Beton in de waterbouwkundedoor Ir. J. P. Josephus JitfaOnder deze titel heeft Ministerialrat Dr.-Ing. Bruno Hampeuit Offenbach onlangs een verhandeling gepubliceerd1). Aan-gezien eigen ervaringen in menig opzicht stroken met dieverkondigd in genoemde publicatie en het vraagstuk uiterstbelangrijk en actueel is, zal hieronder een bespreking van hetartikel volgen, doorweven met eigen opmerkingen2).Druksterkte, droge specieHampe merkt op, dat gedurende zeer lange tijd dedruksterkte van beton alles betekende; er werd steedsnaar gestreefd deze op te voeren. In verband daar-mede werd de specie zo droog mogelijk verwerkt.Toen gewapend beton in de waterbouwkunde nog nietalgemeen werd toegepast, werden de kunstwerkenderhalve over het algemeen van s t a m p b e t o n ver-vaardigd. Hiertoe werd de betonspecie in niet meerdan vochtige toestand, ,,erdfeucht", in dunne lagenaangebracht en zolang gestampt, dat het weinigewater aan de oppervlakte kwam. Er moest op wordengerekend, dat zich tussen de lagen stortnaden be-vinden.In ons land zijn de kunstwerken van de Maaskanali-satie, van het kanaal Wessem-Nederweert en van hetMaas-Waalkanaal nog in stampbeton uitgevoerd.Over het algemeen zijn de in het zicht blijvende vlak-ken van stampbetonnen muren geheel bekleed metbaksteen (sluizen van het Noord-Oostzeekanaal) ofmet zorgvuldig vervaardigde betonblokken (Maas-Waalkanaal) om het uiterlijk te verfraaien en dewaterdichtheid te bevorderen. Verschillende sluizenvan stampbeton, ook in ons land, zijn echter niet vaneen muurbekleding voorzien; men is er bij deze nietzeker van, dat zij de tand des tijds goed kunnen weer-staan. De kwaliteit van het beton zal n.l. afhangenvan een uiterst zorgvuldige en deskundige uitvoering,iets waarop niet altijd kan worden vertrouwd; het enekunstwerk zal dan ook beter uitvallen dan het andere.Dat een stenen bekleding van beton niet afdoende is,volgt uit de door Hampe gememoreerde gevallen,waarin de bekleding zwaar werd beschadigd door be-vriezing van ingedrongen water.Bij gewapend beton past geen stampbeton. Echterwerden stampbetonnen vloeren wel eens gewapendmet een horizontaal gelegen wapeningsnet. De hoofd-staven van dat net werden op het laatste ogenblikgelegd op een tevoren gestelde, in een verticaal vlakgelegen horizontale strip, aan de bovenzijde voorzienvan holletjes.Tegenwoordig wordt in de waterbouwkunde geens t a m p b e t o n meer toegepast, wel echter onge-w a p e n d b e t o n van minder droge specie, welkeniet wordt gestampt. Ten onrechte betitelt men ditbeton nog vaak met s t a m p b e t o n in de plaats vano n g e w a p e n d b e t o n . Om een zo groot mogelijkedruksterkte te verkrijgen is aan de specie een mini-mum hoeveelheid water toegevoegd, hetgeen ver-keerd is met het oog op de verwerkbaarheid. Krimpenen scheuren worden tegengegaan door de specie zoschraal mogelijk te maken, maar men mag niet uithet oog verliezen, dat het beton daardoor niet water-dicht wordt.Verwerkbaarheid van de specieVooral bij gewapend beton moet de specie goed ver-werkbaar zijn: zij moet smeu?g wezen, want andersvloeit ze niet om de wapeningsstaven heen; men ver-krijgt holle ruimten en/of grindnesten. Al te vaakwordt bij de toepassing van smeu?ge specie gevreesdaan druksterkte in te boeten. Inderdaad zal deze danniet een recordwaarde bereiken, maar dat doet erniets toe, want de zekerheid zal voldoende groot blij-1) Die Bautechnik, 1951, Heft 4.2) Vele van deze opmerkingen zijn reeds verwerkt in schrij-vers boek ,,Sluizen en andere waterbouwkundige kunstwerkenin en langs kanalen", ? 