? ? onderzoek ? betontechnologieir.J.Werner en drs.K.E.E.Witlems, Volker Stevin Speurwerk & Ontwikkelinging.E.Freriks en ing.A. van der Zanden, Van Hattum & Blankevoort/lntegronIntegron heeft ruim drieJaar meegewerkt aan een Europees onderzoeksprogramma voorhetontwikkelen van een cementgebonden betonreparatiemethode met een zeer dichtenhard materiaal. Het project werd internationaal financieel ondersteund door de EU methet Brite?EuRam programma. Doel van het onderzoek was het ontwikkelen van een zeerdichte krimpvrije mortel, op basis van cement.ONDERZOEKNAAREENDICHTE ENDUURZAME BETONREPARATIEMORTELCEMENT1997/11Het Durable Repair materiaal (gedurendehet onderzoek kortweg aangeduid met Du-rep) moest een sterke vermindering van dekrimp, een verhoogde zuurbestandheid eneen zodanige plasticiteit van het verse ma-teriaal hebben, dat dit gemakkelijk verspuit-baar zou zijn. Behalve het repareren van be-tonconstructies werd als toepassingsge-bied vooral gedacht aan het herstel van be-tonnen rioolbuizen.Densit en Aalborg Portland onderzochten decombinaties van materialen en de binder ophun eigenschappen. De universiteiten hiel-den zich vooral bezig met het testen van dezuurbestandheid en het zoeken naar krimp"beperkende materialen. De Huhr-Univer-sit?t Bochum ontwikkelde een methode omvolgens Duitse normen de Hningdikte vooreen rioolbuis te kunnen bepalen. De aanne-mers deden de prakt?kproeven voor het ver-werken, spuiten en troffelen, alsmede demarktverkenning. Van Hattum & BJanke-voort/lntegronhield zich voornamelijk bezigmet de prakt?kproeven voor het spuiten. Ditbetrof rioolbuis-relining met de 'rotaryspray'-methode en betonoppervlakrepara-ties met de normale spuitmethode.Het project is eind 1992 gestart en duurde3,5 jaar. Het testen in de praktijk door deaannemers, werd grotendeels in 1995 ge-daan.MaterialenDiverse samenstellingen van het Durep-mengsel werden op laboratoriumschaal ge-test op krimp en zuurbestandheid. 'Durep-mengsel 4' voldeed het best aan de doel-stelling.Er werden vergel?kingsproeven gedaan metde gebruikel?ke materialen die in agressieveomstandigheden worden toegepast zoalsspuitmortels, Iiningsystemen, polymeer be-tonmortels, PVC combi-Iiningsystemen, har-de keramische tegels en epoxy coatings, aldan niet versterkt met glasvezels.Voor het nieuwe materiaal werd uitgegaanvan een bestaand product van Densit (Du-coritmortel). De aanpassing betrof voorna-mel?k de verbetering van dekrimpeigen-schappen.Voor het bepalen van de mengselsamen-stelling van de binder werd een grote serieconcept-samenstellingen uit verschillendematerialen ontworpen en op laboratorium-schaal getestin Denemarken en Duitsland.De proefmengsels werden gevormd uit di-verse portlandcementsoorten,silicafume,krimpbeperkende materialen die de zuur-bestandheid vergroten en superplastificeer-ders.EigenschappenSamenstellingDe binder is plastisch-visceus b? een water-bindmiddelfactor (cement+silicafume) van0,25, waardoor verwerking met het zoge-noemde natte proces mogelijk iszondertoe-voeging van een versneller. Tabel 1 geefteenvergel?king van eigenschappen tussen Du-rep en conventionele mortelspecie.KrimpDe mortel werd samengesteld door aan debinder zand toe te voegen. De krimpwerkingin het mengsel werd op laboratoriumschaalgemeten, met een door Densit ontwikkelde'balloontest' en de ?nnulaire ShrinkageGauge' test.57? ? onderzoek ? betontechnologieTabel 1Vergelijking van eigenschappen Durep en