themaWerkwijze ontwerpen op levensduur1201216themaWerkwijzeontwerpenop levensduurEen betonconstructie moet zodanig worden ontworpen dat hijin staat is de belastingen op te nemen. Daartoe moet dieconstructie over x jaar nog steeds in staat zijn. Deze laatsteinvalshoek heeft in de afgelopen jaren een belangrijkeontwikkeling doorgemaakt. Er zijn diverse modellenbeschikbaar gekomen die een uitspraak doen over delevensduur van een betonconstructie. Deze invalshoek staatbekend als ontwerpen op levensduur.1Interactie ontwerp, technologie ?n uitvoeringDegradatiemechanismenVoor het ontwerpen op levensduur zijn de degradatiemecha-nismen van een betonconstructie van belang. In het algemeenworden de volgende zeven mechanismen onderscheiden:carbonatatie;1.chloride-indringing;2.corrosie;3.agressieve stoffen;4.ASR;5.vorst;6.vorst in combinatie met dooizouten.7.Werkwijze ontwerpen op levensduur 12012 17Hiervan zijn de degradatiemechanismen 4 ? 7 zogenaamdepotenti?le mechanismen: door in de mengselsamenstellingkeuzen te maken, kan het optreden worden uitgesloten.De degradatiemechanismen 1 ? 3 zijn tijdsafhankelijk endaarmee bepalend voor de levensduur van een betonconstruc-tie. De focus bij deze mechanismen ligt bij chloride-indringing.Dit wordt gezien als het maatgevende degradatiemechanisme.Chloride-indringingDe indringing van chloriden in beton wordt gezien als eendiffusieproces. Dit diffusieproces kan via de 2e wet van Fickworden gemodelleerd. Deze vergelijking heeft een oplossing diebinnen het DuraCrete-project ontwikkeld is tot een toepasbaarmodel [1]. In CUR-Leidraad 1 [2] is dit model verder aange-past aan de Nederlandse situatie.In het kader Formule chloride-indringing is het model van dechloride-indringing uit CUR-Leidraad 1 opgenomen en zijnde diverse parameters toegelicht.Er blijken diverse aspecten een rol te spelen bij de indringingvan chloriden in beton. Samenvattend kunnen deze aspectenworden teruggebracht tot (fig. 2):- dekking;- grondstoffen;- mengselsamenstelling;- nabehandeling.Hierbij is dekking een aspect dat voornamelijk binnen hetontwerp wordt bepaald, de keuze van de grondstoffen en demengselsamenstelling is een technologische keuze en de nabe-ir. Jeannette Bouwmeester ?van den BosBAM Infraconsult / TU Delft1 Viaduct Laagerfseweg over de A12Formule chloride-indringingc(x,t) = cs ? (cs ? ci)erfx________________2______________kekcDRCM (t0__t)ntIn de formule voor het berekenen van chloride-indringing zijn devolgende parameters opgenomen:c(x,t) is het chloridegehalte op een bepaalde diepte (x) op eenbepaald tijdstip (t).csis het oppervlaktechloridegehalte, als het ware de belastingvan chloriden op de constructie. Het oppervlaktechloridege-halte wordt uitgedrukt in percentage chloriden ten opzichtevan de cementmassa. In CUR Leidraad 1 is voor milieuklasseXD een oppervlaktechloridegehalte van 1,5% aangehoudenen voor milieuklasse XS van 3,0%.ciis het initi?le chloridegehalte van het beton. Een betonsa-menstelling bevat van nature al chloriden vanuit degrondstoffen. Door de keuze van de grondstoffen kan hetinitieel chloridegehalte be?nvloed worden. Het initieelchloridegehalte wordt uitgedrukt in percentage chloridenten opzichte van de cementmassa. Gangbaar is een initi-eel chloridegehalte van 0,1% met riviermateriaal.erf is de error functie, een wiskundige functie die de oplossingvan de tweede diffusiewet van Fick beschrijft onderbepaalde randvoorwaarden.x is de diepte ten opzichte van het