C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBetontechnologiecement 2002 870De kunstwerken in de N22 en deZuidtangent zijn uitgevoerd doorde BBS (Bouwcombinatie Ballast-Strukton) waarin Ballast NedamBeton en Waterbouw en StruktonBetonbouw participeren.Na de aanbesteding en tijdens devoorbereiding van de diverse via-ducten, bleken zeer hoge wape-ningsdichtheden (350 kg/m3) indepijlerkolommenvoortekomen.Vanwegedehogewapeningsdicht-heid en de complexe vorm van debekisting, was het praktisch nietmogelijk om de pijlers met nor-maal B 35 beton, milieuklasse 3enconsistentiegebied4testorten.Demogelijkhedenvanzelfverdich-tendbeton(ZVB)zijnonderzocht.HetproducerenenverwerkenvanZVB in de prefab-betonindustrieis eenvoudiger dan bij in het werkgestort beton, vanwege factorendie niet be?nvloed kunnen wor-den zoals de transporttijd en deweersomstandigheden.ZVB koppelt twee eigenschappendie normaal moeilijk te combine-ren zijn, namelijk een zeer hogeverwerkbaarheid aan een stabielmengsel. Bij gewoon beton leidtdit onmiddellijk tot ontmenging.ZVB kan over grotere afstandenin een bekisting getransporteerdworden zonder te ontmengen.ZVBbevateenhogerpastavolumeen meer cement en vulstoffen.Dientengevolge is minder zanden grind aanwezig. Omdat hetspecifiekoppervlaktoeneemt,zouhet mengsel meer water nodighebben om tot een redelijke ver-werkbaarheid te komen. Ver-werkbaarheid en taaiheid (visco-siteit) zijn belangrijke factorenvan ZVB. De taaiheid voorkomtdat het mengsel ontmengt, terwijldeverwerkbaarheidvooreengoedvloeigedrag zorgt. Met de con-ventionele hulpstoffen is dit nietmogelijk. Een nieuwe generatiehulpstoffenisontwikkeld,dezgn.polycarboxylaten. Om de juistebetoneigenschappen te bereikenishet belangrijkdatdejuistecom-binatie van hulpstoffen wordt toe-gevoegd. De BBS heeft in samen-werking met de opdrachtgeverbeslotenomheteerstuittevoerenviaduct, KW 8 (met drie pijlers),in ZVB uit te voeren (fig. 1).Infrastructuur voor het kerntraject van de Zuidtangent (4)Ervaringen metzelfverdichtend betoning. B.K.J. Obladen, Senior Consultant T&E Consult (Strukton Groep); tijdenshet onderzoek medewerker van Ballast Nedam Beton en WaterbouwVierde bijdrage in de artikelenserie over de Zuidtangent, de hoogwaardigopenbaar-vervoersverbinding tussen Haarlem en Amsterdam. Centraal staathet gebruik van zelfverdichtend beton voor de pijlerkolommen van de kunst-werken voor de Zuidtangent. Het bestek voorzag voor alle onderdelen van hetwerk in het toepassen van betonspecie B 35. Vanwege de complexe vorm ende hoge wapeningsdichtheid is onderzoek gedaan naar zelfverdichtend betonen worden de opgedane ervaringen toegelicht.dwarsdoorsnedevooraanzichtvoorstorten voorstortenR=400R=200schijnvoegR=400R=200schijnvoeg1500131510158003508003502200240031002400220015000595231005950220022005004985400278513796005001 | Pijlerwand Type 1 KW-8C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBetontechnologiecement 2002 8 71O n d e r z o e kOmdat begin 2000 weinig bekendwas over de constructieve eigen-schappen,hetgedragindepraktijkwat betreft verwerkingsmogelijk-heden, temperatuurontwikkeling,nabehandeling, scheurgevoelig-heid en oppervlaktekwaliteit vanZVB, is een grootschalige praktijk-proef uitgevoerd. Onderzocht zijn:? betontechnologische eigen-schappen;? constructieve eigenschappen;? gedrag;? stortmethoden.Binnen de bouwcombinatie heb-benverschillendediscussiesplaats-gehad over de berekeningsme-thode van de bekisting: wel of niethydrostatisch. In het algemeenwas weinig over bekistingsdruk-ken en opdrijfkrachten (vanwegede pijlervorm) bekend. Daaromzijn metingen uitgevoerd tijdenshet onderzoek waarin de specie-druk, uitgeoefend op een 5,65 mhoge pijlerwandbekisting, werdonderzocht. Het onderzoek is uit-gevoerd in samenwerking metCementbouw Betonmortel afde-ling productontwikkeling, Stevin-laboratorium van de TU-Delft ende BBS.M e n g s e l a f s t e m m i n gHet gekozen mengsel komt quadruksterkte en milieuklasse over-een met B 35 beton. Het consis-tentiegebied wijkt af. Omdat ZVBnog niet in de regelgeving voor-komt, is gekozen voor een afwij-kende aanduiding van het consis-tentiegebied, in elk geval groterdan 4. De wbf is 0,45 maar devloeibaarheid is door het toepas-sen van de nieuwe hulpstoffen(polycarboxylaten) heel hoog.B e k i s t i n gDe bekisting was ontworpen opgrond van eisen die in het bestekaangegeven waren en aangevuldmet eisen uit praktische uitvoer-baarheid (foto 2). Hierbij gingmen uit van het verwerken vanB 35 beton die verdicht moestworden. Extra uitgangspunten/eisen vanwege ZVB:? bekisting berekenen op hydro-statische druk;? opdrijfvoorzieningen bereke-nen op plastisch blijvendebetonspecie;? alle naden waterdicht afwer-ken door onder meer hetplaatsen van afdichtings-rubbers;? alle breeknaden (voor hetinkorten van de bekisting) ennaden van trilluiken zodaniguitvoeren dat deze waterdichten vlak zijn;? extra aandacht besteden aande vlakheid van de beplating;? de bekisting moet aan deonderzijde zo worden uitge-voerd dat een waterdichteafsluiting tussen poer enonderzijde bekisting gereali-seerd kan worden;? eventuele centerpendoorvoe-ren moeten eveneens water-dicht worden uitgevoerd.De hydrostatische druk is bepaaldop de grootste storthoogte dieoptreedt bij de pijlers van KWZT/9. De hoogte is daar 5,65 m.In de berekening is uitgegaan vaneen volumieke massa van de be-tonspecie van 2400 kg/m3, zodatgerekend is met een maximaaloptredendestortdrukvan135kN/m2(24 x 5,65).Ter vergelijking: was normale be-tonspecie toegepast, dan zou alsmaximaal optredende stortdruk80 kN/m2zijn aangehouden.V o r m / b e k i s t i n g s o l i eAangezien de pijlers complexevorm hebben vanwege architecto-nische eisen, is het niet mogelijkom zonder binnenkist, de zoge-naamde Wyber (foto 3), te vlech-ten. Het nadeel is dat de kist langetijd blootgesteld is aan weersom-standigheden, wat een ongunsti-geinvloedheeftophetgeoliedebe-kistingsoppervlak.NadatdeWyberwas gesteld kon men er niet meerbij om deze te oli?n vanwege dedichte wapening. Toegepast iseen stalen bekisting. Als die voorhet eerst wordt gebruikt, ziet hetbetonoppervlak er meestal wat`mottig' uit. Dit effect verdwijntna enkele malen gebruik. Debekistingsolie heeft hier ook in-vloed op, dus moet voor het juistetype gekozen worden. Voor deeerste maal oli?n is vanuit defabriek gekozen voor Marginel.Op het werk is hetzelfde productgebruikt.W a p e n i n gDe wapening ziet er op het eerstegezicht complex uit. Door devorm van de wanden ontstaat eendichtnetenlopendestekkendooronder een hoek van 45?. Aan detegenovergestelde zijde gebeurthetzelfde, alleen is daar de hoekminder scherp. Doordat de stavendoorlopen, kruisen zij elkaar,waardoor het niet meer mogelijkis om in de kolom te komen voorwerkzaamheden zoals het aan-brengen van afstandhouders enthermokoppels. Er is nog een losbinnennet van ? 