Hogere Sterkte Beton

Transcriptie

1 Hogere Sterkte Beton Ervaringen met sterkteklasse B65 en hoger Ministerie van Verkeer en Waterstaat Bouwdienst Rijkswaterstaat Rapportnummer: BSW 99-20

2 Dit rapport is uitgegeven door: Bouwdienst Rijkswaterstaat afdeling Bouwspeurwerk Postbus LA Utrecht Telefoon: Auteursrechten Het overnemen van (delen van) dit rapport is toegestaan mits als bron wordt vermeld: Hogere Sterkte Beton, Ervaringen met sterkteklasse B65 en hoger; rapport BSW 99-20, Bouwdienst Rijkswaterstaat, Utrecht Bouwdienst Rijkswaterstaat Aansprakelijkheid Bouwdienst Rijkswaterstaat, en een ieder die aan dit rapport heeft meegewerkt, heeft een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken van de in dit rapport opgenomen informatie. Het rapport geeft de stand der techniek weer op het moment van uitgifte. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er zich onjuistheden in dit rapport bevinden. Bouwdienst Rijkswaterstaat sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan dit rapport hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid voor schade uit die mocht voortvloeien door gebruik van gegevens uit dit rapport..

3 Hogere Sterkte Beton Ervaringen met sterkteklasse B65 en hoger projectidentificatie : 2560A rapportnummer : BSW versienummer : 1 datum : 4 oktober 1999 omschrijving : ervaringen met B65 en B85 bij praktijkproeven en toepassingen auteur : Kerngroep Hogere Sterkte Beton status : definitief

4

5 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Inhoudsopgave Samenvatting... v 1. Inleiding Algemeen Invoering Hogere Sterkte Beton bij de Bouwdienst Kennisoverdracht; dè doelstelling van dit rapport De technologie en productie van Hogere Sterkte Beton Algemeen Betonsamenstelling Hogere sterkteklassen Geschiktheidsonderzoek Ontwerpen op hogere sterkte Invloed toeslagmateriaal Keuze watergehalte Grondstoffen Algemeen Cement Toeslagmateriaal Vulstoffen Hulpstoffen Productie van Hogere Sterkte Beton Selectie van grondstoffen Mengprocedure Vermindering productiecapaciteit Geschiktheidsonderzoek De eigenschappen van specie tot verhard beton Eigenschappen van de specie Speciestabiliteit Verwerkingseigenschappen Luchtgehalte Corrigeren van de verwerkbaarheid Eigenschappen van verhardend beton Algemeen Sterkteontwikkeling Temperatuurontwikkeling Krimp Monstername, aanmaak proefstukken Eigenschappen verhard beton Elasticiteitsmodulus (Buig-)treksterkte Gevoeligheid voor ASR (alkali-silicareactie) Vorst-dooibestandheid Brandbestandheid Uiterlijk Literatuur Uitvoering Verwerken Inleiding Productiecapaciteit Consistentie / Verwerkbaarheid Betonstorten Verdichten Zomerse omstandigheden Winterse omstandigheden...30 i

6 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 4.2 Afwerken Afwerken van de betonspecie Naschuren Nabehandelen Algemeen Curing Afdekken Hydrofoberen Reparatie van gebreken en onvolkomenheden Gebreken en onvolkomenheden Ervaringen met reparatie Literatuur Uitgevoerde werken Algemeen Grootschalige praktijkproeven met Hogere Sterkte Beton Toepassing van B85 in viaducten en bruggen Toepassing van B65 in viaducten en bruggen Meetmethoden ten behoeve van kwaliteitscontrole Metingen aan specie op de centrale en op het werk Algemeen Zetmaat Schudmaat Vloeimaat Luchtgehalte en volumieke massa Conclusies Temperatuurmetingen Ontwikkeling druksterkte Klassieke verhardingsproef Verbeterd verhardingsonderzoek Rijpheidsmethode Meten van de terugslagwaarde Conclusies Nieuwe ontwikkelingen betreffende monitoren van het verhardings-proces Hydratatiegraadconcept Diëlectrisch meten van sterkteontwikkeling Literatuur Ontwerpen in Hogere Sterkte Beton Inleiding Bruggen en viaducten Algemeen Brugtypen Geprefabriceerde liggers Plaatviaducten Kokerbruggen De Tweede Stichtse Brug Beheersing van scheurvorming door temperatuur- en krimpvervorming Invoerparameters Adiabatische temperatuurstijging en andere betonparameters Verhardingskrimp De vorm van de dwarsdoorsnede De bekistingsparameters De weersomstandigheden De verhinderingsgraad Beoordelingscriteria scheurvorming Op basis van spanningen Op basis van temperatuurverschillen Literatuur...74 ii

7 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Resultaten experimenteel onderzoek naar Hogere Sterkte Beton Inleiding Onderzoek eigenschappen beton B Overzicht type experimenten Mengselsamenstelling Resultaten bepaling materiaaleigenschappen B Onderzoek eigenschappen beton B Overzicht experimenteel onderzoek Mengselsamenstelling referentiemengsel voor B Resultaten experimenteel onderzoek Literatuur Bestekseisen Hogere Sterkte Beton B65 en B Algemeen Hogere Sterkte Beton B Eisen RAW-deel Optionele eisen RAW-deel Eisen RAW-deel Optionele eisen RAW-deel Hogere Sterkte Beton B Eisen RAW-deel Optionele eisen RAW-deel Eisen RAW-deel Optionele eisen RAW-deel Conclusies en aanbevelingen Conclusies Technologie en productie Eigenschappen van specie tot verhard beton Uitvoering Meetmethoden Ontwerpen Onderzoek Besteksteksten Aanbevelingen en witte vlekken Technologie en productie Eigenschappen van specie tot verhard beton Uitvoering Meetmethoden ten behoeve van kwaliteitscontrole Ontwerpen Bestekseisen Algemeen Bijlage A Invoerparameters iii

8 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton iv

9 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Samenvatting De toepassing van Hogere Sterkte Beton heeft sinds enkele jaren een grote duw in de rug gekregen door onderzoek, proefprojecten en de realisatie van een aantal constructies met deze beton. Dit rapport beschrijft de ervaringen welke in Nederland zijn opgedaan met de uitvoering van proefprojecten, bruggen en viaducten. Tevens worden resultaten gegeven van experimenteel onderzoek naar het gedrag van Hogere Sterkte Beton. Hogere Sterkte Beton zoals bedoeld in dit rapport wordt gedefinieerd als beton in sterkteklassen B65 en hoger. Beton in deze sterkteklassen heeft een aantal kenmerkende eigenschappen met naast voordelen als een hoge sterkte en duurzaamheid ook een aantal aspecten die bijzondere aandacht verdienen. In het rapport is getracht deze aspecten duidelijk te belichten en aan te geven welke maatregelen kunnen worden genomen om een goed eindresultaat te verkrijgen. Ten einde de gewenste betoneigenschappen te verkrijgen dient voldoende aandacht te worden besteed aan de samenstelling van het betonmengsel, de productie van de betonspecie en de uitvoering op de bouwplaats. Eigenschappen als hoge sterkte en duurzaamheid worden met name verkregen door een dichte beton toe te passen. Dit vergt een goede korrelopbouw met voldoende fijn materiaal en een lage water-cementfactor. Om een homogene en verwerkbare betonspecie te realiseren is het noodzakelijk plastificerende hulpstoffen toe te passen en moet het productieproces worden aangepast. Een geschiktheidsonderzoek is daarom altijd aan te bevelen. De productiecapaciteit van een betoncentrale kan beduidend lager zijn indien Hogere Sterkte Beton moet worden geproduceerd. Dit is het gevolg van een aangepaste mengprocedure. Bij de uitvoering dient het storten, afwerken en nabehandelen van het beton met meer dan de gebruikelijke zorg te gebeuren. Hogere Sterkte Beton-species worden vaak geleverd met een hoge verwerkbaarheid, zo hoog zelfs dat al gauw de indruk bestaat dat verdichten niet nodig is. Echter, niets is minder waar. Om een strak oppervlak te krijgen dient voldoende en op de voor deze beton juiste wijze te worden verdicht. In vergelijking met gewoon beton betekent dit op meer plaatsen verdichten daar de verdichtingsenergie zich minder ver in de betonspecie voortplant. Vanwege het lage watergehalte en de grote hoeveelheid fijn materiaal is Hogere Sterkte Beton in de plastische fase gevoeliger voor uitdroging in de plastische fase. Afwerken en nabehandelen moet daarom zo snel mogelijk gebeuren. Bij betonstorten op de bouwplaats zijn de weersomstandigheden belangrijk, aandacht wordt besteed aan zowel zomerse als winterse omstandigheden. De eigenschappen van de betonspecie wijken af van die van gewone betonspecie. Kenmerkend zijn een hoge vloeibaarheid met een tixotroop gedrag en een grote kleverigheid van de specie. De eigenschappen van het verhardende beton wijken af ten aanzien van krimp, sterkte- en warmteontwikkeling. Daarnaast wordt ook de ontwikkeling van de stijfheid van het jonge hogere sterkte beton behandeld. Ondanks alle zorg kan het toch nog voorkomen dat de verharde beton gebreken en onvolkomenheden bevat. Deze worden beschreven en suggesties voor reparatie worden gedaan. De controle van de kwaliteit van het product, zowel in de plastische als de verharde fase, zijn van belang voor de realisatie van een goede constructie. Ingegaan wordt op metingen aan de betonspecie, de verhardende en de verharde beton. Een overzicht wordt gegeven van de tot en met 1999 uitgevoerde praktijkproeven en werken. Specifieke kenmerken en geconstateerde problemen worden daarbij vermeld. De eerder genoemde afwijkende eigenschappen op het gebied van krimp, sterkte-, stijfheid- en temperatuurontwikkeling leiden tot een afwijkend gedrag van de constructie tijdens de verharding. De ontwerper en/of constructeur zal hiermee terdege rekening moeten houden. Resultaten van experimenteel onderzoek naar eigenschappen als temperatuur- en sterkteontwikkeling, kruip en krimp etc. van beton in de sterkteklassen B65 en B85 worden gegeven voor een aantal verschillende betonmengsels. Door gedeeltelijke vervanging van grof toeslag door licht materiaal is getracht de verhardingskrimp te beperken. Ter afsluiting van het rapport worden voor zowel B65 als B85 beton suggesties gedaan voor besteksteksten conform de RAW-standaard. Daarbij worden naast de gebruikelijke eisen t.b.v. RAW-deel 2 en 3 ook een aantal optionele eisen genoemd. T.b.v. RAW-deel 3 wordt ingegaan op de betonsamenstelling, geschiktheidsonderzoek, uitvoering, nabehandeling, metingen en beproevingen. v

10 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton vi

11 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Inleiding 1.1 Algemeen Met Hogere Sterkte Beton wordt in dit rapport beton bedoeld, met een sterkteklasse B65 en hoger. De voorschriften beton (VBC 1995) regelen de constructieve toepassing voor beton in de sterkteklassen B15 tot en met B65; voor 95 was dit voor B15 tot en met B55. CUR- Aanbeveling 37 Hoge Sterkte Beton vult de VBC aan met de sterkteklassen B65 tot en met B105. Om niet de vraag te behoeven te beantwoorden of B65 tot Hoge Sterkte Beton gerekend kan worden, is in dit rapport de aanduiding Hogere Sterkte Beton gehanteerd. De Bouwdienst Rijkswaterstaat heeft vanaf 92 ervaring opgedaan met de toepassing in de praktijk van de sterkteklassen B65, B85 en B95. Voor 92 paste de Bouwdienst voor ter plaatse gestort beton geen hogere sterkteklasse toe dan B45. Met betrekking tot de constructieve mogelijkheden mag zonder meer worden gesproken van een sprong vooruit. Een niet onbelangrijk voordeel van Hogere Sterkte Beton is de veel grotere duurzaamheid; ook op dit gebied kan zonder voorbehoud worden gesproken van een sprong vooruit. Sterkteklassen tot en met circa B65 zijn mogelijk door het toepassen van waterreducerende hulpstoffen (plastificeerders en superplastificeerders). Sterkteklassen tot B85 en hoger werden mogelijk door het beschikbaar komen van de uiterst fijne vulstof silica fume en aangepaste productieprocessen. Silica fume is zo fijn dat hiermee ook de ruimten tussen de cementkorrels kunnen worden gevuld. EEN BRUG WORDT HET MEEST BELAST DOOR ZIJN EIGEN GEWICHT. Betonnen bruggen zijn constructies die het meest worden belast door hun eigen gewicht. Het is dan ook niet verwonderlijk dat ontwerp-ingenieurs in de bruggenbouw steeds op zoek zijn naar mogelijkheden om het eigen gewicht te beperken. In de Verenigde Staten is Hogere Sterkte Beton al in de tachtiger jaren toegepast bij de bouw van wolkenkrabbers. Daar was klaarblijkelijk behoefte aan dit materiaal om grote gebouw hoogten te realiseren. Ook in Noorwegen en in Frankrijk is Hogere Sterkte Beton al in de tachtiger jaren toegepast. Noorwegen deed dit in de offshore en Frankrijk in de bruggenbouw. 1.2 Invoering Hogere Sterkte Beton bij de Bouwdienst In een samenwerkingsverband van het bedrijfsleven en de Bouwdienst Rijkswaterstaat is in 1992 een praktijkproef Hogere Sterkte Beton uitgevoerd. De Bouwdienst heeft snel daarna zijn eerste toepassingen in de bruggenbouw gerealiseerd. Ook de Bouwdienst behoort hiermee tot de voorlopers. 1

12 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Figuur 1-1 Praktijkproef Utrecht De eerste activiteit van de Bouwdienst met Hogere Sterkte Beton betrof het maken van een proefstuk met reële afmetingen. Dit proefstuk is in een samenwerkingsverband met het bedrijfsleven tot stand is gekomen. Als significant probleem kwam de snelle uitdroging van de toplaag naar voren met als ongewenst gevolg velvorming. Het was duidelijk dat veel aandacht gegeven moest gaan worden om deze velvorming bij projecten te voorkomen. Een signifikant advies uit de proef was dat, om tot een goede toepassing van Hogere Sterkte Beton te komen, het vooralsnog raadzaam was om een bouwteam te vormen. Een samenwerking tussen alle partijen die voor de totstandkoming nodig zijn: de aannemer, de betonmortelleverancier, de betonverwerker en in dit geval de Bouwdienst. Ruim voor de eerste stort dient met een proefstort te worden aangetoond dat bij de gegeven omstandigheden en randvoorwaarden, de vereiste kwaliteit kan worden gerealiseerd. Dit proefstort dient in bouwteamverband te worden voorbereid en begeleid. INNOVEREN KAN NIET ZONDER SAMENWERKEN. Figuur 1-2 Tweede Stichtse Brug (eerste brug in B85) In 93 heeft de Bouwdienst het besluit genomen om de Tweede Stichtse brug te gaan bouwen in B85. Dit is een uitbouwbrug met een midden overspanning van 160 m. Direct dus een grote brug. Ter voorbereiding is daarom toen besloten om alsnog een drietal praktijkproeven uit te voeren. 2