normale mortelspecieTabel 2Aspecten van de levensduurTabel 3Vergelijking van spuitmethodenmm deklaag in speciaal beton, biedteen be"rekende bescherming van meer dan hon-derd jaar. In vergelijkbare omstandighedenis een droge spuitmortel van zandcementmet een dikte van 20 mm goed voor elfjaarbescherming.Uit opgaven van leveranciers bleek dat 0,4mm epoxy goed is voor 2,5 jaar, 0,4 mmacrylfilm voor tien jaar en een 2 mmdikkelaag polymeercoating, op basis van cement,voor vijftien jaar.VerwerkingsmethodenDe mortel werd in de praktijk op verwerk-baarheid getest met de droge en de nattespuitmethode. Het materiaal en materieelwerd daarvooraangepasten gemodificeerd.Praktijkervaringen met het materiaalVoor de natte spuitmethode moest de mor-tel worden samengesteld uit een hoog aan-deel binder (43%) en fijn zand, met een kor-relafmeting van 0,5 mm om, met een be-perkte pompdruk, toch nog op grote afstandvan de machine te kunnen spuiten. Met de-ze natte spuitmethode kan een Iiningdiktevan 30 mm in ??n keerworden aangebracht.Aan de hand van een computermodel kanworden aangetoond dat deze voldoetaan deDuitse normen. Door zo'n nieuwe lining opgescheurde buizen aan te brengen, kan degebruiksbelasting weer worden opgeno-men. Het model werd gevalideerd aan dehand van proeven opware grootte in het IKTlaboratorium in Gelsenkirchen (0).Voor de langetermijn krimp (1- 150 dagen)werden mortelbalkjes gebruikt in water van20 oe. De bindtijd is gemeten aan de handvan temperatuurmetingen in 100 mi polycar-bonaatbekers, opgeslagen ineen polystyr-een doos.Om krimp tijdens de tweede fase, de verhar-dingsfase, tevermijden, zijn krimpverminde-rende stoffen gebruikt. Het materiaal isenigszins hygroscopisch; er kan dus klont-vorming optreden. Dat stelt hoge eisen aantransport, opslag en duur ervan, alsmedeaan de plaats van verwerking die vaak quavochtigheidsgraad niet te be?nvloeden is.58LevensduurAangezien Densit zelf slechts beperkte er-varing heeftmetde levensduurvan coatingsonder stabiele omstandigheden, hebben zijde levensduur van diverse materialen latenberekenen. De daarvoor bepalende chlori-de"indringing van verschillende materialenis berekend met de kennis over de doorla-tendheidsco?ffici?nt van verschillende be-tonsoorten en laagdikten (tabel 2).Berekend werd dat Durep 4 theoretischgoed is voor een levensduur van meer danhonderdjaar. Ook de Grote Belt brug, met30Het materiaal kan zowel nat als droog wor-den verwerkt. Voor deslingermethode (rota"ry spray), toegepast bij het aanbrengen vaneen Hning in buizen, is een natv??rgemengdmengsel nodig.Voor het normale spuitwerk is om economi-sche redenen, een droog v??rgemengdmengsel wenselijk. Daarnaast kan bij dezemethode ook op grote afstand van de rnen-gerworden gewerktzonder datde pompdrukontoelaatbaar hoog wordt (tabel 3).Praktijkervaring met het materieelHet spuitmaterieel betrof diverse typenmengers, pompen en spuitmonden voor zo-wel de verwerking van natte, semi-natte(doorstroommenger) als droge mengsels.Bij de natte methode wordt de menging in-clusief watertoevoeging vooraf in batchesgedaan, dus moet discontinu worden ge-werkt. Bij de semi-natte methode wordt eencontinu mengende machine gebruiktdie vol-gens het doorstroomprincipe werkt met bij-eEMENT1997jllvoorbeeld een wormwiel. Bij de droge spuit-methode wordt het water pas toegevoegdaan de spuitmond en kan continu wordengewerkt.In totaal werden zeventien mengers enpomptypen en drie typen