MATERIALENing.J.C.M.M.Bov?eBallast Nedam groep NV, Amstelveendr.J.M.J.M.BijenIntron, Maastricht14. Bestudering van deduurzaamheid, betontech-nologischeaspectenMilieuHet milieu in en rond de Arabische Golf issterk agressief voor beton. In de eerder inCement gepubliceerde artikelenserie 'Betonin warme landen' zijn over de specifieke om-standigheden vele gegevens verstrekt. Dezezullen hier niet worden herhaald.Systematische aanpakGegeven de complexe aard van de proble-men met betrekking tot de duurzaamheidalsook de te verwachten interacties tussende verschillende factoren, is besloten tot eensystematische aanpak van de totale proble-matiek.De uitwerking geschiedde in drie fasen:1. studie van het totale project, evaluatievan de totale problematieken het opstellenvan aanbevelingen. Hiertoe is een zgn. Dura-bility Study Group geformeerd. Deze groepbestond uit een drietal materiaaltechnologen(Ballast Nedam) te zamen met deskundigenvan het instituut Intron (Maastricht) enMessrs. Sandberg's (Londen), alsmedeprof.ir.P.C.Kreijger als adviseur;2. uitwerking van de aanbevelingen in prak-tische oplossingen. Op enkele onderdelenhierin is meegewerkt door Intron;3. realisatie en controle tijdens de bouw.In dit artikel worden de bevindingen van deDurability Study Group besproken. Hier endaar zijn daarbij voorbeelden van de reallsa-tie in de praktijk gegeven. Tenslotte komenenkele specifieke betontechnologische as-peeten aan de orde.Het eerste punt van studie was de vaststel-ling van de reikwijdte van de verschillendeexposltle-zones.Zone-classificatieEenuit het oogpunt van aantasting algemeenaanvaarde zoneclassificatie voor maritiemeconstructies besfaat uit de navolgende inde-ling;A. fundatie-zoneB. onderwater-zoneC1. getijden-zone (+ golfslag)C2. spat-zone (spatwater)D. atmosfeer-zone onderbouw(stuifwater)E. atmosfeer-zonebovenbouw(De zones B, C2 en E worden genoemd in deFIP"aanbevelingen.)Cement XXXVII(1985)nr. 6Eenvoudigheidshalve zijn de zones A en B tecombineren. Voor de causeway geldt het-zelfde voor de zones D en Eomdat de relatie-ve luchtvochtigheid gedurende het grootstedeel van het jaar dermate hoog is, datdege-hele bovenbouw elke nacht als gevolg vansterke afkoeling volledig bevochtigd wordt.Bovendien is gebleken dat stuifwater in veelplaatsen ook de bovenbouw bereikt. Blijvenover de zones C1 en C2, waarvoor een nade-re defini?ring nodig is. De zones B en D wor-den dan tevens vastgelegd.De beschikbare gegevens voor de vaststel-ling van de zones C1 en C2 zijn grafischweergegeven in figuur 1. Hieruit is het navol-gende af te lezen:Getijden-zoneHet deel van de constructie dat ligt tussende hoogste (springtij) en de laagste (dood tijbij eb) waterstand: gemiddeld zeeniveau(MSL) + en - circa 1,00 m. Als norm is geko-zen een minimale frequentie van ??nmaal perjaar.Getijden + golfslag-zoneHet deel van de constructie dat onderhevigis aan herhaaldelijke bevochtiging en uitdro-ging: gemiddeld zeeniveau (MSL) + en- cir-ca 2,00 m. Als norm is gekozen een minimalefrequentie van 100 x per jaar voor de getij-den-zone, gesuperponeerd met een fre-quentie van 1 uur per 50 jaar voor de golf-hoogte.Spat-zoneHet deel van de constructie, dat onderhevigis aan geregelde bevochtiging doorspatwa-ter (als gevolg van het breken van de golvenen door de wind): aangenomen is gemiddeldzeeniveau (MSL) + ca. 4,00 m.De getijden + spat-zone reikt van MSL - cir-ca 2,00 m tot MSL + circa 4,00 rn (fig. 2).Algemeen wordt aangenomen dat deze zonevan de constructie aan de sterkste aantas-ting onderhevig is.DuurzaamheidDe voor het maritieme klimaat van de Arabi-sche Golf belangrijkste invloedsfactoren opde duurzaamheid van gewapend-betoncon-structies zijn te rangschikken in extrinsieke458en intrinsieke factoren. De extrinsieke in-vloedsfactoren kunnen niet zelf worden be-streden maar slechts de gevolgen. De intrin-sieke factoren zijn tot op zekere hoogte welbeheersbaar. Door een goed ontwerp, juistespecificaties, een perfecte uitvoering en eenbetrouwbare kwaliteits-controle kunnen zeafgestemd worden op de gewenste levens-duur.Verreweg de belangrijkste schade-oorzaakvan betonconstructies langs de ArabischeGolf is corrosie van wapening. Bijna altijd be-treft het opheffing van passivering door chlo-ride-ionen [1].Carbonatatieisin het algemeen minder be-langrijk. Wel kan door carbonatatie de initi?-ring van corrosie door chloriden wordenbevorderd. Gebonden chloride-ionen dieniet tot de initi?ring van corrosie bijdragenworden bij carbonatatie vrijgemaakt, waar-door direct achter het carbonatatiefront deconcentratie aan vrije chlorideionen in hetpori?nwater stijgt. Voor het gespecificeerdebeton met een water-cementfactor van 0,42kan bij een goede nabehandeling een snellecarbonatatie worden uitgesloten.Ten aanzien van de sulfaatbestandheidin dezin van vorming van expansieve sulfaatdub-belzouten, zoals ettringiet en thaumasiet,heeft de werkgroep aangegeven dat dit as-pect voor de Bahrein Causeway van minderbelang is. Argumenten hiervoor zijn:- er sprake is van zeewater. Bekend is datsulfaat in aanwezigheid van chloride-ionenniet tot expansieve dubbelzoutvorming (et-tringiet, thaumasiet) leidt;- deze dubbelzoutvorming is ook bij afwe-zigheid van chloride-ionen bij een tempera-tuur boven 25?C nauwelijks expansief [2].Wel zou aantasting aan het oppervlak kun-nen plaatsvinden door