INHOUD 4 EVALUATIE 16 5 SAMENV ATIING EN CONCLUSIES 18 1 INLEIDING 3 REFERENTIES 20 WST VAN FIGUREN EN FOTO'S 21 BULAGEN 22.

Transcriptie

1

2 TNO-rapport 99-CVB-R1478 TNO Bouw ContaetpeJ'soon DrJr. C. Both Centrum voor Brandveiligheid Lange Kleiweg 5 Postbus AA Delft Experimenteel onderzoek naar passieve brandveiligheidsvoorzieningen voor de Westerschelde tunnel uitgaande van de RWS brandkromme Deel 2: Fendolite MIl Datum Juni 2000 Auteur(s) Dr.Ir. C. Both Telefoon Fax Opdrachtgever(s) Beton Fabriek Terneuzen Postbus AB Terneuzen Kombinatie Middelplaat Westersehelde Postbus AH Terneuzen Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk. fotokopie. microfilm of op welke andere wijze dan ook. zonder voorafgaande toestemming van TNO. Project no Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wet de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst Het ter inzage geven van het TNQ-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan. Aantal pagina's Aantal figuren Aantal tabellen Aantal foto's 29 ij TNO TNO Bouw vemohl onderzoek en geeft advies C1tIer bouwvraagslukken. voornamelijk in opdracht van ()I'IÓ8(meer de ovemei<i, g1ol8 en kleine 0IlàemeIIingen in de bouw. toeleveringsbedrijven en brlii'lche-instellingen. NedelIandse OrganiSatie voor toll\lsp8sl.nlllulilw9l!lflsc:11appelijk onderzoek TNO

3 TNO-Rapport 99-CVB-R van 29 INHOUD 1 INLEIDING 3 2 PROEFOPSTELLING 2.1 Algemeen 2.2 Proefstukken Segment Overige proefstukken 2.3 Wijze van onderzoek Conditionering Aanbrengen voorspanbelasting Brand Uitgevoerde metingen RESULTATEN VAN DE PROEF 3.1 Materiaaleigenschappen Druksterkte beton Vochtgehalte en volumieke massa Diktemetingen Fendolite Mil 3.2 Meetresultaten 3.3 Waarnemingen EVALUATIE 16 5 SAMENV ATIING EN CONCLUSIES 18 REFERENTIES 20 WST VAN FIGUREN EN FOTO'S 21 BULAGEN 22

4 TNQ-Rappol1 99-CVB-R van 29 1 INLEIDING Het ontwerp van de Westersehelde tunnel bestaat uit een geboorde betonnen tunnel, waarvan de constructie bestaat uit gewapende betonnen segmenten. Het beton is van hoogwaardige kwaliteit. Ten tijde van het uitvoeren van dit onderzoek was het maatgevende ontwerpscenario met betrekking tot brand een thermische belasting volgens de zogenaamde Rijkswaterstaat brandkromme (categorie 1 tunnel; onbelemmerd transport van gevaarlijke stoffen). Zie figuur 1.1 [1,2]. Gedurende blootstelling van de tunnelconstructie van 2 uur aan de Rijkswaterstaat (RWS) brandkromme. moet de constructieve integriteit intact blijven. Het scenario is gebaseerd op een calamiteit met een benzine tankwagen van 50 m 3 [2,3].... ::l ::l '!! Cl> C- 800 E ~ o r ---- I I t(minl I T~C) o [ Tijd [min] I Figuur 1.1 De Rijkswaterstaat (RWS)-brandkromme. Betonconstructies die aan sterke temperatuurstijging worden onderworpen -zoals bij een brand- kunnen ernstig beschadigd raken door afspatten. Het optreden van spatten is afhankelijk van verschillende factoren zoals de snelheid van de temperatuurstijging, de betonsamenstelling en daarmee samenhangend de permeabiliteit en vochtgehalte van het beton en de grootte en de richting van de in de constructie aanwezige spanningen. Grofweg kan worden gesteld dat beton van hogere kwaliteit gevoeliger is voor afspatten (als gevolg van de met de hogere kwaliteit gepaard gaande dichtere structuur en dus lagere permeabiliteit). Verder kan worden gesteld dat op druk

