiskenet som fiberarmering i beton.
Vejleder:
Lisbeth M. Ottosen
Aflevering:
23-08-2015
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Titelblad
Titel:
Fiberarmering af beton med fiskenet
Kursus:
11837 – AT Sommerkursus
Universitet:
Danmarks Tekniske Universitet
Afdeling:
DTU ARTEK
Antal ECTS:
5
Vejledere:
Lisbeth M. Ottosen
Hjælpeundervisere:
Amanda Bonnerup – S100150
Nina Sigvardsen – S102893
Underskrift:
Emil Bøggild S144563
Theis Ballegaard S1445762
Side 1 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Forord
I forbindelse med kurset ”11837 – AT Sommerkursus” er det valgt at undersøge muligheden for brug af fiskenet til fiberarmering af beton.
Projektet er et pilotprojekt, og vil derfor ende med en vurdering af hvorvidt det kan lade sig gøre at benytte
fiskenet til fiberarmering.
Vi har i forbindelse med projektet fået vejledning af Amanda Bonnerup og Nina Sigvardsen. Derudover har
vores vejleder Lisbeth M. Ottosen stået til rådighed over Skype, og ved støbningen.
Projektet har et omfang af 3 uger, og 5 ECTS point.
Sammenfatning
Formålet med dette projekt er at finde et grundlag for benyttelse af fiskenet som fiberarmering i
beton. Dette mål er opfyldt såfremt der kan skabes et sejt brud af betonen. Ved undersøgelse af
de støbte blokke, lykkedes det at skabe seje brud i samtlige prøver. Dog er prøverne lavet under
simple forhold, og det forslås derfor at der udføres flere undersøgelser, som blandt andet kan
dække over slidtagen og saltindholdet i fiskenettene. Der er i diskussionen givet forslag til flere
fremtidige undersøgelser.
Side 2 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Indholdsfortegnelse
Titelblad ............................................................................................................................................................. 1
Forord ................................................................................................................................................................ 2
Sammenfatning ................................................................................................................................................. 2
Indledning .......................................................................................................................................................... 4
Teori/Baggrund.................................................................................................................................................. 4
Vandindhold .................................................................................................................................................. 5
Metode .............................................................................................................................................................. 6
Data ................................................................................................................................................................... 9
Diskussion ........................................................................................................................................................ 10
Kilder................................................................................................................................................................ 12
Bilag ................................................................................................................................................................. 13
1 – Målte data ............................................................................................................................................. 13
Side 3 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Indledning
Formålet med denne rapport er at undersøge muligheden for brug af fiskenet til fiberarmering af
beton. Dette er første gang det er forsøgt at bruge fiskenet til armering, og rapporten vil derfor
være målrettet til studerende, til videre undersøgelse og test af fiskenet.
Baggrunden for brug af fiskenet er at mindske miljøpåvirkningen af fiskenet i havet og på lossepladser rundt om i verden. Fiskenet er lavet af polyethylen og er derfor ikke nedbrydelige. Der vil
dog i denne rapport ikke blive undersøgt miljøpåvirkningen, men derimod kun hvorvidt det er rentabelt at benytte fiskenet som fiberarmering.
Rapporten vil fokusere på tilfældet hvor fiskenettet er neddelt til små fibre. Sideløbende med
dette, undersøges det hvorvidt fiskenet kan lægges i betonen som hele masker, så det bruges som
net armering.
Betonen der er støbt under dette forløb, stemmer ikke overens med de grønlandske byggekrav.
Dette skyldes primært det udstyr som var tilgængeligt. Det vurderes dog at forsøgsresultaterne
stadig kan bruges, selvom alle kravene ikke er blevet mødt.
Teori/Baggrund
Beton er et bygningsmateriale der bliver brugt mange steder. Beton fremstilles simpelt af: cement,
vand, sand og sten. Sand og sten tilsættes for at give cementblandingen styrke.
Cementen er i vores tilfælde ”Portland cement”. Cement er et hydraulisk bindemiddel, dette betyder at cementen reagerer med vandet og hærder, hvorefter det bliver resistent over for vand.
I sig selv har beton en meget høj styrke over for tryk, men derimod en meget lille styrke over for
træk. Det er derfor almindeligt, at man armerer beton med jern, da dette har en høj styrke over
for træk. Konventionelt benyttes net som armeringsstål, nettet lægges i betonformen inden betonen hældes ud over. Her gælder blandt andet, at nettet skal lægges mindst 1/3 af betondækkets
tykkelse, ind i betonen, for at beskyttet nettet mod vind og vejr.
