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

57 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Meetmethoden ten behoeve van kwaliteitscontrole 6.1 Metingen aan specie op de centrale en op het werk Algemeen In hoofdstuk 2 is reeds aangegeven dat de samenstelling van mengsels voor Hogere Sterkte Beton bijzonder kritisch is als het gaat om het realiseren van de gespecificeerde mechanische eigenschappen. De onderlinge gewichtsverhoudingen van cement, toeslagmaterialen, vulstoffen en hulpstoffen bij een gegeven water-cementfactor en het type en fabrikaat van het cement zijn in dit verband zeer belangrijk en dienen daarom zeer nauwkeurig op elkaar te worden afgestemd. Daarnaast is het van belang de grondstoffen benodigd voor het mengsel, op een juiste manier en in de juiste volgorde met elkaar te mengen. Voor nieuwe mengsels zal op grond van een geschiktheidonderzoek moeten worden nagegaan of het mengsel voldoet aan de eisen t.a.v. verwerkbaarheid, consistentie en de eigenschappen van het verharde beton. Een geschiktheidonderzoek wordt over het algemeen op laboratoriumschaal uitgevoerd. Om de eigenschappen van het betreffende mengsel te toetsen aan de praktijksituatie en om de mechanische eigenschappen onder praktijkomstandigheden te kunnen nagaan, is een aantal relatief eenvoudige controlemethoden ontwikkeld. De meeste hiervan zijn in bestaande voorschriften vastgelegd. De volgende methoden worden onderstaand besproken: - zetmaat - schudmaat - vloeimaat - luchtgehalte en volumieke massa Tevens zal worden aangegeven of de bedoelde controlemethoden geschikt zijn voor het beoordelen van de geschiktheid van mengsels voor Hogere Sterkte Beton Zetmaat Conform NEN 5956 geeft de zetmaat informatie over de consistentie van mengsels in consistentiegebieden 2 en 3. Omdat de zetmaat erg gevoelig is voor het watergehalte in de specie is deze methode uitstekend geschikt om een voldoende indruk te kunnen krijgen van de samenhang van de specie. Kegels met te weinig samenhang storten in of schuiven af. De conclusie is dan dat deze species erg gevoelig zijn voor ontmenging. Mengsels voor Hogere Sterkte Beton kenmerken zich door een laag watergehalte (w.c.f. van 0,34 tot 0,40), toepassing van fijne vulstoffen (bijvoorbeeld silica fume) en een cementgehalte dat aanzienlijk hoger is dan bij mengsels van normaal beton, namelijk 400 tot 500 kg/m 3. Om de mengsels goed te kunnen verwerken worden altijd hulpstoffen toegepast. De fijne vulstoffen geven het mengsel een grote samenhang en stabiliteit. Indien de grondstoffen in een goede onderlinge verhouding en in een juiste volgorde zijn gemengd ontstaat een betonspecie met een zeer hoge consistentie, dat desondanks niet ontmengt. In NEN 5956 staat impliciet vermeld dat de zetmaat niet mag worden toegepast voor het karakteriseren van de consistentie indien de betonspecie zeer vloeibaar is. Dit is ook wel verklaarbaar. Een specie voor Hogere Sterkte Beton is zodanig van samenstelling dat bij het bepalen van de zetmaat nauwelijks een kegel ontstaat. Uiteraard zijn er per mengselsamenstelling wel verschillen, voornamelijk als gevolg van de toe te passen soort cement of door combinaties van verschillende cementsoorten. Bij nagenoeg alle mengselsamenstellingen zal bij het lossen van de stalen kegelmantel de specie over de gehele plaat uitstromen. De diameter van het uitgestroomde beton bepaalt dan de mate van verwerkbaarheid en niet de inzakking van de top van de betonkegel t.o.v. zijn oorspronkelijke hoogte. Uit de vorm (cirkelvormig) van de uitgestroomde specie kan worden geconcludeerd of men te maken heeft met een stabiel mengsel dat vrijwel niet zal ontmengen. De zetmaat is dus voor species voor Hogere Sterkte Beton in het algemeen niet representatief. 47

58 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Schudmaat De schudmaat wordt toegepast bij mengsels die hun verwerkbaarheid hebben verkregen door gebruik van hulpstoffen zoals superplastificeerders. Door toediening van schokken vloeit de verdichte specie uit. Bij mengsels voor Hogere Sterkte Beton is vaak de specie zodanig uitgevloeid dat het tienmaal schokken van de tafel overbodig is. Bovendien kan de schudtafel voor het bepalen van de schudmaat te klein blijken te zijn. Om deze reden is de schudmaat voor species voor Hogere Sterkte Beton niet altijd de aangewezen methode om de consistentie te bepalen. Of de schudmaat kan worden toegepast blijkt sterk specieafhankelijk te zijn. In sommige gevallen kan, bij een beoogde zetmaat van 180 à 240 mm, de schudmaat een goede indicatie geven van het gedrag van de specie. Bij verschillende mengsels heeft men een goede correlatie kunnen vaststellen tussen de schudmaat en de hierna te bespreken vloeimaat Vloeimaat Uit ervaringen met het bepalen van de consistentie van mengsels voor Hogere Sterkte Beton is gebleken dat de zetmaat onbetrouwbaar en praktisch minder geschikt is. Voor species met een hoge consistentie gaat de voorkeur uit naar de vloeimaat of de schudmaat Bij zeer hoge consistenties is alleen de vloeimaat te gebruiken. De procedure voor het bepalen van de vloeimaat lijkt op de bepaling van de schudmaat, maar dan zonder tienmaal schokken. Bij het geschiktheidonderzoek voor B85-mengsels voor de bouw van de Tweede Stichtse Brug is veel ervaring opgedaan met verschillende methoden voor het bepalen van de consistentie van de betonmengsels. De zetmaat bedroeg gemiddeld 200 à 250 mm. Dit kwam overeen met een vloeimaat die varieert van 450 tot 550 mm. Een ondubbelzinnige relatie tussen de zetmaat en de vloeimaat kon niet worden vastgesteld. Bij een kleine verhoging van de zetmaat (40 mm) blijkt de vloeimaat toe te nemen met 100 à 150 mm. Ook is gebleken dat de mengsels van verschillende betonleveranciers een gelijke zetmaat vertoonden, terwijl de vloeimaat per mengsel aanzienlijke verschillen kan vertonen. Geconcludeerd moest worden dat met behulp van de vloeimaat het gedrag van mengsels voor Hogere Sterkte Beton nauwkeuriger is te karakteriseren dan met de zetmaat. In wordt voor het mengsel van de Tweede Stichtse brug het resultaat weergegeven van metingen van zetmaat, de schudmaat en de vloeimaat. Duidelijk is te zien dat voor het mengsel de schudmaat en vloeimaat sterk gecorreleerd zijn. Van een correlatie met de zetmaat is nauwelijks sprake. De oplopende verwerkbaarheid in is het gevolg van de vraag naar vloeibaarder beton omdat in de loop van het bouwproces de ondervloer dunner werd en de wanden minder hoog. Het gedeelte na medio januari 1997 betreft betonspecie gemaakt met verwarmd zand. 48

59 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Verwerkbaarheid B85 Tweede Stichtse Brug (Eemland Beton) Afnamecontrole (controleproef centrale) Schudmaat Vloeimaat Zetmaat Zwevend gemiddelde per 30 punten Zwevend gemiddelde per 30 punten Zwevend gemiddelde per 30 punten Verwerkbaarheid (mm) Datum stort Figuur 6-1 Zetmaat, schudmaat en vloeimaat van B85-mengsels voor de Tweede Stichtse Brug Verwerkbaarheid B65 voor project Etten-Leur Crispijnenstraat (betoncentrale en werk) vloeimaat (centrale) zetmaat (centrale) vloeimaat (werk) zetmaat (werk) Verwerkbaarheid (mm) Kegelnr. Figuur 6-2 Zetmaat en vloeimaat van B65-mengsels voor Etten-Leur Crispijnenstraat 49

60 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Luchtgehalte en volumieke massa Omdat het bij toepassing van Hogere Sterkte Beton gebruikelijk is dat hoge percentages hulpstoffen worden toegepast moet conform NEN 5950, artikel , het luchtgehalte worden bepaald. Het op de bouwplaats bepalen van het luchtgehalte met behulp van de luchtketel stelt hoge eisen aan de uitvoering van de proef. Bovendien is uit ervaringen gebleken dat het luchtgehalte van een en hetzelfde mengsel nogal kan verschillen, afhankelijk van het tijdstip van meten van het luchtgehalte ten opzicht van het tijdstip van mengen en van de hoeveelheid toegepaste hulpstoffen. In geval van twijfel, bijvoorbeeld indien een mengsel duidelijk te vloeibaar is, is te overwegen om het luchtgehalte op de bouwplaats te bepalen. Bij voorkeur dient dan het luchtgehalte te worden bepaald door middel van het bepalen van de volumieke massa van de specie. Het voordeel is dat deze methode op de bouwplaats gemakkelijker toepasbaar is. Normaal gesproken kan worden volstaan met het bepalen van het luchtgehalte op de betoncentrale. Afhankelijk van de toe te passen hoeveelheden cement en hulpstoffen en afhankelijk van de soort cement en het type hulpstof kan tijdens het transport van de specie van de betoncentrale naar de bouwplaats de plasticiteit van het mengsel enigszins afnemen. Ook het luchtgehalte daalt dan enigszins. Om deze reden is het aan te bevelen om de eventuele terugloop in plasticiteit in het geschiktheidonderzoek op te nemen. Bij de bouw van de Tweede Stichtse Brug is door twee verschillende betoncentrales specie geleverd. Uit de bepaling van het luchtgehalte werd voor één mengsel tussen de meting op de betoncentrale en op de bouwplaats een verschil, in absolute zin, van 1% gevonden. Voor een tweede mengsel, waarin een ander type cement en andere hulpstoffen werden gebruikt, werd in het geheel geen verschil gevonden. Behalve verschil in mengselsamenstelling kan het verschil in de methode van verdichten hier de oorzaak van zijn geweest. Conform de voorschriften mag het luchtgehalte niet meer bedragen dan 3 à 4%. Gebleken is dat bij het viaduct te Burgerveen en de Tweede Stichtse Brug het luchtgehalte varieerde van 0,9% tot 2,7%. Daarmee werd aan de genoemde norm voldaan Conclusies De hiervoor besproken meetmethoden geven bij benadering een indruk van het gedrag van de specie. Een ervaren vakman ziet over het algemeen aan de specie hoe deze zich bij het verwerken zal gedragen. Dit betekent echter geenszins dat het verrichten van de metingen achterwege kan worden gelaten. Controlemetingen, uitgevoerd bij de afname van normaal beton, zullen ook bij mengsels voor Hogere Sterkte Beton een nuttige indicatie vormen voor de beoordeling van de specie. Daarbij is gebleken dat in de meeste gevallen de vloeimaat en/of de schudmaat de meest geëigende parameters zijn om de verwerkbaarheid te karakteriseren. De correlatie tussen de vloeimaat en de schudmaat is over het algemeen vrij sterk. De correlatie is wel specieafhankelijk. Of de schudmaat kan worden toegepast hangt af van de consistentie van de specie. 50

61 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Temperatuurmetingen Mengsels voor Hogere Sterkte Beton hebben over het algemeen een hoog cementgehalte. Vanwege dit hoge cementgehalte zal bij het verharden van het beton veel warmte vrijkomen. Als gevolg hiervan kan de temperatuur hoog kunnen oplopen, zeker in grote massieve constructies. In sommige gevallen kan de reactie van het cement met het water nagenoeg adiabatisch verlopen. In een adiabatisch proces wordt alle vrijkomende warmte gebruikt voor het opwarmen van het beton. In die gevallen kan de temperatuur van het beton stijgen met 50 C of meer. Door de hoge temperatuur neemt de verhardingssnelheid nog verder toe en daardoor ook weer de snelheid waarmee de reactiewarmte vrijkomt. Door de temperatuur in het verhardende beton te meten wordt een indruk verkregen van de voortgang van het verhardingsproces. De gemeten temperatuur kan worden vergeleken met van te voren berekende temperatuurverlopen. Op grond van deze vergelijking kan worden vastgesteld of het verhardingsproces volgens verwachting verloopt dan wel daarvan sterk afwijkt. Wordt een sterke afwijking geconstateerd, dan is nader onderzoek naar de oorzaken hiervan gewenst. Een temperatuurberekening maakt vaak deel uit van een breder opgezette berekening van temperatuur, spanningen en kans op scheurvorming. Wanneer dit het geval is, kan de temperatuurmeting worden gebruikt om niet alleen een indruk te krijgen van de voortgang van het verhardingsproces, maar ook van de optredende kans op scheurvorming. Indien daarmee in de ontwerp- en uitvoeringsfase van de constructie rekening mee is gehouden, dan kan de temperatuurmeting worden gebruikt voor het aansturen van koel- of verwarmingssystemen of als basis voor het wijzigen van de te volgen stortvolgorde. Een en ander zodanig, dat daardoor de kans op scheurvorming wordt verminderd. In de praktijk worden temperatuurverschillen in een constructie wel gehanteerd als maat voor de kans op scheuren tijdens het verharden. Nog minder dan bij constructies in normaal beton is deze methode betrouwbaar als ze wordt toegepast voor het bepalen van de scheurgevoeligheid van constructies in Hogere Sterkte Beton. De reden hiervoor is dat bij Hogere Sterkte Beton niet alleen temperatuurverschillen, maar ook de optredende verhardingskrimp een grote invloed heeft op de kans op scheuren. Het effect van de verhardingskrimp op de kans op scheuren komt in een temperatuurmeting niet tot uitdrukking. 6.3 Ontwikkeling druksterkte In Hogere Sterkte Beton zal de sterkteontwikkeling sneller verlopen dan in normaal beton. Dit vanwege de zeer heftige reactie als gevolg van het relatief hoge cementgehalte. Voor het beoordelen van de sterkteontwikkeling in het werk staan verschillende methoden ter beschikking, te weten: - klassieke verhardingsproef - verbeterd verhardingsonderzoek - rijpheidsmethode (methode CEMIJ) - schiethamer (terugslagwaarden) Deze methoden zullen in de volgende paragrafen kort worden besproken, gevolgd door enkele conclusies. Aansluitend zal in paragraaf 6.4 kort aandacht worden besteed aan enkele nieuwe ontwikkelingen op het gebied van monitoren van het verhardingsproces op de bouwplaats Klassieke verhardingsproef Voor het bepalen van de druksterkte en de splijttreksterkte worden kubussen vervaardigd. De kubussen worden op de bouwplaats bewaard onder omstandigheden die zo goed mogelijk overeenkomen met de omstandigheden waarbij de constructie verhardt. In veel gevallen zullen de afmetingen van de constructie sterk afwijken van die van de kubus. Bijgevolg zal ook de temperatuur in de constructie tijdens het verharden sterk kunnen verschillen van de temperatuur in de kubussen (in het algemeen is de temperatuur in de kubussen veel lager dan in het werk). Het verhardingsproces zal daarom in de kubussen veel trager verlopen dan in het werk. Bij Hogere Sterkte Beton zal dit nog sterker het geval zijn dan bij normaal beton. Het trager verlopende verhardingsproces resulteert in een trager verlopende sterkteontwikkeling. De sterkte van de 51

62 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton proefkubussen zal dan ook lager zijn dan de betonsterkte in het werk. Beoordeling van de sterkte in het werk op basis van proefkubussen, die zijn verhard conform de verhardingsproef, geeft dus een onderschatting van de sterkte in het werk Verbeterd verhardingsonderzoek Door de proefkubussen te laten verharden bij dezelfde temperatuur als gemeten in de constructie zal de sterkteontwikkeling van de proefkubussen nagenoeg gelijk zijn aan de sterkteontwikkeling van het beton in het werk. Om gelijke thermische verhardingscondities te realiseren kan men de proefkubussen laten verharden in een temperatuurgestuurd waterbad. De methode vereist dus de aanwezigheid van een dergelijk temperatuurgestuurd waterbad, alsmede een temperatuurmeting in het beton in de constructie. De methode geeft een betrouwbaar beeld van de sterkteontwikkeling in het werk. Wanneer men slechts op één punt in de constructies de sterkteontwikkeling nauwkeurig wil weten, dan is de methode van het verbeterd verhardingsonderzoek goed uitvoerbaar. De uitvoerbaarheid komt echter in gedrang als men op verschillende plaatsen in de constructie, bijvoorbeeld achter verankeringen van voorspanelementen, elk met een karakteristiek temperatuurverloop, het sterkteverloop wil bepalen. Men zou dan verschillende temperatuurgestuurde waterbaden moeten gebruiken. Dit is praktisch moeilijk uitvoerbaar Rijpheidsmethode Een veel toegepaste methode voor het bepalen van de sterkteontwikkeling in het werk is die van de gewogen rijpheid. De methode is uitvoerig beschreven in CUR-Aanbeveling 9 [8] en Stutechrapport 19 [9]. Bij de rijpheidsmethode wordt de ontwikkeling van de druksterkte gecorreleerd aan de (gewogen) rijpheid, gedefinieerd als grootheid in graad-celcius-uur. Met deze grootheid wordt het oppervlak onder de gemeten temperatuurkromme weergegeven na weging van de verschillende doorlopen temperatuurstadia met een bepaalde wegingsfactor. De wegingsfactor moet vooraf worden bepaald, en wel zodanig dat een ondubbelzinnige relatie ontstaat tussen de sterkteontwikkeling en de (gewogen) rijpheid. De relatie tussen sterkte en rijpheid wordt weergegeven met de ijkgrafiek. De nauwkeurigheid van de rijpheidsmethode is grotendeels afhankelijk van de nauwkeurigheid waarmee de ijkgrafiek is vastgesteld. Gebleken is dat de snelle sterkteontwikkeling bij Hogere Sterkte Beton met bestaande wegingsfactoren niet goed kan worden beschreven. Uit ervaringen bij de bouw van het viaduct de Burgerveen is gebleken dat na 75 uur de sterkte veel hoger was dan op grond van de ijkgrafiek was bepaald. Het verschil in temperatuurregime, opgelegd bij het bepalen van de ijkgrafiek, en het werkelijke temperatuurregime in de constructie geeft een verklaring voor deze verschillen. In Stutechrapport 19 is beschreven waarop men moet letten indien de rijpheidsmethode wordt toegepast voor het monitoren van de sterkteontwikkeling in Hogere Sterkte Beton. Bij de bouw van de Tweede Stichtse Brug is gebleken dat het temperatuurregime in de constructie van invloed is op de ontwikkeling van de sterkte, respectievelijk op de relatie sterkte-rijpheid. De ijkgrafiek, opgesteld conform CUR-Aanbeveling 9, geeft een minder steil verlopende gewogen rijpheid weer dan de grafiek waarin het temperatuurregime, optredend in de constructie, is gemeten. Zoals aangegeven in het eerder genoemde Stutechrapport 19, zal voor Hogere Sterkte Beton de rijpheidsmethode met zorg moeten worden toegepast. Opgemerkt wordt dat het begrip rijpheid niet ondubbelzinnig is gedefinieerd. In andere landen worden andere methoden voor het bepalen van de rijpheid gehanteerd. Rijpheid is derhalve dan ook te beschouwen als een methode-afhankelijke of methodegebonden grootheid. Rijpheid is géén materiaaleigenschap! 52