32, waardoor het2 | Complexe bekistings-vorm3 | Wyber en achterkist(stelkist voor devlechter)niet mogelijk was om van boventrilnaalden in het beton te latenzakken. De betonstortslang kon,vanwege de hoge wapenings-dichtheid, niet meer door het net.Indien hier met conventionelebeton was gewerkt, had ondanksstortluiken e.d., het beton nietmet trilnaalden verdicht kunnenworden.Met ZVB kan het beton door devloeibaarheid in alle hoeken engaten komen. De stortslang konniet door het net, zodat een koker,gevormd door spiraalwapening,van onder tot boven, in het vlecht-werk is opgenomen. De hoeveel-heid wapening per m3is hoog.Gebruikelijk is circa 100 kg/m3.Deze pijlers komen aan circa 350kg/m3(foto 4).Voor de eerste pijler zijn eerst deWyber en aan ??n zijde de bui-tenkist gesteld, zodat de vlechterzijn maat had om de wapening tevlechten. Doordat de pijler nietmeer bereikbaar was aan de zijdewaar de kist staat, heeft het vlecht-werk nogal wat moeilijkhedenondervonden. Voor de tweede pij-ler is daarom alleen de Wyber ge-steld en geen buitenkist. Zodoen-de was het mogelijk de pijler voorte vlechten. De timmerman heeftmet een houten raamwerk demaatvoering voor de vlechter aan-gegeven (foto 5).Dit heeft een substanti?le winstvoor de bereikbaarheid van hetvlechtwerk opgeleverd. De wape-ning kon van alle kanten ook nogvan buiten aangebracht worden.Nadat het net gevlochten was, isde kist in zijn geheel geplaatst.De stortcyclus bracht het volgen-de beeld: op donderdag de pijlerstorten met ZVB en vrijdag debovenbalk met normaal beton.Op maandag werd ontkist en deWyberkist kon de volgende dagverwijderd worden.B e k i s t i n g s d r u k k e nOver het gedrag van ZVB in debekisting was nog weinig bekend.Men hoort tegenstrijdige berich-ten zoals `de bekistingsdruk is la-ger' of `de bekistingsdruk is hogertot hydrostatisch.' Om hier eniginzicht in te krijgen is beslotenbekistingsdrukmetingen uit tevoeren. Er bestaan verschillendemethodes, elk met verschillendevoor- en nadelen.Eerstwasgekozenvoorrekstrook-jes op de centerpennen. Hiertoemoest een glad oppervlak op decenterpen in de vorm van eeninkeping worden aangebracht.De diameter zou kleiner wordenen een inkeping is een potenti?lescheurinleider. Omdat de center-pennen nogal zwaar belast zou-den worden, is uit veiligheids-overwegingen hiervan afgezien.Contact met het Stevinlaborato-rium van de TU Delft, leidde tothet gebruik van gevoelige druk-sensoren. De druksensoren zijnspeciaal voor dit doel gemaakt envoorzien van een membraan meteen speciale coating. De TU hadeen exemplaar op proef, zodat wedeze op pijler 2 konden uitprobe-ren. Omdat het in de bedoelinglag zes sensoren te monteren,zijn de verloopstukken voor dezedruksensorenindebekistingaan-gebracht.Voordeel van deze methode is datde sensoren verwijderd kunnenworden. Het ontstane gat wordtmet een bout gedicht. Om eenindruk te krijgen welke drukkenoptreden, zijn de onderste tweesensoren ter plaatse van de cen-terpennen gemonteerd. Een an-der voordeel van deze oplossingis, dat we de metingen zo vaak alswe willen kunnen herhalen, zon-der tot overlast te zijn voor de uit-voering. Het bereik van de sensorvarieert van 0 tot 1,5 bar. De sen-sor wordt licht ingevet en, nadatde bout verwijderd is, in het gatgeschroefd.Dekabelswordenaan-gesloten en door de doorvoeringvan de meetcontainer geleid.De meetfrequentie is zodanig in-gesteld dat, als de druk verandert,er een meting naar de schijf ge-schreven wordt. Het verschil kansoftwarematig worden ingesteld.De proefsensor is op de eerstelocatie ter plaatse van de onderstecenterpen aangebracht.O p d r i j f k r a c h t s t a l e nb e k i s t i n g p i j l e r w a n dOver opdrijfkrachten is weinig ofniets bekend, niet alleen bij ZVBmaar ook bij normaal beton.Opdrijfkrachten worden vaak on-derschat of