betonoppervlak. Bij de bere-kening van de levensduur van de constructie wordt hiervoorde afstand tot de wapening (= dekking) aangehouden.keis de co?ffici?nt voor de omgeving waarin de constructie isgeplaatst. Naast de omgeving (meer of minder waterbeschikbaar) is de co?ffici?nt afhankelijk van de cement-soort.kcis de co?ffici?nt voor de nabehandeling. Hoe langer de nabe-handeling wordt doorgezet, hoe lager deze factor wordt.DRCMis de diffusieco?ffici?nt (correcter: de migratieco?ffici?nt)van de betonsamenstelling voor chloride op het referentie-tijdstip t0bepaald met de Rapid Chloride Migration proef.Een beschrijving van deze testmethode is te vinden in NTBuild 492.t0is het referentietijdstip waarop de DRCM-waarde is bepaald.Het is in Nederland gebruikelijk hiervoor 28 dagen aan tehouden.nClis de verouderingsexponent van de betonsamenstelling.Als gevolg van hydratatie en uitdroging zullen chloridensteeds langzamer het beton indringen, hierdoor neemt demigratieco?ffici?nt af. De verouderingsexponent is net alsde factor keafhankelijk van de omgeving waarin debetonconstructie is geplaatst ?n van het type cement datwordt toegepast.t is de tijd waarop de chlorideindringing wordt bepaald.De formule betreft de berekening van de indringing van chloriden.Voor het berekenen van de levensduur van een betonconstructiewordt het tijdstip aangehouden waarop het chloridegehalte bij dewapening het kritisch chloridegehalte overschrijdt. Het kritischchloridegehalte is het gehalte aan chloriden waarbij corrosie vande wapening kan starten en wordt uitgedrukt in % chloriden tenopzichte van de cementmassa. In CUR-Leidraad 1 is een kritischchloridegehalte van 0,60% aangehouden.Cl -cscixDRCMkenkct0themaWerkwijze ontwerpen op levensduur1201218levensduurtechnologieontwerpuitvoeringsterkteklassegrondstoffendekkingnabehandelingmengselsamenstellingverdichten3c(x,t) = cs ? (cs ? ci)erfx________________2______________kekcDRCM (t0__t)ntmengselsamenstellingdekkingontwerpgrondstoffennabehandelingtechnologietechnologieuitvoering2 Diverse aspecten spelen een rol bij de indringing vanchloriden3 Onderlinge afhankelijkheid van aspecten levensduur4 Huidig bouwproces- De dekking wordt bepaald door ontwerp, alleen het realiserenervan vindt plaats tijdens de uitvoering. Uitvoering bepaalt hier-door mede de gerealiseerde dekking.- De sterkteklasse is een keuze in het ontwerp. Echter dezekeuze van de sterkteklasse kan leiden tot een beperking in degrondstoffen. Niet iedere sterkteklasse kan gerealiseerdworden met alle grondstoffen. De keuze van de sterkteklassein het ontwerp kan daarmee van invloed zijn op de grond-stoffen bij technologie.- De mengselsamenstelling wordt bepaald door technologie,echter bij het ontwerp van de mengselsamenstelling is devereiste verwerkbaarheid van belang en daarmee heeft ookuitvoering invloed op de keuze van de mengselsamenstelling.- Nabehandeling en verdichten zijn aspecten die alleen wordenbepaald door uitvoering, hoewel ook daar kan worden gestelddat ontwerp het aspect verdichten be?nvloedt met de dimensio-nering van de wapening, en technologie het aspect nabehande-ling met het ontwerp van de mengselsamenstelling.In figuur 3 zijn de onderlinge relaties weergegeven. Opvallendhierin is dat verschillende partijen binnen het bouwproces viadiverse interacties invloed hebben op de indringing van chlori-den en daarmee op de levensduur van een betonconstructie.Ontwerpen op levensduur vraagt dus om een interactie