63 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Meten van de terugslagwaarde Zoals bekend berust het bepalen van de druksterke uit terugslagwaarden met de schiethamer op het principe dat bij een hogere betonkwaliteit een tegen het beton stotende massa minder demping van de stoot zal ondervinden dan bij een lagere kwaliteit. De relatie tussen terugslagwaarden en sterkte vertoont meestal een vrij grote spreiding. Niettemin is deze methode in het verleden reeds vaak toegepast voor betonkwaliteiten tot circa B45. Voor Hogere Sterkte Beton is een speciale schiethamer in omloop gebracht, de DIGI-SCHMIDT2 van Proceq. Hiermee is ervaring opgedaan bij onder meer de Tweede Stichtse Brug en de Dintelhavenbrug. Om de methode te kunnen toepassen moet, evenals bij een rijpheidsmethode, eerst een ijkgrafiek worden opgesteld. Deze ijkgrafiek kan worden vastgesteld door aan te drukken kubussen de terugslagwaarden te meten en deze tegen de experimenteel bepaalde druksterkte uit te zetten. Na meting van de terugslagwaarden in het werk kan met behulp van de ijkgrafiek de sterkte van het beton worden afgelezen. Metingen uitgevoerd bij de Tweede Stichtse Brug geven aan dat met de gebruikte schiethamer een betrouwbare indicatie van het sterkte in het werk kon worden verkregen [5] Conclusies Het bepalen van de sterkteontwikkeling in het werk is, evenals bij normaal beton, ook bij Hogere Sterkte Beton van groot belang. In principe kunnen voor het bepalen van de sterkteontwikkeling van Hogere Sterkte Beton dezelfde methoden worden toegepast als bij normaal beton. De vooren nadelen van elk van deze methoden zijn bij toepassing op Hogere Sterkte Beton niet anders dan bij normaal beton. Wel moet worden opgemerkt dat in omloop zijnde methoden in modificeerde vorm moeten worden toegepast. Van de schiethamer is een speciale versie in omloop gebracht, geschikt voor hogere betonsterktes. Bij toepassen van de rijpheidsmethode verdient het bepalen van een goede C-waarde de nodige zorg. 6.4 Nieuwe ontwikkelingen betreffende monitoren van het verhardingsproces In het kader van het onderzoek naar het gedrag van Hogere Sterkte Beton tijdens het verharden is een tweetal alternatieve methoden toegepast voor het bepalen van de sterkteontwikkeling, te weten: - het hydratatiegraadconcept - diëlectrische meetmethode Het hydratatiegraadconcept is door de TU Delft toegepast bij het project Burgerveen, en wel naast de rijpheidsmethode. Sterktemetingen op basis van diëlectische eigenschappen van het beton zijn uitgevoerd bij de brug te Vianen Hydratatiegraadconcept Het hydratatiegraadconcept is gebaseerd op de relatie tussen de sterkte en de hydratatiegraad van het beton. De hydratatiegraad geeft aan hoeveel cement heeft gereageerd met water. De in een constructie bereikte hydratatiegraad kan worden bepaald met behulp van daarvoor geschikte software. Deze software is ontwikkeld aan de TU Delft onder de naam UCON (Universal Concrete Curing Control system). Voor het bepalen van de hydratatiegraad in de constructie is een adiabatische temperatuurkromme nodig van het toe te passen betonmengsel en de in de constructie gemeten betontemperatuur. Met behulp van een ijkgrafiek kan de sterkte worden afgelezen als functie van de hydratatiegraad. Deze ijkgrafiek moet van te voren worden bepaald. Het UCON-systeem [6] is toegepast voor het monitoren van de sterkteontwikkeling van een groot aantal betonsoorten, waaronder Hogere Sterkte Beton. De methode is betrouwbaar en vereist vergelijkbare voorbereidingen als de rijpheidsmethode. Het verschil met de rijpheidsmethode zit met name in het feit, dat bij de hydratatiegraadmethode het verloop van het hydratatieproces expliciet wordt gevolgd. 53

64 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Diëlectrisch meten van sterkteontwikkeling Een nadeel van zowel de rijpheidsmethode als het hydratatiegraadconcept is dat een continue temperatuurmeting op het werk noodzakelijk is. Bij storing is de kans op verlies van meetgegevens vrij groot. Daarmee komt de betrouwbaarheid van de sterktebepaling in het gedrang. Een methode die niet het nadeel heeft van het continu moeten meten van de betontemperatuur is gebaseerd op het meten van de verandering van de diëlectrische eigenschappen van het beton tijdens het verharden [7]. Deze meetmethode is momenteel in ontwikkeling aan de TU Delft in een joint-venture met IMAG-DLO en met steun van Rijkswaterstaat, SPOB en de stichting COAB. De methode, waarvan een prototype is gebruikt onder de naam ConSensor, is getest in het Stevinlaboratorium en bij een betonmortelcentrale. Recent is de methode toegepast bij de bouw van de brug te Vianen. Bij de methode worden op willekeurige tijdstippen metingen van de diëlectische eigenschappen verricht. Met behulp van een vooraf bepaalde ijklijn kan vervolgens de sterkte worden afgelezen. 6.5 Literatuur 1. Aanpassing Knooppunt Burgerveen, Rapportage Hoge sterkte beton. Koninklijke Aannemingsmaatschappij Van Drunen, Bouwdienst Rijkswaterstaat, Cementbouw, MEBIN, TU Delft, SPOB, mei Cursus Betontechnologie CB 1. Uitgave Betonprisma. 3. Kaptijn, N., Klijn Velderman, F.G., Van der Marel, A.P., Plagmeijer, A.P.M., Eerste HSBviaduct in Nederland, Toepassing van HSB in knooppunt Burgerveen. Cement 1996/9, p Van der Vorm, L.H.A., Tweede Stichtse Brug, Eindrapportage Hoge Sterkte Beton, Een verzameling van opgedane ervaringen. Koninklijke Aannemingsmaatschappij Van Drunen B.V., Van der Veen, C., e.a., Meetrapport monitoring Tweede Stichtse Brug (Concept). 6. Lokhorst, S.J., Van Beek, A., Koenders, E.A.B., Van Breugel, K., Het grijze gebied van jong beton (III): Ontwikkeling van de mechanische eigenschappen: sterkte en stijfheid. Cement 1996/2, p Van Beek, A., Horeweg; E.M., Diëlektrische sterktebepaling van jong beton bij uitbouwbrug Vianen. TU Delft, rapport , juli CUR-Aanbeveling 9 Bepaling van de sterkteontwikkeling van jong beton op basis van de gewogen rijpheid. Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving; december Gewogen rijpheid. Stutechrapport 19,

65 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Ontwerpen in Hogere Sterkte Beton 7.1 Inleiding Het ontwerpen van constructies in Hogere Sterkte Beton wijkt niet veel af van het ontwerpen van betonconstructies in normaal beton. De constructies zullen over het algemeen lichter en slanker zijn. Men moet daarom wat alerter zijn op aspecten die te maken hebben met vervormingen en trillingen. Het kan zijn dat doorbuigingen, vermoeiing en hinderlijke trillingen eerder maatgevende randvoorwaarden worden. Bij de berekening kan gebruik worden gemaakt van de gebruikelijke rekenregels en voorschriften. De aanpassingen van de voorschriften aan de afwijkende eigenschappen van Hogere Sterkte Beton zijn weergegeven in de CUR-Aanbeveling 37 Hoge sterkte beton [1]. De aanbeveling betreft voornamelijk de te gebruiken materiaaleigenschappen. De waarden voor de treksterkte en elasticiteitsmodulus zijn zodanig bijgesteld dat ze wat conservatiever uitkomen in vergelijking met de formules voor B15 tot en met B65. De krimp- en kruipcoëfficiënten zijn lager en de bijdrage van de treksterkte aan het dwarskrachtdraagvermogen is beperkt tot de waarde voor de treksterkte van B65. Het brossere gedrag wordt in rekening gebracht door aangepaste spanningrekdiagrammen en een verdere beperking van de maximale hoogte van de betondrukzone. Een nadere beschouwing van de achtergronden en effecten is te vinden in het hoofdstuk Voorschriften en rekenregels van de PAO-cursus Ervaringen met Hogere Sterkte Beton [2]. Voor de mogelijkheden voor vloeren en kolommen in de utiliteitsbouw wordt naar de desbetreffende hoofdstukken in de PAO-cursus verwezen. De mogelijkheden en gevolgen voor bruggen en viaducten worden in dit hoofdstuk nader uitgewerkt; ook hier wordt de PAO-cursus als basis genomen. Aspecten die tot nog toe over het algemeen nog niet zo n grote invloed hadden op ontwerp en uitvoering zijn hydratatiewarmte en verhardingskrimp. Voor constructies in Hogere Sterkte Beton moet men er zich goed van vergewissen, dat de gevolgen hiervan geen ongewenste effecten geven. In [18] wordt hieraan uitgebreid aandacht besteed. Het is belangrijk dat de temperaturen ten gevolge van hydratatiewarmte, het verloop van de verhardingskrimp en de spanningen door verhinderde vervorming die na afkoeling ontstaan vooraf redelijk kunnen worden berekend. Dan kunnen in de gevoelige constructieonderdelen de nodige maatregelen worden getroffen om ongewenste spanningen of ongewenste scheurvorming te voorkomen. Mogelijkheden daartoe zijn: - het isoleren van constructies of onderdelen daarvan, - het koelen van de verhardende beton, - het aanbrengen van scheurverdelende wapening, - het verwarmen van de al verharde beton, - het aanpassen van de stortfasen, - het voorspannen van constructieonderdelen. Er zijn in Nederland verschillende computerprogramma's beschikbaar waarmee deze berekeningen kunnen worden gemaakt. Om er enkele te noemen: SPATEM (Bouwdienst Rijkswaterstaat), DIANA (TNO), HEAT (Intron Materials Engineering), TEMPSPAN (Technische Universiteit Delft), VBS (HBG), ANSYS (STRUCOM). 55

66 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 7.2 Bruggen en viaducten Algemeen Bij de Bouwdienst is de laatste jaren bestudeerd waar voor de verschillende brugtypen voordeel zou kunnen worden behaald uit de toepassing van Hogere Sterkte Beton. Dit is onder andere gedaan in het kader van afstudeerwerken van studenten van de Technische Universiteit Delft en het ontwikkelen van alternatieven. Bij de voordelen kan worden ingestoken vanuit drie invalshoeken: - constructief Door de hoge sterkte kunnen constructies dunner, lichter en slanker worden ontworpen hetgeen kostenbesparingen met zich kan meebrengen in de realisatiefase. - betontechnologisch Door de hoogwaardige eigenschappen van de te verwerken betonspecie wordt een hoogwaardiger constructie verkregen. De specie ontmengt veel minder snel, er treedt geen bleeding op, de specie vloeit goed rond de wapening, enz. Door de hoogwaardige eigenschappen van het verharde beton wordt een duurzamer constructie verkregen. Het beton is beter bestand tegen de invloeden van weer en wind. - duurzaam bouwen Door de hiervoor genoemde aspecten wordt minder beslag gelegd op de eindige hoeveelheden beschikbare ruwe grondstoffen en op de benodigde hoeveelheid energie. De gebouwde constructies gaan langer mee en behoeven minder onderhoud. Bij sloop kunnen de sloopproducten hoogwaardig worden hergebruikt. Rijkswaterstaat heeft zich tot taak gesteld het duurzaam bouwen actief te stimuleren. In eerste instantie werd ingestoken op de constructieve voordelen, de andere voordelen dienden als extra stimulans om te kiezen voor toepassing van hogere sterkteklassen. De stichtingskosten van alternatieven verschilden over het algemeen slechts enkele procenten. De reden waarom niet in eerste instantie een duurzamer product belangrijk was is, dat Rijkswaterstaat tevreden is over de kwaliteit van zijn betonnen kunstwerken. Er hoeft over het algemeen weinig onvoorzien onderhoud te worden verricht. In vele landen om ons heen is dit anders. Daar verkeren vele oudere kunstwerken in (zeer) slechte staat. Mondiaal is een duurzamer constructie het belangrijkste pluspunt van de toepassing van Hogere Sterkte Beton. Daar wordt over het algemeen meer de benaming hoogwaardig beton gebruikt. De relevante aspecten voor de verschillende brugtypen worden hierna behandeld Brugtypen Betonnen bruggen en viaducten in Nederland kunnen in de volgende categorieën worden ingedeeld: - geprefabriceerde liggers, - plaatviaducten, - kokerbruggen, - tuibruggen, - boogbruggen, - staal-betonbruggen. Niet alle typen zullen (even uitgebreid) worden behandeld. Met tuibruggen en boogbruggen is nog geen praktijkervaring opgedaan. Enkele staal-betonbruggen verkeren in de ontwerpfase. 56

67 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Geprefabriceerde liggers Bij de fabricage van geprefabriceerde brugliggers wordt al vele jaren gebruik gemaakt van beton met een sterkte klasse van B55 en hoger. Een voorname drijfveer hierbij is de wens snel te kunnen ontkisten. In één dag moet de cyclus wapening stellen - kist stellen - storten - ontkisten worden afgehandeld. Bij de vereiste lage water-cementfactor is het niet nodig grote hoeveelheden hulpstoffen te gebruiken om een verwerkbaarheid te krijgen die vergelijkbaar is met beton die op de bouwplaats moet worden verwerkt. De specie wordt direct na aanmaak verwerkt en met bekistingtrillers wordt een zodanig grote hoeveelheid verdichtingsenergie toegevoerd, dat een goed verdichte beton wordt verkregen die wapening en voorspanstrengen goed omhult. Uit concurrentie-overwegingen wordt bij elk fabrikaat de hoge sterkte zo goed mogelijk uitgebuit, elke voorspanstreng minder verbetert de concurrentiepositie. De balktypen van de verschillende fabrikanten verschillen niet veel van elkaar. In zijn enkele balktypen weergegeven. Geprefabriceerde balken hebben - ten opzichte van een ter plaatse gestort brugdek - een ongunstige hoogte/overspanning verhouding. Door het gebruik van een hogere betonsterkteklasse kan een ongewenst verschil in constructiehoogte worden beperkt - zie. In [3] en [4] worden de resultaten besproken van onderzoeken naar de voordelen van het vergroten van de betonsterkteklasse. Uitgangspunt bij [3] was een ligger met een overspanning van 25 m en een hart-ophart-afstand van 1,60 m. In zijn de verschillende mogelijkheden aangegeven bij het verhogen van de betonsterkteklasse van balk en/of druklaag. Er zijn mogelijkheden om de hoeveelheid balken met 1/3 te beperken. Figuur 7-1 Enkele voorbeelden van geprefabriceerde balktypen (SPANBETON) uitgezet tegen de toepasbare overspanningslengte Tabel 7-1 Vergelijking van de slankheid van enkele balktypen t.o.v. een ter plaatse gestort brugdek overspanning slankheid ter plaatse gestort éénvelder B65 tot 55 m ± 1/36 ter plaatse gestort tweevelder(met B65 tot 60 m ± 1/45 voute) ZIP-balk B m 1/22-1/24 ZIP-balk B m 1/26-1/28 kokerbalk B m 1/28-1/30 kokerbalk B75 1/36-1/38 57

68 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Bij het uitnutten van hogere sterktes wordt de bovenkant van de balk maatgevend in het bezwijkstadium (kritische drukzone) en in de grenstoestand voor vermoeiing. Tabel 7-2 Enkele mogelijkheden bij het verhogen van de betonsterkteklasse voor geprefabriceerde I-balken volgens [3] Alternatief balk B50 B75 B75 B75 druklaag B35 B35 B35 B75 overspanning 25 m 32 m 25 m 25 m hart-op-hart 1,60 m 1,60 m 2,40 m 2,60 m Plaatviaducten Ongeveer 60% van de bruggen en viaducten die in Nederland worden gebouwd zijn ter plaatse gestorte plaatviaducten (). 90% daarvan is voorgespannen. Meestal is de plaat voorzien van een overstek of afschuining. Bij overspanningen vanaf ongeveer 30 meter worden ter gewichtsbesparing sparingbuizen of tempexblokken aangebracht. Tot voor enkele jaren was de toegepaste betonsterkteklasse voor brugdekken B45. In de inleiding is al aangegeven dat er verschillende redenenen kunnen zijn om hogere betonsterkteklassen toe te passen; beperken van de kostprijs, het verkrijgen van een duurzamer product en duurzaam bouwen. In eerste instantie is de invloed op de kostprijs bestudeerd [5]. Figuur 7-2 Aanzichten van enkele plaatviaducten Kostprijs Bij hogere betonsterkteklassen kan de plaatdikte kleiner worden, maar wordt het viaduct daardoor goedkoper? In zijn voor een éénvelder de plaatdiktes aangegeven voor verschillende betonsterkteklassen. De grootste reductie van de dikte kan worden bereikt bij de overstap van B45 naar B65 ( mm). Hogere sterkteklassen geven weinig extra reductie, behalve bij grote overspanningen. Ook kan bij eenzelfde plaatdikte de overspanning met ongeveer 5 meter worden vergroot

69 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW ,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 B45 B65 B overspanning in m Figuur 7-3 Plaatdiktes (m) voor een Figuur 7-4 Twee alternatieven (B85) voor een massief viaduct met één hoofdoverspanning van 65 meter overspanning Tot op heden worden overspanningen vanaf ongeveer 40 meter ontworpen als kokerbrug. Dit is een duur brugtype gezien de relatief ingewikkelde wapening en bekisting. Kokerbruggen hebben een grote constructiehoogte, ongeveer 1/25 van de overspanning. Dit veroorzaakt ook aanzienlijk hogere opritten. Holle plaatviaducten in B65 of B85 kunnen de noodzaak van een kokerbrug aanzienlijk verminderen. Bij toepassing van een holle plaat met voutes in B85 is bij een hoofdoverspanning van 65 m een plaatdikte van 1,20 m voldoende (1/54 van de overspanning; overspanning eindveld 80% van de hoofdoverspanning - Figuur 7-4). Een kokerbrug in B45 zou 2,60 meter constructiehoogte nodig hebben. De plaatvariant is zo n 10-15% goedkoper. De invloed van de reductie in plaatdikte op de stichtingskosten is weergegeven in. Het betreft hier een viaduct met twee overspanningen. Bij toepassing van een hogere sterkteklasse wordt het rijdek wat duurder. Dit komt voornamelijk door de hogere kostprijs van de betonspecie (vooral bij de overgang van B65 naar B85) en de extra benodigde voorspanning. De extra prijsstijging voor B85 en hoger is een gevolg van een aantal factoren: - er is meer cement en hulpstof nodig. - er moet silica fume worden gebruikt. - de specie moet intensiever en langer worden gemengd. Daardoor neemt de productiecapaciteit van de centrale af. - er moet meer zorg worden besteed aan de ontwikkeling van een passende mix. Een proefstort is raadzaam. - de verwerking van de specie vergt meer zorg. De specie is plakkeriger. Meestal zitten er slechts enkele viaducten in een bestek. Het ligt niet voor de hand de extra inspanning ten opzichte van B65 te verrichten, zeker ook in het licht van de meestal geringe extra winst in plaatdikte. De kosten van het viaduct bedragen slechts 25-30% van de totale stichtingskosten (voor een tweevelder; voor een éénvelder orde 15%). Deze bestaan voor het grootste deel uit de kosten van het aanleggen van opritten. Deze kosten zijn afhankelijk van de herkomst van het ophoogmateriaal (moet zand worden aangekocht, of wordt werk met werk gemaakt?). Een hogere sterkteklasse levert een goedkoper viaduct maar de besparing is gering (enkele procenten). 59

70 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 B45 B65 B85 voorspanning wapening beton bekisting afbouw onderbouw opritten h_veld beton cement toeslag wapening opritten B45 B65 B85 Figuur 7-5 Kostprijsopbouw in Figuur 7-6 Hoeveelheden ruwe bouwmaterialen in miljoenen guldens in % Duurzaam bouwen Voor een doorsnee viaduct (geen voutes), 2 maal 30 meter overspanning, 15 meter breed en 0,92 meter dik zullen enkele aspecten worden besproken. In Figuur 7-6 zijn de benodigde hoeveelheden ruwe bouwmaterialen uitgezet ten opzichte van B45 (100%). De besparing op de grove toeslagmaterialen kan meer dan 15% bedragen, die op ophoogmateriaal slechts enkele procenten (het verschil in m 3 kan echter wel de moeite zijn). Er is ongeveer evenveel cement nodig, maar de benodigde hoeveelheid voorspanstaal loopt aanzienlijk op. Het aspect duurzaam bouwen is voor B65 tamelijk neutraal. Voor het gebruik van oppervlaktedelfstoffen scoort B65 goed cement voorsp+w apening zand+grind opritten opritten rijdek 0 B45 B65 B85 0 B45 B65 B85 Figuur 7-7 Energie-inhoud in GJ Figuur 7-8 Milieukosten in miljoenen guldens De energie-inhoud van verschillende alternatieven is uitgezet in Error! Number cannot be represented in specified format.. Voor grove toeslagmaterialen en ophoogzand is nauwelijks verschil te zien. De verschillen zijn iets groter voor de cement (door het hogere gehalte portland) en aanzienlijk groter voor de productie van voorspanstaal. Het verschil voor B45 ten opzichte van B65 is 100 GJ. Een modern woonhuis (gasverbruik 1000 m 3 per jaar) kan hiermee 3 jaar toe. Dit aspect scoort dus negatief. 60

