NIEUWE BETONSOORTENCOLLOIDAAL BETONing.A.M.Hendriksma, Mebin BV, afdeling MarktontwikkelingH.H.M.Soen, Mebin BV, afdeling Technologische AdviezenCollo?dale betonspecie heeft een zodanige samenhang dat bij vrije val door watergeen of praktisch geen uitspoeling optreedt. Deze hier wel heel kort beschreveneigenschap maakt collo?daal beton eenvoudig toepasbaar in veel situaties onder ofaan het water. Collo?daal beton is ruim 15 jaar geleden in Duitsland ge?ntroduceerdals nieuw materiaal voor de waterbouw. In Nederland is het materiaal nu bijna 10jaar bekend. In deze periode is veel ervaring opgedaan in zeer verschillendetoepassingen [1].Dit artikel geeft een overzicht van de mogelijkheden, materiaaleigenschappen enontwikkelingen.ollo?daal beton. Wat is dat? Denaamgeving is afgeleid van hetGriekse woord 'kolla', wat lijmbetekent. Collo?den zijn lijmachtigestoffen. Deze eigenschap heeft vooral temaken met de toestand waarin dergelij-ke stoffen zich bevinden.Collo?daal zijn die stoffen waarvan dedeeltjesgrootte ligt tussen de afmetin-gen van moleculen en van nog net metde microscoop zichtbare deeltjes. Der-gelijke uiterst kleine deeltjes zullen ineen suspensie niet uitzakken, maar vrij-wel onbeperkt blijven zweven. Bevateen vloeistof veel collo?dale deeltjes, danvertonen deze ten gevolge van aantrek-kingskrachten aan het oppervlak eensterke samenhang.In betonspecie komt het effect in grotelijnen op het volgende neer: de samen-hang van collo?dale betonspecie is zoda-nig, dat bij vrije val door water geen uit-spoeling optreedt [2,3].Het toepassingsgebied ligt voor de hand:overal waar beton onder water moetworden gestort is collo?daal beton eengoede oplossing. Daarnaast kan collo?-daal beton, door zijn specifieke eigen-schappen, zorgen voor nieuwe toepas-singsmogelijkheden van beton in denatte waterbouw. De hulpstoffen dieworden gebruikt om betonspecie dezecollo?dale eigenschap te geven, bestaanin hoofdzaak uit natuurlijke polymerendie zijn gemodificeerd voor het gebruikin beton. De meest gebruikte basis voorcollo?dale hulpstoffen is methylcellu-lose.RegelgevingIn mei 1990 is door CUR de Aanbeve-ling 18 'Collo?daal beton' uitgegeven.Waar mogelijk verwijst deze aanbeve-ling naar de VBT 1986. Immers, na ver-harden onderscheidt collo?daal betonzich niet of nauwelijks van normaal be-ton. Verschillen zijn er vooral in de plas-tische fase, waar het sterk afwijkend ver-werkingsgedrag en de grote samenhangbij toepassen onder of aan water zichmanifesteert.CUR-Aanbeveling 18 vormt dan ookeen aanvulling op de VBT 1986 en be-handelt vooral de specie-eigenschap-pen, in het bijzonder de keuring en con-trole van het uitspoelgedrag [4].Typen collo?daal betonBij collo?daal beton kunnen op grondvan de structuur van het materiaal tweetypen worden onderscheiden, namelijk:- het gesloten type;- het open type.Het gesloten type onderscheidt zich vannormale betonspecie vrijwel uitsluitendin het verwerkingsgedrag. Het open ty-pe heeft een geheel eigen karakter.Open collo?daal beton bestaat in feiteuit met cernentpasta verlij mde grovetoeslagkorrels.Specie-eigenschappenPlastisch gedragHet afwij kende speciegedrag van collo?-dale betonspecie met dichte structuur(gesloten type) komt tot uiting bij bepa-ling van de consistentie met de zetmaat.Na het optrekken van de kegel blijft despecie gedurende enige rijd nazakken.Door dit 'trage' gedrag lijkt de speciewat stug, maar niettemin blijkt de specieeen zodanig vloeigedrag te hebben datze niet verdicht hoeft te worden. De zet-maat ligt bij circa 200 mm. Bij aankomstop de bodem vloeit de specie moeiteloosuit en omhult daarbij het wapenings-staal en eventuele hindernissen als ste-nen volledig [2,3].