CROW-CUR Aanbeveling 091: 2021
Versterken van gewapendbetonconstructies met uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening

CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 Versterken van gewapend- betonconstructies met uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 CROW Postbus 37, 6710 BA Ede Telefoon (0318) 69 53 00 E-mail klantenservice@crow.nl Website w w w.crow.nl Juli 2021 ISBN: 978 90 6628 693 1 CROW en degenen die aan deze publicatie hebben mee - gewerkt, hebben de hierin opgenomen gegevens zorg - vuldig verzameld naar de laatste stand van wetenschap en techniek. Desondanks kunnen er onjuistheden in deze publicatie voorkomen. Gebruikers aanvaarden het risico daarvan. CROW sluit, mede ten behoeve van degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, iedere aansprake - lijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van de gegevens. De inhoud van deze publicatie valt onder bescherming van de auteurswet. De auteursrechten berusten bij CROW. Over CROW CROW bedenkt slimme en praktische oplossingen voor vraagstukken over infrastructuur, openbare ruimte, verkeer en vervoer in Nederland. Dat doen we samen met externe professionals die kennis met elkaar delen en toepasbaar maken voor de praktijk. CROW is een onafhankelijke kennisorganisatie zonder winstoogmerk die investeert in kennis voor nu en in de toekomst. Wij streven naar de beste oplossingen voor vraagstukken van beleid tot en met beheer in infrastructuur, openbare ruimte, verkeer en vervoer en werk en veiligheid. Bovendien zijn wij experts op het gebied van aanbesteden en contracteren. Voorwoord 5 1 Onderwerp 6 2 Toepassingsgebied 6 3 Termen en definities 7 4 Symbolen 8 5 Eisen en bepalingsmethoden 11 5.1 Algemeen 11 5.2 Eisen met betrekking tot de te versterken betonconstructie 11 5.3 Eisen met betrekking tot het ontwerp 11 5.3.1 Buitengewone belasting 11 5.3.2 Bruikbaarheidsgrenstoestand 12 5.3.3 Uiterste grenstoestand 12 5.4 Eisen met betrekking tot het aanbrengen van de versterking 12 6 Materialen 13 6.1 Algemeen 13 6.2 Koolstof vezelwapening 13 6.2.1 Algemeen 13 6.2.2 Treksterkte 14 6.2.3 Elasticiteitsmodulus en ?-?-diagram 14 6.2.4 Breukrek 15 6.3 Lijm 15 6.4 Bijzondere aandachtspunten 16 7 Beoordeling van de te versterken betonconstructie 17 7.1 Algemeen 17 7.2 Conditie van de betonconstructie 17 7.3 Voor het ontwerp benodigde gegevens 17 8 Dimensionering 18 8.1 Op buiging versterkte constructie 18 8.1.1 Ontwerp van de versterking 18 8.1.2 Bepaling van de initiële rek bij aanbrengen van de koolstofvezelwapening 18 8.1.3 Dimensionering van de koolstofvezelwapening 19 8.1.4 Verlies van composietwerking (onthechting) 21 8.1.5 Bruikbaarheidsgrenstoestand 26 8.1.6 Controle van de dwarskrachtcapaciteit 27 8.2 Op dwarskracht versterkte doorsnede 27 8.2.1 Toetsing uiterste grenstoestand 27 8.2.2 Bruikbaarheidsgrenstoestand 28 Inhoud 9 Detaillering 29 9.1 Versterking voor buiging 29 9.2 Dwarskrachtversterking 29 10 Uitvoering 30 10.1 Algemeen 30 10.2 Voorwaarden met betrekking tot uitvoeringsomstandigheden 30 10.2.1 Temperatuur en luchtvochtigheid 30 10.2.2 Betonoppervlak 30 10.2.3 Lijm 30 10.3 Voorbereiding van oppervlakken 31 10.3.1 Betonoppervlak 31 10.3.2 Oppervlak van koolstofvezelwapening 32 10.4 Aanbrengen van koolstofvezelwapening 32 10.4.1 Geprefabriceerde systemen 32 10.4.2 Ter plaatse uithardende systemen 32 10.5 Afwerking 32 11 Kwaliteitscontrole 33 11.1 Toe te passen materialen 33 11.1.1 Koolstof vezelwapening 33 11.1.2 Lijm 33 11.2 Uitvoerend personeel 34 11.3 Gerealiseerde versterking 34 12 Oplevering 35 Bijlage A Stroomschema voor het ontwerp van een versterking met koolstofvezelwapening voor het mechanisme buiging 36 2 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 3 Het versterken van betonconstructies door er uitwendig koolstofvezelwapeningselementen tegenaan te lijmen, is een relatief jonge, innovatieve techniek. In deze derde, herziene uitgave van CUR-Aanbeveling 91 worden op basis van de stand der techniek aanbevelingen gegeven voor het ontwerpen en uitvoeren van versterkingen van betonconstructies door middel van het uitwendig oplijmen van koolstofvezelwapening. Omdat een correcte uitvoering de betrouwbaarheid van de versterking in zeer sterke mate bepaalt, is kwaliteitszorg bij de uitvoering zeer belangrijk. Betonconstructies kunnen op vele manieren worden versterkt. Het op de constructie lijmen van wapening is een techniek die al sinds de jaren zestig met stalen strippen wordt uitgevoerd. Sinds het begin van de jaren negentig worden versterkingen ook uitgevoerd met producten op basis van vezelversterkte kunststoffen. De uitvoering hiervan is eenvoudiger dan het lijmen van stalen strip - pen, waardoor de mogelijkheden van het versterken van betonconstructies sterk zijn toegenomen. De vele toepassingen wereldwijd hebben bewezen dat de techniek in veel gevallen een technisch en economisch haalbare oplossing kan bieden in situaties waar versterken een alternatief is voor bijvoorbeeld slopen. Met de berekenings- en uitvoeringstechnische bepalingen in deze Aanbeve - ling wordt voorzien in de benodigde regelgeving voor uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening. De eerste versie van de CUR-Aanbeveling is verschenen in 2002. Na het verschijnen hiervan is deze uitgave geëvalueerd en werd vastgesteld dat een herziene uitgave met een beperkt aantal wijzigingen ten opzichte van de eerste versie nodig was, onder meer om beter aan te sluiten op opgedane ervaringen en internationale ontwikkelingen. De tweede, herziene uitgave van CUR-Aanbeveling 91 is uitgebracht in 2007. In deze derde versie van de CUR-Aanbeveling 91 zijn de verwijzingen en symbolen geactualiseerd naar de van toepassing zijnde NEN-EN 1992. Er zijn inhoudelijk slechts een beperkt aantal wijzingen aangebracht. De belangrijkste betreft het vervallen van het betonaandeel bij dwars - krachtversterkingen. In de afgelopen jaren zijn er veel nieuwe ontwikkelingen geweest op het gebied toepassing, dimensionering en applicatie. Verwacht wordt dat bij de herziening van de Eurocode reeks, het versterken van betonconstructies met uitwendige wapening opgenomen wordt in de scope van NEN-EN 1992. Vanwege deze ophanden zijnde vernieuwing is er voor gekozen om deze ontwikkelingen niet op te nemen in deze derde versie. Deze derde, herziene uitgave is opgesteld door Antony van Middelkoop, Joost Reijers en Mark Verbaten van ABT. De redactie is verzorgd door Ad van Leest van CROW. Het toepassingsgebied van deze Aanbeveling is beperkt tot versterking van betonconstructies voor de mechanismen buiging en dwarskracht met producten op basis van koolstofvezels, bestaande uit vormvaste strippen of als flexibele systemen. Het versterken van een beton- constructie met uitwendige koolstofvezelwapening heeft een positieve invloed op zowel de uiterste grenstoestand als de bruikbaarheidsgrenstoestand. In de Aanbeveling wordt aandacht besteed aan beide grenstoestanden. Bij het ontwerpen van een versterking met uitwendige koolstofvezelwapening dient bedacht te worden dat door de geringe afmetingen van de koolstof - wapening, de stijfheid van de constructie in de bruikbaarheidsgrenstoestand slechts in beperkte mate toeneemt. Als het toepassen van de versterking gepaard gaat met een belastingtoename, hetgeen veelal het geval zal zijn, kan de gebruikstoestand (vervorming) maatgevend zijn. Het aanbrengen van extra koolstofwapening kan dan worden afgewogen tegen andere vormen van versterken, zoals met stalen strippen. De inhoud van deze CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 is voorafgaand aan het verschijnen, gedeeld met de leden van NEN-normcommissie 'TGB Betonconstructies'. De daaruit volgende reacties en commentaren zijn voor zover als mogelijk verwerkt in deze versie. Voorwoord 4 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 Deze CROW-CUR Aanbeveling geeft eisen en regels voor het berekenen en uitvoeren van