wateroplosbare sul-faatzouten (o.a. magnesium-, natrium- encalciumsulfaat) en andere zouten. Gezien degespecificeerde zeer hoge kwaliteit van hetbeton werd dit schade-type van minder be-lang geacht, mits de nabehandeling ade-quaat geschiedde.Tabel 1 geeft een indruk van de belangrijk-heid die bij de verschillende constructieon-derdelen aan de diverse aantastingsmecha-nismen werd toegekend.De studiegroep heeft zich voornamelijk ge-concentreerd op het vermijden van chloride-schade, zonder nochthans de overige scha-MATERIALENNNoNN- - - (in het werkgestort)pootaanvaringsprop(prefab)!I131006550 6550Ipaal3500 __+ + .t-N:-!0O'1+10x+ N0 cI ++ +- c c c-2+1.00-1.00M.S.L-2.00+2.00+3.000000-2.000 _+4.000 ? +6.000Het toegestane chloride-concentratie ni-veau in het beton m/m, als CI- op ce- VARment), het zogenaamde primaire chloridege-halte, werd door de werkgroep te hooggeacht. In de literatuur worden kritische cor-rosie-concentraties vermeld van 0,3% m/m(op het cement). Bijeen sulfaatbestand port- VARlandcement, zoals oorspronkelijk voorge-schreven, is deze concentratiegrens lagerdan van gewoon portlandcement doordat deverhouding chemisch gebonden chloride ten1Zone-classificatieVoor beschouwing is gebruik gemaaktvan de tweede diffusiewet van Fick. Uit me-tin gen aan bestaande betonconstructies isgebleken dat het indringingsgedrag vanchloride-ionen met deze wet indicatief kanworden beschreven; ook al is er veelal sprakevan een indringing als gevolg van absorptievan chloridehoudend water (diffusie van wa-ter) en niet van diffusie van ionen in de pre-cieze zin. De gebruikte effectieve diffusie-co?ffici?nten zijn herleide literatuurwaarden,rekeninghoudend met de hoge temperaturenter plaatse. Bekend is dat voor de diffusie-co?ffici?nt en de temperatuur het Arrheniusverband geldt, dat wil zeggen dat het logarit-me van deze co?ffici?nt gelijk is aan een con-stante maal de reciproke waarde voor de ab-solute temperatuur, waarbij de constanteevenredig is met de activeringsenergie [3].2Zones op pijlersOorspronkelijke specificatiesDe belangrijkste aspecten met betrekking totdoor chloride ge?nitieerde corrosie, zoalsdeze in het oorspronkelijke bestek voorko-men, zijn ge?nventariseerd. Deze zijn opge-nomen in tabel 2. Vervolgens is nagegaan ofde voorgeschreven materialen, samenstel-lingenetc., in principe zouden leidentot een reparatieloze levensduur van tenmin-ste vijftig jaar. Een semi-empirische be-schouwing van de gespecificeerde beton-constructie ten aanzien van de periode waar-in initiatie van corrosie door binnendringen-de chloride-ionen optreedt, leerde dat ditbuiten de zone met de epoxycoating zoukunnen plaatsvinden in een periode van 5tot10 In figuur 3 is dat ge?llustreerd.de-oorzaken uit het oog te verliezen. Bijzon-dere aandacht is geschonken aan die ge-deelten van de brugconstructie die in het bij-zonder blootstaan aan chloride. Dit betreftvooral de getijde- en spatzone.Cement XXXVII (1985) 6 459.C.F. =0.50MATERIALEN3Corrosie-initiatie door chloride-indringing,voor portlandcement, sulfaatbestandportlandcement en hoogovencement400360320280240200160120/8040m ehooqoven cement14012010080604020portlandcement _0.50o 50 100 150 200 250Tabel 1Belangrijkheid aantastings?mechanismenindicatie duur periode tct corr-csta-tnttto tie doorindringing chloride-ionen bij 35?Cvoor betonvervaardigd met respeclievelijksu If?atbestendi 9portland cement,portlandcement an hooqovancement (65% slag) onder de volgende aannamen:indri ng i n 9 beheerst door de van Fi ckeffectivediffusieco?ff?ci?nten:De sutfaatbestendig p.c.=4,5 .10- 8 cm 2/Sportlond cement =2.0.10-' cm2/SDe hoogoven cement =0.2.10-a cm2/S? corrosieinitieri ngsconcentratie voor alle cementenbij O.3%CI-ltotoall op cementmassaoppervlakteconcentrotJe 3% Cl-op cementmassa.leeftijd,4Ontwikkeling van de elektrische weerstandvan cementen, bij 22?C en 100% RVwapeningscorrosiezuurstofpluszone-indelingA. fundatie-zoneB.onderwater-zoneC1. getijden-zoneC2. spat-zoneD. atmosferische-zoneonderbouwE. atmosferische-zonebovenbouwchloridexxxxxxxxxxxkoolzuur-carbonatatiexxxxxxxexpansieveafzettingwater-oplosbarezouten waar-ondersulfatenxxxxxscheur-vormingdoorvochtentemperatuurbewegingxxxxerosiedoorstromingzand waterxxxxxboor-mosselene.d.xxxxxxxxxxzeer sterk xxsterk xmatiglichtTabel 2Oorspronkelijke specificaties metbetrekking tot duurzaamheid cementspecificatieType V (ASTM),sulfaatbestand portlandcementtoeslagmateriaalfijn toeslagmateriaalgroftoeslagmateriaalCl-als NaGICl-als NaCIO,10%m/m0,05%m/mbetonwater-cementfactorchloridenabehandeling betondekkingonderbouwbovenbouwbescherming staalbescherming beton0,420,50% m/m op cement als NaCIdit is circa 0,3% rn/m als GI-geen bijzondere voorschriften45mm45mmgeen; optie voor wapening met epoxycoatingepoxycoating van 2 m- MSL (ongeveer de laagste getijde stand) tot4 m + MSL(aangenomen is dat dit de getijde + spatzone is.De coating moet onderhoudsvrij zijn over een periode van 20 jaar.Cement XXXVII(1985)nr. 6 460MATERIALEN0.02 chloride %grove toeslag0,0 % in cement\\\\1\1\ \\ \\\ /0.001 % chloriden in water/0.01% chloriden in water0,05% chloriden water\ooOlo0,020,03o0.045Chloride-balans; maximaal chloridegehaltein toeslagmaterialen als maximumchloridegehalte in beton 0,1% mlmbedraagtopzichte van het vrije chloride laag is. Dit iso.a. een gevolg van het lage tricalciumalumi-naatgehalte (C3A) van dit cement, waardoorde onttrekking van de chloride-ionen aan hetcorrosieproces als gevolg van de binding totchlorocalciumaluminaathydraten gering is.De werkgroep heeft op grond van boven-staande bevindingen een aantal mogelijkhe-den ter verhoging van de duurzaamheid uit-gewerkt. Dit waren:A. alternatieve cementsoortenB. aanpassingen in de betonsamenstellingC. verhogingvandedekkingD. bescherming van de wapeningE. niet corroderende wapening envoorspankanalenF. beschermingvanhetbetonG. verdere maatreg?lenDeze mogelijkheden worden achtereenvol-gens besproken en resulteren tenslotte in degegeven aanbevelingenA. CementsoortenDe voorgeschreven cementsoort was port-land cement type V (sulfaat-bestand port-land cement) volgens AASHTO - M85. Dit ce-ment mag volgens deze norm een C3A-ge-halte hebben van maximaal 5% en eengehal-te van (C4AF + 2 x C3A) van maximaal 20%,terwijl de sulfaatexpansie (na 14 dagen vol-gens ASTM-C 452) maximaal 0,045% magbedragen. Bovendien mag het gehalte aanalkali?n (berekend als Na20 + 0,658 K20)maximaal 0,6% bedragen.Alhoewel deze cementsoort een goedefaatbestandheid en goede alkalibestandheidheeft, kan dit niet gezegd worden van de.be-standheld tegen chloride-penetratie.Voor een drietal soorten cement werd nage-gaan hoe snel chloride-ionen in beton kun-nen binnendringen. Ditis bij benadering ge-daan, door middel van berekeningen met be-hulp van de reeds genoemde tweede diffu-siewet van Fick. De effectieve dlttusieco?ffi-cl?nten die daarbij zijn toegepast zijn afge-leid uit resultaten van laboratoriumonder-zoek [3,4].De in beschouwing genomen cementsoortenwaren portlandcement, sulfaatbestand port-landcementen hoogovencement met eenslakgehalte van circa 65%. Gezien het groteaantal aannamen bij deze berekeningen heb-ben de berekende indringdiepten slechtseen indicatieve waarde. In een later stadiumis de aangenomen waarde voor de effectievediffusieco?ffici?nt van hoogovencementdoor laboratoriumonderzoek bevestigd. Deverschillen tussen hoogovencement en debeide portlandcementen welke uit figuur 3blijken, zijn evident.Gewoon portlandcement gedraagt zichdaarbij iets beter dan sulfaatbestand port-landcement. Voor onbeschermd beton lijkteen reparatieloze levensduur van 50 jaar vaneen constructie met een dekking van 50 mrnslechts mogelijk indien hoogovencementwordt gebruikt. Bij de beide portlandcemen-ten zou zelfs bij de zeer lage water-cement-factor die is voorgeschreven corrosie-initia-tie na 5 of 10 jaar onvermijdelijk zijn. Binneneen periode van 10 jaar zouden bovendiende voorspankabels (op 135 mm van het be-tonoppervlak) in de corrosiezone komen teliggen. Gezien het gunstige gedrag vanhoogovencement voor wat betreft de chlori-de-indringing lag een aanbeveling voor hetgebruik van dit cement in plaats van het ge-specificeerde sulfaatbestand portlandce-ment voor de hand. De gunstige eigenschap-pen van hoogovencement voor deze toepas-singkunnen als volgt worden gekarakteri-seerd:- Relatief hoge elektrische weerstand (ziefiguur 4) [5]. Dit betekent dat in geval toch ini-tiatie van corrosie door chloride zal optre-den, de corrosiesnelheid bij hoogovence-ment geringer is dan bij portlandcement.- In vergelijking met portlandcement een ho-ge weerstand tegen zuurstofdiffusie; dit zalingeval van corrosie-initiatie een remmendeinvloed hebben op de corrosiesnelheid.- Weinig of niet toenemen van de permeabi-liteit als gevolg van versnelde verharding on-der atmosferische stoomdruk [6]. Bij de eau-seway wordt het geprefabriceerde beton tendele door middel van stoom versneld ver-hard; met name in de winterperiode is dit hetgeval. Van portlandcement is bekend datversneld verharden onder atmosferischestoorndruk leidt tot een aanzienlijke verho-ging van de permeabiliteit [7].- Hoge sulfaatbestandheid. Het uiteindelijkgekozen type hoogovencement HOZ 35L-NW-HS (DIN 1164) is veel beter sultaatbe-stand in de zin van dubbelzoutvorming danportlandcement. Nochthans wordt dit as-pect voor de causeway niet van belanggeacht.- Trage ontwikkeling van de hydratatie-warmte (Iow heat cement), waardoor de tem-peratuurspanningen worden verminderd.- Een geschikt cement voor van alkali-reac-tiviteit verdachte toeslagmaterialen.- Hoge zeewater bestandheid, dat wil zeg-gen een hoge weerstand tegen uitlogen enionen-uitwisseling.- Waarschijnlijk betere bestandheid tegen'aanvreten' door zogenaamde boormosse-len, -oesters en -sponsen.B. BetonsamenstellingOok metbetrekking tot de toeslagmaterialenCementXXXVII (1985)nr. 6 461MATERIALEN45 60 5045 75 6045 1,5xDmax 5045 1,5 x Dmax 7545 1?,5xDmax 50ment waren in het algemeen geen gegevensvoorhanden.Tabel 4Dekking wapeningsstaalTabel 3Diffusieco?ffici?nten van pasta'sportlandcement, per water-cementfactor507550aanbevelingDurability Study Group(mm)60751,5 x o.:FIP-aanbeveling(mm)Deze gegevens gelden voor week 14 van1984 en op basis van proefcilinders 150 x300 mrn",Het goedkeuringscriterium voor de controle-proef bedraagt:(als voortschrijdend gemiddelde B-waarde + 6,0 N/mm2) en(elke individuele warneming 0,85 x be-tonklasse).KeuringscriteriumHet goedkeuringscriterium voor de geschikt-heidsproef bedraagt:B-waarde + 9,2 N/mm2Gerealiseerd wordt met bovengenoemdemenstelling:= 50,48 N/mm2s = 1,76N/mm2v.c. =3,48%C. BetondekkingHet bestek schreef een minimum betondek-king voor van 50 mm voor de onbeschermdelangswapening