spuitpistolen(guns) beproefd. De testen werden gedaanmet vijf spuitmortels van verschillende leve-ranciers. Vanwege de grote variatie in hetspuitwerk werd vooral materieel getest dateen brede inzetmogelijk maakt. Daarbij wer-den ook de drukken, slanglengten en diame-ters beproefd.Voor de droge spuitmethode beviel de ma-chine voor het mengen en pompen goed.Vooral omdat deze op afstand door de spui-ter kon worden bediend en er nauwelijks ge-stopt behoefde te worden, hetgeen de kwali-teitvan hetwerk ten goede kwam. Erkondenlange slangen worden gebruikt.Ook de machine die gebruikt werd voor denatte spuitmethode beviel goed, maarbleekrelatiefduurvoorverwerkingdoorde discon-tinuemaniervan werken, de gewenste voor-mengtijd, hetreinigen van de slangen en dekorte reikwijdte.Metde semi-natte spuitmethode konden demengsels niet goed worden verwerkt. Dezemachineis niet multi-inzetbaar en alleen ge-schikt voor het daartoe samengestelde ma-teriaal op polymeerbasis.Bij de droge spuitmethode bleek de capillai-re spuitmond met verwisselbare nozzles naenige modificaties uitstekend te voldoen.Ook trad er maar een geringe terugslag open nauwelijks lekkage aan de spuitmond. Erontstond een relatief vlak oppervlak waar-doorerminderhoefdete worden afgewerkt.Ervaringen uit de praktijkproevenErwerden drie series proeven uitgevoerd, oprechtopstaande stelconplaten volgens eenzogenoemde 'kwadranten aanpak'. Het Du-repmengsel4 moest voor de droge spuitme-thode worden aangepast. De zeefkrommevan hetzand moestworden bijgesteld om deterugslag te beperken. Daarom werd hetvoor droogspuiten Durepmengsel4 metgrofzandtot2,5 mm en metminderdan 30% bin-der gebruikt.De criteria waarop werd getoetst waren kwa-liteit, verwerkbaarheid, laagdikte, verwer-kingssnelheid en economie.Bij de eerste proevenserie met de drogespuitmethode bleek dat de menging van dedroge stof met water door de operator vol-CEMENT1997/11doende was om een goed eindresultaat tebereiken. Daarvoor moest wel een goedevoormengingvan het droge mengsel plaats-hebben, nauwkeurige afstemming van dehoeveelheid aangevoerde droge stof en detoegevoegde hoeveelheid water aan despuitmond en de wijze van regelen daarvan.Bij de tweede serie proeven bleek dat onvol-doende menging van het droge materiaal insitu, met name van de binder en de calcium-oxide, de belangrijkste oorzaak was van deminder goede resultaten. Eigenlijk zou meteen 'premix' gewerkt moeten worden.Voor de derde serie proeven werd om die re-den gebruik gemaakt van een gedeeltelijkmet fijn zand v??rgemengd bindmiddel. Erwerd gespoten met zeven verschillendemengsels.Voor dit soort materiaal bleek het in situmengen sterk afte raden. Ook v??rgemengdmateriaal, een premix, kan ten gevolge vanverkeerde behandeling of te lange ligtijdweer ontmengd' raken. De water-bindmid-delfactorkan bij een goede beheersing doorde operator laag worden gehouden.Het materiaal bleek met een minimale diktevan 8 mm en een maximale diktevan 25 mmte kunnen worden aangebracht, in capacitei-ten van 0,5 tot 1,5 m3/h. Glad afwerken vanhet oppervlak bleek direct na het aanbren-gen goed mogelijk, maar het is zwaar en ar-beidsintensief werk. Het tixotrope karaktervan Ducorit (zowel bij de natte als bij de dro-ge spuitmethode) bleek een nadeel te zijnvoor de afwerking.LaboratoriumonderzoekDe laboratoriumproeven op proefstukkenleidden tot enkele opvallende resultaten.? Silicafume was onder de elektronenmicro-scoop als deeltje