het op buiging en/of dwarskracht versterken van gewapend-betonconstructies door het aanbrengen van uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening. De bepalingen in deze Aanbeveling hebben betrekking op de aspecten die specifiek te maken hebben met het versterken van betonconstructies door het uitwendig aanbrengen van koolstofvezelwapening. Voor de te versterken betonconstructie zelf blijft voor overige aspecten NEN-EN 1992-1-1 van toepassing. Deze CROW-CUR Aanbeveling is bedoeld te worden toegepast voor gewapend-beton- constructies, die worden versterkt door het uitwendig op de constructie lijmen van koolstof - vezelwapening, waarbij verder geldt dat de Aanbeveling van toepassing is voor: -koolstofvezelwapeningssystemen (zie 6.1); -het versterken van betonconstructies ten aanzien van de mechanismen buiging en/of dwarskracht; -constructies die de belastingen met veiligheidsfactoren gelijk aan 1,0 kunnen dragen na het uitvallen van de versterkingen (zie 5.3.1). Toelichting De bepalingen in deze Aanbeveling zijn gebaseerd op kennis en ervaring die in hoofdzaak zijn opgedaan met versterkingen van gewapende betonconstructies. Om die reden is het toepassingsgebied vooralsnog beperkt tot gewapend beton. 2 Toepassingsgebied 1 Onderwerp 5 3 Termen en definities Koolstofvezelwapening: Wapening bestaande uit doorgaande koolstofvezels, die zijn ingebed in een matrix van veelal ep ox y. Inwendige wapening: Betonstaal dat in de te versterken betonconstructie aanwezig is. Composietwerking: De samenwerking van de uitwendig aangebrachte koolstofvezelwapening met de beton- constructie. Geprefabriceerde koolstofwapeningssystemen (strippen, lamellen): Systemen waarbij de epoxymatrix waarin de koolstofvezels zijn ingebed, vooraf is verhard, waardoor de wapening in de vorm van vormvaste strippen tegen de betonconstructie wordt gelijmd. Glas-rubberovergangstemperatuur: Temperatuur waarbij de verharde lijm overgaat van een glasachtig materiaal in een rubberachtig materiaal, hetgeen in het algemeen gepaard gaat met een sprong in de thermische uitzettings - coëfficiënt, de elasticiteitsmodulus en de kruip/relaxatie. Ter plaatse uithardende koolstofwapeningssystemen ('wet-layup'): Systemen waarbij de koolstofvezels in flexibele vorm, droog of geïmpregneerd, op de beton- constructie worden aangebracht, waarna een epoxy met een lage viscositeit voor de verdere impregnering en verlijming zorgt. 6 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 De betekenis van de in deze CROW-CUR Aanbeveling gebruikte symbolen en namen van grootheden is als volgt: Latijnse hoofdletters A f oppervlakte van de doorsnede van de koolstofvezelwapening A fv doorsnede van de dwarskrachtkoolstofvezelwapening per lengte A s oppervlakte van de doorsnede van de inwendige betonstaalwapening E f elasticiteitsmodulus van de koolstofvezelwapening E s elasticiteitsmodulus van de inwendige betonstaalwapening F d rekenwaarde van de geconcentreerde last L afstand tussen het eind van de koolstofvezelwapening en de rand van de oplegging in het geval van uitwendige veldwapening M 0 buigend moment in de maatgevende doorsnede aanwezig tijdens het versterken M A rekenwaarde voor het buigend moment behorend bij de belastingen op de versterkte constructie onder de buitengewone belastingscombinatie in de uiterste grenstoestand ( ?F = 1,0) M Ed rekenwaarde van het buigend moment van de versterkte constructie M Ed ,y buigend moment bij begin van de plastische vervorming van de wapening (vloeimoment) M Rd,0 uiterst opneembaar buigend moment van de betonconstructie zonder versterking onder de buitengewone belastingscombinatie ( ?M = 1,0) M Rd uiterst opneembaar buigend moment van de versterkte constructie N c normaaldrukkracht in de betondrukzone N Ef trekkracht in de uitwendige koolstofvezelwapening N Rd,f uiterst opneembare kracht in de uitwendige koolstofvezelwapening N f( x ) trekkracht in de koolstofvezelwapening in doorsnede x N Er resultante van de kracht in de inwendige betonstaalwapening en de uitwendige koolstof - vezelwapening N Rd,r uiterst opneembare kracht welke de resultante is van de kracht in de inwendige beton- staalwapening en de uitwendige koolstofvezelwapening N s kracht in de inwendige betonstaalwapening N yk vloeikracht in de inwendige betonstaalwapening N vf( x ) toelaatbare trekkracht in de koolstofvezelwapening bij l vf(x ) N v f,max trekkracht die maximaal in de koolstofvezelwapening kan worden verankerd V Ed rekenwaarde voor de dwarskracht V A rekenwaarde voor de dwarskracht in de doorsnede behorend bij de belastingen op de versterkte constructie onder de buitengewone belastingscombinatie in de uiterste grenstoestand ( ?F= 1,0) V Ed ,y rekenwaarde voor de maximale dwarskracht in het gebied waar de wapening vloeit V Ed,max is de maximale waarde voor de dwarskracht in het gebied waar de koolstofvezelwapening aanwezig is V Ed,s rekenwaarde voor de dwarskracht in de doorsnede op een afstand ds van het einde van de koolstof vezelwapening V Rd,du uiterst opneembare dwarskracht met betrekking tot onthechting bij dwarskrachtscheuren in doorsneden waar koolstofvezelwapening aanwezig is V Rd,su uiterst opneembare dwarskracht met betrekking tot het mechanisme onthechting door hoge schuifspanningen V Rd,uu uiterst opneembare dwarskracht met betrekking tot het mechanisme eindverankering - dwarskrachtbreuk V Rd,0 uiterst opneembare dwarskracht in de doorsnede van de constructie zonder versterking onder de buitengewone belastingscombinatie ( ?S = 1,0 en ?C = 1,2) 4 Symbolen 7 Latijnse kleine letters b breedte van de betondoorsnede; breedte van de betondoorsnede ter plaatse van de koolstofvezelwapening of de hart-op- hart-afstand van de koolstofvezelwapeningselementen en b niet groter nemen dan 2 b f bf breedte van de koolstofstof vezelwapening b w rib- of lijfbreedte d nuttige hoogte van de betondoorsnede d f nuttige hoogte van de betondoorsnede voor de uitwendige koolstofvezelwapening d s nuttige hoogte van de betondoorsnede voor de inwendige betonstaalwapening f ctm gemiddelde betontreksterkte f ctk,0,05 representatieve waarde van de treksterkte van het beton f hd rekenwaarde hechtsterkte van het beton f hm gemiddelde hechtsterkte van het beton f hrep representatieve waarde van de hechtsterkte van het beton f frep representatieve waarde van de treksterkte van de koolstofvezelwapening f fu rekenwaarde van de treksterkte van de koolstofvezelwapening f l hechtsterkte van de lijm f yd rekenwaarde van de treksterkte van het betonstaal f yk karakteristieke waarde van de treksterkte van het betonstaal f sch rekenwaarde van de schuifsterkte van de lijmverbinding tussen koolstofvezelwapening en beton h hoogte van de betondoorsnede h f dikte van de flens bij een T-balk k 1, k2, k3 factoren k a, kb factoren l f( x ) lengte van de koolstofvezelwapening vanaf de doorsnede x tot het uiteinde van de koolstof vezelwapening l vf( x ) benodigde verankeringslengte van de koolstofvezelwapening achter de doorsnede x , waarin de trekkracht N vf( x ) aanwezig is l v f,max verankeringslengte van de koolstofvezelwapening behorend bij de maximaal te veranke - ren kracht N v f,max sf afstand tussen de koolstofvezelelementen bij dwarskrachtversterking t f dikte van de koolstofvezelwapening x u hoogte van de betondrukzone in de uiterste grenstoestand z f inwendige hefboomsarm voor de uitwendige koolstofvezelwapening z r inwendige hefboomsarm voor de resulterende trekkracht van de inwendige wapening en de uitwendige koolstofvezelwapening z s inwendige hefboomsarm voor de inwendige wapening 8 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 Griekse letters ? hoek tussen de richting van de dwarskrachtwapening en de as van het constructiedeel ?F belastingsfactor ?M partiële factor voor een materiaaleigenschap, rekening houdend met onzekerheden in de materiaaleigenschap zelf, in de geometrische afwijkingen en in het gebruikte rekenmodel ?S materiaalfactor wapening ?C