13 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW De eerste praktijkproef voor dit doel betrof een kritisch gedeelte van de brug. In dit gedeelte van de brug werden problemen voorzien tijdens het betonstorten onder meer als gevolg van de helling waaronder de betonspecie moest worden gestort. Dit gedeelte is op ware grootte nagebouwd (proef Bunnik). Deze proef is succesvol verlopen. Het probleem van hoe om te gaan met de vroege uitdroging - velvorming - van grote oppervlakken bij uitdrogend weer, had echter nog onvoldoende aandacht kunnen krijgen, enerzijds vanwege de beperkte afmetingen, anderzijds vanwege de weersomstandigheden. Figuur 1-3 Praktijkproef Bunnik Figuur 1-4 Praktijkproef Oudenrijn De tweede praktijkproef ter voorbereiding was bedoeld om kennis en ervaring op te doen met de afwerking en nabehandeling van grote betonoppervlakken. Bij een viaduct in het knooppunt Oudenrijn is hiertoe een druklaag gestort. Deze druklaag is hiermee de eerste echte toepassing geworden van Hogere Sterkte Beton in de Nederlandse bruggenbouw. Bij de proef Oudenrijn stelde de gerealiseerde sterkte teleur: B70 i.p.v. de beoogde B85. Voor het viaduct niet erg omdat een sterkteklasse B45 voldoende was. Het toegepaste mengsel was echter ook nog heel moeizaam te verwerken. De oorzaak van deze ongewenste gebeurtenissen was een veel te krappe voorbereidingstijd. Ondanks de teleurstellingen heeft deze proef toch de gewenste gegevens opgeleverd met betrekking tot de mogelijkheden van afwerking en nabehandeling. VOOR HET VERANTWOORD TOEPASSEN VAN HSB IN EEN PROJECT IS EEN LANGERE VOORBEREIDINGSTIJD NODIG DAN VOORDIEN GEBRUIKELIJK. De derde praktijkproef ter voorbereiding betrof een 82 m lang viaduct in de A44 bij Burgerveen. Bij de praktijkproef Burgerveen is een sterkteklasse B85 nagestreefd en ruim gerealiseerd. Om niet in de problemen te komen bij dit eerste viaduct, is in de berekening uitgegaan van sterkteklasse B75. Nieuw bij deze proef was de omvang van de stort. Het moest een generale repetitie worden. Uit deze proef kwam naar voren dat bij een groot stort bij toepassing van silica fume de molen op de betoncentrale aankoekt en daardoor periodiek, ten behoeve van reiniging, buiten gebruik moet worden gesteld. BIJ EEN STORT IN HSB DIENT TEN MINSTE EEN TWEEDE CENTRALE STAND-BY TE STAAN. Bij het viaduct Burgerveen heeft men kunnen constateren dat de in de literatuur genoemde autogene krimp ook inderdaad optreedt. Autogene krimp is een extra krimp in de vroege fase van de verharding. Een belangrijk gedeelte van het door de TU Delft uitgevoerde onderzoek in dit kader, is erop gericht geweest dit fenomeen te kwantificeren. 3

14 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Figuur 1-5 Viaduct Burgerveen De derde echte toepassing van Hogere Sterkte Beton in de Nederlandse bruggenbouw betrof de Tweede Stichtse brug. De voorbereiding door middel van (één plus) drie praktijkproeven alsmede de inspanningen van het bouwteam hebben geresulteerd in een zeer tevreden opdrachtgever. Het is gebleken dat bij een op te starten project in Hogere Sterkte Beton telkens andere medewerkers zijn betrokken. Eveneens is telkens sprake van een andere betonleverancier met telkens weer een andere combinatie van grondstoffen, enz. BIJ IEDER NIEUW PROJECT IN HSB IS HET NODIG GEBLEKEN OM DE ZAAK AF TE STEMMEN OP DE BETREFFENDE OMSTANDIGHEDEN. Tot hier ging deze verhandeling vrijwel uitsluitend over B85. Dit heeft alles te maken met de keuze om in het beginstadium de Tweede Stichtse brug te gaan bouwen in B85. Genoemde brug heeft een kokervormige doorsnede en bij een kokervormige doorsnede is een sterkteklasse B85 een verantwoorde keuze is. Anders ligt het echter bij massieve platen. Bij massieve platen levert het nog verder opvoeren van de sterkteklasse dan B65 nauwelijks extra constructief voordeel op. Dat het massieve plaatviaduct Burgerveen in B85 is uitgevoerd, is gebeurd als voorbereiding op de Tweede Stichtse brug en niet omdat het de meest geschikte sterkteklasse voor dat viaduct is. Figuur 1-6 Brug Son (eerste brug in B65) 4

15 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Voor massieve platen blijkt namelijk het constructiehoogte-voordeel van B65 ten opzichte van B45 veel groter te zijn dan dat van B85 ten opzichte van B65. De oorzaak hiervan is de lagere betonstuik bij bezwijken van het materiaal B85. Ter voorkoming van bros bezwijken, is de maximale drukzone hoogte voor B85 lager dan voor B65. De extra kosten daarentegen zijn van B85 ten opzichte van B65, beduidend hoger dan van B65 ten opzichte van B45. Voor massieve platen is hiermee de keuze voor een sterkteklasse B65 verklaard. Het merendeel van de ter plaatse gestorte bruggen de viaducten bestaat uit massieve platen. Inmiddels zijn vele viaducten en bruggen in sterkteklasse B65 gerealiseerd. De toepassing van B85 heeft tot nu toe geresulteerd in een drietal uitbouwbruggen en het viaduct Burgerveen. Figuur 1-7 Voetgangersbrug Veerse Dam (eerste viaduct in B65) 5

16 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 1.3 Kennisoverdracht; dè doelstelling van dit rapport Het materiaal Hogere Sterkte Beton is een innovatief product. Het bevorderen van innovatie is conform het Bouwdienst beleid (Strategisch Plan van de Bouwdienst). Indien men echter innoveert, dan is er een gerede kans dat men zaken over het hoofd ziet. Hier komt het spreekwoord vandaan door schade en schande wijs worden. De menselijke geest is creatief. Nieuwe producten vragen bijzondere aandacht en begeleiding om risico s tot een minimum te beperken. Bij vernieuwingen blijkt de kans dat men zaken over het hoofd ziet echter groot te zijn. ALS MEN INNOVEERT DAN IS HET MOEILIJK, ZO NIET ONMOGELIJK, OM ALLE PROBLEMEN VOOR TE ZIJN. Om de invoering van Hogere Sterkte Beton te begeleiden heeft de Bouwdienst een Kerngroep opgericht. De doelstelling van deze kerngroep is het begeleiden van de invoering van HSB bij de afdelingen bruggenbouw van de Bouwdienst. De kerngroep is samengesteld uit medewerkers van de Bouwdienst, het bedrijfsleven en de Technische Universiteit Delft. De samenstelling van de kerngroep is als volgt: J. de Vries; Bouwdienst afdeling Tunnelbouw (voorzitter); N. Kaptijn; Bouwdienst afdeling Ontwikkeling Technieken (secretaris); G.J. van Aalst; Bouwdienst afdeling Projectuitvoering en Diensten; K. van Breugel; Technische Universiteit Delft (vanaf sept. 98); W.A. de Bruijn; Bouwdienst afdeling Bruggenbouw; A.P. van der Marel; Technische Universiteit Delft (tot sept. 98); H. Ouwerkerk; Stichting Produkt Ontwikkeling Betonmortel; C.J.H.M. Smulders; Bouwdienst afdeling Bruggenbouw; H.H.M. Soen; Mebin afdeling Technologische Adviezen; A.J.J.M. Stael; Bouwdienst afdeling Projectuitvoering en Diensten; J.W. de Vos; Bouwdienst afdeling Bruggenbouw. De werkwijze van de kerngroep laat zich in de volgende punten omschrijven: - initiëren en begeleiden van proefprojecten; - participeren in projecten (overdragen van kennis en kennis opdoen); - initiëren en begeleiden van onderzoek (in kaart brengen van kennisleemte, analyseren welk onderzoek nodig is en onderzoek laten uitvoeren); - toegankelijk maken en verspreiden van kennis (uitbrengen van rapport kennisoverdracht). De doelstelling van dit rapport is het vastleggen van de kennis van en de ervaring met het materiaal Hogere Sterkte Beton voor een steeds weer nieuwe groep van mensen (bouwteam) die dit nieuwe materiaal in hun project gaan toepassen. 6

17 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW De technologie en productie van Hogere Sterkte Beton 2.1 Algemeen Beton kan worden gezien als een samenstel van cementsteen en toeslagmateriaal. In dit samenstel of, populairder uitgedrukt, samenspel van materialen zijn de eigenschappen van beton afhankelijk van de volgende factoren: - de eigenschappen van de cementsteen, - de kwaliteit van de overgangszone tussen cementsteen en toeslagmateriaal, - de dikte van de laag cementsteen tussen de korrels toeslagmateriaal, - de eigenschappen van het toeslagmateriaal. Deze benadering is overigens niet specifiek voor Hogere Sterkte Beton maar geldt in principe voor beton in alle sterkteklassen. De druksterkte van beton wordt doorgaans gezien als de meest kenmerkende en belangrijkste eigenschap. Naast de druksterkte zijn voor vrijwel alle constructies ook andere eigenschappen van beton in meer of mindere mate van belang. Dat kunnen eigenschappen zijn die in het uitvoeringsstadium een rol spelen. Zoals bijvoorbeeld de verwerkbaarheid. Steeds vaker bedoelen we daarmee niet alleen de consistentie maar ook de mengselstabiliteit en de verwerkingsduur. Naast verwerkbaarheid is voor de uitvoering ook sterkteopbouw, belangrijk. In het verharde stadium zijn weer andere eigenschappen belangrijk. Hierbij moet bijvoorbeeld worden gedacht aan treksterkte, afschuifgedrag en vervormingsgedrag. Tenslotte spelen voor veel constructies de eigenschappen in relatie tot duurzaamheid een grote rol: vorstbestandheid, dichtheid tegen indringing van chemicaliën, gevoeligheid voor ASR (alkalisilicareactie), slijtvastheid, enz. Vaak zijn deze eigenschappen van even groot of zelfs groter belang dan het te bereiken sterkteniveau. Het is dus zinvol de grondstofkeuze en het mengselontwerp zo goed mogelijk op de gewenste eigenschappen af te stemmen. Het doel is dan niet altijd de hoogst mogelijke sterkte, maar de hoogst mogelijke prestatie gekoppeld aan een bepaalde toepassing. Zo beschouwd is "high strength concrete" dus slechts een variant van "high performance concrete". De argumenten voor deze benadering zien we dagelijks in de praktijk waar beton met hogere sterkte in sterk uiteenlopende constructies en om zeer verschillende redenen wordt toegepast. Bij veel van deze toepassingen was de hoge sterkte "aardig meegenomen", maar was een andere eigenschap van groter belang. Gelukkig is het mogelijk naast het sterkteniveau ook veel van de andere eigenschappen van beton en specie vergaand te beïnvloeden door de keuze van grondstoffen en de betonsamenstelling. In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de rol van de grondstoffen: cement, toeslagmateriaal, water, hulpstoffen en vulstoffen. Daarna wordt ingegaan op het mengselontwerp. Immers, wellicht nog belangrijker dan de keuze van de grondstoffen is hun mengverhouding. Door een optimaal mengselontwerp kunnen grondstofeigenschappen maximaal worden uitgenut. Daarbij moet niet uitsluitend worden aangestuurd op de eigenschappen van het verharde beton. De verwerkingseigenschappen van de betonspecie dienen ook te worden afgestemd op de omstandigheden tijdens verwerking en verharding. 7

18 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 2.2 Betonsamenstelling Hogere sterkteklassen Betonspecie voor beton in hogere sterkteklassen heeft een aantal kenmerkende eigenschappen. De hoge(re) sterkte gaat in alle gevallen samen met een lage water-cementfactor. Deze is bijvoorbeeld voor sterkteklasse B65 ongeveer 0,35-0,40 en voor B85 ongeveer 0,30-0,35. Vanzelfsprekend hangt het niveau van de water-cementfactor sterk af van de eigenschappen van het cement(mengsel) en de eigenschappen van hulp- en vulstoffen en toeslagmaterialen. Het cementgehalte is relatief hoog ( kg/m 3 ). Betonsamenstellingen voor hogere sterkteklassen bevatten (vrijwel) altijd (super-)plastificerende hulpstoffen. De betondruksterkte wordt ook bij deze samenstellingen primair bepaald door de watercementfactor en de normsterkte van het toegepaste cement(mengsel). Betonsamenstellingen voor Hoge(re) Sterkte Beton worden vaak ontworpen op basis van een zo laag mogelijk watergehalte. Dit betekent dat relatief veel hulpstoffen zullen worden toegepast, terwijl, door het hoge cementgehalte, het pasta-aandeel (cement + water) hoog is. In dit soort betonsamenstellingen kan het bereiken van een voldoende speciestabiliteit soms lastig zijn, zeker wanneer een hoog verwerkbare specie gewenst is. De speciestabiliteit kan sterk worden verbeterd door het toepassen van speciale vulstoffen en een optimale afstemming tussen cement, vulstoffen en hulpstoffen. Gezien de complexe technologie en de grote variëteit aan grondstoffen verdient het duidelijk aanbeveling om beton in hogere sterkteklassen op eigenschappen bij de betonmortelproducent te bestellen. Dit betekent dat de producent aansprakelijk is voor het realiseren van de beoogde eigenschappen. De selectie van grondstoffen en de keuze van de betonsamenstelling behoort daarmee tot zijn verantwoording. Door Rijkswaterstaat zijn enkele beperkende randvoorwaarden geformuleerd met betrekking tot bindmiddelkeuze en samenstelling. Deze randvoorwoorden komen vooral voort uit speciale wensen met betrekking tot de duurzaamheid. Zo wordt voor sterkteklasse B65 een minimaal slakgehalte in het cement(mengsel) voorgeschreven. Daarnaast kunnen bestekken specifieke eisen bevatten met betrekking tot bijvoorbeeld toeslagmaterialen, warmteontwikkeling, enz Geschiktheidsonderzoek Vóór aanvang van de levering dient de producent aan te tonen dat aan de gestelde eisen en randvoorwaarden kan worden voldaan. Hij kan dit doen op basis van gegevens uit eerdere leveranties van dezelfde sterkteklassen of met resultaten uit een geschiktheidsonderzoek. De wijze van uitvoering en de eisen die zijn gesteld aan de omvang en resultaten van dit onderzoek, zijn voor gecertificeerde betonmortelproducenten vastgelegd door de certificerende instelling. Beton voor sterkteklasse B65 valt hierbij nog onder de beoordelingsrichtlijn die is gekoppeld aan de VBT, hogere sterkteklassen vallen onder de beoordelingsrichtlijn (BRL) voor hoge sterkte beton. 8

19 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Ontwerpen op hogere sterkte We noemden al dat ook voor hoge(re) sterkte beton in principe de relatie tussen de watercementfactor en de normsterkte van het cement bepalend blijft voor de betondruksterkte. Dat betekent niet dat we de relaties die we hanteren voor lagere sterkteklassen zonder meer kunnen extrapoleren naar hogere sterkteklassen. Deze modellen zijn immers in de loop van de jaren empirisch bepaald in een heel smal gebied voor de water-cementfactor en de betondruksterkte. De meeste ervaring is er voor water-cementfactoren tussen 0,45 en 0,55 en voor sterkteklassen van B15 tot B45, bij gebruik van rond toeslagmateriaal. Wanneer we de bekende relaties uitwerken voor drie gangbare normsterktes voor het cement met de veel gehanteerde formule F c =0,8N + 25/wcf - 45, ontstaat de volgende grafiek: Betondruksterkte = 0,8N + 25/wcf B95 Druksterkte (N/mm 2 ) B , , ,5 B ,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 Watercementfactor Figuur 2-1 Indicatie van de relatie cementnormsterkte-betondruksterkte voor de cementsterkteklassen 32,5, 42,5 en 52,5. Bij lagere water-cementfactoren kan de sterkte worden verhoogd door de keuze voor fijner en/of gebroken toeslagmateriaal (gestippelde lijn) Invloed toeslagmateriaal De grafiek uit kunnen we op een aantal manieren uitbreiden, bijvoorbeeld door de invloed van het toeslagmateriaal eraan toe te voegen. In de eerste plaats speelt de sterkte van dat toeslagmateriaal een rol. Deze invloed levert pas meetbare verschillen op wanneer we beton in hoge sterkteklassen gaan maken. Daarnaast heeft ook de vorm van het toeslagmateriaal invloed op het te bereiken sterkteniveau voor een bepaalde samenstelling. Rond en gebroken materiaal presteert tot sterkteklasse B45 ongeveer gelijkwaardig. Bij hogere sterkteklassen wordt geleidelijk de prestatie van gebroken toeslagmateriaal beter. In een betonsamenstelling voor sterkteklasse B85 kan de toepassing van gebroken materiaal een meer dan N/mm 2 hogere sterkte opleveren. Zo ontstaat de gestippelde lijn in de grafiek die tot fors hogere niveaus kan worden opgetrokken. 9

