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 1999 368In de jaren 1990-1995 is veelonderzoek verricht op hogesterk-tebeton, hetgeen heeft geresul-teerd in CUR-Aanbeveling 37, diehet mogelijk maakte met hoge-sterktebeton te construeren. Bijde ontwikkeling van hogesterkte-beton bleek dat dit materiaal,naast de hoge sterkte, nog anderevoordelen te bieden heeft zoalssnelle sterkteontwikkeling, ver-minderde vervorming door kruipenuitdrogingskrimp,hogereslijt-vastheid en betere duurzaamheid.Een ander aspect dat sterk de aan-dacht trok was de vloeibaarheidvan de betonspecie, waardoordeze nog in beperkte mate ver-dicht behoefde te worden. Spe-ciaal dit laatste aspect werd ver-welkomd als een stap vooruit ende vraag was of het niet mogelijkzou zijn de zelfverdichtbaarheidals hoofdeigenschap aan eenmengsel mee te geven, zonder ditpers? aan een hoge sterkte temoeten verbinden.V o o r d e l e n z e l f v e r d i c h t e n db e t o nZelfverdichtendbeton(foto1)heeftde volgende voordelen:- De arbeidsomstandighedenzijn beter: het geluidsniveauop de bouwplaats gaat omlaagen de lichamelijke belastingwordt aanzienlijk minder.- In veel steden mag na zes uur's avonds vanwege de geluids-overlast, die vooral door hettrillen wordt veroorzaakt, nietmeer worden gestort. Met zelf-verdichtend beton, daaromook wel `stil beton' genoemd,vervalt deze beperking.- De homogeniteit van het ver-harde beton is beter, omdatdeze niet meer van de vaardig-heid en motivatie van hetpersoneel afhangt. Om dezereden wordt zelfverdichtendbeton ook wel `tolerant beton'genoemd.- Wanneer sprake is van zeerdichte wapening, kan met zelf-verdichtend beton een gelijk-matige hoge betonkwaliteitworden bereikt.- Beton kan ook op moeilijkbereikbare plaatsen wordengestort. Dit komt vooral goedvan pas bij de versterking vanconstructies, waarbij de beton-mortel vaak in nauwe ruimtenmoet worden gepompt, dievoor de verdichtingsappara-tuur slecht bereikbaar zijn.- Architectonisch gecompli-ceerde vormen kunnen metzelfverdichtend beton pro-bleemloos worden gereali-seerd.- De stortwerkzaamhedenkunnen met minder personeelworden verricht. Pomptech-niek en vulprocedures kunnenworden vereenvoudigd. Vooralbij storts met grote hoeveelhe-den beton kan dit aanzienlijkebesparingen opleveren doorreductie van de arbeidskostenen verhoging van de bouw-snelheid.- Zelfverdichtend beton is cohe-siever dan normaal beton engeeft daarom minder lekkagedoor naden in de bekisting.Door de hoge oppervlaktekwa-liteit is achteraf geen bijwerkennodig. Doordat de mortel-componenten niet intensiefworden getrild, is de homoge-niteit van het beton ook opmicroniveau beter. De contact-vlakken tussen korrels enmatrix zijn minder poreus,hetgeen voor de duurzaam-heid van belang is.E e r s t e e r v a r i n g e n i nN e d e r l a n dEnkele jaren geleden werden,met wisselend succes, storts metzelfverdichtend beton uitgevoerd.Twee artikelen in Cement [1, 2]gingen hierop in.In [1] wordt gerapporteerd overhet storten van enkele wanden,tweebalkenondereenbrugdekeneen constructieve druklaag opkanaalplaatvloeren in de sterkte-klassen B 25 en B 35. De mengselswaren zeer gevoelig voor kleineafwijkingen in de samenstelling.Succes en mislukking lagen dichtbij elkaar. Soms waren de meng-Eigenschappen en toepassingenZelfverdichtend beton,hoe maak je dat?In de periode 1995-1996 werden de eerste experimenten uitgevoerd met zelf-verdichtend beton. Hierbij bleek dat de eigenschappen van de mengsels zeergevoelig waren voor kleine variaties in de samenstelling. Een algemene invoe-ring van zelfverdichtend beton had daardoor niet plaats. In 1997 werd eendoor prof. Okamura en zijn medewerkers in Japan ontwikkelde methode voorhet samenstellen van de betonmortel, getest op toepassing in