71 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Een manier om de verschillende milieu-effecten te sommeren zijn de milieukosten (Figuur 7-8). Daarbij worden effecten zoals emissies, afval, energie-inhoud, uitputting grondstoffen, aantasting milieu en hinder (geluid en stank) gekapitaliseerd. Het effect blijkt nogal afhankelijk van de herkomst van het ophoogmateriaal (moet het van ver komen?, wordt werk met werk gemaakt?). Duurzaamheid Een hogere betonsterkteklasse geeft een dichtere beton. Deze is dus beter bestand tegen de invloeden die de kwaliteit van het beton in de loop der jaren kunnen aantasten zoals chlorideindringing, carbonatatie, alkali-silica reactie en vorst-dooi schade. Een onderzoek naar de gerapporteerde schades in het Data Informatie Systeem Kunstwerken van Rijkswaterstaat leerde dat er niet veel ernstige schades zijn geconstateerd. Voor een deel komt dit omdat de bruggen zorgvuldig zijn uitgevoerd (voor het merendeel in B37,5 en B45) en voor een ander deel door de nog jonge leeftijd, jaar. Eventuele schades zullen - normaal gesproken - pas na deze periode optreden. Duidelijk is natuurlijk wel dat de kans op schade lager zal zijn bij het toepassen van B65. Op termijn heeft dit een gunstige invloed op de onderhoudskosten. In Error! Number cannot be represented in specified format. is ter illustratie aangegeven na hoeveel jaren ter hoogte van de wapening (dekking van 40 mm) het kritisch chloridegehalte wordt overschreden in een agressieve omgeving B35 B45 B55 B65 Druksterkte (N/mm 2 ) middenin dek onderin dek bovenin dek gemiddelde van drie metingen Tijd verstreken vanaf het moment van storten (dagen) Figuur 7-9 Overschrijden drempel- Figuur 7-10 Sterkteontwikkeling B65-viaduct Crispijnsewaarde chloridegehalte straat te Etten-Leur (jaren) [27] De grotere en snellere warmteproductie leidt vooral in de wat dikkere brugdekken (0,80 m) tot temperaturen van C [6]. Zonder maatregelen is er kans op grote temperatuurverschillen tussen het hart van de plaat en de oppervlakte. Dit kan aanleiding geven tot scheurvorming. Om dit effect te beheersen kan worden overgegaan tot koelen. Ook kan er voor worden gekozen de scheurwijdtes te beheersen met extra huidwapening. Voor het viaduct bij Burgerveen [6] (B85, 1,15 meter dik t.p.v. de steunpunten) bleek een huidwapening van Ø voldoende. Beter is het om het rijdek direct na het storten (of vlinderen) af te dekken met een isolatiedeken. Deze houdt de temperatuurverschillen binnen aanvaardbare grenzen. Ook wordt hiermee een goede afdichting tegen uitdrogen van de pas gestorte betonspecie verkregen. In de praktijk zijn zo met de standaard isolatiedekens of met eenvoudig bolletjesplastic zeer dichte scheurvrije brugdekken gerealiseerd. Bekisting en isolatie kunnen worden verwijderd als het temperatuurverschil tussen het hart van het brugdek en de buitenlucht ongeveer 15 C is. De verhardingskrimp van B65 is vergelijkbaar met een afkoeling van C. Deze treedt vrijwel tegelijk op met de afkoeling van de hogere verhardingstemperatuur. Door de snelle verharding (Figuur 7-10) treedt deze binnen enkele dagen na het storten op. Deze verplaatsingen moeten kunnen worden opgenomen door de bekisting, de bekistingsondersteuningen en de opleggingen van het brugdek. 61

72 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Na 3 dagen kan een dek voor 60% worden voorgespannen (ook in de winter). Binnen een week kan volledig worden voorgespannen. 62

73 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Conclusies Samenvattend kan voor plaatviaducten worden geconcludeerd: - dat B65 voor de meest gangbare overspanningsgroottes een voor de hand liggende keuze is, - dat ongeveer kosten-neutraal een duurzamer constructie kan worden verkregen, - dat grotere overspanningen kunnen worden ontworpen als plaatviaduct in plaats van als kokerbrug, - dat de milieu-effecten gering zijn; ze zijn deels positief, deels negatief Kokerbruggen In eerste instantie heeft de Bouwdienst de aandacht voor de mogelijke toepassing van betonsterkteklasses van B85 en hoger in de bruggenbouw gericht op de mogelijkheden in grote kokerbruggen, in Nederland voornamelijk uitbouwbruggen [7]. De verwachting was, dat vooral besparingen zouden kunnen worden verkregen op de diktes van de ondervloer en de wanden. Ook zijn er mogelijkheden om de de constructiehoogte aanzienlijk te beperken. Toen duidelijk werd dat sterktes tot en met B85 goed op de bouwplaats te realiseren zijn, zijn de mogelijkheden voor plaatviaducten onderzocht. Dit is in het vorige hoofdstuk aan de orde geweest. B65 bleek in vele gevallen een optimale keuze. Bij de ontwikkeling van geschikte B65- mengsels kon dankbaar gebruik worden gemaakt van de kennis die was opgedaan bij de ontwikkeling van B85-mengsels. Plaatviaducten bleken economisch aantrekkelijk te zijn tot overspanningen in de orde van m. Daarboven begint het domein van de kokerbruggen. In [4] is aangetoond dat prismatische kokers 20-30% slanker kunnen worden uitgevoerd, vooral bij grotere overspanningen: B45 overspanning/ constructiehoogte B B Het wordt nu aantrekkelijk overspanningen die tot nog toe een verlopende constructiehoogte hadden (orde overspanning 100 meter) uit te voeren als prismatische koker, eventueel met weglating van de ondervloer in het middendeel van de overspanning. Dit geeft een eenvoudiger ontwerp, wapening en bekisting. De extra voordelen van betonsterkteklasses groter dan B85 lijken niet zo groot te zijn. Bij het goed uitnutten van hogere sterktes blijken twee criteria maatgevend. De dwarskracht moet geheel worden opgenomen door de wanden. Bij slanke kokers met dunne wanden worden de drukdiagonalen de maatgevende onderdelen (toetsing op τ 2 ). Wanneer voorspankanalen door de wanden lopen dan reduceren deze de in rekening te brengen wanddikte relatief veel. Het is dan sterk te overwegen over te gaan naar het toepassen van uitwendige voorspanning, zie Error! Number cannot be represented in specified format. en [8]. Ook wordt het moeilijk de voorspankabels te plaatsen en te laten verlopen in de constructie. Bij afnemende constructiehoogte neemt de benodigde hoeveelheid voorspanning toe. Dunnere constructiedelen bieden hiertoe minder mogelijkheden. Ook hier kan uitwendige voorspanning uitkomst bieden. Figuur 7-11 Kokerbrug in B85 met uitwendige voorspanning (steunpunt (l) en veld )) Hierna zullen verschillende aspecten worden beschreven die een rol speelden bij de keuze van een optimaal alternatief voor de Tweede Stichtse Brug, een uitbouwbrug met een hoofdoverspanning van 160 m. De alternatieven, kritieke aspecten in het besluitvormingsproces, constructieve voordelen en duurzaam bouwen aspecten zullen de revue passeren. 63

74 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton De Tweede Stichtse Brug Alternatieven De eerste Stichtse Brug ligt in rijksweg 27 tussen Utrecht en Almere, over het Gooimeer. Vanwege de te lage capaciteit moest een tweede brug worden gebouwd [9]. De nieuwe brug moest visueel identiek zijn aan de bestaande. Daardoor stonden bouwmethode en constructiehoogtes al bij voorbaat vast. Er werden 3 alternatieven ontworpen (Error! Number cannot be represented in specified format.), één in lichtbeton B45, één in grindbeton B65 en één in Hogere Sterkte Beton B85. 2,50 80,00 160,00 80,00 21,93 0,50 0,40 0,32 1,00 0,65 0,55 4,05 13,86 4,05 LB45 NB65 HSB85 Figuur 7-12 Drie alternatieven voor de Tweede Stichtse Brug Ontwerpkeuze en kritieke aspecten Nadat studies hadden aangegeven dat de toepassing van hoge sterkte beton aantrekkelijk zou kunnen zijn, is gestart met het uitvoeren van een aantal grootschalige praktijkproeven. Hierover is in de hoofdstukken 1 en 5 al bericht. De proeven waren bedoeld om ervaring op te doen in de praktijk en om vertrouwen te kweken bij de ontwerpers, de toezichthouders, de aannemers en de betonproducenten. Bij elke proef werd gewerkt met een wisselende samenstelling van elk van deze disciplines. Dit om een zo breed mogelijk draagvlak te verkrijgen. Na de tweede proef was het al duidelijk dat een uitbouwbrug op de gebruikelijke manier kan worden gemaakt in de gewenste kwaliteit. De stichtingskosten van de drie alternatieven verschilden onderling maximaal 5%. B85 was het goedkoopst, B65 het duurst. De afgeleide voordelen zoals lichtere funderingen, lichtere opleggingen en dergelijke zijn hierbij niet inbegrepen. B85 bood een aantal aantrekkelijke voordelen, zowel op het gebied van ontwerp als op het gebied van duurzaamheid en duurzaam bouwen. De Bouwdienst wilde innovatie op gebied van hoogwaardig beton en duurzaam bouwen stimuleren. Al deze argumenten hebben geleid tot de keuze van het alternatief in B85 [9]. Ook wanneer voor een ander alternatief zou zijn gekozen, dan zouden uitgebreide praktijkproeven nodig zijn omdat ook productie, verwerken en afwerken van B45 lichtbeton en B65 grindbeton behoorlijk afwijken van de gangbare praktijk. Bij het maken van de keuze tussen de drie betonsoorten en het ramen van de stichtingskosten is ook rekening gehouden met de nog onbekende c.q. weinig bekende aspecten die van belang zijn bij het maken van een kwalitatief goede brug, de zogenaamde kritieke aspecten. Dit zijn de aspecten die in meerdere of mindere mate de resultaten van de toepassing van een bepaalde betonsoort kunnen beïnvloeden. Ook aspecten die extra zorg of aandacht behoeven zijn als kritisch aangemerkt. Als referentie diende een fictief ontwerp in B45, een materiaal waarvan de meeste aspecten als bekend werden verondersteld. Kwalificaties als grotere en sterkere gelden ten opzichte van B45. 64

75 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Tabel 7-3 Kritieke aspecten LB-B45 GB-B65 HSB-B85 Hogere bekistingsdruk o o o * o Transporttijd, acceptatie mengsel ** o o o ** o Consistentie bij verwerking * o * o ** o Normaal trillen o o o o o o Afwerken vers gestort beton * o */** # */** # Temperatuurontwikkeling verharding o o ** #/## ** #/## Kleurverschillen o o o o ** ## Uitnutten hogere aanvangssterkte o o o o o o Haalbaarheid betonsterkteklasse * o * o * o Bekendheid krimp- en kruipparameters ** # ** # ** # Verticale vervormingen ** # o o o o Meer uitkragingsvoorspanning * #/## * #/## * #/## Vermoeiingseigenschappen o o o o o o Dwarskracht * o o o o o Opruwen stortnaden o o * o/# ** o/# Craquelé scheurvorming * o o o o o Scholvorming ** # o o o o Spalling nabij de verankeringen ** o ** o ** o ** verdient aandacht; nalatigheid heeft na dere actie tot gevolg, bijvoorbeeld bij niet acceptabele kleurverschillen moet het betonoppervlak worden gecoat. * verdient aandacht; nalatigheid heeft ongewenste gevolgen, bijvoorbeeld uitdrogingskrimpscheurtjes. o als een ontwerp in B45. ## fl fl # fl fl o als een ontwerp in B45. De toenmalige verwachtingen zijn weergegeven in. In elke kolom is het belang van elk aspect aangegeven met een aantal *. Een indruk van de verwachte inspanning aan gekapitaliseerde manweken, materiaal en middelen, nodig om de kritische aspecten te beheersen is in elke kolom aangegeven met een aantal #. De belangrijkste aspecten waren de afwerking van het beton, de temperatuursontwikkeling gedurende de verharding, kleurverschillen en onbekendheid met de krimp- en kruipparameters. Ze worden uitgebreid besproken in [9] en [12]. Inmiddels is gebleken, dat verschillende eigenschappen voor B65 die aanvankelijk als minder kritisch werden ingeschat dan voor B85, toch ook extra aandacht vergen (zoals consistentie bij verwerken, temperatuurontwikkeling bij verharden, verdichting). Voor elk alternatief werd de helft van de gekapitaliseerde voorzieningen bij de stichtingskosten geteld. Nog steeds bleek B85 het voordeligst, zij het dat de verschillen afnamen tot 3,5%. De meeste aspecten bleken in de praktijk gunstiger uit te pakken dan waar in de tabel op was gerekend. Voordelen B85 [10] De dunnere wanden en ondervloer geven een aanzienlijke reductie van het gewicht van de zwaarste doorsneden in de buurt van de rivierpijlers. Tot 1995 werd B45 toegepast in 3,50 m lange secties. Deze wegen ongeveer hetzelfde als 5,00 m lange secties in B85. Het gebruik van deze langere secties verkort de bouwtijd met 3 maanden. De snelle verharding geeft enige logistieke vrijheid. De gebruikelijke bouwsnelheid was één sectie per week (aan elke zijde). Deze bouwcyclus kan zonodig met één tot twee dagen worden verkort. Dit kan van belang zijn bij het inlopen van opgelopen vertragingen bij de bouw. De reductie van het gewicht van de koker geeft de grootste bijdrage aan de reductie van de benodigde hoeveelheid voorspanning. Het was gebruikelijk de voorspanankers van de uitkragingskabels te plaatsen in de buurt van het zwaartepunt van de doorsnede. De kabels werden drie dagen na het betonstorten gespannen. Door de trage ontwikkeling van de sterkte van B45 was het nodig de verankeringen te vergroten. Een wanddikte van 0,55 meter was nodig om ze te bergen. Om de wanddikte te kunnen beperken tot 0,32 meter, moesten de verankeringen ergens anders worden geplaatst. Het bleek mogelijk de verankeringen aan te brengen in de bovenflens, direct naast de wanden (Error! Number cannot be represented in specified format.). 65

76 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Vanwege de snelle verharding konden kleinere ankerplaten worden gebruikt. Op het moment van spannen was een sterkte van 35 MPa vereist. Tijdens de bouw werd deze sterkte (in winter en zomer) binnen 24 uur bereikt. Error! Number cannot be represented in specified format. laat zien dat de uitkragingskabels geheel in de bovenflens zijn gelegen. Daardoor worden heel eenvoudige kabelverlopen verkregen waardoor de wrijvingsverliezen in de kabels met 8% worden gereduceerd. Omdat de kabels de verticale beugelwapening in de wanden niet meer kruisen, ontstaat een eenvoudige beugelwapening. Het storten van het beton in de dunne wanden wordt niet meer gehinderd door voor te spannen uitkragingskabels. Voor de dwarskrachtberekening hoeft de wanddikte niet meer te worden gereduceerd. Het voorspanverlies wordt 4% kleiner door de geringere krimp- en kruipvervorming. 132*19*12,9 Figuur 7-13 Plaatsing uitkragingskabels en verankeringen Vergeleken met B65 loopt de totale besparing op de hoeveelheid voorspanning op tot 20%. Dit vergemakkelijkt de plaatsing in het rijdek. Het rijdek wordt minder door sparingen verzwakt waardoor de kans op schades tijdens het spannen, bijvoorbeeld scholvorming, kleiner. De brugkoker blijkt niet gevoelig voor vervormingen op de lange termijn door (variatie van) de E- modulus, kruip en krimp. Berekeningen met afwijkingen van + of -20% geven na 30 jaar doorbuigingen van de hoofdoverspanning van mm [10], [14]. Nadelen B85 [10], [13], [14] De hydratatie van B85 veroorzaakt een aanzienlijke temperatuurstijging in de nieuw gestorte secties. In de dikke delen van de flenzen loopt de berekende en gemeten temperatuur in de winter op tot 53 ºC. In de al verharde secties is de betontemperatuur 5 ºC. De afkoeling veroorzaakt grote trekspanningen. De gebruikte betonspecie heeft een grote verhardingskrimp; deze is in de orde van 0,25 mm/m (gelijkwaardig aan een temperatuurdaling van 25 ºC). Samen met de gevolgen van de grote temperatuursdaling zullen op een aantal plaatsen de trekspanningen de treksterkte overschrijden. Er moet rekening worden gehouden met scheurvorming (Figuur 7-14). Vooral de boven- en onderflens zijn kritisch. 66

77 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Voorgaande moot Nieuwe moot Figuur 7-14 Potentiële scheurvorming in uitbouwmoten In een uitbouwbrug in B65 (Vianen) is de kans op scheurvorming ongeveer gelijk. Temperatuurontwikkeling en verhardingskrimp zijn iets geringer, de treksterkte echter ook. Verschillende maatregelen om de kans op scheurvorming te beperken zijn onderzocht [13], [14], zoals het toevoegen van lichte toeslagmaterialen, het verhogen van de water-cementfactor en het verlagen van de specietemperatuur. Geen van deze maatregelen kunnen de kans op scheurvorming voor 100% voorkomen. In de bovenflens is dwarsvoorspanning toegepast, samen met minimale wapening (2*φ16-125). De dwarsvoorspanning werd binnen 24 uur na het storten gespannen, voordat de trekspanning de treksterkte van het beton overschreed. Er is nauwelijks scheurvorming opgetreden. In het dikste deel van de onderflens bedraagt het wapeningspercentage 1,25% (2*φ20-200). De scheurwijdte wordt zo beperkt tot maximaal 0,15 mm (7 scheuren). Het berekende aantal scheuren werd in de praktijk meestal sterk onderschreden. In de hele brug was voor scheurwijdtebeheersing 6% (gewicht) extra wapening nodig. De wapeningskosten werden daardoor 5% groter. Wanneer de scheurwijdte beperkt blijft tot 0,10-0,15 mm, dan is de kans groot dat in statische scheuren de scheuren dichtgroeien (self-healing). In de scheuren trekkend vocht zal het nog niet gehydrateerde cement (40-45%) in staat stellen te reageren. De scheurwijdte wordt ook verkleind door de drukspanning die ontstaat wanneer de volgende moten door afkoeling en verhardingskrimp willen verkorten. Veel van de geconstateerde scheuren waren na enkele maanden niet meer terug te vinden. Duurzaam bouwen [15] en Error! Number cannot be represented in specified format. laten zien dat aanzienlijke besparingen kunnen worden verkregen voor de benodigde toeslagmaterialen. De besparing op het voorspanstaal is al eerder besproken. De hoeveelheden cement zijn min of meer gelijk. Door de lichtere brugkoker kunnen in de fundering twee stalen palen worden bespaard. Lichtere opleggingen kunnen worden toegepast. 67

78 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Tabel 7-4 Enige karakteristieke hoeveelheden beton m % voorspanstaal ton % gewicht brugdek ton % LB-B45 GB-B65 HSB-B % % % % % % cement aandeel portland kg/m lb-b45 GB-B65 HSB-B85 hoogoven kg/m brugdek ton % % % 40 grof toeslagmateriaal gesinter de vliegas rivier grind gebroken grind aandeel kg/m zand aandeel kg/m sterkte beton gewicht koker voorspanstaal cement Figuur 7-15 Idem in % t.o.v. B85 Ook op energiebehoefte scoort B85 goed (Error! Number cannot be represented in specified format.). Wapeningstaal en dwarsvoorspanning variëren weinig per alternatief. De besparing vanwege de aanzienlijk kleinere hoeveelheid langsvoorspanning levert de grootste bijdrage aan de vermindering van de energie-inhoud. Het groter aandeel portlandcement doet de besparing voor een deel teniet. De energie die nodig is om licht toeslagmateriaal te produceren zorgt voor een slechtere score op dit aspect. Voor B65 is in uitgegaan van 400 kg hoogovencement. In de praktijk wordt echter circa 100 kg portlandcement en circa 300 kg hoogovencement gebruikt. Dit geeft een hogere energie-inhoud voor B LB-B45 NB-B65 HSB-B85 toeslagmaterialen cement langsvoorspanning dwarsvoorspanning wapeningstaal Figuur 7-16 Energie-inhoud in GJ 68