en minimaal 40 mm voor debeugels. Indien met epoxy gecoat wape-ningsstaal wordt toegepast, mogen dezewaarden worden verlaagd tot 35 mmoAls to-leranties werden opgegeven - 5 rnrn en+210 mmoDit betekent dus een absolute mi-nimum betondekking van 45 mm voor niet-gecoat wapeningssta?l.De tweede editie van de FIP-aanbevelingenvan de 'Commission on Concrete Sea Struc-tures' geeft in artikel R.4.3.9 de navolgendespecificatie:'Voor zware maritieme betonconstructiesmet eenbetondikte van minimaal 500 mmdient de toe te passen minimum betondek-king voor wapeningsstaal en voorspanka-bels te worden afgestemd op de expositie-zone, en wel als volgt:1. Voor de onderwater-zone geldt een nomi-nale betondekking op de hoofdwapening vanminimaal 60 mm en op de voorspankabelsvan minimaal 75 mmo2. Voor de getijden- en spat-zone, alsook inde natte atmosferische zone geldt een nomi-nale betondekking op de hoofdwapening vanminimaal 75 mm en op de voorspankabelsvan minimaal 100 mmo454545oorspronkelijkespecificaties(mm)2,64,512,4diffusieco?ffici?nt voorchloride (10-8crn?/s)0,40,50,6Paalkoppen, caissons,landhoofden enkoppelbalkenonderwater-zonegetijde + spat-zoneatmosferische zoneBovenbouwbrugdekoverigOnderbouwPalenonderwater-zonegetijde + spat-zoneatmosferische zonewater-cementfactorBetonsamenstelling per m3:400 kg hoogovencement (HOZ 35L-NW/HS/NA, volgens DIN 1164)met een slakgehalte van 70-80%en een maximum chloridegehaltevan 0,02% (als CI-)6tOkg droog zeezand565 kg droog groftoeslagmateriaal4-12,5 mm807 kg droog groftoeslagmateriaal12,5-25 mm1521 aanmaakwater (water-cement-factor=O,38)91 absorptiewater5,51 super-plastificeerder(40%-ige oplossing)0,51 vertrager(natte volumieke massa ca. 2550SamensteffingOp basis van enerzijds de bestekseleen tenaanzlen van de maximum water-cementfac-tor (0,42) en het minimum cementgehalte(van 400kg/m3) en anderzijds uitvoerige ge-schiktheidsproeven v??rat, werd uiteindelijkgekomen tot de navolgende betonsamen-stelling. Deze geldt zowel voor betonkwali-teit 35 (ten behoeve van alle prefab beton)als voor betonkwaliteit 40 (ten behoeve vande eindblokken van de liggers).ChloridegehalteHet bestek bepaalde dat een maximaal chlo-ridegehalte van 0,50% (als NaCI) in het be-ton mengsel, berekend op het gewicht aancement, maatgevend zou zijn. Ditzelfde goldvoor een maximaal sulfaatgehalte van 4,0%(als S03), berekend op het gewicht aan ce-ment. Ook hiervoor is het maximale chloride-gehalte teruggebracht tot 0, tO% (als CI-). Ditlaatste heeft mede zijn consequenties voorde samenstellende materialen. Een en anderdient op elkaar te worden afgestemd om tebewerkstelligen dat het gestelde maximalepercentage in beton niet wordt overschre-den. Daartoe kan een zogenaamde balansworden opgesteld en grafisch worden weer-gegeven, wat voor de respectievelijke chlori-depercentages (als CI-) in figuur 5 is ge-beurd. Hierbij is uitgegaan van een maximaalchloridegehalte in het cement van 0,02% (alsCl") (welke eis inderdaad is gesteld en ge-haaid) en een drietal chloridegehalten voorhet aanmaakwater. Het blijkt dan dat weinigspeelruimte voor de toeslagmaterialen over-blijft en tevens dat een lager chloridegehaltedan 0,01 % (als voor het aanmaakwaterniet erg zinvol meer is.Het toelaatbare chloridegehalte van het be-ton is gesteld op 0,1 % m/m berekend op decementmassa, in plaats van de 0,3% m/mdie was voorgeschreven.Water-cementfactorIn de oorspronketijke specificaties werd eenmaximum water-cementfactor van 0,42voorgeschreven. Een gemiddelde water-ce-mentfactor van 0,38 bleek in de praktijk metbehulp van het gebruik van een superplasti-ficeerder als waterreductor realiseerbaar.Het belang van de water-cementfactor op dediffusieco?ffici?nt van pasta's van portland-cement is ge?llustreerd in tabel 3.Corrosie-inhibitorenHet gebruik van corrosie-inhibitoren in betonis eveneens bestudeerd. Calciumnitriet is inde wereld het meest onderzocht en toege-past.De ervaringen met calciumnitriet zijn echternog van beperkte omvang. Ten aanzien vanhet gebruik in combinatie met hoogcvenee-is extra aandacht geschonken aan het toe-laatbare chloridegehalte. Als resultaat hier-van zijn de in het bestek gestelde eisen aanhet maximum toelaatbaar chloridegehalteverscherpt. Voor het fijn toeslagmateriaalvan 0,10 tot 0,06% (als NaCI) en voor het groftoeslagmateriaal van 0,05 tot 0,03% (alsNaCI).ToeslagmateriaalGekozen is voor een grof toeslagmateriaalanders dan kalksteen, voornamelijk om demogelijk schadelijke inwerking van sponzenen boormosselen zoveel mogelijk tegen tegaan. Toegepast wordt grof toeslagmate-riaal op basis van gebroken gabbro (een plu-tonisch rotsgesteente bestaande uit veld-spaat en olivijn) uit Fujairah/Sjarjah (UAE).Als fijn toeslagmateriaal wordttoegepast ge-wassen zeezand (hoofdzakelijk bestaandeuit alphakwarts en calciet) uit de ArabischeGolf.Cement XXXVII(1985)nr. 6 462MATERIALEN12001000?c800 c:c:600 cc:Etnc:0u0rnc:200 00.".- -c:0>u 0rn0.-.