5 TNo-Aapport 99-CVB R van 29 belaste constructie-elementen ook spatgevoeliger kunnen zijn. Tenslotte is de snelheid van de verhitting van belang; hoe sneller de oppervlakte temperaturen van de betonconstructie stijgen, hoe groter het spatgevaar [4,5]. In geval van excessief afspatten (dj. afspatten waarbij de dikte van doorsnede als gevolg van afspatten significant verminderd. of zelfs geheel verdwijnt) kan de constructieve integriteit van een aan brand blootgestelde betonconstructie in gevaar komen.. Teneinde afspatten te voorkomenen de constructieve integriteit te waarborgen, kan de tunnel aan de binnenzijde worden voorzien van een brandwerende bekleding (isolatiemateriaal), die de opwarming van de betonconstructie voldoende (lang) vertraagd. Voor de bepaling van het schadeniveau door afspatten bestaan voor al dan niet van brandwerende bekleding voorziene tunnelconstructies die gedurende hun levensduur aan zogenaamde koolwaterstof-branden kunnen worden blootgesteld geen rekenmodellen enlof dimensioneringsregels. In dit rapport wordt verslag gedaan van indicatief experimenteel onderzoek naar de benodigde dikte isolatiemateriaal type Fendolite MIl (spuitmortel op vermiculiet basis) ten behoeve van de bescherming van de aan een 2 uur durende RWS brand bloot te stenen belaste tunnelsegmenten tegen afspatten. Het onderliggende rapport is het tweede deel van een rapportage betreffende experimenteel onderzoek naar passieve brandveiligheidsvoorzieningen voor de Westerschelde tunnel. In het eerste deel worden de resultaten van een drietal brandproeven beschreven op belaste tunnel segmenten beschermd met een plaatmateriaal (op basis van calcium-silicaat), type Promatect-H [6]. In hoofdstuk 2 wordt de proefopstelling summier beschreven. Voor een meer gedetailleerde beschrijving wordt verwezen naar het eerste deel van de rapportage [6]. De resultaten van de metingen en van de brand proef worden gepresenteerd in hoofdstuk 3. Hoofdstuk 4 bevat een korte bespreking en evaluatie van de proef. In dit hoofdstuk wordt ook uitgelegd waarom het onderzoek als indicatief wordt bestempeld (vanwege het -te hoge- vochtgehalte in de Fendolite MIl). Tenslotte worden in hoofdstuk 5 de belangrijkste conclusies samengevat, en aanbevelingen gedaan voor verder onderzoek. In de bijlagen wordt het gehanteerde veiligheidsprotocel gegeven alsmede de betonsamenstelling en zijn de foto's opgenomen.

6 TNQ.Rapport 99-CVB-R van 29 2 PROEFOPSTELLING 2.1 Algemeen De brandproef is uitgevoerd op een tunnelsegment op ware grootte, welke geheel is vervaardigd volgens het productieproces (betonmengsel, wapening, storten, verdichten, conditionering), zoals toegepast bij de vervaardiging van de in de tunnel in te bouwen segmenten. Om de spanningen ten gevolge van de uitwendige belastingen in gerede toestand van de tunnel aan te brengen is na het vervaardigen een inwendige voorspanning aangebracht. Hiervoor is het segment enigszins gemodificeerd door omhuilingsbuizen en extra splijtwapeningaan te brengen. Voor een schets van de proefopstelling wordt verwezen naar figuur 2.1. Voor meer details wordt verwezen naar [6]. r:lzj ovenwand c=j proefstuk met Promaeect-H Figuur 2.1 Alsiflex isolatie Schets van de proefopstelling. - tussenwand c=j afdekplaat ~ brallder In paragraaf 2.2 wordt het proefstuk nader beschreven. In paragraaf 2.3 wordt de proefopstelling toegelicht, alsmede wat, waar en hoe gemeten is. 2.2 Proefstukken Segment Het proefstuk is op 16 November gestort. Het betrof een element van het type AIR. Naar de mening van de Bouwdienst en TNO heeft de keuze voor een bepaald type geen invloed op de proef resultaten.