33; uitgave Bonn, Haarlem, 1947.ven! Het is beter een homogeen beton te verkrijgenmet voldoende druksterkte dan een heterogeen betonvol met fouten en met een overmaat aan sterkte!Droge specie wordt wel verwerkt, indien mechanischop het werk wordt ,,getrild". Voor objecten met ??ndominerende dimensie (b.v. balken) is zulks aan tebevelen: de zelf-contr?le van de arbeiders, die detrilapparaten bedienen, is er gemakkelijk bij. Maarvoor grotere objecten met meer dan ??n dominerendedimensie is trillen vooralsnog gevaarlijk te achten:teveel trillen is niet goed (ontmenging van de specie),te weinig trillen evenmin (geen smeu?ge brei) en inhet geheel niet trillen is bij droge specie fataal (on-dicht beton, grindnesten, holle ruimten). Voorts moetworden voorkomen, dat bij het trillen betrokkenwordt een onderliggende, zich in staat van bindingbevindende specielaag.Ongetwijfeld wordt wel goed massaal werk in getrildbeton afgeleverd, maar dan hebben de met het trillenbelaste arbeiders getoond, een flair in dit soort werkte bezitten. Vooral bij de Fransen blijkt dat het gevalte zijn; aldaar wordt fraai massaal werk gemaakt ingetrild beton.Het is gewenst, van tevoren te weten, of een arbeider,die met het trillen belast zal worden, de nodige flairbezit om dat werk regelmatig en met overleg te ver-richten. Daarom verdient het aanbeveling, dat dezedesverdiend op een vorig werk een getuigschrift ont-vangt van de directie van het werk. Dat hij zich danzal beschouwen een vakman te zijn, die mogelijk eenhoger loon zal genieten, is billijk te achten.Het vloeien van de betonspecie wordt ook bevorderddoor: ,,prikken" van het beton, kloppen tegen de be-kisting, in de specie te lopen met rubberlaarzen of hetaan de specie toevoegen van een air-hulpstof (min-der water in de specie, soms ook minder cement).Waterdichtheid van het betonZeer belangrijk voor de duurzaamheid van gewapendbeton is de waterdichtheid. Deze is altijd betrekkelijk.Volkomen waterdichtheid bestaat niet, maar wel eenzodanige dichtheid, dat slechts water capillair in hetbeton dringt. Is de waterdichtheid onvoldoende, dandringt er te veel water in. Bij aangehouden vorst kanhet beton daardoor worden vernield. Dringt de vorstdoor tot het wapeningsstaal, dan wordt het beton eromheen losgewerkt en zal dat staal door toetredingvan lucht op de duur gaan roesten en bijgevolg debetondekking naar buiten drukken.Ligt het wapeningsstaal bij voldoende waterdicht be-ton vorstvrij, dan is er geen reden om aan te nemen,dat het zal gaan roesten gezien zijn alkalische om-geving en gezien het feit, dat het weinige water datin het beton dringt ondertussen de meegevoerde luchtzal hebben achtergelaten.Waterdicht beton verkrijgt men door een smeu?gespecie te verwerken, welke goed gegradeerd is. Bijde bouw van de Noordersluis te IJmuiden is daargrote aandacht aan geschonken en het werk ten dezevan de toenmalige leider der werken, Dr. Ir. J. A.Ringers met Ir. Teilegen, is met succes be-kroond; het beton van deze sluis, die ruim 20 jarengeleden in bedrijf is gesteld, ziet er nog uitstekenduit, ondanks het feit dat de sluis in zee- en brakwateris gelegen. De betonspecie had vele opeenvolgendekorrelgrootten: portlandcement, tras, duinzand, rivier-zand, grind3).Tegenwoordig wordt ?n de specie voor waterdicht be-ton veelal een air-hulpstof verwerkt, waardoor dehiervoor reeds genoemde voordelen zijn te verkrijgenen met minder water kan worden volstaan. Een voor-beeld van deze toepassing voor sluizen aan zee wordtgeleverd door de onlangs in bedrijf gestelde Tjerck-3) Ook is de combinatie portlandcement-tras wel vervangendoor hoogoven cement.Cement 3 (1951) Nr 7-8135tek. 2. doorsneden over een schutsluis volgens het bakprofielHiddessluizen te Harlingen. Over enkele tientallen