-6Corossiestroom in gewapend beton, voorop verschillende wijzen beschermdwapeningsstaalVoor de droge atmosferische zone geldt eennominale betondekking op de hoofdwape-ning van minimaal 1,5 x de maximum korrel-grootte of 1,5 x de maximum staafdiameter.'De grootte van de betondekking is een be-langrijk aspect voor de duurzaamheid. Nietalleen neemt bij toename van de dekking deperiode tot corrosie-inititatie toe (zoals valtaf te leiden uit figuur 3), maar ook de vermin-dering van fluctuaties en van locale verschil-len in het vochtgehalte aan de wapening zijnvan groot belang voor het corrosieproces.Tevens is hierdoor een verlaging van de zuur-stoftoevoer te bewerkstelligen, wat even-eens de corrosiesnelheid verkleint.Verhoging van de dekking leidt tot een grote-re kans op scheurvorming en tot groterescheurwijdten. Via deze scheuren kan rela-tief snel ccrrosie-initi?rinqplaatsvlnden. Eenverband tussen scheurwijdte en corrosie-snelheid is echter niet voorhanden.Gezien de overwegend positieve effecten isbesloten de dekking plaatselijk te verhogen.De aanbevelingen uit de studie zijn te zamenmet de oorspronkelijke gespecificeerdeking en FIP-aanbevelingen opgenomen in ta-bel 4.Een belangrijk punt van aandacht ten aan-zien van de kwaliteit van de dekking vormdede keuze van het type afstandhouder. Kunst-stof afstandhouders, die veelvuldig wordentoegepast, hebben een slechte hechting methet omringende beton. Door verschillen inuitzetfinqsco?t?cl?nt ontstaat bovendienspleetvorming bij afkoeling. Speciaal bij devoorgenomen atmosferische stoomverhar-ding werd dit bezwaarlijk geacht. Langs hetoppervlak kunnen gemakkelijk agressievezouten binnendringen.Cement XXXVII (1985)nr. 6Asbestcement afstandhouders kennen ditprobleem veel minder, maar deze zijn (zelf)meer permeabel dan een hoge kwaliteit be-ton.Het gebruik van betonnen afstandhouderskreeg de voorkeur. Deze afstandhoudersdienen minstens dezelfde kwaliteit c.q. per-meabiliteit te bezitten als het omringendebeton.Bij de pijlers zijn zo weinig mogelijk afstand-houders aan de buitenzijde toegepast.D. Beschermen van de wapeningEen drietal methoden van bescherming vanwapeningsstaal in beton zijn bestudeerd. Ditzijn:- met epoxypoederlak bekleed wapenings-staal, hier verder aangeduid als 'fusion bon-ded' epoxy coating,- thermisch verzinkt staal en- kathodische bescherming.'Fusion bonded' epoxyDe oorspronkelijke specificaties bevattenals alternatief de toepassing van wapenings-staal voorzien van epoxy coating. Bij toepas-sing van dit staal mag de dekking wordenverminderd.In de Verenigde Staten en Canada is in hetlaatste decennium een niet onbelangrijke in-dustrie ontstaan op het gebied van fusionbonded epoxy coating voor wapeningsstaal.Belangrijke bruggen zijn reeds met dergelij-ke wapening gebouwd. VOOrbeelden zijn de'West Key-Bridge' in Florida en de 'Zilwau-kee Bridge' in Michigan. Van dein Noord-Amerika onderzochte organische coatingsbleek de fusion bonded epoxy het best tevoldoen. Niet in het minst omdat de coatingmet een zeer regelmatige dikte kan wordenopgebracht (meestal circa 250 urn), Labora-toriumonderzoek en buitenexpositieproevenmet regelmatige dooizoutbelasting hebbengunstige resultaten opgeleverd (fig. 6) [8).De praktijkervaring is echter nog maar kort,circa 10 jaar. Gebleken is inmiddels wel dathet belangrijk is dat er geen elektrisch con-463tact ontstaat tussen gecoate wapening gele-gen in de 'chloride-frontlinie' en ongecoatewapening of andere staaldelen daarbuiten.Dit kan namelijk leiden tot macro-celver-ming, waarbij ter plaatse van defecten in decoating zeer snelle corrosie optreedt. In depraktijk betekent dit dat alle wapening ge-coat dient te worden. Zelfs de binddradenmoeten gecoat worden, dan wel van eenniet-geleidend materiaal zijn gemaakt.Onderzoek naar deuittreksterkte en de kruipvan wapeningsstaven met een dergelijkecoating heeft aangetoond dat goed gecoatestaven niet onder behoeven te doen voorniet-gecoate wapening. Daarentegen is bijvermoeiingsproeven in zeewater wel corro-sie geconstateerd [9).Ook is de mogelijkheid bestudeerd om devoorgeschreven verzinkte voorspankanalente coaten, immers de voorspankanalen zou--denbij elektrisch contact met gecoate wape-ning als kathode kunnen fungeren. Op kortetermijn bleken geen technieken beschikbaarom op industri?lewijze deze coating op voor-spankanalen aan te brengen. Deze wijze vanbeschermen is dan ook niet in praktijk ge-bracht.Thermisch verzinkte wapeningHet gebruik van thermisch verzinkt wape-ningsstaal heeft zich vooral in Noord-Ameri-ka ontwikkeld. Bijvoorbeeld voor bruggen opde Bermuda eilanden, waarvan sommige alongeveer 30 jaar oud zijn en waarbij noggeen tekenen van corrosie gevonden zijn;verder zijn een driehonderdtal bruggen enviaducten in de Verenigde Staten ermee ge-realiseerd.De meningen over de duurzaamheid van ver-zinkt wapeningsstaal in een chloride-rijkeomgeving zijn echternogal verdeeld. Bekendis van verzinkt staal dat het in een chloride-rijke omgeving aangetast kan worden, metname in zones direct boven het wateropper-vlak.MATERIALENHet gedrag van verzinkt wapeningsstaal bijchlorideverontreiniging kan als volgt wordensamengevat:- bij hoge chlorideconcentraties wordt ver-zinkt staal evenals onverzinkt staal aange-tast. Wel heeft het zink in dat geval een be-paalde remmende invloed op de corrosie-snelheid;- bij lage chlorideconcentraties heeft ver-zinkt staal een positief effect, dat echtermoeilijk valt te kwantificeren.Op grond van twijfels ten aanzien van de wer-king van verzinkt wapeningsstaal is ge-meend deze mogelijkheid verder buiten be-,schouwing te moeten laten.Kathodische beschermingKathodische bescherming door hetgen van een stroom of door toepassen vaneen otteranode. wordt op ruime schaal toe-gepast