_.__~~~~~__? onderzoekir.D.BourJon, BESIX-studiebureau nv, Brussel? duurzaamheidHet klimaat in de Verenigde Arabische Emiraten is zeer agressiefvoor betonconstructieswaardoor, als gevolg van onjuiste mengselsamenstellingen, aan de in dejaren zestig ge-bouwde constructies veel schade is ontstaan. Na gedegen onderzoek is een aantal crite-ria opgesteld waaraan moet worden voldaan om duurzame betonconstructies te verkrij-gen. Deze criteria zijn bij drie projecten in praktijkgebracht: deBaynunahTower,hetAI Va-satvillacomplexen hetherstel van de MussafahBridge,alledriegelegen in Abu Dhabi.BOUWENMETHOOGWAARDIGBETONINDEVERENIGDE ARABISCHE EMIRATENCEMENT1997/11In maart 1968 kondigde Groot-Brittanni?aan dat het in 1971 het gebied ten oostenvan het Suezkanaal zou verlaten. De heer-sers van zeven kleine Emiraten, gelegen opde oostelijke flank van het Arabisch schier-eiland, besloten daarop zich te verenigen ineen federatie, de Verenigde Arabische Emi"raten.De ontwikkeling van de olie-industrie, beginvan de jaren zestig, en de strategische lig-ging aan de ingang van de Arabische Golf,leidden tot internationale belangstelling.Een uitermate snel proces van economi-sche en sociale ontwikkeling, binnen een ka-der van politieke stabiliteit, heeft geleid toteen bevolkingsexplosie van aanvankelijk200 000 tot meerdan 2,5 miljoen inwoners,hoofdzakelijk immigranten, aangetrokkendoor lucratieve petrodollar-contracten.De behoefte aan omvangrijke infrastruc-tuurwerken bracht met zich mee datinterna-tionale aannemers er zich vestigden, voor-namelijk in het emiraat Sharjah, sinds 1820overheerst door de Engelsen, die het mono-polie over de vaarroute tussen India en deArabische Golf wilden behouden.Een van de aannemers was Six Construct,een dochterfirma van BESIX, die reeds in1967 een eerste opdracht verwierf in dehoofdstad Abu Dhabi.Klimaat en lokale problematiekHet zeer agressieve semi-aride klimaat(woestijnklimaat), met zeer hoge tempera-turen en een vochtigheidsgraad van nage-noeg 100%, wordt nog verergerd door eenzeerhoge concentratie chloriden in de lucht.De onoordeelkundig gekozen betonsamen-stellingen, voornamelijk door Engelse con-sultants die hun Commonwealth-ervaringenten onrechte extrapoleerden naar de Vere-nigde Arabische Emiraten, en het gebrekaan zoet water, waardoor in het begin zelfszeewater als aanmaakwater werd gebruikt,hebben ertoe geleid dat nagenoeg alle be-tonconstructies uit dejaren zestig -zeventigofwel aan herstellingtoe zijn, ofwel dienen teworden afgebroken.Het is dan ook niet verwonderlijk dat sindshet begin van de jaren negentig veel onder-zoek is verricht naar het verkrijgen van duur-zame betonconstructies. De uitdaging voorde hedendaagse ontwerper is duidelijk: hoewordt een duurzaam beton verkregen datvoldoet aan de volgende eisen:? corrosiebestendigheid;? vereiste betonsterkte;? scheurbeheersing.De elementen die hierop invloed hebbenkunnen als volgt worden gegroepeerd:Corrosiebestendigheid? reductie van het chloridengehalte;? vermijden van vervuiling van het wape-ningsstaal;? voldoende betondekking;? adequate oppervlaktebescherming.Corrosiebestendigheid en betonsterkte? lage water-cementfactor;? waterreducerende toevoegingen;? goede betonverdichting;? optimale curing;? impermeabiliteit door toepassing silicafu-me.Betonsterkte? cementgehalte;? soort toeslagmateriaal.17? utiliteitsbouw ? onderzoek ? duurzaamheid@ Baynunah tower in aanbouw@ Baynunah tower te Abu Dhabi18Scheurbeheersing? ontkistingstijd;? onmiddellijk en langdurig curen;? temperatuurcontrole van:- vers beton;- bekisting;- wapening;- onverhard beton;? windschermen waar nodig;? afdekken van pasgestorte vloeren;? gepaste keuze en behandeling van de voe-gen;? toevoegen van polypropyleenvezels.Aan de hand van een drietal gerealiseerdeprojecten wordt nagegaan