niet in de berekeningmeegenomen.Dezekistwerdver-ticaal tegen opdrijven vastgezetmet twaalf ankerpennen (foto 6).Uit de berekening volgde eentotale opdrijfkracht van 600 kN,dus 50 kN per ankerpen.In overleg met de TU Delft isbekeken wat de mogelijkhedenzouden kunnen zijn om dezekracht te meten. Beschikbaar wa-ren zes drukcellen met een capa-citeit van 100 kN per stuk. Dedrukcellen moesten over de an-kerpennen met een uitwendigeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBetontechnologiecement 2002 8724 | Hoge wapeningsdicht-heden en complexe kist-vormen5 | Stelraam voor devlechterC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBetontechnologiecement 2002 8 73diameter van 25 mm geplaatstworden. Het gat in de drukcellenwas circa 30 mm, dus kondendeze gebruikt worden. Er warenvierdrukcellenvan 60 mmhoogteen twee van 180 mm hoogte. Dusmoestenlangereankerpennenbe-steld worden.De druksensor bestaat uit eenronde stalen koker waarop rek-strookjes, voorzien van tempera-tuurcompensatie, zijn geplakt.Verkorting van het materiaalwijzigt de eigenschap van het rek-strookje. Door deze van tevoren teijken kunnen de krachten geme-ten worden. De drukcellen zijngelijktijdig met het stellen van dekist aangebracht.Drukcellen en -sensoren zijn dedag voor het storten aangebrachten op de meetapparatuur in demeetcontainer aangesloten. Deverticale ankerpennen zijn lichtvoorgespannen, circa 10 kN. Ditwas tevens de nulmeting voor hetstort. De meetfrequentie is zo-danig ingesteld dat, als de drukverandert, er een meting naar deschijf geschreven wordt. Het ver-schil kan softwarematig ingesteldworden. Tijdens het storten zijndemeetwaarden`realtime'gepre-senteerd; in de meetcontainerkon het proces worden gevolgd.T r a n s p o r tHet ZVB werd door de centrale inZoeterwoude geleverd. Vanwegeeventuele filevorming op de A4 ishet beton zoveel mogelijk buitende spits aangevoerd. Vanwege devloeibaarheid van de specie zijnde truckmixers niet 100% gevuld.Bij opritten en passage van brug-gen, evenals bij bruusk remmenen optrekken, zou de mogelijk-heidbestaandateengolfbetonuitde mixer komt. Om deze redenwordt een mixer met ZVB alsvuistregel met circa 1 tot 2 m3minder beladen, wat consequen-ties voor de prijs heeft.ZVB kan zowel vanuit de stort-goot, kubel of via een pomp ge-stort worden. Vanwege de eigen-schappen moet de truckmixertijdens het lossen niet te sneldraaien, anders kan men dezeniet helemaal leegdraaien. Lang-zamer leegdraaien heeft eengunstige bijkomstigheid voor delossnelheid. Omdat het beton degelegenheid moet kunnen krij-gen in alle hoeken en gaten tevloeien, moet met een lage stort-capaciteit gewerkt worden, bij-voorbeeld 15 tot 25 m3/uur.Als met een betonpomp wordt ge-stort, is de diameter van de stort-pijp/stortslang van belang. Ver-nauwingenindestortpijpmoetenvermeden worden. Ze kunnenzeer hoge drukken en het ver-stoppen van de leiding tot gevolghebben. In principe geldt dit vooralle transport van niet-homogenestoffen door leidingen. Over ditonderdeel zijn bij uitgevoerdewerken met ZVB tegenstrijdigeervaringen opgedaan. Toch is hetbeter geen vernauwingen toe tepassen in de aanvoerleiding eneen zo groot mogelijke diameterwerkt gunstiger.B e t o n s t o r t e nIn het vlechtwerk van de pijler-wand is voor de stortpijp/-slangvantevoreneenspiraalwapenings-koker aangebracht (foto 7). Destortpijp/-slang kon zoveel moge-lijk in het centrum van de pijler-wand geplaatst worden om enigs-zins symmetrisch te kunnenstorten. De stortpijp/-slang blijftzo dicht mogelijk boven het testorten