20 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Hierbij speelt een ander fenomeen een duidelijke rol: de lage water-cementfactor die voor deze hoge sterkteklassen nodig is, brengt in het algemeen een hoog pasta-aandeel mee. Het cementgehalte is immers hoog en het watergehalte kan niet spectaculair worden verlaagd. Er is in deze mengseltypen dus een overmaat aan cementpasta aanwezig om het grotere specifiek oppervlak van de gebroken korrels te omhullen. Bij betonsamenstellingen voor de lagere sterkteklassen met veel lagere cementgehalten zien we juist dat gebroken materiaal in het algemeen een hogere waterbehoefte veroorzaakt. Sterkteklasse B65 lijkt hier juist boven het omslagpunt te liggen. De keuze voor gebroken of rond toeslagmateriaal zal in dit geval mede afhangen van de eigenschappen en de beschikbaarheid van de materialen ter plaatse en de kosten die de keuze voor ander toeslagmateriaal met zich zou meebrengen Keuze watergehalte Nadat de grafiek uit is uitgebreid met de gecorrigeerde lijn voor gebroken toeslagmateriaal, kan vervolgens voor een bepaald sterkteniveau en cement(mengsel)keuze de water-cementfactor worden afgeleid. Bepalend voor het cementgehalte wordt dan de keuze van het watergehalte. Het lijkt voor de hand te liggen daarbij uit te gaan van een zo laag mogelijke waarde. In de praktijk ligt deze keuze echter gecompliceerder. Immers hoe lager het watergehalte, hoe hoger de hulpstofbehoefte. Zeer hoge gehaltes aan (super-)plastificeerder brengen vaak een zekere instabiliteit in de specie; de specie neigt dus meer naar ontmengen. Ook is het mogelijk dat de terugloop van de verwerkbaarheid in de tijd bij variërende transport- en verwerkingstijden moeilijk beheersbaar wordt. Zeer fijne vulstoffen kunnen beide fenomenen overigens verbeteren. Echter ook de kostprijs en productiemogelijkheden spelen een bijna natuurlijke rol bij deze keuze. In de praktijk wordt door de producent gezocht naar een optimum waarbij, uitgaande van de eerder vastgestelde benodigde water-cementfactor en eventueel rekening houdend met de eigenschappen van het toeslagmateriaal in relatie tot de waterbehoefte, het watergehalte, hulpen eventueel vulstoffen en het cementgehalte worden bepaald. Veelal wordt voor een middelhoge sterkteklasse B65 een watergehalte gekozen van circa 160 liter per m 3. Bij dit watergehalte kan met (super-)plastificerende hulpstoffen een goed verwerkbare en voldoende stabiele betonspecie worden verkregen. Voor sterkteklasse B85 of hoger zal het watergehalte zo laag mogelijk worden gekozen. Een watergehalte tussen 140 en 150 liter per m 3 lijkt in de praktijk de ondergrens. Daarbij zijn hoge hulpstofdoseringen noodzakelijk en zal vrijwel altijd gebruik worden gemaakt van extreem fijne vulstoffen (bijv. silica fume) om tot een voldoende stabiele betonspecie te komen. Natuurlijk zijn de hiervoor besproken getallen slechts bedoeld als indicatie. Het ontwerpen van betonsamenstellingen, en zeker het ontwerpen van samenstellingen voor Hogere Sterkte Beton kan nu eenmaal niet diepgaand in deze handleiding worden behandeld. Er zijn immers nog veel meer knoppen waaraan de betontechnoloog kan draaien. Denk daarbij aan de keuze van specifieke hulpstoffen, vulstoffen van vliegas tot silica fume, de selectie van toeslagmaterialen, de keuze van cementsoort en sterkteklasse van het cement en de mogelijkheid om verschillende cementen te combineren. 10

21 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Grondstoffen Algemeen Alle grondstoffen voor beton met hogere sterkte dienen te voldoen aan de gestelde eisen in de Voorschriften Beton Technologie NEN 5950 en de normen voor de verschillende grondstoffen. In de beoordelingsrichtlijn voor Hoge Sterkte Beton, de BRL 5063, zijn voor beton in sterkteklassen boven B65 aanvullende bepalingen opgenomen. Zo voorziet de VBT bijvoorbeeld niet in het gebruik van silica fume. Dit is opgenomen in de BRL, waarbij wordt doorverwezen naar een Noorse norm waarin eisen voor silica fume zijn beschreven. Dit betekent dat in beton met hogere sterkte silica fume mag worden toegepast Cement Onder meer in verband met eisen ten aanzien van de duurzaamheid en omwille van de beperking van het gebruik van primaire grondstoffen streeft Rijkswaterstaat naar maximale toepassing van hoogovencement. Een belangrijke bijrol speelt hier de behoefte om de warmteontwikkeling tijdens het verharden zoveel mogelijk te beperken. Gezien de grote verschillen in de eigenschappen en slakgehalten van hoogovencementen van verschillende herkomst/fabrikaat is ervoor gekozen om eisen te stellen aan het slakgehalte in het cement(mengsel). Voor sterkteklassen hoger dan B85 is het op dit moment vrijwel onmogelijk een hoger slakgehalte dan 50 % te realiseren. Voor sterkteklassen B95 en hoger wordt in het algemeen uitsluitend CEM I 52,5 R toegepast omwille van het te bereiken sterkteniveau. Onder andere vanwege de warmteontwikkeling past Rijkswaterstaat vooralsnog geen sterktes hoger dan B85 toe. Voor lagere sterkteklassen wordt gestreefd naar een maximale toepassing van hoogovencement c.q. een zo hoog mogelijk slakgehalte. Voor B85 wordt op dit moment uitgegaan van betonsamenstellingen met cementmengsels bestaande uit circa 50% CEM I 52,5 R en 50% CEM III/B 42,5 (zie Error! Number cannot be represented in specified format.). In de praktijk is hiermee ruime ervaring opgedaan, waaruit blijkt dat het vereiste sterkteniveau hiermee kan worden bereikt. Druksterkte in N/mm verhardingstijd: 28 dagen 7 dagen 20 3 dagen dag 0% 20% 40% 60% 80% 100% 100% 0 % 0 % 100% Portlandcement Hoogoven- 52,5 R cement 42,5 Figuur 2-2 Verloop van de druksterkte van normmortels bij mengen van hoogovencement 42,5 en portlandcement 52,5 R Voor sterkteklasse B65 kan het slakaandeel nog verder worden verhoogd. Het toe te passen cementmengsel kan in dit geval bestaan uit een mengsel van 25% CEM I 52,5 R en 75% CEM III/B 42,5. Op deze manier kan een slakgehalte boven 50% worden gerealiseerd. We zagen dat sterkteklasse B65 kan worden vervaardigd met een water-cementfactor 0,35 tot 0,40. Bij deze water-cementfactor ligt het cementgehalte bij een watergehalte van 160 liter per m 3 tussen circa 400 en 450 kg/m 3. 11

22 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Toeslagmateriaal In beton met hogere sterkte spelen de eigenschappen van het toeslagmateriaal of het toeslagmaterialenmengsel een grotere rol dan bij beton in lagere sterkteklassen. In beginsel dient de korrelopbouw natuurlijk zo te worden gekozen dat de waterbehoefte van het toeslagmaterialenmengsel minimaal is. Niettemin dient in een aantal mengsels omwille van de speciestabiliteit de korrelopbouw in het fijne gebied nog te worden bijgestuurd. Soms moet hiervoor het zandpercentage worden verhoogd, in andere mengsels kan een aanvulling met zeer fijne vulstoffen nodig zijn. De sterkte van het toeslagmateriaal heeft bij toenemende betondruksterkte steeds meer invloed. Zo kan de toepassing van bijvoorbeeld harde kalksteen in sterkteklassen boven B85 een wel 10 N/mm 2 lagere sterkte opleveren. De druksterkte van deze materialen kan overigens per herkomst sterk verschillen. Er is ook harde kalksteen die de sterkte van riviergrind heel dicht benadert. Tenslotte heeft ook de vorm van het toeslagmateriaal invloed op het te bereiken sterkteniveau. Rond en gebroken materiaal presteert tot sterkteklasse B45 ongeveer gelijkwaardig. Bij hoger wordende sterkteklassen wordt geleidelijk de prestatie van betonsamenstellingen met gebroken toeslagmateriaal beter. In een betonsamenstelling voor sterkteklasse B85 kan de toepassing van gebroken materiaal een N/mm 2 hogere sterkte opleveren. Een juiste selectie van toeslagmaterialen is voor Hogere Sterkte Beton dus uiterst belangrijk. We behandelen hierna de belangrijkste eigenschappen Korrelsterkte De sterkte van het toeslagmateriaal heeft bij beton met hogere sterkte een duidelijke invloed op het te bereiken sterkteniveau. De verschillen tussen de prestaties van bijvoorbeeld harde kalksteen, gebroken grind en porfier worden bij deze hoge sterkte-niveaus duidelijk waarneembaar. Het is dus belangrijk de sterkte van het cementsteen en het toeslagmateriaal goed op elkaar af te stemmen. Een glad breukvlak, dwars door de toeslagkorrels heen, is vaak een aanwijzing dat qua sterkte en vervormingsgedrag het toeslagmateriaal niet in staat was de belastingen van de cementsteen over te nemen. Er ontstaat dan een bros breukgedrag, waarbij de zogenaamde "aggregate-interlock" ontbreekt. Dit brosse breukgedrag komt niet alleen bij beton met hogere sterkte voor. We kunnen het ook waarnemen bij beton in lage sterkteklassen bij gebruik van licht toeslagmateriaal of bij het gebruik van metselgranulaat Vervormingsgedrag Naast de sterkte heeft ook het vervormingsgedrag van het toeslagmateriaal invloed op het constructief gedrag van beton met hogere sterkte. In onderstaande figuren is de samenwerking tussen toeslagmateriaal en cementsteen in een sterk vereenvoudigd model weergegeven. In veel gevallen heeft het toeslagmateriaal een hogere elasticiteitsmodulus dan de cementsteen. Dit betekent dat op de toeslagkorrels spanningspieken ontstaan waardoor het toeslagmateriaal, zelfs wanneer het een hogere sterkte heeft dan de cementsteen, als eerste bezwijkt (zie Error! Number cannot be represented in specified format.). We zien dat de keuze voor een kleinere korrel in dit verband voordeel biedt. Een tè kleine korrel zou echter de waterbehoefte van het mengsel onaanvaardbaar verhogen. Figuur 2-3..Minder spanningspieken en homogener gedrag door kleinere korrel.. 12

23 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Grootste korrelafmeting Hiervoor is geconcludeerd dat voor hoge sterkteklassen een kleine korrelgrootte te prefereren is. Het totale toeslagoppervlak is hierbij groter waardoor de gemiddelde hechtspanning tussen mortel en toeslag kleiner is en verstorende spanningsconcentraties in mindere mate zullen optreden. De korrelafmeting mag om andere redenen ook weer niet te klein zijn. Bij de keuze voor een steeds kleinere "grootste korrelafmeting" zou de waterbehoefte immers steeds groter worden. Een grootste korrel tussen 10 en 20 mm lijkt hier een redelijk optimum Gradering Naast de grootste korrelafmeting is ook de gradering van het toeslagmaterialenmengsel van belang. De korrelopbouw van het toeslagmaterialenmengsel moet een minimale waterbehoefte met een zo groot mogelijke verwerkbaarheid van de specie combineren. De opbouw van het toeslagmaterialenmengsel verdient daarom veel aandacht; zonodig wordt het mengsel uit meerdere fijne en grove fracties opgebouwd Korrelvorm Gebroken toeslagmateriaal heeft een ruw oppervlak waardoor een betere hechting aan de cementsteen ontstaat. Deze invloed bleek duidelijk bij vergelijkende laboratoriumproeven met beton in sterkteklasse B95; beton met gebroken materiaal bleek een N/mm 2 hogere sterkte op te leveren dan identiek materiaal met een ronde korrelvorm Fijnaandeel Het gehalte aan en de opbouw van de materialen kleiner dan 125 µm in het mengsel is vooral bij zeer vloeibare betonspecies van groot belang. Dit fijnaandeel, men spreekt ook wel van meelkorrelgehalte, dient bij extreem vloeibare betonsamenstellingen minimaal 180 tot 200 liter per m 3 te bedragen. Dit volume is de optelsom van de bijdrage vanuit het cement, het toeslagmateriaal kleiner dan 125 µm en de toegepaste vulstoffen. Een wel heel speciale rol binnen deze fijne stoffen spelen de stoffen in het allerfijnste gebied, zoals bijvoorbeeld silica fume Vulstoffen Wereldwijd wordt in beton met hogere sterkte vrijwel altijd silica fume toegepast. Silica fume is een product dat ontstaat bij de fabricage van ferro-siliciumlegeringen. Silica fume bestaat voor meer dan 90% uit amorf silicium-dioxyde (SiO 2 ). Een kenmerkende eigenschap van dit materiaal is zijn extreem hoge fijnheid; het specifiek oppervlak ligt tussen en m 2 /kg. Het specifiek oppervlak van cement ligt in het algemeen tussen 350 en 500 m 2 /kg. Silica fume heeft puzzolane eigenschappen. Die komen echter het best tot hun recht bij watercementfactoren hoger dan circa 0,40. In beton in sterkteklassen B85 en hoger zijn de watercementfactoren veel lager dan 0,40 en komt deze eigenschap nauwelijks tot zijn recht. De functie van silica fume in beton met hogere sterkte lijkt vooral te vinden in de uiterst positieve invloed van dit zeer fijne materiaal op de stabiliteit van de specie. Deze invloed is vooral van belang wanneer we betonspecie met een zeer hoge verwerkbaarheid, gekoppeld aan een goede stabiliteit willen vervaardigen. Al bij doseringen vanaf 5% silica fume t.o.v. het cementgewicht (circa kg/m 3 ) neemt de speciestabiliteit drastisch toe. Naast deze positieve invloed op de speciestabiliteit levert silica fume ook een bijdrage aan de dichtheid door een betere vulling van het korrelskelet in het fijnste gebied. De prestatie van fijne vulstoffen in betonspecie en verhard beton wordt bepaald door een groot aantal eigenschappen van de vulstof zelf, maar ook de interactie met de andere grondstoffen en de betonsamenstelling kan grote invloed hebben. In het algemeen betekent dit dat veel ervaring moet worden opgedaan met de toepassing van nieuwe vulstoffen in Hogere Sterkte Beton. In voorkomende gevallen dient tenminste een uitgebreid geschiktheidsonderzoek te worden uitgevoerd. Er wordt gewerkt aan een CUR-Aanbeveling waarin eisen en keuringsmethoden worden opgenomen voor fijne vulstoffen voor beton. 13

24 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Dit betekent dat in de nabije toekomst waarschijnlijk ook andere fijne vulstoffen kunnen worden toegepast zoals bijvoorbeeld metakaoliniet, zeer fijn gemalen silicium, zeer fijne kalksteenmeel of bepaalde geselecteerde vliegassen Hulpstoffen In beton met hogere sterkte zijn hulpstoffen niet weg te denken. Zij maken het mogelijk een laag watergehalte te combineren met een hoge verwerkbaarheid en een lange verwerkingsduur. In deze hoogwaardige betonsoorten wordt meestal een combinatie van verschillende hulpstoffen toegepast. Voor zeer vloeibare specietypen vraagt hier nog een andere eigenschap bijzondere aandacht: de specie moet niet alleen hoogvloeibaar zijn, maar mag ook niet ontmengen. Aan de hulpstoffen worden hoge eisen gesteld. Het hulpstofsysteem moet in de eerste plaats water besparen, véél water! Bij het produceren van de betonspecie kan dan een praktisch probleem ontstaan: het uitgangsmengsel kan zo droog worden dat een adequate doormenging van hulpstoffen onmogelijk wordt en er ontstaat een risico dat hulpstof wordt geabsorbeerd door andere grondstoffen. Ook ongewenste schuimvorming kan voorkomen. Beton met hogere sterkte moet daarom worden vervaardigd volgens zorgvuldig beschreven mengprocedures in een goed beheerst productieproces. In Hogere Sterkte Beton kunnen zowel plastificeerders (op basis van lignosulfonaat) als superplastificeerders (op basis van naphtaleensulfonaat of melaminesulfonaat) en combinaties van deze producten worden toegepast. Soms wordt daarnaast nog een vertragende component toegepast teneinde het opstijvingsgedrag en daarmee de verwerkingsduur van de specie te beïnvloeden. De dosering is vooral afhankelijk van de toegepaste grondstoffen (waterbehoefte) en de specietemperatuur. Heel recent is op dit moment de toepassing van een geheel nieuwe generatie superplastificeerders: op basis van polycarboxylic-ethers. Deze hulpstoffen kunnen voor beton in hoge sterkteklassen nieuwe mogelijkheden bieden omdat ze uitstekende prestaties kunnen combineren met relatief lage doseringen en daarbij nauwelijks bijwerkingen zoals vertraging of luchtinbreng vertonen. Wel stellen deze hulpstoffen hoge eisen aan de stabiliteit van de specie. 14

