O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2003 282In het Europoortgebied wordt alenkele jaren gebouwd aan de Ca-landtunnel [1]. Deze tunnel dientde huidige Calandbrug te ontlas-ten en het verwachte verkeer vande toekomstige Tweede Maas-vlakte op te vangen. De bouw isgestart in 1999 en de oplevering iseind 2003 voorzien. De tunnel-elementen van deze traditioneleafzinktunnel liggen op hun plaatsendekopschottenzijndoorgebro-ken. De werkzaamheden staan inhet teken van de afbouw.Totdeafbouwwerkzaamhedenbe-horen de markante dienstgebou-wen van de tunnel. Het zijn infeite trapeziumvormige daken,die drie verdiepingen herbergenvoor de tunnelinstallaties. De ge-bouwen staan bovenop het laatstein-situ gebouwde tunnelelementvan de oostelijke en westelijkeinrit.Omdeschuinedakenvandegebouwen in te leiden zijn bovende in- en uitrit schuine, oplopen-de betonnen wanden ontworpen.Het achterliggende idee van dezeopvallende tunnelinrit is het lij-nenspel van een Ferrari (foto 1).De dienstgebouwen zullen danook verfraaid worden met knalro-delamellenaandevoor-enachter-zijde en twee uitstekende lucht-aanzuigpijpen (foto 2) om de`betonnen auto' te voltooien.M e n g s e l b e p a l i n gVertalen van dit fraaie lijnenspelineenbetonconstructiebleekgeeneenvoudige opgave. Als eerste ishet dienstgebouw op de oostoevergemaakt en aansluitend de schui-ne wanden boven de in- en uitrit.Bij het maken van het dienstge-bouw, waar het schuine dak insecties van 5 m werd gestort,kreeg de aannemerscombinatieeen voorproef voor de te makenaansluitende schuine wanden,welkeoplopennaar14menin??nkeer gestort moesten worden(foto 3).Pasklare oplossing voor storten schuine wanden inritten CalandtunnelKoelen met stikstofir. E. Kruizenga, Ballast Nedam Infraing. J.W. Zegwaard en ing. B.K.J. Obladen, T&E Consult (Strukton Groep)Indien in dunne wanden de buizen voor het koelen van de betonspecie geenruimte overlaten voor de trilnaald, moet naar een andere wijze van koelenworden uitgezien. Bij de afbouw van de Calandtunnel is dit opgelost door debetonspecie in de mixer te injecteren met stikstof.1 | Tunnelinrit westzijdeBron: Quist WintermansArchitecten2 | Dienstgebouw metluchtaanzuigpijpenBron: Quist WintermansArchitecten3O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2003 2 83Al snel werd duidelijk dat het ge-bruikte betonmengsel voor debouw van de tunnel, hetgeen wasontwikkeld voor de bouw van deStormvloedkeringNieuweWater-weg, niet geschikt was om erschuine wanden mee te storten.Het `droge' mengsel bezat onvol-doende verwerkbaarheid om hetbeton in de schuine wanden tekunnen storten en verdichten.Gezocht is naar een mengsel meteen betere verwerkbaarheid. Ditheeft geleid tot een mengsel inconsistentiegebied 3, met korrel-groep 4 -16 mm en met een hogercementgehalte.K o e l b e r e k e n i n gVoor het nieuwe mengsel voor deschuine wanden zijn opnieuwkoelberekeningen gemaakt methet computerprogramma FEM-MASSE. De wanden van hetdienstgebouw behoefden overi-gens niet gekoeld te worden. Uitde koelberekening bleek datkoeling noodzakelijk was. Hier-door ontstonden nieuwe uitvoe-ringsproblemen: koelbuizen inde constructie zouden het ver-dichten van het beton nagenoegonmogelijk maken. De schuinewand helt onder 45?, heeft eendikte van 430 mm en is onder enboven voorzien van drie lagen wa-pening ? 20 mm. Door de beno-digde dekking en de ligging vandekoelbuizenzouerweinigruim-te overblijven voor de trilnaalden.A l t e r n a t i e v e m e t h o d e nGezien de unieke vorm van deschuine wanden was gekozenvoor een traditionele bekisting endeze was reeds in ontwikkeling.Toen duidelijk werd dat voor hetnieuwe mengsel koeling noodza-kelijk was, was het om financi?leenuitvoeringstechnischeredenennietmeerinteressantdebekistingaan te passen voor zelfverdich-tend beton.Vervolgens is bekeken of het mo-gelijk was de isolerende werkingvan de bekisting te verhogen doordeze in te pakken. Berekenings-resultaten wezen echter uit dit on-toereikend was om de scheur-vorming te minimaliseren tot dein het bestek genoemde waarde.Ook het verwarmen van de be-staande constructie bracht geenoplossing.Uitdespanningsanalysebleekdatkoeling