Et alternativ til normal net armering, er fiberarmering. Her tilsættes små fibre af nogle centimeters
længde, til betonblandingen. Fordelene ved denne type armering er, at det kan udføres på fabrikken hvor betonen fremstilles, og herved spares der en masse arbejdstid på byggepladsen, som i
sidste ende resulterer i en lavere omkostning for byggeriet. Derudover opnår man mulighed for at
bygge tyndere konstruktioner, end ved traditionelt armeret beton. Derfor bruges fiberarmeret beton typisk til tagdækninger og altaner. Fibrene kan også hjælpe til med at sænke porøsiteten af betonen.
Fibrene i fiberarmeret beton kan laves af flere forskellige materialer, som hver har deres egen
egenskab. For eksempel kan stålfibre giver den største styrke, mens polyethylenfibre ikke kan ruste.
I dette projekt vil der kun blive arbejdet med polyethylenfibre, og styrken af denne blanding vil
blive sammenlignet med styrken af en betonblok, uden nogen form for armering.
Side 4 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Vandindhold
I beton er det vigtigt at styre vandindholdet ved blandingsprocessen, det dette har en stor effekt
på styrken af betonen.
Mængden af vand der tilsættes bestemmer hvor stærk betonen ender med at blive. Tilsættes der
for meget vand, vil den overskydende mængde vand skabe lommer i betonen, da dette vand ikke
har reageret med cementen. Dette sænker styrken af betonen. Det gælder derfor om at finde det
forhold hvor der er en tilpas mængde vand i forhold til cement, således at al cementen reagerer
med alt vandet. Dette forhold kaldes for ”V/C” (Vand/Cement) og ligger typisk på 0,4 da dette giver en stærk beton, som stadig kan bearbejdes.
Herunder ses en graf der viser styrken af beton afhængig af vandmængden.
Figur 1 Her ses sammenhængen mellem vandindholdet og styrken af betonen. (Ottosen, Beton - Undervisningsslide, 2015)
Det ses at når vandindholdet hæves, falder styrken af betonen. Selvom den største styrke opnås
ved et meget lavt vandindhold, laves der sjældent beton med så lavt indhold, da denne ikke flyder
og det derfor kan være svært at få alle luftbobler ud af blandingen.
Side 5 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Metode
Til undersøgelse af om polyethylenfibre fra gamle fiskenet, styrker beton blev der lavet fire forskellige blandinger. Den første af disse blandinger var en reference der ikke indeholdt nogen form
for fibre. Disse skulle bruges til sammenligning af prøver der indeholdt fibre.
De tre andre prøver indeholdt forskellige mængder og størrelser af polyethylenfibre. To af disse
prøver var fibre enkelte fibre der blev splittet fra fiskenet, mens den sidste havde sammenflettede
tråde. Både tråde og fibre var omkring 2 cm lange. Derudover var de brugte net også blevet skyllet
for at fjerne diverse urenheder som eventuelt kunne have indflydelse på betonens styrke.
Figur 2 Her vaskningen af fiskenettene
For at finde mængden af fibre i hver sten var det nødvendigt at kende massefylden af stålfibre
som normalt er i fiberbeton. Derudover blev den gennemsnitlige massefylde af beton også fundet,
samt massefylden for polyethylen. Da dimensionerne af vores betonsten var kendt, kendte vi også
vægten af den enkelte sten. Derefter blev forholdet mellem stålfibre og polyethylenfibre fundet og
massen af fibre i betonen kunne dermed findes. Dette blev gjort i det vi vidste at man normalt bruger 1-3 % jernfibre målt i forhold til betonen færdige vægt. Da denne fibervægt var fundet, fandt vi
volumen af jernfibrene, og tog den samme volumen af polyethylenfibre, her fandt vi vægten af
disse, som i forhold til volumet er mindre. Betegnelsen 1 % og 2 % er derfor i forhold til jernfibre,
mens vægten af fibrene er i forhold til polyethylenfibre
Type
Fibre
Fibre
Tråde
Procent
1% af volumen (5 g pr. sten)
2% af volumen (10 g pr. sten)
2% af volumen (10 g pr. sten)
Tabel 1 Her ses fiber indholdet af de 3 typer prøver
Side 6 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Der er blevet lavet 3 af hver slags sten. De har alle fulgt følgende formel, med hensyn til indehold.
Med de følgende mængder er der præcis nok til at lave 3 sten med dimensionerne
200x100x70mm.
Sand:
Cement:
Vand:
Total:
6480 g
2160 g
1080 g
9720 g
66,66%
22,22%
11,11%
Tabel 2 Her ses mængden af de forskellige komponenter i betonen
I de prøver hvor der var blevet tilsat polyethylenfibre,
er den korresponderende mængde sand blevet udskiftet med polyethylenfibre. Derudover har de alle fulgt
en meget nøjagtig opskrift, med tider som er blevet
overholdt for samtlige prøver, for at sikre at alle sten
har været igennem samme proces.