25 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Productie van Hogere Sterkte Beton De productie van Hogere Sterkte Beton stelt hoge eisen aan de productie-unit en vereist goed geïnstrueerd en gekwalificeerd personeel. Dit betekent dat de betonmortelcentrale ten minste gecertificeerd dient te zijn. Bedrijven, aangesloten bij de brancheorganisatie VOBN, kunnen daarnaast beschikken over adequate ondersteuning door (leden van) de Stichting Produktontwikkeling Betonmortel SPOB. Deze kennisbundeling leent zich niet voor het opnemen van een complete handleiding voor de productie van Hogere Sterkte Beton. Hier wordt volstaan met het beschrijven van een aantal belangrijke wijzigingen ten opzichte van de productie van beton in lagere sterkteklassen Selectie van grondstoffen Uit de voorgaande hoofdstukken is gebleken dat aan de selectie van grondstoffen hoge eisen worden gesteld. Hiervoor zijn geen algemene regels te geven. Daarvoor is de verscheidenheid aan fabrikanten en herkomsten van cement, hulp- en vulstoffen en toeslagmaterialen te groot. De betrokken betonmortelproducent is het best op de hoogte met de eigenschappen van de grondstoffen in zijn pakket Mengprocedure Voor de productie van beton in hogere sterkteklassen wordt vaak gewerkt met aangepaste mengprocedures. Dit betekent dat de grondstoffen gefaseerd in de menger worden gedoseerd en dat vooral het tijdstip waarop vulstoffen en hulpstoffen worden gedoseerd nauwkeurig moet worden bepaald. De eigenschappen van de menger zijn hierbij mede van invloed. Mede door de gefaseerde grondstoffeninvoer is de totale mengtijd langer dan gebruikelijk. Een aparte plaats wordt hier ingenomen door betonsamenstellingen die silica fume bevatten. Bij het werken met silica fume in slurry-vorm moet de menger altijd zo worden gevuld dat de slurry niet in aanraking komt met het (nog droge) cement. Een klontvorming die nauwelijks meer is stuk te mengen is het gevolg. Bij poedervormige silica fumes verdient het daarentegen juist aanbeveling om even droog voor te mengen Vermindering productiecapaciteit Door deze maatregelen zal de productiecapaciteit van de betonmortelcentrale teruglopen. Daarom is het bij grotere storten verstandig om duidelijke afspraken over de gewenste stortcapaciteit te maken en zonodig een back-up centrale in te schakelen Geschiktheidsonderzoek De betonmortelproducent dient vooraf aan te tonen dat hij de gewenste betonkwaliteit kan maken. Dit kan op basis van ervaringen uit eerdere leveranties. Steeds meer producenten zijn gecertificeerd voor de productie van hogere sterkteklassen. Een punt van aandacht daarbij is de vraag of de betonsamenstellingen die daarvoor zijn gebruikt, voldoen aan de door Rijkswaterstaat aangegeven randvoorwaarden. Indien geen ervaring aanwezig is, dient een geschiktheidsonderzoek te worden uitgevoerd; in eerste instantie op laboratoriumschaal, daarna ook op productieschaal. Naast de aandacht voor de eigenschappen van het verharde beton dient bij het geschiktheidsonderzoek ook (veel) aandacht aan de verwerkingseigenschappen te worden besteed. Het verdient vaak aanbeveling een proefstort uit te voeren (zie ook Hoofdstuk 4). 15

26 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 16

27 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW De eigenschappen van specie tot verhard beton 3.1 Eigenschappen van de specie Speciestabiliteit Betonspecie in hogere sterkteklassen kan een in meerdere opzichten afwijkend gedrag vertonen ten aanzien van verwerkingsmogelijkheden en opstijvingsgedrag. De combinatie van een laag watergehalte, een hoog bindmiddelgehalte en het gebruik van vul- en hulpstoffen kan een verwerkingsgedrag opleveren dat sterk afwijkt van normaal beton. Vanzelfsprekend speelt de vereiste verwerkbaarheid hierbij een grote rol. Al bij het mengselontwerp dient rekening te worden gehouden met de stabiliteit van de betonspecie. Betonspecies voor sterkteklassen B85 en hoger bevatten in het algemeen extreem fijne vulstoffen zoals silica fume die de stabiliteit van de betonspecie drastisch verbeteren. Het intern vochttransport wordt door deze extreem fijne stoffen bemoeilijkt. Bij uitdrogen van het specieoppervlak kan daardoor de zogenoemde velvorming aan het specieoppervlak ontstaan Verwerkingseigenschappen De hiervoor genoemde eigenschappen duiden op een sterk afwijkend reologisch gedrag van de betonspecie. De relatie tussen de zet- en schudmaat, ofwel het gedrag onder statische en dynamische omstandigheden, wijkt door het hogere pasta-aandeel en de toepassing van vulstoffen sterk af van hetgeen gebruikelijk is bij betonspecie voor lagere sterkteklassen. Het gebruik van extreem fijne vulstoffen, zoals silica fume, maakt het mogelijk dat sterkteklassen B85 en hoger relatief eenvoudig met een zeer hoge vloeibaarheid kunnen worden geleverd. Bij toepassingen waar dat minder gewenst is (bijvoorbeeld werken onder een helling) kan deze betonspecie in consistentiegebied 4 (zetmaat circa 200 mm) worden toegepast. Men dient erop bedacht te zijn dat de grote samenhang (taaiheid) van deze betonspecies veel meer verdichtingsenergie vraagt dan gebruikelijk voor deze toch relatief hoge zetmaten. Trilnaalden hebben een (veel) kleiner werkingsgebied en dienen daarom op veel kleinere afstanden te worden ingestoken. Voor het meten van het verwerkingsgedrag van Hogere Sterkte Beton wordt gebruik gemaakt van de zogenoemde vloeimaat. Deze meting is ontstaan uit de behoefte om ook zeer vloeibare species te kunnen karakteriseren. Deze meting valt tussen de zetmaat en de schudmaat. Na het lichten van de zetmaatkegel wordt voor het schudden van de tafel de doorsnede van de speciekoek gemeten. Overigens zien we bij beton in hogere sterkteklassen vaak een ander verwerkingsgedrag dan men bij betonspecies in lagere sterkteklassen gewend is. De zeer vloeibare specie gedraagt zich tijdens verdichten enz. als een normale beton in consistentiegebied 2/3. De consistentie van betonspecie voor de hoogste sterkteklassen is moeilijker te beheersen in consistentiegebied 1 en Luchtgehalte Het luchtgehalte van beton in hogere sterkteklassen is vaak wat hoger dan gebruikelijk. Oorzaak hiervan is het hoge hulpstofgehalte in deze betonsamenstellingen. Een luchtgehalte tot circa 3 % wordt als acceptabel beschouwd. 17

28 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Corrigeren van de verwerkbaarheid Gezien de gevoeligheid van betonsamenstellingen voor hogere sterktes voor kleine verschillen in het watergehalte van de betonspecie kunnen afwijkingen in de verwerkbaarheid optreden. De oorzaak ligt vooral in kleine verschillen in vochtgehalte van de toeslagmaterialen. Binnen bepaalde grenzen is het mogelijk die afwijkingen voor verwerking op de bouwplaats te corrigeren met extra water of hulpstoffen. Deze aanpassingen dienen in alle gevallen onder begeleiding van de verantwoordelijke betontechnoloog te gebeuren. Indien binnen een uur na aanmaak een te lage verwerkbaarheid wordt geconstateerd, bij overigens correcte samenstelling, kan het watergehalte worden gecorrigeerd met maximaal 5 liter per m 3 betonspecie. De aanpassing met hulpstoffen is kritischer. In principe dienen hulpstoffen altijd op de betoncentrale als onderdeel van de totale mengprocedure te worden toegevoegd. Hulpstofdoseringen op de bouwplaats dienen tot de absolute uitzonderingen te worden beperkt en dienen in die gevallen stringent te worden begeleid door een terzake deskundige betontechnoloog. Op de bouwplaats kan zich de situatie voordoen dat het nodig is hulpstoffen na te doseren om zodoende een teruggelopen verwerkbaarheid weer op peil te brengen. Uit proeven, ook in praktijksituaties, is gebleken dat dit geen nadelige gevolgen voor de betonkwaliteit behoeft op te leveren. Het is belangrijk dat de hulpstofkeuze en de dosering daarbij optimaal aansluiten bij de betreffende betonsamenstelling. Alleen de betonmortelleverancier is in staat dit goed uit te voeren. Op die manier blijft hij ook aansprakelijk voor de te realiseren betoneigenschappen. 3.2 Eigenschappen van verhardend beton Algemeen Voor de constructeur lijkt het vaak of uitsluitend de uiteindelijk te bereiken eigenschappen van verhard beton van belang zijn. Op basis van deze eigenschappen berekent hij het draagvermogen en de duurzaamheidseigenchappen van de constructie. Voor de aannemer zijn echter vooral de verwerkingseigenschappen van de betonspecie van groot belang. Hiervan hangt af welke transportmiddelen op de bouwplaats kunnen worden ingezet en hoeveel arbeid en energie nodig is om een goed (ver)dicht beton te vervaardigen. De periode waarin beton verhardt, krijgt vaak weinig aandacht en lijkt tot het aandachtsgebied van de aannemer te horen. Hierdoor krijgt deze periode tussen beton als specie en verhard beton daardoor niet de aandacht die het verdient. Voor de ontwerper/constructeur zijn in de verhardingsfase vooral de volgende eigenschappen van belang: - De warmteontwikkeling van het verhardend beton, het temperatuurverloop en de temperatuurgradiënt in de constructie. - Het krimpgedrag: naast een grotere temperatuurkrimp als gevolg van een grotere hydratatiewarmte kan ook de totale verhardingskrimp groter zijn. Onderzoek heeft uitgewezen dat bij hogere sterktebeton de zogenoemde autogene krimp een steeds grotere rol speelt. - De snelheid waarmee de verschillende mechanische eigenschappen zich ontwikkelen. - De combinatie van deze factoren betekent dat in deze periode temperatuureffecten (uitzetten door temperatuurstijging; verkorten door afkoeling) en de ontwikkeling van mechanische eigenschappen tezamen bepalen welke spanningen kunnen optreden en in welke mate ze kunnen worden opgenomen. Bezien door de bril van de constructeur is dit een uitermate interessante periode. Het is echter ook een periode waarin zaken onherstelbaar fout kunnen lopen. De aannemer is vooral geïnteresseerd in: - het verwerkingsgedrag van de specie, - de snelheid waarmee de verwerkbaarheid afneemt, - het afwerken van Hogere Sterkte Beton, - de nabehandeling. 18

29 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Deze zaken komen later in deze handleiding uitgebreid aan bod Sterkteontwikkeling De sterkteontwikkeling van beton begint altijd met, wat genoemd wordt, de dormante periode. Dit is een periode waarin van enige meetbare sterkteontwikkeling nog geen sprake is. Door hoge hulpstofdoseringen kan de dormante periode van beton in hogere sterkteklassen lang zijn. Veel plastificerende (lignosulfonaten) en superplastificerende (naftaleensulfonaten) hulpstoffen hebben bij hogere doseringen een vertragende nevenwerking. Dit is een punt van aandacht: voor de hoogste sterkteklassen (> B85) kan deze dormante periode bij gebruik van genoemde hulpstoffen uitlopen tot meer dan 10 uur. Daarna verloopt de sterkteontwikkeling van beton in hogere sterkteklassen beduidend sneller dan bij beton in lagere sterkteklassen. Dat is niet in alle gevallen een voordeel; immers een snelle sterkteontwikkeling gaat in het algemeen gepaard met een snelle warmteontwikkeling. Een goede afstemming op de eisen vanuit ontwerp, uitvoering en de betontechnologische mogelijkheden is gewenst. Zowel de te bereiken 28-daagse druksterkte als de sterkteontwikkeling worden vooral bepaald door de sterkteklasse van het cement en de water-cementfactor (zie en ). 70 Betonsterkte in N/mm Cement-sterktekl.: 52,5 R 42,5 R 35 32,5 R 30 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 wcf Figuur 3-1 Relatie sterkteklasse cement, water-cementfactor en 28-daagse betonsterkte. w.c.f. 0,3 w.c.f. 0,4 Sterkte in N/mm 2 w.c.f. 0,5 w.c.f. 0,6 Verhardingstijd Figuur 3-2 Invloed water-cementfactor op sterkteontwikkeling: geschematiseerd 19

30 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton In Error! Number cannot be represented in specified format. is de sterkteontwikkeling van beton in de sterkteklassen B35, B65 en B95 weergegeven. Dit zijn uit laboratoriumonderzoek verkregen resultaten. In principe kan de sterkteontwikkeling goed worden gevolgd met de methode van de gewogen rijpheid. Bij beton in de hoogste sterkteklassen kan de sterkteontwikkeling gedurende het eerste etmaal dermate snel verlopen dat (zelfs kleine) verschillen in de dormante periode deze meetmethode onbruikbaar maken. In die gevallen zal de vroege sterkte overigens zelden een probleem vormen. 120 Druksterkte in N/mm B95 B65 B Tijd in dagen Figuur 3-3 Druksterkteontwikkeling voor verschillende betonsterkteklassen (meetresultaten uit laboratoriumonderzoek) Temperatuurontwikkeling Het wordt steeds gebruikelijker de warmteontwikkeling van beton te karakteriseren door het adiabatisch temperatuurverloop. Recent is de meetmethode beschreven in CUR-Aanbeveling 67 Bepaling adiabatische temperatuurontwikkeling van een verhardend beton. Indien adiabaten worden opgevraagd of door producenten worden afgegeven, dient naar deze CUR-Aanbeveling te worden verwezen. Veel constructies in Hogere Sterkte Beton worden doorgerekend met modellen voor de verhardingsbeheersing. Voor deze rekenmodellen is de adiabaat van het beton een onmisbaar invoergegeven. Het adiabatisch temperatuurverloop wordt vooral bepaald door het cementgehalte, de cementsoort en -klasse, de eigenschappen van het toeslagmateriaal en het watergehalte. Van enkele samenstellingen is ter illustratie het adiabatisch temperatuurverloop in Error! Number cannot be represented in specified format. gegeven. Bedenk dat het adiabatisch temperatuurverloop sterk wordt beïnvloed door de eigenschappen van de grondstoffen en de betonsamenstelling. 20