7 TNO-Rapport gg CVB R van Thermokoppels In het proefstuk zijn door medewerkers van TNO op een tiental lokaties per proefstuk 40 thermokoppels worden gemonteerd. Deze koppels dienden slechts ter controle op het afspatten. Om toch een globaal idee te verkrijgen hoe het eventuele afspatten zich tijdens de brandproeven ontwikkelde. zijn opeen tiental lokaties verdeeld over het segment met een viertal thermokoppels op verschillende afstanden van. de verhitte zijde temperaturen gemeten. In figuur 2.2 zijn deze lokaties aangegeven. De thermokoppels zijn op 16 November voorafgaand aan het storten aangebracht door medewerkers van TNO. Tevens zijn op een viertal plaatsen in het tunnelsegment de temperaturen van de onderzijden van de omhullingsbuizen voor de voorspankabels gemeten. Zie ook figuur 2.2. TIG TK2 TK3 TK4 TK5 XXXXX 750 XXXXX TK6 TK7 TK8 TK9 TKIO ~ I Al'standtol_zijde I_I TlU-1Q 0 TKII TK TK TK41-44 i TK31-3 TK21-2j TKII-IS ::t190 (onderkant omhullillgsbuizen)! 500 Figuur 2.2 Lokatie thermokoppels in het proefstuk Isolatiemateriaal Het isolatiemateriaal is door de firma Mandeval in samenwerking met Reppel BV bij TNO aangebracht op het proefstuk. In verband met de uiterste oplevertermijn van het resultaat van de brandproef in combinatie met de beschikbaarheid van

8 TNQ-Raeport 99-CVB R van 29 personeel van de firma Dywidag voor het aanbrengen van de voorspanbelasting. is in overleg met de Bouwdienst van Rijkswaterstaat besloten dat, om de planning niet in gevaar te brengen, het aanbrengen van de spuitmortel voor het aanbrengen van de voorspanbelasting kon geschieden. Opgemerkt wordt hier dat het aanbrengen van de spuitmortel na het aanbrengen van de voorspanbelastingeen beeld zou opleveren wat wellicht meer op de werkelijkheid zou lijken. Immers, de spuitmortel zou in werkelijkheid ook pas worden aangebracht achter de boormachine, wanneer de segmenten al geplaatst zijn en de grond- en waterdrukken al werkzaam zijn op de tunnelconstructie. Alvorens de Fendolite MIl aan te brengen is het betonoppervlak onder verantwoordelijkheid van Reppel BV gereinigd met behulp vaneen stoomcleaner. Het betonoppervlak is niet gestraald. Na het stoomcleanen is het mechanische verankeringssysteem eveneens onder verantwoordelijkheid van Reppel BV aangebracht. Dit systeem is gebaseerd op een gegalvaniseerd geplastificeerd wapeningsnet, in combinatie met RVS bevestigingsmiddelen Het bevestigingspatroon is weergegeven in figuur 2.3. SegmentI ±5 m 32,5 32, Figuur 2.3 Bevestigingspatroon van het mechanisch verankeringssysteem. De bevestigingsmiddelen zijn op 10 cm van de randen van het segment geplaatst in voorgeboorde gaten om scheurvorming te voorkomen. Voor meer details van het verankeringsssysteem wordt verwezen naar [7]. Tenslotte is de spuitmortel type Fendolite MIl in en drietal lagen van elk circa mm aangebracht. De conusgaten en de gaten van de centreerpennen zijn in de

9 TNQ-Rapport 99 CVB R van 29 eerste sessie vol gespoten met Fendolite MIl. De eerste laag is aangebracht 21 December 1998 en de laatste (derde) laag op 23 December op De totale dikte is in een vast stramien opgemeten. De resultaten zijn gegeven in het volgende hoofdstuk. De dikte waarnaar werd gestreefd is gekozen aan de hand van de resultaten van de proeven op de met Promatect-H beschermde platen en oriënterende berekeningen en inschattingen van de Bouwdienst en TNO. Uitgangspunt was een zo laag mogelijk risico, gebaseerd op een isolatiewaarde (lees: dikte) zodanig dat de betonoppervlakte temperatuur lager zou blijven dan circa c gedurende 2 uur verhitting volgens de Rijkswaterstaat-brandkromme. Er zijn een tweetal stalen trays van 300x300 mm gebruikt om het vochtgehalte en de soortelijke massate bepalen Overige proefstukken Vochtgehalte Ten einde evenwichtsvochtgehalte en dichtheid van het beton te bepalen is een dummy proefstuk vervaardigd met afmetingen circa 200x200x Kubussen Ten behoeve van de bepaling van de druksterkte zijn een kubussen 150x150x150 vervaardigd. Aangezien door BFT slechts drie kubussen waren vervaardigd, is alleen de druksterkte bepaald (de splijttreksterkte is niet bepaald). 2.3 Wijzevan onderzoek Conditionering Zeven uur na het storten is het proefstuk ontkist en geseald met plastic folie ten einde uitdrogen zoveel mogelijk te voorkomen. Het proefstuk is opgeslagen in de hal bij BFT en in november vervoerd naar TNO. Daar is het gesealde proefstuk opgeslagen in de beproevingshal (bij circa Cen 50% RV). Een dag voor het aanbrengen van de spuitmortel is de plastic folie verwijderd. De kubussen voor de bepaling van de druksterkte zijn bij de proefstukken

