Renovering med ultra højstyrkebeton: Del I - Limede forbindelser

En mock-up altan på en gammel bygning er installeret ved hjælp af en limet forbindelse: Ved Volden i København. Bemærk, at der er en smal streg af lys synlig mellem det nye altanbrystværn og væggen undtagen i bunden, hvor forbindelsen til dækket afslører, at brystværnet ikke er en del af det bærende system.

I mange af de tidligere blogindlæg har vi vist forskellige måder at bruge ultra højstyrkebeton på, men de fleste eksempler har været projekter med nybyg. 

Vores Kommercielle Direktør i Holland, Edward Verschoor fortæller i introducing UHPC to the Dutch market om oplevelserne ved introduktionen af ultra højstyrkebeton til det hollandske marked. Her viser han bl.a. nogle af de største projekter med CRC i2® i Holland - her vist med renoveringsprojekter. 

I en række af tre blogposts - dette værende det første, vil jeg illustrere nogle af de fordele, men også nogle af de udfordringer der er ved at bruge ultra højstyrkebeton i renoveringsprojekter.

Det første indlæg i denne lille miniserie vil adressere limede forbindelse ved renovering af altaner, men først vil vi starte med at give en kort og generel introduktion til renovering. 

Generelle udfordringer ved renovering

Alle renoveringsprojekter er vanskelige, hvilket kan skyldes:

• Usikkerhed om geometri for den eksisterende bygning (mangel på nøjagtige tegninger og ukendte tolerancer osv.)
• Begrænsninger i kapacitet til (yderligere) belastninger (og usikkerhed om strukturens faktiske styrke)
• Et eksisterende æstetisk udseende, der bør eller ikke bør tages i betragtning
• Lejere/ejere og naboer, som alle ønsker at opleve så lidt besvær som muligt
• Ofte er der smalle udvendige områder til rådighed for at etablere byggepladsen, opbevare materialer og få adgang til bygningen - herunder er der begrænsninger i arbejdstid på grund af trafik osv. 

Alt dette fører til en cost/benefit-vurdering for bygningsejeren mellem renovering på den ene side, og nedrivning og opførelse af nyt på den anden side. 

I nogle tilfælde er bygningen fredet grundet historiske eller arkitektoniske grunde, og i de tilfælde er den eneste mulighed ofte at renovere eller genopbygge den. Det er muligt at reparere strukturen, men i mange tilfælde vil dette blot være en midlertidlig løsning som køber tid - det løser ikke problemet med strukturen, indeklimaet eller hvad der ellers kan være årsagen til, at der er behov for at renovere bygningen. 

Renoveringsprojekter, der involverer altaner

Når man overvejer at renovere, udvide eller tilføje altaner til en eksisterende struktur, er reserven for uudnyttet strukturel kapacitet afgørende, og i denne henseende er bygningstypen vigtig.

Nyere bygninger i beton eller stål vil ofte have en vis overskydende kapacitet og er sjældent underlagt beskyttelse, hvilket efterlader flere muligheder for fastgørelse af altaner. 

Men ældre murstensbygninger (fra 1930'erne og 40'erne eller endda ældre) har den generelle udfordring, at væggene ikke kan understøtte for meget belastning - både lodret og især vandret. Det vil sige, at hvis udvendige søjler ikke kan bruges, er kun dækket tilgængelig til fastgørelse af altaner til bygningen.

Hvis dækket er lavet af beton, vil eksisterende altaner være blevet lavet ved in-situ støbning af en forlængelse af dækket som går ud til altanpladen. Dette er den bygningstype, jeg vil fokusere på i dette blogindlæg.

Hvad er en limet forbindelse

I princippet er de fleste forbindelser limet til en vis udstrækning: De fleste beslag er fastgjort ved hjælp af 'kemiske støttepunkter', så når man kun bruger gevindstænger og lim uden beslag, er det grundlæggende bare at anvende mange kemiske støttepunkter som det eneste middel til fiksering.

Udfordringer ved brug af limede forbindelser og elementer i ultra højstyrkebeton

Når al kraft skal overføres via dækket, er den første ting at gøre, at fastslå dækkets tilstand og kapacitet. De originale tegninger giver dig normalt den tilsigtede geometri og armeringslayout, men fortæller dig intet om den faktiske struktur på pladsen eller tilstanden af ​​den gamle beton og armering. Derfor er den eneste måde, du nøjagtigt kan vurdere kapaciteten på, er ved at teste den.

Undersøgelse af et eksisterende dæk efter nedskæring af den gamle altan: Visuel inspektion (øverst til venstre), boring af prøvekerner (øverst til højre), Visuel inspektion af det borede hul (nederst til venstre) og kernen efter udvinding (nederst til højre). Kernen brød i to.

I dette tilfælde fandt vi ud af, at den oprindelige støbning var lavet i to trin, hvor det andet (ydre) lag var porøst, og den første (indre) dækstøbning var tættere og i god stand. Stedvis kunne det ydre lag fjernes med en ske ...