79 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Beheersing van scheurvorming door temperatuur- en krimpvervorming Met een geschikt computerprogramma kan het gevaar voor scheurvorming worden afgetast. Omdat de vele parameters die worden gebruikt bij de berekening benaderingen zijn of niet precies van tevoren bekend zijn, moet worden benadrukt dat een precieze berekening niet mogelijk is. Wel kan bij verstandige keuze van de invoerparameters en een goede variatie ervan een goede indruk worden verkregen van te verwachten temperaturen en spanningen. In de meeste gevallen zijn de programma's bedoeld voor tweedimensionale situaties (een dwarsdoorsnede over een constructie). De spanningen in de derde dimensie worden dan afgeleid met bepaalde veronderstellingen (bijvoorbeeld voor de verhinderingsgraad voor vervorming in die richting). Het is dus belangrijk vooraf goed na te gaan of de gewenste berekeningsresultaten wel met het beoogde programma kunnen worden berekend. De computerberekeningen hebben meestal de volgende opzet: Berekening van de temperatuurontwikkeling Aan de hand van mengseleigenschappen, eigenschappen van de bekisting en weersomstandigheden kan een goede indruk worden verkregen van de temperatuur in de verhardende constructie op verschillende tijdstippen. Praktijkmetingen hebben uitgewezen dat temperaturen goed kunnen worden voorspeld. Onder bepaalde omstandigheden kan aan de hand van de temperatuurverschillen in een doorsnede redelijk worden beoordeeld of scheurvorming kan worden verwacht. Berekening van materiaaleigenschappen Aan de hand van het berekende temperatuurverloop kunnen de eigenschappen van de verhardende specie in de loop van het verhardingsproces worden afgeleid. Afhankelijk van het programma worden hierbij verschillende benaderingswijzen gehanteerd. Sommige programma's gaan uit van de reactiegraad (verhouding tussen het gehydrateerde deel van de cement op het beschouwde tijdstip en het totaal te hydrateren deel van de cement), andere van de hydratatiegraad (verhouding van het gehydrateerde deel van de cement ten opzichte van de aanwezige cement). Er tekent zich een tendens af, dat de benadering van de hydratatiegraad een betere manier is om de materiaaleigenschappen te bepalen. Voor meer achtergrond leze men [17] en/of [18]. Bij Hogere Sterkte Beton is het noodzakelijk dat de verhardingskrimp ook kan worden meegenomen. Dit is nog niet bij alle programma's het geval. Berekening van spanningen Door de verandering van de temperaturen en de ontwikkeling van verhardingskrimp willen de verschillende constructiedelen van vorm veranderen. Wanneer dit wordt verhinderd zullen spanningen ontstaan. Deze spanningen zijn van meer factoren afhankelijk: ontwikkeling van de elasticiteitsmodulus, relaxatie, verhinderingsgraad, aanvangstemperatuur van de specie en het reeds verharde beton, enz. Een programma kan voor verschillende doeleinden worden gebruikt: - Er kunnen berekeningen worden gemaakt om ruim voor het storten een indruk te krijgen van de temperaturen en spanningen die kunnen ontstaan. Daartoe moeten de verschillende invoerparameters zodanig worden gevarieerd, dat alle situaties die redelijkerwijs tijdens de verharding kunnen voorkomen, worden afgedekt. De uitkomsten kunnen dan aanzienlijk uiteenlopen. - Direct na het storten kan een berekening worden gemaakt om bijvoorbeeld het ontkistingstijdstip te bepalen. Verschillende invoerparameters, zoals weersomstandigheden en specietemperatuur zijn dan beter bekend. De uitkomsten zullen weinig spreiding vertonen. - Achteraf kunnen berekeningen worden gemaakt om geconstateerde of gemeten verschijnselen te verklaren. Ook dan zullen de invoerparameters bekend zijn. 69

80 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Bij de interpretatie van de uitkomsten moet worden bedacht, dat de meeste programma's zijn ontwikkeld voor betonmengsels die in de praktijk veel worden gebruikt: B25, B35, B45. Over het algemeen zijn hiermee redelijke resultaten bereikt. Hogere Sterkte Beton-mengsels hebben als eigenschap dat het verhardingsproces veel sneller verloopt. Variaties en afwijkingen in de invoerparameters kunnen afwijkingen geven waarvan men zich terdege bewust moet zijn. Ook specifieke eigenschappen, zoals (het verloop van) verhardingskrimp en relaxatie kunnen sterk afwijken. Over verschillende eigenschappen is nog niet veel bekend. In een aantal gevallen zullen proeven moeten worden gedaan om de juiste eigenschappen te kunnen bepalen (adiabatische temperatuurontwikkeling, de ontwikkeling van verhardingskrimp, E-modulus, trek- en druksterkte in de tijd, enz). Van verschillende programma's is gebleken, dat de berekeningsresultaten redelijk overeen komen met de gemeten waarden (TEMPSPAN [19], [20], [22], [23]; SPATEM [19], [22], [23]). Wanneer voor een goede beoordeling de materiaalparameters van het toe te passen materiaal moeten worden gebruikt, dan dient men zich er van bewust te zijn dat bijtijds wordt begonnen met de benodigde onderzoeken. Sommige onderzoeken kunnen maanden in beslag nemen! 7.4 Invoerparameters De belangrijkste invoerparameters zijn: - de adiabatische temperatuurstijging, - de vorm van de constructie, - de parameters voor warmtetransport door de beton: warmtecapaciteit, warmtegeleidingscoëfficiënt, - de parameters voor warmtetransport door de bekisting: dikte, warmtegeleidingscoëfficiënt, warmteovergangscoëfficiënt, isolatie, - omgevingstemperatuur en windsnelheid gedurende de verharding, eventueel zoninstraling, - de begintemperatuur van de specie en de eventueel aanwezige al verharde constructiedelen, - ontkistingstijdstip, - vervormingsverhindering van de verhardende delen. Verschillende programma's hebben de mogelijkheid materiaalparameters op te slaan in bestanden, zodat hergebruik mogelijk is. Op enkele parameters wordt nader ingegaan. In de bijlagen wordt dieper ingegaan op mogelijke keuzen voor de waarden van parameters en praktijkervaringen die van belang zijn om een afgewogen keuze te kunnen maken Adiabatische temperatuurstijging en andere betonparameters Wanneer de warmteproductie van een Hogere Sterkte Beton-mengsel wordt vergeleken met die van een in de praktijk gebruikelijk B35-mengsel, valt een aantal zaken direct op (Error! Number cannot be represented in specified format.). Voor een B85-mengsel stijgt de temperatuur in 35 uur na het storten van 20 C naar 70 C, bij B35 van 20 C naar 60 C. Er wordt dus meer warmte geproduceerd in een kortere periode. In deze kortere periode kan ook minder warmte worden afgevoerd naar de omgeving. Het ligt voor de hand dat de temperatuur in de verhardende B85 aanzienlijk hoger zal oplopen dan de gebruikelijke praktijkwaarden. De bij verschillende proeven gemeten temperaturen onderstrepen deze veronderstelling. 70

81 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Temperatuur ( o C) gemeten voor B85 benadering met SPATEM een B35-mengsel Tijd (uren) Figuur 7-17 Vergelijking adiabaten B85 en B35 In de meeste programma's moet de adiabaat numeriek worden ingevoerd: op achtereenvolgende tijdstippen moet de temperatuur worden opgegeven. Vervolgens moeten de opgegeven waarden worden benaderd door een functie. In SPATEM kan worden gekozen voor een n e -graads kromme of een e-macht. Bij Hogere Sterkte Beton is vaak sprake van een lange dormante periode (tot 12 uur). De benadering door een polynoom kan in deze periode een sinusachtige vorm aannemen. Daardoor kan de berekening behoorlijk van slag raken; er ontstaan dan grote afwijkingen die niet altijd even opvallend zijn. Men dient hierop bedacht te zijn! Het is beter onder dit soort omstandigheden te kiezen voor de e-machtbenadering. De dormante periode wordt dan benaderd door een horizontale lijn. Ook bij andere programma s dient men op dergelijke ontsporingen bedacht te zijn. In principe heeft elk mengsel zijn eigen adiabatische temperatuurontwikkeling. De temperatuurontwikkeling is vooral afhankelijk van de hoeveelheid cement en de soort en maalfijnheid van de cementen. In de bijlagen is voor enkele mengsels de adiabaat weergegeven Verhardingskrimp De verhardingskrimp is een fenomeen dat aanzienlijke invloed kan hebben op vervormingen en spanningen tijdens het verharden. Voor B65 en B85 kan deze krimpvervorming net zo groot worden als die ten gevolge van een afkoeling van 20 à 25 C! De vorm van de dwarsdoorsnede Sommige programma's zijn speciaal ontwikkeld voor bepaalde problemen. SPATEM is bijvoorbeeld speciaal ontwikkeld voor wanden die op een reeds verharde vloer worden gestort. Ook een losse wand of vloer kan worden berekend. Dit houdt in dat het programma alleen kan worden gebruikt als de te storten constructie passend kan worden geschematiseerd of redelijkerwijs kan worden benaderd. In vele gevallen kan hiermee worden volstaan. Zo kunnen de temperaturen in een brugdek met overstekken goed worden voorspeld met de schematisatie als rechthoekige plaat. Het voordeel van dit soort programma's is, dat de invoer simpel is. Er zijn ook programma's waarmee elke willekeurige doorsnede van een constructie (met willekeurige combinatie van reeds verhard beton aan verhardende beton) kan worden beschreven, zoals HEAT en DIANA. 71

82 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton De bekistingsparameters De parameters voor warmtegeleiding door de bekisting zijn gevoelig voor allerlei omstandigheden zoals wind, vochtigheid en de overige delen van de bekistingscontructie. Deze zijn vooraf moeilijk precies in te schatten. Ingevoerd worden de warmteovergangscoëfficiënt, de warmtegeleidingscoëfficiënt en de dikte van de bekisting. De meeste programma's gaan er van uit, dat de bekisting uit een homogene plaat bestaat. Bij het toepassen van isolatie moeten de eigenschappen ervan in de eigenschappen van de bekistingsplaat worden verwerkt. Dit kan met de geëigende theorieën uit de bouwfysica [24]. Bij het afleiden van parameters kan gebruik worden gemaakt van tabellenboeken voor de bouwfysica [25]. Voor isolatiewaarden van isolatiedekens en dergelijke moet informatie worden ingewonnen bij de leverancier De weersomstandigheden De weersomstandigheden gedurende de verharding hebben grote invloed op het verloop ervan. Er kunnen twee aspecten worden onderscheiden: - het dagelijkse temperatuurverloop - de wind Men moet er rekening mee houden dat extreme situaties kunnen voorkomen. Zo is bij [22] in mei gedurende enkele dagen overdag +30 C en s nachts +10 C gemeten. Daarna daalde de temperatuur in één dag naar ongeveer 10 C gedurende de hele dag. Ook moet rekening worden gehouden met maatregelen in de winterperiode. De bekisting en beton kunnen worden geïsoleerd. Betonspecie kan worden verwarmd tot temperaturen van meer dan 25 C [26] bij buitentemperaturen van circa 0 C. De constructie kan worden ingepakt in een tentachtige constructie. Hete lucht kannonnen zorgen ervoor dat de temperatuur in de tent niet te snel zakt. Dit soort omstandigheden kunnen eerder tot scheurvorming leiden dan warme zomerse omstandigheden De verhinderingsgraad Wanneer de vervorming van een verhardend constructiedeel wordt verhinderd, zal dit zelden voor 100% het geval zijn. Enig "meegeven" van de ondergrond of een reeds verhard constructiedeel heeft aanzienlijke beperking van spanningen tot gevolg. In sommige programma's kan een verhinderingsgraad worden opgegeven. In andere programma's wordt de vervorming van het al verharde deel berekend (DIANA). 7.5 Beoordelingscriteria scheurvorming Op basis van spanningen Om te kunnen beoordelen of de verwachte (berekende) krimp- en temperatuurvervormingen tot scheurvorming zullen leiden zullen de daaruit volgende spanningen in de constructie moeten worden berekend. Hierbij moet rekening worden gehouden met de ontwikkeling in de tijd van de trek- en druksterkte, elasticiteitsmodulus, relaxatie, temperatuursontwikkeling, verhindering van vervorming door al verharde constructiedelen, enz. Dit kan voor een wat gecompliceerde constructie - zoals bijvoorbeeld een moot in een uitbouwbrug - een tamelijk bewerkelijke berekening zijn. De berekende spanningen moeten worden worden vergeleken met de treksterkte ter plaatse, rekening houdend met de mogelijke spreiding. Wanneer scheurvorming kan optreden, dan moeten daarvoor passende maatregelen worden getroffen (zie Hoofdstuk 7.1). Wanneer met alle factoren wordt rekening gehouden dan is de benadering op basis van spanningen de beste manier om een goed inzicht te krijgen in de risico s voor scheurvorming. Hiervoor zijn verschillende computerprogramma s beschikbaar. Deze benadering wordt in [18] uitgebreid besproken. De toepassing voor een uitbouwbrug komt in [13] aan de orde. Voor een niet gecompliceerde toepassing zoals een ter plaatse gestort brugdek is een voorbeeldberekening beschikbaar [16]. 72

83 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Op basis van temperatuurverschillen Voor minder gecompliceerde constructiedelen zoals een massief brugdek of een sloof waarvan de vervormingen niet worden gehinderd door ander constructiedelen is het mogelijk het risico voor scheuren in te schatten alleen op grond van de ontwikkelde verschillen in verhardingstemperatuur. Deze manier is niet onomstreden vanwege het gevaar dat de invloed van bepaalde elementen die spanningen kunnen doen ontwikkelen (verhinderde vervorming, verhardingskrimp) over het hoofd worden gezien. Ze stamt uit de tijd dat er nog geen enkele manier was om de spanningen met enige zekerheid te kunnen voorspellen. Over het algemeen betreffen de berekeningen het verloop van de temperaturen in een maatgevende doorsnede op verschillende tijdstippen na het storten. Op een bepaald tijdstip kunnen de temperaturen in de doorsnede aanzienlijk verschillen. Wanneer de betonmortel gedeeltelijk verhard is, kunnen vervormingen ten gevolge van de temperatuurverschillen die daarna optreden, niet vrij meer plaatsvinden. De temperatuurverschillen kunnen worden vertaald naar een gemiddelde temperatuurverhoging over de hoogte ( T), een rechtlijnig over de hoogte verlopend deel (de temperatuurgradiënt T) en de eigentemperaturen (Error! Number cannot be represented in specified format.). (lineair verlopende deel) (gearceerde deel) Figuur 7-18 Temperatuureffecten De gelijkmatige temperatuurverhoging wil de constructie doen verlengen en, wanneer de constructie weer afkoelt, verkorten. Wanneer dit wordt verhinderd, ontstaan spanningen in de constructie. De temperatuurgradiënt wil de doorsnede doen krommen. Wanneer dit wordt verhinderd, dan ontstaan spanningen in de constructie. De eigentemperaturen geven altijd spanningen, de zogenaamde eigenspanningen. De trek- en drukspanningen zijn binnen een doorsnede met elkaar in evenwicht. Er wordt van uitgegaan, dat scheurvorming optreedt als het temperatuurverschil binnen de doorsnede meer dan 15 C bedraagt (het 'D15-criterium' uit [17]). Wanneer kromming wordt verhinderd, is dit het verschil ten opzichte van de gemiddelde temperatuurverhoging (Error! Number cannot be represented in specified format.). Wanneer kromming kan optreden, dan is dit het verschil ten opzichte van de T-lijn. 73

84 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Figuur 7-19 Scheurcriterium Bij een aangenomen breukrek van en een uitzettingscoëfficiënt α=10-5 kan een temperatuurverschil van 12 C worden overbrugd zonder dat scheuren optreden. De waarde van 15 C is verantwoord omdat: - een deel van de opgewekte spanningen ten gevolge van relaxatie van het jonge beton verdwijnen, - een deel van de optredende temperatuurverschillen ontstaat in de periode dat de beton nog geen sterkte heeft opgebouwd. Het D15-criterium is niet betrouwbaar voor Hogere Sterkte Beton. Dit vanwege het feit dat in het temperatuurcriterium geen rekken worden verdisconteerd die voortvloeien uit de verhardingskrimp. Deze is voor het toegepaste mengsel in de orde van 0,25 mm/m (vergelijkbaar met de verkorting door afkoeling met 25 C!). Beton dat enige tijd een hogere temperatuur heeft gehad, zal ook een grotere rijpheid hebben en daardoor ook een grotere verhardingskrimp. Deze krimp (verkorting) compenseert voor een deel de verlenging door de temperatuurverhoging. 7.6 Literatuur 1. CUR-Aanbeveling 37 Hoge sterkte beton. Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving; mei Syllabus cursus Ervaringen met Hogere Sterkte Beton. Stichting Postacademisch Onderwijs, Civiele Techniek en Bouwtechniek; oktober Lambotte, H.,Taerwe, L., Deflection and cracking of high-strength concrete beams and slabs. ACI Special Publication SP-121; W.T. Hester Ed., Detroit, 1990, p Nuijens, D., Optimaal gebruik van HSB in de bruggenbouw? afstudeerrapport TU Delft, jan Wagenaar, P., Kaptijn, N., Van der Veen, C., Hoge sterkte in plaatviaducten? Cement 1996/6, p Kaptijn, N., Klijn Velderman, F.G., Van der Marel, A.P., Plagmeijer, A.P.M., Eerste HSBviaduct in Nederland. Cement 1996/9, p De Vries, G.J.M., Toepassing van hoge sterkte beton in vrije-uitbouwbruggen. afstudeerrapport TU Delft, mei Van Kempen, M.A.J., Zwart, H.G., Kokerligger met uitwendige voorspanning. afstudeerrapport Hogeschool s Hertogenbosch, juni Kaptijn, N.,Krielaart, G.H., De Tweede Stichtse Brug; een toepassing van beton met hoge sterkte B85. Cement 1994/6, p Kaptijn, N., High strength concrete in large balanced cantilever bridges in The Netherlands; new developments; the pros and the cons. proceedings FIP congres, mei 1998, Amsterdam, p Krielaart, G.H., Dudar, J., De Tweede Stichtse Brug voltooid (I). Cement 1998/1, p

85 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Kaptijn, N., Vermeulen, G.P.C., De Tweede Stichtse Brug voltooid (II); ervaringen met het bouwen van een grote brugconstructie in B85. Cement 1998/3, p Gall, G.W., Kaptijn, N., Van der Veen, C., De Tweede Stichtse Brug voltooid (III); krimpen temperatuureffecten. Cement 1998/4, p Van der Veen, C., Kaptijn, N., Gall, W., Application of lightweight aggregates in cantilever bridges. proceedings International symposium on high performance and reactive powder concretes, augustus 1998, Sherbrooke, Canada, p Krielaart, G.H., Reij, A.W.F., Hordijk, D.A., Tweede Stichtse Brug in hoge sterkte beton; een bijdrage aan duurzaam bouwen? Civiele Techniek 19??, p Van der Vliet, C., Enkele rekenvoorbeelden voor verhardende brugdekken in Hogere Sterkte Beton. in bewerking. 17. Lokhorst, S.J., Van Beek, A., Koenders, E.A.B., Van Breugel, K., Het grijze gebied van jong beton (III): Ontwikkeling van de mechanische eigenschappen: sterkte en stijfheid. Cement 1996/2, p Braam, C.R., Van Breugel, K., Van der Veen, C., Walraven, J.C.; Betonconstructies onder temperatuur- en kruipvervormingen. BetonPraktijkreeks; oktober Praktijkproef beton met hoge sterkte. Ballast Nedam, Bouwdienst Rijkswaterstaat, Betonmortelfabriek Utrecht (BEFU), Stichting Productontwikkeling Betonmortel (SPOB), Toepasbaarheid van beton met hoge sterkte in de Tweede Stichtse Brug. Welling Didam, Bouwdienst Rijkswaterstaat, BEFU, TU Delft; april Praktijkproef hoge sterkte beton Oudenrijn. Strukton Betonbouw, Bouwdienst Rijkswaterstaat, Transportbeton Pioneer, MEBIN ATA, juni BDD 2169 Aanpassing knooppunt Burgerveen, Rapportage Hoge Sterkte Beton. Koninklijke Van Drunen, Bouwdienst Rijkswaterstaat, Cementbouw, MEBIN, SPOB, TU Delft. 23. Krimp- en temperatuureffecten in HSB-uitbouwbruggen. afstudeerverslag G.W. Gall; TU Delft; april Bouwfysica I: deel 1 Grondslagen warmte en vocht.. collegedictaat TU Delft; Ir E.H.Tumbuan, maart Bouwfysisch Tabellarium. TU Delft vakgroep Bouwfysica gc45.k, okt.ober Van der Vorm, L.H.A., Tweede Stichtse Brug; Eindrapportage Hoge Sterkte Beton. Koninklijke Aannemingsmaatschappij Van Drunen BV, juni Duracrete. BriteEuram project BE-1347, werkrapporten. 75