materiaalfactor beton ?v dwarskrachtslankheid ?f spanning in de koolstofvezelwapening ?c rek in de uiterste vezel van de betondrukzone ?cu grenswaarde van de betonstuik ?y rek in het betonstaal, waarbij de vloeispanning juist wordt bereikt ?f rek van de koolstofvezelwapening ?feff effectieve rek van de koolstofvezelwapening bij versterken op dwarskracht ?fu breukrek van de koolstofvezelwapening ?0 initiële rek: rek in het beton in de voor de versterking maatgevende doorsnede op het moment van aanbrengen ?s rek in het betonstaal q hoek tussen de drukdiagonaal en de as van het constructiedeel ke kromming bij het moment M e waarbij de inwendige betonstaalwapening begint te vloeien ku kromming bij het uiterst opneembare moment M u van de versterkte betonconstructie ?2 grenswaarde van de schuifspanning met dwarskrachtwapening ?l afschuifsterkte van de lijm ?bf schuifspanning in de lijm ?d rekenwaarde van de optredende schuifspanning ?f opneembare schuifspanning door uitwendige koolstofvezelwapening ?odb rekenwaarde voor de schuifsterkte voor het mechanisme onthechting door eind - verankeringdwarskrachtbreuk ?odbk karakteristieke waarde voor de schuifsterkte voor het mechanisme onthechting door eindverankering-dwarskrachtbreuk ?odu uiterst opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting bij dwarskrachtscheuren ?odrep representatieve waarde voor de opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting bij dwarskrachtscheuren ?osu uiterst opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting door hoge schuifspanningen ?osrep representatieve waarde voor de opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting door hoge schuifspanningen ?ouu uiterst opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme eind - verankeringdwarskrachtbreuk ?ourep representatieve waarde voor de opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme eindverankering-dwarskrachtbreuk ?s opneembare schuifspanning door inwendige betonstaalwapening ?Rd totale uiterst opneembare schuifspanning ?eq equivalent wapeningspercentage voor de combinatie van inwendige betonstaal- en uitwendige koolstofvezelwapening ?f wapeningspercentage van de buigtrekwapening van het koolstofvezelelement, betrokken op de nuttige hoogte d f ?s wapeningspercentage van de buigtrekwapening van betonstaal, betrokken op de nuttige hoogte d s xf aanhechtingsfactor voor de koolstofvezelwapening Hoofdstuk 5 ? Eisen en bepalingsmethoden 9 5.1 Algemeen Het versterken van betonconstructies met uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening is een techniek die volledig afhankelijk is van de samenwerking van de koolstofvezelwapening met de te versterken betonconstructie, aangeduid met composietwerking. Voor een veilige, betrouwbare koolstofvezelversterkte betonconstructie is het daarom van essentieel belang dat het ontwerp en de uitvoering van de versterking op een correcte wijze worden verricht. 5.2 Eisen met betrekking tot de te versterken betonconstructie De geschiktheid van de betonconstructie voor de beoogde versterking dient vooraf te worden beoordeeld. De conditie van de betonconstructie dient te voldoen aan de eisen die in 7.2 zijn aangegeven. 5.3 Eisen met betrekking tot het ontwerp 5.3.1 Buitengewone belasting Het uitvallen van de uitwendige koolstofvezelwapening dient te worden beschouwd als een buitengewone belasting zoals omschreven in NEN-EN 1990 in onder andere artikel 1.5.2.5. Dit betekent dat de onversterkte constructie in de uiterste grenstoestand moet worden beoor - deeld op basis van de buitengewone belastingscombinatie volgens 6.4.3.3 van NEN-EN 1990 en dat voor buiging moet gelden: M A ? M Rd,0 en voor dwarskracht: V A ? V Rd,0 waarin: M A is de rekenwaarde voor het buigend moment behorend bij de belastingen op de versterkte constructie onder de buitengewone belastingscombinatie in de uiterste grenstoestand ( ?F = 1,0); M Rd,0 is het uiterst opneembaar buigend moment van de betonconstructie zonder versterking, onder de buitengewone belastingscombinatie ( ?S = 1,0 en ?C = 1, 2); V A is de rekenwaarde voor de dwarskracht in de doorsnede behorend bij de belastingen op de versterkte constructie onder de buitengewone belastingscombinatie in de uiterste grens - toestand ( ?F= 1,0); V Rd,0 is de uiterst opneembare dwarskracht in de doorsnede van de constructie zonder versterking onder de buitengewone belastingscombinatie ( ?S = 1,0 en ?C = 1, 2). Indien het uitvallen van de uitwendige koolstofvezelwapening, zoals voorgaand bedoeld, niet als buitengewone belasting wordt beschouwd, dienen speciale (bijvoorbeeld brandbeschermende) maatregelen te worden genomen. Deze toepassingen vallen buiten het toepassingsgebied van deze Aanbeveling. 5 Eisen en bepalingsmethoden 10 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 5.3.2 Bruikbaarheidsgrenstoestand Met betrekking tot vervormingen en scheurvorming gelden in principe dezelfde eisen als voor niet-versterkte constructies. Voor de bepalingsmethode voor doorbuiging en scheurvorming van de versterkte betonconstructie wordt in deze Aanbeveling (8.1.5) aangesloten op de bepalingen volgens NEN-EN 1992. Voor de versterkte betonconstructie geldt dat in het gebruiksstadium de spanning in de inwendige wapening kleiner moet zijn dan de karakteristieke waarde van de vloeispanning (8.1.5). Toelichting Het toepassen van uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening resulteert in een verhoging van zowel het draagvermogen als de stijfheid van de betonconstructie en heeft een positief effect op scheurvorming. Veelal is de doorsnede van de koolstofvezelwapening beperkt, waardoor de stijfheid slechts in beperkte mate toeneemt. Bij een versterking voor een belasting - verhoging kan de doorbuiging dientengevolge maatgevend worden. Ten tijde van het opstellen van deze Aanbeveling is nog weinig onderzoek uitgevoerd naar de effecten van het met koolstofvezelwapening versterken van betonconstructies op de gebruikstoestand. In deze Aanbeveling zijn voor de doorbuiging en scheurvorming in 8.1.5 de modellen volgens NEN-EN 1992 voorgesteld, waarbij rekening wordt gehouden met het effect van de koolstofvezelversterking. 5.3.3 Uiterste grenstoestand Het maatgevende bezwijkmechanisme in de uiterste grenstoestand moet zodanig zijn dat vloeien van de inwendige wapening wordt gevolgd door ofwel bezwijken van de betondrukzone, ofwel verlies van composietwerking door één van de mechanismen volgens 8.1.4. De dimensionering van de versterking dient zodanig te worden uitgevoerd dat de versterkte constructie waarschuwend vermogen bezit (zie 8.1.3e). In die delen van de constructie waar uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening is aan - gebracht, mag niet worden gerekend met herverdeling van momenten en/of krachten. 