Officieel orgaan van de BetonverenigingJaargang XXXX nr. 1, januari 1988Tuindorp Watergraafsmeer,doorgaans Betondorp genoemd, isde afgelopen jaren grondiggerenoveerd. Zie het artikel op blz. 42.foto: Teo Krijgsman, AmsterdamRobotisering in de Japanse betonbouw 7Weergave van een voordraclit van S.Momoshima tijdens liet lABSE-Congres, september 1987 in Parijs,over de ontwikkelingen in Japan op het gebied van robots in de betonbouw. Robots vervangen daar intoenemende mate zware menselijke arbeid in gevaarvolle situaties. Voorbeelden: plaatsen van zwarewapeningsstaven, verdelen van betonspecie, aanbrengen van spuitbeton, afwerken van betonvloeren.Onderhoud en reparatie van betonconstructies (VI) 11In deze artikelenserie nu aandacht voor de reparatiemiddelen die thans beschikbaar zijn. Omdatreparatiemiddelen altijd moeten worden bezien in het licht van de specifieke omstandigheden en toe tepassen reparatiemethode, worden geen algemeen geldende uitspraken gedaan. De karakteristiekeeigenschappen van de hoofdgroepen van reparatiemiddelen worden besproken.Heinz Isler -- schalenbouwer bij uitstek 16Onlangs was bij de TU Delft een tentoonstelling te bezichtigen van het werk van de Zwitserseschalenbouwer Heinz Isler, die meer dan 1000 schaalconstructies ontwierp en bouwde. Een kortebeschrijving van zijn werk en ontwerp-filosofie.De kwaliteit van de betondekking: meetmethoden voor de praktijk 22Voor het meten van de permeabiliteit en de diffusieweerstand van de betondekking bestaan nauwelijksnog gestandaardiseerde beproevingsmethoden. In een studie, verricht aan de TU Delft, is de praktischebruikbaarheid van drie bestaande en een nieuwe methode vergeleken.Betondorp -- van experiment tot monument 42De ruim 60 jaar oude woningen in het Amsterdamse Betondorp zijn vanwege de bijzondere waarde in derecente architectuurgeschiedenis gerenoveerd. Een van de eerste toepassingen van beton in de socialewoningbouw blijft zodoende bewaard.Kan het scheurgedrag van cirkelvormige reservoirs worden voorspeld? 47Voor de aanhechting tussen staal en beton zijn dankzij fundamenteel onderzoek betrouwbare formulesafgeleid. Op basis hiervan wordt in dit artikel het scheurgedrag van cilindervormige constructiesgeanalyseerd. Theorie en praktijk worden vergeleken.Robots, waarom? 6Demontage hoogbouw in Middelburg succesvol verlopen 20Beton in beeld 28Drieluik in Den BoschBerichten uit de betonwereld 36Constructief beton (XI) 52Beperken van doorbuiging door middel van voorspanningContents 60Uitgave: Vereniging Nederlandse cementindustrie (VNC), 's-HertogenboschPostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenbosch; tel. 073 - 40 12 22Cement 1988 nr. 1 12 Cement 1988 nr. 1FlevobetonDeeerstestaptotgoedkoperbouwen!FLEVOBETONBVHoofdkantoor:Flevoweg 85,3846 AH HarderwijkTelefoon 03410-13243*Telefax 03410-23915Fabrieken:Harderwijk en LelystadFlevo ribbenvloer systeemvoor begane grond- verdiepings-en dakvloer.Cement 1988 nr. 1 34Cement 1988 nr. 1Van de Riet voorziet in alle verankeringen, verbindingenen bevestigingen in de bouw.Bij bouwen hoort verankeren. Vlot verankeren omrendement en voortgang van de bouw veilig te stellen.Betrouwbaar verankeren om ook op den duur van de besteresultaten verzekerd te zijn.In het universele Halfeneisen programma vanVan de Riet vindt u voor elk verankerings- en bevestigings-probleem muurvaste oplossingen van bewezen kwaliteit.Niet voor niets stellen veel bouwers* al jarenlanghet volste vertrouwen in Halfeneisen. En in Van de Riet, dieniet alleen alle Halfeneisen materialen prompt levert, maarook een forse portie ervaring en know-how beschikbaarstelt in de vorm van advies en daadwerkelijke assistentie ophet gebied van konstrukties.*referenties op aanvraag.Halfeneisen is hetsuperieure merk voor:? prefab betonverankeringen.? metselwerk opvang-konstrukties.? natuursteenverankeringen.? installatiebevestigingen.?vliesgevelverankeringen.Vraag geheel vrijblijvenduitgebreide dokumentatie.Cement 1988 nr. 1 5ROBOTS, WAAROM?O de jongste Betondag hield prof.l logoslag zijn toe-hoorders een conclusie voor uit Progrcsbouw-rap-port R 55. Deze luidde: automatisering van mense-lijke arbeid op de bouwplaats is voorlopig een utopie.Er valt aan te twijfelen of de opstellers van de conclusie in degalen hadden hoezeer zij het bij het juiste: eind hadden. Robotszijn namelijk al verschenen op de bouwplaats, niet ter vervan-ging van menselijke arbeid, maar ter vervanging van onmen-selijke arbeid.De hierna afgedrukte vertaling van een bijdrage aan liet IAH-SE-congrcsin Parijs van een Japanse Kobotexpert geeft name-lijk vele voorbeelden van bovengenoemde stelling. I )e wape-ningsrobot plaatst nier te tillen staven: de spuitmachine voorbrand werende coatings op staalconstructies vervangtzeer on-gezond werk; de montagerobot voor staalskeletbouvv vcr-vangt menselijke arbeid waarbij in Japan jaarlijks 1500 dodenzijn te betreuren (!); de vloerafwerkrobot komt in de plaats vanzeer eentonig lawaaierig werk en de gevelverfmachine is ookal weer een vervanging van gevaarlijk werk.Manipulatoren en schoonmoedersI let meest tot ieders verbeelding spreekt uiteraard een blik-ken man die alles kan. lijkt her werktuig dat we Robot noe-men minder op de mens en meer op een gewone macliine, danwordt de neiging om van een Robot re spreken minder enhebben sommigen her over een manipulator, iets waar menzoveel mee bedoelt als een op afstand bestuurde machine diehel werk veraangenaamt.loch is er een goede definitie van een Robot, of liever gezegd.van een zogenaamde Advanced Robot zoals men dit in recli-irische kringen noemt. Een AR (Advanced Robot) is een au -nome, zellbewegende, intelligente machine die zijn omge-ving kan controleren, identificeren en inrerprereren en diekan beslissen hoe de opgegeven taak wordr uitgevoerd. Ie-mand interumpeerde eens na het uitspreken van deze defini-tie mei: 'zonder dat intelligente, net m'n schoonmoeder'.Verder uitgaande van deze definitie is her makkelijk oen 'ech-te' Robot te herkennen en bovendien om re onderkennen watde specifieke problemen zijn bij zijn intrede in een nieuw ge-bied zoals de bouw.De bouwrobot, een bijzondere!, Niet omdat de bouw zo achterlijk zou zijn wandelt de Roboter maar moeizaam binnen, liet probleem ligt in een aantalspecifieke eigenschappen van de bouw:- liet zware en massieve werk in de bouw vraagt om hogever-niogens;- ile verschillende lokatios per produkt vragen om lichte.makkelijk vervoerbare Robots;- hei gevarieerde en complexe werk in de bouw vraagt ener-zijds om standaardisatie van componenten en anderzijdsom multifunctionele Robots:. - doordal bouwmaierieel steeds van positie verandert, isenerzijds een goed verplaaisingsniechanisme nodig en an-derzijds een detectiesysteem voor de positionering:- het detecteren van de positie, zowel grol voor do lokalie vande gehele Robot als fijn voor do positionering van werktuigten opzichte van het re bewerken object, vraagt om veel-soortige typen van waarneming voor de besturing. Dilvraagt op zijn beurt weer om nieuwe ontwikkelingen insoiisoriechnologie;- tenslotte vraagt het bezwaar van kabels en leidingen vooraandrijving van de Robot om compacte aandrijvingsme-chanismen.Alles bij elkaar geen gering onderscheid tussen een Robotvoor de fabriek o? werkplaats en een Robot voor de bouw.Een Robot, hoc werkt dat nou?De oudste en infcitcccuvoudigstemaniervan programmerenvan een Robot is om de handelingen die nodig zijn voor eenbepaalde bewerking met de hand voor te doen. De computerregistreert de verschillende bewegingen die zijn verricht enstuurt vervolgens de Robot, die precies dezelfde handelingenuitvoert. Daarenboven is do Robot uitgevoerd mot sensoren,die blijven controleren of bijvoorbeeld de posilie van de Ro-bot ten opzichte van het werkstuk dezelfde is als bij het met dehand uitgevoerde voorbeeld. Is dit niet het geval, dan wordreerst de positie gecorrigeerd, alvorens do werkzaamhedenworden voortgezet. Het met de hand voordoen meteen werk-tuig dat ook door de Robot wordr gebruikt, bijvoorbeeld eenspuitkop of een schiiurmachine. kan uiteraard ook wordenuitgevoerd met afstandbedieniug via cursor, muis ol joystickvan de computer. De vi ilgcndc stap is dan, dat do gehele opera-tie van 'voordoen' zich op her scherm afspeelt als simulatie.'I eiislorte is hot uiteraard mogelijk om een gehele operatie, in-dien sprake is van eenvoudige geometrie, in zijn geheel voorafte programmeren inclusief de acties, die moeten volgen als re-actie op de bevindingen van de sensoren.Bouwen met Robots, hoe verder?1 Jejapanse bouwers die de Robot in do bouw introduceerdenhebben niet alleen als motief gevaarlijk, ongezond en eento-nige arbeid te vervangen. 