Onderzoek & technologie Betontechnologie cement 2003 1 95 Om de wachttijden voor het weg- en scheepvaartverkeer te beper- ken, wordt bij de bestaande Krab- bersgatsluis in de dijk Enkhuizen ? Lelystad het Naviduct gebouwd. Het bestaat uit een dubbele sluis- kolk met een onderdoorgang voor het wegverkeer. Om dit onder de constructie door te kunnen lei- den, wordt de bestaande rijbaan verlegd. De ruimte hiervoor wordt gecreëerd door een polder te maken aan de Markermeerzijde van de dijk [1]. Het betonwerk bestaat uit het maken van de onderdoorgang voor het wegverkeer en de twee bovengelegen sluiskolken, inclu- sief de sluishoofden. De totale hoeveelheid te storten beton be- draagt meer dan 20 000m 3. Bij het verharden hiervan komt hydrata- tiewarmte vrij. Dit levert in de eerste dagen na het storten een temperatuurstijging op. Als deze niet goed wordt beheerst, kan dit scheuren veroorzaken. Temperatuurbeheersing is dus het beheersen van het risico van scheuren [ 2]. Dit kan gebeuren op een drietal manieren: in het constructief ontwerp, in de be- tonsamenstelling en in de uitvoe- ringsmethode. Alle oplossingen vergen een verschillende engi- neering [3]. Bij het Naviduct was het con- structief ontwerp al helemaal ge- reed. Vanaf het moment dat VBK? Van Laere het werk gegund kreeg, mocht hier niets meer aan veranderd worden. De twee ande- re aspecten waren nog wel te beïn- vloeden. Betonsamenstelling Oorspronkelijk waren in het bestek een achttal verschillende betonsamenstellingen voorzien. In overleg met adviseur, directie en betonleverancier heeft de aanne- mer deze geoptimaliseerd wat betreft kwaliteit, duurzaamheid en uitvoerbaarheid. Dit heeft geresul- teerd in een tweetal mengsels voor het gehele betonwerk, de Navi- ductmengsels A en B (tabel 1 ). De belangrijkste wijzigingen en optimaliseringen ten opzichte van de oorspronkelijke beton- mengsels zijn: ? Bij een aantal mengsels werd gebruikgemaakt van 20% betonpuingranulaat. Deze toe- voeging is echter geschrapt omdat deze in strijd is met de gestelde waterindringingseis van 20 mm. Hierbij speelde tevens de invoering van het Bouwstoffenbesluit en de be- perkte verkrijgbaarheid van het betonpuingranulaat een rol. ? In het bestek was voor een drietal mengsels het gebruik van 20 % portlandcement voor- geschreven. De hydratatie van portlandcement geeft ten op- zichte van hoogovencement een grotere warmteontwikke- ling in een kort tijdsbestek. Een te grote warmteontwikke- ling geeft echter een grotere kans op scheurvorming, het- geen bij een waterkerend be- tonwerk moet worden voor- kom en. Om de warmte ontwik- keling te beperken worden de wanden gekoeld. Toevoeging van portlandcement heeft een grotere benodigde koelcapaci- teit tot gevolg, hetgeen niet wenselijk is. ? Om de warmteontwikkeling te beperken wordt voor mengsel A gebruikgemaakt van de mini- maal voorgeschreven hoeveel- heid cement per m 3. ? Voor mengsel A (mk2) wordt een water-cementfactor van 0,50 aangehouden. Dit is lager d an de norm voorschrijft ( 0,55 ). Deze lagere water-cementfac- tor zorgt voor dichter en daar- mee ook duurzamer en water- dichter beton. ? Om bij het lage cementgehalte voldoende samenhang te ver- krijgen ter voorkoming van 'bleeding', wordt zowel in mengsel A als in mengsel B 40 kg/m 3vliegas bijgemengd. Vliegas heeft als extra voordeel dat het een tweede reactie veroorzaakt, die de duurzaam- heid verhoogt. Temperatuurbeheersing van beton in het Naviduct Koud, wa rm, alles kan! ir. B.E.J. Baetens, INTRON BV ir. W.J. van Leeuwen, VBK ? Van Laere Het Naviduct is op het gebied van temperatuurbeheersing een waar paradijs gebleke n*). Bijna alle aspecten van temperatuurbeheersing om scheurvor- ming te voorkomen kwamen aan de orde. Het koelen van wanden, het ver- warmen v an uitgehard beton, het isoleren van een vloer en het optimaliseren v an de mengselsamenstelling: al deze aspecten hebben ertoe bijgedragen dat de temp erat uu rsch eu ren in het Naviduct weinig tot geen kans kregen. *) Eervolle vermelding Stubeco- uitvoeringsprijs 2002 Ta b e l 1| Naviductmengsels A en B grondstof merk mengsel A mengsel B B 35, mk2, cg3 B 