I IUITVOERINGSTECHNIEK IBETONTECHNOLOGIE IBEHEERSING VAN HETVERHARDINGSPROCESKENNIS VAN BETONTECHNOLOGIE EN UITVOERINGSTECHNIEKGECOMBINEERD IN EEN PROGRAMMAPAKKET 'ir.E.Maatjes HEG, Rijswijk, afdeling Speurwerk en Ontwikkelingir.AC.J.Berlage, HEW; GoudaDe inzet van geavanceerd materieel maakt kortere cyclustijden hij de uitvoering vanhouwwerkenmogelijk. Voorwaarde is echter dat het verhardingsproces van hetononder uiteenlopende omstandigheden wordt heheerst. Bij de HBG wordt drukgewerkt aan de ontwikkeling van een programmapakket genaamd VHS,Verhardings Beheers Systeem. Hiermee kan zowel in de voorhereidingsfase alstijdens de uitvoering het effect worden hepaald van maatregelen op hetverhardingsproces. De technische achtergronden en mogelijkheden van VHS wordenin dit artikel toegelicht.luchtfoto: Aeroview, Dick SellenraadIn dit artikel wordt ingegaan op de ach-tergronden van VBS en op de reeds ont-wikkelde computerprogrammatuurvoorhetberekenenvan de ontwikkelingvan de temperatuur, de druk- en trek-sterkte, de elasticiteitsmodulus en dehydratatiespanningen in verhardendbeton. De mogelijkheden van de pro-Bij debouwvanbetonconstrucn'eszijn de methode van uitvoering,betontechnologische omstan-digheden en externe factoren van groteinvloed op het verhardingsproces en opde uiteindelijke kwaliteit van het gele-verde werk. Door in een vroeg stadiumeen verstandige keuze uit uitvoerings-technische en betontechnische maatre-gelen te maken, kan het verhardings-proces zodanigworden gestuurd dateenvoor de uitvoering en voor de kwaliteitgunstige oplossing wordt gevonden.Bij de HEG is het Verhardings BeheersSysteem (VBS) in ontwikkeling waar-mee zowel tijdens de voorbereiding vande bouw als tijdens de uitvoering de in-vloed van diverse maatregelen kan wor-den bepaald. .Dit systeem omvat het ontwikkelen vaneen aantal computerprogramma's metbijbehorende databanken en het imple-menteren van de verworven kennis enprogrammatuur in de organisatie. Op 1-~---------~~----,--~--------~-~-1deze manier wordt de huidige stand van Op de Maasvlakte bouwt de HBWkennis en techniek op de gebieden van een opslagplaats voor afvalstoffen,d b hn I d zoals asbesthoudende stoffen en?e etontec 0 ogie en e uitvoerings- vliegas, bekend als het C2-deponie.methoden gecombineerd. Voor een Voor dit project is eenaantal onderdelen van VBS wordt sa- uitvoeringsmethode ontwikkeld metmengewerkt met derden, zoals de sectie een korte cyclust!jd. Op basis van eenbetonconstructies van de Faculteit der voorstudie naar de te verwachtenCiviele Techniek van de TU-Delft. sterkte- en spanningsontwikkeling isgekozen voor een kleine, snelverplaatsbare ge?soleerde stalenbelasting.opdrachtgever: AfvalverwerkingRijlll110nd (AVR)ontwerp/directie: DienstGemeentewerken Rotterdamaannemer: HBW, Gouda56 Cement 1989 nr. 3grammatuur zullen worden ge?llu-streerd met voorbeelden.I.r IREGELAAR[iiJCONSTRUCTIEVERWARMINGS-ELEMENTPOLYSTYREENISOLATIESchematische weergave van deadiabatische verhardingsproefOMGEVINGONTWIKKELINGBETONTEMPERATUURKUBUSTHERMO-KOPPELDe wijze waarop met VBS wordt ge~werkt, kan worden toegelicht met hetschema dat is weergegeven in figuur 2.De onderdelen van dit schema kunnenals volgt worden toegelicht:- selecteer met behulp van de databan-ken de van toepassing zijnde gegevensmet betrekking tot het mengsel, typebekisting, te verwachten weersomstan-digheden en de kosten van materieel,materiaal en arbeid;- bereken de ontwikkeling van de be-toneigenschappen en de opbouw van dekosten;2 Stroomschema van hetVerhardings Beheers Systeem3behorende temperatuur- en sterkte-ontwikkeling. De gegevens zijn af-komstig van praktijkmetingen. Hetvullen van deze databank gebeurt on-der verantwoordelijkheid van deKwaliteitsdienst.1 Schematische voorstelling vaninvloeden op hetverhardingsprocesONTWIKKELINGHYDRATATIESPANNINGENAANPASSEN?MAATREGELENt'fCONTROLEIONTWIKKELINGBETONEIGENSCHAPPEN- sterkte- E-modules- relaxaliegedrag? BETONMENGSEL? OMGEVINGSFACTOREN? BEKISTING? UITVQERINGSSYSTEEM::;~:::IOI~:;::LITS- 11? TEMPERATUURI",;B;.;;.AA;.;,;Rl.,.