86 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 8. Resultaten experimenteel onderzoek naar Hogere Sterkte Beton 8.1 Inleiding De Nederlandse Betonvoorschriften VBC 1995 hebben betrekking op beton in sterkteklassen tot B65. Of de voorschriften ook toegepast kunnen worden voor beton in de sterkteklasse groter dan B65 is niet zonder meer te zeggen. Bekend is dat Hogere Sterkte Beton in een aantal opzichten afwijkt van normale sterkte beton. Dit heeft geleid tot het opstellen van CUR-Aanbeveling 37 Hoge sterkte beton. Deze aanbeveling bevat een aantal toevoegingen en aanpassingen van clausules in NEN 6720 (VBC 1995), NEN 5950 (VBT 1986) en de NEN 6722 (VBU 88) om het ontwerpen en uitvoering van betonconstructies in Hogere Sterkte Beton tot en met sterkteklasse B105 mogelijk te maken. Na het tot stand komen van CUR-Aanbeveling 37 is de kennis van Hogere Sterkte Beton toegenomen. Gebleken is dat het bij toepassing van Hogere Sterkte Beton van groot belang is om vooraf zorgvuldig na te gaan in welk opzicht het gedrag van het beton afwijkt van dat van normaal beton. Dit kan per mengsel sterk verschillend zijn. Voor het tweetal betonmengsel, sterkteklasse B65 en B85, is een aantal proeven uitgevoerd met als doel na te gaan in hoeverre rekening moet worden gehouden met afwijkend materiaalgedrag. Enkele van de belangrijkste resultaten van deze onderzoeken worden in dit hoofdstuk kort weergegeven. 8.2 Onderzoek eigenschappen beton B Overzicht type experimenten Voor de bouw van een aantal recente kunstwerken in Nederland wordt een sterkteklasse B65 toegepast. Voor deze sterkteklasse is een aantal materiaaleigenschappen onderzocht van het jonge verhardende beton, alsmede van verhard beton met een ouderdom van 28 dagen. Van het jonge beton zijn de volgende eigenschappen bepaald: - ontwikkeling van het temperatuurverloop tijdens het verhardingsproces; - ontwikkeling van de druk- en treksterkte en de E-modulus ; - de verhardingskrimp; - de spanningsontwikkeling bij verhinderde vervorming; - kruip- en krimpgedrag bij drie verschillende tijdstippen van ouderdom bij belasten; - relaxatiegedrag, berekend uit de kruipproeven. Doel van deze onderzoeken was om na te gaan of het gedrag van Hogere Sterkte Beton significant afwijkt van dat van beton in de sterkteklasse lager dan B Mengselsamenstelling De meeste proeven zijn uitgevoerd met een referentiemengsel met de volgende samenstelling: - cement CEM III / B 42,5 (ENCI) : 300 kg/m 3 - cement CEM I 52,5 R (ENCI) : 100 kg/m 3 - water totaal : 160 kg/m 3 - zandfractie 0 4 mm : circa 46% - gebroken grind fractie 4 16 mm : circa 54% - lignosulfonaat (vastestofgehalte 36%) : 0,4 0,6% - naphtaleensulfonaat (vastestofgehalte 40%) : 0,7 1,5% De eisen t.a.v. het gedrag van de verse betonspecie zijn: - consistentiegebied 3 á 4 - luchtgehalte maximaal 2,5% In de praktijk is gebleken dat het gedrag van de verse specie en van het verhardende beton in sterke mate wordt beïnvloed door het type cement en de gebruikte hulpstoffen. De snelheid waarmee het verhardingproces plaatsvindt, en daarmee ook de snelheid waarmee de warmteontwikkeling en de verhardingskrimp optreden, is van grote invloed op de 76

87 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW spanningsontwikkeling en de kans op scheurvorming in de verhardingsfase. Het effect van het type cement, alsmede van de water-cementfactor, op de snelheid van een adiabatisch verhardingsproces is numeriek onderzocht met het simulatieprogramma HYMOSTRUC. De samenstelling van de beschouwde betonmengsels was als volgt: Variant I: Referentiemengsel 300 kg/m 3 cement CEM III/B 42, kg/m 3 cement CEM I 52,5 R Variant II 250 kg/m 3 cement CEM III/B 42, kg/m 3 cement CEM I 52,5 R Variant III 200 kg/m 3 cement CEM III/B 42, kg/m 3 cement CEM I 52,5 R Toegepaste water-cementfactoren: 0,3, 0,34, 0,37, 0,4 (=referentiemengsel) en 0,5. Naast variaties in het type cement en water-cementfactoren is een mengsel onderzocht waarin een gedeelte van het gebroken grind is vervangen door waterverzadigde lichte toeslag, t.w. Liapor F10. Voor dit mengsel is onderzocht wat het effect is van vervanging van een gedeelte van het grind door lichte toeslag op de verhardingskrimp Resultaten bepaling materiaaleigenschappen B65 Gedrag verse specie Voor de verse specie werden de in de praktijk bekende kentallen experimenteel bepaald, zoals de zetmaat, schudmaat, vloeimaat en het luchtgehalte. De resultaten zijn weergegeven in Tabel 8.1. In deze tabel zijn tevens de grenzen aangegeven waarbinnen de zetmaat en de schudmaat moeten liggen voor de consistentiegebieden 3 en 4. De gemeten schudmaat viel net buiten de bovengrens van consistentiegebied 4. Opgemerkt wordt dan voor mengsels voor Hogere Sterkte Beton de relatie tussen zetmaat, schudmaat en vloeimaat enerzijds en verwerkbaarheid anderzijds niet ondubbelzinnig vast ligt (zie ook hoofdstuk 6). Tabel 8-1 Karakteristieken van de verse specie van B65-mengsel Consistentiegebied 3 2) Consistentiegebied 4 2) Karakteristiek Gemeten waarden [mm] [mm] Zetmaat 1) Schudmaat Vloeimaat Volumieke massa Luchtgehalte 240 mm 620 mm 530 mm 2400 kg/m 3 1,6% ) 2) Bepaald binnen 15 minuten na mengen Grenzen consistentiegebieden conform voorschriften Sterkte en elasticiteitsmodulus Uit het experimentele onderzoek is gebleken dat, voor zover het de verwerkbaarheid betreft, met het referentiemengsel een B65 kan worden vervaardigd. De gemiddelde kubusdruksterkte van dit mengsel na 28 dagen bedroeg 73,8 MPa. De variant waarbij 25% (v/v) van het gebroken grind was vervangen door Liapor F10 bleef in sterkte slechts 5% achter bij het referentiemengsel en voldeed daarmee nog steeds aan de gestelde eis voor sterkteklasse B65 (zie, links). De oorzaak voor een geringere sterkte moet worden gezocht in de lagere sterkte van de lichte toeslagkorrel. Dat de sterktereductie zo gering is kan als volgt worden verklaard: - een sterkere matrix door voortgaande hydratatie bij toepassing van waterverzadigde lichte toeslag; - een betere aanhechting tussen matrix en toeslagkorrels. De gemeten splijttreksterkte kwam goed overeen met waarden berekend uit de gemeten gemiddelde kubusdruksterkte met formules gegeven in CUR rapport 23 en de EuroCode 90 (zie, rechts). 77

88 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Gem. druksterkte [MPa] % gebroken grind 20 25%(v/v) Liapor Gem. splijttreksterkte [MPa] Gemeten 2 CUR rapport 23 1 EC' Tijd [dagen] Tijd [dagen] Figuur 8-1 Gemeten gemiddelde druksterkte van grindbeton en liapor-gemodificeerd beton (links) en gemeten en berekende gemiddelde treksterkte van grindbeton (rechts) (NB: Berekening volgens CUR rapport 23 is de basis voor de berekeningen volgens VBC 1995) De gemeten elasticiteitsmodulus na 28 dagen verharden was iets lager dan de waarde die met de VBC-formule wordt gevonden. Voor de dwarscontractiecoëfficiënt ν werd een waarde gemeten van 0,18 à 0,20. Dit zijn de gebruikelijke waarden voor beton. Voor een grafische weergave van de relatie tussen de druksterkte en de elasticiteitsmodulus wordt verwezen naar paragraaf Verhardingskrimp Zowel uit de literatuur als uit de praktijk is bekend dat betonmengsels met een lage watercementfactor een grote verhardingskrimp vertonen. Het fenomeen verhardingskrimp is reeds beschreven in hoofdstuk 3. Voor het vervaardigen van beton B65 is in dit onderzoek gebruik gemaakt van een mengsel met een w.c.f. van 0,4. Na 300 uur had de verhardingskrimp van dit mengsel reeds een waarde bereikte van 0,2*10 3 [2]. Bij volledige verhindering van de vervormingen kan deze verhardingskrimp scheurvorming tot gevolg hebben. Een voorbeeld van de spanningsontwikkeling door verhardingskrimp in een B65-mengsel met een w.c.f. van 0,4 is weergegeven in. In de figuur is tevens de berekende elastische spanningsontwikkeling weergegeven. 6 5 Trekspanning [MPa] lin.elas. Spanning (berekend) spanning (gemeten) Tijd [uren] Figuur 8-2 Gemeten en (lineair elastisch) berekende spanning t.g.v. verhardingskrimp bij isotherme verharding bij 20 C. Referentiemengsel B65, w.c.f. = 0,4. Volledige verhindering van de vervorming 78

89 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Kennelijk zijn het plastisch vervormingsvermogen en de relaxatie van het jonge beton onvoldoende om scheurvorming te voorkomen. De verhardingskrimp kan worden gereduceerd door het verhogen van de water-cementfactor. Een andere mogelijkheid is het vervangen van een deel van het gebroken grind door waterverzadigd licht toeslagmateriaal. Door vervangen van 25% (v/v) van het gebroken grind door waterverzadigd Liapor F10 wordt de verhardingskrimp tot meer dan de helft gereduceerd. Het effect van de water-cementfactor op de verhardingskrimp is weergegeven in. Autogenous deformation [ ] Experiment, wcr 0.4 HYMOSTRUC wcr wcr 0.4 wcr 0.37 wcr B65 mixture wcr 0.3 wcr variable Temperature 20 C time [hours] Figuur 8-3 Effect water-cementfactor op verhardingskrimp. Meting (w.c.f. = 0,4) en berekeningen (NB: Verhardingskrimp is ongeveer gelijk aan autogenous deformation ) De krimpkrommen in deze figuur zijn numeriek bepaald met een uitgebreide versie van het simulatieprogramma HYMOSTRUC. Uit de figuur is af te lezen dat bij water-cementfactoren beneden 0,4 de verhardingskrimp aanzienlijk toeneemt. Wanneer deze vervormingen worden verhinderd zal ook de spanning in het beton flink kunnen oplopen. Het verhardingsproces en de daarmee samenhangende verhardingskrimp ontwikkelen zich langzamer als een deel van het portland cement wordt vervangen door hoogovencement. Het effect van gedeeltelijke vervanging van portlandcement door hoogovencement is numeriek geëvalueerd. Op grond van deze evaluatie en enkele aanvullende experimenten kon een scheurkansverlagend effect van het toepassen van hoogovencement worden vastgesteld. Meer onderzoek op dit punt is echter gewenst. Adiabatische temperatuurontwikkeling Adiabatische temperatuurkrommen vormen een onderdeel van de input voor computerberekeningen voor temperatuurverdelingen en sterkteontwikkeling in verhardende betonconstructies. Adiabatische temperatuurkrommen voor mengsels met een hoog cementgehalte en een lage water-cementfactor vertonen een zeer steile temperatuurstijging in het begin van het verhardingsproces, gevolgd door een vlak plateau met nauwelijks meetbare temperatuurstijging. Voor het uitvoeren van een adiabatische proef op Hogere Sterkte Beton zal men bedacht moeten zijn op de snelle warmteontwikkeling in de beginfase van de reactie. De regeling van de opstelling, d.w.z. de capaciteit van de opstelling om de snelle warmteontwikkeling te kunnen bijhouden, zal daarop gedimensioneerd moeten zijn. Een zeer nauwkeurige regeling is ook vereist in het traject waar nauwelijks enige warmte meer vrijkomt. In die fase is het gevaar voor oversturing of ondersturing van de proef zeer groot. Voor het uitvoeren van adiabatische verhardingsproeven kan worden verwezen naar CUR-Aanbeveling 67 [10]. 79

90 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Experimenteel kon goed worden vastgesteld dat bij een hogere storttemperatuur niet alleen de reactiesnelheid toeneemt, maar dat ook de duur van de dormante fase wordt verkort (dormante fase = periode tot aan begin binding). Krimp- en kruipgedrag van verhard beton Het kruipgedrag van beton belast na 28 dagen vertoonde een gedrag dat redelijk goed voorspelbaar bleek met de VBC-formules. De krimpvervormingen bleken daarentegen sterk af te wijken van de waarden volgens de VBC. De gemeten waarden waren veel kleiner dan met de VBC-formule werd voorspeld. Daarbij moet worden opgemerkt dat de VBC in principe van toepassing is tot en met sterkteklasse B65. Dit voorschrift is hier dus toegepast op de grens van zijn toepassinggebied. Krimpvoorspellingen met andere formules (ACI 209.R-82 [9], EC 90, Han [7] gaven eveneens een overschatting van de gemeten krimp. Het krimpgedrag voor deze betonmengsels vraagt derhalve om meer onderzoek. Geschiktsheidsonderzoek B65 De hier beschreven onderzoekresultaten hebben betrekking op een beton B65 met een gegeven standaardmengsel. Omdat in principe elke betonleverancier een bepaalde vrijheid heeft in de keuze van zijn grondstoffen (o.a. type cement en hulpstoffen), zal altijd een geschiktheidonderzoek moeten plaatsvinden. Kleine variaties in de chemische samenstelling van het cement kunnen de compatibiliteit met de hulpstoffen verstoren en daarmee het gedrag van de specie sterk beïnvloeden. Naast het uitvoeren van een geschikheidsonderzoek voor de betonspecie moet ook veel waarde worden gehecht aan een stortproef. 8.3 Onderzoek eigenschappen beton B Overzicht experimenteel onderzoek In paragraaf 8.2 werd vastgesteld dat een beton B65 kan worden gerealiseerd met een watercementfactor van 0,4. Voor het realiseren van hogere sterktes zal de water-cementfactor verder naar beneden moeten. Bij een mengsel met w.c.f. van 0,4 werd reeds een aanzienlijke verhardingskrimp geconstateerd die zelfs tot scheurvorming zou kunnen leiden. Verder verlagen van de w.c.f. zal de gevoeligheid voor scheurvorming vergroten. Tevens zal de hoeveelheid cement die nodig is voor het realiseren van een betonsterkte groter van B65 relatief groot zijn. Hierdoor zal de kans op temperatuurspanningen in de verhardingsfase toenemen. Het is dan ook te verwachten dat de scheurgevoeligheid van B85, vervaardigd met een w.c.f. lager dan 0,4 en een cementgehalte groter dan 400 kg/m 3, groter is dan van B65. Om het gedrag van B85 in de diverse stadia van het verharden beter te kunnen beschrijven is een aantal proeven uitgevoerd. Deze omvatten: - de zetmaat, vloeimaat en luchtgehalte; - ontwikkeling van de druksterkte; - elasticiteitsmodulus; - kruipgedrag van verhardend beton, belast na 24, 48 en 96 uur; - de verhardingskrimp; - de spanningsontwikkeling in isotherme en semi-adiabatische proeven. In de volgende paragrafen zullen de belangrijkste onderzoekresultaten worden gepresenteerd. De proeven zijn uitgevoerd op een betonmengsel dat was voorzien voor de bouw van de Tweede Stichtse Brug. Voor dit mengsel is onderzocht wat de invloed is van het verhogen van de w.c.f. op de verhardingskrimp. Tevens is uitgebreid onderzocht wat het effect is van gedeeltelijke vervanging van grind door waterverzadigd licht toeslagmateriaal (Liapor F10 en Lytag). 80

91 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Mengselsamenstelling referentiemengsel voor B85 Voor het onderzoek is de volgende mengselsamenstelling aangehouden: - cement CEM III / B 42,5 (CEMIJ) : 237 kg/m 3 - cement CEM I 52,5 R (ENCI) : 238 kg/m 3 - silica slurry (Silicoll SL Addiment: vaste stof 50%) : 50 kg/m 3 - water totaal (w.c.f. = 0,33) : 150 kg - zand 0 4 mm : circa 45% - gebroken grind 4 16 mm : circa 55% - lignosulfonaat (BV 1 - Addiment) : 0,2% - naphtaleensulfonaat (FM Addiment) : 2% Variaties op dit referentiemengsel betroffen de water-cementfactor. Deze varieerde van 0,33, 0,37, 0,40 tot 0,43. De hybride mengsels met gedeeltelijke vervanging van gebroken grind door lichte toeslag hadden een percentage licht toeslagmateriaal van 10%, 17,5% en 25% (v/v) Resultaten experimenteel onderzoek Speciekarakteristieken Voor mengsels met een cementgehalte van 475 kg/m 3 en 50 kg silica slurry (50/50) en een watercementfactor variërend van 0,33 tot 0,43 zijn de zetmaat, de schudmaat, de vloeimaat en het luchtgehalte bepaald. In een aantal mengsels was 25% (v/v) van het gebroken grind vervangen door lichte toeslag. De resultaten zijn samengevat in. In geen van de onderzochte mengsels is ontmenging opgetreden. Tabel 8-2 Karakteristieken van de verse specie van B85-mengsels Vervangingspercentage lichte toeslag Hulpstoffen Addiment BV1 Addiment FM951 Luchtgehalte Zetmaat Vloeimaat Schudmaat Mengsel wcf % % % % mm mm mm nr. 1) ,33 0,37 0,40 0,43 0,33 0,37 0,40 0,43 0, % Liapor 25% Liapor 25% Liapor 25% Liapor 25% Lytag 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 9,5 7,6 5,7 4,7 9,5 7,6 5,7 4,7 9,5 2,8 3,6 3,4 2,7 3,6 3,8 2,9 1,5 1, ) Mengselnummers als in [3] Opvallend is het afwijkende gedrag van het mengsel met 25% (v/v t.o.v. grof toeslagmateriaal) Lytag. Het waargenomen afwijkende gedrag zal stellig te maken hebben met de absorptiekarakteristieken van de Lytag korrels. Deze wijken sterk af van die van Liapor F10. Druksterkteontwikkeling Volgens verwachting neemt bij verhoging van de w.c.f. de kubusdruksterkte na 28 dagen aanzienlijk af (). Bij een w.c.f. van 0,33 bedroeg de karakteristieke kubusdruksterkte 93,5 MPa. Bij verhoging van de w.c.f. met 0,04 tot 0,37 bleek de karakteristieke sterkte te zijn afgenomen tot 77,9 MPa en werd een B85 dus niet meer gehaald. Hieruit blijkt dat het mengsel zeer gevoelig is voor de hoeveelheid water. Tevens is snel te zien dat het opvoeren van de w.c.f. om de verhardingskrimp te beperken onmiddellijk wordt afgestraft met een sterke reductie van de sterkte. 81

92 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 120 Gemiddelde kubusdruksterkte [MPa] w/c = 0.33 w/c = 0.37 w/c = 0.40 w/c = Tijd [dagen] Figuur 8-4 Gemiddelde kubusdruksterkte als functie van de tijd voor mengsels met watercementfactor 0,33, 0,37, 0,40 en 0,43. Isotherme verharding bij 20 C Met mengsels met een w.c.f. van 0,33 waarin 25% (v/v) gebroken grind is vervangen door met water verzadigde Liapor F10 of Lytag blijkt een beton B85 realiseerbaar (). Bij hogere watercementfactoren blijkt ook bij deze variant een B85 niet haalbaar. De sterkte van de hybride mengsels met een vervangingspercentage 10% en 17,5% (v/v) Liapor F10 bleek iets hoger te zijn dan van het referentiemengsel en van het mengsel met een vervangingspercentage van 25% (). 100 Gemiddelde kubusdruksterkte [MPa] % 10% % 25% % R l t Tijd [dagen] Figuur 8-5 Druksterkteontwikkeling in de tijd van B85-mengsels met verschillende vervangingspercentage van gebroken grind door lichte toeslag (w.c.f.=0,33) Elasticiteitsmodulus en dwarscontractie Evenals bij het B65-mengsel is ook bij het B85-mengsel gebleken dat de gemeten elasticiteitsmodulus door zowel de VBC-formule als de formule voorgesteld in CUR-Aanbeveling 37 wordt overschat. In deze formules wordt de elasticiteitsmodulus gekoppeld aan de kubusdruksterkte. Een veel betere voorspelling van de elasticiteitsmodulus werd verkregen met het Noorse voorschrift en de CEB/FIP formule (zie ook Figuur 3-5). De dwarsconstractiecoëfficiënt ν varieerde tussen 0,18 en 0,20. Dit zijn gebruikelijke waarden voor beton. 82