Nederland.Hierbij bleek dat deze methode uitstekend werkt. De eerste ervaringen inNederland met deze nieuwe vloeibetonsoorten waren zeer positief. De meng-sels waren uitstekend vloeibaar en hadden ook een grote weerstand tegenontmenging. De snelheid van stromen was optimaal.prof. dr.ir. J.C. Walraven, TU DelftK. Takada MSc., Kajima Corporation TokioG.I. Pelova PhD, TU Delft1 | Zelfverdichtend 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 1999 3 69sels vloeibaar en stabiel, docheen geringe schommeling in hetwatergehalte leidde ofwel tot ont-mengingofweltotonverwerkbaargedrag. De marge tussen dezeextremen, met het optimum inhet midden, was slechts 5 tot 10liter water per m3. De mengselswaren daarom in het bijzondergevoelig ten aanzien van het vocht-gehalte van de toeslag. Ook kleinevariaties in de hoeveelheid en devorm van de fijne toeslag leiddentot een groot verschil in de specie-eigenschappen. Iets te weinigfijnedeeltjesgafontmenging,ietste veel resulteerde in plakkeriggedrag. Het luchtgehalte in hetverhardebetonwasmeestalhogerdan gewenst en de verhardings-snelheid bleef achter bij de ver-wachting.In[2]wordthetstortenvandeaan-zetstukken van de eindveranke-ringen van de tuien van de Waal-brug bij Zaltbommel behandeld.In dit geval was de wapenings-dichtheidhoog(ruim320kg/m3).De sterkteklasse was B 45. Voorde zetmaat en de uitvloeimaatwerden minimale waarden vanrespectievelijk 250 mm en 550mm ge?ist, voor een periode van10 tot 60 minuten na aanmaakvan het beton. Aan deze eisen konworden voldaan. Bij dit stortwaren de resultaten bevredigend.Vanwege de in [1] genoemdeproblemen had geen algemeneinvoering van zelfverdichtendbeton plaats.E r v a r i n g e n i n J a p a nIn Japan werd reeds in de jarentachtig intensief onderzoek ver-richt naar de ontwikkeling vanzelfverdichtend beton. In 1988ontwikkeldenOkamuraenOzawa[3] voor het eerst zelfverdichtendbeton. Een jaar later werd aande Universiteit van Tokio eendemonstratie gegeven voor meerdan honderd onderzoekers enpraktijkingenieurs. Als uitvloei-sel hiervan werden op diverseplaatsen onderzoekprogramma'sgestart, in het bijzonder in deresearchlaboratoria van de grotebouwfirma's. Inmiddels is eenaantal grote projecten in zelf-verdichtend beton uitgevoerd,waarvan er twee kort wordenbeschreven.Grote opslagtank voor LNG(foto 2)De tank heeft een diameter van 85m en een wandhoogte van 38,5 m.De wand bestaat uit een betonnenbuitenschilmeteendiktevan800mm en een stalen binnenschil.In totaal werd 12 000 m3 betongebruikt. De keuze voor zelfver-dichtend beton werd ingegevendoor de hoge loonkosten op debouwplaats.In1993bestondendetotale kosten al voor 65% uit loon-kosten. Door de toepassing vanzelfverdichtend beton kon debouwperiode van vijftien tot elfmaanden worden teruggebracht.Voor de uitvoering van het projectkonmeteengroepvanvijftigvastemedewerkers worden volstaan,terwijl er anders incidenteel noghonderd extra nodig waren ge-weest. Door de grote vloeibaar-heid van het beton kon per pompeen groter gebied worden bestre-ken, waardoor het aantal stortsvan veertien tot tien kon wordenteruggebracht.Ankerblokken van de AkashiKaikyobrugDeze brug, geopend in 1998, ismet een hoofdoverspanning van1991 m en twee zijoverspannin-gen van 960 m de langste hang-brug ter wereld. De afmetingenvan de zwaar gewapende anker-blokken (foto 3) zijn: lengte 85 m,breedte 35 m, hoogte 40 m.In totaal werd voor de blokken140 000 m3 beton gebruikt.Bij een constructie van deze om-vang is het beheersen van dehydratatiewarmte van groot be-lang. Daarom werd gekozen voorzelfverdichtend beton met be-perkte warmteontwikkeling. Hier-bij werd van 260 kg/m3 low-heatcement uitgegaan, waarbij deadiabatische temperatuurstijgingslechts 25 ?C was. De sterkte wasdienovereenkomstig