10 TNO-Rappor1 99-CVB R van 29 opgeslagen, onder dezelfde conditioneringsomstandigheden Aanbrengen voorspanbelasting De voorspanning is aangebracht door de firma Dywidag Systems International (DSI) op 4 Januari Voor meer details wordt verwezen naar [6] Brand Het onderzoek is uitgevoerd bij het Centrum voor Brandveiligheid, De brandproef is uitgevoerd op 25 Januari TNO Bouw. Het proefstuk is op de horizontale oven van het Centrum voor Brandveiligheid geplaatst. De ovenruimte was circa 4x2x2 (LxBxH) m. In de ovenruimte werd de RWS brandkromme gestookt, zie figuur 1.1. Na afkoelen is het proefstuk visueel geïnspecteerd door de betrokken partijen (de opdrachtgevers, de Bouwdienst, de leverancier van het isolatiemateriaal Reppel en TNO) Uitgevoerde metingen Van de Fendolite MlI in de stalen trays en van de beton kubussen zijn de vochtgehalten en de volumieke massa' s bepaald. De dikte van de Fendolite Mil is opgemeten nadat de laatste laag was aangebracht in een regelmatig grid van 20x20 cm. Zie het volgende hoofdstuk. De gastemperaturen in de oven zijn gemeten met een zestal thermokoppels (zogenaamde mantel thermokoppels) gemonteerd op circa 200 mm van de onderzijde van de proefstukken. Met deze thermokoppels is de sturing van de oven afgestemd op de RWS brand-kromme. Anticiperend op mogelijke Europese ontwikkelingen op het gebied van de thermische belastingen op proefstukken zijn tevens een tweetal zogenaamde plaatthermokoppels gemonteerd waarvan de meetresultaten gedurende de proef eveneens zijn opgeslagen. De temperatuurontwikkeling in de proefstukken is gemeten met de door medewerkers van TNO gemonteerde thermokoppels. Voor resultaten wordt verwezen naar het volgende hoofdstuk.

11 TNo-RaPP9rt 99'-CVB R van 29 3 RESULTATENVAN DE PROEF 3.1 Materiaaleigenschappen Druksterkte beton Tabel 3.1 Resultaten drukproeven.op kubussen. volumieke massa fk2lm 3 1 droksterkte* fn/mm , , ,8 * De resultaten zijn lager dan die behaald op.kubussengedruk.t volgens NEN 5968, in verband met de (ongunstigere) conditionering van de proefkubussen Vochtgehalte en volumieke massa In onderstaande tabel zijn de resultaten gegeven. Tabel 3.2 Vochtgehalte en volumieke massa. vochb!ehalte** f%mlml volumieke massa lkq:/m 3 1 Fendolite MB beton 4,0 - ** Bepaald op basis van het gemiddelde gewichtsverlies door een vljftal(brok)stukken te drogen gedurende 24 uur op 105 oe Diktemetingen Fendolite MIl De diktemetingen zijn uitgevoerd op 23 December 1998 in een grid van (circa) 20x20 cm. Het totaal aantal metingen bedroeg 220. Tabel 3.3 dikte Diktemetingen. Imml gemiddelde 50,8 standaardafwijking 1,8 minimum gemeten waarde 46 maximum gemeten waarde 56 karakteristieke waarde (5% onderschrijdingskans) 47,8

12 TNo-Rapport 99-CVB-R van Meetresultaten De resultaten van de metingen met de thermokoppels zijn weergegeven in de figuren 3.1 tot en met i ~ ~ I"'" "- ::I 800 i "- (I) Co 800 ~ 400 -RWS - TOV1 --TOV2 -- TOV3-0- TOV 4 -- TOV5 -TOV6 200 o o Tijd Imin] Figuur 3.1 Gastemperaturen in de oven ~ ~ po I 9 "- 800 ::I ::I! f 600 {:!. 400 I -RWS - TPL7 -- TPL8 200 I o o Tijd [min] Figuur 3.2 Gastemperaturen in de oven: plaatthermokoppels.