5.4 Eisen met betrekking tot het aanbrengen van de versterking Met betrekking tot het aanbrengen van de koolstofvezelwapening worden eisen gesteld aan de omgevingsomstandigheden, betonconstructie, lijm en koolstofvezelwapening. Die uitvoerings - eisen zijn in hoofdstuk 11 aangegeven. Toelichting Redenen voor het uitvallen van de koolstofvezelwapening kunnen bijvoorbeeld zijn: impact, vandalisme en brand. De eis komt erop neer dat voor de onversterkte betonconstructie moet worden aangetoond dat deze de belastingen met belastingsfactoren (NEN-EN 1990) en materiaalfactoren (NEN-EN 1992) gelijk aan 1,0 voor staal en 1,2 voor beton moet kunnen weerstaan (Zie tabel 2.1N uit de NEN-EN1992-1-1+NB). Hiermee wordt voorkomen dat de constructie direct bezwijkt als de versterking uitvalt. Voor het geval van brand dient vervol - gens nog wel te worden getoetst of de onversterkte constructie aan de brandwerendheidseis voldoet. Een gevolg van deze eis is dat de mate waarin een betonconstructie kan worden versterkt, beperkt is. Een hogere versterkingsgraad is mogelijk, maar daarvoor is deze Aan beveling niet zonder meer van toepassing en moeten aanvullende eisen worden gesteld met betrekking tot onder meer brandbescherming. Hoofdstuk 6 ? Materialen 11 6.1 Algemeen Afhankelijk van het tijdstip van uitharden van de epoxy-matrix waarin de koolstofvezels zijn ingebed, kan onderscheid worden gemaakt tussen geprefabriceerde koolstofvezelwapenings - systemen, ook wel aangeduid met lamellen, en ter plaatse uithardende koolstofvezelwapenings - systemen (zie tabel 1). Bij de laatstgenoemde kan nog onderscheid worden gemaakt tussen systemen waarbij de vezels in droge toestand, of geïmpregneerd met epoxy op de betonconstruc - tie worden aangebracht. Tabel 1. Kenmerken van koolstofvezelwapeningssystemen koolstofvezelwapeningssysteem geprefabriceerd ter plaatse uithardend verschijningsvorm vormvaste strippen, lamellen, hoekstukken voor dwarskrachtversterking flexibele lamellen of weefsels ('matjes'), niet of deels geïmpregneerd dikte verlijming circa 1 à 1,5 mm thixotrope epoxy circa 0,1 mm epoxy met lage viscositeit aantal lagen meestal 1 meestal meer dan 1 Toelichting Het onderscheid tussen geprefabriceerde en ter plaatse uithardende systemen is slechts illustratief. De ontwikkelingen met betrekking tot koolstofvezelwapeningssystemen gaan snel, en er zijn en/of komen mogelijk ook systemen op de markt die niet in één van de twee groepen van tabel 1 zijn in te delen. De verschillende te onderscheiden koolstofvezelwapeningssystemen leiden met name tot verschillen bij de uitvoering en de kwaliteitscontrole daarvan. Voor de berekening van de versterkingen is er geen verschil. Voor het toe te passen koolstofvezelwapeningssysteem dienen de specifiek voor het toe te passen systeem van toepassing zijnde eigenschappen door de leverancier te worden aan geleverd. 6.2 Koolstofvezelwapening 6.2.1 Algemeen Voor de koolstofvezellijmwapening dient de leverancier minimaal de volgende gegevens aan te leveren: -vezelpercentage in de doorsnede; -thermische uitzettingscoëfficiënt (evenwijdig aan en loodrecht op de vezelrichting); -glas-rubberovergangstemperatuur; -treksterkte; -elasticiteitsmodulus; -breukrek. Voor koolstofvezellijmwapening met vezels in één richting moeten de eigenschappen onder trek in de vezelrichting worden bepaald volgens NEN-EN 2561. De resultaten moeten worden aangegeven in de vorm van gemiddelde waarde en standaard - afwijking. Ook moet worden aangegeven wat is aangehouden voor de nominale doorsnede voor de bepaling van de eigenschappen. Bij flexibele lamellen of weefsel met vezels in verschillende richtingen moeten de eigenschappen worden bepaald voor elke vezelrichting. 6 Materialen 12 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 6.2.2 Treksterkte De rekenwaarde van de treksterkte van de koolstofvezelwapening f fu moet worden bepaald uit: f fu = f frep / ?M waarin: f frep is de representatieve waarde van de treksterkte van de koolstofvezelwapening; ?M = 1,3. De representatieve waarde van de treksterkte van de koolstofvezelwapening dient door de leverancier te worden opgegeven en is veelal de karakteristieke waarde van de treksterkte. Toelichting Als voor een systeem niet de karakteristieke treksterkte, maar een 'gegarandeerde waarde' is aangegeven, mag die worden aangehouden als de representatieve waarde.Koolstofvezelwapening gedraagt zich nagenoeg lineair-elastisch tot aan breuk, zodat sprake is van een bros materiaalgedrag. Met betrekking tot dit gedrag en de materiaalfactor van 1,3 kan worden opgemerkt dat: ? door het stellen van een eis aan de maximale hoogte van de betondrukzone (zie 8.1.3e) wordt bereikt dat de versterkte betonconstructie waarschuwend vermogen heeft; ? in de praktijk in de meeste gevallen breuk van de koolstofvezelwapening niet maatgevend is (zie ook de toelichting bij 8.1.1). 6.2.3 Elasticiteitsmodulus en ?-?-diagram De elasticiteitsmodulus E f moet zijn opgegeven door de leverancier. Voor de bepaling van de elasticiteitsmodulus moet gebruik worden gemaakt van de secant - modulus die wordt gevonden met de twee punten in het kracht-vervormingsdiagram bij respec - tievelijk 10% en 50% van de breekkracht, conform NEN-EN 2561. Als ?-?-diagram voor de koolstofvezelwapening moet het diagram van figuur 1 worden aangehouden. ff u fu f ? ? f¡ Figuur 1. ?-?-diagram van koolstofvezelwapening Hoofdstuk 6 ? Materialen 13 6.2.4 Breukrek De breukrek ?fu dient minimaal gelijk te zijn aan 1,0%. Toelichting De minimale waarde voor de breukrek houdt verband met het feit dat ervaring is opgebouwd met systemen die minimaal een dergelijke breukrek bezitten. Voor de breukrek moet de laagste waarde worden aangehouden van de door de leveran - cier opgegeven waarde en de waarde die volgt uit f fu/ Ef. 6.3 Lijm De koolstofvezelwapening moet tegen het beton worden gelijmd met een twee-componenten koudhardende lijm. De lijm moet minimaal de hierna aangegeven eigenschappen bezitten: Fysische eigenschappen -de lijm moet uitvullende eigenschappen hebben (thixotroop) en zowel horizontaal boven het hoofd applicatie) als verticaal toepasbaar zijn; -minimale verwerkingstemperatuur: tussen 5 en 10 °C; -maximale relatieve luchtvochtigheid tijdens uitvoering: 80%; -maximale krimp: 0,1%; -de lijm moet een goede bestandheid tegen kruip hebben; -de lijm mag niet te verzepend zijn (alkalibestendig); -minimale verwerkingstijd (potlife): 40 minuten bij 20 °C; -minimale open-tijd (tijd tussen aanbrengen lijm op beton en aanbrengen koolstofvezel - wapening): 20 minuten bij 20 °C; -minimale bewaartijd (in de originele verpakking): 6 maanden bij opslag tussen 5 en 25 °C; -minimale glas-rubberovergangstemperatuur: 45 °C, of de maximale schaduwtemperatuur in de gebruiksfase plus 20 °C; de hoogste waarde is bepalend; -vochtweerstand: de maximale waterabsorptie na onderdompeling in water mag niet meer dan 3% (m/m) bedragen. Mechanische eigenschappen De afschuifsterkte ?l en de hechtsterkte ?l van de lijm dient in uitgeharde toestand minimaal de volgende eigenschappen volgens NEN-EN 12188 te bezitten, bepaald bij 20 °C: ?l ? 12 N/mm² ?l ? 15 N/mm² De elasticiteitsmodulus van de lijm moet tussen 2.000 N/mm² en 15.000 N/mm² liggen. Toelichting Veelal wordt een structurele lijm op basis van epoxy gebruikt en is dit eenzelfde lijmsoort als ook voor het verlijmen van staalplaten wordt toegepast. Ervaring gedurende meer dan 50 jaar heeft de geschiktheid en duurzaamheid van deze lijmen aangetoond. Even tueel kunnen ook andere soorten lijm worden gebruikt, mits de geschiktheid en duurzaamheid daarvan voldoende zijn aangetoond. De eisen aan de lijm zijn ontleend aan NEN-EN 1504-4 en [1]. Voor bepalingsmethoden voor de verschillende eigenschap - pen wordt ook naar die documenten verwezen. Als de lijm aan deze voorwaarden voldoet en de uitvoering op correcte wijze plaatsheeft, zal veelal niet de sterkte van de lijm, maar de sterkte van het beton maatgevend zijn. Daarom is de sterkte van de lijm niet benodigd voor dimensioneringsberekening. 14 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 6.4 Bijzondere aandachtspunten De versterking met uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening dient tegen directe zonbestraling te worden beschermd. Bij direct contact tussen de koolstofvezelwapening en wapeningsstaal of bijvoorbeeld stalen ankerplaten, dient te worden voorkomen dat galvanische corrosie kan optreden. Toelichting Door directe zonbestraling kan de temperatuur van de zwarte koolstofvezelwapening zeer hoog oplopen, waardoor mogelijk zelfs de glas-rubberovergangstemperatuur van de epoxyhars of lijm kan worden bereikt. Verder dient directe zonbestraling te worden vermeden in verband met een mogelijke invloed van UV-straling op de eigenschappen van de koolstof - vezelwapening [1]. Hoofdstuk 7 ? Beoordeling van de te versterken betonconstructie 15 7.1 Algemeen De te versterken betonconstructie dient vooraf te worden beoordeeld op geschiktheid voor de beoogde versterking. De conditie ervan moet, eventueel na het uitvoeren van reparaties, voldoen aan de eisen in 7.2. 