ja-ren zal het succes van deze toepassing kunnen wordenbeoordeeld.Fouten tijdens het storten van betonDe betonspecie kan nog zo goed zijn, bij inaccurateuitvoering kunnen zoveel fouten worden gemaakt,dat het werk er op de duur onder kan lijden. Terechtmerkt Hampe op, dat elke fout onherstelbaar is.Men kan b.y. grindnesten of tegen de bekisting aan-gelegen wapeningsstaven nog zo goed laten ,,onder-duiken", op de duur verraden zij zich toch.Fouten of onvolkomenheden in het beton kunnen zijn:stortnaden, grindnesten, onvoldoende betondekkingop het wapeningsstaal, ontmengde betonspecie of tus-sen specie en bekisting opgesloten lucht. Ook kunnenzij het gevolg zijn van foutieve detaillering.S t o r t n a d e n zijn niet steeds te vermijden, b.v.wanneer men een vloer moet vervaardigen met er ingeklemde omhoogstekende muren (tek. 2 en 5).Hampe beschouwt stortnaden als het begin van allekwaad. Inderdaad kunnen zij aanleiding geven totveel onaangenaamheden. Zo is men nimmer van hunwaterdichtheid verzekerd: men mist ter plaatse deinnige menging van de korrels, waaruit het betonbestaat, zodat de plaatselijke gelaagdheid niet on-gedaan te maken is. Het binnendringende water kanbevriezen en aldus het beton geleidelijk vernielen.Voorts kan het in de stortnaad gedrongen water eenopwaartse druk geven aan het beton er boven, het-geen vooral bij ongewapende gewichtsmuren, dat zijnmuren welke in evenwicht zijn dank zij hun gewicht,fataal kan zijn. Er zijn gevallen bekend, van doordeze oorzaak omgevallen muren (stuwmuren).Uit het een en ander blijkt ten overvloede, hoe ver-keerd het is, stampbeton toe te passen.Hampe wil terecht stortnaden zoveel mogelijk ver-mijden en noemt het voorbeeld van een muurblok(foto 1) van 1000. m3inhoud, dat naadloos is gestort.Wanneer evenwel een stortnaad niet is te ontgaan,b.v. wanneer men te maken heeft met een vloer meter in geklemde muren (tek. 2), maakt schrijver dezes,tenzij het geval gecompliceerd is (riolen in de muren)slechts ??n stortnaad en wel dicht boven de vloer.Aldus is de stortnaad aan het zicht onttrokken en ligtzij vorstvrij. Bij de berekening van het wapenings-staal neemt hij aan, dat de naad lek is (opwaartsedruk onder het beton erboven).Stortnaden zijn niet alleen verwerpelijk wegens hunslordig uiterlijk en hun waterdoorlaatbaarheid, maarzij kunnen ook een bron van s c h e u r e n vormen.Het beton onder de naad is reeds verhard en ge-krompen, als dat er boven wordt gestort. Het krimpenvan het bovenste beton wordt derhalve tegengehoudendoor het onderste. De ontstane scheuren lopen meestalniet tot boven toe door: zij eindigen over het alge-meen enkele meters boven de naad (zie tek. 2). In-dien de stortnaad zich bevindt op enkele meters onderde laagste waterstand (tek. 2), dan is de kans groot, datde scheuren geheel vorstvrij liggen en dat zij aan hetzicht onttrokken zijn; in dit geval zijn ze niet hinder-lijk. Het spreekt evenwel vanzelf, dat de constructeurmoet trachten, het ontstaan van deze scheuren tevoorkomen.Door boven de stortnaad extra wapening aan te bren-gen, probeert men het ontstaan van de scheuren te ver-hinderen, doch dit middel werkt niet altijd feilloos,zodat het zonde is, er veel geld in te steken. Probatemiddelen tegen genoemde scheuren zijn het verwer-ken van een zo schraal mogelijke specie en vancementsoorten, die zo min mogelijk warmte ontwik-kelen tijdens het afbinden.Wat het eerste betreft, zij medegedeeld, dat proef-ondervindelijk is bepaald, dat met een hoeveelheidcement van 340 kg/m3gemaakt werk (het volumevan het wapeningsstaal afgetrokken) een goed ver-werkbare specie wordt verkregen (zonder dat hetnodig is, zijn toevlucht te nemen