oppervlak hangen, om hetinbrengen van lucht tijdens hetvallen van het beton te voorko-men. Eventueel ontstane luchtwordt langs het schuine bekis-tingsoppervlak naar boven gedre-ven. De stortsnelheid en de stijg-hoogte worden tijdens het stortenvastgelegd. Gestort werd tot deonderkant van de pijlerbalk. Hier-na is de stortpijp/-slang uit de ko-ker gehaald en de cyclus aan deandere zijde herhaald tot onder-kant pijlerbalk, waarna het hori-zontalegedeelteisgestort.Destort-snelheidmagniettegrootzijnomingesloten lucht te vermijden.O n t k i s t e nErvaringen met ??n van de eerstepijlers liet het volgende zien: bijeen druksterkte van 23 ? 25 N/mm2werd de buitenkist op maan-dag verwijderd. Tijdens het ont-kisten zijn enkele kleine bescha-digingen opgetreden doordat dekist niet makkelijk te verwijderenwas. De pijler zag er over hetgeheelgenomengoeduit.Hierendaar wat luchtbelletjes maar deschuine buitenzijde was goed(foto 8). De volgende dag is deWyber ontkist die er ook redelijkgoed uitzag. Alleen aan de boven-zijde was sprake van laagvor-ming. Waarschijnlijk komt ditomdat het ZVB aan het eind vande dag steeds taaier werd, waar-door er toch wat laagvormingoptrad. Maar voor wanden ondereen hoek van 45? met beton datzonder verdichten werd gestort,wasditeenopenbaring.Hetuiter-lijk van de pijlerwand is over het6 | Sensoren en trekankerstegen opdrijven7 | Spiraalgeleiding stort-slanggeheel genomen acceptabel tenoemen en mocht bij de eerstepijler reeds succesvol genoemdworden. Als we dit vergelijkenmet traditioneel beton dan zou-den er grote luchtbellen en veelluchtinsluitingen te zien zijn ge-weest.D r u k - e n s p l i j t t r e k s t e r k t eDe uiteindelijke karakteristiekekubusdruksterkte na 28 dagen (B35) voor de levering van ongeveer1800 m3ZVB in de periode maart2000 t.m. januari 2001 (10 maan-den) gaf het volgende beeld:De standaardafwijking over 152waarnemingen gedurende bijnaeen jaar is zeer laag.G e d r a g v a n e n e r v a r i n g e nm e t Z V BDe verwerking van ZVB in wan-den is simpel en vergt weinig per-soneel. Door het ontbreken vantrillers zijn uitvoeringsfoutendoor trillen uitgesloten; er kaneen beter product geleverd wor-den. Met ZVB zijn complexe enarchitectonische vormgevingen,zoals de pijlerwanden, mogelijk.In vergelijking met normaal be-ton bevat het oppervlak minderluchtbellen en is strakker vanvorm. Excentrisch storten heeftniet tot problemen geleid en erwas geen sprake van luchtbellenen luchtinsluitingen op de schui-ne pijlerwand.De lucht moet door stromen uithet beton verdwijnen daarom kande stortsnelheid niet te hoog zijn:15 tot 25 m3per uur is ruim vol-doende om hieraan te voldoen.Als de tijd tussen twee lagen ietste lang is, rolt de volgende laagoverdeeersteheen.Ditfenomeentreedt ook op bij HSB, maar heeftgeen gevolgen voor de construc-tieve eigenschappen.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBetontechnologiecement 2002 8748 | De buitenbekisting isverwijderd, de Wyberwerd een dag later ont-kist9 | Ruwbouw pijlers gereeden het viaduct voltooidAantal waarnemingen 152Standaardafwijkingin N/mm23,4Gemiddelde druksterktein N/mm259,2Karakteristieke druksterktein N/mm253,6Bron: Cementbouw afdelingProductontwikkelingC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBetontechnologiecement 2002 8 75Aangezien ZVB zeer vloeibaar is,moet de bekisting goed afgedichtworden. Dit geldt zowel voor deaansluiting van de bekisting-schotten als de aansluiting methet opstort. Verder moet voor ditsoort constructies een bekistings-berekening worden gemaakt metals