Nedenfor et oversigtsbillede, der også viser det gamle afløbsrør til venstre. Dette skulle være til højre i henhold til de originale tegninger .....

Overblik over snittet i den oprindelige struktur: dækket ligner et stykke schweizisk ost ...

Hovedproblemet med en gammel struktur, der ser sådan ud, er, at det er meget svært på forhånd at definere, hvor forbindelserne er mulige. Dette er især vanskeligt, når du bruger præfabrikeret ultra højstyrkebeton, fordi det ikke er muligt at træffe en hurtig beslutning om at flytte et støttepunkt 5 cm til højre eller venstre på byggepladsen. Støttepunkterne er allerede placeret i det præfabrikerede element. Dette ville være betydeligt lettere, hvis forbindelsen havde været in-situ-støbt, men in-situ-støbning er ikke en god mulighed for ultra højstyrkebetin taget blandingens meget snævre tolerancer og følsomhed i betragtning.

En anden udfordring er, at den eksisterende ”gamle” beton ofte er for svag til at klare de høje spændinger fra ultra højstyrkebetonen ved direkte kontakt i trykzonen, så det kan være nødvendigt at benytte et trykfordelende lag imellem UHPC’en og det oprindelige dæk. I eksemplet ovenfor var det endda nødvendigt at fjerne noget af det porøse lag på forhånd og bruge en mørtelstøbning med høj styrke mellem det gamle dæk og altanen i ultra højstyrkebeton for at håndtere tolerancer og danne en ny trykzone.

En tredje udfordring med limede forbindelser er tolerancer: For at kunne indsætte gevindstænger i rustfrit stål i huller, der er boret i dækket, skal hullerne være forstørrede, og kun få - og relativt dyre - harpikstyper kompenserer for krympning på lang sigt og kan bruges på denne måde. Og disse typer hærder normalt ikke hurtigt, dvs. det er normalt nødvendigt med midlertidig støtte i op til flere dage.

Fordele ved limede forbindelser og UHPC-elementer

Så med alle de ovenstående udfordringer - hvorfor så gøre brug af limede forbindelser i ultra højstyrkebeton? 

Først og fremmest fordi der i de relevante tilfælde ikke er noget reelt alternativ.

Når der er behov for et betonelement - af æstetiske eller andre årsager - er der store udfordringer i forbindelse med at replikere den gamle struktur i almindelig beton, fordi standarderne og normerne har ændret sig drastisk, siden bygningen blev designet.

Krav til dæklag, brandbestandighed og vigtigst af alt de levende belastninger, altanen skal understøtte, er alle steget markant. Den levende belastning alene er slem nok. I casen Ved Volden var belastningen steget fra oprindeligt 1 kN / m² med en sikkerhedsfaktor på ϒ = 1,3 for en samlet designbelastning på 1,3 kN / m² til 2,5 kN / m² med en sikkerhedsfaktor på ϒ = 1,5 for en samlet konstruktionsbelastning på 3,75 kN / m².

Derfor er det ikke muligt at støbe en ny kopi af den originale altan - det ville ikke leve op til kravene i dag - men med ultra højstyrkebeton er det muligt at skabe elementer med meget lavere vægt end originalen, hvilket kompenserer for de øgede levende belastninger.

Herunder ses monteringen af den udhulede og tyndvæggede version i ultra højstyrkebeton af den originale altan ved projektet "Ved Volden" i København.

Limning af altanen til dækket: Gevindstænger i altanen (øverst til venstre), Flytning af altanen på plads (øverst til højre), Trådning af stængerne i hullerne (nederst til venstre) og altanen i position mod facaden (nederst til højre).

Nedenfor et andet eksempel, der illustrerer udfordringerne med limede forbindelser fra Marielyst i Gladsaxe. I dette tilfælde var forstærkningens hovedstænger i det gamle dæk placeret nøjagtigt på det sted, hvor de limede forbindelser blev placeret, hvilket resulterede i behovet for at prøvebelaste alle altaner efter installationen.

Marielyst i Gladsaxe: Oversigt efter at have skåret altanerne ned og installeret de nye altaner i stueetagen (øverst til venstre), et alvorligt beskadiget og gammelt dæk efter fjernelse af den beskadigede beton (øverst til højre) og et dæk med en bedre tilstand, der viser støttepunkter brugt til test belastning (nederst til højre) og til sidst en altan efter installation med forstærkning i det gamle dæk synligt på undersiden (nederst til venstre).

Sammenfattende kan kombinationen af ​​limede forbindelser og lette altaner i ultra højstyrkebeton være forskellen, der gør renovering mulig i nogle ekstreme tilfælde -  men dette er bestemt ikke uden udfordringer:

Hvad renoveringsprincipperne angår, er limede forbindelser langt de mest komplekse og kræver en masse planlægning, dokumentation og forhåndsgodkendelser, risikostyring og kreativ tænkning og on-the-fly problemløsning i både design- og konstruktionsfasen.

Så det er lige præcis sådan, vi kan lide det hos Hi-Con: Udfordrende og komplekst, og derfor meget givende, når vi lykkedes sammen med vores samarbejdspartnere !