93 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Verhardingskrimp Zoals werd verwacht is de verhardingskrimp van het B85-mengsel aanzienlijk groter dan die van het B65-mengsel. Dit vanwege de lage water-cementfactor en het hoge cementgehalte. Onderzoek naar het gedrag van hybride mengsels toonde aan dat bij mengsels met watercementfactoren van 0,33 en 0,37 het vervangen van 25% (v/v) van het gebroken grind door met waterverzadigde Liapor de verhardingskrimp wordt gereduceerd met ongeveer 50% na 192 uur verharden. Door de reductie van de verhardingskrimp blijven de spanningen en de kans op scheurvorming aanzienlijk lager dan in het referentiemengsel. In zijn de spanningen ten gevolge van verhardingskrimp weergegeven voor mengsels met een enkel gebroken grind en met een vervangingspercentage van 25% (v/v) die zijn verhard bij 20 C. In het geschetste geval blijven de trekspanningen in het hybride mengsel aanzienlijk kleiner dan in het referentiemengsel en treedt geen scheurvorming op. In het referentiemengsel trad scheurvorming op na circa 220 uur bij een spanning van 3,5 MPa. Bij isotherm verharden van het B85-mengsel kan het vervangen van een deel van het gebroken grind door verzadigde lichte toeslag voldoende reductie van de verhardingskrimp opleveren om scheurvorming te voorkomen. Wanneer een B85 verhardt onder semi-adiabatische omstandigheden, hetgeen in de praktijk vrijwel altijd het geval is, zal in het afkoeltraject scheurvorming in de meeste gevallen onontkoombaar zijn als de vervormingen volledig worden verhinderd (zie ). Het aanbrengen van een scheurverdelende wapening of voorspannen zijn dan mogelijke maatregelen om excessieve scheurvorming tegen te gaan. Figuur 8-6 Spanningen ten gevolge van verhardingskrimp in B85-mengsels met en zonder vervanging van gebroken grind door verzadigde lichte toeslag bij isotherme verharding bij 20 C 83

94 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Figuur 8-7 Spanningen ten gevolge van verhardingskrimp in B85-mengsels met en zonder vervanging van gebroken grind door verzadigde lichte toeslag bij semi-adiabatische verharding Kruip van verhardend beton Voor het B85-referentiemengsel is het kruipgedrag bepaald aan proefstukken belast na 24, 48 en 96 uur na het storten met een belastingniveau van 40%. De spanning werd constant gehouden tijdens de proef. De kruipcoëfficiënten die zich uit het gemeten vervormingsgedrag laten afleiden zijn vergeleken met kruipwaarden berekend volgens de VBC 1995, ACI 209.R-82 [9], ModelCode 90, en de op de ModelCode gebaseerde methode Han [7]. Daarbij wordt opgemerkt dat alleen de methode Han expliciet is ontwikkeld voor het beschrijven van de kruip van Hogere Sterkte Beton. CUR-Aanbeveling 37 is een aanvulling op de VBC 1995 en is in wezen een gemodificeerde VBC-berekening. Uit de vergelijking van de berekende en de gemeten kruipcoëfficiënten blijkt dat in de vroege fase van de verharding de methode Han de beste resultaten geeft (zie Figuur 8-8). Voor een schatting van het kruipgedrag op langere termijn scoren ook de andere kruipformules vrij goed, behalve de formules uit de ModelCode 90. Met deze code wordt de kruip aanzienlijk onderschat Creep coefficient Time [d] VBC'95/CUR 37 ACI MC90 HAN Metingen Figuur 8-8 Vergelijking berekende en gemeten kruipcoëfficiënten B85 (alleen geldig voor het beproefde mengsel en begin belasten bij drie dagen ouderdom) 84

95 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Literatuur Voor een beschrijving van het onderzoek aan beton B65 en B85 wordt verwezen naar de volgend onderzoekrapporten: 1. Van der Marel, A.P., Horeweg, E.M., Onderzoek eigenschappen beton B65: Deel 1: Bepaling materiaaleigenschappen. Rapport , TU Delft, Sectie Betonconstructies. 2. Koenders, E.A.B., Van Breugel, K., Onderzoek eigenschappen beton B65: Deel 2: Experimenteel onderzoek naar het krimp- en kruipgedrag en naar de spanningsonwikkeling tijdens de vroege fase van het verhardingsproces. Rapport , TU Delft, Sectie Betonconstructies. 3. Van der Marel, A.P., Horeweg, E.M., Onderzoek eigenschappen beton B85. Deel 1: Bepaling materiaaleigenschappen. Rapport , TU Delft, Sectie Betonconstructies. 4. Van Breugel, K., Allas, G.H., Onderzoek eigenschappen beton B85: Deel 2: Experimenteel onderzoek naar het krimp- en kruipgedrag en naar de spanningsontwikkeling tijdens de vroege fase van het verhardingsproces van betonmengsels met verschillende watercementfactoren, vervaardigd met gebroken grind en met gedeeltelijke vervanging van grind door Liapor en Lytag. Rapport , TU Delft, Sectie Betonconstructies. 5. Van Breugel, K., Taheri, A., Onderzoek eigenschappen beton B85: Deel 3: Experimenteel onderzoek naar het kruip- en krimpgedrag tijdens de vroege fase van het verhardingsproces van betonmengsels met verschillende water-cementfactoren, vervaardigd met gebroken grind en met gedeeltelijke vervanging van grind door 25% Liapor. Rapport nn, TU Delft, Sectie Betonconstructies. 6. Souwerbren, C., Betontechnologie. Cement & Beton 1, Stichting BetonPrisma, 399 p. 7. Han, N., Time dependent behaviour of high strength concrete. Dissertatie, TU Delft, 317 p., CUR-Aanbeveling 37 Hoge sterkte beton. Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving, mei 1994, 19 p. 9. ACI Committee 209.R-82,. Prediction of creep, shrinkage and temperature effects in concrete structures, Part 1: Materials and general properties of concrete. ACI Manual of Concrete Practice, CUR-Aanbeveling 67 Bepaling adiabatische temperatuurontwikkeling van een verhardend beton. Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving, juni

96 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 9. Bestekseisen Hogere Sterkte Beton B65 en B Algemeen Het formuleren van bestekseisen moet zoveel mogelijk worden toegespitst op het formuleren van prestatie-eisen. Afhankelijk van de beschikbare grond- en hulpstoffen alsmede de beschikbare installatie kan de producent de samenstelling hierop optimaliseren. Het voorschrijven van een betonsamenstelling, resp. het voorschrijven van bepaalde grondstoffen, beperkt de mogelijkheden van de producent c.q. de aannemer. Onder bepaalde omstandigheden kan het zelfs leiden tot extra claims, namelijk wanneer hij (naar zijn mening) door het voorschrift de prestatie-eisen niet kan realiseren. Indien men derhalve besluit om zaken voor te schrijven, moet men daar goede argumenten voor hebben en moet men er zeker van zijn dat de prestatieeisen realiseerbaar blijven. Gezien de geringe ervaring die tot nu toe (1999) is opgedaan met Hogere Sterkte Beton, is het vooralsnog noodzakelijk om een geschiktheidsonderzoek, met daar in begrepen een proefstort, voor te schrijven. Dit geschiktheidsonderzoek moet ruim voor de eerste stort zijn afgerond. De ervaring leert dat er van centrale tot centrale belangrijke aanpassingen nodig kunnen zijn in het mengselontwerp en de wijze van doseren. Ook leert de ervaring dat het vinden van het optimale mengsel voor een bepaalde centrale ten behoeve van een bepaalde toepassing alsmede de optimale werkwijze voor een bepaalde toepassing voor B85 meer tijd vergt dan voor B65. Het optimale mengsel is sterk afhankelijk van de grondstoffen (cement, zand, grind, plastificeerders) die de betreffende centrale op dat moment gebruikt alsmede in welk constructiedeel en onder welke omstandigheden de aannemer het optimale mengsel wil toepassen. Het vinden van het optimale mengsel (geschiktheidsonderzoek) is dus de gezamenlijke verantwoording van de aannemer en de betoncentrale. Ondanks dat centrales voor de toepassing van B65 of B85 gecertificeerd kunnen zijn, wordt in de hierna volgende besteksteksten een geschiktheidsonderzoek voorgeschreven met daarin begrepen een proefstort. In het hierna volgende zijn de eisen en de optionele eisen gegeven voor resp. de delen 2 en 3 van de RAW. Met betrekking tot de inhoud van een RAW-bestek worden de volgende opmerkingen gemaakt: - Deel 1 bevat algemene gegevens die van belang zijn voor het geven van de opdracht, zoals benoeming van het werk, van belang zijnde data, gunningscriteria, etc. - Deel 2 geeft t.b.v. het begroten van het werk een opsomming van de uit te voeren werkzaamheden c.q. de te leveren producten (een staat van besteksposten). - Deel 3 geeft met betrekking tot de uit te voeren werkzaamheden c.q. de te leveren producten extra eisen in algemene zin (standaardbepalingen die gelden voor het gehele bestek). In de nu volgende delen van dit hoofdstuk zijn de teksten die in het bestek kunnen worden opgenomen, getypt in een KAPITALE LETTER ; tevens zijn deze teksten gemarkeerd door een kantlijn. De overige tekst is veelal slechts ter toelichting. Een aantal bestekseisen is opgenomen vanwege de geringe ervaringen die er op dit moment (1999) zijn met werken in Hogere Sterkte Beton. Naarmate er meer ervaring komt, kunnen deze eisen wellicht weer verdwijnen. 86

97 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Hogere Sterkte Beton B Eisen RAW-deel 2 - STERKTEKLASSE B65. - MILIEUKLASSE 3: VOCHTIG IN COMBINATIE MET DOOIZOUTEN (c.q. een andere van toepassing zijnde milieuklasse). - VOOR HANDREIKING SAMENSTELLING ZIE RAW-DEEL 3. Eén van de twee volgende teksten opnemen: - HET OPPERVLAK DIENT OP EEN DAARVOOR GESCHIKT MOMENT TE WORDEN GEVLINDERD. - HET OPPERVLAK DIENT OP EEN DAARVOOR GESCHIKT MOMENT TE WORDEN AFGEWERKT. - DE BOVENKANT (VAN DE RIJDEKKEN) DIRECT NA HET VLINDEREN C.Q. HET AFWERKEN AFDEKKEN MET EEN DAMPREMMENDE FOLIE. DEZE FOLIE TENMINSTE LATEN LIGGEN TOTDAT 60% VAN DE VEREISTE BETONDRUKSTERKTE IS BEREIKT. - N.a.v. het geschiktheidsonderzoek als bedoeld in paragraaf (RAW-deel 3): Per project kan worden overwogen om een onderdeel van het werk (bijv. een sloof) te gebruiken voor de in het geschiktheidsonderzoek genoemde proefstort. Dit onderdeel dient dan in deel 2 te worden benoemd Optionele eisen RAW-deel 2 - DE BOVENKANT (VAN DE RIJDEKKEN) DIRECT NA HET VLINDEREN C.Q. HET AFWERKEN AFDEKKEN MET EEN ISOLATIEDEKEN MET EEN K-WAARDE VAN CIRCA 2,5. DEZE ISOLATIEDEKEN TENMINSTE LATEN LIGGEN TOTDAT 60% VAN DE VEREISTE BETONDRUKSTERKTE IS BEREIKT. Als deze eis wordt opgenomen, vervangt hij de hierboven vermelde eis m.b.t. de dampremmende folie. Afhankelijk van de concrete situatie (dikte constructie, weersgesteldheid, toegepaste bekisting, etc.) kan de kans op het ontstaan van scheurvorming tijdens of in de eerste periode van de verharding worden berekend (zie hoofdstuk 7). Het toepassen van een isolatiedeken tijdens de verhardingsperiode heeft als belangrijk voordeel dat de temperatuurgradiënt ten gevolge van de hydratatiewarmte relatief gering is. De kans op scheurvorming ten gevolge van hydratatiewarmte wordt hiermee sterk gereduceerd. Bovendien reduceren de rest-betontrekspanningen. De ervaringen met het toepassen van isolatiedekens zijn goed. In geval van betonstorten tegen reeds verhard beton moet van geval tot geval worden overwogen of een isolatiedeken de voorkeur verdient. - TOESLAGMATERIAAL: VOOR DE GROVE FRACTIE GEBROKEN TOESLAGMATERIAAL 4-16 MM TOEPASSEN. Het toepassen van gebroken toeslagmaterialen 4-16 mm voor betonnen dekken in Hogere Sterkte Beton heeft een aantal voordelen. Genoemd worden: - De vereiste sterkteklasse kan met een hoger percentage hoogovenslak worden bereikt. Een voordeel hiervan is: minder kans op scheurvorming c.q. vermindering van de inwendige spanningen t.g.v. hydratatiewarmte. - Betere hechting van de cementmatrix aan de toeslag. Een voordeel hiervan is: een homogener product waarin minder makkelijk haarscheuren ontstaan. Ook is hierdoor sprake van een relatief hoge treksterkte. 87

98 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Eisen RAW-deel Samenstelling betonmengsel B65 - HET TOEPASSEN VAN BETONGRANULAAT, METSELWERKGRANULAAT OF MENGGRANULAAT IS NIET TOEGESTAAN. - BEREKEND OP HET TOTALE CEMENTGEHALTE MOET VOOR STERKTEKLASSE B65 HET CEMENT TENMINSTE 50% (M/M) HOOGOVENSLAK BEVATTEN. - MAXIMAAL LUCHTGEHALTE 2,5%. - GEZIEN DE GERINGE ERVARING DIE TOT NU TOE (1999) IS OPGEDAAN MET HOGERE STERKTE BETON, WORDT VOOR DE BETONSAMENSTELLING VAN B65 DE VOLGENDE HANDREIKING GEGEVEN: CEMENT: TOTAAL KG/M 3, WAARVAN 75% CEM III/B 42,5 LH HS EN 25% CEM I 52,5 R; HIERMEE WORDT VOLDAAN AAN DE EERDER GESTELDE EIS M.B.T. 50% (M/M) HOOGOVENSLAK. TOESLAGMATERIAAL: ZAND 0-4 MM GEBROKEN STEENSLAG 4-16 MM; WATER-CEMENTFACTOR: 0,35-0,40 HULPSTOFFEN: PLASTIFICEERDER; SUPERPLASTIFICEERDER; CONSISTENTIEGEBIED: OP TIJDSTIP VAN VERWERKEN MINIMAAL 3. N.B.: - DE HIER GEGEVEN BETONSAMENSTELLING IS SLECHTS BEDOELD ALS HANDREIKING: ER ZIJN VELE ANDERE MOGELIJKHEDEN OM B65 TE REALISEREN. - DEZE HANDREIKING IS GEEN BESTEKSEIS EN KAN DUS GEEN ANDERE BESTEKSEISEN OVERRULEN. - DE AANNEMER IS VERANTWOORDELIJK VOOR DE MENGSELSAMENSTELLING EN DE PRESTATIES TEN AANZIEN VAN DE STERKTE EN DE VERWERKBAARHEID Eisen en uitvoering betonwerk B65: Nabehandeling betonspecie - ARTIKEL VAN DE STANDAARD 1995 IS NIET VAN TOEPASSING. - IN AFWIJKING VAN DE VBU 1988 (NEN 6722), ARTIKEL 9.7, DIENT DE NABEHANDELING TE GESCHIEDEN CONFORM CUR-AANBEVELING 31, WAARBIJ IN ARTIKEL 6.1 VAN DE AANBEVELING 50% MOET WORDEN VERVANGEN DOOR 60%. - SCHEURVORMING T.G.V. HET VROEGTIJDIG UITDROGEN VAN DE TOPLAAG VAN DE BETONSPECIE (VELVORMING) DIENT TE WORDEN VOORKOMEN. Scheurvorming t.g.v. het vroegtijdig uitdrogen van de toplaag van de betonspecie (velvorming) kan in het algemeen worden voorkomen, c.q. worden weggewerkt, door het betonoppervlak in de periode tussen afreien en vlinderen, nat te houden door middel van verneveling en direct na het vlinderen af te dekken met een dampremmende folie. - MINIMALE DRUKSTERKTE BIJ ONTKISTEN: 60% VAN DE VEREISTE BETONDRUKSTERKTE. Indien de betondruksterkte 60% van de vereiste betondruksterkte bedraagt, hoeven de ontkiste vlakken niet meer te worden nabehandeld. Een uitzondering kan worden gemaakt voor sloven en poeren in de grond, mits deze direct na het ontkisten worden aangestort met grond. 88

99 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Eisen en uitvoering B65: Geschiktheidsonderzoek - MINIMAAL 6 WEKEN VOOR DE EERSTE STORT VAN BETON B65 MOET OP BASIS VAN DE RESULTATEN VAN EEN GESCHIKTHEIDSONDERZOEK WORDEN AANGETOOND DAT HET VOORGESTELDE MENGSEL AAN DE GESTELDE EISEN VOLDOET. - TWEE WEKEN VOOR AANVANG VAN HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK MOET EEN PLAN VAN AANPAK, MET BETREKKING OP HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK, IN TWEEVOUD TER BESCHIKKING WORDEN GESTELD AAN DE DIRECTIE. - HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK MOET MINIMAAL DE VOLGENDE ASPECTEN BEVATTEN: - BETONSAMENSTELLING (AARD, FABRIKAAT EN HOEVEELHEID VAN TOEGEPASTE STOFFEN, WATER- CEMENTFACTOR, ZEEFKROMME, VOLUMIEKE MASSA, LUCHTGEHALTE); - MENGPROCEDÉ (VOLGORDE, MENGTIJD, SPECIE-TEMPERATUUR); - CONSISTENTIEONTWIKKELING DE ZET-, VLOEI- EN SCHUDMAAT MOETEN DIRECT NA DE PRODUCTIE VAN DE SPECIE WORDEN BEPAALD EN ELK HALF UUR HIERNA TOT DRIE UUR NA DE PRODUCTIE. DE AANVANGSTEMPERATUUR EN HET BEGIN VAN DE BINDING MOETEN WORDEN BEPAALD. - DRUKSTERKTEONTWIKKELING DOOR BEPROEVING VAN PROEFKUBUSSEN (IN 3-VOUD) MOET DE DRUKSTERKTE OP DE VOLGENDE TIJDSTIPPEN NA STORTEN WORDEN BEPAALD EN GEREGISTREERD: 24 UUR, 48 UUR, 72 UUR, 7 DAGEN, 14 DAGEN EN 28 DAGEN. DE PROEFKUBUSSEN DIENEN ONDER GECONDITIONEERDE OMSTANDIGHEDEN TE WORDEN BEWAARD. - DOOR MIDDEL VAN EEN PROEFSTORT VAN TENMINSTE 8 M 3 HOGERE STERKTE BETON-SPECIE B65 MOET WORDEN AANGETOOND DAT HET BEOOGDE MENGSEL VOLDOET AAN DE GESTELDE VERWERKINGSEISEN. DE PLAATS EN VORM VAN DEZE PROEFSTORT EN DE TE TOETSEN EIGENSCHAPPEN MOETEN IN OVERLEG MET DE DIRECTIE WORDEN BEPAALD; - BEPALING ADIABAAT BIJ EEN AANVANGSTEMPERATUUR VAN DE SPECIE VAN 20 C CONFORM CUR- AANBEVELING 67; - GEWOGEN RIJPHEID: OP BASIS VAN 6 WAARNEMINGEN EEN IJKGRAFIEK MAKEN. - DE RESULTATEN VAN HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK MOETEN DOOR DE AANNEMER IN EEN RAPPORT WORDEN VASTGELEGD EN IN 2-VOUD AAN DE DIRECTIE WORDEN VERSTREKT. - DE KOSTEN VAN HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK, MET DAAR IN BEGREPEN EEN PROEFSTORT, WORDEN GEACHT TE ZIJN BEGREPEN IN DE LEVERINGSKOSTEN VOOR BETON B Informatie overdracht B65: Aanpassing betonmengsel - HET OP HET WERK UITVOEREN VAN AANPASSINGEN AAN HET BETONMENGSEL, VAN WELKE AARD DAN OOK, IS NIET TOEGESTAAN Algemene bepalingen: Van toepassing zijnde bepalingen - OP HET WERK ZIJN MEDE VAN TOEPASSING: CUR-AANBEVELING NR. 9: BEPALING VAN DE STERKTEONTWIKKELING VAN JONG BETON OP BASIS VAN GEWOGEN RIJPHEID ; CUR-AANBEVELING NR. 31: NABEHANDELEN EN BESCHERMEN VAN BETON ; CUR-AANBEVELING NR. 37; HOGE STERKTE BETON ; CUR-AANBEVELING NR. 38: MAATREGELEN OM SCHADE AAN BETON DOOR ALKALI-SILICAREACTIE TE VOORKOMEN. CUR-AANBEVELING 67: BEPALING ADIABATISCHE TEMPERATUURONTWIKKELING VAN EEN VERHARDEND BETON. 89