31 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Temperatuur in o C B95 B65 B Tijd in uren Figuur 3-4 Adiabaat B35, B65 en B Krimp Plastische krimp Plastische krimp treedt op als gevolg van het verdampen van bleedingwater of door het onttrekken van water aan het beton door een onderliggende droge ondergrond. Door uitdroging wil het water zich terugtrekken in het poriënsysteem dat zich tijdens het verhardingsproces geleidelijk vormt. Hierdoor ontstaan capillaire krachten in het poriewater waardoor de verhardende massa wil krimpen. Als dit krimpen wordt verhinderd, bijvoorbeeld door aanwezige wapening of door de ondergrond, kan scheurvorming optreden. Voorkomen van vroegtijdig uitdrogen van het beton is een beproefde methode om plastische krimp tegen te gaan. Beton met hogere sterkte heeft als regel een lagere water-cementfactor en vertoont meestal niet veel bleeding. Eventueel aanwezig bleedingwater zal snel verdampt zijn en het mechanisme dat leidt tot plastische krimp zal in werking treden. Of optredende krimpspanningen zullen resulteren in scheurvorming hangt af van de snelheid waarmee de treksterkte zich ontwikkelt. Bij Hogere Sterkte Beton ontwikkelt de treksterkte zich vrij snel, hetgeen gunstig is als het gaat om het opnemen van de krimpspanningen. Over het algemeen moet er evenwel toch van worden uitgegaan dat beton met hogere sterkte niet minder gevoelig is voor scheurvorming door plastische krimp dan gewoon beton. Maatregelen om scheurvorming te voorkomen zijn bij Hogere Sterkte Beton dan ook net zo noodzakelijk als bij gewoon beton. Verhardingskrimp Onder verhardingskrimp wordt de niet-thermische vervorming verstaan van beton dat verhardt onder verzegelde omstandigheden (geen uitdroging). Vervormingscomponenten die samen de verhardingskrimp vormen, zijn de chemische krimp, de autogene krimp en eventuele zwelling 1. Chemische krimp ontstaat doordat het volume van het hydratatieproduct kleiner is dan de som van de volumes van de samenstellende delen, i.c. water en cement. Deze volumeverkleining uit zich voor een klein deel in uitwendige volumeverkleining van het betonelement. Het grootste deel manifesteert zich in de vorm van lege poriën. Het ontstaan van lege, i.c. met waterdamp gevulde poriën wordt zelfuitdroging genoemd. Met het voortschrijden van het hydratatieproces daalt de relatieve vochtigheid in het poriënsysteem. Dit gaat gepaard met een toename van de capillaire spanningen en een daarmee samenhangende krimp van het beton. Deze krimp wordt de autogene krimp genoemd. Bij mengsels met een lage water-cementfactor zijn de vervormingen t.g.v. autogene krimp veel groter dan de uitwendig waarneembare vervormingen als gevolg van 1 Zwelling wordt hier niet verder behandeld 21

32 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton chemische krimp. Bij mengsels met een lage water-cementfactor is de verhardingskrimp dan ook vrijwel gelijk aan de autogene krimp. De verhardingskrimp is groter naarmate de water-cementfactor lager is. Bij een watercementfactor van 0,4 kan de verhardingskrimp na 1 week verharden al een waarde bereiken van 0,1. Bij een water-cementfactor van 0,3 kan deze oplopen tot 0,25 à 0,30. Wanneer de krimpvervormingen van deze orde van grootte worden verhinderd, zal scheurvorming onvermijdelijk zijn Monstername, aanmaak proefstukken Bij de monstername, de vervaardiging en de conditionering van proefstukken dienen de voorschriften nauwgezet te worden gevolgd. Natuurlijk geldt ook hier dat Hogere Sterkte Beton gevoeliger is voor afwijkingen. Een slordig vervaardigd proefstuk zal beslist een lagere sterkte opleveren! Een speciaal punt van aandacht is de keuze van de mal. Naast vlakheid en haaksheid blijkt ook de materiaalkeuze van belang. De snel vrijkomende hydratatiewarmte veroorzaakt zelfs in de mal een zodanige temperatuurstijging dat enig isolerend vermogen al storend is. Kies bij Hogere Sterkte Beton daarom voor een stalen mal voor de aanmaak van kubussen. Uit onderzoek is gebleken dat andere mallen een duidelijk sterkteverlies opleveren. Een harde kunststof mal levert al een circa 5 N/mm 2 lagere sterkte. 3.3 Eigenschappen verhard beton Elasticiteitsmodulus De elasticiteitsmodulus wordt vaak beschreven als functie van de druksterkte. In de VBC 1995 wordt gebruik gemaakt van de formule E b = ( f ck ) (3.1) waarin f ck de karakteristieke kubusdruksterkte is. Met deze formule wordt een globale indicatie van de elasticiteitsmodulus verkregen. Behalve van de druksterkte is de elasticiteitsmodulus ook afhankelijk van de hoeveelheid en soort toeslagmateriaal. In formule (3.1) komt dat niet tot uitdrukking. Bij toepassen van deze formules op beton met een sterkte groter dan MPa constateert men meestal een overschatting van de elasticiteitsmodulus [3]. Elasticiteitsmodulus B65 In onderstaande tabel worden voor beton B65 de gemeten ontwikkeling van de druksterkte en de elasticiteitsmodulus weergegeven. Daarnaast wordt in de vierde kolom de elasticiteitsmodulus weergegeven berekend met formule (3.1). Wordt de berekende elasticiteitsmodulus vergeleken met gemeten waarden, dan blijken de berekende waarden inderdaad aanzienlijk groter te zijn dan de gemeten waarden. Het overschatten gebeurt in zowel de zeer vroege fase van het verharden als ook na 28 dagen. Het overschatten van de elasticiteitsmodulus van Hogere Sterkte Beton met formules die zijn ontwikkeld voor traditionele betonsterktes is aanleiding geweest tot aanpassingen van deze formules. In CEB/FIP Bulletin d Information No. 197 [1] wordt het volgende voorschrift gegeven: E b = 3320 (f bm ) 0, (voor 21 MPa < f bm < 83 MPa) (3.2) waarin f bm de gemiddelde prismadruksterkte is. Deze is ongeveer gelijk aan 0,9 f cm, waarin f cm de gemiddelde kubusterkte is. De Noorse Standaard NS3473 [2] geeft voor Hogere Sterkte Beton de formule E b = 9500 (f bm ) 0,3 (3.3) 22

33 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Deze formule vertoont grote gelijkenis met de formule die wordt gegeven in de EuroCode 2, te weten: E b = 9500 (f bk + 8) 1/3 (3.4) waarin f bk de karakteristieke prismadruksterkte is. Door verhogen van de karakteristieke prismadruksterkte met 8 MPa verkrijgt men de in formule (3.3) toegepaste gemiddelde prismadruksterkte f bm. Tabel 3-1 Druksterkte en elasticiteitsmodulus voor B65 beton. Gemeten en berekend volgens verschillende formules. Voor gemeten waarden, zie [4] Ouderdom Gemeten waarden Berekende waarden elasticiteitsmodulus E b Druksterkte f ck Elas. modulus E b VBC 1995 (formule 3.1) CEB/FIP [1] (formule 3.2) NS 3473 [2] (formule 3.3) Uren/ MPa MPa MPa MPa MPa dagen 18 uur 1 dag 2 dagen 3 dagen 4 dagen 7 dagen 28 dagen 5,41 15,78 30,99 39,93 44,28 55,81 70, Berekend volgens E b = 1000 (f bm ) 1/3, conform CEB/FIP Model Code 90 voor standaard betonsterktes Elasticiteitsmodulus E'b [MPa] E-gemeten VBC'95 CEB/FIP CUR 37 NS karakteristieke kubusdruksterkte f' ck [MPa] Figuur 3-5 Elasticiteitsmodulus als functie van de karakterisktieke prismadruksterkte, gemeten en bepaald met verschillende formules De waarden voor de elasticiteitsmodulus berekend met de formules (3.2) en (3.3) zijn weergegeven in de kolommen vijf en zes van. Deze waarden liggen veel dichter bij de gemeten waarden dan de waarden berekend met de VBC Duidelijk is dit ook te zien in Error! Number cannot be represented in specified format.. Ook voor lagere sterktes - in de verhardingsfase van het beton - geven de CEB/ FIP formule en de formule uit de Noorse voorschriften een redelijk goede resultaten. 23

34 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton In Error! Number cannot be represented in specified format. is tevens de waarde van de elasticiteitsmodulus weergegeven berekend volgens de formule in CUR-Aanbeveling 37 Hoge Sterkte Beton [6]. Deze formule luidt: E b = f ck (3.5) De formule is bedoeld voor het bepalen van de elasticiteitsmodulus na 28 dagen. Duidelijk is te zien dat de formule niet goed presteert als ze wordt toegepast voor het beschrijven van het ontwikkeling van de elasticiteitsmodulus in het tijd. Elasticiteitsmodulus B85 Voor een beton B85 zijn de gemeten en berekende waarden van de elasticiteitsmodulus na 28 dagen weergegeven in Tabel 3.2. Uit een vergelijking van de gemeten en berekende waarden valt direct te zien dat ook hier de VBC 1995 de werkelijke elasticiteitsmodulus aanzienlijk overschat. De door de CEB/FIP [1] en Noorse standaard [2] voorgestelde formules geven daarentegen een goede benadering van de gemeten waarden. Als voor het bepalen van de elasticiteitsmodulus wordt uitgegaan van de nominale betondruksterkte van 85 MPa, dan hoort daar volgens de VBC 1995 een elasticiteitsmodulus bij van MPa (formule (3.1)). Daarmee wordt de werkelijke elasticiteitsmodulus overschat met circa 12%. Tabel 3-2 Druksterkte en elasticiteitsmodulus voor B85 beton. Gemeten en berekend volgens veschillende formules. Voor gemeten waarden, zie [5] Beton B85 Ouderdom Gemeten waarden Berekende waarden elasticiteitsmodulus E b Druksterkte f ck Elas. modulus E b VBC 1995 (form. 3.1) CEB/FIP [1] (form. 3.2) NS 3473 [2] (form. 3.3) w.c.f. dagen MPa MPa MPa MPa MPa 0,37 0, (Buig-)treksterkte Bij de relatie tussen de druksterkte en de treksterkte vormen de maximale korrelafmetingen en de korrelvorm van het toeslagmateriaal dominante invloedsfactoren. In het algemeen geldt dat een fijner toeslagmateriaal een hogere treksterkte levert. Dit is eenvoudig verklaarbaar; een fijner materiaal levert een homogenere structuur op waarin minder spanningspieken optreden bij belasten: dit resulteert in een hogere treksterkte. Ook een gebroken toeslagmateriaal verhoogt de treksterkte. In dit geval speelt de aanhechting van cementsteen aan toeslagmateriaal een rol. De hechting cementsteen-toeslagmateriaal wordt overigens ook positief beïnvloed door zeer fijne vulstoffen. De positieve invloed van fijner toeslagmateriaal en een gebroken korrel geldt alleen indien het pasta-aandeel voldoende hoog is Gevoeligheid voor ASR (alkali-silicareactie) In CUR-Aanbeveling 38 [7] zijn maatregelen beschreven om schade aan beton door de alkalisilicareactie te voorkomen. Betonsamenstellingen dienen in alle gevallen te worden getoetst op hun gevoeligheid voor ASR met de in deze aanbeveling beschreven procedures. Voor de betonsamenstellingen tot en met sterkteklasse B65 waar het slakgehalte in het cement(mengsel) groter is dan 50% (m/m) en het alkaligehalte kleiner dan 1,1% (m/m), mag worden aangenomen dat geen schadelijke ASR kan optreden. Met name bij beton in de hoogste sterkteklassen kan soms niet aan deze randvoorwaarden worden voldaan. Voor betonsamenstellingen die niet aan genoemde voorwaarden voldoen stelt de CUR-Aanbeveling nadere eisen aan het toeslagmateriaal. Het toeslagmateriaal (zand en grind) dient dan te worden beoordeeld op de gevoeligheid voor ASR. In veel gevallen kan worden volstaan met een petrografisch onderzoek (zie Betoniek nummer 9/25 [8] en 11/3 [9]). Soms is aanvullend onderzoek nodig dat bestaat uit een versnelde zwellingsproef op mortelbalkjes. 24

35 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Vorst-dooibestandheid Op grond van samenstelling en overige eigenschappen mag worden aangenomen dat de vorstdooizoutbestandheid van beton in geen enkel opzicht achterblijft bij beton vervaardigd met dezelfde bindmiddelen in lagere sterkteklassen Brandbestandheid De brandbestandheid van beton in hogere sterkteklassen is op dit moment nog in onderzoek. Er zijn aanwijzingen dat de brandbestandheid soms kan achterblijven bij die van beton in lagere sterkteklassen. Voor bruggen en viaducten is dit, in tegenstelling tot gebouwen en tunnels, minder relevant; de brand is in de open lucht en het gevaar voor mensenlevens is gering Uiterlijk Het gebruikte cement en eventuele vulstoffen bepalen vooral de kleur. Voor de allerhoogste sterkteklassen worden hoge doseringen portlandcement toegepast, vaak in combinatie met silica fume. Dit kan een donkergrijs uiterlijk opleveren. De eigenschappen van de silica fume lijken hierbij een vrij dominante rol te spelen. Het beton sluit nauw aan op de bekisting en heeft een zeer dicht oppervlak. Hierdoor zullen oneffenheden in de bekisting zich veel duidelijker dan gebruikelijk aftekenen. Dit harde en dichte oppervlak zal ook de reparatie van oneffenheden en/of beschadigingen moeilijker maken. 3.4 Literatuur 1. State of the Art report on High Strength Concrete. CEB/FIP Bulletin d Information No. 197, Norwegian Standard NS Hansen, E., Tensile strength and E-modulus. Rapport in kader BriteEuram Project 5480: Economic Design and Construction with High Strength Concrete, Horeweg, E.M., Van der Marel, A.P., Onderzoek Eigenschappen Beton B65. TU Delft, Rapport nr p., Horeweg, E.M., Van der Marel, A.P., Onderzoek Eigenschappen Beton B85. TU Delft, Rapport nr p., CUR-Aanbeveling 37 Hoge sterkte beton. Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving, mei CUR-Aanbeveling 38 Maatregelen om schade aan beton door alkali-silicareactie te voorkomen. Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving, juni Betoniek 9/25 Alkali-slicareactie. mei Betoniek 11/3 Petrografie. maart

36 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Figuur 3-6 Het storten van Hogere Sterkte Beton in een proefobject van het rijdek van het viaduct in knooppunt Oudenrijn RW12-RW2 26

37 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Uitvoering 4.1 Verwerken Inleiding Het verwerken van nieuwe producten vergt in het begin altijd enige gewenning. Hogere Sterkte Beton is hier geen uitzondering op. Ook indien Hogere Sterkte Beton voor het eerst grootschalig wordt verwerkt op de bouwplaats moet er op worden gerekend dat er aanloopproblemen kunnen zijn. In vergelijking met het verwerken van normaal beton heeft Hogere Sterkte Beton één belangrijk verschil: de specie oogt zeer vloeibaar, maar is dat niet altijd! De specie bevat veel cementpasta en fijne vulstoffen, hierdoor ontstaat een tixotroop gedrag. Zonder toevoeging van energie is de specie veel stijver dan men in eerste instantie verwacht. Door het inbrengen van trilenergie krijgt de specie direct (weer) een hoge vloeibaarheid. Een en ander uit zich bijvoorbeeld ook in een kleverige specie. Vanwege de lage water-cementfactor is de betonsamenstelling van Hogere Sterkte Beton door o.a. de toepassing van veel fijn materiaal (bijv. cement, silica fume en fijne vulstoffen) en aanzienlijke hoeveelheden superplastificeerder gevoelig bij kleine variaties in grondstoffen. Ook wisselingen in weersomstandigheden spelen daarbij een belangrijke rol. Om deze redenen zal extra aandacht geboden zijn bij de verwerking van hoge sterkte beton ter waarborging van de kwaliteit van de te realiseren betonconstructie. Voor B65 geldt ook dat de gevoeligheid bij de verwerking extra aandacht behoeft. In onderstaand overzicht zijn voor zowel B65 als B85 de specifieke aandachtspunten aangegeven welke tijdens productie en verwerking van toepassing zijn Productiecapaciteit De productie van Hogere Sterkte Beton vraagt speciale aandacht op de betoncentrale. Door een andere mengprocedure zal ook de capaciteit van de centrale worden beïnvloed. Rekening zal moeten worden gehouden met een gereduceerde capaciteit van de betoncentrale (bij B65 kan de capaciteit worden gereduceerd tot circa 75 à 90%, voor B85 is dit circa 25 à 50%!) De reductie is sterk afhankelijk van het mengertype. De totale productietijd zal derhalve toenemen. Het inzetten van een tweede centrale kan zelfs nodig zijn. Tijdens de productie van B85 zullen spoeltijden moeten worden opgenomen i.v.m. reiniging van mengers, mixers en materieel. Dit kan een belangrijke discontinuïteit veroorzaken in de aanvoer naar de bouwplaats. Bij de aanvoer zal een juiste afstemming met de beschikbare stortcapaciteit dienen plaats te vinden, de wachttijden zijn kritisch. Lange wachttijden van de truckmixer op de bouwplaats kunnen leiden tot een niet meer verwerkbare specie. Afkeuren en wegsturen is dan nog de enige mogelijkheid. Enige tijd geen beton op de bouwplaats is ook ontoelaatbaar. Juist Hogere Sterkte Beton vraagt om een zo continu mogelijk stortproces. Bij elke onderbreking loopt men het risico dat het stortfront later goed zichtbaar is aan het betonoppervlak. De aanvoer van de betonspecie dient dus goed op de stortcapaciteit van de bouwplaats te worden afgestemd en zonodig (continu) te worden bij gesteld. Om verzekerd te zijn van beton aanvoer op het werk zal een gelijkwaardige betoncentrale stand-by moeten worden gehouden. 27