13 TNo-Rapport 99-CVB R van ~200.. :J :J ë TI<1 -- TI< 2.. TI< 3-0- TI< 4 -- TI< 5 -- TI< TI< 7 -- TI< 8 -- TI< 9 -- TI< 10 o o Tijd [min} Figuur 3.3 Temperaturen op het scheidingsvlak :J :J 'til TI< TI< 12.. TI< TI< 14 '1-- TI< TK 16 - TK TI< TI< TK20 o o Tijd [min] 300 Figuur 3.4 Temperaturen op 50 mm van het scheidingsvlak:

14 TNO-Rapport 99-CVB-R van ~ 200 ~ ë 150 fr-r TK21 -- TK TK23-0- TK24 -- TK25 -- TK26 - TK27 - TK28 -- TK29 -- TK30 o o Tijd [min] 300 Figuur 3.5 Temperaturen op 75 mm van het scheidingsvlak ::J ë 150 f ~ TK33 -- TK TK35-0- TK36 -- TK37 -- TK38 - TK39 - TK40 50 o o Tijd [min] Figuur 3.6 Temperaturen op 100 mm van het scheidingsvlak.

15 TNQ-Rapport 99-CVB-R van I cr 200 t- 5:::J! 150 f I-' ! o o Tijd {min] TK41 -- TK TK43 -D- TK44 Figuur 3.7 Temperaturen omhullingsbuizen (voorspankabels). 3.3 Waarnemingen De enige interessante visuele waarneming tijdens de proef was dat er niets significants gebeurde tijdens de nominale verhittingsduur van 2 uur. Omdat de (gemiddelde) temperatuur op het scheidingsvlak na 2 uur Rijkswaterstaatbrand nog steeds niet significant boven de 100 (JCwas gestegen is in onderling overleg besloten de verhittingsduur te verlengen met als doel op het scheidingsvlak te trachten een temperatuur te halen van circa c, dan wel te onderzoeken op welk tijdstip spatten op zou treden. Ook in deze verlengde verhittingsduur hebben zich geen noemenswaardige gebeurtenissen voor gedaan. Uiteindelijk is besloten om na 5 uur verhitting de proef te stoppen. Er bestond algehele consensus dat het geen zin had om verder te gaan met de proef aangezien een soort stationaire toestand was bereikt. Mede door het vochtgehalte was de verhittingssnelheid van het betonoppervlak (circa 0,5-1,0 C/min) aanzienlijk lager dan in de proeven op met Promatect-H beschermde belaste tunnel segmenten (3-5 C/min). Door de lage verhiuingssnelheid van het betonoppervlak, werden de kritische waarden van om en nabij de oe waarbij in de proeven met Promatect-H afspatten optrad,

16 TNo-Rapport 99-CVB-R van 29 pas na minuten bereikt. Dit kan wellicht verklaren waarom in het onderhavige geval geen afspatten is opgetreden. Na afkoelen van het proefstuk: kon worden geconstateerd de spuitmortel nog over het gehele oppervlak goed aan het beton hechtte. De Fendolite MIl was uiteraard door de hoge temperaturen aangetast (een enkele millimeters dikke gesinterde laag had zich aan de vuurzijde gevormd), doch deze aantasting kon worden bestempeld normaal c.q. te verwachten en overeenkomstig eerdere proeven, bijvoorbeeld zoals beschreven in [7]. Over een klein gebied van circa 0,5 m 2 is vermoedelijk tijdens afkoelen een stukje van de gesinterde laag in de oven gevallen (zie bijgevoegde foto's). Nadat het volledige brandwerende systeem was weggehakt (met de nodige moeite vanwege de goede hechting) kon worden geconstateerd dat het betonoppervlak geen zichtbare schade had opgelopen.