100 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Optionele eisen RAW-deel Samenstelling betonmengsel B65 - VERWERKINGSEISEN BEPALEN EN TOEPASSEN WELKE PASSEN BIJ HET DESBETREFFENDE CONSTRUCTIEDEEL EN DE GEKOZEN UITVOERINGSMETHODE. 90

101 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Hogere Sterkte Beton B Eisen RAW-deel 2 - STERKTEKLASSE B85. - MILIEUKLASSE 3: VOCHTIG IN COMBINATIE MET DOOIZOUTEN (c.q. een andere van toepassing zijnde milieuklasse). - VOOR HANDREIKING SAMENSTELLING ZIE RAW-DEEL 3. - TOESLAGMATERIAAL: VOOR DE GROVE FRACTIE GEBROKEN TOESLAGMATERIAAL 4-16 MM TOEPASSEN. Het toepassen van gebroken toeslagmaterialen 4-16 mm voor betonnen dekken in Hogere Sterkte Beton heeft een aantal voordelen. Genoemd worden: - De vereiste sterkteklasse kan met een hoger percentage hoogovenslak worden bereikt. Een voordeel hiervan is: minder kans op scheurvorming c.q. vermindering van de inwendige spanningen t.g.v. hydratatiewarmte. - Betere hechting van de cementmatrix aan de toeslag. Een voordeel hiervan is: een homogener product waarin minder makkelijk haarscheuren ontstaan. Ook is hierdoor sprake van een relatief hoge treksterkte. - HET OPPERVLAK DIENT OP EEN DAARVOOR GESCHIKT MOMENT TE WORDEN AFGEWERKT. - DE BOVENKANT (VAN DE RIJDEKKEN) DIRECT NA HET AFWERKEN AFDEKKEN MET EEN DAMPREMMENDE FOLIE. DEZE FOLIE TENMINSTE LATEN LIGGEN TOTDAT 60% VAN DE VEREISTE BETONDRUKSTERKTE IS BEREIKT. - N.a.v. het geschiktheidsonderzoek als bedoeld in paragraaf (RAW-deel 3): Per project kan worden overwogen om een onderdeel van het werk (bijv. een sloof) te gebruiken voor de in het geschiktheidsonderzoek genoemde proefstort. Dit onderdeel dient dan in deel 2 te worden benoemd Optionele eisen RAW-deel 2 - DE BOVENKANT (VAN DE RIJDEKKEN) DIRECT NA HET AFWERKEN AFDEKKEN MET EEN ISOLATIEDEKEN MET EEN K-WAARDE VAN CIRCA 2,5. DEZE ISOLATIEDEKEN TENMINSTE LATEN LIGGEN TOTDAT 60% VAN DE VEREISTE BETONDRUKSTERKTE IS BEREIKT. Als deze eis wordt opgenomen, vervangt hij de hierboven vermelde eis m.b.t. de dampremmende folie. Afhankelijk van de concrete situatie (dikte constructie, weersgesteldheid, toegepaste bekisting, etc.) kan de kans op het ontstaan van scheurvorming tijdens of in de eerste periode van de verharding worden berekend (zie hoofdstuk 7). Het toepassen van een isolatiedeken tijdens de verhardingsperiode heeft als belangrijk voordeel dat de temperatuursgradiënt ten gevolge van de hydratatiewarmte relatief gering is. De kans op scheurvorming ten gevolge van hydratatiewarmte wordt hiermee sterk gereduceerd. Bovendien reduceren de rest-betontrekspanningen. De ervaringen met het toepassen van isolatiedekens zijn goed. In geval van betonstorten tegen reeds verhard beton moet van geval tot geval worden overwogen of een isolatiedeken de voorkeur verdient. 91

102 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Eisen RAW-deel Samenstelling betonmengsel B85 - HET TOEPASSEN VAN BETONGRANULAAT, METSELWERKGRANULAAT OF MENGGRANULAAT IS NIET TOEGESTAAN. - BEREKEND OP HET TOTALE CEMENTGEHALTE MOET VOOR STERKTEKLASSE B85 HET CEMENT TENMINSTE 50% (M/M) HOOGOVENCEMENT CEM III/B-42,5 LH HS BEVATTEN. - MAXIMAAL LUCHTGEHALTE 3,0%. - GEZIEN DE GERINGE ERVARING DIE TOT NU TOE (1999) IS OPGEDAAN MET HOGERE STERKTE BETON, WORDT VOOR DE BETONSAMENSTELLING VAN B85 DE VOLGENDE HANDREIKING GEGEVEN: CEMENT: TOTAAL ONGEVEER 475 KG/M 3, WAARVAN 50% CEM III/B 42,5 LH HS; 50% CEM I 52,5 R; TOESLAGMATERIAAL: ZAND 0-4 MM GEBROKEN STEENSLAG 4-16 MM; WATER-CEMENTFACTOR: 0,30-0,35 HULPSTOFFEN: PLASTIFICEERDER; SUPERPLASTIFICEERDER; VULSTOF: SILICA FUME (MIN. 25 KG/M 3 ) CONSISTENTIEGEBIED: OP TIJDSTIP VAN VERWERKEN MINIMAAL 3. N.B.: - DE HIER GEGEVEN BETONSAMENSTELLING IS SLECHTS BEDOELD ALS HANDREIKING: ER ZIJN VELE ANDERE MOGELIJKHEDEN OM B85 TE REALISEREN. - DEZE HANDREIKING IS GEEN BESTEKSEIS EN KAN DUS GEEN ANDERE BESTEKSEISEN OVERRULEN. - DE AANNEMER IS VERANTWOORDELIJK VOOR DE MENGSELSAMENSTELLING EN DE PRESTATIES TEN AANZIEN VAN DE STERKTE EN DE VERWERKBAARHEID. - DOOR DE AANNEMER MOET WORDEN AANGETOOND DAT DE TE GEBRUIKEN TOESLAGMATERIALEN VOOR BETON NIET GEVOELIG ZIJN VOOR ALKALI-TOESLAGREACTIES CONFORM NEN5905:1991, ARTIKEL HET ZICH BEROEPEN OP LANGDURIGE ERVARING (EERSTE GEDACHTENSTREEPJE) IS NIET ACCEPTABEL. HET GEHALTE REACTIEVE BESTANDDELEN VAN HET TOESLAGMATERIALENMENGSEL MAG NIET HOGER ZIJN DAN 2% (M/M). HET ONDERZOEKSINSTITUUT DAT DE ANALYSE UITVOERT BEHOEFT DE GOEDKEURING VAN DE DIRECTIE. - ALLE VAN DE AANNEMER TE ONTVANGEN INFORMATIE OVER DE TOESLAGMATERIALEN DIENT -RELEVANT- BETREKKING TE HEBBEN OP DE WINPLAATSEN WAARUIT DE RESPECTIEVELIJKE TOESLAGMATERIALEN ZIJN C.Q. ZULLEN WORDEN BETROKKEN. 92

103 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Eisen en uitvoering betonwerk B85: Nabehandeling betonspecie - ARTIKEL VAN DE STANDAARD 1995 IS NIET VAN TOEPASSING. - IN AFWIJKING VAN DE VBU 1988 (NEN 6722), ARTIKEL 9.7, DIENT DE NABEHANDELING TE GESCHIEDEN CONFORM CUR-AANBEVELING 31, WAARBIJ IN ARTIKEL 6.1 VAN DE AANBEVELING 50% MOET WORDEN VERVANGEN DOOR 60%. - HET OPPERVLAK VAN HET RIJDEK DIENT OP EEN DAARVOOR GESCHIKT MOMENT TE WORDEN AFGEWERKT. - SCHEURVORMING T.G.V. HET VROEGTIJDIG UITDROGEN VAN DE TOPLAAG VAN DE BETONSPECIE (VELVORMING) DIENT TE WORDEN VOORKOMEN. Scheurvorming t.g.v. het vroegtijdig uitdrogen van de toplaag van de betonspecie kan in het algemeen worden voorkomen, c.q. worden weggewerkt, door het betonoppervlak in de periode tussen afreien en vlinderen, nat te houden door middel van verneveling en direct na het vlinderen af te dekken met een dampremmende folie. - MINIMALE DRUKSTERKTE BIJ ONTKISTEN: 60% VAN DE VEREISTE BETONDRUKSTERKTE. Indien de betondruksterkte 60% van de vereiste betondruksterkte bedraagt, hoeven de ontkiste vlakken niet meer te worden nabehandeld. Een uitzondering kan worden gemaakt voor sloven en poeren in de grond, mits deze direct na het ontkisten worden aangestort met grond Eisen en uitvoering B85: Geschiktheidsonderzoek - MINIMAAL 6 WEKEN VOOR DE EERSTE STORT VAN BETON B85 MOET OP BASIS VAN DE RESULTATEN VAN EEN GESCHIKTHEIDSONDERZOEK WORDEN AANGETOOND DAT HET VOORGESTELDE MENGSEL AAN DE GESTELDE EISEN VOLDOET. - TWEE WEKEN VOOR AANVANG VAN HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK MOET EEN PLAN VAN AANPAK, MET BETREKKING OP HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK, IN TWEEVOUD AAN DE DIRECTIE TER BESCHIKKING STELLEN. - HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK MOET MINIMAAL DE VOLGENDE ASPECTEN BEVATTEN: BEPALEN EN VASTLEGGEN VAN: - BETONSAMENSTELLING (AARD, FABRIKAAT EN HOEVEELHEID VAN TOEGEPASTE STOFFEN, WATER- CEMENTFACTOR, ZEEFKROMME, VOLUMIEKE MASSA, LUCHTGEHALTE); - MENGPROCEDÉ (VOLGORDE, MENGTIJD, SPECIE-TEMPERATUUR); - CONSISTENTIEONTWIKKELING DE ZET-, VLOEI- EN SCHUDMAAT MOETEN DIRECT NA DE PRODUCTIE VAN DE SPECIE WORDEN BEPAALD EN ELK HALF UUR HIERNA TOT DRIE UUR NA DE PRODUCTIE. DE AANVANGSTEMPERATUUR EN HET BEGIN VAN DE BINDING MOETEN WORDEN BEPAALD. - DRUKSTERKTEONTWIKKELING DOOR BEPROEVING VAN PROEFKUBUSSEN (IN 3-VOUD) MOET DE DRUKSTERKTE OP DE VOLGENDE TIJDSTIPPEN NA STORTEN WORDEN BEPAALD EN GEREGISTREERD: 24 UUR, 48 UUR, 72 UUR, 7 DAGEN, 14 DAGEN EN 28 DAGEN. DE PROEFKUBUSSEN DIENEN ONDER GECONDITIONEERDE OMSTANDIGHEDEN TE WORDEN BEWAARD. - DOOR MIDDEL VAN EEN PROEFSTORT VAN TENMINSTE 8 M 3 HOGERE STERKTE BETON-SPECIE B85 MOET WORDEN AANGETOOND DAT HET BEOOGDE MENGSEL VOLDOET AAN DE GESTELDE VERWERKINGSEISEN. DE PLAATS EN VORM VAN DEZE PROEFSTORT EN DE TE TOETSEN EIGENSCHAPPEN MOETEN IN OVERLEG MET DE DIRECTIE WORDEN BEPAALD. - BEPALING ADIABAAT BIJ EEN AANVANGSTEMPERATUUR VAN DE SPECIE VAN 20 C CONFORM CUR- AANBEVELING GEWOGEN RIJPHEID OP BASIS VAN 6 WAARNEMINGEN EEN IJKGRAFIEK MAKEN. - SPLIJTTREKSTERKTEONTWIKKELING DOOR BEPROEVING VAN PROEFKUBUSSEN (IN 3-VOUD) MOET DE SPLIJTTREKSTERKTE WORDEN BEPAALD EN GEREGISTREERD OP DE VOLGENDE TIJDSTIPPEN NA STORTEN: 48 UUR, 7 DAGEN EN 28 DAGEN. DE PROEFKUBUSSEN MOETEN ONDER GECONDITIONEERDE OMSTANDIGHEDEN WORDEN BEWAARD. 93

104 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton - DE RESULTATEN VAN HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK MOETEN DOOR DE AANNEMER IN EEN RAPPORT WORDEN VASTGELEGD EN IN 2-VOUD AAN DE DIRECTIE WORDEN VERSTREKT. - DE KOSTEN VAN HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK, MET DAAR IN BEGREPEN EEN PROEFSTORT, WORDEN GEACHT TE ZIJN BEGREPEN IN DE LEVERINGSKOSTEN VOOR BETON B Informatie overdracht B85: Aanpassing betonmengsel - HET OP HET WERK UITVOEREN VAN AANPASSINGEN AAN HET BETONMENGSEL, VAN WELKE AARD DAN OOK, IS NIET TOEGESTAAN Algemene bepalingen; Van toepassing zijnde bepalingen - OP HET WERK ZIJN MEDE VAN TOEPASSING: CUR-AANBEVELING NR. 9: BEPALING VAN DE STERKTEONTWIKKELING VAN JONG BETON OP BASIS VAN GEWOGEN RIJPHEID ; CUR-AANBEVELING NR. 31: NABEHANDELEN EN BESCHERMEN VAN BETON ; CUR-AANBEVELING NR. 37; HOGE STERKTE BETON ; CUR-AANBEVELING NR. 38: MAATREGELEN OM SCHADE AAN BETON DOOR ALKALI-SILICAREACTIE TE VOORKOMEN. CUR-AANBEVELING NR. 67: BEPALING ADIABATISCHE TEMPERATUURONTWIKKELING VAN EEN VERHARDEND BETON Bijbehorende verplichtingen B85: Metingen en beproevingen - DE AANNEMER MOET MINIMAAL 4 WEKEN VOOR DE EERSTE BETONSTORT EEN PLAN VOOR CONTROLE EN BORGING AAN DE DIRECTIE TER GOEDKEURING VOORLEGGEN. DIT PLAN MOET ZIJN GEBASEERD OP DE HIERNA VERMELDE REGISTRATIE, METINGEN EN BEPROEVINGEN. DE MEETGEGEVENS MOETEN DIGITAAL VASTGELEGD, OVERDRAAGBAAR EN VERWERKBAAR ZIJN. - UIT TE VOEREN REGISTRATIE, METINGEN EN BEPROEVINGEN: PER TRUCKMIXERLADING: (DEZE GEGEVENS MOETEN ONVERWIJLD NA METING/CONSTATERING AAN DE DIRECTIE TER BESCHIKKING WORDEN GESTELD) - EVENTUELE AFWIJKINGEN IN DE MENGSELSAMENSTELLING EN/OF BEREIDINGSWIJZE TEN OPZICHTE VAN HET MENGSEL ZOALS OP BASIS VAN HET GESCHIKTHEIDSONDERZOEK OVEREENGEKOMEN; - DE ZET-, VLOEI- EN SCHUDMAAT: - VLAK NA AANMAAK VAN DE SPECIE; - BIJ AANKOMST OP HET WERK; - VLAK VOOR VERWERKING IN DE KIST; - BEPALING LUCHTGEHALTE; - HET TIJDSTIP VAN: - AANMAAK HOGERE STERKTE BETON-SPECIE; - AANKOMST VAN DE SPECIE OP HET WERK; - BEGIN VAN VERWERKING VAN DE SPECIE; - EINDE VAN VERWERKING VAN DE SPECIE; - PER TE STORTEN ONDERDEEL: - DE STERKTEONTWIKKELING (DE VOORSPELLING VAN DE DRUKSTERKTE DOOR MIDDEL VAN DE RIJPHEIDSMETHODE OF VERGELIJKBARE METHODE) TOT DRIE ETMALEN NA STORTEN; - DE GEMIDDELDE KUBUSDRUKSTERKTE UIT DRIE PROEFKUBUSSEN 7 DAGEN NA STORTEN; - DE KARAKTERISTIEKE KUBUSDRUKSTERKTE VOOR 28 DAGEN NA STORTEN; - DE KARAKTERISTIEKE KUBUSDRUKSTERKTE VOOR 56 DAGEN NA STORTEN; - VOOR EEN NADER TE BEPALEN AANTAL TE STORTEN MOTEN DIENEN DE IJKGRAFIEKEN TE WORDEN GETOETST AAN DE GEMETEN DRUKSTERKTEN VAN KUBUSSEN DIE WORDEN BEWAARD IN EEN TEMPERATUUR GESTUURDE WATERBAK. 94

105 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW TEMPERATUURMETINGEN OP EEN NADER TE BEPALEN AANTAL LOCATIES MOETEN TEMPERATUURMETINGEN WORDEN UITGEVOERD. DE LOCATIES MOETEN IN OVERLEG MET DE DIRECTIE WORDEN BEPAALD. VOOR DEZE LOCATIES GELDT DAT EVENEENS DE BUITENTEMPERATUUR VLAK NAAST DE KIST EN OP ENKELE DECIMETERS BUITEN DE KIST GELIJKTIJDIG MOET WORDEN GEREGISTREERD MET BEHULP VAN THERMOKOPPELS VAN HETZELFDE TYPE ALS IN DE KIST. DE THERMOKOPPELS MOETEN DE GOEDKEURING VAN DE DIRECTIE HEBBEN. DE THERMOKOPPELS DIENEN IN OVERLEG MET DE DIRECTIE TE WORDEN BEVESTIGD C.Q. GEPLAATST EN TOT HET EINDE VAN DE METINGEN TE WORDEN BESCHERMD TEGEN BESCHADIGINGEN C.Q. VANDALISME. DE TEMPERATUREN MOETEN WORDEN GEREGISTREERD MET EEN CONTINUE REGISTRERENDE RECORDER WELKE TENMINSTE DRIEMAAL PER UUR ALLE KOPPELS REGISTREERT. HET TEMPERATUURSVERLOOP MOET WORDEN GEREGISTREERD TOT HET TIJDSTIP WAARBIJ HET MEEST WARME KOPPEL EEN TEMPERATUUR HEEFT DIE MINDER DAN 5 C AFWIJKT VAN DE BUITENTEMPERATUUR. - OVERIGE VAST TE LEGGEN ZAKEN: PER TE STORTEN ONDERDEEL: - DE OMSTANDIGHEDEN TIJDENS HET STORTEN: - DE GEBRUIKTE BEKISTINGSOLIE; - DE WEERSOMSTANDIGHEDEN TIJDENS HET STORTEN (TEMPERATUUR, WINDSNELHEID, RELATIEVE VOCHTIGHEID, KORTE OMSCHRIJVING WEERTYPE); - DE STORTDUUR - DE WIJZE VAN AFWERKEN; - DE WIJZE VAN NABEHANDELEN - OVERIGE BIJZONDERHEDEN; - DE EVENTUELE SCHEURVORMING HIERTOE ELK PRODUCT OP DE 2 E EN 4 E DAG NA HET STORTEN OM 8.00 UUR EN UUR CONTROLEREN OP DE AANWEZIGHEID VAN (KRIMP)SCHEUREN. HIERTOE DE DIRECTIE SCHRIFTELIJK RAPPORTEREN Bijbehorende verplichtingen B85: Betontechnoloog - TIJDENS HET VERWERKEN VAN HOGERE STERKTE BETON MOET OP HET WERK EEN BETONTECHNOLOOG (CB1) AANWEZIG ZIJN. DE BETONTECHNOLOOG MOET EEN AANTOONBARE ERVARING HEBBEN MET SOORTGELIJK WERK. DEZE BETONTECHNOLOOG IS VERANTWOORDELIJK VOOR EN DIENT AANWEZIG TE ZIJN BIJ: - HET AANBRENGEN VAN DE BENODIGDE MEETAPPARATUUR; - TIJDIGE IJKING EN CALIBRATIE VAN DE MEETOPSTELLINGEN; - CONTROLE VAN DE GEÏNSTALLEERDE MEETAPPARATUUR VÓÓR AANVANG VAN HET STORTEN; - DE METINGEN EN BEPROEVINGEN ZOALS GENOEMD IN PARAGRAAF ALSMEDE DE REGISTRATIE EN OPSLAG VAN HIERUIT VOORTKOMENDE GEGEVENS; - DE JUISTE VERVAARDIGING EN OPSLAG VAN DE PROEFKUBUSSEN; - DE RAPPORTAGE VAN DE BIJ HET VORIGE PUNT GENOEMDE METINGEN EN BEPROEVINGEN, ONDER VERMELDING VAN MEET- EN/OF BEPROEVINGSOPSTELLING, -METHODE EN -RESULTATEN. DIT TEN BEHOEVE VAN HET DOOR DE AANNEMER TE LEVEREN VERSLAG ALS BEDOELD IN PARAGRAAF TEN BEHOEVE VAN DE IN HET VOORGAANDE OMSCHREVEN WERKZAAMHEDEN MOET DE VOLGENDE APPARATUUR MET BIJBEHORENDE HULPMIDDELEN BESCHIKBAAR ZIJN: - APPARATUUR TEN BEHOEVE VAN RIJPHEIDSMETINGEN; - VOLDOENDE KUBUSMALLEN; - RECORDER(S) TEN BEHOEVE VAN TIJD-TEMPERATUUR-REGISTRATIE; - OPTISCHE SCHEURWIJDTEMETER MET EEN MAXIMUM TOLERANTIE VAN ±0,05 MM; - LUCHTGEHALTEMETER. 95