7.2 Conditie van de betonconstructie Voor de te versterken betonconstructie gelden de navolgende eisen: -De sterkteklasse van het beton dient minimaal gelijk te zijn aan C12/15. -De hechtsterkte van het systeem aan het beton ter plaatse van de aan te brengen versterking, bepaald volgens methode 1 in CUR-Aanbeveling 20, dient minimaal gelijk te zijn aan 1,5 N/mm². -Er mag geen schade aanwezig zijn die het functioneren van de versterkte betonconstructie tijdens de geplande levensduur negatief beïnvloedt. Bij de beoordeling op eventueel aanwezige schade dient aandacht te worden besteed aan onder meer: ? scheurvorming; ? wapeningscorrosie; ? carbonatatiediepte; ? chlorideschade; ? ettringietschade; ? alkali-silicareactie. Toe te passen methoden voor inspectie en onderzoek van de betonconstructie zijn aangegeven in CUR-Aanbeveling 72. 7.3 Voor het ontwerp benodigde gegevens Voor het ontwerp van de versterking dient bepaalde informatie van de te versterken constructie beschikbaar te zijn. Afhankelijk van de uit te voeren versterking kan dit betreffen: -druksterkte van het beton; -hechtsterkte van het beton; -hoeveelheid, staalkwaliteit, plaats en conditie van het betonstaal. De benodigde informatie kan worden verkregen door: -uit te gaan van de originele wapeningsberekeningen en -tekeningen; -een inspectie ter plaatse, waarbij gebruik kan worden gemaakt van onder meer de volgende technieken: ? visuele inspectie; ? boren van cilinders; ? bloothakken van de wapening. Toelichting De genoemde technieken zijn ter illustratie opgenomen. Afhankelijk van de omstandigheden kunnen ook andere technieken zoals ultrasone metingen en radarmetingen, worden toegepast. 7 Beoordeling van de te versterken betonconstructie 16 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 8.1 Op buiging versterkte constructie 8.1.1 Ontwerp van de versterking Voor de versterkte betonconstructie moeten de gebruikelijke bezwijkmechanismen voor beton - constructies en een aantal additionele bezwijkmechanismen die betrekking hebben op verlies van composietwerking, worden beschouwd. Het ontwerpproces voor een versterking met uitwendige koolstofvezelwapening zal veelal volgens de navolgende stappen a tot en met e worden uitgevoerd: a Bepalen van de initiële rek in het beton ter plaatse van de aan te brengen koolstofvezelwapening volgens 8.1.2. b Berekenen van de benodigde doorsnede van de koolstofvezelwapening uitgaande van volledige composietwerking en rekening houdend met de eis ten aanzien van voldoende waarschuwend vermogen van de constructie volgens 8.1.3. Omdat veelal onthechtingsmechanismen volgens 8.1.4 maatgevend zullen zijn, verdient het aanbeveling te beginnen met een doorsnede van de koolstofvezelwapening uitgaande van een rek ?f die aanmerkelijk lager is dan de breukrek ?fu. c Controle van de mechanismen met betrekking tot onthechting: ? onthechting bij dwarskrachtscheuren volgens 8.1.4a; ? onthechting door hoge schuifspanningen volgens 8.1.4b; ? benodigde verankeringslengte volgens 8.1.4c; ? eindverankering-dwarskrachtbreuk volgens 8.1.4d. d Controle van de bruikbaarheidsgrenstoestand volgens 8.1.5. e Control e van de dwarskrachtcapaciteit volgens 8.1.6. Toelichting In bijlage A zijn de verschillende stappen in het ontwerpproces in een schema weergegeven. Een aantal mechanismen betreft het verlies van composietwerking (onthechting), waarbij de schuifspanning tussen het beton en de koolstofvezelwapening een belangrijke rol speelt (zie figuur 2). Om te kunnen voldoen aan de controles ten aanzien van de onthechtingsmechanismen en de bruikbaarheidsgrenstoestand, zal in de meeste gevallen een grotere doorsnede van de kool - stofvezelwapening nodig zijn dan die welke is gebaseerd op volledige composietwerking (8.1.1b). Om praktische redenen kan daarom bij het ontwerp beter worden gestart met een dimensionering van de koolstofvezelwapening uitgaande van een beperkte rek (bijvoorbeeld 0,5%) in de koolstofvezelwapening. Afhankelijk van de resultaten van de verschillende contro - les kan vervolgens via iteratie worden gezocht naar een doorsnede van de koolstofvezel - wapening waarbij voor de maatgevende controle geldt dat nog juist aan de eis wordt voldaan. Naast het vergroten van de doorsnede van de koolstofvezelwapening kunnen ook de volgende maatregelen worden toegepast om aan bepaalde controles te voldoen: ? het aanpassen van de lengte van de koolstofelementen; ? het toepassen van een speciale verankering. Deze zijn niet verder behandeld in deze aan beveling. Voor de achtergronden voor de verschillende mechanismen, zie [1, 2]. 8.1.2 Bepaling van de initiële rek bij aanbrengen van de koolstofvezelwapening De rek in het beton ter plaatse van de koolstofvezelwapening en op het moment van aanbrengen daarvan (initiële rek ?0) dient voor de maatgevende doorsnede te worden bepaald. Daarvoor mag worden uitgegaan van het buigend moment M 0 behorend bij de belasting op de constructie op het tijdstip van aanbrengen van de koolstofvezelwapening en van de gescheurde doorsnede, waarbij het beton geen trekspanningen kan opnemen. Als M 0 kleiner is dan het scheurmoment en 8 Dimensionering Hoofdstuk 8 ? Dimensionering 17 als tevens mag worden aangenomen dat het scheurmoment tijdens de levensduur van de constructie tot aan het tijdstip van versterken niet is overschreden, is de initiële rek gering en mag gelijk worden genomen aan nul. Toelichting De constructeur dient afhankelijk van de specifieke situatie te beoordelen met welke initiële rek hij moet rekenen en of het verantwoord is om deze eventueel gelijk aan nul te nemen. Met vijzelen kan ?0 worden verminderd. Bedacht dient te worden dat het bui - gend moment M 0 veel kleiner kan zijn dan de momentane belasting voor de onversterkte constructie. Voor de beoordeling of voor de bepaling van ?0 moet worden uitgegaan van een gescheurde situatie of niet, kan eventueel ook gebruik worden gemaakt van een visuele inspectie. 8.1.3 Dimensionering van de koolstofvezelwapening Overeenkomstig het toetsingscriterium voor buiging en/of normaalkracht volgens 6.1 van NEN-EN 1992 dient de uitwendig aan te brengen koolstofvezelwapening zodanig te worden gedimen- sioneerd, dat in elke doorsnede wordt voldaan aan de voorwaarde: M Ed ? M Rd Het berekenen van het uiterst opneembare buigend moment, M Rd, kan worden uitgevoerd met behulp van een doorsnedeberekening (zie figuur 3). Daarvoor gelden de uitgangspunten in 6.1 van NEN-EN 1992 met de volgende aanpassingen en/of aanvullingen: a de verlenging van de koolstofwapening is rechtevenredig met de afstand tot de neutrale lijn; b voor het verband tussen ?f en ?f moet een lineair verloop worden aangehouden (zie figuur 1); c de rek in de koolstofvezelwapening mag niet groter zijn dan de breukrek ?fu; d rekening dient te worden gehouden met een aanwezige initiële rek ?0 in de uiterste vezel van het beton op het moment dat de koolstofwapening wordt aangebracht (zie figuur 3); e in verband met het verkrijgen van voldoende waarschuwend vermogen moet worden voldaan aan de voorwaarde: ku/ke ? 1,5 waarbij ku is de kromming bij het uiterst opneembare moment M Rd van de versterkte betonconstructie, bepaald door ofwel het bereiken van de grenswaarde voor betonstuik, ?cu, ofwel het berei - ken van de breukrek van de koolstofvezelwapening, ofwel het bereiken van een grenswaarde voor onthechting. ke is de kromming bij het moment M Ed waarbij de inwendige betonstaalwapening begint te vloeien. Toelichting Zoals in de toelichting bij 8.1.1 is aangegeven, zal in de meeste gevallen een onthechtings - mechanisme of de bruikbaarheidsgrenstoestand maatgevend zijn, zodat een grotere door - snede van de koolstofvezelwapening moet worden toegepast dan die behorend bij volledige composietwerking in de uiterste grenstoestand. Zowel bezwijken van beton op druk, breuk van de koolstofvezelwapening als onthechting van de koolstofvezelwapening is een vorm van bros bezwijken. 