Buigversterking van gewapend betonnen balken met basalt textielversterkte mortel: experimenteel en analytisch onderzoek

Sterkere bruggen en gebouwen met een dun nieuwe jas

Veel verouderende bruggen, parkeergarages en gebouwen steunen op gewapende betonnen balken die niet zijn ontworpen voor het zwaardere verkeer en de langere levensduur van tegenwoordig. Het volledig vervangen van deze balken is ingrijpend en duur, dus ingenieurs zoeken naar slimme manieren om bestaande constructies van buitenaf op te waarderen. Deze studie onderzoekt één dergelijke methode: het omwikkelen van balken met een dunne, cementgebonden jas die basaltvezels bevat die als textiel zijn gerangschikt, met als doel sterkte en veiligheid te vergroten zonder ingrijpende sloopwerkzaamheden.

Vermoeid beton een vezelrijke huid geven

De onderzoekers concentreerden zich op gewapend betonnen balken, de werkpaarden die vloeren en brugdekken dragen. In de loop der tijd kan het staal in deze balken corroderen en kan het beton verzwakken, waardoor de veiligheidsmarge afneemt. Een veelbelovende reparatietechniek is Textiel Versterkte Mortel (TRM), waarbij een fijn vezelnet wordt ingebed in een dunne mortellaag die aan de buitenkant van de balk wordt gebonden. In tegenstelling tot conventionele vezelversterkte polymeren die epoxyharsen gebruiken en kracht kunnen verliezen bij hitte of op vochtige oppervlakken, gebruikt TRM een cementgebonden mortel die vocht en hoge temperaturen beter tolereert.

Waarom basalttextielen een aantrekkelijke optie zijn

Deze studie zoomt in op een specifiek soort TRM gemaakt met basaltvezels, Basalt Textiel Versterkte Mortel (BTRM). Basaltvezels worden getrokken uit vulkanisch gesteente en bieden hoge sterkte, goede corrosiebestendigheid en mogelijk lagere kosten dan koolstofvezels. Het team wilde weten hoe verschillende ontwerpskeuzes — zoals het aantal textiellagen, de grootte van de maasopeningen, het toevoegen van slanke basaltstaven in de jas en het gebruik van mechanische ankers — beïnvloeden hoeveel sterker en taaier gewapend betonnen balken worden wanneer ze met BTRM worden omhuld.

Grootformaat balken op de proef gesteld

Om deze vragen te beantwoorden, hebben de onderzoekers zes balken in vol formaat gestort, elk 2,3 meter lang en intern gewapend met staven zoals in echte constructies. Eén balk diende als onversterkte referentie, terwijl de andere vijf werden omwikkeld met verschillende BTRM-jassen die in een U-vorm rond de onderzijde en de lagere zijden waren aangebracht. Sommige balken kregen drie lagen basalttextiel, andere vijf of zelfs acht lagen; sommige gebruikten een fijn textiel met 5 millimeter maaswijdte en andere een grover 34 millimeter gaas; één uitvoering bevatte extra basaltstaven in de jas; en een andere gebruikte stalen ankers in de betonlijm om de jas beter vast te houden. Alle balken werden in een testmachine belast tot falen, terwijl instrumenten registreerden welke belasting ze droegen en hoeveel ze doorbogen.

Bescheiden sterktewinst, maar een hardnekkige zwakke schakel

De versterkte balken droegen tussen de 11 en 18 procent meer belasting dan de niet-omhulde controlebalk voordat ze faalden, wat bevestigt dat BTRM een directe toename van de capaciteit kan geven. Het toevoegen van meer textiellagen vergrootte de sterkte echter niet onbeperkt; balken met drie en vijf lagen bereikten vrijwel dezelfde ultieme belasting, wat aangeeft dat de winst afvlakt zodra de hechting tussen de jas en het beton de bepalende zwakte wordt. De grootte van de maasopeningen (5 versus 34 millimeter) maakte weinig verschil voor de algehele sterkte, en de extra basaltstaven verbeterden de prestaties slechts licht, voornamelijk door het post-scheurgedrag vloeiender en energie-absorberender te maken. Mechanische ankers hielpen de balken verder door te buigen voordat ze faalden, maar verhoogden de maximale belasting niet veel omdat het falen nog steeds optrad toen de gehele jas van het betonoppervlak losraakte. In bijna elke versterkte balk bleven de mortel-en-textiellagen intact en scheidden ze zich schoon van het beton, wat aangeeft dat het hoofdprobleem bij het beton–mortel-interface ligt.

Scherpere ontwerpmiddelen voor veiligere retrofits

Buiten de laboratoriumtests controleerden de auteurs hoe goed bestaande rekenmethoden de sterkte van dergelijke versterkte balken voorspellen. Veelgebruikte ontwerpsformules neigden ertoe de werkelijke capaciteit te onderschatten wanneer ze zeer conservatieve vervormingslimieten voor het textiel gebruikten, of de winst te overschatten wanneer ze perfecte hechting tussen jas en beton aannamen. Door voorspellingen zorgvuldig met testgegevens te vergelijken, stelden de onderzoekers een verfijnde, gebruiksvriendelijke vergelijking voor die het werkelijke gedrag beter weerspiegelt wanneer hechting imperfect is, en suggereerden veilig verhoogde toelaatbare vervormingen van het textiel voor gebruik in het ontwerp. Deze aangepaste formule kwam goed overeen met hun eigen testresultaten en gepubliceerde gegevens uit andere laboratoria.

Wat dit betekent voor echte constructies

Voor niet‑specialisten is de belangrijkste boodschap dat het omwikkelen van bestaande betonnen balken met een dunne basalttextiel- en morteljas een praktische manier is om ruwweg 10 tot 20 procent extra sterkte te winnen en het faalgedrag van balken vriendelijker te maken, wat waardevolle veiligheid en levensduur kan opleveren. De volledige potentie van basalttextielen wordt echter momenteel niet beperkt door de vezels zelf, maar door hoe goed de jas zich aan het oude beton hecht. Verbetering van oppervlaktevoorbereiding, hechtingsmaterialen en ankerdetails zal cruciale volgende stappen zijn om deze techniek een krachtiger en voorspelbaarder instrument te maken voor het versterken van de verouderende betonnen infrastructuur van de wereld.

Bronvermelding: Shamseldein, A., ELgabbas, F., Kohail, M. et al. Flexural strengthening of RC beams using basalt textile reinforced mortar: experimental and analytical investigation. Sci Rep 16, 7382 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37322-3

Trefwoorden: versterking van gewapend beton, basalt textielversterkte mortel, textielversterkte mortel, buiggedrag van balken, structurele retrofitting