laag (B 25 na91 dagen), doch voor deze toepas-sing was dit voldoende.D e m e t h o d e O k a m u r a [ 3 ]Zelfverdichtend beton moet eencombinatie van twee eigenschap-pen hebben (fig. 4) [4]:- een hoge vloeibaarheid ofvervormbaarheid (ofwel lagevloeiwaarde volgens hetBingham-model), opdat debetonspecie door zijn eigengewicht zo ver mogelijk uit-vloeit;- voldoende viscositeit (ofwelplastische viscositeit volgens2 | Grote opslagtank voor LNG, gemaaktmet zelfverdichtend beton3 | Ankerblok van de AkashiKaikyobrug in Japan, vanzelfverdichtend beton4 | Volume grove toeslag(> 4 mm)a. volume grove toeslagmet maximale pakkings-dichtheidb. optimaal volume grovetoeslag voor zelf-verdichtend 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 1999 370het Bingham-model) om er-voor te zorgen dat tijdens hetvloeien geen ontmengingoptreedt, vooral bij vloeiendoor dichte wapening. Ander-zijds moet de viscositeit ookweer niet te hoog zijn, omdatde betonspecie dan te lang-zaam vloeit, waardoor hetstorten wordt vertraagd.Aan de Universiteit van Tokioontwikkelde Okamura (foto 5),tezamen met zijn medewerkers,een methode om zelfverdichtendbeton samen te stellen [3]. Metdeze methode worden stabielemengsels verkregen, die niet bij-zonder gevoelig zijn voor kleinevariaties in de samenstelling enhet productieproces.Hierbij worden de volgende stap-pen onderscheiden:1. Allereerst wordt het lucht-gehalte A gekozen.2.Vervolgens wordt het gehaltegrove toeslag 4 mm < D < Dmaxbepaald volgens:G = 0,5 Glim(1 - A)waarin Glimhet volume grovetoeslag is zonder holleruimten (fig. 4a).3. Het volume aan fijne toeslag, S,wordt vastgesteld op 40% vanhet mortelvolume (fig. 6),waarbij de korrels kleiner dan0,09 mm niet meer tot defijne toeslag maar tot hetpoeder worden gerekend.Zodoende geldt:0,4(1 - A - G)S =1 - kstwaarin ksthet volumeaandeelaan fijnste deeltjes (< 0,09 mm)is.4.Vervolgens wordt de optimalewater-poederverhoudingbepaald. Onder de definitie`poeder' vallen het cement ende aanwezige fijne vulstoffenmet diameter < 0,09 mm.Dit kan bijvoorbeeld vliegas ofkalksteenmeel zijn.Als eerste stap wordt de water-poederverhouding ?pbepaaldwaarbij juist al het water doorhet poeder wordt `vastgehou-den'.Hiertoe worden met de kegelproefjes uitgevoerd met ver-schillende VW/VP-verhoudin-gen. Voor al deze mengseltjeswordt de relatieve uitvloeimaatpbepaald. De definitie vandeze parameter luidt:r1+ r2r =2r 2p=( ) - 1r0Het snijpunt van de verkregenlijn met de verticale as ( p= 0)geeft de waarde ?p(fig. 9).Hierna wordt met de kegel ende trechter (fig. 7 en 8) eenserie vloeitests en doorstroom-tests op de zand-poedermorteluitgevoerd. Hierbij wordtsteeds uitgegaan van eenVW/VP-waarde van 0,8 ? 0,9 ?p,een volume fijne toeslag(0,09 - 4 mm) van 40% vanhet mortelvolume en eenvariabele hoeveelheid super-plastificeerder. De relatietussen de relatieve vloeimaatmen de doorlooptijd tmwordtnu bepaald voor verschillendehoeveelheden superplastifi-ceerder. Van belang is nu dedoorstroomtijd tmwaarbijm= 5. Ligt de doorstroomtijdtussen 9 en 11 seconden, danis de optimale water-cement-factor gevonden. Is de door-stroomtijd groter, dan wordt deserie tests met een hogere5 | Twee auteurs van ditartikel met Prof. Okamura(links) voor de AkashiKaikyobrug6 | Bepaling optimale hoeveelheid fijnetoeslag (0,09 mm < D < 4 mm)7 | Kegel voor bepaling uitvloeiwaarde(maten in mm)8 | Trechter voor bepaling doorstroom-snelheid (maten in mm)9 | Bepaling van de water-poederverhou-ding waarbij geen uitvloeiing optreedtO 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 1999 3 71VW/VP-waarde herhaald. Isdaarentegen de doorlooptijdkleiner dan 11 seconden, danwordt de serie met een lagereVW/VP-waarde herhaald.Deze procedure wordt her-haald tot tegelijk m= 5 en 9