18 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 FEd MEd,y N'c Ns Nf Nr As Af z MN s Nf Nr lvf momente n tre kkrac hten N f sc huifs panninge n bf FEd ? ? e indv erank ering sbre uk on thec hting 'pee ling' eind verank ering - dw arskrac htbre uk invloed v an scheure n op sc huifspanninge n d b f tre kkrac ht in k oolstofv ez elw ape ning ?f ?0 ?s x ?'b koolst ofv ez elw ape ning Ns N'c N's Nf ds df =h Figuur 2. Hechtschuifspanningen en onthechtingsbreuk [2] Figuur 3. Doorsnedeberekening voor een versterkte gewapend-betonconstructie Hoofdstuk 8 ? Dimensionering 19 8.1.4 Verlies van composietwerking (onthechting) Met betrekking tot verlies van composietwerking moeten vier mechanismen worden gecontroleerd: a onthechting bij dwarskrachtscheuren; b onthechting door hoge schuifspanning; c onthechting door onvoldoende verankeringslengte; d eindverankering-dwarskrachtbreuk. Toelichting De mechanismen zijn afgeleid voor versterking van een positief veldmoment. Dit leidt volgens de huidige inzichten tot een conservatief bepaalde versterking bij versterking van een negatief steunpuntsmoment. De bepalingen in deze Aanbeveling zijn ontleend aan [1, 2]. Aangenomen wordt dat deze goed aansluiten bij het fysisch gedrag van een versterkte constructie. Een aantal mechanismen is teruggebracht tot een controle van de optredende dwarskracht in een specifieke doorsnede van de betonconstructie. a Onthechting bij dwarskrachtscheuren In verband met het mechanisme onthechting bij dwarskrachtscheuren moet worden voldaan aan: V Ed,max ? V odu [N] waarin: V Ed,max is de maximale waarde voor de dwarskracht in het gebied waar de koolstofvezelwapening aanwezig is en vanaf een afstand d s vanaf het einde van de versterking bij positieve momenten en een afstand d s vanaf de dag van de oplegging bij negatieve steunpunts - momenten (zie ook figuur 4); V odu = ?odu · b · ds; b is de breedte van de betondoorsnede volgens 6.2.2 van NEN-EN 1992. Bij I-, T-, L- en [-profielen moet de breedte b w van het lijf worden aangehouden; d s is de nuttige hoogte van de betondoorsnede voor de inwendige betonstaalwapening; ?odu is de uiterst opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting bij dwarskrachtscheuren = ?odrep /?M; ?odrep is de representatieve waarde voor de opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting bij dwarskrachtscheuren = 0,38 + 1,51 ?eq (N/mm²); ?M = 1,4; ?eq is het equivalente wapeningspercentage = ?s + ?f · Ef/ Es; ?s is het wapeningspercentage (in %) van de buigtrek-betonstaalwapening betrokken op de nuttige hoogte d s; ?f is het wapeningspercentage (in %) van de koolstofvezelwapening betrokken op de nuttige hoogte d f; E f is de elasticiteitsmodulus van de koolstofvezelwapening; E s is de elasticiteitsmodulus van de inwendige betonstaalwapening. 20 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 ToelichtingDeze toets heeft te maken met het feit dat het beton aan weerszijden van een dwarskracht - scheur onderling verticaal verplaatst, waardoor een trekspanning loodrecht op de koolstof - vezelwapening tot onthechting kan leiden. De betonstaalwapening biedt hieraan via deuvel - werking weerstand. Voor dit mechanisme wordt gebruikgemaakt van een empirische formule [2]. Bij de afleiding van de formule is geen rekening gehouden met beugelwapening, zodat deze controle conservatief is op plaatsen waar beugels de dwarskrachtscheuren kruisen. In figuur 4 is voor twee verschillende situaties getoond bij welke maximale dwarskracht V Ed,max de toets moet worden uitgevoerd. L A s Af MEd,y VEd,s VEd,y ver sc hoven mome nte nlijn M VEd ds h d s ds MEd,y VEd,m ax versc hoven mome nte nlijn M V d VEd a b As ds ds h A f Figuur 4. Voorbeelden van plaatsen waar de dwarskracht moet worden gecontroleerd in verband met respectievelijk onthechting door dwarskrachtscheuren en hoge schuifspanningen a bij een eindoplegging b bij een middensteunpunt Hoofdstuk 8 ? Dimensionering 21 b Onthechting door hoge schuifspanningen In verband met beperking van de schuifspanning tussen beton en koolstofvezelwapening moet voor doorsneden waarin het betonstaal in de uiterste grenstoestand vloeit, rekening houdend met de verschoven momentenlijn volgens 6.2.2 (5) van NEN-EN 1992, worden voldaan aan de voorwaarde: VEd ,y ? V Rd,su = ?osu · zr · bf waarin: V Rd,su is de uiterst opneembare dwarskracht met betrekking tot het mechanisme onthechting door hoge schuifspanningen; ?osu is de uiterst opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting door hoge schuifspanningen = ?osrep / ?M; ?osrep is de representatieve waarde van de opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme onthechting door hoge schuifspanningen = 1,8 f hrep ; z r is de hefboomsarm voor de resulterende trekkracht van de inwendige wapening en de uit - wendige koolstofvezelwapening, als benadering mag z r = 0,95 d s worden aangehouden; b f is de breedte van de koolstofvezelwapening; f hrep is de representatieve waarde van de hechtsterkte van het beton bepaald volgens methode 1 in CUR Aanbeveling 20 (zie ook 10.2.2); ?M = 1,4. Toelichting Deze toets is geïntroduceerd in [2], waar ook een controle is aangegeven voor de schuifspanningen in doorsneden waarin de wapening niet vloeit. Die laatste is bijna nooit maatgevend (zie ook [1]) en is daarom niet in deze Aanbeveling opgenomen. In figuur 4 is voor twee verschillende situaties getoond wat de maximale dwarskracht V Ed ,y is in het gebied waarin de wapening vloeit. Voor f hrep mag 0,7 maal de experimenteel bepaalde gemiddelde waarde voor de hecht - sterkte worden aangehouden. Bij een goede voorbereiding van het betonoppervlak zal de hechtsterkte gelijk zijn aan de betontreksterkte. Bij het ontwerp kan daarom de reprxesentatieve waarde van de beton - treksterkte, f ctk,0,05 , worden aangehouden voor f hrep . De werkelijke hechtsterkte dient tijdens de uitvoering te worden bepaald (zie 10.2.2). c Onthechting door onvoldoende verankeringslengte De beëindiging van de koolstofvezelwapening dient te voldoen aan de voorwaarde: l f( x ) ? l vf(x ) voor N f(x ) ? N vf,max waarin: l f( x ) is de lengte van de koolstofvezelwapening vanaf de doorsnede x tot het uiteinde van de koolstof vezelwapening; N f( x ) is de trekkracht in de koolstofvezelwapening in doorsnede x uitgaande van de verschoven momentenlijn volgens 6.2.2 (5) van NEN-EN 1992; l vf( x ) is de benodigde verankeringslengte van de koolstofvezelwapening achter de doorsnede x , waarin de trekkracht N vf( x ) aanwezig is; l v f,max is de verankeringslengte van de koolstofvezelwapening behorend bij de maximaal te verankeren kracht N v f,max . 22 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 De waarde van N v f,max moet worden bepaald uit: Nvf,max = k 1kb bf  k 2   E f tf fhd [N] waarin: 1 k b fb b f 400 mm 2 ? 1 + k1 = 0,783; k 2 = 0,4 mm; b f is de breedte van de koolstofvezelwapening in mm; E f is de elasticiteitsmodulus van de koolstofvezelwapening in N/mm²; t f is de dikte van de koolstofvezelwapening in mm; f hd is de rekenwaarde van de hechtsterkte, die gelijk mag worden genomen aan 0,5f hm , waarbij f hm de gemeten gemiddelde hechtsterkte is. b is de breedte van de betondoorsnede ter plaatse van de koolstofvezelwapening of de hart-op-hart-afstand van de koolstofvezelwapeningselementen, waarbij b niet groter mag zijn dan 2 b f. De waarde van l v f,max moet worden bepaald uit: [m m] lvf,max = K 2 E t tf Fhd   Voor verankeringslengten l vf(x ) die kleiner zijn dan l v f,max , kan de bijbehorende kracht N vf(x ) die kan worden verankerd, worden berekend volgens: Nvf (x) = N vf,max 2 ? lvf (x) l vf,max lvf  (x) l vf,max Toelichting Over de lengte van de betonconstructie moet worden gecontroleerd of voor de rekenwaarde van het buigend moment in de uiterste grenstoestand wordt voldaan aan de voorwaarde M Ed/ zr = N Er ? N Rd,r (x ) (zie figuur 5a), waarbij rekening is gehouden met de verschoven momentenlijn. Een procedure om dit te controleren is geschetst in figuur 5b. De koolstof - wapening kan