hoe deze criteriain de praktijk zijn gebracht.BAYNUNAH TOWERDe Baynunah Tower, voltooid in 1995 in AbuDhabi, de hoofdstad van de Verenigde Arabi-sche Emiraten, isde eerste toepassing vanhogesterktebeton in de woningbouw (foto's1 en 2).De toren is ontworpen door Abadi Arkan, ei-genaar van Arkan Architects Consultants,die het volledige concept, alsmede de su-pervisie van de bouwvoorzijn rekening nam.Het sleutel-op-de-deur project, ter waardevan 2 miljard BEF, werd door BESIX, via haardochterbedrijf Six Construct, gerealiseerd in36 maanden.Het 163m hoge gebouw, waarvan 157 m be-tonconstructie, is tot op heden het hoogstebetonnen bouwwerktussen Bombayen Cairo.De technische gegevens zijn opgenomen intabel 1.Voorafgaand onderzoekReeds in 1991voerde de Consultanteen uit-gebreid laboratoriumonderzoek uit ter be-paling van de optimale betonsamenstelling.Het doel was een beton te produceren meteen zeer lage permeabiliteit (volgens DIN1048) en dito chloridendiffusie (volgensAASHTO T-277-83). De grootste schade aanhet beton wordt immers veroorzaakt doorhet indringen van in water opgeloste chlori-den door het doorlatende betonoppervlak.Uit het onderzoek bleek dat een ondoorla"tend beton het best kon worden gereali-seerd door 10% van het initi?le cementge-halte te vervangen door silicafume, in com-binatie met een water-bindmiddelfactorvan0,35. Ten opzichte van het referentiebeton(zonder silicafume) daalde de permeabili-teit met een factor 8 en de chloridendiffusieCEMENT1997/11@) Permeabiliteit als functie van de water-cementfactor5a b040gx.0E.3 3;:)0LJlillil2;:)....~TIClilTI,:.3=ur00,35 0,45 0,35 0,45ba202515EE:t: 10lil.....0rolil5EL-lil0.r ? 0,35 0,45 0,35 0,45? Gemiddelde waarden van permeabiliteit en chloridendiffusie voor monsters zonder (a)en met silicafume (b) als functie van de water-bindmiddelfactorTabel 1Gegevens Baynunah Tower te Abu DhabiCorrosiepreventie? Beperking van het chloridengehalte (mas-sa van de chloriden gedeeld door de mas-sa van hetcement) in hetbeton tot 0,1%.? Voldoende betondekking om de wapeningte beschermen zonderscheuren te veroor-zaken.? Geschikte oppervlaktebescherming (kool-teer, epoxy).? Ondoorlatend beton, met beperking vande waterdoorlatendheid tot ??3 mm.Ook leidde het onderzoek ertoe te opterenvoor OPC-cement (normaal portlandce-ment, ASTM type 1), zowel voor de funderin-gen als voor de opgaande constructie, in te-genstellingtotde algemeen geldende opiniedat voor de funderingen SRC-cement (ce-ment methoge bestandheid tegen sulfaten)dient teworden gebruikt. OPC-cement heeftechter het voordeel dat het een voldoendehoog percentage tricalciumaluminaat (C3A)bevat, dat zich verbindt met de chloriden enzo aantasting van het wapeningsstaal voor-komt.De CIRIA-Aanbevelingen bevelen eveneenshet gebruik van OPC-cement aan wanneerchloriden en sulfaten tezamen voorkomen.De basis-betonsamenstelling is weergege-ven in tabel 2. Het RAK. (Ras AI Khaimah)grof zand wordt ter plaatse gewonnen.Het tobermorite gel (calciumsilicaathy-draat) dat wordt verkregen door de puzzo-laanreactie, veroorzaakt het 'packing effect'dat de pori?n vult, verhoogt de betonweer-stand en vermindert de permeabiliteit dras-tisch. CIRIA Special Publication 31 bevateen diagram dat de permeabiliteit weer-geeft als functie van de water-cementfactor(fig. 4).met een factor 4 (fig. 3). In de figuur z?n ookde resultaten met een water-bindmiddelfac-tor van 0,45 weergegeven, waarb? de afna~men minder Z?n dan bij 0,35.De chloridendiffusie bedroeg slechts 300tot 600 Coulomb.Dit was vooral te danken aan:? lage water-bindmiddelfactor.Het gebruik van waterreducerende toe-slagstoffen (superplastificeerders), ge-middeld 7 Ijm3, maakte het mogel?k dewater-bindmiddelfactor te beperken tot0,33 met een verwerkbaarheid van 90 mi-nuten. Een gedeelte van deze plastificeer-ders werd op het werk in de mixers toege~voegd; ~12~EE 107~8....'w:5.0rolilE 40-QJ0.r2? 