overbodig was indien deaanvangstemperatuur van de be-tonspecie,indezomersituatie,ver-laagd werd tot 10 ?C onder de om-gevingstemperatuur. Aangeziende andere mogelijkheden warenafgevallen, diende dit nader on-derzocht te worden.Om de temperatuur van de be-tonspecie te verlagen zijn de vol-gende methoden mogelijk:? koelen van het water;? koelen van de toeslag-materialen;? koelen van de betonspecie.3 | Overzicht schuinewanden inrit oost4 | Injectielans in ketelmixerO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2003 284Een methode om de betonspeciete koelen is het injecteren vanstikstof in de betonspecie. Dezemethode bleek technisch interes-sant en was de moeite van verderonderzoek waard.De betonspecie kan op twee plaat-sen worden ge?njecteerd: in demenger op de betoncentrale of inde ketel van de betonmixer op hetwerk.Detweedemogelijkheidhadde voorkeur, omdat de betonspe-cie in de mixer beter gecontro-leerdopdegewenstetemperatuurkon worden gebracht en de ge-koelde betonspecie direct konworden verwerkt. De firma Hoek-Loos Industrial Services werd in-geschakeld om de stikstof te le-veren en te injecteren.P r o e f s t o r tOmdat er geen recente ervaring ismet het koelen van betonspecie,is in overleg met de opdrachtge-ver een proefstort uitgevoerd opeen keermuur (30 m3) van toeritoost.Het doel van de proef was gege-vens te verzamelen over:? het gedrag van betonspecie datmet behulp van stikstof gefor-ceerd wordt gekoeld: terugloopvan verwerkbaarheid en ijs-vorming;? het proces van het geforceerdkoelen met stikstof: hoelangmoet worden gekoeld enhoeveel stikstof is benodigd;? het storten met gekoeldebetonspecie: verwerkbaarheid,uiterlijk en temperatuuront-wikkeling.Met de verzamelde gegevens kondan worden beoordeeld of het toe-passen van deze techniek vol-doende mogelijkheden bood omdeschuinetoeritwandentestortenen daarmee het risico op scheur-vorming te beperken.De proef is uitgevoerd met de be-tonsamenstelling volgens tabel 1.Voorhetinjecterenvandestikstofin de truckmixer is een stellagegebouwd van waaraf de mede-werkers van de firma HoekLoosde injectielans in de ketel kunnenhangen (foto 7). De injectielanswerd bevestigd aan de hopper vande truckmixer (foto 4).Bij de eerste truckmixer is halver-wege het koelen de druk waarmeede stikstof wordt ge?njecteerd,verhoogd om de effectiviteit teverhogen. Door de druk te verho-gen wordt er meer stikstof ge?n-jecteerd, maar vooral verder in detruckmixer. De betonspecie is ge-middeld12?Cintemperatuurver-laagd (fig. 9), waarvoor iets meerdan een half uur koeltijd beno-digd was (tabel 2). De invloed vanhet koelen van de betonspecie opde verwerkbaarheid (zetmaat) vielerg mee, zeker als rekening wordtgehouden met de normale terug-loopvandeverwerkbaarheidindetijd.Uit de temperatuurregistratiebleek dat bij de pomp, die enkeletientallen meters verwijderd wasvandelocatiewaardebetonspeciewerd gekoeld, de betonspecie-temperatuur hoger was. Uit me-tingen is gebleken dat de be-tonspecie die later uit de mixerkwam een hogere temperatuurhad dan het eerste beton. Moge-lijk dat de betonspecie in de truck-mixer niet geheel homogeen vantemperatuur was. Ook het opwar-men van de betonspecie in demixervanuitdeomgeving,tijdenshet pompen, kan meegespeeldhebben. Tijdens de evaluatie metdeleveranciervandestikstofisbe-Tabel 2 | Resultaten proefstortmixer temp. bij temp. temp. bij koeltijd omgeving- zetmaat zetmaataankomst koelen pomp temp. voor koelen na koelen(?C) (?C) (?C) (h:min) (?C) (mm) (mm)1 22,0 10,0 14,0 1:15 15,5 150 1352 22,0 10,0 13,5 0:30 17,0 140 1203 22,0 10,0 13,5 0:30 17,5 150 1354 22,0 9,5 11,0 0:50 18,5 150 1405 22,5 11,0 11,0 0:35 18,5 120 110Tabel 1 | Betonsamenstelling proefstort, sterkteklasse B 35CEM III/B 42,5 (kg) 360zand (% V/V) 47grind 4-16 (% V/V) 53fijn (ltr/m3) 152consistentiegebied 3water-cementfactor max. 0,55superplastificeerder (% m/m) 0,7%5 | Bevroren stuk betonO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2003 2 85sloten een langere injectielans toetepassenomindetruckmixereenhomogenere temperatuur te ver-krijgen.Degekoeldebetonspeciewasgoedverwerkbaar. Slechts bij mixer 