1 let gaat ze ook niet alleen om lagerekosten, hogere produkiiviteit en hogere kwaliteit, mede alsgevolg van het voorgaande, te. oogsreu.Heel belangrijk in de motivatie van de Roboiexperimcnien inde bouw is her besef dat do mogelijkheden van hard- en soft-ware enorme perspectieven bieder, voor toekomstige ontwik-kelingen. Dat betekent, om straks mee re kunnen blijvendoen. vandaag investeren in experimenten en toepassingen.Her berekent ook, dat daarmee geanticipeerd wordt op deel-name in her bouwen op lokatios waar anderen, als bijvoor-beeld de vliegtuigindustrie, thans hoge ogen gooien, zoals inde ruimte en straks ook o]) de maan of dichter bij huis op deNoordpool en andere voor Robots begaanbare, voor mensenonvriendelijke gebieden, hu dichter bij huis. in I-.uropu moe-ten er voor de volgende eeuw. binnen 12 jaar dus, enkele tien-tallen kerncentrales worden gesloopt.Ook oen mooie reden om wal ervaring op te doen.VerdichterFoto op rechter pagina:Robot bezig met liet plaatsen vanwnpeningsstaven in de vloer van eenkerncentrale.6 Cement 1988 nr. 1UITVOERINGSTECHNIEK MATERIEELROBOTISERING IN DEJAPANSE BETONBOUWSJMomoshima, directeur Kajima Institute of Construction Technology, TokyoTijdens het lABSE-congres dat in september jL in Versailles is gehouden, heeftSJMomoshima een lezing gehouden over ontwikkelingen in Japan op het gebied vande betonbouwtechniek. Een intensief gebruik van elektronische en anderetechnologie?n heeft geleid tot het ontwikkelen van geautomatiseerde apparatuur engeavanceerde productiemethoden, nieuwe constructiesystemen en hoogwaardigekwaliteitscontrole. Redenen voor deze ontwikkeling zijn de noodzaak totarbeidsbesparing bij constructiewerken, de nauwkeurigheid van werken tevergroten, besparen op bouwtijd en -kosten en verbeteren van dewerkomstandigheden.ntwikkelingen in de elektro-nische en de robot-techniek inJapan stellen producenten instaat op uitgebreide schaal automatise-ring en robotisering van industri?le ap-paraten en machines toe te passen. Opgrond van deze vooruitgang zijn krach-tige pogingen gedaan om deze geavan-ceerde technologie?n ook toe te passenbij bouwconstructies. Het besparen oparbeid in de uitvoering van bouwwer-ken wordt steeds belangrijker aangeziener een tekort aan vakmensen is, terwijlde gemiddelde leeftijd van de vakliedentamelijk hoog ligt.In het streven naar verbetering van dewerkomstandigheden krijgen robots degevaarlijke taken in moeilijke omgevin-gen toebedeeld.Innovaties op het gebied van robotise-ring in de bouw liggen moeilijker dan inandere industrie?n, omdat bouwproces-sen zich kenmerken door zeer verschil-lende fasen en tal van niet te be?nvloedenfactoren zoals weersinvloeden en deomstandigheden waaronder moet wobden gebouwd.In dit artikel komen, gezien in het lichtvan de technische en sociale achtergron-den, innovaties in dejapanse betonbouwnaar voren, vooral waar het de compu-tertechniek betreft in zowel hard- alssoftware.Automatisering/robotisering vanmaterieel en machinesIn de bouwwereld bestaan al verschil-lende als robots werkende machines. Ophet gebied van basis-technologie betrefthet ontwikkelingen van sensoren, be-sturing, controle en systeemintegratie.Als kritische eigenschappen van robotsworden beschouwd: besturing, zelfstan-digheid, het ontwikkelen van grotekrachten en geschiktheid voor het wer-ken in moeilijke omstandigheden. Eenaantal toepassingen wordt in dit artikelkort toegelicht.1. Computer-gestuurde betonmortelfabriekVoor een hoge produktiesnelheid en hetkunnen leveren van uiteenlopendemengselsamenstellingen in combinatiemet een effici?nte kwaliteitscontrole,wordt gewerkt aan het ontwerp van eencomputer-gestuurde betonmortelfa-briek. Het beladen van tracks, controleen registratie behoren tot het systeem.Het nieuwe kwaliteitscontrolesysteemvoor betonmortel is gebaseerd op mo-derne instrumenten zoals sensoren voorhet meten van aanhangend water vantoeslagmateriaal, de hoeveelheid waterin de betonspecie en de zetmaat van debetonspecie.2. Spu?beton-robotSinds 1975 wordt in Japan veel spuitbe-ton toegepast. Dat hangt samen met degroei van het aantal tunnels waar spuit-beton als wandbekleding wordt toege-past. De werkomstandigheden zijndaarbij slecht door stof van losgewoeldmateriaal en geluidsoverlast.Om dezeproblemen op te vangen en tegelijk eeneffici?nte bouw mogelijk te maken, zijnverschillende types van spuit-robots ofsterk geautomatiseerde machines ont-wikkeld. De figuren 1 en 2 geven eenvoorbeeld van een geautomatiseerd be-tonspuitsysteem waarbij kwaliteit en deverwerkte hoeveelheden nauwlettendgeregistreerd worden.Foto 3 toont een dergelijke spuitmachi-ne, van een semi-automatisch type.In Japan zijn heden ten dage meer dan160 van dit soort machines operationeel.Voor een goede kwaliteit en precisie vanwerken zijn vereist:- de spuitmond (nozzle) moet exactCement 1988 nr. 1 7OUITVOERINGSTECHNIEK worden gericht op bet te behandelenoppervlak;- de afstand tussen nozzle en oppervlakmoet constant zijn;- de bewegingssnelheid moet zo con-stant mogelijk zijn.3. BetonverdelerHet flexibele eind van een betonpomp-leiding is vaak moeilijk te bedienen enhet verleggen van pompbuizen is zwaarwerk. Ook kan een wapeningsnet doorhet geworstel met zo'n stortpijp wordenbeschadigd. Om deze redenen is eennieuw soort betonverdeelmachine ont-wikkeld.Figuur 4 toont zo'n automatisch wer-kende betonverdeler, gestuurd door eenmicro-computer. Naast de bestuurbarestortpijp zijn ook trilnaalden aan hetsysteem gekoppeld. Het inzetten vandeze machine leidt tot minimale versto-ringen van de wapening.4. AfwerkrohotHet juiste tijdstip voor het afwerken vanbetonvloeren hangt af van de toegepastebetonkwaliteit en de verhardingscondi-ties. Soms moet het afwerken op onhan-dige tijdstippen beginnen, bijvoorbeeldmidden in de nacht.Verder moet voor het verkrijgen van devereiste vlakheid bij grote vloeropper-vlakten, een groot aantal vaklieden wor-den ingezet.Het valt te begrijpen dat voor dit werkaan robots is gedacht. De voordelen:constante en hoge kwaliteit van de af-werkvloer, arbeidsbesparing, inclusiefbeperken van overwerk.Figuur 5 toont het principe van een af-werkrobot, terwijl foto 6 zo'n machineaan het werk laat zien.De robot is voorzien van verplaatsings-sensoren, een gyroscopisch kompaswaarmee de robot de bewegingen enhoogte-afwerking nauwkeurig kan re-gelen. De machine is ontworpen op mi-nimaal gewicht en rijdt op vlakke ban-den om probleemloos over jong beton tekunnen rijden.Uit ervaringen is gebleken dat de robotgoed werk levert, gelijkwaardig aan datvan getrainde vaklieden. De werksnel-heid ligt 50% hoger dan bij handwerk.5. Machinaal leggen van zware wapeningOp grootschalige bouwwerken zoalskernreactoren, worden veel zware wa-peningsstaven toegepast, met diameterstot 51 mm. Het verwerken van dit soortwapening in veelal beperkte ruimten ismoeilijk en tijdrovend.Om dit werk te vergemakkelijken is eenwapeningsrobot ontwikkeld. Figuur 7laat het principe zien van de machine dieop foto 8 staat afgebeeld op een werk. Derobot, opgesteld in de uitgangspositie,plaatst wapeningsstaven in van te voreningestelde posities, op vaste onderlingeafstanden. Als tussenruimte kan wordengekozen uit 1 tot 99 cm. De robot bestaatuit een machine, rijdend op rupsban-den, met een voorraadruimte voor wa-peningsstaven en een arm waarmee dezegeplaatst worden. De huidige robot kanzowel met de hand als automatisch wor-den bediend.Uit ervaringen bij een groot werk in Ja-pan waar wapeningsstaven ? 38 mmwerden toegepast, is gebleken dat de ro-bot:- exact werkt;- arbeidsbesparend is en eenzelfde pres-tatie levert als 5 ? 