0,3 0,4 0,S 0,6CEMENT1997/11 19? utiliteitsbouw ? onderzoek ? duurzaamheidTabel 2Basis-betonsamenstelling Baynunah TowerTabel 3Betonsamenstelling kolommen en schachten Baynunah Tower in dezomerperiode? vervanging van 10% van de cementmassadoor silicafume;? adequate betonverdichting.Het gebruik van gladde bekistingen en tril-naalden isaan te raden. Silicafume is vis"keus en weinig vloeibaar. Eenmaal gevi-breerd is het gemakkelijk verwerkbaar.Grindnesten of betonsegregatie komenzeer weinig voor.Het is opmerkelijk datin de Verenigde Arabi-sche Emiraten veel gebruikte middelen te-gen corrosie, in Baynunah niet werden toe-gepast, namelijk:? bescherming van de wapening met epoxy"verf;? SRC-cement (af te raden waar sulfaten enchloriden tezamen voorkomen);? kathodische bescherming (kosten - be-trouwbaarheid - onderhoud);? inhibitors (vertragers van het corrosiepro-ces, meestal echter versnellers van dever-harding, die niet aan te raden zijn in heetklimaat; van duurzaamheid op langere ter-mijn is te weinig bekend).ScheurbeheersingHetoptreden van microscheurtjes is een al-gemeen verschijnsel bij het storten van be-ton in aride weersomstandigheden, vooralwanneer de verhouding oppervlakte/volu-me groot is.Devolgende maatregelen werden getroffen:? hydratatiewarmte.De hoeveelheid hydratatiewarmte die zichgedurende de eerste 12 uur (dus v??r deverharding) ontwikkelt, neemt toe met destijging van de temperatuur inde onmid-dellijke omgeving. De temperatuur van het20wapeningsstaal, debekistingen hetbetonmoest dan ook strikt onder controle wor-den gehouden.Betonstorten was slechts toegestaan bijeen omgevingstemperatuurvan maximaal37?C, hetgeen betekende dat alleen 'snachts gestort kon worden. De maximum-temperatuur van het beton bij storten wasbeperkt tot 32?C voor de opgaande con-structie en 30 ?c voor de funderingen.Daarom werden de toeslagmaterialen op-geslagen onder zonweringen, werd hetaanmaakwater gekoeld tot 4 ?c en werd ergedurende de zomerperiode ijs toege"voegd.Circa 1100 ton ijsbrokken waren nodig omde temperatuur voldoende laag te hou-den;? curing.De extreme hitte en het gebruik van silica-fume noodzaakten een zeer strikte curing-procedure. Het toevoegen van silicafumegaat gepaard met een gebrek aanbleeding en dus is onmiddellijke compen-satie van de verdamping noodzakelijk voorhet voltooien van het hydratatieproces.De bekistingen bleven de eerste 72 urenna hetstorten ter plaatse (niet gecompen-seerd waterverlies veroorzaakt in deze pe-riode scheuren en sterkteverlies). Alle aande omgeving blootgestelde oppervlakken(behalve de onderkanten van vloeren, be-handeld met een curing compound) wer-den minimaal tien dagen afgeschermdmet continu natgehouden jute doeken enondoorschijnende plasticfolie;? constructievoegen.De plaatskeuze en de behandeling (ruwoppervlak, alternerende positie, geen los-se elementen, aanhechtingsproducten,waterstops....) van constructievoegen zijnzeer belangrijk, vooral ter vermijding vanverticale scheuren doorhorizontale krimp;? polypropyleenvezels.Deze werden gebruikt voor waterhouden-de elementen (kelderwanden, watertanksen zwembad) in een hoeveelheid van 0,9kg/m3.SterkteHet verkrijgen van hoge betonsterkten wasniet het voornaamste doel, maarwas hetge-volg van de geleverde inspanningen omhoogwaardig beton te verkrijgen:? lage water-bindmiddelfactor (0,33).Er dient echter wel op te worden gelet datde hoeveelheid cement niet steeds meerwordt opgevoerd. De duurzaamheid zalnietnoodzakelijkblijven verbeteren, vooralniet in hete klimaatomstandigheden, aan-gezien elke 50 kg cement extra per m3be-ton de hydratatietemperatuur doet stijgenmet 6 ? 7?C;? silicafume ter vervanging van cement;? toeslagmateriaal.Hoekig toeslagmateriaal (crushed Ii-mestone) geeft betere resultaten danrond glad toeslagmateriaal.De samenstelling van het beton voor de ko-lommen en schachten gedurende de zomer-periode is weergegeven in tabel 3.De kubusdruksterkten (kubussen 150x 150x 150 mm3 ) na 28 dagen van het beton voorde kolommen en de liftschachten zijn weer-gegeven in tabel 4.De gemiddelde waarde bedraagt 90,75N/mm2, met een standaarddeviatie van 8,3CEMENT1997j11N/mm2. Dit is een relatief hoge waarde,maar het is algemeen bekend dat de stan-daarddeviatie toeneemt met hogere gemid-delde sterkten.De waarde van 90 N/mm2 als bovengrens iste wijten aan de capaciteit van de drukbankdie beperkt was tot 2000 kNo Beproevingenmet zwaardere machines gaven druksterk"ten tot 110 N/mm2? Het is interessantte we-ten dat het breukpatroon nagenoeg steedshet bezwijken van de toeslagmaterialen lietzien. Voor het maken van supersterke betonmoet de aandacht eerder worden toege-spitst op het gebruik van sterkere toeslag-materialen, dan op het verbeteren van decementmatrix.Tabel 4Kubusdruksterkten kolommen en schachtenna 28 dagen120Tabel 5Ontwikkeling kubusdruksterkte in de tijdvoor kolommen en schachten? Sterkteontwikkeling van monsters cured in de hoge omgevingstemperatuur (a) in verge-lijking met die van monsters cured in een klimaatkamer van 22 oe (b)448224112562614100.",:/."..a '".//~ 60 .-1'L: / / Lbal ",'tl ~./'r:-;--r--~----'---r--...---r------r--...,'"EE 80--zDe ontwikkeling van de betondruksterkte inde tijd is weergegeven in tabel 5.Interessant is de ontwikkeling van de beton-drUksterkte van monsters cured in de hogeomgevingstemperatuur in vergelijking metdie van monsters cured in een klimaatkamermet een constante temperatuur van 22?C(fig. 5). In het begin is de sterkte van de eer-ste groep hoger dan die van de tweedegroep, maar de toename vermindert indetijd om uiteindelijk lagere resultaten te ge-ven. Bij dete verwachten sterkten van beton,gestort en cured bij zeer hoge omgevings-temperaturen, moetdan ook de nodige voor-zichtigheid in acht worden genomen.De Baynunah Tower wordt sedert midden1995 uitgebaatdoor de Hilton hotelketen.AL YASAT VILLA COMPLEXEveneens in Abu Dhabi en volgens het ont-werp van Arkan Architects Consultants ? AI Yasat villacomplex te Abu Dhabibouwt Six Construct een villacomplex terwaarde van 1,2 miljard BEF.Dewerken omvatten de bouw van zestig ul-tra-luxueuze, uit drie verdiepingen bestaan-de villa's (foto 6), met een oppervlakte van680 tot 840 m2, een monumentaal toe-gangsgebouw, club, zwembad, speelplein,onderstations en een ruime parking.Uit duurzaamheidsoverwegingen wordt ookhier beton met silicafume toegepast (karak-teristieke kubusdruksterkte 70 N/mm2 ). Detotale hoeveelheid beton bedraagt 35 000m3.Als alternatiefvoor de gewapend-betonvloe-ren zijn voorgespannen holle gewelven ge-bruikt, waarvoor in het beton eveneens sili-cafume is verwerkt. De samenstelling isweergegevenintabel6. ~CEMENT1997/11 21? bruggenbouw ? onderzoek ? duurzaamheidTabel 6Betonsamenstelling voor 200 mm holle gewelven van AI Yasat villacomplexHERSTEL MUSSAFAH BRIDGEEen probleem dat ook reeds in Baynunahwas ervaren, betreft de adhesie van afwer-kingsmaterialen. Het 'packing effect' van si"licafume maakt het betonoppervlak minderruwen minderwaterabsorberend. Ten gevol-gehiervan is het beton niet geschikt vooreen aantal afwerkingsproducten die welgoed op gewoon beton kunnen worden toe-gepast (bijvoorbeeld cementbepleistering).Speciale aandacht voor de afwerking is dusnoodzakelijk.De Mussafah Bridge, gebouwd tussen 1976en 1978, is??n van de twee bruggen die AbuDhabi stad verbinden met het vasteland.o Herstel pijlers Mussafah Bridge meteen 250 mm dikke betonlaag op kathodi-sche beschermingDe brug heeft een lengte van ongeveer 480m, met tien opgelegde overspanningen van31 