tot ,,trillen") entevens een waterdicht beton dat zo min mogelijk nei-ging heeft te scheuren. In Frankrijk, waar het ,,tril-len" algemeen toepassing vindt, volstaat men over hetalgemeen met 300 kg cement per m3gemaakt werk,waardoor de kans op scheurvorming nog geringer is.Het grote financi?le voordeel, dat met ,,trillen" zoukunnen worden verkregen, springt hier wel zeer naarvoren en het is dus gewenst, er alle aandacht aan tebesteden.Wat het tegengaan van te grote warmte-ontwikkelingbij het afbinden betreft, zij hier aangetekend, dat detoepassing van hoogwaardige cementsoorten hier geenaanbeveling verdient. In Amerika worden in tegen-stelling daarmee ,,low-heat" cementsoorten toegepast,welke een lage afbindtemperatuur bezitten, hetgeenechter geen onverdeeld succes is gebleken, omdat dewarmte-ontwikkeling gedurende zeer lange tijd plaatsvindt.Om scheuren van het beton tegen te gaan, worden inAmerika ook wel koelsystemen ingebetonneerd, waar-van de buizen later met betonspecie worden gevuld.Ook bij toepassing van ,,low-heat" cementen zullen zijniet kunnen worden gemist en dan zullen zij veellanger intact moeten worden gehouden. Ook wordtals aanmaakwater wel ijswater gebruikt of worden desamenstellende elementen van de specie voorgekoeld.Dat laatstgenoemde methode gunstig moet werken, ishier te lande wel gebleken bij het bouwen van schut-sluizen. De muren, welke in de winter zijn gestort,vertonen n.l. veel minder neiging tot scheuren dandie, welke in het meer ,,gunstige" seizoen zijn ver-vaardigd!In Zwitserland laat men in de winter spleten tussende bouwblokken open (stuwdammen).Opgemerkt zij nog, dat Hampe aanbeveelt, bij toe-passing van een koelsysteem juist een hoogwaardigecementsoort toe te passen: de warmte ontwikkelt zichdan spontaner en de afvoer ervan is effectiever (gro-ter verschil in temperatuur tussen beton en buiten-136Cement 3 (1951) Nr 7-8foto 1. muurblok van 1 000 m3zonder stortnadenlucht). Het zal evenwel nog moeten blijken, of zijnadvies practische waarde heeft.S c h e u r e n in de muren ontstaan niet altijd als ge-volg van de aanwezigheid van stortnaden. Bij langemuren is de wrijving over of in de grond soms zogroot, dat scheuren onvermijdelijk zijn, tenzij eenzware langswapening, welke soms zwaarder is dande hoofdwapening (b.v. bij lange duikers met geringedwarsdoorsnede) wordt aangebracht. In zeer dikkemuren treden wel scheuren op, doordat de buiten-kant sneller afkoelt dan de kern (tek. 3). Deze scheu-ren verdwijnen soms geheel, nadat de kern ook isafgekoeld. Mogelijk dat het wapeningsstaal tijdenshet afbinden van de specie in ,,voorspanning" is ge-komen! Ook het ontstaan van deze scheuren wordtop gelijke wijze tegengegaan als dat v,an de eerdergenoemde.tek. 3horizontale doorsnede overeen dikke muur tijdens deverhardingTenslotte zij nog opgemerkt,dat ook veel afhangt vande gebruikte cementsoort. Onder gelijke omstandig-heden scheurt een betonmonoliet bij het ene cement-merk wel en bij het andere niet.G r i n d n e s t e n behoeven niet voor te komen. Overhet algemeen zijn zij het gevolg van onvoldoendsmeu?ge betonspecie.Over de b e t o n d e k k i n g is in ,,Cement" reedsmeermalen geschreven. Verwezen wordt naar de num-mers 13-14, 15-16, 17-18 en 20-21 van 1950. Dekkingenlangs de voorkant van muren van tenminste 8 cmdikte zijn aanbevelenswaardig. Bij de Noordersluis teUmuiden en de schutsluis te Eefde (Twente-kanalen)is de dekking aan de dagzijde der massieve murenzelfs 12 tot 15 cm, zonder dat zich in de twintig ofmeer jaren ouderdom ook maar ??n bezwaar heeftgetoond!Ontmengde s p e c i e is een gevolg van slordig-heid en behoeft niet voor te komen, vooral als