-_...J? SPANNI~ / NEE.< HAALBAARADJABAATM?NGSELTECHNIEK_ samenstelling - koelen - zon - bekisting_ temperatuur - verwarmen - wind - tijdstip vanontkistingIL-~ L-I ~__----li.--_---" -geometrie V.h.stort- geometrie V.d.constructieten van een bepaalde uitvoeringsme-thode. Hierbij wordt onder andere re-kening gehouden met de repetitie vande bekisting en de invloed van leeref-fecten op de arbeidskosten.2. De databank KostenDeze databank wordt gevuld met uitde nacalculatie afkomstige kostenge-gevensvan bijvoorbeeld betonmeng-selsamenstellingen, arbeid en bekis-tingen.3. Het programma Techniek .Dit programma wordt gebruikt voorhet berekenen van de ontwikkelingvan betoneigenschappen zoals tem-peratuur, sterkte en stijfheid en deo~twikkeling van hydratatiespan-mngen.4. De databank TechniekDeze databank bevat gegevens overmengselsamenstellingen met de bij-Algemene beschrijving van VHSDe belangrijkste onderdelen van hetVerhardings Beheers Systeem zijn:1. Het programma KostenDit onderdeel wordt gebruikt vooreen globale beoordeling van de kos-Waarom VHS?De snelheid waarmee het verhardings-proces van betonverloopt is mede bepa-lend voor de ~e volgen uitvoeringsme-thode. Bestudering van het te verwach-tenverloop van hetverhardingsproces isnoodzakelijk als men tijdens de daad-werkelijke uitvoering niet verrast wilworden door te trage sterkte-ontwikke-ling enlofscheurvorming door te hoogopgelopen hydratatiespanningen.De mate waarin de snelheid van hetver-hardingsproces devoortgangvan de uit-voering be?nvloedt, hangt afvan het ty-pe constructie.Bij de bouwvan min ofmeerlanggerek-te constructies zoals tunnels en kade-muren is een grote mate van repetitie inhet uitvoeringsproces mogelijk. Bij der~gelijke constructies kan men door leer-effecten besparen op arbeid. Daarnaastkan men lichter, kleiner en geavanceer-der materieel inzetten, zoals een kleine-re kist. Kiest men voor een dergelijke,meer industri?le tiitvoeringsmethode,dan zal hetverloopvan hetverhardings-proces sterker bepalend wordenvoor dete volgen uitvoeringsmethode. Immerseenkleinere bekistingbetekenteen gro-ter aantal bouwcydi en een kortere cy-clustijd.Bij de bouw van een betonnen afValbakop de Maasvlakte (de C2 deponie) heeftmen bewust naar een dergelijke kortecyclustijd toegewerkt. Op basis van eenvoorstudie over de te verwachten sterk-te- enspanningsontwikkelingis hierge-kozen voor een kleine, snel verplaatsba-re ge?soleerde stalen kist en een gewij-zigd stortnadenplan.Voorafde snelheid van hetverhardings-proces kunnen beoordelen en de daar-mee samenhangende kosten- en kwali-teitsaspecten, biedt grote voordelen.Gezien het grote aantal elkaar be?nvloe-dende factoren en hetgrote aantal te be~rekenen varianten, vergt een zorgvuldi-ge beoordeling van hetverhardingspro-ces nogal wat rekenwerk. Infiguur 1zijnde factoren, die het verhardingsprocesbe?nvloeden schematisch weergegeven.Dit grote aantal invloedsfactoren is dereden dat voorhet Verhardings BeheersSysteem een aantal computerprogram-ma's met bijbehorende databanken isc.q. wordt ontwikkeld.Cement 1989 nr. 3 57IUITVOERINGSTECHNIEK IBETONTECHNOLOGIEDe term (0 (x,t,8) wordt gebruikt voorhetbeschrijvenvan de ontwikkelingvande hydratatiewarmte.De temperatuurontwikkelingDe differentiaalvergelijking voor hetbeschrijven van I-dimensionale warm-te-problemen kan als volgt worden be-schreven:groot aantal problemen op het gebiedvan de verharding valt te vereenvoudi-gen tot I-dimensionale gevallenenom-dat er al programmatuur bestaat voorhet oplossen van geometrisch com-plexere problemen' (het programmaDIANA) is gekozen voor I-dimensio~nale beschrijving.Deze differentiaalvergelijking wordtopgelost door de hydratatiewarmte alsfunctie van de plaats, de tijd en de tem-peratuur te