voor stalen pijpleidingen en con-Tabel 5Aanbevelingen Durability Study Groupstructies, met name voor offshore doelein-den. Voor gewapende en voorgespannen be-tonconstructies zijn echter weinig toepassin-gen bekend. Er zijn ook geen algemeen aan-vaarde criteria betreffende deze bescher-mingswijze.De meeste toepassingen van kathodischebescherming voor gewapend-betoncon-structies betreffen pijpleidingen, waar ern-stige schade door corrosie was opgetreden.Er is onvoldoende ervaring met kathodischebescherming van wapening om dit systeemaan te bevelen.E. Niet corroderende wapeningenvoorspankanalenRoestvrijstaalVoor een aantal betonconstructies is roest-vrij staal voor de wapening gebruikt. De nor-male kwaliteiten roestvrij staal zijn nietroest-vrij in een chloride-rijke omgeving. In eendergelijke omgeving moet gebruik wordengemaakt van specifieke legeringen, zoalstype 304 en 316. Dit zijn Austenitischelegeringen met een laag koolstotqehalte, eenhoog chroom- (> 16%) en een hoog nikkel-gehalte (> 10%). Bij voorkeur dienen nogenige procenten molybdeen te worden toe-gevoegd. Het betreft staallegeringen diezeer duur zijn; meer dan 5 maal die van ge-woon staal! Deze hoge kosten maakten ditalternatief weinig aantrekkelijk.Kunststof voorspankanalenIn geval onverhoopt het chloridefront tochde voorspankanalen zou bereiken (ca.135 mm onder het oppervlak bij de palen),zou een calamiteit niet denkbeeldig zijn. Dewerkgroep meende dat de verzinkt-stalenvoorspankanalen slechts een geringe bar-ri?re zouden vormen om de chloride van devoorspankabels te weren. Waar mogelijk, uitconstructief oogpunt, is de toepassing vandunne,gegolfde, polyetheen voorspankana-len aanbevolen voor de palen, vanaf een ni-veau 2 m onder MSLF. Bescherming van het betonVoor een volledige bescherming van het wa-peningsstaal is een oppervlaktebehandelingaanbevelenswaardig als een eerste barri?retegen de agressieve omgeving. Voor de paal-cementaanbeveling voortoepassinghoogovencementaanbeveling voor nadere beschouwing otter overwegingopslaggevoeligheid;gebruik van big bags;effect op permeabiliteit van stoomverhardingbetondekkinggemiddelde effectieve water-cementfactor 0,38verhoog dekking in getijden + spat-zonetot minimaal 75 mm;verhoog dekking boven 4 m + MSLtot minimaal50 mmof zoveel meer als praktisch uitvoerbaar;cementgebonden afstandhouder meteenlage permeabiliteitonderzoek naar geschikte superplastificeerder en naarfysischeeigenschappen uiteindelijk betonbescherming waar mogelijk polyethyleen voorspankanalen;staal ankerhoofden van de voorspankabels gritstralenen coatenbescherming breng een impermeabel membraan aan of een zeerbeton dichte monolltlsche, cementgebonden laag voordatenige oppervlakteverontreinigingkan plaatsvindenbeschouw epoxy gecoate wapening boven het laagwaterniveaunader, beschouw het gebruik van gecoate voorspankanalenbestudeer de effectiviteit van de gespecificeerde epoxy-coating ophet beton en beschouw het gebruik van een coating e.d. op deopstaande randbalken van het brugdek;onderzoek permeabiliteit beperkende behandeling van alle anderebetonoppervlakkenvoegenontwerpuitvoeringdilatatievoegen moeten worden afgeschermd tegenpenetratie van wateren corrosieve stoffenontwerp alle detailsbetreffende drainage, waterafvoeretc. zodanig dat verontreiniging van het beton doordooizouten vermeden wordtstel specificaties op om te waarborgen dat alle materialende bouwplaats bereiken in een niet verontreinigde enongecorrodeerde toestand;stel eveneens specificaties op om deze materialen inschone toestand te houden gedurende alle stadia vanbewerkingontwerp speciale mengselsamenstelling voor alle voegen inpalen en bovenbouwkwaliteits-controle,inspectie,monitoring-onderhoud,reparatie,qeschlktheids-proeven, datavastleggingschema's opzettenCement XXXVII(1985)nr. 6 464MATERIALENBetonmonetcentrele, kort na de installatie,nog zonder zonwerende luifelsgedeelten in de getijde + spat- zone is in hetbestek een epoxy coating voorzien. De duur-zaamheid van deze coating wordt bedreigddoor de gecombineerde invloed van UV-straling, oxydatie, zoutkristallisatie, water-druk achter de coating en verschillen in ther-mische uitzetting tussen coating en beton.Bovendien is reparatie in geval van bescha-diging of veroudering moeilijk en kostbaar.Een lange levensduur van de constructie la-ten afhangen van alleen deze coating, is danook gevaarlijk.Ten aanzien van het brugdek werden de spe-cificaties onvoldoende geacht. Van brug-dekken is bekend e?at er zich chloride kanophopen; met name in de periode tussen hetaanbrengen van de geprefabriceerde brug-dekdelen en het opbrengen van de asfaltver-harding zou ernstige verontreiniging kunnenplaatsvinden. Maar ook asfalt biedt zekergeen volledige bescherming tegen zouten.De volgende maatregelen zijn overwogen:verhoging van de dekking tot 75 mm;aanbrengen van een impermeabele laagtussen asfaltverharding en beton;aanbrengen van een deklaag van zeerdichtbeton of van polymeer gemodificeerd beton.Hierbij kan overwogen worden om de asfalt-laag weg te laten of deze in diktete vermin-deren;combinaties van voornoemde mogelijkhe-den.Cement XXXVII (1985)nr. 6AI deze maatregelen zullen de corrosie-ini-ti?ringsperiode aanzienlijk verlengen.Er is aanbevolen de opstaande randen en hetbeton in de nabijheid van de voegen te be-handelen met een impregneermiddel