in principe worden beëindigd op de plaats waarvoor geldt N Er = A s fyd. De kracht N f (x ) in de koolstofvezelwapening die daarbij moet worden verankerd, kan worden bepaald met een doorsnedeberekening of kan (voor ?s ? ?e) worden benaderd door: Nf(x) = M Ed(x) 1 + A s  E s Af  E f zr  waarbij z r gelijk mag worden genomen aan 0,95 d s. Hoofdstuk 8 ? Dimensionering 23 NEd,s NEd,f NEd,f (x) x N r = N s + N f MEd/zr NEd,s NEd,f MEd/zr Nvf,max x l f(x) l f(x) de kking slijn Procedure v oor c ontrole v e rank ering slengt e Bereken voor doorsnede x, waarvoor geldt M Ed(x)/z r = A sfyd(x) (voor verschoven M-lijn) de tre kkrac ht N Ed,f (x) in de k oolst ofv ez elw ape ning. NEd,f (x) N vf,max nee ja ja OK nee Nee m één v an de volgende maa tregelen: a. v erle ng de k oolstofv ez elw ape ning ; b . p as breedt e/dikte verhouding a an; c. p as s pec iale v erank ering t oe. V oe r con trole e ve n tuee l opnie uw uit. Be paal de pl aa ts v an door snede x, w aar voor ge ldt N Ed(x) = N vf,max (voor ver sc ho ve n M -lijn) nee ja a b Nr = N s + N f NRd(x) = N Rd,s (x) + N Rd,f (x) N Rd(x) = N Rd,s (x) + N Rd,f (x) de kking slijn l f(x) > l vf(x) l f(x) > l vf,max d Controle van het mechanisme eindverankering-dwarskrachtbreuk Voor beëindiging van een versterking in het veld bij een eindsteunpunt moet het mechanisme voor eindverankeringdwarskrachtbreuk voldoen aan: V Ed,s ? V Rd,uu en ?> 1 + L d s Figuur 5. Controle van de beëindiging van de koolstofvezelwapening a dekkingslijnen b schematische weergave van een mogelijke procedure 24 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 waarin: V Ed,s is de dwarskracht in de doorsnede op een afstand d s van het einde van de koolstofvezel - wapening bij een eindoplegging (is V Ed,max in figuur 4a); V Rd,uu is de uiterst opneembare dwarskracht met betrekking tot het mechanisme eind - verankeringdwarskrachtbreuk = ?ouu · b · ds; b is de breedte van de betondoorsnede volgens 6.2.2 (5) van NEN-EN 1992. Bij I-, T-, L- en [-profielen moet de breedte b w van het lijf worden aangehouden; d s is de nuttige hoogte van de betondoorsnede voor de inwendige betonstaal wapening; ?ouu is de uiterst opneembare schuifspanning met betrekking tot het mechanisme eind - verankeringdwarskrachtbreuk = ?ourep / ?M; ?ourep is de representatieve waarde voor het mechanisme onthechting door eindverankering - dwarskrachtbreuk ?ourep k3 = 4 N 1/2 · mm -3/4 L is de afstand tussen het einde van de koolstofvezelwapening en de dagmaat van de oplegging in mm; ?s is het wapeningspercentage van de buigtrek-betonstaalwapening betrokken op de nuttige hoogte; f ctd is de rekenwaarde voor de betontreksterkte in N/mm²; ?M is de materiaalfactor = 1,4; ?v is de dwarskrachtslankheid volgens 5.6.3 van NEN-EN 1992. Toelichting Het model is opgesteld door Jansze [3] in analogie met de berekening van een dwars - krachtscheur volgens de CEBFIP Model Code [4]. Ten opzichte van het originele model zijn de formules vereenvoudigd). Dit mechanisme is ontwikkeld voor beëindiging van een versterking in het veld bij een eindsteunpunt. Een vergelijkbare spanningssituatie kan theoretisch optreden bij een grote geconcentreerde belasting direct naast de beëindiging van een versterking voor een negatief steunpuntsmoment. Als dit kan optreden wordt aanbevolen het mecha - nisme eindverankering-dwarskrachtbreuk op analoge wijze ook daarvoor toe te passen. 8.1.5 Bruikbaarheidsgrenstoestand Voor verificatie van eisen met betrekking tot de bruikbaarheidsgrenstoestand worden de navolgende methoden voorgesteld. a Betonstaalspanning In de bruikbaarheidsgrenstoestand dient de rek in de betonstaalwapening kleiner te zijn dan of gelijk te zijn aan f yk/ Es. b Doorbuiging De doorbuiging van de versterkte betonconstructie kan in principe worden berekend volgens de toetsing in 7.4.3. van NEN-EN 1992, waarbij geldt dat: -rekening dient te worden gehouden met de belastinghistorie voorafgaand aan en tijdens het versterken van de constructie; -de bijdrage van de koolstofvezelwapening aan de stijfheid in rekening gebracht mag worden. L k f ? 3 bs [N/mm 2] = 4 Hoofdstuk 8 ? Dimensionering 25 c Scheurvorming Voor scheurvorming kunnen de toetsingscriteria volgens 7.3.4 van NEN-EN 1992 worden aan- gehouden, waarbij voor de aanhechtingsfactor xf van de koolstofvezelwapening moet worden aangehouden: f = 0,42 Es  Ø E f  t f waarin: E f is de elasticiteitsmodulus van de koolstofvezelwapening; E s is de elasticiteitsmodulus van de inwendige betonstaalwapening; Ø is de kenmiddellijn van het betonstaal; t f is de dikte van de koolstofvezelwapening. 8.1.6 Controle van de dwarskrachtcapaciteit De op buiging versterkte betonconstructie moet ten aanzien van dwarskracht worden getoetst volgens de criteria in NEN-EN 1992, waarbij een eventuele bijdrage van de koolstofvezel- langs wapening wordt verwaarloosd. Indien niet aan de eisen wordt voldaan, is versterking voor dwarskracht noodzakelijk. Toelichting Voor versterking ten aanzien van dwarskracht kan gebruik worden gemaakt van koolstofvezelwapening volgens 8.2 of andere methoden. 8.2 Op dwarskracht versterkte doorsnede 8.2.1 Toetsing uiterste grenstoestand Het toetsingscriterium voor een met koolstofvezelwapening op dwarskracht versterkte beton- constructie is gelijk aan 6.2.3 van NEN-EN 1992-1-1 +NB: ?Ed ? ?Rd waarin: ?Rd is de rekenwaarde van de schuifspanning; ?Rd = ?Rd,s + ?Rd,f ? ?Rd,cmin . De waarden van ?Ed, ?Rd,min en ?Rd,s moeten op de gebruikelijke manier worden bepaald volgens NEN-EN 1992-1-1 +NB ?Rd,f is de door koolstofvezel-dwarskrachtwapening opneembare schuifspanning die op een voor inwendige beugels van betonstaal analoge wijze (6.2.3 NEN-EN 1992-1-1 +NB) moet worden bepaald volgens: Afv z E f ? sin ? (cot ? + cot ?) bd ?Rd,f = waarin: A fv is de doorsnede van de koolstofvezel-dwarskrachtwapening per lengte; z is de inwendige hefboomsarm = 0,9 d; E f is de elasticiteitsmodulus van de koolstofvezelwapening; ? feff is de effectieve rek van de koolstofvezelwapening; ? is de hoek tussen richting van de dwarskrachtwapening en de as van het constructie - deel; ? mag niet kleiner zijn dan 45°; q is de hoek tussen de drukdiagonaal en de as van het constructiedeel; b is de breedte van de betondoorsnede; d is de nuttige hoogte. 26 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 De koolstofvezelwapening moet in de drukzone door omsluiten of toepassen van speciale verankeringen (zie systeem A in figuur 6) goed zijn verankerd. Versterking in een U-vorm (Systeem B in figuur 6) mag ook worden toegepast, mits voor de buigcapaciteit wordt gerekend met een fictieve drukzone behorend bij de plaats van de verankering van de versterking. Afhankelijk van het type systeem volgens figuur 6 moet de effectieve rek ?feff worden bepaald volgens: fef = 1,6M fctm bw Ef Afv ( )  fu 0,30 bij omsloten systemen of speciale verankering (A) ( ) ( ) fe =0,055 M fctm bw Ef Afv fbm bw Ef Afv 0,56 1,6M  fu 0,30 bij U-vorm (B) waarin: f ctm is de gemiddelde treksterkte volgens NEN-EN 1992-1-1 +NB; ?fu is de breukrek van de koolstofvezelwapening; ?M is de materiaalfactor = 1,3. Indien ?feff < fyd/Es dan dient ?feff ook te worden gebruikt voor de bijdrage van de inwendige beugelwapening aan de dwarskracht. Toelichting Voor een breedte b van de betonconstructie en koolstofvezelwapening die de beide zijden van de constructie volledig bedekt, geldt: A fv = 2 t f. Voor strippen of flexibele matjes met een breedte b f en onderlinge afstand s f geldt: A fv = 2 t f · bf/sf. 8.2.2 Bruikbaarheidsgrenstoestand In de bruikbaarheidsgrenstoestand moet de rek in de koolstofvezelwapening worden beperkt tot f yk/ Es. Toelichting De beperking van de rek komt overeen met de eis dat bij buiging het betonstaal in de bruikbaarheidsgrenstoestand niet mag vloeien (8.1.5a). Aangenomen mag worden dat er geen onthechting in de bruikbaarheidsgrenstoestand zal optreden als aan deze eis wordt voldaan. Als de leverancier kan aantonen dat onthechting niet