7 vlechters;- goed kan werken op plaatsen waarvoor de mens gevaar aanwezig is.6. Onder zeer hoge druk werkende 'snijma-chine'Een nieuw type bouwgereedschap, voorhet verwijderen van onderdelen van(gewapend)-betonconstructies of hetslopen ervan, is een verbeterde zand-straalmachine. Figuur 9 en foto 10 tonen8 Cement 1988 nr. 1principe en toepassing in de praktijk.Met deze sriijmackine kan gemakkelijken snel worden 'gezaagd' tot een dieptevan 0,15 m, zonder trillingsproblemenen met minimaal lawaai. De druk kantot250MPa(-- 2500 bar) worden opge-voerd.Intelligent bouwsysteemDe basis-gedachte van het intelligentebouwsysteem, is het tijdig verkrijgenvan gegevens van een gebouw in uitvoe-ring. Deze gegevens kunnen direct be-werkt en geanalyseerd worden, terwijlde resultaten snel beschikbaar komen.Een dergelijk systeem levert een bijdra-ge aan de rationalisering van controle enbeter management van de bouwpraktijken levert ook besparingen op in de eco-nomie van constructies. Het spreektvanzelf dat zoiets alleen mogelij isdoorhet inzetten van computers en een verdoorgevoerde technologie.Voorbeelden van intelligente bouwsys-temen zijn:- glijdende bekisting met gegevens-ver-strekking op beeldscherm;- met grote nauwkeurigheid zeer diepeontgravingen maken voor diepwanden;- afzinkoperaties van grote caissons voorde bescherming van ondergrondseLNG-tanks van gewapend beton;- controlesysteem voor de geometrievan een voorgespannen betonbrug ge-durende de bouw (fig. 11).Cement 1988 nr. 1 9UITVOERINGSTECHNIEK MATERIEEL1 Controlesysteem voor dedoorbuiging, toegepast bijvoorgespannen betonnen tuibruggenToekomstige ontwikkelingenVooruitgang met robotiseringHet ziet er naar uit dat de eerste stappenop het pad van de robotisering in debouw in Japan naar een verdere verbete-ring van de technologie voeren. Hoemeer ervaring wordt opgedaan met ro-bots in de betonbouw, des te verfijnderzullen de robots gaan werken.Robots in de bouw zullen sterk verschil-len van de robots in andere takken vanindustrie.Verwacht wordt ook dat het ontwerp-proces van betonconstructies ingrij pendzal kunnen veranderen als de robotsmeer en meer de bouwplaatsen zullenbevolken.In economisch opzicht is de haalbaar-heid afhankelijk van de hoeveelheidgeld die gemoeid is met onderzoek enontwikkeling.2. Welkerichting?Behoeften aan toekomstige ontwikke-lingen op het gebied van robots omvat-ten: een verdergaande verfijning vansensoren en integratie van projectgege-vens over ontwerp en constructie.Onderzoek naar kunstmatige intelli-gentie en het gebruik van laser-stralenwordt eveneens van groot belang geacht.Robotisering van transport, storten enverdichten van betonspecie is nabij. Metstelligheid kan worden opgemerkt datrobots vast en zeker een belangrijke rolzullen spelen in het ontmantelen vanoude kerncentrales.3. De rol van nieuwe materialenNieuw ontwikkelde materialen zullenvoor een optimale toepassing veelal gea-vanceerde verwerkingsapparatuur no-dig hebben. In het kader van de roboti-sering kan daarbij aan materialen wor-den gedacht zoals:- koolstof- en aramidevezels, toegepastals vezelversterkt cement, waarbij deze'wapening' geen roestvorming kent;- niet-uitspoelbaar beton (coho?daalbe-ton);- walsbeton (bekend als rollercompac-ted concrete) waarmee de bouw vanzware dammen wordt vergemakkelijkt.(Onder meer in Spanje ook toegepast inde betonwegenbouw.)Enkele conclusiesDe robotisering in de bouw staat in Ja-pan pas in de kinderschoenen; maar deverwachtingen zijn hoog gespannen.Overheid en bedrijfsleven spannen zichin voor de verdere uitbouw. Een door deJapanse regering gefinancierd onder-zoeksproject houdt zich bezig met ro-bot-ontwikkelingen voor zeer moeilij-ke taken zoals onderhoud en inspectie-werkzaamheden in kernreactoren enwerk onder hoge druk diep in zee.Gezien de reeds opgedane ervaring metgeautomatiseerde bouwmachines zal derobotisering in de bouw nog een groteontwikkehng moeten doormaken,waarbij wordt opgemerkt dat:- technologische vooruitgang in het be-lang is van de bouwnijverheid om te ko-men tot een betere kostenbeheersing enverscherpte concurrentie het hoofd tekunnen bieden;- technologische vooruitgang zal leidentot nieuwe prikkelingen en op techno-logisch gebied gebaseerde concurrentiein de bouwindustrie.10 Cement 1988 nr. 11MATERIALEN REPARATIEONDERHOUD EN REPARATIEVAN BETONCONSTRUCTIES (VI)REPARATIEMroDELENir.J.GA. van Hulst, Vakgroep Materiaal- en Bouwtechniek, DHV Raadgevend Ingenieursbureau, AmersfoortNa de bespreking van de fysische en chemische processen die bij schade aanbetonconstructies een rol spelen, is het nu de tijd in deze artikelenserie aandacht tebesteden aan de reparatiemiddelen die thans beschikbaar zijn. Vooropgesteld wordtdat reparatiemiddelen altijd moeten worden bezien in het ficht van de specifiekeomstandigheden en de toe passen reparatiemethode. Algemeen geldende uitsprakenover de keuze van reparatiemiddelen worden daarom niet gedaan.n deze bijdrage wordt ingegaan opde diverse reparatiemiddelen die erop de markt zijn.Vooropgesteld wordt dat er omtrent hettoepassen van reparatiemiddelen voorbetonconstructies thans nog geen volle-dig inzicht bestaat in een aantal aspec-ten. Gedacht kan worden aan:- de voorbehandeling van de onder-grond en de wapening;- het optreden van fenomenen zoalsompoling van de wapening en re-al-kalisatie en de invloed ervan op dewijze waarop reparaties moeten wor-den uitgevoerd;- de eisen te stellen aan de reparatie enbeschermingsmiddelen in relatie toteen specifiek toepassingsgebied.Daarbij komt nog dat lokale omstandig-heden (microklimatologische omstan-digheden, bouwkundige en construc-tieve detaillering) van grote invloed zijnop het uiteindelijk te kiezen reparatie-middel, alsmede het feit dat de marktvan reparatiemiddelen omvangrijk ennog volop in beweging is.Deze onduidelijkheden zijn voor deCUR aanleiding geweest om in 1986 eengrootschalig en langdurig onderzoek teiniti?ren, waarbij door middel van fun-damenteel onderzoek wordt nagegaanof bovengenoemde fenomenen optre-den en welke reparatiemethoden devoorkeur verdienen.In dit verband zullen in een veldonder-zoek reparaties worden uitgevoerd enbeschermlagen worden aangebrachtwaarbij gedurende een viertal jaren hetgedrag van het aangebrachte reparatie-middel en/of coating wordt gevolgd.Dit onderzoek moet als een parameter-studie worden gezien en houdt geen on-derzoek van de in Nederland gebruiktereparatiesystemen in.Het is uiteindelijk de bedoeling dat naaraanleiding van de resultaten van hetfundamenteel onderzoek en het veld-onderzoek CUR-Aanbevelingen wor-den opgesteld.Niettemin kunnen thans wel opmer-kingen worden gemaakt omtrent de ef-fectiviteit van de beschikbare reparatie-middelen en de randvoorwaarden vooreen zinvol gebruik ervan.In dit artikel komen de volgende repara-tiemiddelen aan de orde:- traditionele cement-zandmortels;- polymeer-gemodificeerde cement-zandmortels;- spuitbeton;- (zuivere) kunstharsmortels.Ingegaan wordt op de voor- en nadelenvan de verschillende reparatiemortelsen -methoden, mede in relatie tot deaard en omvang van de te herstellenschade.Het voorbehandelen van de wapeningwordt apart behandeld.Tot slot van deze inleiding een opmer-king: het toepassen van een bepaald re-paratie- of beschermingsmiddel kannooit los worden gezien van:a. de oorzaak van de schade;b. de omvang van de schade;de noodzaak van repareren in relatietot de economische en technische(rest)levensduur;d. de specifieke omstandigheden waar-onder de te repareren constructies ofhet constructiedeel zich bevindt.ReparatiemiddelenDe meest voorkomende schade inNederland aan gewapende betoncon-structies, blootgesteld aan atmosfe-rische omstandigheden, is wapenings-corrosie en vorst-dooizoutschade.Wapeningscorrosie wordt veroorzaaktdoor carbonatatie in combinatie meteen te geringe betondekking, of onvol-doende kwaliteit van de dekking of doorchloriden die het beton zijn binnenge-drongen of van oorsprong af in hetbetonmengsel aanwezig waren. Deaanwezigheid van zuurstof en vocht isdaarbij essentieel.Reparatie van wapeningscorrosie be-staat over het algemeen uit het verwij-deren van het beschadigde beton,ontroesten van de wapening, aan-brengen van een primer op de wapeningen opvullen van de gesaneerde plaatsmet reparatiemortels of spuitbeton. Hetreparatiemiddel brengt de wapening ineen situatie