Figur 3 Her ses indblandingen af fibrene i cementen
En afmålt mængde cement blev hældt i en
industrirør maskine. Hvis prøven var med
fibre blev disse tilsat her. Derefter blev den
afmålte mængde vand tilsat og maskinen
blev startet ved lav hastighed med det
samme. Efter at have kørt i 30 sekunder,
blev sandet tilsat stødt over 30 sekunder for
at sikre sandet bliver blandet med hele prøven. Maskinen kører derefter ved en højere
hastighed i yderligere 30 sekunder.
Derefter stoppes maskinen i 90 sekunder, så
Figur 4 Her ses støbningen. Her afrettes betonen med et bræt.
man kan fjerne mørtel der sider på væggen
af skålen. Derefter køres maskinen på højhastighed i yderligere 60 sekunder.
Når denne proces er ovre, hældes betonen i formene på 200x100x70 mm.
Side 7 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Når mørtelen er hældt op overdægges den med et lag plastic for at holde på væsken så de ikke tørrer ud.
De skal ligge i formene i 24 timer før de er størknet og kan
tages ud af formene. Derefter bliver de vejet og sænket ned
i et kar med vand. De skal være i karret i 6 døgn. Når de
igen tages op bliver de endnu engang vejet, for at udregne
porre mængden. Deres dimensioner bliver desuden efter
målt, til yderligere behandling i Danmark.
Figur 5 Her ses afformningen.
Stenene placeres derefter i en maskine for at teste trækstyrken af betonen.
Hver sten placeres således at der er 12,5 cm mellem hver
understøtning, som det kan ses på figuren herunder.
Figur 6 Her ses en model af tryktestopstillingen.
Maskinen angav trykket i kN. Den angav
samtidig også det største tryk som prøven
blev udsat for, det vil sige, der hvor betonen
knækkede.
Efter at selve betonen var knækket blev maskinen sat i gang igen for at undersøge styrken af fibrene. Maskinen blev stoppet når
fibrene begyndte at knække og antal kN blev
noteret.
Figur 7 Her ses tryktesteren under et forsøg.
Side 8 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Efter alle prøver var blevet testen, blev de også knækket i mindre
stykker for at vurdere om fibrene havde fordelt sig jævnt igennem
helle blokken, samt kigge på mængden af lufthuller.
Figur 8 Her ses en sten med 1 % fibre,
efter den er flækket.
Data
Her præsenteres kort de målte data. De fulde data med størrelse på blokkene kan findes i bilag
”1 – Målte data”.
Prøve ID
REF 1
REF 2
REF 3
REF 4
REF 5
Brudstyrke (Beton)
16,3 kN
16,9 kN
16,6 kN
15,8 kN
17,5 kN
Tabel 3 Her ses de målte resultater for referenceprøverne.
Prøve ID
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
Brudstyrke (Beton)
19,8 kN
18,8 kN
18,6 kN
19,5 kN
22,3 kN
18,6 kN
21,1 kN
20,9 kN
17,4 kN
Brudstyrke (Fibre)
9,1 kN
8,5 kN
11,9 kN
14,4 kN
14,6 kN
17,5 kN
21,1 kN
18,2 kN
14,3 kN
Bemærkning
Fibrene trækkes ud
Tabel 4 Her ses de målte resultater for fiberprøverne.
F1-F3
Store fibre (2 %)
F4-F6
10 g (2 %)
F7-F9
5 g (1 %)
Tabel 5 Her ses en foklaring af navnene på fiberprøverne.
Side 9 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Diskussion
Der er set bort fra prøverne F5 og F9, da disse har stor afvigelse fra andre af samme type armering.
Målet med projektet var at finde ud af hvorvidt der er grundlag for at benytte fiskenet som fiberarmering. Dette mål opfyldes såfremt der kan skabes et sejt brud af blokkene. Det var forventet at
referencerne skulle have et sprødt brud, hvilket skete. Generelt kan det ses at blokkene med fiberarmering har en højere brudstyrke, og det kan der udover ses, at da først betonen er revnet, ligger
der stadig en styrke i armeringen.
Det viste sig at styrken i armeringen betød at bruddet blev sejt.
Det skal siges at der i dette projekt ikke har været ressourcer, eller tid til at undersøge alle aspekter af fiberforstærket beton. Vi har blandt andet ikke haft et rystebord, og vi har derfor måtte ryste betonen ved at slå på formen med en hammer. Dette har resulteret i at nogle sten er blevet
rystet mere end andre, hvilket kan have givet de store udsving i prøvestyrkerne.