17 TNQ-Rapport 99-CVB-R van 29 4 EVALUATIE Het vochtgehalte van de Fendolite MIl was op het moment van de proef vrij hoog (18% MJM;zie tabel 3.2) en zeker nog niet gelijk aan het te verwachten evenwichtsvochtgehalteonder laboratoriumomstandigheden. Desalniettemin is in onderling overleg besloten de brandproef toch uit te voeren, teneinde enige indicatie te verkrijgen. Opgemerkt dient nog te worden dat zowel de Bouwdienst als TNO voorafgaand aan de brandproef aanbevolen hebben om af te zien van het treffen van bijzondere maatregelen met als doel het vochtgehalte in de Fendolite Mil te verlagen tot een (niet nader gedefinieerd gewenst) laag niveau. De belangrijkste reden was dat de Bouwdienst en TNO bang waren dat door deze maatregelen ook de vochthuishouding in het beton ongewenst zou worden beïnvloed. Daarnaast leek ook de reproduoeerbaarheid van de door de leverancier voorgestelde methoden niet voldoende betrouwbaar en reproduceerbaar, alsmede het effect niet afdoende te monitoren (het plaatsen van hittekanonnen en ventilatoren). Het hoge vochtgehalte in de Fendolite Mil resulteerde in een vrij lang "verdampingsplateau" (circa 2 uur) in de temperatuur-tijd krommen gemeten op het scheidingsvlak tussen beton en isolatiemateriaal. Juist vanwege het hoge vochtgehalte is er een grote afwijking ontstaan tussen de experimentele resultaten en de voorspelling van de benodigde dikte door de Bouwdienst en TNO. Ten tijde van de brandproef was nog niet bekend welk vochtgehalteals reëel kon worden bestempeld.een en ander hangt naar de mening van TNO hoofdzakelijk af van het klimaat in de tunnel (luchtsnelheid, temperatuur en luchtvochtigheid).hierover was en is nog nauwelijks betrouwbare informatie ter beschikking. Intussen zijn van een aantal brokstukken van verschillende spuitmortels, welke tijdens renovatiewerkzaamheden in de Schipholtunnel en de Drechttunnel zijn veilig gesteld, de vochtgehalten bepaald. Voor drie verschillende materialen (waaronder ook Fendolite Mil) blijkt het vochtgehalte van de vele jaren oude spuitmortels in de genoemde tunnels tussen de 4 en 6 % MIM te liggen. Verwacht mag worden naar de mening van TNO, dat het klimaat in de Westersehelde tunnel geen aanleiding zal geven tot hogere vochtgehalten in de eventueel daarin aangebrachtespuitmortel. In combinatie met het feit dat voor de genoemde tunnels het zich ingestelde evenwichtsvochtgehalte aanzienlijk lager

18 TN0-Rapport 99-CVB-A van 29 ligt dan het vochtgehalte in de Pendelire Mll tijdens de brandproefbetekent dit dat aanvullende experimentele gegevens nodig zijn om te bepalen met welke dikte Fendolite Mll aan de gestelde criteria kan worden voldaan (geen excessief afspatten). Uiteraard kan worden vastgesteld dat het onderzochte isolatiemateriaal in combinatie met het mechanisch verankeringssysteem goed heeft gefunctioneerd. Tijdens de brandproef zijn de temperaturen op het seheidingsvlak aanzienlijk hoger opgelopen dan tijdens de brandproeven met Promatect-H bekleding. Desondanks is er geen spatten opgetreden. Dit onderschrijft de gedachte dat naast het absolute temperatuumiveau op het betonoppervlak ook de verhittingssnelheid (lees: tijd) een belangrijke rol speelt voor wat betreft het optreden van (excessief) afspatten.