(verwig van blz. 17)History. ACI Special Publication 114,1989.3. Russell, H., Ed., High-StrengthConcrete. ACI Special PublicationSP-87, ACI, Detroit, 1985.4. Holand, I., S. Heiland, . Jakobsen,R. Lenschow, Eds., Utilization of HighStrength Concrete. Symposium Procee-dings, Stavanger, 1987.5. Hester, W, Ed., High-StrengthConcrete: Second International Sympo-sium. ACI Special Publication SP-121,ACI, Detroit, 1990.6. Russell, H., High strength concretein North America. FIP Notes 1987/4.7. Bennenk, H.W en J.W Frenay,Hoogwaardig beton - Onderzoek entoepassingen. Cement 1987, nr. 10.8. Lambotte, H., Beton met hogesterkte. Referaat 8e Belgische Betondag1988.9. Lambotte, H. en L. Taerwe, Fatigueof plain high strength concrete subjec-ted to fiexural tensile stresses. Procee-dings Symposium 'Utilization of HighStrength Concrete', Stavanger, 1987.10. Taerwe, L., Brosheid en ductiliteitvan beton met hoge sterkte. Ingediendvoor publikatie in Cement 1991, nr.6.11. Lambotte, H. en L. Taerwe, Deflec-tion and cracking of high-strength con-crete beams and slabs. ACI Special Pu-blication SP-121, W.T. Hester Ed., De-troit, 1990.18 Cement 1991 nr. 5CCollo?dale betonspecie met een openstructuur heeft een ander plastisch ge-drag. De specie vloeit minder en blijft opeen vrij steil talud liggen. De penetratie-diepte bij een oeverbekleding van stort-steen of andere steenconstructies op dij-ken of oevers is beperkt. In de praktijkkan door een juiste keuze van de korrel-grootte van de specie in relatie tot de af-metingen van de te penetreren holleruimten, vrijwel altijd de gewenste pe-netratiediepte worden gerealiseerd.UitspoelgedragIn CUR-Aanbeveling 18 is een beproe-vingsmethode voor het uitspoelgedragopgenomen. Bij deze proef wordt2000 g specie in een geperforeerde sta-len korf gebracht. De gevulde korf moetdriemaal achter elkaar door een water-kolom van 1,70 m hoogte vallen. Omvoor het predikaat 'collo?daal' in aan-merking te komen mag hierna het mas-saverlies niet meer zijn dan 5% (foto's 1-2).Bij gewone grindbetonspecie is de opdeze wijze gemeten uitspoeling meerdan 25% [4].WaterdoorlatendheidHet open type is sterk waterdoorlatend.De doorlatendheidsfactor ligt globaaltussen die van zand en grind, in de ordevan grootte van 10-3m/s.De water(on)doorlatendheid van dichtcollo?daal beton is ten minste gelijk aandie van normaal beton.Mechanische eigenschappenCollo?daal beton van het gesloten type isvergelijkbaar met normaal beton en isleverbaar in sterkte- en milieuklassenovereenkomstig de VBT 1986.ToepassingenCollo?daal beton wordt op dit momentgebruikt in zeer verschillende toepas-singsgebieden. Enkele voorbeelden:Gesloten type:- oeverbeschermingen (vastleggen/pe-netreren van stortsteen);- bodembeschermingen;- constructief onderwaterbeton;- waterdichte lagen;- bodemafsluitingen;- overige toepassingen.Open type:- oeverbescherming (stortsteenpene-tratie);- oeverbescherming in de vorm van eenplaatbekleding.3 Versterking van de Pollendam teHarlingen door middel vanpenetratie van de stortsteen metcollo?daal betonCement 1991 nr. 5 19OeverbeschermingenDe ervaringen met collo?daal betonvoor oeverbeschermingen zijn in Ne-derland legio. Op vele plaatsen is aange-toond dat het een goed alternatief isvoor de klassieke oplossingen, zowel uiteconomisch als technisch oogpunt. Bijhet bespreken van enkele voorbeeldenwordt hier nader op ingegaan (foto3).De in Nederland gerealiseerde con-structies zijn veelal breuksteenbestor-tingen, gefixeerd met gesloten collo?