debereiding zoveel mogelijk automatisch geschiedt.O p g e s l o t e n lucht kan het gevolg zijn van on-juiste detaillering van het beton werk, van foutievebekisting of van slecht-verwerkbare specie. Daarom ishet noodzakelijk, dat b.v. alle vlakken van ingebeton-neerde stalen onderdelen zodanig worden ontworpen,dat alle lucht kan ontwijken! Maak dus geen hori-zontale verstijvingsschotten in het staal (tek. 4) of,indien deze onvermijdelijk zijn, maak er dan op doel-treffende plaatsen zo groot mogelijke gaten in (tek. 5).Er mag geen beton worden gestort tegen een er bovengelegen horizontale bekisting (tek. 6) of tegen eenbekisting, die in de stortrichting oploopt, als in hethoogste punt de lucht niet kan ontwijken en ,,prik-ken" van de specie onmogelijk is. In verband daar-mee moet ter wille van de tanden in de voegen vande vloer in tek. 2 de moten I, III en V worden gestortv??r II en IV.tek. 4horizontale doorsnede overeen duikereinde met stalenbescherming van de kopvan de tussenwandF o u t i e v e d e t a i l l e r i n g kan ook oorzaak zijnvan plaatselijke vernieling van het beton. Zo moetenalle uitspringende hoeken, al zijn ze mogelijk afge-rond, waartegen of waarlangs voorbijvarende of ge-meerde schepen kunnen stoten of schuren, beschermdzijn met staal of hout (bij zoet water; tek. 7) of metgraniet of paalwormbestendig hout (bij zout water).Het vervangen van een en ander door betonartikelenvan zeer grote sterkte, b.v. van geschokt beton, lijktminder gewenst. Aanvankelijk zal het uiterlijk ervanfraai zijn, maar op de duur zullen de schepen erscherven uitstoten (te bros). Ook vertikale voegen inhet betonwerk kunnen langs de voorkant van demuren op de duur afbrokkelen; ten eerste door recht-streekse scheepsstoten en ten tweede door uitzettingdoor zonnewarmte. Vellingkanten alleen zijn ten- dezeonvoldoende (ook deze vormen uitspringende hoe-ken). Tegen de vernielende werking van scheeps-stoten behoort, althans boven de laagste waterstand,een bekleding te worden aangebracht (in staal,tek. 8 rechts, of van hout bij zoet water; paalworm-bestendig tropisch hard hout bij zout water). Schrij-ver dezes heeft dit sedert kort ingezien. Tegen be-schadiging door zonnewarmte is het gewenst, de voor-ste, b.v. 10 cm brede strook in de dwarsvoeg te bekleden met Celotex (tek. 8, C). Aldus zullen geenschilfers uit het beton springen.Het storten van betonmonolietenAangezien stortnaden de zwakke st?e van het betonvormen, moeten wilde stortnaden (d.z. niet-voorge-schreven stortnaden) beslist worden vermeden. Bijhet storten van objecten met grote horizontale door-snede (b.v. sluis- of stuwvloeren) moet derhalve wor-den gezorgd, dat gestort beton, voordat het begint tebinden, door vers beton wordt afgedekt.' Hierdoorwordt de stortcapaciteit bepaald. Men neemt liefstgeen kleinere laagdikte dan 0,20 m. In de bestekkenvan de Rijkswaterstaat wordt dikwijls bepaald, datde capaciteit van het storten zodanig moet zijn, datgestort beton niet langer mag blijven liggen zonderdoor vers beton te zijn afgedekt dan 1? uur, schaft-tek. 6dwarsdoorsnede over eendokmuur met versnijdingenS.N. = stortnaadtek. 7Horizontale doorsnedeover een sluishoofdvoor hefdeuren metaanduiding van deplaatsen, waar hetbeton moet wordenbekleed ( , , en D).tek. 5doorsnede overeen stalen dorpelvan een schutsluismet puntdeurenen bovenaanzichtvan de stalendorpeltek. 