of meteen coating. Met name is aan hydrofoberen-deimpregneermiddelen aandacht besteed.Vooral silanen en andere siliconenverbindin-gen zijn beschouwd omdat deze stoffengenoeg kleurloos zijn, zodat er geen estheti-sche problemen met kleurverschillen kunnenoptreden. Siliconen met lange polymeerke-tens waren gezien het dichte beton minderwenselijk dan die met een korte structuur.Behandeling met impregneermiddelen heb-ben een beperkte werkingsduur. Alhoewelde praktijkervaring met enige van deze mid-delen nog te kort is om een nauwkeurige uit-spraak hierover te kunnen doen, lijkt eenwerkingsduur van maximaal 10 jaar aanne-melijk.Dit betekent dat de behandeling in de ge-bruikstase van 'de brug regelmatig herhaaldmoet worden.Ook voor de andere betonoppervlakken zijnbeschermingsmiddelen in overweging gege-ven.G. Verdere maatregelenStekeindenStekeinden moeten zoveel mogelijk wordenvermeden. Het werd beter geoordeeld devoegbreedte tussen de paalsegmenten tebeperken tot 20 ? 30 mm, zonderstekeinden.Daar waar stekeinden onvermijdelijk zijn,dient een tijdelijke of blijvende corroslsbe-scherming op de wapening te worden aange-bracht, dit is met name het geval voor stek-einden die lange tijd op zee aan weer en windzijn blootgesteld.465EindverankeringenEindverankeringen dienen door een coatingtegen corrosie te worden beschermd. Bij destalen verankeringsplaten moet elektrischcontact met de wapening worden vermeden.De sparingskasten moeten worden opgevuldmet een middel dat op zijn minst even weinigpermeabel is als het omringende beton endat vooral een goede hechting heeft met hetomringende beton. Om dit laatste te berei-ken is gekozen voor polymeer-gemodifi-ceerd spuitbeton.Voegen, invoegingen en doorvoeringenVoor de duurzaamheid is bij voegen en in-voeg/doorvoer-materialen steeds het groot-ste probleem het scheidingsvlak met het om-ringende beton. Is er dikwijls al nauwelijkssprake van hechting, door verschillen in be-weging (uitdrogingskrimp, temperatuur)wordt deze schakel nog zwakker. Invoegin-gen moeten daarom in aantal zoveel mogelijkworden beperkt en daar waar ze onmisbaarzijn, moeten door middel van krimpvrije mor-tels zwakke plaatsen op het hechtvlakzoveelmogelijk worden voorkomen.Opslag materiaalOpslag van toeslagmateriaal, wapening enin het bijzonder voorspankabels dient steedszodanig te geschieden dat verontreinigingdoor zouten niet of nauwelijks kan plaatsvin-den.Scheurvorming betonIn de holle palen zijn van 2 m MSL tot 4 m+ MSL betonproppen voorzien, die in gevalvan aanvaring calamiteiten moeten voorko-men. Berekend is dat bij het voorgeschrevenminimum cementgehalte en het op zee vol-MATERIALEN7Invloed van stomen op permeabiliteitIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIstorten van de paal scheurvorming in de paalals gevolg van hydratatiewarmte-ontwikke-ling onvermijdelijk zou zijn. Zulke 'langescheuren' zijn ontoelaatbaar in deze zone.Verlaging van het cementgehalte tot een ni-veau dat scheurvorming niet zou optreden,gaf problemen met de vereiste sterkte. Deproppen zijn tenslotte geprefabriceerd en deruimte tussen prop en paal is met een mortel(grout) gevuld.AanbevelingenDe bevindingen van de Durability StudyGroup zijn neergelegd in een groot aantalaanbevelingen. Debelangrijkste daarvan zijnsamengevat in tabel 5.UitvoeringseisenHet totale pakket aan (technologische) uit-voeringseisen is geformuleerd vanuit drie?r-lei optiek:- besteksvoorwaarden;gekozen uitvoeringsmethodiek;- extra duurzaamheidsbeschouwingen;Vervaardiging en verwerking van de beton-specieVanuit het bestek worden aan het type men-ger geen bijzondere eisen gesteld. Jarenlan-ge ervaring in het Midden-Oosten heeft ech-ter geleerd dat kwaliteitsbeton alleen kanworden vervaardigd in dwangmengers (zo-wel met verticale as als met horizontale as)die in goede staat van onderhoud verkeren.Om op eventualiteiten (stagnatie, extra toe-voeging van hulpstoffen) voorbereid te zijn,geschiedt het 'transport met behulp vantruckmixers. De betonspecie wordt als regelmet de betonpomp in het werk gebracht enmet behulp van (laagfrequente) bekistings-trillers verdicht. Een bestekseis is, dat allebetonspecie binnen 30 minuten na lossinguit de truckmixer c.q. binnen 60 minuten nalossing uit de menger (gevolgd door trans-port in een agitator) verwerkt moet zijn.Stomen en nabehande/en van het betonTen behoeve van ontkisten, voorspannen,transport of in gebruikname van prefab ele-menten of constructie onderdelen is vanuitde ontwerpcriteria een staat van minimumcilinderdruksterkten opgesteld. De keuzevoor eventueel toepassing van versneldeverharding is daaruit afgeleid. Alle brugIig-gers en pijlersecties zijn met behulp vanstoomverwarming versneld verhard.Voor het stoomprogramma is het volgenderegiem opgesteld:- aanvangstemperatuur van de betonspecie(in het werk): max. 32 oe- wachttijd: minimaal 2 uur- opwarmsnelheid: maximaal 10 oe per uur- maximum betontemperatuur: 50-75 oe (bijvoorkeur 60 oe om een te veel aan sterkte-verlies te voorkomen)- tijdsduur maximum betontemperatuur: 3tot 6 uur- afkoelsnelheid: 5-10 oe per uur- bereikte sterkte na stoomproces: minimaal75% van de vereiste minimum cilinderdruk-sterkte na 28 dagen.