niet te herkennen of teonderscheiden van andere fragmenten.Dit betekent dat er een zeer homogeenmengsel is gemaakt en er geen klontvor"ming heeft plaatsgehad.? Waar voor de natte spuitmethode eenmengsel met een hoog bindergehalte vancirca 40% nodig is, is dat bij droogspuitenminder dan 30%. Ook is een hogergehalteaan grof zand mogelijk.? De afwezigheid van waterindringing wijstop een gesloten pori?nstructuur, hetgeengunstig is.? De porositeit van het nieuwe materiaal isveel minder dan bij materiaal op polymeer-basis. Bij de droge verwerkingsmethodevan het nieuwe materiaal is de porositeitwat hoger, maar altijd beter dan bij de con-currerende materialen en normaal spuit-beton.? De druksterkten van de, volgens de nattemethode verwerkte Durep-mengsels 1t.m. 4, zijn erg hoog.Proeven voor buis-en leidingrenovatieDe proeven met het Durepmengsel 4 warenaanvankelijk niet succesvol, omdat het nietmogelijk was hetmateriaal overgrotere leng-ten te transporteren. De pompdrukken lie-pen op boven het toelaatbare. Gestreefdwerd naar een pompdruk van maximaal 0,9bar bij een capaciteit van 2,5 m3/h en eenlaagdikte van 45 ? 50 mmoDe oorzaak lag in de opbouw van het meng-sel, dat te weinig fijn zand bevatte om hetmeteenbeperktepompdruktoch overlangeafstand te kunnen verpompen. Ook was ermeerbinder nodig om de voldoende dikke Ii-ningslaag in ??n keer te kunnen aanbren-gen.Het roterend spuiten met het natte v??rge-mengde mengsel verliep bij een volgendeproefserie goed. Toen werd voor het meng-sel fijn zand gebruikt, korreldiameterO,5 mmen circa 40% Durep-binder. Het in ??n keeraanbrengen van laagdikten tot circa 30 mmis mogelijk, daarboven valt het van de buis-wand af.Het is belangrijk te weten welke laagdikte in??n keer kan worden aangebracht. Duitsevoorschriften geven namelijk aan dat het bijgescheurde buizen noodzakelijk is een nieu-we Iining aan te brengen van een zodanigesterkte, dat de gebruiksbelasting opnieuwkan worden opgenomen. Om dat te kunnenbepalen heeft de Ruhruniversit?t Bochumeen rekenmodel opgesteld dat later gevali-deerd kon worden aan de hand van een prak-tijkproef-belasting op werkelijke schaal bijhet nieuwe Institutf?r Kanalisations Technik(IKT) in Gelsenkirchen.Een liningdikte van 30 mm blijkt sterk ge-noeg om zwaar verkeer te kunnen dragen.De buis moet dan minimaal 2,40 m diep lig-gen.ToepassingsgebiedenChloride-indringing, met als gevolg aantas-ting van het wapeningsstaal in beton, wordtin de wereld als een groeiend probleem ge-zien. In Nederland wordt in SMOZ- en CUR-verband onderzoek hiernaar verricht.59? ? onderzoek ? betontechnologieDe krimp van het nieuwe materiaal is veelminder dan van normaal beton en de zuur-bestandheid is circa drie keer beter dan vangebruikelijk (spuit)beton. Helaas kan hetmateriaal nog niet industrieel worden gefa-briceerd, omdat hetapplicatie- en methode-gericht moet worden samengesteld.Toepassingsmogelijkheden zijn er in de che-mische procesindustrie (bijvoorbeeld:zuuropvangbassins), bij riolering en rioolwa-terzuiveringen en voorts overal waar een'schild' gewenstistegen chloride-indringing.ConclusieNat verwerken en spuiten van het nieuwemateriaal is qua resultaat ideaal, maar welerg duur en het is in Nederland niet concur-rerend ten opzichte van de alternatieven.Verwerking van het materiaal met de drogespuitmethode, waarbij op grote afstand vande menger en pomp kan worden gewerkt,bleek technisch en economisch verant-woord. De