35, mk3, cg3 CEM III/B 42,5 LH HS (kg/m 3) Schwenk Karlstadt 280 300 poederkoolvliegas (kg/m 3) Euroment 40 40 water(kg/m 3) 140 135 water-cementfactor 0,50 0,45 superplastificeerder (kg/m 3) Addiment SPL FM951 ± 3 ± 4 Uitvoeringsmethode Het bestek van het Naviduct voor- ziet in koeling van wanden die 750 mm of dikker zijn en vermeldt hierbij de eis dat de optredende trekspanning onder de limiet van 50 % van de op dat moment aan- wezige treksterkte moet blijven. Koeling is echter niet de enige vorm van temperatuurbeheersing in de uitvoeringsfase. Andere mo- gelijkheden zijn: ? isoleren; ? verwarmen; ? verlagen van de specietem- peratuur. Alle drie varianten zijn toegepast in het betonwerk van het Naviduct. en zijn berekend met de module HEAT van FEMMASSE [ 4]. De in tabel 2 genoemde construc- tiedelen zijn in de studie geanaly- seerd. De druksterkte van proefkubus- sen en de adiabatische warmte- ontwikkeling van de Naviduct- mengsels zijn in het laboratorium bepaald. Vloer onderdoorgang De vloer van de onderdoorgang is een groot massief blok van 40x 30 m 2met een dikte van 2m, op staal gefundeerd (foto 1). Tijdens het uitzetten en krimpen gedurende de verharding wordt het blok niet gehinderd in de vervorming. De spanningen in deze constructie worden grotendeels veroorzaakt door de gradiënt tussen de kern en de buitenzijde van de vloer. Door het oppervlak te isoleren kan deze gradiënt worden vermin- derd en daardoor ook de trek- spanningen. Deze isolatie moet echter wel lang genoeg blijven liggen om een temperatuurschok bij het verwijderen te vermijden, waardoor alsnog scheuren kun- nen ontstaan. Bij de vloer van de onderdoorgang was de keuze voor een isolatie die drie maanden aan- wezig moest blijven of voor een isolatie die na een week kon worden verwijderd, waarna direct werd aangevuld met grond. Er is gekozen voor het laatste. Wanden onderdoorgang In de wanden van de onderdoor- gang zijn tijdens de vlechtwerk- zaamheden over de volle lengte stalen koelleidingen aangebracht, verdeeld over vier systemen (fig. 2). De koelleidingen rusten op de wandsupporten van de wapening. De inlaat bevindt zich op circa een halve meter van de onderzijde van de wand en het systeem slingert vervolgens tot boven aan de wand waar zich de uitlaat bevindt. Na het aanbrengen en koppelen wor- den de leidingen met leidingwater doorgespoeld en wordt het systeem afgeperst. Vervolgens wordt de koel- unit aangesloten (foto 3 ), in hoofd- zaak bestaande uit: ? een pomp met debietregeling om het water door de koellei- dingen te pompen; ? een bufferreservoir van onge- veer 2 m 3om het koelwater op te vangen; ? een koelaggregaat om het water in het reservoir naar 10 °C te koelen. Voorafgaand aan het storten wor- den de thermokoppels van de rijp- heidscomputer aangebracht en wordt het water in het reservoir naar de gewenste inlaattempera- tuur gekoeld. Het extra leidingsysteem in het bovenste gedeelte van de wanden is in eerste instantie niet voor de koeling gebruikt. Onderzoek & techno logie Betontechnologie cement 2003 1 96 Ta b e l 2| Geanalyseerde constructiedelen onderdeel afmetingen (l x b x h in m) vloer onderdoorgang 40 x 30 x 2 wanden onderdoorgang 40 x 1 x 5,5 dek onderdoorgang 40 x 30 x 1,25 wanden sluishoofden 24-26 x 0,75-2,4 x 7,5 wanden sluiskolken 20-37 x 1 en 1,25 x 7 1 |Vloer onderdoorgang. De isolatie aan voor- en zijkant is nog aanwezig vóór de grondaanvulling 2 |Locatie koelleidingen in wanden on derdoorgang en het extra systeem 3 |Koelen buitenwand onderdoorgang uit 3 en 4 in systeem 5 (alleen opwarmen) uit systeem 5 (alleen opwarmen) thermokoppel koelbuizen in 3 en 4 in 1 en 2 uit 1 en 2 300 400 500 LET OP: Dit thermokoppel instorten in wanden. Is nodig voor verwarmen A B C 400 400 400 400 600 600 600 400 400 400 Onderzoek & technologie Betontechnologie cement 2003 1 97 Ongeveer 36à 40 uur na het storten bereikt de wand de maxi- male temperatuur en begint de temperatuur te dalen. In het koel- plan is aangeven hoeveel graden de temperatuur gezakt moet zijn voordat de koeling kan worden gestopt. Zowel langer als korter koelen leidt tot een verhoogde kans op scheurvorming. Hiervoor