- nabehandeling van het gestoomde betongedurende 3 tot 5 dagen (op het opslaqter-rein).De niet-gestoomde prefab-elementen ofconstructie-onderdelen dienen vanzelfspre-kend een goede nabehandeling te krijgen. Detechnieken hiervoor zijn bekend en wordenhier niet verder besproken. Voor de cause-way is in principe gekozen voor een nabe-handeling met zoet water onder tentzeil.Aangezien een stoombehandeling van beton(en in het bijzonder van portlandcementbe-ton) de permeabiliteit nadelig kan beinvloe-den, is ook voor het gestoomde hoogoven-cementbeton bovengenoemde nabehande-ling vereist (fig. 7).Hot weatherconcretingEen vanzelfsprekend maar toch bijzonderaspect van het verwerken van betonspeciein warme landen is het storten bij hoge tem-peraturen. De nadelige invloed van hogetemperaturen bestaat primair in het teruglo-8Zonwerende luifels op de betonmengers9Storten en van de bedrijfsvloeronder een overkappingeementXXXVII (1985)nr. 6 466MATERIALEN11Verdampingssnelheid van water uitbetonspecie-oppervlak. Gearceerd gebiedis typerend voor Midden-Oostenpen van verwerkbaarheid en vroegtijdigebinding van de cementspecie. Secundaireeffecten zijn een verhoogde waterbehoefteen sterkteverlies. Voorts moet rekening wor-den gehouden met de effecten van versterktoptredende plastische krimp en mogelijk ookvan temperatuurspanningen. Dit alles leidtuiteindelijk tot verminderde duurzaamheid.Op grond hiervan dienen een aantal maatre-gelen te worden genomen:- beperking van de aanvangstemperatuurvan de betonspeels. Voor de causeway geldtvolgens het bestek een maximum tempera-tuur van 32?C op het moment van verwer-ken;en onderhoud' is door de opdrachtgever op-gedragen aan de raadgevend ingenieur,Saudi Danlsh Consultants. Hierin zullen ookde procedures voor rapportage en herstel-werken worden vastgelegd. Op basis vaneen dergelijk systeem kunnen eventualitei-ten tijdig worden onderkend en aangepakt.Bovendien leert men op deze wijze nog beterde zwakke punten van de constructie ken-nen, wat waardevolle kennis oplevert voorvolgende projecten.12Nabehandelingliteratuur1. Fookes, P.G., PolIoek, B.J., Kay, E.A.,Middle East concrete, rates of deterioration;Concrete, september 19812. Darr, G.M., Ludwig, U., Ueber die Sulfat-bestandigkeit von Zementmortel, For-schungsbericht Landes Nordrhein-Westfa-len, Westdeutsches Verlag (1976)3. Page, C.L. Short, N.R., EITarras, A. Diffu-sion of chloride ions in hardened cementpastes, Cement and Concrete Research1982, pp. 395-4064. Bakker, R.F.M., On the cause of increa-sing resistance ofconcrete made from blast-furnace cement to the alkali-s?ica resettonand the sulphate corrosion, dissertation THAachen, 19805. Hansson, I.L.H., Hansson, C.M. electricalresistivity measurements of portland cementbased materiais, Cement and Concrete Re-search 13 1983, pp. 675-6836. Bakker, R.F.M., Permeability of blendedcement concretes, Proceeding of the CAN-MET/Acl first international conference onthe use of fly ash, silicafume, slag and othermineral by produets in concrete ACI/SP79-30 Quebec, 19837. Higginson, E.C., Effect of steam curingon the important properties of concrete: In-ternational American Concrete Institute 58,1961, pp. 281 - 2988. Clear, K.C., Corrosion protection provi-ded by calcium nitrite and epoxy coated re-bars; juni 1982.9. Roper, H., Persoonlijke mededeling, Uni-versity of Sydney, 3 mei 198210. Hot weather concreting; ACI recom-mendation 305Inspectie van een betonconstructie is in deomstandigheden waaronder de causewayzal verkeren even noodzakelijk als onvermij-delijk. Nalatigheid hierin zal vroeg of laatzwaar opbreken. Belangrijke zaken daarbijzijn de frequentie van de inspectie en de aan-dachtspunten.In het ontwerp voor de causeway zijn voor-zieningen meegenomen die deze inspectieen de uitvoering van onderhouds- c.q. her-stelwerkzaamheden mogelijk maken. Hetopstellen vaneen 'Handboek voor inspectieInspectie en onderhoudDe ten behoeve van eenzelfde verwerkbaar-heid hogere waterbehoefte bij verhoogdebetonspecie-temperaturen blijkt uit figuur 10[10]. De extra waterbehoefte stijgt lineair metde hogere temperatuur. In hetgegeven voor-beeld betekent een stijging van de tempera-tuur met 10?C een extra waterbehoefte vancirca 7 I ofwel voor de toegepaste betonsa-menstelling voor de causeway eenverhogingvan de water-cementfactor met circa 0,02.Wat het verdampen van water aan het beton-oppervlak betreft geeft figuur 11 een goedeindicatie. In deze figuur is tevens aangege-ven welke gebieden typerend zijn voor deomstandigheden in het Midden-Oosten. Hetblijkt dan dat een acceptabele grens van bijv.1 liter per m2per uur al zeer snel wordt over-schreden, zodat extra maatregelen hierte-gen gedurende de fase dat de betonspecieen het beton gemakkelijk water afstaan, ge-boden is (foto 12).40- toepassing van chemische hulpstoffen alsplastificeermiddelen en vertragers. Gekozenis voor de toepassing van superplastificeer-ders op basis van gesulfoneerde naftaleenof gesulfoneerd melamine condensaat,eventueel in combinatie met vertragers opbasis van fosfaten;- gebruik van toeslagmaterialen met een la-ge waterabsorptie en een zo groot mogelijkenominale korrel, in dit geval een zeer dichtgabbro steenslag met een nominale korrelvan 25 mm;- toepassing van zo veel mogelijk zonneda-ken, windschermen en witgeschilderde vlak-ken (foto's 8-9).30.x10 20temperatuur,OC0.80,70.6o.: 7.5 cm zetmaat3.8 cm maximum korrel015 25 3S15510Invloed van de temperatuur op dewaterbehoefte175165s:160170ECement XXXVlI(1985)nr. 6 467