19 TNo-R!ffiO!1 99-CVB R van 29 5 SAMENVATTING EN CONCLUSIES Het ontwerp van de Westersehelde tunnel bestaat uit een geboorde tunnel, vervaardigd met gewapende hoogwaardige betonnen segmenten. Het maatgevende ontwerpscenario met betrekking tot brand is een thermische belasting volgens de zogenaamde Rijkswaterstaat brandkromme. Onder deze extreme thermische belasting kan de constructieve integriteit in gevaar komen doordat de betonconstructie ernstig beschadigd kan raken door afspatten hetgeen tot bezwijken kan leiden. Ten einde afspatten te voorkomenen de constructieve integriteit te waarborgen, kan de tunnel aan de binnenzijde worden voorzien van een brandwerende bekleding (isolatiemateriaal). In. dit rapport wordt verslag gedaan van experimenteel onderzoek naar de het effect van een spuitmortel met een dikte van 51 mm, type Fendolite MIl. Dit rapport is het tweede deel van een rapportage betreffende experimenteel onderzoek naar passieve brandveiligheidsvoorzieningen voorde Westerschelde tunnel. In het eerste deel worden de resultaten van een drietal brandproeven beschreven op belaste tunnelsegmenten beschermd met een plaatmateriaal, type Promateet-H [6]. In principe gold als criterium dat gedurende twee uur verhitting geen noemenswaardige schade aan het betonoppervlak manifest mocht worden (excessief afspatten). Gedurende de standaard beproevingsduur van 2 uur kwam de temperatuur op het scheidingsvlak tussen beton en isolatiemateriaal nauwelijks boven de 100 c. Dit is voornamelijk toe te schrijven aan het hoge vochtgehalte in de spuitmortel. Het vochtgehalte van 18% MIM lag aanzienlijk hoger dan het te verwachten evenwichtsvochtgehalte onder laboratoriumomstandigheden en vrijwel zeker ook hoger dan het te verwachten evenwichtsvochtgehalte bij eventuele toepassing in de Westerschelde tunnel. In onderling overleg is de verhittingsduur verlengd met 3 uur (waarbij de temperatuur constant op 1200 c werd gehouden). De belangrijkste resultaten zijn in onderstaande tabel weergegeven in termen van de gemiddelde en maximale gemeten temperatuur op het scheidingsvlak tussen beton en isolatiemateriaal op verschillende tijdstippen.

20 TNo-RsePQrt 99-CV&-R van 29 Tabel 5.1 Samenvatting belangrijkste meetresultaten. tijdstip [hl temperatuur op het scheidingsvlak fcl gemiddeld maximaal Samenvattend wordt gesteld dat: Door het -wellicht te- hoge vochtgehalte in de 51 mm dikke laag Fendolite Mll (18% MIM) is in het temperatuurverloop op het scheidingavlak tussen beton en Fendolite MIl manifesteerde zich gedurende de proef een lang plateau rond de 100 C, hetgeen tot meer dan 30 minuten na de nominale verhittingsduur van 2 uur zichtbaar bleef. Mede door het vochtgehalte was de verhittingssnelheid van het betonoppervlak (circa 0,5-1,0 C/min) aanzienlijk lager dan in de proeven op met Promatect-H beschermde belaste tunnelsegmenten (3-5 C/min). Er is gedurende de nominale verhittingsduur, welke verlengd is met 3 uur (op 1200 C), vermoedelijk mede door de lage verhittingssnelheid, geen afspatten opgetreden. Er is aanvullend onderzoek nodig om de benodigde dikte Fendolite Mll te bepalen welke voldoet aan de te stellen criteria met betrekking tot afspatten. Hierbij zal speciale aandacht moeten worden geschonken aan de methode om het vochtgehalte in de spuitmortel op nader vast te stellen voldoende laag niveau te krijgen. Dr.Ir. C.Both

21 TNo-Rapport 99-CVB-Rt van 29 REFERENTIES [1] Tan, G.L., 1997, "Fire proteetion in tunnels open to hazardous goods transport", Proceedings La sécurité dans les tunnels routiers: un enjeu majeur, un domaine en évolution". [2] RWSrrNO, "Fire proteetion for tunnels", OT TNO rapport 98- CVB-R1l61. [3] Leur, P.H.E. van de, 1991, "Tunnelbrand simulaties voor Rijkswaterstaat", TNO rapport B [4] Both, C., 1998, "CaB commissie M613 "Staal- and composiet staal-beton tunnels", TNO rapport 98-CVB-ROOO3. [5] Richter, E. 1994, "Propagation And Development OfTemperatures From Tests With Railway And Raad Yehicles - Comparison Between Test Data And Température Time Curves Of Regulations", Proceedings Of The International Conference On Fires In Tunnels, Boräs. [6] Both, C., 1999, "Experimenteel onderzoek naar passieve brandveiligheidsvoorzieningen voor de Westersehelde tunnel uitgaande van de RWS brandkromme Deel 1: Promatect-H", TNO rapport 99-CVB- ROOOI. [7] Beth, C., 1999, "The fire behaviour of concrete slabs proteered with the Fendolite Mil FPC system, subject to the 'Rijkswaterstaat' hearing conditions", TNO rapport 98-CVB-R0572. [8] ENV I : Eurocode 1, Part 2.7: "Actions on Structures", [9] Wagensveld, F.G. van, "Prefab spanblok TNO", Bartels Utrecht rapport U 2379, 1998.