waarbij roestvorming wordtvoorkomen,hetzij omdat:- het reparatiemiddel alkalisch iswaar-door het in oplossing gaan vanFe-ionen wordt voorkomen. Diteffect wordt bereikt met cementge-bonden reparatiemortels, spuitbetonof wanneer een nieuwe dekkingwordt aangestort;hetzij omdat- het reparatiemiddel vocht- en zuur-stofdicht is. Hierdoor wordt tevensvoorkomen dat schadelijke stoffen hetwapeningsstaal bereiken. Dit effectwordt bereikt bij kunststof-reparatie-mortels op.Cement 1988 nr. 1 11IMATERIALEN REPARATIETerugdringen van het carbona-tatiefront, ten gevolge vanmigratie van hydroxyl-ionen uit dereparatiemortel naar oud beton(re-alkalisatie)Het door fabrikanten voorgeschrevenvoorbehandelen van de wapening meteen primer als onderdeel van een re-paratiesysteem is op deze gedachtevan het zuurstof- en vochtdicht af-sluiten van de wapening gebaseerd.Traditionele zand-cementmortelsBij reparaties van kleine omvang wordtdit type mortel incidenteel nog wel ge-bruikt; in de praktijk is gebleken dat de-ze mortels vaak een onvoldoende be-scherming bieden. Oorzaak hiervan isdat zand-cementmortels uitvoerings-gevoelig zijn: om te voorkomen dat demortel verbrandt, moet de ondergondworden bevochtigd, terwijl een nabe-handeling noodzakelijk is om voortijdi-ge uitdroging te voorkomen. Daarbijkomt dat een zorgvuldige samenstellingnodig is om voldoende dichtheid te be-reiken in combinatie met voldoendeverwerkbaarheid.Ter beperking van de verhardingskrimpkan grof toeslagmateriaal worden toe-gevoegd, waarbij er voor moet wordengezorgd dat de maximale korrelgrootteniet meer dan 1/3 van de laagdikte vande mortel is. Een probleem bij de uitvoe-ring van dergehjke, met grof toeslagma-teriaal gevulde mortels is dat een te re-pareren plaats in opvuldiepte varieert.Wanneer cementgebonden mortelsworden gebruikt bij het herstel vanvorstschade verdient het aanbevelingeen luchtbelvormer toe te passen.Re-alkalisatieEen fenomeen dat bij het handmatig re-pareren met cementgebonden produk-ten kan optreden (maar ook bij het repa-reren met spuitbeton, of wanneer eendichte coating op het betonoppervlakwordt aangebracht) is re-alkalisatie.Onder re-alkalisatie wordt verstaan hetverschuiven van het carbonatatiefrontonder invloed van het migreren vanhydroxyl-ionen uit het nieuwe beton ofde nieuwe mortel naar het oude beton,waardoor de wapening opnieuw in eenniet-gecarbonateerde zone komt te lig-gen, een nieuwe passiveringslaag wordtgevormd en het roestvormingsprocesstopt (fig.l ).Het praktische nut van dit fenomeen isdat bij het repareren van door carbona-tatie ge?nitieerde wapeningscorrosie, dewapening niet volledig behoeft te wor-den vrij gehakt.In theorie zou zelfs bij het aanbrengenvan een dichte coating re-alkalisatiekunnen optreden wanneer (door hetaanbrengen van deze coating) het in be-ton aanwezige pori?nwater met hy-droxyl-ionen zich in de richting van hetbetonoppervlak beweegt. Deze veron-derstelling is overigens van onderge-schikt belang omdat bij (lichte) wape-ningscorrosie door het aanbrengen vaneen dichte coating het roestvormings-proces wordt voorkomen doordat toe-treden van zuurstof en vocht wordt ver-hinderd. Uit een eerste globale bereke-ning in het kader van het CUR-onder-zoek, is geconcludeerd dat bij reparatieop positieve effecten van re-alkalisatiemag worden gerekend.Aanstorten met betonmortelsIn het verlengde van reparaties met ce-mentgebonden mortels, die handmatigworden aangebracht, kunnen reparatiesdoor middel van het aanstorten van be-ton worden uitgevoerd. Over het alge-meen is er dan sprake van dikkere lagen(> 30 mm) en grotere oppervlakken.De beschermende werking vancorrosie-inhibitoren in reparatie-mortels berust op binding vanchloride-ionen die uit het oude betonin de reparatiemortel binnendringenDe uitvoeringsgevoeHgheid is in deze si-tuatie minder, mede door het gebruikvan een bekisting.Over het algemeen wordt gebruik ge-maakt van beton met een lage water-ce-mentfactor, een (super)plastificeerderen een aangepaste korrelafmeting vanhet toeslagmateriaal, terwijl om devorstbestandheid te vergroten desge-wenst een luchtbelvormer kan wordentoegepast.Bij herstel van chloride-ge?nitieerdewapeningscorrosie kan bij gebruik vanaangestort beton of spuitbeton mogelijkgebruik gemaakt worden van corrosie-inhibitoren. Hieronder wordt een hulp-stof verstaan, waarvan calciumnitriet demeest voorkomende is, die de aantastingvan de passiveringslaag door chloridenvoorkomen.Bij het roesten van de wapening ont-staan Fe2+ionen, die als chloride-com-plex worden afgevoerd; bij de aanwezig-heid van nitriet ontstaat een afsluitendeFe203-laag. Voorwaarde voor de effecti-viteit van deze inhibitor is dat er vol-doende nitriet ter plaatse van de wape-ning is en blijft. Het voordeel dat dezehulpstof biedt moge duidelijk zijn. Bijdiep ingedrongen chloriden is het nietnodig de gehele constructie te slopen,maar kan een laag spuitbeton of aange-stort beton met inhibitor worden aan-gebracht waarbij geaccepteerd wordtdat in een deel van de constructie nogchloriden aanwezig zijn. Bij migratievan de chloride naar de wapening wor-den deze door het nitriet geneutrali-seerd (fig. 2).Opgemerkt wordt dat onderzoek naarde duurzaamheid van de werking vandeze Inhibitoren zeker gewenst is.Zand-cementmortel, polymeergemodificeerdOm de hiervoor genoemde problemenmet betrekking tot de porositeit en deuitvoeringsgevoeligheid het hoofd tekunnen bieden worden polymeren aande zand-cementmortels toegevoegd.Dit betekent niet dat dan aan de ver-werking en de nabehandeling geen aan-dacht meer behoeft te worden geschon-ken.12 Cement 1988 nr. 112Uitvoering van reparaties aan eenbetonconstructie niet plaatselijkeschade, met gebruik van eencementgebondenpolymeer-gemodificeerdereparatiemortel.De voorkeur gaat uit naar kant-en-klareprodukten omdat hiermee de kans oponjuiste doseringen en mengverhou-dingen wordt geminimaliseerd.Als polymeren kunnen worden ge-bruikt: polyvinylchloride (pvc), polyvi-nylpropionaat (pvpr), copolymeren vanvoornoemde monomeren, styreenbuta-dieen (sb) en acrylaten. Met polyvinyla-cetaat (pvac) zijn slechte resultaten be-haald in verband met de verzepingsge-voeligheid van dit materiaal; overigenszijn ook enkele propionaten en acryla-ten gevoelig voor vocht en kunnen der-halve verzepen.De veelheid van mortel en polymeer-toevoegingen leidt tot een grote variatiein eigenschappen. Ter illustratie toontonderstaand overzicht de spreiding ineigenschappen die in een Duits onder-zoek [10] op dertig reparatiemortels isvastgesteld:druksterkte : 14-69 N/mm2buigtreksterkte : 6-14 N/mm2E-modulus : 8-25 ? 103N/mm2krimp : 0,3-2,0 mm/mhechtsterkte : 1,3-3,6 N/mm2lineaire uitzettingsco?ffici?nt :10-17 ? 10-6/KUit dit onderzoek is gebleken dat repa-ratiemortels voor het opvullen van totop of voorbij de wapening weggehaktbeton en waarop normaliter een af-werklaag en coating wordt aangebracht,voldoen wanneer de hechtsterkte groteris dan 1,5 N/mm2en de scheurwijdtetussen reparatiemortel en het betonontstaan ten gevolge van krimp, kleineris dan 50-100 .De mortels die aan deze eisen voldedenhadden gemiddeld de volgende eigen-schappen:Uit het onderzoek kon tevens wordengeconcludeerd dat mortels met eenbuigtreksterkte kleiner dan 5 N/mm2niet voldeden; relatief grotere scheur-wijdten tussen de reparatiemortel en hetbeton werden bij deze mortels waarge-nomen.druksterkte : 35 +/-- 15 N/mm2buigtreksterkte : 9 +/-- 1 N/mm2E-modulus : 18 +/- 6 ? 103N/mm2krimp : 0,8 +/-- 0,3 mm/mhechtsterkte : 2 +/-- 0,5 N/mm2lineaire uitzettingsco?ffici?nt :13 +/- 2 ? 