m, afgewisseld met negen vaste over-spanningen van 19 m. De brugpijlers zijn Y-vormig en gefundeerd op palen. De tweebrugdekken, elk met een totale breedte van13 m, zijn 160 mm dik en worden gedragendoor tweemaal tien voorgespannen prefabliggers van 1,5 m hoog. De vaste balken overde pijlers zijn ter plaatse gestort. Het voet-pad bevat een aantal nutsleidingen, waar-onder 132 kV kabels die de stad van stroomvoorzien. De brug heeft een decoratieve alu-minium balustrade met ingewerkte verlich-ting.22 CEMENT1997/11? Herstel pijlerarmen Mussafah Bridge: spuitbeton op kathodische beschermingTabel 7Samenstelling spuitbeton voor herstel Mussafah BridgeOnderzoek van de brugOp verzoek van The PubHc Works Depart~ment of the Emirate of Abu Dhabi verrichttede Engelse consultant Rendel Palmer & Trit-ton in 1994 een onderzoek naar de toe-stand en veiligheid van de brug.De inspectie ervan en het omvangrijke test-onderzoek op verschillende onderdelen vande brug, bevestigden dat de MussafahBridgete lijden had aan een verlies aan duur-zaamheid van het beton, maar niet zodanigdat herstel onmogelijk was.Zwaar gehavend waren vooral depijlers in dezone onderhevig aan getijdewerking, waarde wapening zeer ernstig was aangetast tengevolge vanchloridenconcentraties hogerdan 1,25%, de armen van de V-vormige pij-lers, het beton onder de opleggingen en inde omgeving van de uitzetvoegen.Deretour-muren van de landhoofden vertoonden die-pe scheuren en afbrokkelende stukken be-ton, te wijten aan de aantasting van de ce-mentmatrix door sulfaten.De uitzetvoegen waren zeer slecht uitge-voerd, waardoor water en met zout verza-digd zand zich op de pijlers ophoopten enhet beton afsplinterde in de omgeving vande voegopening.De armen van de pijlers vertoonden grotescheuren ter plaatse van de verbinding methet verticale gedeelte (buigscheuren). Ineen eerdere herstellingsperiode van debrugwaren deze scheuren, ongeveer 3 mmbreed, gedicht, maar nieuwe scheurtjes wer-den aangetroffen.De geprefabriceerde betonnen dekplatenover de kabelgoten in de voetpaden warenzeer zwaar beschadigd door corrosie van dewapening. Accumulatie van met zout verza~CEMENT1997/11digd zand leiddetotbeschadigingvan de on-derkant van het brugdek ten gevolge vanvochtdoorsijpeling.Inspectie van de voorspankabels van deprefab balken toonde aan dat de kabels ingoede staat waren en dat het chloridenge-halte in het groutmateriaal laag was.Er was echter wel twijfel over de constructie~ve toestand van de externe voorspanningvan de pijlers, aangezien sommige kabelsdoorbogen en voorspankracht verloren.HerstellingwerkenNa hetverwijderen van hetafgebrokkelde enaangetaste beton van de pijlers boven depaalkoppen, werd op de schacht een katho"dische bescherming aangebracht, afgedektdoor een 250 mm dikke betonlaag (foto 7).Hetzelfde gebeurde bij de armen van de pij-ler, maar meteen spuitbetonomhulling (foto8).De samenstelling van het spuitbeton, dateen karakteristieke kubussterkte van 40N/mm2 diendetehebben, is weergegeven intabel 7.De kathodische bescherming, een titaniummesh, wordt bedekt met een 25 mm dikkespuitbetonlaag met een totale oppervlaktevan 9193 m2, waarvan 1445 m2 verticaal,192 m2 horizontaal, 2737 m2 ondereen hel-ling en 4819 m2horizontaal boven hethoofd. Voorafgaand werden de oppervlak-ken gestraald met water onder hoge druk.Op testpanelen werden de volgende proe"ven uitgevoerd:? betonsterkte;? Bulk Electrical Resistivity (BER);? adhesie methetbeton in situ.Andere herstellingswerken (plaatselijk be-handelen van scheuren in de balken, aan-brengen van uitwendige voorspanning, opvij-zelen van de brug en vervanging van de op-leggingen, herstellen van de uitzetvoegen inhet brugdek, plaatsen van betonnen veilig-heidsafsluitingen, nutsleidingen, nieuwevoetpaden enz.) vallen buiten hetkadervandit artikel.?23