4zijn enkele klompen ijs/beton ge-constateerd (foto 5). Aan de vormvan de klomp kon worden vastge-steld dat deze afkomstig was vande schoep van de ketel. Aan hetuiteinde van de schoep is demenging niet zo intensief, waar-door waarschijnlijk ijsvorming isontstaan. De ijsklomp werd opge-vangen door het rooster van depomp.B e v i n d i n g e n e na a n b e v e l i n g e nHet koelen van de betonspeciemet stikstof is eenvoudig uitvoer-baar, het proces verliep vlot enzonder noemenswaardige invloedop de verwerkbaarheid. Het uiter-lijk van de keerwand was niet af-wijkend van normaal.Om de effectiviteit van het koelente vergroten en de kans op ijsvor-ming te verkleinen, is besloteneen langere injectielans te gaantoepassen.Om de temperatuur van de be-tonspecie in de truckmixer tekunnen monitoren wordt eenthermokoppel aan een lange staafgemonteerd, waardoor direct inde ketel kan worden gemeten.S t o r t e n v a n d e s c h u i n ew a n d e nHet koelproces tijdens het stortenvan de schuine wand (foto 6)verliep op rolletjes. De mixerswaren in circa twintig minuten opdejuistetemperatuur.IJsvormingis slechts sporadisch opgetreden.De verwerkbaarheid van het be-ton was goed en het eindresultaatvan de wand was naar tevreden-heid.H o e w e r k t h e t k o e l e nm e t s t i k s t o f ?Ongeveer 78% van de ons omrin-gende lucht bestaat uit stikstof.Stikstof heeft een kookpunt van -196 ?C. Bij de overgang van vloei-bare naar gasvormige stikstof isveel warmte nodig (verdampings-warmte). De warmte wordt ont-trokken aan de directe omgeving.Het gasvormige stikstof dat zoontstaat,isinert,nietgiftigennietbrandbaar.Bij het koelen van de betonspeciewordt de stikstof in de draaiendeketel van de truckmixer ge?njec-teerd. De lans wordt aan de hop-per gehangen en steekt zo diepmogelijk in de ketel. De ketelmoet op hoge toeren mengen.De warmte die nodig is voor hetverdampen van de stikstof wordtonttrokken aan de betonspecie.De stikstof komt niet vloeibaar inde ketel; bij het verlaten van de in-jectielans is het al gasvormig (foto7). De betonspecie komt dus niet6 | Storten schuine wand7 | Gasvormige stikstof uitinjectielansO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eto nte ch n o l o g i ecement 2003 286in contact met vloeibare stikstof.Door het in beweging houden vande betonspecie in de ketel zal ditnormaal niet bevriezen. Slechtsbij overmatig doseren van stikstofkan dit optreden. Wel is het mo-gelijk dat voorin de ketel ijsvor-ming optreedt, dat zich ondermeer aan de schoepen hecht.De tijdsduur van het koelen isvanzelfsprekend afhankelijk vande vereiste temperatuurverlaging.Het injecteren heeft niet constantplaats. De stikstof wordt in kortestoten (circa 20 sec) ge?njecteerden door het mengen van de be-tonspecie (circa 40 sec) moet eenhomogene temperatuur van debetonspecie worden bereikt.Aan de buitenzijde (foto 8) van deketel is goed zichtbaar dat het bin-nenin koud is. Condens en lichteijsvorming zijn hier het bewijsvan.C o n c l u s i eHet koelen met stikstof voor hetverlagen van de betonspecietem-peratuur is een goed toepasbaretechniek (fig. 9). Het proces is welduurder dan het gangbare toe-passen van koelbuizen. De keuzevoor deze techniek was bij deschuine wanden noodzakelijk,omdateronvoldoenderuimtewasvoor koelbuizen. De ervaring ispositief. Het koelen met stikstofals koeling met koelbuizen tech-nisch niet haalbaar is, moet zekerworden overwogen. sL i t e r a t u u r1. Van Limbergen, R.,De Calandtunnel: voor deverandering een afzinktunnel.Cement 2001, nr. 1.Projectgegevensopdrachtgever:Rijkswaterstaat, Directie Zuid-Hollandarchitect:Quist Wintermans Architectenconstructeur:TECaannemer:Combinatie Calandtunnel, waarinBallast Nedam Infra, Strukton Beton-bouw (tunnelbouw), Van Oord ACZ enBallast Ham Dredging (grond en bag-gerwerkzaamheden)betontechnologische adviezen:J.W. Zegwaard (T&E Consult, StruktonGroep)051 01 52 02 53 03 54 04 55 011:50 19:50 03:50 11:50 19:50 03:50 11:50 19:50 03:50 11:50 19:50 03:50 11:50 19:50 03:50tijd (h:min)temperatuur(?C)temp met stikstoftemp zonder stikstof8 | Gaswolken tijdens stik-stofinjectie9 | Proefstort gekoelde enongekoelde beton