38 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Consistentie / Verwerkbaarheid Hogere Sterkte Beton-species zijn gevoelig voor kleine afwijking in de samenstelling. Vooral afwijkingen in het watergehalte hebben onmiddellijk gevolgen voor de consistentie. Door het hoge aandeel fijn materiaal is de relatie tussen consistentie en verwerkbaarheid duidelijk anders dan bij gewoon beton. Ondanks de hoge vloeibaarheid van de betonspecie vraagt het verwerken de nodige energie. De relatie tussen de zetmaat en schudmaat is niet eenduidig aan te geven, het reologisch gedrag van de betonspecie wijkt af van dat van 'normale beton'. Controle op consistentie is alleen zinvol indien de schudmaat en/of uitvloeimaat worden gebruikt als criteria voor de verwerkbaarheid. Het vloeigedrag is afwijkend van hetgeen men van normale beton gewend is en vertoont een tixotroop gedrag. Dit heeft derhalve gevolgen voor de verwerking: de werkingssfeer van de trilnaalden is minder, er moet fijnmaziger, korter en derhalve op meer plaatsen worden getrild Betonstorten Voorafgaand aan het betonstorten moet een stortplan beschikbaar zijn waarin wordt aangegeven welke maatregelen (trilcapaciteit, afwerkmethode, nabehandelen etc.) er worden genomen om het stort te realiseren. In dit plan dient ook te worden aangegeven welke maatregelen er moeten worden genomen indien van dit plan wordt afgeweken. Te denken valt aan zaken als pompcapaciteit, aanvoer betonspecie, regen etc. Vooral bij het eerste stort dient het personeel vooraf goed te worden geïnstrueerd. Zij moeten weten welk gedrag de betonspecie heeft en hoe zij daarop moeten reageren. Het uitvoeren van een proefstort kan heel leerzaam zijn. Hieronder zijn enkele ervaringen beschreven met mengsels waarin veel fijn materiaal is toegepast: Door het hoge aandeel fijn materiaal in Hogere Sterkte Beton-species zijn deze alleen goed verwerkbaar bij hogere consistenties. Mengsels zonder silica fume (B65) kunnen bij een schudmaat van 400 à 450 mm al redelijk goed worden verwerkt. Voor mengsels met silica fume zal een schudmaat van 500 à 550 mm nodig zijn. De verwerkbaarheid dient op de gekozen verwerkingsmethode te zijn afgestemd. Voor het storten kan gebruik worden gemaakt van zowel de kubel als de pomp; bij teruglopende of te lage consistentie kunnen de pompdrukken echter hoog oplopen. Ook kan de capaciteit van de pomp aanzienlijk teruglopen. Het gebruik van een rotorpomp heeft problemen opgeleverd, een plunjerpomp levert betere prestaties, de pompdruk kan echter oplopen tot 280 bar als gevolg van het kleefgedrag van de betonspecie. Verpompen van het beton verloopt goed mits de zetmaat niet kleiner is dan 180 mm en de schudmaat niet kleiner is dan 400 mm (B65) of 500 mm (B85); in het algemeen zal bij pompen een grotere pompdruk moeten worden toegepast en moet rekening worden gehouden met een terugloop van de zet-, schud- en vloeimaat aan het einde van de slang. Een te hoge verwerkbaarheid kan aanleiding zijn tot ontmengen tijdens het pompen. Hierdoor kan de pomp vastlopen. Er dient extra aandacht te worden besteed aan de continue aanvoer van de betonspecie om te voorkomen dat het stortfront te lang open blijft liggen. Een nieuwe laag betonspecie zal alleen tot een homogene massa samenvloeien indien deze vlot na de voorgaande wordt aangebracht en met de onderliggende beton indien voldoende wordt doorgetrild. De gestorte specie loopt gemakkelijk horizontaal weg in de bekisting. Men moet hierdoor niet in de verleiding worden gebracht de stortplaatsen verder uit elkaar te leggen dan gebruikelijk. Het storten onder een helling kan kritisch zijn. De kans is redelijk groot dat een deel van de bovenkant van het stort moet worden bekist. Een vloer met een helling van 1:7 van het afwerkvlak is gerealiseerd met een gemiddelde zetmaat/uitvloeimaat van 200 mm/330 mm (Tweede Stichtse Brug). 28

39 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Verdichten In dit rapport wordt geen beton bedoeld dat zelf verdichtend is. Ook voor de in dit rapport beschreven Hogere Sterkte Beton-species is verdichten noodzakelijk. Zoals al eerder genoemd lijken de species hoog vloeibaar, maar schijn bedriegt. Ze zijn alleen hoog vloeibaar als er energie aan wordt toegevoerd. Daarbij neemt de werkingssfeer van de trilnaald sterker af naarmate meer hulpstoffen in de specie worden gebruikt. Wanneer bijvoorbeeld een wand wordt gestort waarbij gebruik wordt gemaakt van enkele trilnaalden die op afstanden van een meter in de specie worden geprikt, dan loopt de specie tamelijk dun door de kist en vloeit bijna horizontaal uit. Dit kan gemakkelijk de indruk wekken, dat de specie alle holtes en aansluitingen op eerder gestorte lagen vol en zat zal opvullen en dat de wapening gemakkelijk op een goede manier wordt omhuld. In de praktijk is gebleken dat luchtinsluitingen en luchtbellen tussen de specie en de bekisting moeilijk door trilnaalden verwijderd kunnen worden (overigens speelt de soort bekisting die is toegepast ook een belangrijke rol). Door de visceuze eigenschappen van de specie blijven deze gemakkelijk hangen. Daarom moet op kortere afstanden dan gebruikelijk de trilnaald voldoende diep in de specie worden gestoken om een goede homogene verbinding te krijgen. Wanneer in lagen wordt gestort, moet voldoende diep in de vorige laag worden doorgetrild. De te trillen laagdiktes mogen niet dikker zijn dan 0,50 m. Om een goed dicht en strak bekistingsoppervlak te krijgen moet zo dicht mogelijk in de buurt van de bekisting worden getrild. Op moeilijk bereikbare plaatsen moeten voorzieningen worden getroffen om het hele oppervlak te kunnen bestrijken. Bij aansluitingen op reeds verharde constructiedelen moet de trilnaald langs de verharde beton worden geleid. Bij dichte wapeningconcentraties moet ruimte worden gespaard om overal tussen de wapening voldoende te kunnen verdichten of er moeten bekistingstrillers worden ingezet. Bij massieve dekken moet de bekisting goed zijn schoongemaakt. Wanneer er nog plaatsen zijn waar bijvoorbeeld wat zand bijeen is gewaaid, dan bestaat het gevaar dat dit laagje zand niet in de specie wordt opgenomen (door het visceuze karakter), zodat na ontkisten een schrale plek achterblijft. Ook bij in lagen te storten brugdekken moeten de gestorte lagen op vrij korte hart-op-hart afstanden worden getrild Zomerse omstandigheden Hogere Sterkte Beton bevat veel cement en weinig water. Dit betekent dat de temperaturen in het verhardend beton hoog op kunnen lopen en dat het afgewerkte beton gevoelig is voor uitdroging. De temperatuur van de betonspecie moet zo laag mogelijk worden gehouden; hierbij kan worden gedacht aan maatregelen zoals het overkappen van toeslagmateriaal, het koelen van de truckmixertrommel met water op de bouwplaats of zelfs koelen met stikstof. Voorkom bij wind en hoge temperaturen uitdroging van het stortfront en het afgewerkte oppervlak door tijdig afdekken (dampdicht) of gebruik van nevelsproeiers. Als gevolg van de lage water-cementfactor kan uitdroging van de toplaag snel plaatsvinden waardoor plastische scheurvorming kan optreden Hoe lager de water-cementfactor, hoe gevoeliger de betonspecie is voor uitdroging. Als gevolg van de grote hoeveelheid fijn materiaal zal nauwelijk bleeding optreden. De beste methode om vorming van plastische krimpscheuren te voorkomen is het direct afdekken van de verse beton met folie. Uit ervaring is gebleken dat afgewerkte betonoppervlakken maximaal 20 minuten open kunnen liggen, echter als gevolg van weersinvloeden zoals wind- en zonbestraling kan deze tijd aanzienlijk verkorten (zelfs met 75%!). Indien het betonoppervlak moet worden nageschuurd, kan uitdrogen worden voorkomen door het oppervlak nat te houden door middel van nevelen. Dit vraagt echter continu aandacht vanaf het moment van afwerken tot het moment van vlinderen. 29

40 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Winterse omstandigheden Lage specietemperaturen in combinatie met een lage buitentemperatuur kunnen leiden tot aanzienlijke verlenging in verhardingstijd en kunnen daarmee de stortcyclus verstoren (en dus ook de planning). De te treffen maatregelen kunnen bestaan uit enerzijds verhoging van de specietemperatuur en anderzijds het aanbrengen van isolatie op de bekisting resp. het afgewerkte betonoppervlak. Bij het toepassen van verwarmde betonspecie staan diverse mogelijkheden ter beschikking zoals verwarming van het aanmaakwater en het vorstvrij houden van de toeslagmaterialen met stoominjectie. Toepassing van verwarmd water heeft weinig rendement vanwege de lage water-cementfactor, terwijl verwarmen van zand middels stoominjectie problemen oplevert vanwege grote vochtopname waardoor het watergehalte moeilijk onder controle is te krijgen. Het verwarmen van zand via een asfaltcentrale heeft goede resultaten opgeleverd waarbij de temperatuur eenvoudig onder controle was te houden terwijl bovendien het droge zand een gunstige invloed had op het menggedrag van de specie (Tweede Stichtse Brug). 4.2 Afwerken Afwerken van de betonspecie Gestorte Hogere Sterkte Beton-specie wordt op dezelfde wijze op hoogte gebracht als specie in lagere sterkteklassen. De betonspecie wordt met een trilbalk - welke over geleiders wordt voortgetrokken - uitgevlakt. De geleiders worden verwijderd, de ruimtes opgevuld, en verder met de spaan dichtgedrukt. Het egaliseren van de betonspecie met alleen een drijfrei is niet aan te bevelen, omdat de dekking dan niet goed in de hand kan worden gehouden. Door het kleverige karakter van de specie zal het afwerken zwaarder gaan en zal er meer materiaal aan het gereedschap blijven kleven. Hoe lager de consistentie, hoe sterker dit gedrag. Figuur 4-1 Afwerken betonspecie Velvorming Een fenomeen wat men bij 'gewoon' beton niet snel zal tegenkomen is dat van 'velvorming'. Een dergelijk vel kan ontstaan op specie van beton met hogere sterkte t.g.v. van verdamping van water uit de bovenste laag. De betonspecie is dan nog in de plastische fase. Door de hoge samenhang van Hogere Sterkte Beton-specie wordt geen water aangevoerd vanuit het dieper gelegen beton (dus geen bleeding). T.g.v. de verdamping wordt de toplaag van de specie stugger, het lijkt of de specie al begint te binden. Maar dit is niet waar. Onder het 'vel' is de betonspecie 30

41 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW nog volop plastisch. De dikte van het vel kan variëren van enkele millimeters tot enkele centimeters, e.e.a. afhankelijk van de mate waarin de uitdroging plaatsvindt.. De mate waarin velvorming optreedt is afhankelijk van de weersomstandigheden. Hoge temperaturen, directe zonbestraling, wind of een combinatie van meerdere van deze factoren zijn ideale omstandigheden voor de uitdroging van het verse betonoppervlak, hetgeen resulteert in velvorming. Velvorming is niet geconstateerd bij koude en vochtige (mist, regen) weersomstandigheden. Het zal duidelijk zijn dat 'velvorming' het afwerken of nabehandelen ernstig kan bemoeilijken. De toplaag van de specie is stug geworden en laat zich moeilijk of helemaal niet meer afwerken. Gevolg is dat het betonoppervlak wordt opengetrokken en er brede, vaak tot de wapening doorlopende, scheuren worden gevormd. Een ander gevolg van dit fenomeen is dat het betonoppervlak beloopbaar of bewerkbaar lijkt, maar dat nog lang niet is doordat het onderliggende beton nog plastisch is. Elke handeling leidt dan onherroepelijk tot schade aan het oppervlak in de vorm van voetstappen, ongelijkheden, scheuren etc Naschuren Het naschuren van vloeren en brugdekken is een vrij gebruikelijke procedure om een goed dicht betonoppervlak te verkrijgen. Kleine scheuren worden daarbij dichtgeschuurd. Het naschuren van grote oppervlakken gebeurt meestal met een vlindermachine. Dit is vooral van toepassing bij grote betonoppervlakken vervaardigd met B65. Het zal enige tijd duren voordat het beton zodanig is opgesteven en verhard dat het gewicht van een vlindermachine kan worden gedragen. Na enige tijd begint het cement te binden, deze tijd is afhankelijk van de cementsoort en van het feit of een vertragende hulpstof is toegevoegd. Afhankelijk van het verloop van het hydratatieproces zal de sterkte na circa 4-8 uur voldoende zijn om het gewicht van een vlindermachine te kunnen dragen (let op: deze tijd is afhankelijk van de gekozen samenstelling en kan hierdoor sterk verschillen!). De temperatuur van de specie en buitenlucht speelt hierbij een belangrijke rol. Ook de dikte van de vloer speelt een rol. Om te voorkomen dat de betonspecie aan de spanen gaat plakken moet er eerst wat water op het betonoppervlak worden geneveld (dus niet spuiten!). De vlindermachine mag niet op één plek blijven staan, omdat deze anders weg kan zakken. Kleine onvolkomenheden kunnen goed worden weggeschuurd. Na het afschuren dient het betonoppervlak direct te worden afgedekt. Indien er sprake is van velvorming zal naschuren niet mogelijk zijn. Velvorming zal vooral optreden bij hogere temperaturen en/of veel wind. Dit beperkt de toepassing van het naschuren. Als op een zeker tijdstip het oppervlak moet worden opgeschuurd, omdat het voldoende is opgesteven, kan dat niet omdat de onderliggende specie nog te plastisch is. Het naschuren moet dan worden uitgesteld tot voldoende 'draagkracht' aanwezig is. De bovenlaag stijft echter op en droogt verder uit, waardoor het naschuren steeds meer problemen oplevert. Het uitdrogen kan worden voorkomen door water te nevelen gedurende de wachttijd tot het naschuren. Overigens moet men zich afvragen of naschuren een goede methode van afwerken is voor Hogere Sterkte Beton. Door het goede vloeigedrag en de hoge samenhang van de specie laat deze zich uitstekend afwerken. Indien direct daarna goed wordt nabehandeld kan een glad en dicht oppervlak worden verkregen. Hogere Sterkte Beton B65 Naschuren van beton in deze sterkte klasse is op verschillende plaatsen gebeurd (Son, Etten-Leur, De Baars). De resultaten hiervan liepen nogal uiteen. Omdat op het moment van vlinderen de kern van de plaat nog onvoldoende is opgesteven, wordt het beton door de vlindermachine wat opgestuwd. Daardoor is het lastig om de gewenste vlakheid (<5 mm onder een rei van 3,0 meter) te verkrijgen. Op één werk (Etten-Leur) was men tevreden, terwijl op een ander werk (De Baars) de vlakheid van het eerste dek nogal te wensen overliet. Dit laatste werd geweten aan grote verschillen in stijfheid van het betonoppervlak tijdens het vlinderen. Deze grote variatie moet waarschijnlijk worden geweten aan de spreiding in het opstijfgedrag van de verschillende truckmixerladingen die verspreid over de hele dag in het werk zijn gebracht. 31

