Bio-based brug Emmen Durability van VVVK draagconstructies in een vochtige omgeving VVVK: Vlas Vezel Versterkte Kunststof Ir. P.G.F. Bosman Lectoraat Kunststof Technologie
Duurzame brug Dichtheid↓ geen contragewicht Stijfheid ̴ doorbuiging maatgevend Milieu-impact↓ & VVK thermisch recyclebaar vlas
E-glas
eenheid
bron
Dichtheid
1,40
2,55
kg/dm3
1
Stijfheid
50 à 70
72
GPa
1
Sterkte
0,5 à 1,1
2,0 à 3,5
GPa
1
-1,95
+6,75
kg CO2/dm3
2
Materiaaldemping in VVK
3,0±1,0
1,0±0,5
%
3
Vezelfractie (vacuüm infusie)
45±5
≥50
vol.%
proeven
Eigenschap
vezels
CO2
“Biocomposieten 2012, Natuurlijke vezels en bioharsen in technische toepassingen”, M. van den Oever en K. Molenveld, Wageningen UR “Flax & Hemp fibres: a natural solution for the composite industry” Add-on release 2014, Technical book CELC [3] “FLAX PREPREG – Prepreg made of flax fibers / epoxy resin” LINEO [1] [2]
Duurzame draagconstructies
Sustainability Milieu-impact
LCA, LCC, TCO
Durability Duurzaamheid
Onderzochte materialen • Vlasvezels: niet geconditioneerde omgeving niet chemisch voorbehandeld Uni Directioneel (UD) legsels • Hars: UP en VE met kobaltvrije verharder
• VVVK draagconstructies: eerste aanzet
Mechanica : toolbox Spanning
s= F/A
Rek
e = DL / L
Hooke
s=e•E
Proeven mechanische eigenschappen In laboratorium met: - kamertemperatuur T = 20°C - kamervochtigheid RV = 40-60% - korte duur tot breuk t = 1 min. - statische belasting n = 1
gemiddelde, spreiding, karakteristiek waarde
Afname van mechanische eigenschappen
s= F/A -
Temperatuur Vocht Vermoeiing Kruip
-
UV straling Chemicaliën Slijtage Verrotting !
coating Duralin4
DL = s•L / E [4] ‘Green composites: A review of material attributes and complementary Applications’ Dicker M.P.M. (2013).
Gevraagde factoren Factor Voor effect van
····vezel-VVK symbool
Glas5 Referentie
Temperatuur
Vocht d/n nat
0,9
?
hcH
1,0 0,9 0,8
hcC
0,9
? ? ? ? ? ?
droog
Kruip
d/n nat
Vermoeiing E
Vlas
hcT
droog
hcF
0,9
Toelichting
?
Afwijkende sterkte (s) & stijfheid (E) voor T≠ Ttest
Afwijkende s & E t.o.v. kamer droog
Teruglopen s & E onder permanente belasting
Teruglopen E-modulus onder dynamische belasting
[5] ‘Vezel versterkte kunststoffen (VVK) in civiele en bouwkundige draagconstructies’ CUR Aanbeveling 96 2015.
Vermoeiing E
𝜼𝒄𝑭 = 1,0 UD lamel
𝜼𝒄𝑭 = 0,9 UD laminaat
[6]
“Technical book JEC/CELC ‘Flex and Hemp fibers: a natural solution for the composite industry’ Add-on release 2014-p36. Bijdrage van Bensadoun F, KU Leuven.
Vermoeiing s
UD lamel UD laminaat
[6] [7]
“Technical book JEC/CELC ‘Flex and Hemp fibers: a natural solution for the composite industry” Add-on release 2014-p36. Bijdrage van Bensadoun F, KU Leuven. “Fatigue life evaluation of aligned plant fiber composites through s-n curves and constant life diagrams”, Shah DU, 2013
Kruip vervorming (E)
sterkte (s)
Hout8 (ook cellulose): Klimaatklasse voor hout 1/(1 + kdef) Relatieve Vochtigheid (RV) E-reductie RV < 65% (<12% vochtopname) 1/(1 + 0,6) = 0,63 RV < 85% (<20% vochtopname) 1/(1 + 0,8) = 0,56 RV > 85% (>20% vochtopname) 1/(1 + 2,0) = 0,33
[8]
EN 1995-1 ‘Eurocode 5: Ontwerp en berekening Houtconstructies’ (2005).
kmod s-reductie
0,60 0,60 0,50
Vocht en Temperatuur E
T=+40/+80°C, RV= 10% T=-20/+20°C, RV= 40% T= +20°C, RV= 80% T=-20/+80°C, RV= 100%
>1,0 1,0 0,80 à 0,85 0,20 à 0,25
s
>1,0 1,0 ̴0,80 0,40 à 0,50
Vocht en Temperatuur
-
T: 𝜼𝒄𝑻 = 0,9 op basis van droge vlasproeven & T= var. H,d/n: tot saturatie factor 0,8 vlas T&H-proeven tot en na saturatie 0,9 glas Neem: 𝜼𝒄𝑯 = 0,8•0,9/0,9= 0,8 én doe aanvullende proeven 10j & T=var.
Gewichtstoename
107% 106% 105% 104% 103% 102%
0
300 600 900 1200 1500 1800 2100 Tijd (uren)
H,n: tot saturatie factor 0,22/0,45 vlas T&H-proeven tot en na saturatie 0,8 glas Ruwweg: 𝜂𝑐𝐻 = 0,22/0,45•0,8/0,9= 0,2/0,4 (E/s)
Voorgestelde factoren Factor
····vezel-VVK
Voor effect van
symbool
Glas
Vlas
Temperatuur
hcT
0,9
0,9
hcH
1,0 0,9 0,8
droog
Vocht d/n nat
droog Kruip d/n nat
Vermoeiing E
hcC
0,9
hcF
0,9
1,0 0,8 0,4 0,2 s E 0,6 0,55 0,5 0,33 s E 0,9
Toelichting Trange: -25°C tot +50°C (lichte kleur) aangehouden droge vlas-testwaarden aangehouden
d/n: vlas-testwaarden RH=80% T=20°C aangehouden nat: vlas-testwaarden onderwater, zonder oppervlakte coating aangehouden tabel: t=50-100j ingevuld; vlas: hout7 aangehouden glas: t-0,01, t in h; voor droog, droog/nat & nat4 vlas: t-0,04, t in h; voor droog & droog/nat suggestie
vlasliteratuur met 1 tot 10.000 cycli aangehouden5
Overige conclusies en aanbevelingen droog/nat: - vermoeiing vlas: s-n curvevorm glas te gebruiken - aanvullende vlasproeven RH= 60 & 80%, 10j & T=var. - monitor de eerste VVVK brug - kruipproeven vlas voor permanente belasting - coating/slijtlaag rondom, intern RH constanter - kobaltvrije uitharder toepassen - vlasvezels bijv. Duralin voorbehandeling geven - draagconstructie goed afwateren
nat: - nader onderzoek & ontwikkeling
Dank voor uw aandacht Met dank aan:
