ir.Th.MonnierTNO-IBBC, Rijswijkir.J.M. van GeestRijkswaterstaat, directie Sluizen en StuwenBetonond?erzoek voor destormvloedkering:de duurzaamheid va.n debetonconstructiesVerhardingstijd .in dagenHet probleem kan nog naderworden verdui-delijkt door figuur 3 waarin het spannings"verloop wordt getoond dat gedurende deverhardingsperiode optreedt. Dit span-ningsverloop is gemeten bij experimentenop betonprisma's van 150 x 150 x 700 mmoDeze prisma's vertegenwoordigen beton uithet inwendige van een grote betonmassa.Om te kunnen beoordelen of scheurvormingzal optreden als gevolg van de hydratatie-warmte die is ontwikkeld, moeten de trek-spanningen in het beton (Jctworden vergele-ken met de treksterkte van het beton fct. Bei-de grootheden ontwikkelen zich in de tijd t.Om scheurvorming te vermijden, moet wor"den voldaan aan de eis dat (Jct < fct. Dezebeoordeling is betrekkelijk ingewikkeld. Hetschema dat in figuur 2 wordt getoond, geeftde factoren in hun onderlinge relaties diebepalen of scheurvorming in jong beton zaloptreden of niet. De temperatuur in de be-ton massa is daarbij van groot belang.Aannemende dat enige belemmering van devervorming altijd wel zal optreden, is detemperatuurverandering direct verantwoor-delijk voor de ontwikkeling van de spannin-gen. Aan de andere kant is de temperatuur-ontwikkeling ook een belangrijke factorvoor de ontwikkeling van de betoneigen-schappen in de tijd, namelijk de stijfheid ende sterkte van het beton.2. Het jonge betonDe verharding van beton is het resultaat vande hydratatie van het cement. De cement-reactie is exotherm. De door de hydratatieontwikkelde warmte kan een aanzienlijkestijging van de temperatuur in het inwendi-ge van de betonmassa veroorzaken omdatde warmtegeleiding van beton betrekkelijklaag is. Figuur 1 laat een paar voorbeeldenzien van de temperatuur-ontwikkeling die inhet inwendige van verhardend beton is ge-registreerd wanneer de verharding plaats-vindt onder bijna adiabatische omstandig-heden. De maximum temperatuur kan oplo-pen tot waarden boven 70?C.Scheuren kunnen ontstaan wanneer het be-ton niet vrij kan vervormen en de rekken aanhet materiaal worden opgelegd. In dat gevalkunnen trekspanningen ontstaan en isscheurvorming waarschijnlijk, in het bijzon-der in de periode waarin het beton weerafkoelt.De betonconstructies van de stormvloedke-ring met in het bijzonder de pijlers hebbengrote afmetingen. Betrekkelijk grote hoe-veelheden beton worden in ??n keer ge-stort. Met het oog op het streven naar onge-scheurd beton moeten de spanningen in demassa jong beton nader worden beschouwden eventueel worden gereduceerd. Onder-zoek om het jonge beton ongescheurd tehouden, zal worden behandeld in paragraaf2.De voorspelling van de scheurwijdte die ingewapend beton kan optreden bij grote be"tondekkingen en grote staafdiameters, ver-eiste de nodige aandacht. De normale for-mules geven hierbij niet altijd bevredigenderesultaten. Onderzoek naar dit aspect wordtbeschreven in paragraaf 3.1. InleidingDe stormvloedkering Oosterschelde moetnatuurlijk betrouwbaar blijven functionerenin de lange, vereiste levensduur van 200jaar. AI die tijd zal de kering in een agressie-ve omgeving staan. De duurzaamheid vande constructie is dan ook een belangrijk as-pect bij het ontwerp en bij de uitvoering vande bouw. Dit artikel zal een overzicht gevenvan enkele van de onderzoekingen die metbetrekking tot de duurzaamheid van de be-tonconstructies werden uitgevoerd.De strategie die met het oog op de duur-zaamheid bij het ontwerp van debetoncon-structies is gevolgd, hield in feite in te stre-ven naar zoveel mogelijk ongescheurd be-ton. Daarom is het merendeel van de beton-constructies ontworpen in voorgespannenbeton. Het beton zelf moet natuurlijk vaneen goede kwaliteit zijn en een grote dicht-heid hebben. Voor de bescherming van dewapening werd gekozen voor grote beton"dekkingen. Bijzondere aandacht werd be-steed aan de bescherming van de voorspan-kabels en de verankeringen, met inbegripvan de injectie van de kabelkanalen. De gro-te constructies zoals de pijlers zijn boven-dien voorzien van een zogenoemde huidwa-pening. Dit is een kruisnet van wapening datmet een redelijke dekking onder het volledi-ge oppervlak van de constructies is aange-bracht. De huidwapening moet ervoor zor-gen dat eventueel toch optredende scheur-vorming of een plaatselijke beschadigingvan ondergeschikte betekenis zullen zijnvoor de duurzaamheid van het geheel.25.e)Temp. bij1SoC verharding100eMengsel 1-2350kg A_cement/m3betonmengselsamensleUingcemenlso.ort t . ~~~~enlgehalle ~-~--t.I~:;::~~~;~::'le ~::,~:::ngs--IC bekistingnabehandelingr - - koelingf---------mengseltemperatuurontwikkeling van Itemperatuur? Ib I I h Ioo--------l verdeling Ine one gense appen I de liJdstijfheidkruiprelautledruksterkte1I~'h'""" ~Igeen .scheurentreksterkte1Ksnmerkende krommen voor hetverloop vande gemiddelde temperatuur in de eerstedagen van de verharding in 1 m-kubussen(cementgehalte 350 kg per m3 beton),verhardend onder nagenoeg adiabatischeomstandigheden2Factoren die het gedrag en descheurvorming van jong beton bepalenCement XXXIV (1982) nr. 11 7743aOpgelegd temperatuurverloop tijdens deverharding van prisma's waarvan devervorming werd belemmerd3bKenmerkend verloop van spanningen ineenprisma waarvan de temperatuurvervormingvolledig werd verhinderd in de eerste dagenvan de verharding (temperatuurverloop alsgetoond in figuur 3a)~::~.~ .10!!!4 5 6 7 8 9 1 0-------. Tijd (dagen)Figuur 1 laat de kenmerkende krommenzien voor het temperatuurverloop in deeerste dagen tijdens de verharding bij de2.1. Het temperatuurverloop in beton tij-dens de eerste dagen van de verhardingAangezien het cement de hydratatiewarmteproduceert, is de hoeveelheid warmte dievrijkomt in een massa beton in hoofdzaakafhankelijk van het type cement en de ce-menthoeveelheid. De snelheid waarmee dewarmte-ontwikkeling plaatsvindt, wordtdaarenboven bepaald door de temperatuuren de verhardingsgraad. De invloed van deverschillende factoren is welbekend vanuitde cementchem ie en kan voor specifieke ce-menttypen worden vastgesteld met betrek-kelijk eenvoudige proeven.Men zou daarom kunnen veronderstellendat door het invoeren van de warmtecapaci-teit van het beton, de temperatuurstijging inde betonmassa berekend zou kunnen wor-den. Het is echter gebleken dat de korrel-achtige structuurvan het betonmengsel, hetwatergehalte en het gebruik van toeslagma-terialen de verwachtingen die op basis vaneen dergelijke berekening worden gemaaktaanzienlijk kunnen be?nvloeden.Daarom is besloten de temperatuurstijgingrechtstreeks te meten in beton van vergelijk-bare samenstelling als het beton dat in debeschouwde constructie zal worden toege-past. Hiervoor zijn grote kubussen gestortmet zijden van 1 m. Op verschillende puntenin het inwendige van deze kubussen is detemperatuurontwikkeling gemeten gedu-rende de eerste dagen van de verharding. Deverhardingscondities werden nagenoegadiabatisch gehouden, waartoe de kubus-sen met een dikke laag isolatiemateriaal zijnomhuld. Bovendien werden de kubussengestort en nabehandeld in een specialeruimte die op een vaste temperatuur werdgeconditioneerd. Voor het aanmaken van debetonspecie van de kubussen zijn het ce-ment en de toeslagmaterialen eveneens opde gewenste temperatuur gebracht. Gedu-rende de verdere metingen aan de kubussenwerd de betreffende temperatuur als omge-vingstemperatuur gehandhaafd.Drie temperatuurniveaus zijn in het onder-zoek betrokken: 10?C, 15?Cen 25?C. Elk vande twaalf onderzochte mengsels die in tabel1 zijn aangegeven, is behandeld op elk vande drie genoemde temperatuurniveaus. Metinbegrip van drie duplikaat-proeven pertemperatuurniveau, zijn in totaal 45 kubus-sen onderzocht. De veranderlijke groothe-den die in de betonmengsels zijn toegepast,worden in tabel 1 genoemd. Er werden tweetypen cement gebruikt: hoogovencementklasse A (normaal verhardend) en hoog-ovencement klasse B (snel verhardend). Demengsels 1 tlm 4 waren speciaal samenge-steld voor toepassing in de stormvloedke-ring. De vereiste karakteristieke sterkte vanhet beton voor de verschillende elementenvan de kering bedraagt 45 N/mm2 respectie-velijk 37,5 N/mm2.staan of niet. Op basis hiervan kunnen doorde constructeur de nodige maatregelenworden voorzien, om scheuren tevoorkomen.Hierbij moet worden opgemerkt dat de in-vloed van lange-duurbelasting wordt inge-voerd door een eenvoudige factor Cr, die derelaxatiefactor is genoemd. Wetende datkruip en relaxatie hun oorzaak vinden in ge-lijksoortige verschijnselen en beide despanningen die van belang zijn be?nvloe-den, zal toch eenvoudigheidshalve alleenover relaxatie worden gesproken.Met het hiervoor omschreven eenvoudigemodel is in feite vastgelegd welke informatiedoor middel van onderzoek moet wordenverkregen. Wanneer de in het rechterlid vande gegeven formules voorkomende groot-heden bekend zijn, kan immers met goedebenadering worden berekend welke span-ningen in het jonge beton zullen optreden.Hieruit volgt dan of scheurvorming zal ont-~Oct = - r . et . ~ Tt . Cr . E'otwaarin:~Oct = de verandering van de spanning inde periode ~t (-teken staat voordrukspanning);r = debelemmeringsfactor, 0 ~ r~ 1;a = de Iiniaire uitzettingsco?ffici?ntvan het beton;~ Tt = de temperatuurverandering in deperiode M (+ staat voor eentemperatuurstijging);Cr = een relaxatiefactor, 0 ~ Cr ~ 1;E'ot = de elasticiteitsmodulus van hetbeton in de periode M, die wordtbepaald door de raaklijn in deoorsprong aan het betreffendespanning"stuikdiagram van hetbeton.t = t,Oct = I -r?a?~Tt?Cr?E'ot
Reacties