is een koppeling aangebracht tussen de koelmachine en de rijp- heidscomputer. Deze schakelt de koeling op het juiste tijdstip uit. Dek onderdoorgang Het dek van de onderdoorgang meet 30x 40 m 2bij een dikte van 1,25 m. Het dek is vast verbonden met de vier ondergelegen wan- den.Tijdens de verharding van het beton zet het dek als gevolg van de ontstane warmte uit en gaat trekken aan de wanden. Hier- door ontstaan grote trekspannin- gen in de wanden, waardoor scheuren kunnen ontstaan. Bij het weer afkoelen krimpt het dek en wordt het tegengehouden door de wanden. Dit veroorzaakt grote trekspanningen in het jonge beton van het dek. Om deze spanningen te beperken was in het bestek koeling voorzien in het dek, waarvoor zeer veel koelleidingen nodig waren. Een andere mogelijkheid om de span- ningen te verminderen is het ver- warmen van de onderliggende wanden, die dan het uitzetten en krimpen van het dek volgen. Hier- voor kunnen de leidingen worden gebruikt die in eerste instantie zijn gebruikt voor het koelen van de wanden, alsmede het aange- brachte extra systeem bovenin de wanden. Vooraf is deze uitvoe- ringsmethode doorgerekend en is bepaald welk vermogen aan ver- warming geïnstalleerd moest worden. Het bleek voldoende alleen de twee buitenwanden van de onderdoorgang tot ongeveer 40 °C te verwarmen, waarvoor twee verwarmingsketels van elk 400 kW zijn ingezet. Door middel van thermokoppels in de wand en het dek konden temperatuurver- schil en temperatuurverloop in de constructie worden gevolgd en handmatig worden bijgesteld. Wanden sluishoofden Op de sluishoofden zijn verschil- lende keren twee wanden tegelij- kertijd gestort en gekoeld (circa 400 m 3per stort), namelijk een wand van 750 mm dikte aan de buitenzijde van de sluiskolk en een waterkerende wand van 1250 mm dikte. De koelinstallatie had slechts vier aansluitingen. In de wand van 750 mm kwam één koel- systeem, waardoor er nog drie aansluitingen over waren voor de wand van 1250 mm. Door een slimme plaatsing van de buizen was het mogelijk beide wanden te- gelijkertijd te storten. Wanden moot OW-3 Moot OW-3 van het Naviduct is de sluiskolkmoot die zich boven de onderdoorgang bevindt. Deze moot heeft vier lange wanden ( 37 m), waarin door de stijfheid van de onderliggende onderdoorgang veel koeling noodzakelijk was. Over de volledige hoogte zou een dubbele rij buizen moeten worden geplaatst. Om een aantal koelbui- zen te kunnen besparen is ge- keken naar de mogelijkheid om in de eerste van de vier wanden (qua spanning de minst kritische) één rij buizen te plaatsen. Een aanvul- lende berekening met een lagere specietemperatuur liet zien dat dit haalbaar was. Navraag bij de be- toncentrale wees uit dat dit moge- lijk was zonder veel extra moeite. Hierdoor is een forse hoeveelheid koelleiding bespaard. Samenvatting temperatuur- beheersing Naviduct ? betonsamenstelling optimali- seren; ? vloer onderdoorgang isoleren; ? wanden onderdoorgang koelen; ? buitenwanden onder dek onderdoorgang verwarmen; ? 1e wand moot OW- 3lagere specietemperatuur. Door het toepassen van de vele facetten in de temperatuurbe- heersing is het Naviduct een zeer bijzonder project geworden. ? Literatuur 1.Van der Kooij, W., Naviduct En khuizen. Cement 2000, nr. 7. 2.V an Breugel, K. et al., Het grijze gebied van het jonge beton (I t.m. VI). Cement1995, nr. 12 en 1996, nrs. 1, 2, 3, 4 en 5. 3.B aetens, Schlangen, Van Beek, Roelfstra en Bijen, Com- puter simulations as tool for temperature control in prac- tice. Concrete International , december 2002. 4.M anual HEAT of FEMMASSE, www.femmasse.com Projectgegevens opdrachtgever: Rijkswaterstaat Directie IJsselmeer- gebied ontwerp: Bouwdienst Rijkswaterstaat, Utrecht Zwarts & Jansma Architecten aannemer: Comb inatie Naviduct Krabbersgat (CNK), bestaande uit: Aannemingsmaatschappij VBK Hoorn bv, Algemene Aannemingen Van Laere NV, Boskalis bv adviseur temperatuurbeheersing: Intron bv, Culemborg betonleverancier: BEMOG, Hoorn ? Enkhuizen bouwperiode: 1999 ? 2003 bouwsom: E uro 45 miljoen 4 | Wanden en dek onder- doorgang gereed; opbouw wapening voor aquaductwand foto: Klaas Laan, Hoorn