106 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Bijhorende verplichtingen B85: Bouwstoffen: Silica fume of dergelijke stoffen (indien toegepast) - OM KLEURVERSCHILLEN E.A. BIJ DIVERSE HOGERE STERKTE BETON-ONDERDELEN TE VOORKOMEN MOET DE TOTAAL VOOR HET GEHELE WERK BENODIGDE HOEVEELHEID SILICA FUME OF DERGELIJKE STOFFEN, VAN DEZELFDE SAMENSTELLING EN VAN DEZELFDE LEVERANCIER ZIJN Optionele eisen RAW-deel Samenstelling betonmengsel B85 - VERWERKINGSEISEN BEPALEN EN TOEPASSEN WELKE PASSEN BIJ HET DESBETREFFENDE CONSTRUCTIEDEEL EN DE GEKOZEN UITVOERINGSMETHODE Eisen en uitvoering B85: Leverancier - MINIMAAL 4 WEKEN VÓÓR DE EERSTE LEVERING VAN DE HOGERE STERKTE BETON-SPECIE DIENT EEN SCHRIFTELIJKE, DOOR DE LEVERANCIER ONDERTEKENDE, VERKLARING TE WORDEN VERSTREKT DIE EEN GARANTIE OMVAT DAT ALLE SPECIELEVERINGEN ZULLEN VOLDOEN AAN DE IN HET BESTEK GESTELDE EISEN Bijbehorende verplichtingen B85: Verslaglegging - DE AANNEMER MOET DE OPGEDANE ERVARINGEN TEN AANZIEN VAN HET WERKEN MET EN VERWERKEN VAN HET HOGERE STERKTE BETON-MENGSEL, ALSMEDE RESULTATEN VAN DE VOORGESCHREVEN METINGEN EN BEPROEVINGEN EN OVERIGE BEPALINGEN IN EEN GEDETAILLEERD VERSLAG VASTLEGGEN. TEKENINGEN, FOTO S, TABELLEN EN GRAFIEKEN MOETEN TER VERDUIDELIJKING WORDEN TOEGEVOEGD. DE VORM EN DE INHOUD VAN DE VASTLEGGING MOETEN IN OVERLEG MET DE DIRECTIE WORDEN BEPAALD. HET VERSLAG DIENT IN -VOUD BIJ DE DIRECTIE TE WORDEN INGEDIEND. 96

107 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW

108 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 10. Conclusies en aanbevelingen 10.1 Conclusies Technologie en productie Bij de technologie en de productie van Hogere Sterkte Beton dient voldoende aandacht te worden besteed aan de samenstelling van het betonmengsel, de productie van de betonspecie teneinde de gewenste eigenschappen, zowel in vloeibare als in verharde toestand, te realiseren. Hogere Sterkte Beton vergt een goede korrelopbouw met voldoende fijn materiaal en een lage watercementfactor. Om een homogene en verwerkbare betonspecie te realiseren is het noodzakelijk water reducerende en 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 als gevolg van een aangepaste mengprocedure Eigenschappen van specie tot verhard beton Betonspecies van Hogere Sterkte Beton kunnen in meer opzichten een ander gedrag vertonen ten aanzien van specie-eigenschappen en opstijvingsgedrag. Door het hoge gehalte aan fijne delen in de specie heeft deze een zeer goede stabiliteit. Door de lage water-cementfactor is de specie gevoelig voor uitdroging. Bij uitdroging van het oppervlak kan hierdoor een vel ontstaan dat het afwerken bemoeilijkt. Voor de productie van deze species zijn soms grote hoeveelheden hulpstoffen nodig. Hierbij dient men bedacht te zijn op bijwerkingen als schuimvorming en vertraging van het begin van de binding. De sterkteontwikkeling van Hogere Sterkte Beton verloopt doorgaans sneller dan bij gewone species. Door het hogere cementgehalte en het feit dat de sterkte in korte tijd wordt ontwikkeld kan de temperatuur tijdens de verharding hoog oplopen. Als gevolg van de lage watercementfactor wordt de verhardingskrimp groter, hetgeen bij verhinderde vervorming sneller aanleiding kan geven tot scheurvorming Uitvoering Bij de uitvoering dient het storten, afwerken en nabehandelen van het beton met meer dan de gebruikelijke zorg gebeuren. Hogere Sterkte Beton-species worden doorgaans geleverd met een hoge verwerkbaarheid. Verdichten verdient meer aandacht daar de verdichtingsenergie zich minder ver in de betonspecie voortplant. Hiertoe dienen de trilnaalden op meer punten met een onderling kleine afstand in de specie te worden gestoken. Afwerken en nabehandelen moeten zo snel mogelijk gebeuren i.v.m. de gevoeligheid voor uitdroging. Het is lastig het juiste tijdstip t.b.v. naschuren van het betonoppervlak te bepalen. Nabehandelen kan het beste worden uitgevoerd door afdekking met folies en/of isolatiedekens. Door isolatiedekens te gebruiken worden tevens (te) grote temperatuurgradiënten voorkomen. Dit is met name van belang bij dikke constructiedelen ter voorkoming van scheurvorming. Hogere Sterkte Beton is goed repareerbaar met de bekende moderne reparatiemethoden. Men dient bedacht te zijn op kleurafwijkingen. 98

109 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Meetmethoden Kwaliteitscontrole in alle stadia van productie en uitvoering is van groot belang. Hogere Sterkte Beton-species zijn gevoelig voor geringe afwijkingen in samenstelling. Gerichte controles op het juiste moment zijn nodig om de gewenst eigenschappen binnen de gestelde betrouwbaarheid te realiseren. De verwerkbaarheid kan goed d.m.v. de vloeimaat en/of de schudmaat worden gekarakteriseerd en gecontroleerd. De sterkteontwikkeling kan het best worden gevolgd d.m.v. het verbeterde verhardingsonderzoek waarbij proefstukken in een temperatuurgestuurd waterbad worden opgeslagen. De rijpheidsmethode is ook geschikt, maar de resultaten zijn zeer afhankelijk van een nauwkeurig vastgestelde ijkgrafiek Ontwerpen Met Hogere Sterkte Beton kunnen grotere overspanningen worden gerealiseerd. Voor toepassing in plaatviaducten wordt met beton in sterkteklasse B65 een optimum bereikt. Voor kokerconstructies is dit sterkteklasse B85. Door de dichtere structuur van Hogere Sterkte Beton wordt ook een veel grotere duurzaamheid verkregen. Mede door de lage water-cementfactor (< 0,40) voldoet Hogere Sterkte Beton in principe aan alle milieuklasses uit de huidige VBT Beheersing van scheurvorming t.g.v. temperatuur- en/of krimpvervorming is een belangrijk aspect dat niet in de ontwerpfase mag worden onderschat. Gelukkig is geschikte programmatuur voorhanden om de hiervoor benodigde berekeningen te maken Onderzoek Uit onderzoek volgt dat door de toepassing van poreuze toeslagstoffen de verhardingskrimp substantieel kan worden verminderd. Echter, temperatuureffecten in combinatie met verhinderde vervorming blijken dominant in het scheurgedrag. De ontwikkeling van de stijfheid laat zich voor jong verhardend beton niet goed beschrijven door de VBC 1995 of CUR-Aanbeveling 37. Een veel betere voorspelling wordt verkregen met het Noorse voorschrift en de CEB/FIP formule. Eenzelfde conclusie kan worden getrokken voor de kruipcoëfficiënten van jong beton, berekeningen gebaseerd op de VBC 1995 en CUR Aanbeveling 37 geven onjuiste waarden. De berekening volgens de methode Han benadert de werkelijkheid het beste voor sterkteklasse B Besteksteksten Hogere Sterkte Beton vraagt meer aandacht in alle facetten en in alle fasen van de uitvoering. Daarom verdient het ook meer aandacht in het bestek. Strikte en eenduidige beschrijvingen zijn daarom noodzakelijk teneinde het gewenste product te verkrijgen Aanbevelingen en witte vlekken Veel werk is inmiddels verricht om tot doelmatige toepassingen van Hogere Sterkte Beton te komen en om de productie en verwerking doelmatig te laten verlopen. Toch blijven er nog aspecten over waarvoor nader onderzoek of verdere inspanning is aan te bevelen. De hierna beschreven aspecten worden door de Kerngroep als belangrijk ervaren Technologie en productie Interactie van hulpstoffen en cementen De invloed van toepassing van een bepaald fabrikaat hulpstof kan verschillen per fabrikaat cement. Verschillende fabrikaten hulpstof kunnen per fabrikaat cement een ander effect hebben. Effecten waar in dit verband aan kan worden gedacht zijn schuimvorming, de lengte van de dormante periode, ontmenging, enz. Mogelijke effecten moeten worden geïnventariseerd en gekwantificeerd. 99

110 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Eigenschappen van specie tot verhard beton Beheersen van verwerkbaarheid van betonspecie In de praktijk komt het nog voor dat de specie - ondanks het verrichte geschiktheidsonderzoek - niet de gewenste verwerkbaarheid heeft. Er moet meer kennis beschikbaar komen c.q. de kennis moet worden gebundeld omtrent de mogelijkheden om de mengsels snel op de gewenste consistentie te krijgen. Variabelen kunnen zijn soort en fabrikaat hulpstof, meer of minder fijne stoffen, aard en hoeveelheid vulstoffen, hoeveelheid water Uitvoering Verpompbaarheid Betonpompen zitten bij het verpompen van Hogere Sterkte Beton vaak tegen de grenzen van hun mogelijkheden. Dit resulteert in hoge drukken en grotere slijtage van de installatie. Er moeten maatregelen worden ontwikkeld om dit aspect wat minder kritisch te laten worden. Duurzaamheid ontkistings- en afwerkvlakken Hogere sterkte beton verhardt snel. De neiging bestaat om snel te ontkisten. Het is niet voldoende bekend hoe lang de bekisting of afdekking minimaal gehandhaafd moet blijven om de beoogde duurzaamheid van de dekking te kunnen waarborgen Meetmethoden ten behoeve van kwaliteitscontrole Diëlectrische druksterktemeting De bepaling van de druksterkte in het werk met behulp van diëlectrische metingen biedt perspectief Ontwerpen Vergroten bewustwording duurzaamheidsaspecten Bij het ontwerpen leeft het belang van de vergroting van de duurzaamheid voor infrastructurele werken nog niet voldoende. Het verdient aanbeveling meer draagvlak te ontwikkelen en de voordelen duidelijker over het voetlicht te brengen. Ook het aspect Duurzaam Bouwen behoeft nog aanscherping (o.a. LCA s). ASR-gevoeligheid Het is niet duidelijk in welke mate de dichtere structuur van Hogere Sterkte Beton de gevoeligheid voor alkali-silicareactie beïnvloedt Bestekseisen Vergroten bewustwording speciale aandacht voor Hogere Sterkte Beton bij aannemer en betonleverancier In het bestek worden eisen betreffende sterkteklasse, milieu en consistentie beschreven. Vaak is de betonleverancier zich bij de inkooponderhandelingen voor de vereiste m 3 met de aannemer nog niet voldoende bewust van de aard van de te storten constructie, de specifieke verwerkingseisen, de gewenste sterkteontwikkeling, enz. Ook de aannemer blijkt niet altijd goed op de hoogte van de gevolgen van de genoemde randvoorwaarden. Aannemer en betonleverancier moeten bijtijds van het belang van deze aspecten doordrongen zijn Algemeen Verzamelen ervaringen in de toekomst uit te voeren werken De ervaringen van projecten die zullen worden uitgevoerd nadat de Kerngroep is opgeheven, moeten worden verzameld en geëvalueerd. Het is raadzaam hiervoor een geschikt platform in het leven te roepen (Betontech?). Inventarisatie kostendelen Hogere Sterkte Beton De kosten van Hogere Sterkte Beton blijken fors hoger dan bij het begin van de invoering. Een kostenanalyse moet inzicht geven in de mogelijkheden om de prijs naar omlaag te brengen. 100

111 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW

112 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton 102

113 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Bijlage A Invoerparameters Nadere toelichting bij Paragraaf Adiabatische temperatuurstijging en andere betonparameters. Adiabaten De adiabaat is in principe afhankelijk van de betonsamenstelling, de cement-eigenschappen, de mengverhouding van de cementen, enz. De dormante periode is afhankelijk van de aanvangstemperatuur van de specie en van de toe te passen hulpstoffen. De hier gegeven adiabaten zijn dus indicatief. Voor een nauwkeuriger berekening moet voor het beoogde mengsel een adiabaat worden bepaald. De beproevingsmethode is beschreven in CUR-Aanbeveling 67 Bepaling adiabatische temperatuurontwikkeling van een verhardend beton. Wanneer in de praktijk beton B85 wordt vereist, dan blijkt de sterkteklasse tot nog toe B95 of hoger te zijn. Voor B85 kan daarom voor verkennende berekeningen de adiabaat voor B95 worden gebruikt Temperatuur in o C Tijd in uren Figuur A-10-1 De adiabatische temperatuurontwikkeling voor een B35-, een B65- en een B95- mengsel In de praktijk zal de aanvangstemperatuur van de specie meestal afwijken van die van de adiabaat. De programma's rekenen de opgegeven adiabaat om naar waarden behorend bij de aanvangstemperatuur van de specie. Een adiabaat met een aanvangstemperatuur van 20 C is een geschikt uitgangspunt. De voor het programma HEAT vereiste invoerparameters zijn weergegeven in Error! Number cannot be represented in specified format.. Tabel A-1 Invoerparameters HEAT H (KJ/m 3 K) a (1/h) d (h) Q/R (K) B ,12 4, ,059 5, B ,064 9, ,036 8, B ,042 6, ,042 7,

114 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Verhardingskrimp Het verloop van de verhardingskrimp is niet gelijkvormig aan het verloop van de hydratatiegraad. De verhardingskrimp begint op het moment, dat sterkte is opgebouwd en het water dat nodig is voor de verharding op begint te raken. Wanneer een deel van het grind is vervangen door licht toeslagmateriaal, dan is daarin water opgezogen. Pas wanneer deze waterbuffer is opgebruikt, begint de verhardingskrimp zich te manifesteren. Bepaalde toeslagmaterialen (bv. Lytag) geven een grote zwelling te zien bij aanvang van de verharding. Uiteindelijk is de verhardingskrimp klein. Wanneer de beton begint te krimpen, dan is al sterkte opgebouwd. Dan worden dus wel spanningen opgebouwd. Verhardingskrimp hoeft niet altijd aanzienlijke spanningen te geven. Dit is onder andere afhankelijk van de verhinderingsgraad van de verharde constructiedelen en de sterkte op het moment dat de verhardingskrimp aanvangt [1]. Spanningen hoeven niet gereduceerd te worden wanneer een mengsel wordt toegepast met gereduceerde verhardingskrimp. De spanningsontwikkeling is afhankelijk van de grootte van de krimp en de stijfheid van de beton op dat moment [1]). De hier gegeven grafieken zijn indicatief. Voor een nauwkeuriger berekening moet voor het beoogde mengsel een worden bepaald. Verhardingskrimp [*0.001] 0,05 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Hydratatiegraad Verhardingskrimp B65. w/b = 0,40 Figuur A-10-2 Verhardingskrimp versus hydratatiegraad voor enkele B65-mengsels (gemeten bij 20 o C) 104

115 Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Rapport BSW Verhardingskrimp [*0.001] 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20 w/b = 0,37 w/b = 0,33-0,25 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Hydratatiegraad Varhardingskrimp B85 Figuur A-10-3 Verhardingskrimp versus hydratatiegraad voor enkele B85 mengsels (gemeten bij 20 o C) Het dagelijkse temperatuurverloop Verschillende programma's houden rekening met een sinusvormig temperatuurverloop. Volgens het KNMI moet bijvoorbeeld worden aangehouden: mei 12 ± 5,0 C juni 15 ± 5,0 C juli 17 ± 5,0 C De wind windkracht volgens de schaal van Beaufort: 1 0,3-1,5 m/s flauw en stil 2 1,6-3,3 m/s flauwe koelte 3 3,4-5,4 m/s lichte koelte; vlaggen wapperen licht, lichte beweging van de haren 4 5,5-7,9 m/s matige koelte; stof, droog zand en papier dwarrelen op, haren raken in de war De windsnelheid is van belang voor de bepaling van de warmteovergangscoëfficiënt α van de bekisting. Aangezien vooraf niet kan worden voorspeld hoe de weersomstandigheden zullen zijn, kan het temperatuurverloop in de verhardende beton worden berekend uitgaande van twee situaties. Wanneer bijvoorbeeld gestort gaat worden in juni dan kan worden aangenomen dat het koud zal zijn voor de tijd van het jaar: temperatuur buitenlucht is 12 ± 5,0 C (als in mei) wind 8 m/s Door de lagere luchttemperatuur en de stevige wind zal de buitenkant van de betonconstructie snel afkoelen. Wanneer de constructie wordt doorgerekend alsof het warm is voor de tijd van het jaar met minder wind, dan zal een ander temperatuurs- en spanningsregime worden berekend: temperatuur buitenlucht is 17 ± 5,0 C (als in juli) wind 4 m/s 105

116 Rapport BSW Rapport kerngroep Hogere Sterkte Beton Aanvangstemperatuur van de specie De aanvangstemperatuur van de specie wordt over het algemeen 5 C hoger aangenomen als de buitentemperatuur. In de zomer zijn temperaturen tussen 25 en 30 C geen uitzondering. In de winter wordt de specie vaak verwarmd om van voldoende snelle verharding verzekerd te zijn. Bij de Tweede Stichtse Brug was de streefwaarde 15 C; in de praktijk was 25 C echter geen uitzondering! Dit bij een buitentemperatuur van rond 0 C. Warmtegeleidingscoëfficiënt beton warmtegeleidingscoëfficiënt λ = 2,00 W/m/K Hier is de waarde voor droog beton aangehouden; korte tijd na aanvang van de verharding is het water opgebruikt. Tijdens de afkoeling zal dit zeker het geval zijn. Voor (verhard) natte beton is λ = 2,55 W/m/K. Warmtecapaciteit beton warmtecapaciteit = 2100 kj/m 3 / C (voor verhard beton) Betondruksterkte De vereiste betondruksterkte wordt bereikt wanneer de reactiegraad 85% is. Sterkte en stijfheid worden opgebouwd vanaf het moment dat de reactiegraad 15% is. De bekistingsparameters De bekistingsparameters kunnen per zijde van het constructieonderdeel worden ingevoerd. In verschillende programma's kan de invloed van zonbestraling in rekening worden gebracht. Op de donkerbruine vlakken van betonplex kan dit tot aanzienlijke stijging van temperaturen leiden. Het effect van ontkisten op een bepaald tijdstip moet in rekening kunnen worden gebracht. Enkele veel voorkomende parameters zijn: warmteovergangscoëfficiënt bekisting -> lucht: α = 5,55 + 3,9*v W/m 2 /k voor windsnelheden v < 5 m/s. α = 7,1*v 0,78 voor windsnelheden v > 5 m/s. Zie voor windsnelheden het hierboven beschrevene. De dikte van de bekisting is meestal 18 mm (betonplex) warmtegeleidingscoëfficiënt betonplex: λ= 0,20 W/m/K Isolatie Noppenfolie Isolatiedeken (met 'buizen') De te hanteren waarden zijn afhankelijk van fabrikaat, soort, dikte,enz. Samengestelde constructies Het kan voorkomen dat de bekisting wordt geïsoleerd, dat luchtkamers voorkomen naast de bekisting, dat de afdekking van de beton niet direct door isolatiedekens is afgedekt (lucht ertussen). In voorkomende gevallen moeten de geleidings- en overgangscoëfficiënten van de samengestelde constructie met de geschikte formules worden berekend. Literatuur 1. Krimp- en temperatuureffecten in HSB-uitbouwbruggen. afstudeerverslag G.W. Gall; TU Delft; april