-daal beton. Daarbij worden twee optiesonderscheiden, namelijk constructieswaarbij alle holle ruimten tussen de ste-nen zijn gevuld en constructies waarbijdat maar gedeeltelijk gebeurt.Wanneer de afmetingen of de massa vande breukstenen in een oeverbescher-mingsconstructie onvoldoende zijnvoor de gewenste veiligheid tegen bez-wijken, kan de veiligheid van de con-structie worden verhoogd door de holleruimte tussen de stenen geheel of ge-deeltelijk te vullen met collo?daal beton.Indien bijvoorbeeld stortsteen 10-60 kgwordt gepenetreerd, neemt bij een vul-ling van 50% van de holle ruimten, desterkte al met 40% toe [5].Uit onderzoek is gebleken dat bij eenvullingsgraad van het stortsteenpakkethoger dan 50%, de stabiliteit relatief nogweinig toeneemt [6,7,8,9].BodembeschermingenEr is veel ervaring opgedaan met het rea-liseren van bodembeschermingen, zoalsbijvoorbeeld bij de waterkrachtcentra-les te Maurick en Alphen, de pier (Pol-lendam) te Holwerd, de Sluis bij Linne,vele uitstroomopeningen van sluizen enstuwen en diverse aanlegplaatsen voorveerboten.Als voorziening tegen het onaanvaard-baar uitschuren van onderwaterbodemskan een bodembescherming nodig zijn.Bij de conventionele uitvoering bestaatde bescherming vaak uit een zinkstukmet bestorting. Het is met collo?daal be-ton mogelijk een effici?ntere construc-tie te realiseren, omdat:- door de penetratie de steenhoogte kanworden gereduceerd, hetgeen vaakminder baggerwerk betekent;- de gekozen stortsteen van een lichteregradering kan zijn;- de bescherming onderhoudsarm is;- een grote mate van zekerheid over desituatie onder water wordt verkregen.In figuur 4 is een principedoorsnede vaneen bodembescherming met collo?daalbeton afgebeeld.ConstructiefonderwaterbetonOnder water gestorte betonconstructiesworden in Nederland al geruime tijdtoegepast. De hiervoor ontwikkeldestortinrichtingen en -methoden lenenzich vooral voor grootschalige toepas-singen. Er zijn toepassingen waarvoordeze installaties echter te kostbaar zijn,hetzij door de situering van het werk,hetzij door de omvang ervan. Vooral bijwerken tot enkele honderden m3on-derwaterbeton kan collo?daal beton daneen aantrekkelijk alternatief zijn. Doorhet vloeigedrag is het zelfverdichtend enwordt het wapeningsstaal volledig om-sloten, zodat een goede aanhechtingontstaat tussen staal en beton.Bij de aanleg van de Zeeburgertunnel isbij ??n van de tunnelmoten gebruik ge-maakt van collo?daal beton. Bij dezetunnelmoot moest de constructievevloer onder water worden gestort, om-dat de onderliggende bodemafsluitingvan beton lekte [foto 5). Uit waarnemin-gen en uit geboorde kernen bleek dat dewapening volledig was omhuld. Ookwerd na drie weken aan de sterkte-eis (B25) voldaan.Waterdichte lagen en bodemafsluitingenBij de bouw van een tunnel voor voet-gangers en fietsers onder de Mark teBreda is met succes met een laag collo?