bepalen en vervolgens dewarmte-uitwisseling met de omgevingte berekenen. Voor een ??nduidige be-schrijving van de warmte-ontwikkelingvan een mengsel, moet de warmte-ont-wikkeling worden losgekoppeld van deomgevingsfactoren. Dit is gedaan dooruit tegaan van de adiabatische warmte-ontwikkeling, dat wil zeggen: het ver-hardende beton staat geen warmte afaan de omgeving.Omdatin eenconstructie uiteraard tochwarmte~transport plaatsvindt wordt deadiabatische warmte-ontwikkeling zo-danig gecorrigeerd dat de warmte-ont-wikkeling op een zeker moment en opeen zekere plaats een afspiegeling is vande in werkelijkheid heersende beton~temperatuur en hydratatiegraad.De onder a. genoemde methode is ge-bruikt bij de toepassing van VBS bij deuitvoering van de waterkracht te Linne(zie de paragraafTestprogramma).Voor de onder 1. genoemde methode isin het HBW-Iaboratorium een proef-opstelling gebouwd (tig.3). De proefwordt als volgt uitgevoerd:Het te onderzoeken mengsel wordt meteen thermokoppel in een polystyreenkubusmal gestort en vervolgens ver~dicht. De kubusmal wordt in eenwater-bakgeplaatstdie isvoorzienvan eenver~warmingselement, een circulatiepompen een thermokoppel.Met behulp van een 4.T-regelaar wordthet verwarmingselement zodanig ge-stuurd dat de watertemperatuur eenfractie lager is dan de betontempera-tuur. Als voorbeeld zijn de resultatenDeadiabaatMet de huidige stand van de techniek ishet nog niet mogelijk uit de samenstel-ling van een betonmengsel de adiabati-sche warmte-ontwikkeling te bepalen.Ook zullen proevenslechts een benade-ring van een adiabaat weergeven.Voor toepassing in het programmaTechniek worden twee manieren ge-bruikt om de adiabaat te benaderen.a. door een bepaald verloop aan te ne-men, en dit verloop te controleren dooreen praktijkmeting na te rekenen;b. door het uitvoeren van een proefwaarbij adiabatische omstandighedenzoveel mogelijk worden nagebootst.Beide oplossingen blijken nagenoeg ge-lijke resultaten op te leveren.De aanpak komt nagenoeg overeen metde doorvanBreugel beschreven metho-de [2,3].Afwijkend is dewijzewaarop deadiabatische warmte-ontwikkelingwordt gecorrigeerd [4].. . (1)08 _[028 1 ]Kt ~ ac ox2 + ~. (0 (x,t,8).Het programma TechniekHet programma Techniek is ontwik~keld om het verloop van het verhar-dingsproces en de opbouw van de hy-dratatiespanningen te kunnen voor-spellen. Hiermee onderscheidt hetpro-grammazich duidelijkvan de rijpheids-methode en het Computer InteractiveMaturaty System CIMS [1]. De rijp-heidsmethode wordt alleen gebruiktom tijdens ofna de uitvoering de sterk-te-ontwikkeling aan te tonen; hetCIMS-programma kan, voor zover be-kend, nietworden gebruiktvoor hetbe-rekenen van hydratatiespanningen.Het VBS-programma Techniek bestaatuiteenaantal menu-gestuurde, elektro-nische werkbladen voor het selecterenen bewerken van de in~ en uitvoer eneen tweetal in FORTRAN geschrevenmodulen voor het rekenwerk. Aan hetgeheel is een databank gekoppeld. Hetprogramma draait op een pc.Korte beschrijving van theoreti-sche achtergrondenDe berekening van de ontwikkelingvande temperatuur, de sterkte en de elasti~citeitsmodulus is gekoppeld aan de op-lossing van de differentiaalvergelijkingvan Fourier. Deze differentiaalvergelij-king is numeriek goed oplosbaar wan-neer wordt uitgegaan van I-dimensio-nale warmte-stroming. Omdat een- beoordeel de uitkomst. Afhankelijkvan het resultaat moeten ??n of meeronderdelen worden aangepast;- vergelijk tijdens het uitvoeringsprocesde gemeten en berekende waarden. Af-hankelijkvanhetresultaatzullende uit-gangspunten/methode moeten wordenaangepast;- vul de databanken met nieuwe gege-vens.60 60/VV v '-/\IV'/~ 50 til 50?/--WATER jI - - KUBUS'ij0I " I0-40.5 40/L.5:IJ... --- E I.;30 :ii: 1.50'ij\8- ,\ VLOEF .S' 1.00, \~ /.. I \ tiOER bNoffiz IJOE:>25 .~ 0.50:>\~IS).. '\ \WAN[ c I; 1 \ (HOUl ! 0.00_.a. \I rn v'?'\. IlOVENE 20 '.: OER IJDElil \,~ -0.50 __tI-"-, ,"