42 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Hogere Sterkte Beton B85 De combinatie van naschuren en curing geeft een goed resultaat (Oudenrijn). Hierbij moet worden opgemerkt dat het hier slechts om een dunne vloer (180 mm) ging en dat de omstandigheden voor afwerken en nabehandelen zeer gunstig waren; weinig wind, lichte mist en temperaturen tussen 5 en 10 o C. Gezien de positieve ervaringen bij Hogere Sterkte Beton met het alleen toepassen van een afdekking d.m.v. folie of isolatiedekens als nabehandeling (Tweede Stichtse Brug), kan men zich afvragen of naschuren nodig is. Indien het oppervlak niet wordt nageschuurd, worden er dus hoge eisen t.a.v. de vlakheid bij de afwerking gesteld. 4.3 Nabehandelen Algemeen Curing Nabehandeling van beton is nodig, dat is algemeen bekend. De nabehandeling van beton met hogere sterkte vraagt op een aantal punten extra aandacht. Als gevolg van de lage water-cementfactor en de hoge samenhang van het mengsel bevat het weinig water (zie paragraaf 2.2). Theoretisch is al het aanwezige water nodig voor de hydratatie van het cement. Waterafscheiding als gevolg van sedimentatie, beter bekend onder de naam 'bleeding', zal mede hierdoor veelal niet optreden. Al deze factoren bij elkaar maken een dergelijk betonmengsel gevoelig voor uitdroging. Zeker bij sterk drogende omstandigheden, zoals wind en/of zonbestraling. Nabehandeling is dus beslist noodzakelijk. De toepassing van een curing compound, aangebracht op de gebruikelijke manier d.m.v. nevelen, als enige nabehandeling voor beton met hogere sterkte is niet voldoende. Proeven op Hogere Sterkte Beton (Oudenrijn, najaar 1994) hebben aangetoond dat scheurvorming niet afdoende kan worden voorkomen. Zelfs niet bij voor betonstorten ideale weersomstandigheden, zoals matige temperaturen en een hoge luchtvochtigheid. Ook voor Hogere Sterkte Beton, zoals B65, mag worden verwacht dat het aanbrengen van een curing compound niet voldoende zal zijn Afdekken Afdekken van een pas gestort en afgewerkt betonoppervlak kan m.b.v. plastic folie en/of isolatie dekens. Omdat deze afdekking dampdicht is geeft dit een zeer effectieve nabehandeling tegen uitdroging. Deze oplossing lijkt eenvoudig, maar is het niet altijd. Voor het aanbrengen van de folie en/of isolatie dekens dienen voorzieningen te worden getroffen, zodanig dat het verse betonoppervlak niet wordt beschadigd tijdens het aanbrengen van de afdekking. Hierbij kan worden gedacht aan het afrollen van de afdekking etc. Dit vraagt om een speciale hulpconstructie. Ligt de afdekking eenmaal op zijn plaats, dan moeten nog voorzieningen worden getroffen dat hij ook goed vlak blijft liggen. Opwaaien door de wind kan alle goede bedoelingen weer te niet doen. Ook plaatselijk opwaaien moet worden voorkomen. Indien dit gebeurt, ontstaat luchtstroming tussen de afdekking en het betonoppervlak, waardoor uitdroging juist wordt bevorderd. Vooral folie is erg gevoelig voor opwaaien. Maatregelen om de afdekking goed vast te leggen zijn bijvoorbeeld het leggen van houten baddingen op de randen en het strooien van wat zand op de afgedekte vlakken. Op plaatsen waar stekeinden van wapening aanwezig zijn is het moeilijk, zo niet onmogelijk, een goede afdekking aan te brengen. Het niet afdekken leidt onherroepelijk tot scheurvorming in de niet afgedekte gebieden. Om dit te beperken kan een smalle strook folie tussen de stekken worden aangebracht. Een kwalitatief minder goed alternatief is hier een curing compound te gebruiken (welke uiteraard dient te worden verwijderd wanneer er beton op wordt gestort). Voor Hogere Sterkte Beton is het essentieel dat de afdekking direct na het afwerken van het beton wordt aangebracht. Wacht men hiermee te lang dan zal in de tussentijd al uitdroging plaatsvinden. 32

43 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Hydrofoberen Het hydrofoberen van beton is in feite geen nabehandeling, maar een extra bescherming van het beton. Hydrofoberen van beton wordt gedaan om de wateropname van het beton te beperken. Hierdoor wordt tevens bereikt dat in dit water opgeloste schadelijke stoffen, zoals chloriden, ook in mindere mate door het beton worden opgenomen. Eisen zijn vastgelegd in het rapport Aanbeveling voor de keuring van hydrofobeermiddelen voor beton volgens de eisen van Bouwdienst Rijkswaterstaat, BSW-rapport [3]. Belangrijke eisen daarin zijn dat de waterindringing wordt beperkt tot maximaal 20% t.o.v. onbehandeld B35 beton (referentie) en dat de indringing gemiddeld 2 mm moet bedragen, maar tenminste 1 mm moet zijn. Onderzoek op beton met sterkteklasse B35-B45 laat zien dat hydrofoberen zinvol is. Daarentegen blijkt uit onderzoek op beton B65 en B85 duidelijk dat de op dit moment (1999) gebruikelijke vloeibare middelen niet voldoende in het beton dringen. Wel ontstaat een waterafstotend effect, zij het dat dit minder effectief is dan bij B35. Door de geringe indringing kan worden getwijfeld aan de duurzaamheid en het nut van de maatregel. De dan zeer dunne hydrofobe laag is kwetsbaar voor mechanische beschadigingen tijdens de bouw en het asfalteren. Bovendien zal het oppervlakkige hydrofobe effect snel worden gereduceerd onder invloed van UV-straling. Voor beton met sterkteklasse B65 werd met een nieuw type hydrofobeermiddel op basis van een crème wel een redelijke indringing gehaald. De onderzoeksresultaten op afwerkvlakken zijn globaal in onderstaande tabel samengevat. Tabel 4-1 Onderzoeksresultaten hydrofoberen verschillende betonkwaliteiten Betonkwaliteit Waterabsorptie coëfficiënt van afwerkvlakken (g/m 2 / s) Indringdiepte (type middel) Niet gehydrofobeerd beton gehydrofobeerd beton in mm B35 (silaan) 4-6 0,2-0,4 2-4 B65 (crème) 1,3-1,6 0,2-0,4 1,5-2 B85 (silaan) 0,6-0,7 0,2-0,3 0-0,5 Uit de geringe indringing kan worden geconcludeerd dat hydrofoberen van beton met sterkteklasse B85 of hoger niet zinvol is [2]. Bovendien moet nog worden opgemerkt dat beton B85 veel minder water (slechts 10-15%) opneemt dan beton B35. Voor beton B65 is hydrofoberen alleen zinvol als er gebruik wordt gemaakt van de nieuwe hydrofobeercrème [1]. Alleen hiermee wordt een redelijk acceptabele indringing behaald. 4.5 Reparatie van gebreken en onvolkomenheden Gebreken en onvolkomenheden Ook Hogere Sterkte Beton moet door mensen worden gemaakt en zal dus zeker niet volmaakt zijn! Gebreken als grindnesten, scheuren, onvlakheden en andere onvolkomenheden behoren daarmee niet tot het verleden. Scheuren Craquelévormige scheuren zijn doorgaans van geringe afmeting en beperkte diepte; ze zijn het gevolg van oppervlakkige uitdroging. Reparatie is vaak niet nodig. Andere scheuren t.g.v. uitdroging worden vaak ingeleid door zwakke plekken of vreemde elementen in het beton. Een voorbeeld van een zwakke plek is de plaats waar een geleidebalk of schaats heeft gezeten t.b.v. het afwerken van het betonoppervlak. Ook wapeningsstaven kunnen scheuren inleiden. Dit soort scheuren is vaak groter dan 0,3 mm en loopt door tot op de wapening. Reparatie is dus noodzakelijk wil men de gewenste duurzaamheid veilig stellen. Krimpscheuren t.g.v. verhinderde vervorming gaan dwars door de doorsnede heen. Indien ze na enige weken nog waarneembaar en ontoelaatbaar wijd zijn, is reparatie nodig. Scheuren aan het betonoppervlak t.g.v. de warmteontwikkeling tijdens de verharding worden vaak tijdens de afkoeling van het beton weer dichtgedrukt. In dat geval is reparatie niet nodig. 33

44 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Doorgaans hoeven scheuren < 0,2 mm niet te worden gerepareerd. Deze scheuren zijn zo klein dat zij geen negatief effect op de duurzaamheid hebben. Veel van deze kleine scheuren trekken na verloop van tijd weg; ze groeien dicht (self-healing). Gebreken en onvolkomenheden Grindnesten geconstateerd in Hogere Sterkte Beton zijn meestal het gevolg van te weinig verdichten of te stugge specie. Op het werk aan de Tweede Stichtse Brug (B85) zijn geen grindnesten voorgekomen. Wèl is een 'schrale plek' geconstateerd op een plaats waar zonder een speciale voorziening niet kan worden getrild (onder een aantal inkassingen in de kist bij aanwezigheid van veel wapening; hier had de trilnaald geleid moeten worden door een schuin ingestoken pijp). Op het werk aan de Dintelhavenbruggen (B85) zijn schrale plekken aan het betonoppervlak van de wanden opgetreden, alsmede het niet volledig omhullen van de wapening in het rijdek. Dit gebeurde bij het eerste stort en werd geweten aan onvoldoende trillen, warm weer, discontinu aanvoer van de betonspecie en soms een te lage verwerkbaarheid van de specie in het werk. Bij de volgende storten is dit niet meer voorgekomen. Figuur 4-2 Schrale plekken aan het betonoppervlak Bij de Brug Vianen (B65) zijn grindnesten opgetreden, met name op voor de trilnaald slecht bereikbare plaatsen zoals onderin de wand. Indien de sterkte van de toplaag (bekist oppervlak) achterblijft t.o.v. de overige constructie en vroegtijdig wordt ontkist, bestaat de mogelijkheid dat gedeelten van de cementhuid wegens onvoldoende verharding worden meegetrokken tijdens het ontkisten. Het afdekken van vers afgewerkte stortvlakken geschiedt veelal met folie die ter voorkoming van wegwaaien met ballastmateriaal afgedekt dient te worden; dit ballastmateriaal kan echter afdrukken in het oppervlak achterlaten. Stortfronten kunnen zich aftekenen als gevolg van de grote hoeveelheden fijn tot zeer fijn materiaal die bij verschillende mixerladingen ondanks intensief doortrillen tot kleurverschillen kunnen leiden; de kleurverschillen nivelleren zich voor een deel met de tijd. De oppervlaktekwaliteit van het bekistingsmateriaal zoals beschadigingen, plaatnaden, spijkergaten e.d. geeft een sterkere aftekening dan bij 'normaal' beton; hiermee dient bij de keuze van de plaatkwaliteit rekening te worden gehouden. Verschillen in vochtigheid van de bekisting kan aanleiding geven tot ongewenste kleurverschillen. Bij onvolkomenheden moet worden gedacht aan zaken t.g.v. niet goed sluitende bekisting, ongewenste afdrukken zoals voetstappen, achtergebleven vuil in de kist etc. 34

45 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Ervaringen met reparatie Het repareren van scheuren in Hogere Sterkte Beton wijkt niet af van dergelijke reparaties aan gewoon beton met uitzondering van de behandeling van de ondergrond. Deze is zo dicht dat er nagenoeg geen vocht uit de reparatiemortel wordt opgenomen. Voor een goede hechting is een hechtlaag noodzakelijk. Sterkteklasse B65 Bij het storten van een plaatviaduct met sparingbuizen bij Etten-Leur is schade aan het betonoppervlak ontstaan door in de kist onder de sparingsbuizen achtergebleven zand en vuil. De hoog vloeibare betonspecie is over het vuil in de kist gelopen. De beschadigingen zijn gerepareerd door het vuil te verwijderen d.m.v. stralen, voor te behandelen met een epoxy primer en vervolgens een (snelle) kant en klare cementgebonden reparatiemortel aan te brengen. Er bleken behoorlijke kleurverschillen op te treden. Er is overwogen om het dek te verven; dit is echter niet gebeurd omdat de snelweg elke keer wanneer het dek opnieuw wordt geverfd, zou moeten worden afgezet. Bij Vianen zijn de grindnesten uitgehakt en gerepareerd met spuitbeton op basis van een cementgebonden mortel versterkt met polypropyleenvezels. Sterkteklasse B85 Op een werk (Burgerveen) zijn de scheuren afgegoten met een hoogvloeibare 2-componenten kunsthars. Vervolgens is het dek t.p.v. de scheuren afgedekt met ingestrooid Latexfalt om voldoende ruwheid te krijgen. Ook zijn scheuren geïnjecteerd (Oudenrijn). Hierbij zijn scheuren groter dan 0,3 mm uitgehakt of ingeslepen en vervolgens gedicht met een krimparme gietmortel. Daarna zijn de scheuren aangeboord en via deze gaten geïnjecteerd met een injectievloeistof op 2-componenten epoxybasis (VK EP) bij een druk van 10 tot 40 bar. Alle met de geïnjecteerde scheur in verbinding staande poriën, holle ruimtes en scheuren worden hierbij gevuld. Oneffenheden en onvolkomenheden, zoals, afdrukken van voetstappen, baddingen etc., kunnen worden gerepareerd met een cementgebonden reparatiemortel. Na het aanbrengen van een hechtmiddel dient de reparatiemortel nat in nat te worden verwerkt. Om uitdroging tijdens de verharding te voorkomen dient de gerepareerde plaats te worden nabehandeld Met het repareren van bijvoorbeeld grindnesten of andere grotere onvolkomenheden in B85 beton is momenteel weinig ervaring beschikbaar. De beste manier van repareren wijkt niet veel af van de gebruikelijke: losse delen of delen met een open structuur verwijderen. Hierbij liefst gebruik maken van aqua jetting (hoge druk waterstralen). Hakken wordt afgeraden, dit veroorzaakt nieuwe scheuren. het hechtoppervlak primen (aanbranden) met cement, de reparatie aanwerken met een specie/mortel waarvan de samenstelling zo goed mogelijk die van de verharde beton benadert. Bij de Dintelhavenbrug is hiervoor een polymeergemodificeerde mortel gebruikt. reparaties nabehandelen door deze af te dekken met folie. De verwachting is dat de reparaties duurzamer zullen zijn dan reparaties aan normale beton. De eigenschappen van de sterke reparatiemortels komen beter overeen met de eigenschappen van de gerepareerde beton. Omdat de beton zo dicht is, zal de neiging tot het vormen van dampdruk achter de reparatie kleiner zijn. Echter, ook bij Hogere Sterkte Beton geldt dat de kwaliteit van de reparatie vooral wordt beïnvloed door de wijze van uitvoeren. Alleen met een goede uitvoering en een goed reparatiemiddel wordt een goede reparatie verkregen. 35

46 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 4.6 Literatuur 1. Hydrofoberen van beton B65. TNO-rapport 1999-BT-MK-R0096, 8 juni Hydrofoberen van beton B85. TNO-rapport 95-BT-R1013, 11 augustus Aanbeveling voor de keuring van hydrofobeermiddelen voor beton volgens de eisen van Bouwdienst Rijkswaterstaat.. BSW-rapport 93-26, Figuur 4-3 Aanzicht hamerstuk vanuit aanbrug bij Lekbrug Vianen 36

