Steyptir bitar með forspenntum BFRP teinum

Concrete structures are normally reinforced with steel tendons. In marine or chemical environment steel has its limitations. Replacing steel with FRP reinforcement has been practiced for many years but using basalt fiber reinforcement polymer tendons (BFRP) as a structural material is rather new. Tension strength of BFRP tendon is about twice the tension strength of steel reinforcement but the elastic modulus is only 40-50 GPa while steel has 200 GPa. Therefore elastic lengthening of BFRP tendons is much more than of steel and strain in tension zone of concrete structures will be over acceptable limits. To utilise the high tension strength of BFRP and prevent too much cracking of concrete, the tendons could be prestressed. This thesis presents results of an experimental work. The main topics of this experimental work are to use prestressed BFRP tendon as reinforcement in concrete beam, simulating precasted slabs for example, and try to estimate the relaxation of the prestress force in the tendon. Four beams were casted, three of them with prestressed BFRP tendons and one not prestressed. To study the behaviour of the prestressed tendons the strain was measured over a period of approximately three weeks. Then the beams were broken under four point bending test. Relevant literature was reviewed to compare calculations and testing procedure with the experimental work. The main findings were that it is possible to prestress BFRP tendons, but because of low transverse strength anchoring the tendons can be difficult. The stiffness and bearing capacity of the beam did increase relative to un-prestressed beam. Long-term relaxation of prestressed BFRP tendons is estimated close to 20%. Special care is needed while calculating shear strength of beams with longitudinal FRP reinforcement.Í steinsteypt mannvirki eru yfirleitt notaðir stálteinar til styrkingar. Í umhverfi þar sem mikil hætta er á tæringu, t.d. þar sem mikill raki er eða önnur efnaáraun, þá hentar hefðbundið stál ekki vel. Í þessháttar aðstæðum hefur notkun á trefjastöngum (FRP) verið reynd víða um heim með ágætum árangri. Basalttrefjastangir (BFRP) eru hinsvegar frekar nýjar á markaðnum. Togstyrkur BFRP stanga er u.þ.b. tvöfaldur á við hefðbundið stál en fjaðurstuðullinn er aðeins 40-50 GPa meðan fjaðurstuðull stáls er um 200 GPa. Elastísk lenging BFRP teina verður því mun meiri en stálteina, sem veldur þá allt of miklum togsprungum í steypunni ef reynt er að nýta togstyrk BFRP teina til jafns á við steypustyrktarteina úr stáli. Með því að forspenna BFRP teina er hægt að nýta hærra hlutfall af togstyrk þeirra áður en steypan byrjar að springa. Í þessari ritgerð eru niðurstöður tilraunar á forspenntum BFRP teinum kynntar. Helstu þættir þessarar rannsóknar voru að forspenna BFRP teina sem styrkingu í steyptum bitum, með það að markmiði að líkja eftir forspenntum plötueiningum og áætla hve hátt hlutfall forspennukraftsins tapast til langs tíma. Fjórir bitar voru steyptir, þrír þeirra forspenntir og einn óspenntur. Streitan í forspenntu teinunum var mæld í um þrjár vikur, eða frá því byrjað var að strekkja og þar til bitarnir voru brotnir. Leitað var eftir sambærilegum rannsóknum við erlenda háskóla og rannsóknamiðstöðvar til að geta borið niðurstöður þessarar rannsóknar saman við viðeigandi tilrauna- og reikniaðferðir. Helstu niðurstöður voru þær að vel er hægt að forspenna BFRP teina og nota þá til styrkingar steypu. Í ljós kom að þörf er á að þróa betri festibúnað fyrir FRP teina. Stífni og burðargeta bitanna jókst borið saman við óspenntan bita. Langtíma spennulosun í teinunum er áætluð 20%. Gæta skal sérstakrar varúðar þegar skerþol bita eða platna með FRP langjárnum er reiknað, þar sem skerþol er minna ef FRP teinar eru notaðir en ef stálteinar eru notaðir