22 TNe-Rapport 99-CVB R van 29 LUST VAN FIGUREN EN FOTO'S Figuren 1.1 RWS brandkromme. 2.1 Schets van de proefopstelling. 2.2 Lokatie thermokoppels in de proefstukken. 2.3 Bevestigingspatroon van het mechanisch vernakeringssysteem 3.1 Oastemperaturen in de oven. 3.2 Gastemperaturen in de oven: plaatthermokoppels. 3.3 Temperaturen op het scheidingsvlak. 3.4 Temperaturen op 50 mm van het scheidingsvlak, 3.5 Temperaturen op 75 mm van het scheidingsvlak, 3.6 Temperaturen op 100 mm van het scheidingsvlak, 3.7 Temperaturen van de omhullingsbuizen (voorspankabels), Foto's 1 Stoomcleaning van het te bespuiten betonoppervlak. 2 Vers gespoten Fendolite MB (op volledige dikte). 3 Detail van de vers opgebrachte spuitmortel. 4 Uitvoeren diktemetingen. 5 Spanblok met voorspanstrengen in gerede toestand voor aanvang van de brandproef. 6 Onderzijde proefstuk voor de aanvang van de brandproef. 7 De proefopstelling tijdens de brandproef. 8 Onderzijde proefstuk na afkoelen. 9 Detail van schade aan de Fendolite MD nazichtbaar na afkoelen.

23 TNo-Rapport 99-CVB-R van 29 BQLAGEN 1 VEllJGHEIDSPROTOCOL

24 TN0-Rapport 99-CVB-R van 29 VEILIGHEIDSPROTOCOL December 1998 Brandproeven Westerschelde Tunnel Opdrachtgever: Kombinatie Middelplaat Westersehelde TNO opdracht#: Projectleider: C. Both (tst.: 2128) Tijdens de brandproeven is de toegang tot de hal verboden voor iedereen behalve de projectleider en de halehef, of hun vervangers. 2 Bij de toegangen tot de hal dient een waarschuwing te worden opgehangen ("verboden toegang i.v.m, spatgevaar betonelementen"). 3 Ter bescherming van meetapparatuur e.d, tegen schade door afspringende betonstukken in de hal zal een afzuigkap boven het proefstuk: worden gehangen. 4 De terminalwaarop thermokoppeluitslagen zijn af te lezen zal in de vergaderruimte van het Centrum voor Brandveiligheid worden geplaatst, opdat het voor het aflezen van de terminal niet nodig is de halte betreden. 5 De hoofdingang naar de hal (deur beneden met codeslot) zal vanuit de hal worden afgeschermd met houten panelen. 6 In geval van nood beslissen de projectleider en de halchef of het verantwoord is om de proef door te laten gaan. In principe gaat de proef echter door tot dat alle thermokoppels aangeven dat spatten is opgetreden. 7 Slechts op aangeven van de projectleider en de halchef mogen anderen de hal betreden. 8 Dit protocol zal worden overhandigd en toegelicht aan bezoekers voor de brandproeven.

25 TNQ-Rapport 99-CVB R van 29 2 BETONS~~NSTEUUNG In het bestek wordt een B55 geëist. Cement CEM I 42,5 R Vliegas Toeslag Rheinkies 0/2 Rheinkies 218 Rheinkies 8/16 Water WCF PH 26 (Woermann) 310kglm3 80kglm3 681 kglm3 453 kg/m3 756kglm3 118 kg/m3 0,36 2,0%

26 TNO-Rapport GG-CVB-A van 29 Foto's Foto 1 Foto 2 Vers gespoten Fendolite MIl (op volledige dikte).

27 TNO-Rapport OO-CVB-R van 29 Foto 3 Detail Van de vers opgebracbtespuitmorte1. Foto 4 Uitvoeren diktemetingen.

28 TNO-Rapport 99-CVB-R van 29 Foto 5 Spanblok met voorspanstrengen in gerede toestand voor aanvang van de brandproef. Foto 6 Onderzijde proefstuk voor de aanvang van de brandproef.

29 TNO-Rapport 99-CVB-R van 29 Foto 7 De proefopstellingtijdensde brandproef. Foto 8 Onderzijdeproefstukna afkoelen.

30 TNO-Rapport OO-cVB R van 29 Foto 9 Detail van schade aan de Fendolite MIl zichtbaar na afkoelen.