8. horizontale muurdoorsneden ter plaatse van een voeg(C = Celotex, mag verweren)Cement 3 (1951) Nr 7-8137foto 9. aanzicht van een beschadigde sluismuur in Amerikatijdens de reparatie (beschadigingen boven water)tijd inbegrepen. Het te bezigen cement mag dan niet,zulks in afwijking van het betrokken normblad, be-ginnen te binden binnen b.v. 2 uren. Het schijnt zelfsdoor toevoeging van phosphorzuur mogelijk te zijn,cementsoorten te fabriceren, die nog later beginnente binden zonder verslechting van de kwaliteit meete brengen.Bij betonmonolieten van zeer grote inhoud gaat hetstorten veelal enkele etmalen door.DesillusiesOndanks alle voorzorgsmaatregelen en de beste voor-nemens slaagt men er niet altijd in, fouten te voor-komen. Storingen in het ruwe en gecompliceerdebetonbedrijf zijn niet altijd te vermijden, al zou ervoldoende reserve aanwezig zijn. De gemaakte fouten,zo die nabij in het zicht blijvende vlakken zijn ge-maakt, treden op de duur altijd aan het licht. Foutenwelke niet aan het licht treden, worden over het alge-meen opgevangen door de aanwezige zekerheid tenaanzien van de druksterkte.Wanneer een ieder, van hoog tot laag, die bij hetvervaardigen van een betonwerk is betrokken, ver-antwoordelijkheidsgevoel toont, zullen de gemaaktefouten niet van dien aard zijn, dat de kwaliteit vanhet bouwwerk als geheel, na verloop van jaren indiscrediet zal worden gebracht.Chemische aantastingIn ons land wordt bij waterbouwkundige werken be-ton van goede kwaliteit chemisch niet aangetast. Waar,aantasting plaats heeft, is altijd een andere oorzaakaan te wijzen. Aantasting zal plaats vinden, waarfouten zijn gemaakt, als:vorst haar vernielende werking kan verrichten(fig. 9),de kwaliteit van het beton slechter is dan wasvoorgeschreven (ontmengde specie, grindnesten), ofdoor mechanische vernieling (onbeklede uitsprin-gende hoeken, schilfers in voegen afspringen doorzonnewarmte),de betondekking onvoldoende is.Volgens de tekst van de publicatie, waaraan fig. 9 isontleend4), komen de muurbeschadigingen alleen voorboven water, zodat ze kennelijk door vorst zijn ont-staan of bevorderd.Is in de waterbouwkundegewapend beton op zijn plaats?Hampe beantwoordt deze vraag ontkennend. Allegewapend beton wordt volgens hem op de duur ver-nield; een grote betondekking kan de vernieling welvertragen maar niet tegenhouden.Naar de mening van de schrijver dezes is deze uit-spraak in zijn algemeenheid vooralsnog voorbarig teachten. Immers de meeste waterbouwkundige beton-werken houden zich tot nog toe goed. Zo is de Noor-dersluis te Umuiden een voorbeeld van een beton-werk aan zee, dat getoond heeft de tand des tij ds tetrotseren. Waar na jaren, zeer verspreid, foutjes aande dag zijn getreden, zijn deze een gevolg van grind-nesten, slecht gestelde of tijdens het storten ver-schoven wapeningsstaven e.d., doch dat zulks eenbegin is van verval, zal niemand durven beweren.Laten wij hopen dat de zo juist aangehaalde onheil-spelende uitspraak door het door deskundig personeelmet verantwoordelijkheidsbesef vervaardigen vanwaterdicht beton van goede kwaliteit, nimmer be-waarheid zal worden!4) Eng. News Record, 22 Maart 1951.The Research Station of the Cement and Concrete AssociationOp 10 Mei 1951 werd het nieuwe Research Station of theCement and Concrete Association door de Minister of Works,de Pt. Hon. G. A. Brown M.P. te Wexham Springs, StokePoges, Bucks, offici?el geopend in aanwezigheid van eengezelschap vooraanstaande civiel-ingenieurs en architecten.Beton en de samenstellende materialen van beton kunnenveelzijdig worden onderzocht in dit moderne gebouw.Vochtigheid van betonmengsels, absorberende eigenschappenvan de materialen, het effect van het trillen van beton, onder-zoek van de afwerking van het betonoppervlak van verhar-dingen, toepassing van voorgespannen beton en betonver-harding, voegvulmaterialen, enz., kunnen in het ResearchStation worden onderzocht.Ir. P. K.138Cement 3 (1951) Nr 7-8
Reacties