tussenontwerp, technologie en uitvoering.Huidig versus gewenst bouwprocesHet huidige bouwproces is nog vaak traditioneel: eerst wordthet ontwerp van de constructie bepaald, vervolgens de beton-samenstelling, gevolgd door de uitvoering die met dezebetonsamenstelling aan de slag gaat (fig. 4). Het is eensequentieel proces en daarmee onvoldoende ingericht op degewenste interactie die nodig is bij het ontwerpen op levens-duur (fig. 5).Voor het ontwerpen op levensduur zijn er dus aanpassingen inhet bouwproces gewenst. Aanpassingen die de interactie tussende partijen ondersteunen. Voor de praktijk is hiervoor eenmogelijke werkwijze opgezet.Werkwijze ontwerpen op levensduurIn de werkwijze ontwerpen op levensduur speelt CUR-Leidraad1 een belangrijke rol. Mits op de juiste wijze gebruikt, kan deleidraad de interactie ondersteunen en een basis vormen voorde aantoonbaarheid van de gevraagde levensduur.In figuur 6 is de werkwijze aangegeven. In dit figuur zijn dedrie betrokken partijen (ontwerp ? technologie ? uitvoering)aangegeven en is het proces onderverdeeld in drie stappen:handeling valt binnen de verantwoordelijkheid van de uitvoe-ring.Er zijn dus drie partijen die, via keuzen die zij maken, eeninvloed uitoefenen op de chloride-indringing: ontwerp ? tech-nologie ? uitvoering. Ontwerp is de partij die zorg draagt voorhet ontwerp van de betonconstructie. Technologie is de partijde verantwoordelijk is voor de betonsamenstelling en alles watdaarmee samenhangt. Uitvoering is de partij die de betoncon-structie in de praktijk realiseert, dus stort, verdicht en nabe-handelt.Onderlinge interactieOm de gevraagde levensduur te bereiken zijn deze disciplinesontwerp, technologie en uitvoering van belang. Maar het is nietzo eenvoudig als het lijkt, er is ook sprake van een onderlingeinteractie:2Werkwijze ontwerpen op levensduur 12012 19levensduurtechnologieontwerpuitvoeringontwerpkeuzesterkteklassekeuzecementtypekeuzeverwerkbaarheidgeschiktheids-onderzoekmengsel-samenstellingtargettolerantietargettolerantiekeuzeontwerpdekkingduur & methodenabehandelingtargettolerantieberekeningen planningvoorbereidingstap1stap2stap3realisatienabehandelingprincipe mengselprocescontrole procestoetseis Drcmvaststelling levensduur op basis van CUR-leidraad 1parameterstudie uitgangspunten op basis van CUR-leidraad 1eventueel herberekening op basis van CUR-leidraad 1ontwerpdekkingdekkingsmetingtechnologie uitvoeringtechnologieontwerp uitvoering5645 Gewenst bouwproces6 Mogelijke werkwijze ontwerpen op levensduurmet gebruikmaking van CUR Leidraad 1Stap 1 ? keuze op hoofdlijnenIn stap 1 worden in een vroeg stadium in het bouwproces doorde drie partijen keuzen gemaakt op hoofdlijnen.Voor ontwerp betreft dit een keuze voor de dikte van?ontwerpdekking: wordt dit 40, 50 of zelfs 60 mm?Voor uitvoering gaat het om een keuze voor de wijze en duur?van de nabehandeling: wordt het beton na het storten 3, 7 ofzelfs 28 dagen nabehandeld?Voor technologie houdt het de keuze van het cementtype in:?hoogovencement of portlandcement met vliegas. Met dekeuze van de sterkteklasse vanuit het ontwerp en gewensteverwerkbaarheid vanuit uitvoering kan een principe meng-selsamenstelling worden opgesteld.Deze keuzen kunnen niet los van elkaar worden gemaakt. Er isvanuit de eis aan de levensduur interactie nodig. Hierbij spelentwee aspecten een rol: uitwisseling en risicobeheersing.Uitwisseling: valt de keuze op een relatief lage dekking en1.lange nabehandelingstijd, of wordt er