-daal beton een waterafsluitende laag ge-maakt [10]. De bouwput is met een sta-len damwand uitgevoerd. Door degrondwaterstand was het noodzakelijkeen waterafsluitende laag 'in de natte'aan te brengen. De opdrachtgever heefteen afweging gemaakt tussen normaalonderwaterbeton en collo?daal beton.Hoewel collo?daal beton per m3duur-der is dan normaal onderwaterbeton,bleek collo?daal beton concurrerenddoordat als gevolg van de vloei-eigen-schappen met een geringere laagdiktekon worden volstaan (foto's 6-7).Bij de aanleg was vooral de waterdicht-heid in de kassen van de damwand vanbelang. Door het goede vloeigedrag endoor er tij dens de uitvoering voor te zor-gen dat er geen slibinsluiting plaatshad,bleek dit zonder meer haalbaar.Tijdens de uitvoering is de assistentievan een duiker aan te bevelen.Soms is het noodzakelijk dat oeverbe-schermingsconstructies waterdicht zijn,bijvoorbeeld indien een kanaal hogerligt dan zijn omgeving. Uit recentCUR-onderzoek, waarover binnenkortwordt gepubliceerd, blijkt dat wanneereen breuksteenconstructie zorgvuldigwordt gepenetreerd met collo?daal be-ton van het gesloten type, deze water-dicht is. Ook uit dit onderzoek bhjktweer dat het vloeigedrag van collo?daalbeton hiervoor zorgdraagt.Overige toepassingen van het gesloten typeCollo?daal beton kan ook worden toe-gepast bij damwandconstructies. Wan-neer de constructie door de tand destij ds is aangetast en niet meer waterdichtis, kan door aan de achterkant collo?daal20 Cement 1991 nr. 5beton aan te brengen, de constructieweer waterdicht worden gemaakt.Om dezelfde reden is in de Koningsha-ven te Rotterdam een aantal stalen buis-palen op een diepte van 10 m onder dewaterspiegel gevuld met een collo?dalebetonspecie. De aldus gerepareerdebuispalen dienden voor het afstempelenvan een damwand, geslagen voor deaanleg van de Willemsspoortunnel.Plaatbekleding van open collo?daal beton alsoeverbescherm ingOnder auspici?n van CUR-commissieC58 zijn recent enkele interessanteproefprojecten met een plaatbekledingvan open collo?daal beton uitgevoerd,als eerste een project op een zeedijk bijBreskens (foto 8). Het betrof hier eenzwaar aangevallen dij kvak met een golf-- belasting van 3,5 m. Het open collo?dalebeton is over een lengte van 100 m in eenlaagdikte van 0,3 m aangebracht op eenfilter van f?lterdoek en fosforslakken terdikte van 0,5 m. Op basis van dit projecten de ervaringen in het stormseizoen1989 - 1990 is geconcludeerd dat de toe-passing zeer goede perspectieven biedt[11].Als tweede project is een werk langs deWaalbandijk te Ochten uitgevoerd.Over een lengte van 200 m is hier eenopen collo?dale betonverharding aan-gebracht op het talud van de rivierdijk.Het open beton is in een laagdikte van0,15 m aangebracht op geotextiel datrechtstreeks op de klei was gelegd. Naasthet beschermen van de dijk tegen hy-draulische belastingen was er nog eenbelangrijk aspect waarom de dijkbe-- heerder voor dit materiaal heeft geko-zen. Open collo?daal beton heeft name-lijk de potentie om te begroeien. Een be-langrijk onderzoekaspect is nu het vol-gen van de ontwikkeling van de vegeta-tie. Projecten langs de rivier De Nete inBelgi? hebben geleerd dat een vegetatieprima kan gedijen op een open beton-constructie.Van het proj eet Ochten zal in het tweedehalfjaar van 1991 een CUR-rapport ver-schijnen.Recent is als derde project met eenplaatbekleding van open collo?daal be-ton een dijkvak langs de Noordoostpol-der gerealiseerd, over een lengte van en-kele honderden meters. Ook hiervan zaleind 1991 een CUR-rapport verschij-nen.In CUR-verband wordt een ontwerp-methodiek ontwikkeld voor dit type oe-verbekleding, waarmee voor de oever-beheerder en de ontwerper de laatstedrempels zullen worden weggenomenvoor het toepassen ervan.Cement 1991 nr. 5 21NIEUWE BETONSOORTENUitvoeringOeverbeschermingen met collo?daalbeton