10-SpuitbetonWanneer betonschade veroorzaakt doorwapeningscorrosie over grote opper-vlakken moet worden hersteld, is spuit-beton een veel voorkomend reparatie-middel. Voor plaatselijke, kleine repara-ties is spuitbeton niet rendabel.Door het spuiten onder hoge druk vaneen beton of mortel ontstaat een repara-tielaag met een goede hechting op deondergrond.Spuitbeton kan als waterdicht en goedvorstbestand worden beschouwd. Ge-bleken is dat de uiteindelijke kwaliteitsterk samenhangt met de vakbekwaam-heid van de spuiter en de omstandighe-den waaronder wordt gewerkt. Dit leidtsoms tot tegenvallende resultaten van-uit het oogpunt van dichtheid van demortel. Omdat met verhoogde cement-gehaltes wordt gewerkt, wordt over hetalgemeen toch een goede resistentie te-gen de indringing van agressieve stoffenof tegen de invloed van carbonatatieverkregen. In het laatste geval zal hetVoor reparatiesvan grotereomvang komtspuitbeton inaanmerking,waarbij tevens debetondekking kanworden vergroot.binnendringend C02 relatief snel kun-nen diffunderen; op z'n weg door de be-tondekking ontmoet het C02 echterveel Ca(OH)2 waardoor het carbonata-tieproces bij spuitbeton minder snelverloopt dan bij gestort beton.Ter verdere verbetering van de eigen-schappen van spuitbeton, met name dedichtheid, en ter beperking van de matevan terugslag van materiaal, worden opdit moment proeven genomen met toe-voegingen aan spuitbeton, zoals poly-meren en silica fume.Door het aanbrengen van een extra dik-ke laag spuitbeton (of aangestort beton)zullen vochtfluctuaties in de betondek-king meer worden uitgedempt, waar-door de wapening beter wordt be-schermd; vanzelfsprekend betekent eengrotere dekking ook een langer trajectvoor agressieve stoffen alvorens deze dewapening bereiken.Bij het repareren van chloride-ge?niti-eerde wapeningscorrosie zal een groteredekking van spuitbeton de chloridecon-centratie ter plaatse van de wapeningdoen verminderen door migratie vanchloride-ionen, waardoor de wapeningmogelijk in een niet-kritische chloride-concentratie komt te liggen (fig. 3).In september van vorig jaar is de CUR-Cement 1988 nr. 113MATERIALEN REPARATIEAanbeveling 11 'Spuitbeton' versche-nen, waarmee in het kader van de erken-ningsregeling voor betonreparatiebe-drijven een bijdrage is geleverd tot detechnische aspecten van deze regeling.KunstharsmortelsHet laatste decennium is naast het ge-bruik van al of niet met polymeren ge-modificeerde zand-cementmortels hetgebruik van kunstharsmortels bij hethandmatig repareren van kleine opper-vlakken sterk opgekomen. Inmiddels isalweer een kentering in het gebruik vanzuivere kunstharsmortels waarneem-baar, ten gunste van polymeer-gemodi-ficeerde cementgebonden mortels; nietin de laatste plaats is dit het gevolg vanproblemen die zich, relatief kort na uit-voering van reparatie met kunsthars-mortels voordeden.Als bindmiddel van deze mortels wordtvoornamelijk gebruik gemaakt vanepoxyharsen, acrylaten of polyuretha-nen. Polyesterharsen worden vanwegehun verzepingsgevoeligheid niet meertoegepast.Bij het gebruik van dit type mortelswordt door de leverancier bijna altijdhet gebruik van hechtprimer (voor ver-beteringvan de hechting tussen de mor-tel en de betonnen ondergrond) voorge-schreven en een anti-corrosief middelvoor de behandeling van de wapeninggeadviseerd. Aan het nut van anti-cor-rosieve middelen wordt getwijfeld: infeite zouden deze niet nodig zijn als deopbouw van de mortel zodanig is datruimten tussen de toeslagkorrels volle-dig met het (kunsthars) bindmiddel zijngevuld en derhalve penetratie van vocht,zuurstof en agressieve stoffen nauwe-lijks mogelijk is.Het gebruik van primers en anti-corro-sieve middelen maken het gebruik vankunstharsmortel duur omdat de hande-lingen arbeidsintensief zijn. De uitvoe-ring is nogal kritisch omdat 'nat-in-nat'moet worden gewerkt.De genoemde problemen bij het ge-bruik van kunstharsmortels hebben metname betrekking op onvoldoendehechting. De oorzaak daarvan moetwaarschijnlijk gezocht worden in hetfeit dat de primers in de vorm van dis-pergeermiddelen worden aangeboden:na verdwijnen van het oplosmiddel blij-ven de overige bestanddelen als een fil-ter achter en zijn soms gevoelig voorvocht.Problemen zijn ook te herleiden tot het(vaak grote) verschil in uitzettingsco?f-fici?nt van de betonnen ondergrond ende kunstharsreparatiemortel: onder in-vloed van thermische bewegingen vande ondergrond treedt verlies van hech-ting op.Uit een door Bouwcentrum/TNO uit-gevoerde multiclient onderzoek [6] isverder gebleken dat :- ten gevolge van een onvoldoendevoorbehandelen van de ondergrondonthechting optreedt vooral omdatbij sommige kunstharsmortels dikkelagen aanleiding tot uitzakken geven.Een remedie Lijkt het aanbrengen vaneen kunstharsmortel in meerdere la-gen, maar problemen ten aanzien vande hechting van de reparatielagen on-derling zijn dan echter niet uitgeslo-ten;- de aanvankelijk hoge sterkte vankunstharsmortel door veroudering(uv) snel en in sterke mate kan terug-lopen.OmpolingEen probleem dat zich bij plaatselij uit-gevoerde reparaties kan voordoen,is hetverschijnsel Ompoling'.Daar waar de wapening roest, is het staalanodisch (Fe2+-ionen gaan in oplossing).Door het aanbrengen van een reparatie-mortel wordt een verder in oplossinggaan van Fe2+-ionen verhinderd; dezeplaats wordt nu kathodisch.De plaatsen aan weerszijden van de oor-spronkelijke anode waren kathodisch:het staal werd daar beschermd door hetroesten van het staal aan de anode, on-danks het gegeven dat het staal in gecar-bonateerd beton ligt (kathodische be-scherming). Na de reparatie wordt hetstaal op deze plaatsen niet meer katho-disch beschermd en kan gaan roestenwaardoor naast de gerepareerde plaatseen nieuwe schade optreedt (fig. 4).Of de oorspronkelijke kathodischeplaatsen na reparatie anodisch worden,hangt onder meer af van de afstand tus-sen kathode en anode. Eenzelfde beeldals geschetst in figuur 4 kan zich voor-doen op kleinere schaal en is weergege-ven in figuur 5. Ter plaatse van (1) roestde wapening (anode); ter plaatse van (2),de kathode, treedt nog geen corrosie opten gevolge van de kathodische bescher-ming door ( 1 ), dit ondanks het feit dat dewapening in gecarbonateerd beton ligt.Na reparatie is het mogehjk dat terplaaste van (2) anoden ontstaan, zodat dewapening aldaar gaat roesten en de re-paratiemortel wordt losgedrukt.Voorbehandelen vanwapeningHet voorbehandelen van de wapeningbij cementgebonden, met polymeergemodificeerde mortels wordt vaakgeadviseerd door leveranciers.De bij deze voorbehandeling gebruikteprimers zijn meestal epoxyharsen of14 Cement 1988 nr. 1dispersies met minerale vulstoffen. De-ze voorbehandeling kan noodzakelijkzijn uit oogpunt van:- verbetering van de hechting tussenmortel en wapening. Hiertoe dientmen dan ook nog in de natte primerkwartskorrels te strooien;- anti-corrosieve werking.Het is de vraag of bij het aanbrengen vaneen primer op de wapening de hechtingtussen mortel en beton naast de blootge-hakte wapening nadelig wordt be?n-vloed; het is namelijk onmogelijk de be-tonnen ondergrond niet te raken met deprimer. Tevens moet een vraagtekenworden gezet bij de veronderstelling datmet de primer de wapening volledigwordt afgesloten van zuurstof en vocht:immers pinholes (ten gevolge van hetverdwijnen van oplosmiddelen) en zgn'heilige dagen' in de primerlaag zullenten enenmale voorkomen.Het voordeel van het gebruik van pri-mers op basis van een dispersie van mi-nerale vulstoffen boven die op basis vanepoxyharsen, is de geringere vochtge-voeligheid, waardoor ook de uitvoeringminder kritisch is. De laagdikte van deprimers met minerale vulstoffen be-draagt circa 1 mm (ribben van het wa-peningsstaal vaak niet meer zichtbaar),die van expoyprimers 0,3-0,6 mm.In die gevallen waarin wapeningscorro-sie moet worden gerepareerd die doorcarbonatarle is ontstaan, doet zich devraag voor hoever de wapening moetworden blootgelegd: om het ontroestengoed mogelijk te maken en eventueeleen primer te kunnen aanbrengen ver-dient het voorkeur de wapening zoveelmogelijk vrij te hakken. Dit levert bij deuitvoering problemen op en is duurderdan de situatie waarbij de wapening nogvoor een deel ingebed kan blijven liggenin het (gecarbonateerde) beton.Het voorbehandelen van de wapening,gekoppeld aan het type te gebruiken re-paratiemortel, is derhalve een van de inCUR-verband uit te voeren basisonder-zoeken.ConclusiesWanneer relatief kleinere reparatiesmoeten worden uitgevoerd, wordt opdit moment de voorkeur gegeven aanhet gebruik van (kant-en-klare) poly-meer gemodificeerde, 'cementgebon-den mortels.Nagegaan moet worden of het toege-voegde polymeer vochtgevoelig en on-verzeepbaar is. Het saneren van de te re-pareren plek moet zodanig gebeurendat gevaar voor ompoling van de wape-ning wordt voorkomen, wat betekentdat de omvang van de reparatie groterzal zijn dan uit het oogpunt van