uitgangspunt dat de beton-drukhydrostatischverloopt.Ditisook gebleken uit proeven met eenrechthoekige bekisting.ZVB is gevoeliger voor plastischekrimp vanwege hoge poedervolu-mes en relatief weinig water.Daarom moet het beton goed na-behandeld worden. Het verdientaanbeveling het beton na hetstorten direct af te dekken. Ont-kiste delen moeten direct metcuringcompound behandeld wor-den. Het bleek mogelijk het betononder afschot af te werken. Dehoek is afhankelijk van de visco-siteit van het ZVB. Bij sommigesamenstellingenbehorenafschot-ten groter dan 5% tot de re?lemogelijkheden.Kwalitatief was de aansluiting vannormaal beton (de pijlerbalk) ophet ZVB beton van de pijlerwandgoed. De toepassing van ZVB indit soort wanden is hiermee aan-getoond. De keuze van ZVB bijdeze pijlerwanden met hoge wa-peningsdichthedenenbijzonderebekistingsvormen, heeft zich ge-rechtvaardigd en heeft tot hetsucces van dit werk geleid. Deresultaten van de pijlerwandenvan KW-8 hebben geleid tot hetbesluit om alle pijlerwanden inZVBuittevoeren.Intotaaliscirca1800 m3ZVB-beton verwerkt.C o n c l u s i e sZVBisgoedteverwerkenenheeftmeerdanvoldaanaandeverwach-tingen, al blijft het een gevoeligmateriaal. Een betontechnoloogop het werk is noodzakelijk. Fre-quente materiaalcontroles zijnnodig, zowel bij vertrek centraleals op de bouwplaats. ZVB is goedte verpompen.Men moet ZVB alleen toepassenwaar dat nodig is. Het is relatiefduur en alleen concurrerend inwanden. Alertheid op het werkblijft vereist. Onderzoek tevorenof de betonmortelcentrale erva-ring heeft met ZVB.Aangezien er een significanteafwijking van de E-modulus is ge-vonden, lijkt het noodzakelijk teonderzoeken welke factoren hier-bij een rol spelen.A a n b e v e l i n g e n? Overleg in een vroeg stadiummet de specieleverancier.? Duidelijke afspraken met decentrale zijn nodig.? Een geschiktheidsonderzoekis noodzakelijk.? Bereken de bekisting op eenhydrostatisch drukverloop.? Naden in de bekisting goedafdichten en aansluitingenzorgvuldig afwerken.? Besteed aandacht aan hetopstort van de aansluiting.? Bij verpompen niet meer dan10 tot 20 m3per uur verwer-ken.? Besteed aandacht aan debekistingsolie.? Zorg voor een goede commu-nicatie. sL i t e r a t u u r1. Proceedings InternationalWorkshop on Self-Compac-ting Concrete 23-26 august1998, Kochi University ofTechnology Tosa-yamadaKochi, Japan.2. RILEM, Self-CompactingConcrete, Proceedings of theFirst International RilemSymposium. September1999 in Stockholm.3. Wigbout, F.: Handboekbekistingen. Stubeco, uitgaveBetonvereniging Gouda.4. CERA: The pressure of con-crete on formwork. Researchreport 1, Civil engineeringResearch Association,London, 1965.5. Clear, C.A. & T.A. Harrisson:Concrete pressure on formw-ork. Report 108, CIRIA,1985.6.NEN 5970, Bepaling van dedruksterkteontwikkeling vanjong beton op basis vangewogen rijpheid.7. Braam, C.R. en E.M.Horeweg, Onderzoek eigen-schappen vloeibeton, bepa-ling materiaaleigenschappen.TU Delft, mei 2000.8. Prediction of concrete tensilestrength from its compres-sive strength, ACI MaterialsJournal, May-June 1991.9. Betoniek 2/16 juni 1973,`Bekistingsdruk'.10. Materials and Structures,The second internationalSymposium on Self Compac-ting Concrete 2001, Kazu-masa Ozuwa & MasahiroOuchi.M e d e w e r k e r s a a n h e t o n d e r z o e kStevinlaboratorium TU Delft:Fred Schilperoort en Eric HogewegCementbouw Betonmortel, afdeling Productontwikkeling:Martin Langbroek en Gerard van den BergBallast Nedam Beton en Waterbouw:Jan Tol en Mark van der WolfStrukton:Joop Versteeg