gekozen voor degebruikelijke nabehandeling en een iets hogere dekking?Risicobeheersing: in de realisatiefase moet worden aange-2.toond dat aan de gekozen waarden is voldaan en dat dit ookin de praktijk is te realiseren. Ofwel: kan met de mengselsa-menstelling met voldoende zekerheid aan de gevraagde DRCM-waarde worden voldaan?Bij deze interactie kan CUR-Leidraad 1 een belangrijke rol spelen,doordat het via de formule mogelijk is afwegingen te maken endoordat het effect van de keuzen inzichtelijk wordt gemaakt.Het resultaat van deze stap is dan ook dat er een keuze isgemaakt op hoofdlijnen en uitgangspunten zijn geformuleerd,waarbij is vastgesteld dat op deze wijze kan worden voldaanaan de eis van de levensduur.Stap 2 ? onderbouwing uitgangspuntenIn deze stap worden door de drie partijen de keuzen op hoofd-lijnen uitgewerkt en de uitgangspunten verder onderbouwd.Voor ontwerp betreft dit het maken van de berekeningen en?het vastleggen van de ontwerpdekking.Voor uitvoering gaat het om het maken van de planning,?waarin de keuze van de duur van de nabehandeling isverwerkt.Voor technologie houdt het de keuze van een mengselsamen-?stelling en het vaststellen dat wordt voldaan aan het uitgangs-punt van de DRCM-waarde volgens CUR-Leidraad 1 in. Viaeen geschiktheidsonderzoek van de mengselsamenstelling,dat ook andere aspecten kan bevatten, wordt vastgesteld dathet mengsel een DRCM-waarde heeft die voldoet, waarmee demengselsamenstelling vastligt.Werkwijze ontwerpen op levensduur1201220thema7 Stadsbrug Nijmegenfoto: Stijn Venmans (BAM Civiel)Tot slotOntwerpen op levensduur betekent interactie tussen ontwerp,technologie en uitvoering. Voor deze interactie is een instru-ment gewenst dat deze interactie kan ondersteunen. Mits op dejuiste wijze gebruikt, heeft de CUR-Leidraad de potentie om ditproces te ondersteunen. Aan het einde van deze stap liggen de ontwerpdekking, demengselsamenstelling en de nabehandeling onderbouwd vast.Op dit moment kan nogmaals via CUR-Leidraad 1 wordenvastgesteld dat met deze uitgangpunten wordt voldaan aan deeis van de levensduur.Stap 3 ? realisatieDe eerdere keuzen zijn vastgelegd en aangetoond als realiseer-bare targets. Tevens is het mogelijk op basis van de CUR-Leidraad een parameterstudie uit te voeren om toleranties opdeze targets vast te stellen. Tijdens de realisatie moet wordenaangetoond of aan deze targets is voldaan.Voor ontwerp houdt dit in op welke wijze de gerealiseerde?dekking wordt gecontroleerd: dit kan met een dekkingsme-ting bij het gerede product.Voor uitvoering geldt dat de uitvoering van nabehandeling?moet zijn vastgelegd, bijvoorbeeld via een procestoets.Voor technologie betekent dit het vastleggen van de toege-?paste mengselsamenstelling en de constantheid van de eigen-schappen via de procescontrole.Wanneer in de realisatiefase is aangetoond dat de targetsbinnen de toleranties zijn gerealiseerd, is voldaan aan delevensduureis. Eventueel kan een herberekening met behulpvan CUR-Leidraad 1 gewenst zijn. RefeRenties1 DuraCrete,`Final Technical Report R17', DocumentBE95-1347/R17, The European Union ?BriteEuRamIII, Probabilistic Performance based DurabilityDesign of Concrete Structures.2 CUR-Leidraad 1,`Duurzaamheid van constructiefbeton met betrekking tot chloride-ge?nitieerdewapeningscorrosie'. CUR, Gouda.3 NT Build 492, `Concrete, Mortar and Cement-based repair materials: Chloride MigrationCoefficient from non-steady-state migrationexperiments'. Nordtest Finland.7