praktijk heeftgeleerd datmateria-len met een hoog gehalte aan silicafume,met de droge spuitmethode verwerkt kun-nen worden. Voorwaarden daarvoor zijn datde silicafume goed met de binder wordtv??rgemengd, dat er gewerkt wordt met eenspuitmond met een geschikt capillair nozz-lesysteem en dat de operator de hoeveel-heid toegevoegd water tot een minimum be-perkt. Daarbij moest de mortelsamenstel-ling wel, ten opzichte van de standaardsa-menstelling, worden aangepast, de binder-hoeveelheid worden beperkt tot circa 24%en groverzand worden gebruikt met een kor-reldiameter van 2,5 mmo Het proces wasgoed beheersbaar en er werd een homo"geen materiaal verkregen met een hogedichtheid en een zeer geringe porositeit,veel beter dan de waarden van een normalespuitbetonmortel, zoals bleek uit de labora-toriumproeven op het opgespoten materi-aal.?Indien een producent rekent met een nieu-were versie van zijn programma dan in de lijstis aangegeven, dan kan dit een programmabetreffen dat n? de publicatiedatum is ge-toetst.Op de met de berekening meegestuurdetoetsingsverklaring staat het meest recenteversienummer aangegeven.Computerberekeningsprogramma'ssysteemvloeren door COB getoetstDoor het Centraal Overleg Bouwconstruc-ties (COB) wordt ieder halfjaar een lijst metde door COB getoetste computerberekenin-gen voor systeemvloeren gepubliceerd.Cement maakte melding van dit voornemenin het januarinummer Van 1997. In de lijststaan de producenten vermeld met daarbijhet laatste aktuele versienummer van hetgetoetste programma.De hiernaastgepubli-ceerde lijst, is de bijgewerkte lijst tot 1 okto"ber 1997.De toetsing geschiedt door werkgroepen,waarin uitsluitend constructeurs zitting heb-ben van gemeentelijke bouw- en woningtoe-zichten. Iedere producent van systeemvloe-ren kan op aanvraag het door hem of zijn ad-viseur gebruikte programma laten toetsen.BetonSon HVPlus BetonSon 7.5VBI VBI Berekening Plaatvloer VBI automatisering 1Dycore Verwo Systems Rekenplan Logisterion 2.13Heembeton VSPAN 92 Adviesburo Brekelmans 1.39/1.40EBM Ascal Voorspan Ascal Delft 95.4Prefab Beton Veghel Ligger Beton Scia w+b 3.12Geelen Beton Posterholt Ligger Beton Scia w+b 3.12Geelen Beton Posterholt WORBP WSM Engineering 2.96+Geelen Beton Posterholt BPVOORBL Geelen Beton 4.3Monoliet Beton breda Ligger Beton Scia w+b 3.12Dycore Verwo Systems Ligger Beton Sciaw+b 3.12De Hoop Betonwaren Ligger Beton Scia w+b 3.12Orion Beton Liggers Technosoft 1.71Orion Beton Wapening vloerplaat Technosoft 1.18Pekso Beton Ligger Beton Scia w+b 3.12Alvon Bouwsystemen SV27"90.MP/SVSD GdV96 Goudstikker de Vries 5.01Alvon Bouwsystemen Ligger Beton Scia w+b 3.11BetonSon Spancon liggerberekening BetonSon 5.1BetonSon Ligger Beton Scia w+b 3.11Prefab Beton Veghel Ligger Beton Scia w+b 3.11Geelen Beton Posterholt Ligger Beton Scia w+b 3.11Geelen Beton PosterholtGeelen Beton PosterholtPrefab Beton VeghelMonoliet Beton BredaDycore Verwo SystemsHeembetonBetonSonPekso BetonRCUNILigger BetonLigger BetonLigger BetonRekenplanVSPAN 92Ligger betonLigger betonGeelen BetonScia w+bScia w+bScia w+bLogisterionAdviesburo BrekelmansScia w+bScia w+b2.63.123.123.122.121.39/1.403.103.12Cement zal in het vervolg ieder half jaar deaktuele lijst publiceren.Geelen Beton PosterholtDe Hoop BetonwarenVBIThermositelso-Plus vloerWSM-CVBerekening Comb.vloerenBerekening Comb.vloerening.J.A.L.SteenvoordenWSM EngineeringVBI automatiseringVBI automatisering2.012.01160 CEMENT1997/11