degrootte van de schadeplaats strikt nood-zakelijk is.Bij het uitvoeren van grote reparatieskomt spuitbeton of het aanstorten metbeton (eventueel met aangepaste korrel-afmeting) het meest in aanmerking.In een aantal gevallen zal het gerepa-reerde oppervlak van een coating of verfworden voorzien, uit esthetische over-wegingen of omdat een dergelijke be-scherming deel uitmaakt van het repa-ratieplan. Op de waarde van oppervlak-tebehandelingen als onderdeel van eenreparatiemethode of als preventievemaatregelen wordt in het volgende arti-kel in deze serie nader ingegaan.Zoals in de inleiding reeds is aangege-ven, kunnen geen algemene uitsprakenworden gedaan over het gebruik van deverschillende reparatiemiddelen die opdit moment voorhanden zijn. Daarvoorzijn de specifieke omstandigheden zo-als:- detaillering van het te repareren on-derdeel in verband met vochttoetre-ding,- uitvoeringsomstandigheden,- atmosferische belasting, inclusieftemperatuur,- eigenschappen gebruikte materialen,- kennis en ervaring applicateur van tegrote invloed.Dit houdt in dat een deugdelijk repara-tieplan moet worden opgesteld dat ge-baseerd is op de interpretatie van be-trouwbare inspectie- en onderzoekge-gevens.Te allen tijde blijft gelden dat betoncon-structies die, met inachtname van dehuidige normen en voorschriften, vak-bekwaam zijn ontworpen en uitge-voerd, geen correctief onderhoud be-hoeven en ook niet behoeven te wordengerepareerd gedurende de technischelevensduur van het object.Literatuur1. CUR-VB rapport 84-1, Corrosie vande wapening in gewapend betoncon-structies2. CUR-VB rapport 91, Reparaties vanbetonconstructies deel II, pleisteren,aanstorten, spuiten3. CUR-VB rapport 110, Reparaties vanbetonconstructies deel III: reparatie enbescherming door middel van kunst-harsen4. S&E publikatie 9, Betonschade, pre-ventie en herstel; Betonvereniging5. S&E publikatie 5, Reparaties aan be-tonconstructies; Betonvereniging6. Bouwcentrum/TNO, Onderzoekmet betrekking tot betonreparatiemor-tel voor dekkingsschade en hun gedragin de praktijk7. CUR rapport 86-1, Reparatie en be-scherming van beton; literatuurstudie,vraagpunten en kennis lacunes8 Concrete Society Technical Report nr.26, Repair of concrete damages by rein-forcement corrosion9. FJ.Gehring: Betoninstandsetzungs-systemen im Vergleich10. J.Neisecke: Eigenschaften und Eig-nungsnachweis von Betonoverfl?chen-InstandsetzungssystemenRECTIFICATIE NS w?l op lABSE-Congres in ParijsIn het artikel over het IABSE-Congres,2-4 september 1987 in Parijs, gepubli-ceerd in Cement 1987 nr. 12 onder de titel'Fransen maken zich op voor de Europe-se markt', is de Nederlandse Spoorwe-gen ten onrechte geschaard onder de af-wezige Nederlandse instanties. De NSheeft op het congres een poster gepre-senteerd over het inschuiven van via-ducten zonder hulpbruggen. Doorziekte van de auteur, ir. J.C. Kuiper, wasechter geen persoonlijke vertegenwoor-diging op het Congres aanwezig.Jury Betonprijs 1987In het artikel over de toekenning van deBetonprijs 1987 (Cement 1987 nr. 12),komt een onvolkomenheid voor. Bij devermelding van de juryleden op blz. 32is ??n jurylid onvermeld gebleven, nl.prof. ir. D. Dicke.Onze verontschuldigingen voor dezefouten.RedactieCement 1988 nr. 1 15UTILITEITSBOUW ALGEMEEN ONTWERP~HEINZ ISLER-SCHALENBOUWERBIJ UITSTEKIn het kader van drie studiemiddagen over hetoverspannen van grote oppervlakken, was onlangs aande TU Delft een tentoonstelling te bezichtigen over hetwerk van de schalenbouwer Heinz Isler. De in 1926 inZwitserland geboren Isler heeft zich gespecialiseerd inschaalconstructies van beton. Daarvan zijn er meer danduizend gerealiseerd. Hij ontwikkelde als constructeuren vormgever in de loop van dejaren een geheel eigenontwerpfilosofie, met als belangrijkste kenmerk: demodelstudie. Zijn bouwwerken mogen van eenbijzondere kwaliteit worden genoemd, zowel inesthetisch opzicht als in de constructieve enbouwtechnische uitwerking.ijna 30 jaar geleden stond de be-tonnen schaalconstructie modelvoor de nieuwe mogelijkhedenin de bouw, dank zij de ontwikkelingenop het gebied van de materiaaltechnolo-gie. Vele voorbeelden van spectaculaireconstructies, zowel in Nederland alsdaarbuiten, getuigen van wat achterafgezien een bloeiperiode blijkt te zijn ge-weest. In die periode werden aan dezeconstructievorm speciale congressen encongreszittingen gewijd. Tijdens eenschalencongres in Madrid in 1959 ont-moette de toen 33 jaar oude Isler de des-tijds internationaal gekende schalen-bouwers. Zijn bijdrage aan een van dediscussies omvatte een drietal stellingendie veel gesprekstof hebben opgeleverd.Deze stellingen luidden:- aan nieuwe schaalvormen liggen een-voudige modellen ten grondslag dieaan de fysische wetmatigheden in denatuur zijn ondeend;- niet-geometrische (vrije) vormen, ge-baseerd op deze fysische wetmatighe-den, kunnen op economische wijzeworden gebouwd;- architectonische vormregels vormengeen goed uitgangspunt voor het ont-werpen van schaalconstructies.In de tentoonstellingscatalogus van Ek-kehard Ramm en Eberhard Schunk, ge-titeld 'Heinz Isler Schalen', wordt uit-voerig ingegaan op de confrontatie tus-sen de nog onbekende Isler en de eerdergenoemde schalenspecialisten.Onder meer kwam een verschil in bena-dering aan het licht tussen E. Torroja enIsler. Torroja hechtte veel belang aanmodelonderzoek waarmee een weten-schappelijke basis zou worden gelegdvoor het constructieve ontwerp van deonderzochte schaaltypen. Hij wees op degevaren wanneer de modeltechniekzonder voldoende ervaring wordt toe-gepast.Isler daarentegen was niet ge?nteres-seerd in mathematisch vastgelegde vor-men die hij geometrische schalennoemde (bekend als cilinder-, ton- ofkegelschalen, dubbelgekromde hyppar-schalen, enz.). Hij construeerde geenschalen van een vooraf gedefinieerdevorm. Vooraf verrichtte hij vormstudiesaan de hand van modellen die door na-tuurlijke wetmatigheden werden be-paald. Daarmee was de vorm ook in sta-tisch opzicht optimaal. De modeltech-niek hanteerde hij als een rekenkundigeverantwoording achteraf. (Leonhardtschrijft in de genoemde catalogus overIsler, dat deze zich uit de mathematischeketens heeft bevrijd. Misschien zou Tor-roja dezelfde lovende opmerking heb-ben gemaakt indien hij tijd van levenhad gehad om Islers schaalconstructieste observeren.)De natuur kent die knellende bandenvan mathematische vergelijkingen niet.De ontelbare daarin aangetroffen(schaal)vormen komen volgens anderewetten tot stand, namelijk die van deminimale materiaalbehoefte en de mi-nimale spanning. Het zal duidelijk zijndat de ideale schaalconstructie volgensIslers visie niet kan worden ontworpenop basis van architectonische vormre-gels, zoals hij in zijn derde stelling tot ui-ting brengt.De in stelling twee naar voren gebrachteovertuiging dat 'zijn' schaalvormen opeconomische wijze kunnen worden ge-realiseerd, heeft hij in de bijna 30 jarenna het Madridse congres afdoende be-wezen. Terwijl einde van dejaren '60 debetonnen schaalconstructies elders in dege?ndustrialiseerde landen om arbeids-intensieve redenen nog maar zeldenwerden gebouwd, biedt Isler tot op dedag van vandaag met succes 'zij n'schaal-constructies aan als een concurrerendalternatief voor grote te overspannenoppervlakken.Veelzijdige betrokkenheidIn Isler herkent men zowel de beeldendkunstenaar als de ingenieur. In dit op-zicht is hij te vergelijken met Nervi enMa?lart die als constructieve ontwer-pers aan hun bouwwerken een bijzon-dere expressie hebben weten te geven,omdat zij ook esthetische vormgeverswaren. Kenmerkend is de overeenstem-ming in het uitgangspunt, namelijk hetkunnen besparen op materiaal en kos-ten. Zowel Nervi als Isler kozen meestalvoor het materiaal beton. Zij beschouw-den dit als uitermate geschikt voor dun-schalige draagconstructies indien dezeconstructies over hun gehele draagvlakuitsluitend op druk worden belast. Eenoptimale draagconstructie wordt ver-kregen door het schaalvlak van eenkromming in twee richtingen te voor-zien en abrupte wijzigingen in dikte,kromming en randvoorwaarden te ver-mijden. Dat wordt het beste bereikt16 Cement 1988 nr. 1B2 Tankstation Deitingen,Zwitserland - hangvormfoto's: H. Isler3 Toepassing van 'Buckel'-schalenvoor een