47 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Uitgevoerde werken 5.1 Algemeen Voordat Hogere Sterkte Beton (B85) werd toegepast in kunstwerken, is eerst een tweetal grootschalige proeven uitgevoerd. Deze proefstukken werden na afloop gesloopt. Vervolgens zijn op basis van de opgedane ervaringen verschillende constructies in Hogere Sterkte Beton uitgevoerd. De ervaringen uit de proeven met B85 konden ook worden benut voor de toepassing van beton in de sterkteklasse B Grootschalige praktijkproeven met Hogere Sterkte Beton De eerste ervaring is opgedaan in Om ervaring te verkrijgen met de productie, verwerking, nabehandeling en sterkteontwikkeling is een proefstuk gemaakt met een totale lengte van 12 meter. Het proefstuk was opgebouwd uit een 4 meter brede vloer (dik 0,40 meter) en twee 3 meter hoge wanden: de ene wand (dikte 0,30 meter) was loodrecht op de vloer geplaatst, terwijl de andere (dikte 0,60 meter) hellend op de vloer was geplaatst. In totaal werd 58 m 3 beton met een zeer hoge verwerkbaarheid toegepast in 3 verschillende storten (vloer, loodrechte en schuine wand). Deze beton bevatte 475 kg/m 3 portlandcement CEM I 52,5 R. Na 28 dagen was de karakteristieke sterkte B105. De proef werd uitgevoerd in juni onder zomerse omstandigheden bij buitentemperaturen van circa C. Deze hoge temperatuur en het hoge gehalte aan snel verhardende portlandcement veroorzaakte een grote warmteontwikkeling. De maximum temperatuur in het beton bedroeg 65 C. De tweede proef is uitgevoerd in Het proefstuk had daarbij de vorm van een deel van een uitbouwbrug. Een 6 meter lange vloer (dikte ca meter) onder een helling van 1:7 en een 6 meter hoge wand (dik 0,30 meter) werden in één keer gestort. Deze stort werd uitgevoerd tegen een reeds verharde vloer en wand. Het doel hiervan was het simuleren van het storten van een kokerligger zoals deze worden gebruikt bij vrije-uitbouwbruggen. Om de warmteontwikkeling te verminderen werd de betonsamenstelling aangepast; van de 475 kg/m 3 cement bestond 50% uit hoogovencement CEM III/B 42,5 en 50% uit portlandcement CEM I 52,5 R. Met dit mengsel werd een karakteristieke sterkte B85 bereikt. Deze proef werd uitgevoerd in de winterperiode met temperaturen rond het vriespunt. De gerealiseerde druksterkte bedroeg B85 (gemeten aan controlekubussen). De wand van het proefstuk toonde veel kleurverschil (licht versus middengrijs) wat mogelijk een gevolg was van te lang trillen en/of de vele regen tijdens het storten. 5.3 Toepassing van B85 in viaducten en bruggen Het eerste viaduct dat deels werd vervaardigd in Hogere Sterkte Beton (Oudenrijn) bestond uit een 0,18 meter dikke druklaag op voorgespannen prefabliggers. De beoogde sterkteklasse bedroeg B85. Het dek had een oppervlakte van ongeveer 470 m 2. Het doel van deze proef was ervaring te verkrijgen met het afwerken van grote Hogere Sterkte Beton-oppervlakken. Hoewel de samenstelling van de tweede proef (zie paragraaf 5.2) werd gebruikt, kon niet worden voldaan aan de vereiste sterkteklasse; er werd een waarde van B70 bereikt. De oorzaak hiervan moet worden gezocht in de onvoldoende voorbereidingstijd (circa 1 week) die de betonleverancier tot zijn beschikking had. Gelukkig had dit geen effect op de constructie omdat voor de vereiste sterkte was gerekend met B45. Twee nabehandelingsmethoden leidden tot een goed resultaat: (onder vochtige omstandigheden en lage temperaturen van 5 à 10 o C): - met vlindermachines in combinatie met een curing compound, - afdekken met isolatiedekens. Het enkel gebruiken van een curing compound na het afwerken leidde tot (soms ernstige) scheurvorming in het betonoppervlak. 37

48 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton De eerste compleet in Hogere Sterkte Beton gemaakte constructie is het viaduct bij Burgerveen. Dit 82 meter lange plaatviaduct werd gebouwd in de zomer van De plaat is 0,75 meter dik; uit veiligheidsoverwegingen is bij deze brug, de eerste in B85, als ontwerpsterkte B75 aangehouden. De betonsamenstelling is weergegeven in. Bij de uitvoering is veel ervaring opgedaan met de productie van Hogere Sterkte Beton op grote schaal. In totaal is 780 m 3 verwerkt, waarvan circa 600 m 3 in een stort voor het rijdek. Deze stort werd continu uitgevoerd en nam 22 uur in beslag. Bijzondere zorg hierbij betrof de nabehandeling. De hiervoor gebruikte folie werd door middel van een hulpconstructie afgerold en werd direct na het afwerken aangebracht. Uit deze proef kwam naar voren dat bij een groot stort bij toepassing van silica fume de molen op de betoncentrale aankoekt en daardoor periodiek, ten behoeve van reiniging, buiten gebruik moet worden gesteld. De volgende constructie betrof de bouw in 1996 en 1997 van de Tweede Stichtse Brug, een grote uitbouwbrug met een hoofdoverspanning van 160 meter en twee zijoverspanningen van 80 meter. De ontwerpsterkte bedroeg B85. Voor deze constructie is gebruik gemaakt van het mengsel met 50% CEM III/B 42,5 (hoogovencement) en 50% CEM I 52,5 R (portlandcement). Na optimalisering van de mengprocedure werd een karakteristieke sterkte B95 bereikt. In totaal is ruim 5200 m 3 Hogere Sterkte Beton verwerkt. Direct na het afwerken van het beton is deze afgedekt met een plastic folie. Tijdens het storten in de winter was rond de uitbouwwagen een tent gebouwd. In 1998 is begonnen met de bouw van twee uitbouwbruggen nabij de Dintelhaven. Beide bruggen zijn 380 meter lang met een hoofdoverspanning van 190 meter. Hierbij wordt gebruik gemaakt van hetzelfde mengsel als bij de Tweede Stichtse Brug. In totaal wordt circa m 3 Hogere Sterkte Beton B85 verwerkt. Eind 1999 zal de Westbrug in gebruik worden genomen, terwijl de Oostbrug in 2001 voor het verkeer zal worden opengesteld. Figuur 5-1 De westbrug van de Dintelhavenbruggen Bij een van de eerste storten is gebleken dat men zich niet moet laten verleiden tot minder intensief verdichten dan bij bijvoorbeeld B45. De betonspecie loopt soepel door de bekisting en wekt de indruk dat de bekisting in alle hoeken en gaten, alsmede langs alle bekistingsvlakken vol en zat zal worden gevuld. Dit is alleen het geval wanneer met kleine hart-op-hart-afstanden 38

49 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW nauwgezet alle beton wordt verdicht. De wapening moet zodanig worden gedetailleerd, dat alle plaatsen met de trilnaald bereikbaar zijn. De betonsamenstelling voor B85, die bij de verschillende werken is gehanteerd, is in de onderstaande tabel weergegeven. Tabel 5-1 Betonsamenstelling B85 voor verschillende werken Burgerveen Tweede Stichtse Brug 2 Dintelhavenbruggen CEM III/B 42,5 [kg] CEM I 52,5 R [kg] Zand 0/4 [kg] Zand 0/1 [kg] 1 80 Gebr. steenslag 4/16 [kg] Gebr. steenslag 16/32 [kg] 1 Silica fume [kg] Hulpstoffen Cretoplast SL-01 CON 35 [kg] 17,5 11,9 11,4 Cretoplast CON 35 [kg] 3,0 2,9 2,9 Cugla MMV (25) 0,5 Totale hoeveelheid water [l] Volumieke massa [kg/m 3 ] Natte massa 2 Levering Befu beton 3 Verhard beton Op de volgende bladzijden zijn enkele grafieken gegeven waarmee een indicatie wordt gegeven van de sterkteontwikkeling van het beton, het temperatuurverloop tijdens het storten, de volumieke massa en de uiteindelijke druksterktes bij de verschillende werken. Hart plaat Hart uiteinde overstek Druksterkte (N/mm 2 ) ,5 1 1,5 2 2,5 3 Tijd verstreken vanaf het moment van storten (dagen) 3,5 Figuur 5-2 Sterkteontwikkeling dek Burgerveen 39

50 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Hart plaat Hart uiteinde overstek Buitentemperatuur Temperatuur ( o C) ,5 1 1,5 2 2,5 3 Tijd verstreken vanaf het moment van storten (dagen) 3,5 Figuur 5-3 Temperatuurontwikkeling dek Burgerveen kop dek / midden dek / achter langsvoorspanning / moot oost kop dek / noordwand / achter langsvoorspanning / moot oost kop dek / noordwand / achter langsvoorspanning / moot west eerste spankop / achter dwarsvoorspanning / noordkant / moot west Druksterkte (N/mm 2 ) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Tijd verstreken vanaf het moment van storten (dagen) Figuur 5-4 Sterkteontwikkeling Tweede Stichtse Brug in de ondervloer van moot 3-west-04 (verwarmde specie;winter) en in het rijdek van moot 2-oost-05 (zomer) 40

51 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Stort in zomer (22 aug.) Stort in winter (23 jan.) Buitentemperatuur zomer (22 aug.) Buitentemperatuur winter (23 jan.) Temperatuur ( C) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3, 5 Tijd verstreken vanaf het moment van storten (dagen) Figuur 5-5 Temperatuurverloop bij storten in zomer en winter karakteristieke betondruksterkte f'ck gemiddelde betondruksterkte f'bm ,4 109, ,2 99,0 102,2 97,8 Druksterkte (N/mm 2 ) Burgerveen-dekstort 2e Stichtse Brug Dintelhavenbruggen Figuur 5-6 Gemiddelde en karakteristieke waarden voor de druksterkte voor verschillende projecten B85 41

52 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 5.4 Toepassing van B65 in viaducten en bruggen Medio 96 is begonnen met de omlegging van de A59 om Etten-Leur. Hierbij zullen 7 kunstwerken, 2 trogliggers en 5 plaatviaducten met sparingsbuizen, in B65 worden gerealiseerd. De maximale overspanning bedraagt ongeveer 40 meter. De totale hoeveelheid B65 die wordt verwerkt, bedraagt 4250 m 3. De viaducten zullen medio 2000 in gebruik worden genomen. In rijksweg 50 bij Son is medio 1996 begonnen met de bouw van 2 bruggen (massieve platen) over het Wilhelminakanaal. Om de sterkte-eigenschappen van B65 volledig uit te nutten is een erg slanke constructie gerealiseerd: slankheid 1/47*l (de middenoverspanning bedroeg 28 meter, zodat de dikte van het dek 0,60 meter was). Ter plaatse van de tussensteunpunten is de brugplaat voorzien van kleine vouten waarmee de constructiehoogte aldaar 750 mm bedraagt. In totaal is circa 1200 m 3 beton B65 verwerkt. De bouw werd afgerond in Bij de Veerse dam bij Vlissingen is een drietal kunstwerken gebouwd; alle kunstwerken waren trogliggers. Het project Vianen omvat een uitbouwbrug in de sterkteklasse B65. Het ontwerp is gebaseerd op een eencellige koker. De zijkanten van het brede dek worden door middel van ronde schoren ondersteund. De keuze voor een enkele koker betekent een ontwerp met dikke wanden (0,95 m) en ondervloer. Het cementgehalte in het beton bedraagt 360 kg/m 3. Om de stabiliteit en de dichtheid van het mengsel te verbeteren is 60 kg/m 3 kalksteenmeel toegevoegd. Door het hoge aandeel fijn in het mengsel is de waterbehoefte groot. In eerste instantie is de verwerkbaarheid op peil gebracht met grote hoeveelheden plastificeerder (lignosulfonaat) en superplastificeerder (naftaleensulfonaat). Door de grote dosering van deze hulpstoffen ontstonden er ongewenste bijwerkingen in de vorm van veel luchtbellen aan het betonoppervlak en een zeer grote vertraging van de binding. Na wat experimenteren zijn deze problemen opgelost door het toepassen van een superplastificeerder uit de nieuwe generatie gebaseerd op polycarboxylic-ether. Een ander probleem was dat door de hoge vloeibaarheid van de specie en de dikke wanden de bovenkant van de ondervloer voor circa 2/3 moest worden afgedekt met een bekisting. Werd dit niet gedaan, dan vloeide het beton uit de wand in de ondervloer zodra er werd getrild; een zeer ongewenste situatie wanneer deze net op de juiste hoogte is gebracht en afgewerkt. Iets langer wachten met het storten van de wanden, om de vloer de gelegenheid te geven op te stijven, bleek geen oplossing. Bij de verwerking, zowel met de pomp als met de kubel, oogt de specie zeer vloeibaar. Om de kist goed te vullen en alle wapening te omhullen bleek ook hier goed en zorgvuldig trillen noodzakelijk. Desondanks zijn op enkele moeilijk bereikbare plaatsen grindnesten ontstaan. Deze grindnesten kwamen vooral voor onderin de wand en ter plaatse van dichte wapeningsconcentraties. De specie had een wat kleverig karakter hetgeen zich vooral uitte bij het afwerken. Dit kostte wat meer energie. Direct na het afwerken werd het beton afgedekt met plastic folie. In 1998/1999 is ten zuidoosten van Tilburg in knooppunt De Baars (A59/N65) een drietal viaducten gebouwd in B65. Dit geheel vernieuwde knooppunt zal in het voorjaar van 2000 worden geopend. Bij deze viaducten is veel zorg besteed aan de optimale toepassing van B65. Enkele kenmerken van de viaducten zijn: - vlakke plaat met afschuiningen en vouten; - drie overspanningen van respectievelijk 16,6 m, 29,0 m en 17,4 m; - constructiehoogte bedraagt 750 mm, voutehoogte bedraagt 550 mm; - verhouding constructiehoogte-grootste overspanning = 1/39 De uitnutting van de constructieve mogelijkheden van Hogere Sterkte Beton (kleine constructiehoogte) in combinatie met de aandacht voor architectuur (esthetisch adviseur Van Heeswijk) hebben geresulteerd in viaducten die de stand der techniek aan het begin van de 21 e eeuw demonstreren. Hogere Sterkte Beton: een nieuw materiaal met nieuwe mogelijkheden. 42

53 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Figuur 5-7 Viaduct in knooppunt De Baars De betonsamenstelling voor B65, die bij de verschillende werken is aangehouden, is in de onderstaande tabel weergegeven Tabel 5-2 Betonsamenstelling B65 voor verschillende werken Etten-Leur Crispijnenst Son Westdek Veerse Dam Vianen Tilburg De Baars CEM III/B 42,5 [kg] CEM III/B 32,5 [kg] 300 CEM I 52,5 R [kg] Zand 0/4 [kg] Zand 0/1 [kg] Zand 0/2 [kg] Gebr. steenslag 4/16 [kg] Gebr. steenslag 16/32 [kg] Steenmeel [kg] 60,0 Hulpstoffen Cretoplast SL-01 CON 35 [kg] 7,20 6,75 4,80 Cretoplast CON 35 [kg] 1,80 1,80 Cugla HR CON 35 [kg] 5,04 2,40 Cugla B.S.P. CON 35 [kg] 2,00 Cretolent F [kg] 1,00 Totale hoeveelheid water [l] Volumieke massa [kg/m 3 ] Natte massa 2 Verhard beton 3 Specie Op de volgende bladzijden zijn enkele grafieken gegeven waarmee een indicatie wordt gegeven van de sterkteontwikkeling van het beton, het temperatuurverloop tijdens het storten, de volumieke massa en de uiteindelijke druksterktes bij de verschillende werken. 43

54 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton middenin dek onderin dek bovenin dek gemiddelde van drie metingen Druksterkte (N/mm 2 ) Tijd verstreken vanaf het moment van storten (dagen) 7 Figuur 5-8 Sterkteontwikkeling B65 Crispijnenstraat Etten-Leur (steunpunt 1) Temp. middenin dek Temp. onderin dek Temp. bovenin dek Buitentemperatuur Temperatuur ( C) Tijd verstreken vanaf het moment van storten (dagen) Figuur 5-9 Temperatuurontwikkeling B65 Crispijnenstraat Etten-Leur (steunpunt 1) 44

55 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW karakteristieke betondruksterkte f'ck gemiddelde betondruksterkte f'bm ,9 Druksterkte (N/mm 2 ) ,1 75,8 70,6 72,1 74,0 70,8 84,7 76,4 66, Son Etten-Leur Veerse Dam Vianen Tilburg-De Baars Voor het werk Vianen zijn de gemiddelde en karakteristieke druksterkte bepaald voor het mengsel met Glenium en Cugla HR CON 35%. Figuur 5-10 Gemiddelde en karakteristieke waarden voor de druksterkte voor verschillende projecten B65 45

56 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Figuur 5-11 Meetmethoden ten behoeve van kwaliteitscontrole 46