zijn relatief eenvoudig aan te leg-gen. Het gebruikelijke uitvoeringsma-terieel kan worden gebruikt. Het stuggekarakter van de specie heeft voor de uit-voering zowel voor- als nadelen. Doorhet sterk samenhangende karakter is hetgevaar van ontmengen tijdens het trans-port veel minder groot dan bij normalespecie. Zo kan de specie in grote bakkenover water worden vervoerd, zonder datontmenging dreigt. Zelfs is het mogelijkhet materiaal met kiepers te vervoerenen op de oever te storten.Het gesloten type kan worden ver-pompt. Door het stugge karakter vaneen collo?dale specie is de schuifweer-stand langs de wand van het buizenstel-sel echter groter dan bij een normalespecie. Hierdoor is de afstand waaroverde betonspecie kan worden verpomptminder groot. Door het collo?dale ka-rakter van de specie is het risico van ont-mengen in het buizenstelsel echter min-der groot dan bij een normale specie.Wanneer de specie van grote hoogte enmet grote snelheid op het wateropper-vlak valt, bestaat het risico dat deze hier-door alsnog ontmengt en uitspoelt. Ditis eenvoudig te voorkomen door er tij-dens de uitvoering op te letten dat despecie vlak boven of onder het waterop-pervlak wordt gelost.Bij werken onder water is de controlevan de hoeveelheid te storten materiaalbelangrijk; dit vereist een zorgvuldigeuitvoering. Visuele inspecties zijn nietmogelijk en uitvoeringsfouten kunnenniet onmiddellijk worden gecorrigeerd.Voordat met storten onder water wordtbegonnen moet een stortplan wordengemaakt, waardoor op elk moment dui-delijk is wat wel en wat nog niet is ge-stort [3,6,7].Voor het verwerken van collo?daal be-ton in open water is speciaal uitvoe-ringsmaterieel ontwikkeld. Zo is er eenspeciaal vaartuig voor het aanbrengenvan bodembeschermingen. Dit schipheeft een bodem van beweegbare lamel-len. De specie wordt in de gewenstelaagdikte op de gesloten lamellen aan-gebracht, waarna het schip in de juistepositie wordt gemanoeuvreerd. Hiernaworden de lamellen gedraaid en valt despecie in de gewenste dikte op de juisteplaats. Met deze uitvoeringsmethode iseen hoge graad van nauwkeurigheid tebereiken [7].TenslotteIn de afgelopen 10 jaar is in Nederlandveel kennis en ervaring opgedaan met deeigenschappen en mogelijkheden vancollo?daal beton. De ontwikkehngenrondom de toepassing van collo?daalbeton zullen ook in de komende jarenbeslist doorgaan. Collo?daal beton ver-schaft interessante mogelijkheden voorconstructies in of aan het water. Het isaan de ontwerper en aannemer omdaarmee creatief om te gaan.Literatuur1. Betonnen bekledingen op dijken enlangs kanalen. VNC, 's Hertogenbosch,1986.2. Klaar voor onder water. Betoniek6-9, oktober 1983.3. Collo?daal beton. Betoniek 7-22, fe-bruari 1988.4. CUR-Aanbeveling 18, Collo?daalbeton. CUR, Gouda, 1990.5. Leidraad voor de toepassing van as-falt in de waterbouw. TAW, SDU, 's Gra-venhage, 1984.6. Betonnnen dijk- en oeverbekledin-gen. VNC, 's Hertogenbosch, 1987.7. Collo?daal beton in de waterbouw.CUR-rapport 87-2, 2e druk, CUR,Gouda, 1987.8. Van der Ploeg, LI. en Soen, H.H.M.,Dijkversterking met collo?daal beton inZeeland. Cement 1988, nr. 12.9. Mebin boekte succes met specifiekonderwaterbeton. Land- en Water - nu,februari 1984.10. De Cort, L., Collo?daal beton als wa-terafsluitende laag. Cement 1989, nr. 7/8.11. Plaatbekleding van open collo?daalbeton, proefproject Breskens. CUR-rapport 90-1, CUR, Gouda, 1990.foto's: Mebin, 's-HertogenboschBob de Ruiter, VNC22 Cement 1991 nr. 5