Til fremtidige projekter kan det foreslås det derfor at undersøge følgende:
Da fiskenettene har været brugt, vil de være fyldt med salt og snavs fra vandet, og den tid det har
ligget på en losseplads. Det foreslås at det undersøges hvilken virkning saltet har på betonen, og
hvordan nettene kan renses tilstrækkeligt. Herunder hvilke affaldsstoffer kan sidde i nettene, og
deres indvirkning på betonens styrke.
Da prøverne i dette projekt ikke indeholdt sten, som beton normalt gør, foreslås det at betonens
egenskaber undersøges såfremt der tilsættes større tilslag. Det vil herunder også være aktuelt at
undersøge hvordan man støber betonen, da nogle fiskenet har så små masker at større sten vil
blive fanget og ikke kan passere, hvorved der skabes en inhomogen støbning.
Det vil også være muligt at undersøge hvilken styrke fiskenettene har i sig selv, under forskellige
forhold. Dette kan være hvor lang tid fiskenettet har været brugt, eller hvor lang tid det har været
udsat for sol.
Ved fiberarmeringen fandt vi ud af at neddelingen af fiskenettet fra masker til fibre, var en besværlig proces. Det ønskes derfor undersøgt hvorvidt der kan findes en lettere metode til at neddele nettet, som skaber mindre spild.
Side 10 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Fibrenes længde spiller en stor rolle for styrken af betonen, det ønskes derfor også undersøgt hvor
korte eller lange fibrene skal være for at sikre den optimale styrke. Dette kan undersøges sammen
med adskillelsesprocessen, da vi fandt frem til at jo kortere fibre skulle være, jo lettere var de at
adskille.
Det ønskes også undersøgt hvilken mængde fibre der giver den største styrke. I vores undersøgelse er der lavet for få prøver til at kunne give et svar på mængden. Men vores resultater viser at
der er grundlag for at benytte fiskenetarmeret beton i form af fiber armering.
Et problem som vi troede vi ville støde ind i var fordelingen af fibre i betonen. Vi havde forventet
at fibrene ville samle sig i klumper, men de viste sig at være jævnt fordelt. Det ønskes
derfor undersøgt om dette var et heldigt tilfælde ved den lille portion vi fremstillede,
eller om det kan give problemer såfremt der fremstilles større mængden beton ad
gangen.
Side 11 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Kilder
Bonnerup, A., & Sigvardsen, N. (2015). Hjælp til støbning. Sisimiut.
Grønlands hjemmestyre byg- og anlægsstyrelsen. (1996). Forskrift for betonkonstruktioner. Nuuk:
Sanaartortitsinermut Aqutsisoqarfiq.
Krog, T. B. (19. August 2015). Ingeniøren. Hentet fra http://www.ing.dk/artikel/fiberbeton-vinder-frem92666
Ottosen, L. M. (2015). Sisimiut.
Ottosen, L. M. (2015). Beton - Undervisningsslide. Sisimiut: Lisbeth M. Ottosen.
Standard, D. (2005). Metoder til prøvning af cement. København: Dansk Standard.
Side 12 af 13
Emil Bøggild – S144563
Theis Ballegaard – S144576
11837 – AT Sommerprojekt
23-08-2015
Bilag
1 – Målte data
Prøve ID
REF 1
REF 2
REF 3
REF 4
REF 5
Prøve
ID
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
Vægt
før
(kg)
3.09
3.08
3.05
3.08
3.15
3.06
3.07
3.05
3.06
Vægt før
(kg)
3.05
3.1
3.09
3.09
3.09
Vægt efter
(kg)
3.07
3.13
3.12
3.11
3.11
Tid afformet
12.15
12.17
12.18
12.18
12.18
Brud ved
(kN)
16,3
16,9
16,6
15,8
17,5
Dimensioner (cm)
7.03X10.08X20
7,055X10,035X20
7,05X10,085X20
7,07X9,97X20
7,155X10,025X20
Vægt efter (kg) Tid afformet Brud ved (kN) Dimensioner (cm) Fiberbrud ve (kN)
3.12
3.11
3.08
3.11
3.18
3.09
3.10
3.07
3.09
13.00
13.01
13.01
13.01
13.02
13.02
13.03
13.03
13.03
19,8
18,8
18,6
19,5
22,3
18,6
21,1
20,9
17,4
7,05X10,1X20
7,035X10,295X20
7,015X10,02X20
7,15X9,9X20
7,2X9,975X20
7X10,305X20
7,1X10X20
7,02X10X20
7,12X9,95X20
9,1
8,5
11,9
14,4
14,6
17,5
21,1
18,2
14,3
Side 13 af 13