optreedt bij hogere waarden voor de rek, mag van deze eis worden afgeweken. syst eem B syst eem A omslot en sp eciale verank erin g in drukz one \f -v orm c tieve drukz one Figuur 6. Schematische weergave van het onderscheid in twee systemen voor dwarskrachtversterking met koolstofvezelwapening Hoofdstuk 9 ? Detaillering 27 9.1 Versterking voor buiging Het verdient de voorkeur de koolstofvezelwapening in het veld van een op buiging versterkte betonconstructie zover mogelijk naar de oplegging te laten doorlopen. Koolstofvezelwapening mag in meerdere lagen worden toegepast. Tenzij het goed functioneren van meerdere lagen wordt aangetoond, moet het aantal lagen worden beperkt tot 2 bij geprefa - briceerde systemen en tot 5 bij ter plaatse uithardende systemen volgens tabel 1. Bij versterking van plaatvormige elementen mag de afstand tussen de strippen koolstofvezel - wapening maximaal gelijk zijn aan de laagste waarde van: -0,2 maal de overspanning of 0,4 maal de uitkragingslengte; -5 maal de plaatdikte. De minimale afstand van de strippen tot aan de rand van een balk is gelijk aan één maal de betondekking. Toelichting De minimale afstand van de strippen is zodanig dat de lijm bij de uitvoering in voldoende mate onder de strippen vandaan geperst kan worden. Als de strippen bijna tegen elkaar worden gelijmd, kan via het betonoppervlak geen vochtuitwisseling tussen het beton en de omgeving plaatshebben. In dat geval dient voor de betreffende constructie beoor - deeld te worden of dit tot problemen kan leiden. 9.2 Dwarskrachtversterking Op plaatsen waar de koolstofwapeningselementen om een hoek van een betonelement lopen, moeten de scherpe hoeken van het betonelement worden afgeschuind of afgerond. Voor de afstand tussen de versterkingselementen van koolstofvezelwapening bij versterken ten aanzien van dwarskracht mag geen grotere waarde worden aangehouden dan: 0,9 d ? 0,5 b f in het geval van een rechthoekige doorsnede 0,9 d ? h f ? 0,5 b f in het geval van T-balken waarin: b f is de breedte van de koolstofvezelwapeningselementen; h f is de dikte van de flens van een T-balk. Toelichting Door de eis van de maximale onderlinge afstand van de versterkingselementen zal er geen diagonale scheur kunnen ontstaan zonder een versterkingselement te snijden. 9 Detaillering 28 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 10.1 Algemeen De correcte uitvoering bij het aanbrengen van uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening is van essentieel belang voor het functioneren ervan. De uitvoering dient daarom te geschieden door daarvoor gecertificeerde bedrijven en personen conform de BRL 3201-2 voor handreparaties en spuitbeton.De manier waarop de uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening dient te worden aangebracht, alsmede alle daarvoor uit te voeren controles en te nemen maatregelen, dienen door de leveran- cier van het toe te passen systeem te worden aangegeven. Daar waar de navolgende algemene richtlijnen met betrekking tot het aanbrengen van de koolstofvezelwapening niet overeenkomen met de instructies van de leverancier van het koolstofvezelwapeningssysteem, zijn de laatst - genoemde maatgevend. Toelichting Indien de instructies van de leverancier van het betreffende systeem niet overeenkomen met de algemene regels in dit hoofdstuk, wordt geadviseerd bij de leverancier een onderbouwing van de afwijkende instructies te vragen. 10.2 Voorwaarden met betrekking tot uitvoeringsomstandigheden Om de koolstofvezelwapening aan te kunnen brengen dient aan de voorwaarden in 10.2.1 tot en met 10.2.3 te zijn voldaan. 10.2.1 Temperatuur en luchtvochtigheid De omgevingstemperatuur moet liggen tussen de minimale en maximale temperatuur, die door de leverancier van de lijm is aangegeven. Ter indicatie kunnen de volgende veelal geldende voorwaarden worden genoemd: -de omgevingstemperatuur en de temperatuur van de ondergrond mogen niet lager zijn dan 10 °C en niet hoger dan 35 °C; -de temperatuur van het beton moet tijdens applicatie ten minste 3 °C hoger zijn dan de dauwpunttemperatuur van de omgevingslucht; -de relatieve luchtvochtigheid mag niet meer dan 80% bedragen. 10.2.2 Betonoppervlak Het betonoppervlak moet aan de volgende voorwaarden voldoen: -het moet zijn voorbereid volgens 10.3; -voor de meeste systemen zal het betonoppervlak droog moeten zijn. De eis is dan dat het vochtgehalte van het beton niet hoger is dan 4% (m/m). Bij sommige systemen is een vochtig oppervlak toegestaan. Bij toepassing in vochtige omstandig - heden dient te worden nagegaan of eventueel negatieve effecten, zoals corrosie van de wapening en vries-dooischade, kunnen optreden; -de hechtsterkte bepaald volgens methode 1 in CUR-Aanbeveling 20 moet minimaal gelijk zijn aan 1,5 N/mm². 10.2.3 Lijm De lijm dient verwerkt te worden op de manier die is aangegeven door de leverancier en binnen een tijdsduur gelijk aan 80% van de door de leverancier aangegeven verwerkingstijd voor de geldende omgevingstemperatuur. 10 Uitvoering Hoofdstuk 10 ? Uitvoering 29 10.3 Voorbereiding van oppervlakken 10.3.1 Betonoppervlak Het betonoppervlak moet ter plaatse van de aan te brengen koolstofvezelwapening a vrij zijn van defecten; b geen scheuren met een grote scheurwijdte bevatten; c geen grote oneffenheden bezitten; d opgeruwd zijn; e een dekking met een dikte van minimaal 10 mm hebben; f vrij zijn van stof of andere verontreinigingen. a Defecten Nagegaan moet worden of defecten zoals grindnesten of losse dekking door wapeningscorrosie, aanwezig zijn. Defecten dienen te worden hersteld volgens de reparatietechnieken vastgelegd in de CUR-Aanbeveling 118. b Scheuren met een grote scheurwijdte Scheuren met een scheurwijdte groter dan 0,2 mm moeten worden geïnjecteerd volgens tech nieken die in CUR Aanbeveling 119 zijn beschreven. c Oneffenheden Voor het betonoppervlak zijn de in tabel 2 aangegeven oneffenheden toegestaan. Als het oppervlak niet aan de eisen volgens tabel 2 voldoet, moet het oppervlak worden uitgevlakt met daarvoor geschikte reparatiemiddelen. De reparatie dient uitgevoerd te worden conform de CUR-Aanbeveling 118. Tabel 2. Maximaal toegestane ongelijkheden van het betonopper vlak koolstofvezelwapeningssysteem ongelijkheid over 2 m ongelijkheid over 0,3 m Koolstofvezelwapeningssysteem Ongelijkheid over 2 mOngelijkheid over 0,3 m Geprefabriceerd: dikte > 1 mm 10 mm 4 mm Geprefabriceerd: dikte ? 1 mm 6 mm 2 mm Ter plaatse uithardend 4 mm 2 mm d Oppervlaktegesteldheid De cementhuid en/of eventuele oude verwerkingslagen (coatings) moeten volledig zijn verwijderd en de ondergrond moet goed zijn opgeruwd. Het bewerken van het oppervlak dient bij voorkeur door middel van gritstralen te geschieden. Technieken waarbij de kans op beschadiging van de betonhuid, leidend tot een reductie in treksterkte en/of hechtsterkte, groot is, moeten worden vermeden. Om die reden worden boucharderen en naaldenbikken niet toegelaten. Voor ter plaatse uithardende systemen moet het betonoppervlak veelal minder ruw zijn dan voor geprefabriceerde systemen. e Minimale dekking van 10 mm Indien de dekking op de aanwezige betonstaalwapening minder is dan 10 mm, dient eerst via de gebruikelijke reparatietechnieken een extra dekking te worden aangebracht. f Vrij van stof en andere verontreinigingen Het oppervlak dient direct voor het aanbrengen van de koolstofvezelwapening stofvrij te worden gemaakt. Indien perslucht wordt gebruikt, moet deze olievrij zijn. 30 CROW-CUR Aanbeveling 91:2021 10.3.2 Oppervlak van koolstofvezelwapening De koolstofvezelwapening moet vrij zijn van stof, olie, koolstof-stof en andere verontreinigin - gen en moet worden beoordeeld op eventuele beschadiging door transport of anderszins. Bij geprefabriceerde systemen dient het oppervlak schoongemaakt te worden volgens de instructies van de leverancier. Bij systemen die zijn voorzien van een beschermfolie, moet de beschermlaag kort voor het lijmen worden verwijderd en mag het oppe