showroom/werkplaats,Thun, Zwitserlanddoor er voor te zorgen dat bet dak metde randen en opleggingen samen tot ??nvorm zijn ge?ntegreerd. Ge?ntegreerdevormen, die wel tegen concurrerendebouwprijzen te realiseren moeten zijn!Isler slaagt er door constructieve vorm-geving in de schaalvlakken vrij vanscheuren te houden. Ook zonder eenverdere afwerking kan de schaalhuidwaterdicht zijn.Voor de bouw van zijn schalen komenslechts enkele gespecialiseerde bouwbe-drijven in aanmerking. De kwaliteit vande uitvoering staat op een hoog niveau,onder meer omdat het personeel doorhem wordt ge?nstrueerd.Hier is het op zijn plaats te wijzen opCement 1988 nr. 1 17UTILITEITSBOUW ALGEMEENONTWERPIslers persoonlijke betrokkenheid in allefasen van bet ontwerp en de uitvoering.Hij stelt achtereenvolgens de schaal-vorm vast, verricht onderzoek aan hetdaarna gebouwde model, verzorgt hetconstructieve ontwerp, stelt het uitvoe-ringsplan vast, oefent toezicht uit tijdensde uitvoering en volgt het gedrag van deconstructie door middel van metingenin zowel de uitvoeringsfasen als ge-bruikstoestand.Op deze wijze zal weinig aan zijn aan-dacht ontsnappen. Het komt de kwali-teit van het bouwwerk ten goede. Tege-lijk voegt Isler elke keer iets toe aan zijnkennis en inzicht in het constructievegedrag van schaalconstructies. Na 1400schalen (gerekend vanaf een minimaaloverdekt oppervlak van 200 m2) kanpraktisch geen vorm, hoe ingewikkeldook, hem nog voor problemen stellen.De grote duurzaamheid van zijn bouw-werken, praktisch onderhoudsvrij,toont dit overtuigd aan.Isler is een bijzonder mededeelzaammens. Wat hem bezig houdt draagt hijgraag uit. De arbeiders op het bouw-werk weet hij zodoende te motiveren.Het vormde hem ook tot een boeienddocent aan de TU te Karlsruhe waar hijde studenten deelgenoot maakte vanzijn ontwerpfilosofie. Hij werd aan dezeuniversiteit ge?erd met een ere-profes-soraat in hetzelfde jaar (1983) dat hemeen ere-doctoraat werd verleend aan de te Zurich.VormonderzoekBepalend voor de wijze waarop Isler zijnschaalvormen kiest, is de affiniteit diehij vanaf zij jeugd heeft met de natuur.Hij heeft merdoor leren zien, niet alleende veelsoortige (schaal)vormen waarinde natuur zich manifesteert, maar ookde fysische wetmatigheden daarin. Hijonderscheidt drie methoden van vorm-ontwikkeling:1. De pneumatische membraanvormWanneer een vlak membraan dat inge-klemd is in een vierkant frame onderdruk wordt gezet ontstaat een schaal-vorm. De peilhoogte van het gebogenoppervlak is bepalend voor de groottevan de druk. Zolang geen vouwen in hetmembraan optreden, heerst in de schaaleen gelijkmatige trekspanningstoe-stand. Onder invloed van het eigen ge-wicht en de (sneeuw)belasting komt hetmembraan onder een drukspanning teverkeren. Door deze drukkrachten wor-den de frameranden belast. Daaromzijnde schalen van randliggers voorzien.Op deze vormstudie zijn de zgn. T3u-ckel'-schalen gebaseerd die hij sinds1954 veelvuldig heeft toegepast vooronder meer industriegebouwen.2. De hangvormEen doek of jute-weefsel wordt aan dehoeken opgehangen. Door het eigen ge-wicht ontstaat een gebogen vorm. Wan-neer de vorm wordt gestabiliseerd, bijv.door vorst in de winter of een behande-ling met paraffine, kan deze wordenomgekeerd en ontstaat er een druk-membraan. Voor een betonschaal geldtdeze als een optimale vorm met vrijerandenVooral aan de hand van deze vormstudieheeft Isler veel ge?xperimenteerd, om-dat de mogelijkheden tot het vari?renvan de randvoorwaarden zeer talrijkzijn.18 Cement 1988 nr. 13. De vloeivormUit een staande buis met vierkante ope-ning aan de bovenzijde wordt polyure-thaan gedrukt die na reactie verstijft.Door de wrijving langs de rand vloeit demassa daar trager, zodat een gekromdvlak ontstaat. In statisch opzicht ge-draagt deze vorm zich minder gunstigdan een hangvorm, zodat Isler daaropeen aantal correcties aanbrengt, met na-me in de buurt van de steunpunten. Deresulterende drukkrachten vragen omschuin aangebrachte steunpunten.In het algemeen zijn schaalconstructieszeer gevoelig voor kleine afwijkingen inde afmetingen. Isler houdt daaromnauwlettend toezicht op de maatvoe-ring tijdens de uitvoering.Omdat de drukspanningstoestand inhet membraan een belangrijk uitgangs-punt vormt, mogen eventuele vervor-mingen het statisch gedrag van de con-structie niet verstoren. Ter vergrotingvan het incasseringsvermogen wordende schalen voorzien van een dubbel wa-peningsnet, uitgevoerd als trajectori?n-wapening, d.w.z. in de richting van dehoofdspanningen.Bij schalen moet men bedacht zijn ophet gevaar van uitlmikken, wat kan lei-den tot ernstige schade. De weerstandtegen uitknikken hangt zowel af van demateriaalstijfheid als de kromming vanhet schaalvlak. Met een kromming intwee richtingen ontstaat een aanzienlijkgrotere weerstand dan met een enkelekromming. Ook bij vrije randen is hetgevaar van knik niet denkbeeldig, wan-neer zich in de ontworpen dimensies af-wijkingen voordoen.Isler heeft oog voor al deze details die hijaan de hand van een model onderzoekt.Hij kan eventueel besluiten tot een ster-kere kromming, een aanpassing die hijsteeds vanuit het totale vormconcept zalbestuderen. Uit ervaring weet hij hoegecompliceerd het doorwerken vancorrectieve maatregelen kan zijn.Het zoeken naar vormen is een creatiefproces. Hij stelt de randvoorwaarden enwijzigt die totdat de ideale schaal is ge-vonden. Deze schaal toetst hij door mid-del van een model op constructievekwaliteit. In deze tweede fase is de maat-voering en het doormeten een hand-werk van uiterste precisie. Daarbij wor-den de co?rdinaten opgemeten en opgrotere schaal uitgetekend. Op dezewijze ontstaat een serie verschillendemaar samenhangende curven. Eventu-ele meetfouten worden via deze teke-ningen zichtbaar en kunnen worden ge-corrigeerd. Aan de hand van de tekenin-gen wordt het onderzoekmodel ge-maakt.Isler zou nooit tot praktisch bouwen zijngekomen wanneer hij niet had kunnenrekenen. Bij het vaststellen van de ont-werpspanningen bewijst de computergoede diensten. Aangezien de vervor-mingen bij dunne schalen grote invloeduitoefenen op het spanningsverloopmoeten hiervoor tweede-orde bereke-ningen worden gemaakt. De berekenin-gen zijn echter vooral bedoeld om deopdrachtgevers van de juistheid van deconstructie te overtuigen.UitvoeringDe dikte van een betonschaal hangt afvan de belasting en de overspanning.Deze bedraagt ten minste 7 cm en be-reikt een waarde van 15 - 19 cm bij eenoverspanning van een grondvlak van 52? 58 m2. Met wat meer dikte aan deschaalrand kan de lokale knikveiligheidworden vergroot. Deze schaalrandenkomen soms beangstigend slank over,ook al weet men dat ze zijn voorgespan-nen. Geleidelijk aan is Isler meer opge-bogen randen gaan toepassen die het ge-heel extra stijfheid geven en soms ooknoodzakelijk zijn.Bij de mengselsamenstelling van betonwordt in de regel uitgegaan van eenmaximale korrelgrootte tot 15 mm, eenmaximaal cementgehalte van 325kg/m3en een lage water-cementfactor.In enkele gevallen heeft Isler gebruikgemaakt van spuitbeton, maar meestalwordt betonspecie op de traditionelewijze in het werk gebracht en met op-pervlaktrillers verdicht.Zoals eerder opgemerkt bestaat de wa-pening uit een dubbel fijnmazig wape-ningsnet, waarmee ook het afglijden vande betonspecie op steile vlakken beterkan worden voorkomen.Betonstorten geschiedt uitsluitend bijdroog weer. De specie wordt in twee la-gen aangebracht, de eerste laag reikt totde bovenkant van het bovenste wape-ningsnet. De ervaring leert dat de diktevan de tweede laag zeer nauwkeurig uitde faornming van de schaaldak kanworden afgelezen. Maar ook hier zal on-getwijfeld het oog van de meester eenrol spelen.Tijdens de nabehandeling wordt hetschaalvlak met fijn verneveld watervochtig gehouden. Temperatuursin-vloeden, bijv. als gevolg van de vrijko-mende hydratatiewarmte spelen bij de-ze dunne schalen geen rol. Een en anderresulteert in een scheurvrije en duurza-me, nagenoeg geheel onder drukspan-ning verkerende constructie. Trekspan-ningen in de randen worden met behulpvan voorspanning onderdrukt.Ten slotte nog in het kort iets over de be-kistingsconstructie. Tijdens het congresin Madrid in 1959, dat aan het begin vandit artikel is gememoreerd, suggereerdede Fransman Esquillan dat Islers vrijeschalen onbetaalbaar moesten zijn. DeZwitser liet toen weten dat de bekis-tingskosten ongeveer ca. 20% van de to-tale bouwkosten uitmaakten.Wat de opbouw van de bekistingsstella-ge betreft, kan worden vermeld dat ge-bruik wordt gemaakt van flexibele sta-len steigers die gemakkelijk te demon-teren zijn. De spanten die vorm gevenaan het bekistingsvlak bestaan uit ge-lijmde gebogen houten delen. Daaropkomen de bekistingsplaten te rusten. Ophet bekistingsvlak worden dikwijls nogtamelijk buigzame houtwolcementpla-ten gelegd die als een verloren bekistingde isolerende binnenhuid van hetschaalvlak vormen.Een bekend schaaltype, de genoemde'Buckel'-schaal, leent zich bij uitstekvoor meermalig gebruik van dezelfdebekistingsconstructie, dikwijls toege-past bij de bouwvan fabriekshallen. Hetzijn schalen met een rechthoekige plat-tegrond. Tijdens een van de genoemdestudiemiddagen in Delft gaf de heerWJB?singer enige inzicht in de bouw-kosten van een dergelijke schaal. Hijging daarbij uit van een vierkante plat-tegrond met langszij de van 40 m. Dekosten becijferde hij op / 385/m2hal-oppervlak.BesluitDe meeste schaalconstructies heeft Islerin zijn eigen land gebouwd. De projec-ten hebben zeer uiteenlopende ge-bruiksbestemmingen: sport, represen-tatieve ruimten, fabriekshallen, wonin-gen, enz. Ook in Frankrijk en de DuitseBondsrepubliek zijn Isler-schalen te be-zichtigen. In Engeland is momenteeleen sportcomplex is uitvoering waarIsler-schalen worden toegepast. Islersbetrokkenheid lijkt een garantie vooreen kwalitatief hoogstaand bouwpro-dukt. Dat daarbij tevens sprake is vaneen economisch alternatief, zou ookNederlandse opdrachtgevers moeteninspireren om na te gaan of een schaal-constructie van beton binnen de rand-voorwaarden van een plan in een be-hoefte kan voorzien.M.G.P.NelissenCement 1988 nr. 1 19WONINGBOUW RENOVATIEDEMONTAGE EN HERGEBRUIKIN MIDDELBURG SUCCESVOLVERLOPENIn Middelburg is de unieke operatie van het gedeeltelijk slopen van een hoogflatgebouw en vervolgens met de vrijgekomen elementen nieuwe woningenbouwen, succesvol verlopen. Technische of financi?le verrassingen zijn er in feiteniet geweest. Vooralsnog krijgt deze vindingrijke oplossing van een zeer neteligprobleem geen navolging.n ruim 1'/ jaar tijd is het projectge-realiseerd: 84 flatwoningen, bij el-kaar 7 bouwlagen, zijn gesloopt enmet de vrijgekomen elementen zijn 114nieuwe woningen gebouwd op een na-bijgelegen lokatie. Een aanstootgevendslechte plek in het lokale beeld van devolkshuisvesting is weggesneden envakkundig aangeheeld.Over de achtergronden, de techniek ende start van het project is uitvoerig ver-slag gedaan in Cement 1986 nr. 8.Voor zover bekend krijgt de Middel-burgse aanpak voorlopig geen navol-ging. Op verschillende plaatsen in hetland zijn of worden nog jonge flats ge-heel of gedeeltelijk gesloopt, vanwegeeen combinatie van sociale en bouw-kundige problemen. Maar hergebruikvan bouwmaterialen is daarbij niet aande orde.Nog even ter herinnering: de Middel-burgse flat die nu is 'afgetopt', was er eenvan drie naast elkaar gelegen gebouwenvan gelijke hoogte (12 bouwlagen), maarvan wisselende lengte, gebouwd in1971/1972, met geprefabriceerde ele-menten uit een veldfabriek. De in hetontwerp toegepaste corridors, vanwaaruit steeds 3 woonlagen wordenontsloten, vormden de voornaamsteoorzaak van de sociale problemen, lei-dende tot verloedering en onverhuur-baarheid. BouwbedrijfDe Delta, dat deflats destijds heeft gebouwd, heeft zelf,in overleg met de woningbouwvereni-ging, het plan tot demontage en herge-bruik uitgedacht en uitgevoerd.Zomer 1986; de demontage van 7bouwlagen is begonnenHerfst 1986; wat er overbleef na hetaftoppenHerfst 1987. Overzicht van hetflatgebouw na renovatie van de 5overgebleven bouwlagen20 Cement 1988 nr. 1IGeslaagde operatieDankzij het hergebruik van de bouw-elementen is het project financieel haal-baar geworden. Alle vrijgekomen be-tonelementen en vrijwel alle houtenpuien zijn opnieuw verwerkt in denieuwbouw, bestaande uit 3 blokkenvan 3 resp. 4 bouwlagen. Van 84 onver-huurbare woningen zijn er, met toevoe-ging van enkele ter plaatse gestorte tra-vee?n als stabiliteitskernen, 114 kleinerewoningen gemaakt, waarvoor ruim vol-doende belangstelling is op de huur-dersmarkt.Voor de rijksoverheid zijn er geen extrakosten. Wel was een bestuurlijke maat-regel nodig om de plannen voor denieuwbouw (met oude, al eens gesubsi-dieerde elementen), te behandelen ensubsidi?ren volgens de bestaande regelsvoor premie-huurwoningen. De ge-bruikte materialen zijn dus als het warevoor nieuw betaald. De boekwaarde vande nu gesloopte woningen is door dewoningbouwvereniging als verliespostgeaccepteerd.Renovatie van de resterende flatwonin-gen van het gedeeltelijk gesloopte ge-bouw maakt integrerend deel uit vanhet project. De kosten daarvoor komenvoor rekening van de woningbouwver-eniging. Als dit leidt tot 100% verhuur,zijn in enkele jaren de kosten van de re-novatie terug verdiend ten opzichte vande niet-verhuurbare situatie. Daartoezijn de corridor-woningen veranderd ingalerij-woningen en zijn de toegangentot de flat gewijzigd door nieuwe toe-gangsportalen aan beide kopgevels tebouwen. De twee andere flatgebouwen,waar de problemen minder ernstig wa-ren, zijn met verschillende maatregelenverbeterd, onder andere door het openmaken van de corridors door de berging-en eruit te verwijderen en het aanbreng-en van individuele verwarmingsinstal-laties. De woningen zien er nu weerkeurig uit. Of het zo blijft zal de tijdmoeten leren.Degelijk planDe sloop van de 7 bouwlagen is zeer suc-cesvol verlopen. Niet ??n van de beton-elementen behoefde als nutteloos teworden afgevoerd. In een enkel gevalbestond twijfel aan het rest-draagver-mogen van een vloerelement vanwegegrotere vervormingen. Na expertisebleek een zorgvuldige ondersabeling inde nieuwe oplegging een afdoendemaatregel.De demontage kon precies volgens planen begroting worden uitgevoerd, on-danks het feit dat zoiets nog nooit eerderwas gedaan. Dit is een compliment voorde heer J. van de Woestijne, directeurvan bouwbedrijf De Delta en motorachter het project. Zijn idee?n over dedemontage heeft hij voorgelegd aan detechnische staf van het bedrijf en ge-vraagd om tegenargumenten ten aan-zien van de techniek, planning en orga-nisatie. Het uitgangspunt 'de benodigdetijd voor demontage is gelijk aan de be-nodigde tijd voor montage' kon daarbijniet worden weerlegd.Nu het project gereed is, kan Van deWoestijne met tevredenheid zeggen datde post 'risico' niet is aangesproken.Toch is De Delta niet de enige en ookniet de belangrijkste die met dit projectis gebaat. In de eerste plaats is de volks-huisvesting ermee gediend. Want watwas er van de wijk terechtgekomen alsdit plan niet was uitgevoerd?J.H.K?hneHergebruik van de betonelementen tenbehoeve van de casco's van nieuwewoningenOpnamen van de nieuwbouw in eenlaatste bouwfase. De borstweringen zijnnog herkenbaar afkomstig uit eeneerder gebruikfoto's: PX.Kuyt, MiddelburgCement 1988 nr. 1 21ONDERZOEK BETONTECHNOLOGIENAAR EEN PRAKTISCHE MEET-METHODE VOOR DE KWALITEITVAN DE BETONDEKKINGprof.Dr.-Ing.H.W.R.einhardt, ir.J.Mijnsbergen, ir.J.H.Croes* Technische Universiteit Delft, Faculteit der CivieleTechniek, StevinlaboratoriumNu de betekenis van de kwaliteit van de betondekking algemeen wordt onderkendvoor het veilig behoud van betonconstructies, is er grote behoefte aan een praktischbruikbare methode voor het bepalen van de permeabiliteit en difiusieweerstand vanbetonoppervlakken. In dit artikel wordt een onderzoek naar de praktischebruikbaarheid van drie bestaande en een nieuwe methode samengevat. De nieuwemethode lijkt een goede basis te verschaffen voor een snelle, betrouwbaremeetmethode.adat gedurende decennia uit-sluitend de sterkte van betoneen criterium was voor dekwaliteit van beton is inmiddels duide-lijk geworden dat andere eigenschappenzoals diffusieweerstand en permeabili-teit even belangrijk zijn voor het veiligbehoud van een betonconstructie.Meetmethoden voor de sterktebepalingzijn gestandaardiseerd en snel en nauw-keurig uitvoerbaar. Diffusieweerstan-den voor gassen en permeabiliteit voorvloeistoffen zijn