O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2003 776P r e s t a t i e g e r i c h t o n t w e r p e nIn de bouw (met name de sectorciviele infrastructuur) hebben,nationaal en internationaal, sindsenkele jaren belangrijke verande-ringen en ontwikkelingen plaats,zoals:? ontwikkeling van nieuwe be-tonsoorten met betere presta-ties en/of een betere `milieu-performance' (prestatiegerichtbeton);? toenemende aandacht voor hetontwerpen van beton met ei-genschappen afgestemd op(locatie)specifieke omstandig-heden. Door niet alleen opsterkte te ontwerpen, maarook op basis van een integraleprestatiebeoordeling, kan hetmateriaal optimaler wordentoegepast;? verschuiving van ontwerpengericht op minimaliseren vanstichtingskosten naar ontwer-pen gericht op het minimalise-ren van de totale levenscyclus-kosten (Life Cycle Costs, LCC);? verschuiving van onderhoudvan betonconstructies op basisvan `voorschriften en routines'naar een planmatige werkwij-ze op basis van functioneleeisen.Nieuwe vormen van aanbeste-ding en contractvorming rond derealisering van omvangrijke in-frastructurele werken spelen de-ze ontwikkelingen in de kaart.Kenmerkend is dat traditionelevormen van ontwikkeling, aanbe-steding en beheer van infrastruc-turele werken door ??n partij,plaats maken voor geheel nieuwesamenwerkingsvormen met ver-schillende partijen, die langdurigzijn betrokken bij de levenscyclusvan projecten.Het kenniscentrum DuCon richtzich vooral op innovatieve toepas-singen van beton in civiele infra-structurelebouwwerken(bruggen,tunnels enz.). De reden daarvooris dat het maatschappelijk belangvan het op een doelmatige en ef-fici?nte wijze ontwerpen, bou-wen, beheren en onderhoudenvan deze bouwwerken, groot is.Ditiseendrijvendekrachtvoorin-novatie. De onderzoeksresultatendie worden bereikt, zullen naarverwachting een afgeleide toepas-sing kennen buiten de infrastruc-tuur.D u u r z a a m O n t w e r p e nO n d e r h o u dDankzij de plaats van het kennis-centrum kan de ontwikkeldekennis voor het ontwerpen en on-derhouden van beton(construc-ties) internationaal toonaange-vend zijn. Om de expertise tefocusseren op de behoeften, is denadruk gelegd op twee thema's,te weten Duurzaam Ontwerp enBeheer en Onderhoud. De samen-hang van deze thema's met rele-vante onderzoeksaspecten is uit-gebeeld in figuur 1.BinnenhetthemaDuurzaamOnt-werp staat de ontwerpfilosofie, diewordt bepaald door de levensduuren veiligheid van de (beton)con-structie, centraal. Het zwaarte-punt van het onderzoek binnenDuurzaam Ontwerpen Onderhoud vanBetonconstructiesdr.ir. A.H.J.M. Vervuurt en dr. J.H.M. Visser, TNO Bouwprof.dr.ir. J.C. Walraven en prof.dr.ir. K. van Breugel, TU Delft, faculteit CiTGGrote infrastructurele bouwwerken die de laatste jaren zijn en worden gere-aliseerd (HSL, Betuweroute, Noord-/Zuidlijn enz.), hebben ertoe geleid dat ereen steeds grotere behoefte ontstaat aan fundamentele kennis over integraalen effici?nt ontwerpen en beheren van betonconstructies. Om in deze behoef-te te voorzien is door TNO Bouw en de faculteit der Civiele Techniek enGeowetenschappen (CiTG) van de Technische Universiteit Delft het kenniscen-trum Duurzaam Ontwerp en Onderhoud van Betonconstructies (Centre forDurable Concrete Structures, DuCon) opgericht.Doel van deze structurele samenwerking is het bereiken van meer wisselwer-king tussen praktijk en onderzoek. Het geven van meer structuur en openheidaan het uit te voeren onderzoek, brengt de werkelijke behoefte in kaart om tekomen tot een duurzamer, veiliger en doelmatiger infrastructuur. De resulta-ten van het onderzoek komen direct ten goede aan de beheerders van dezeconstructies, maar ook aan ontwerpers, bouwers en toeleveranciers.Constructie-materialen bestaandnieuwMonitorenvan gevolgenvan processenLevensduurVeiligheidDegradatiemechanismenReparatiesreststerkte levensduurBetonconstructiesRegelgevingOntwerp-filosofieOnderhouds-filosofieDuurzaam Ontwerp Beheer en Onderhoud1 | Schematisch overzichtvan de werkgebieden vanhet kenniscentrumO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2003 7 77dit gebied betreft de uitvoeringvan (rest)levensduurberekeningenen het daarvoor benodigde mo-delleren van degradatiemechanis-men in beton.Binnen het thema Beheer en On-derhoud wordt voornamelijk on-derzoekverrichtophetgebiedvanhet kosteneffici?nt beheren enonderhouden van betonconstruc-ties. Meet- en reparatietechnie-ken spelen als vanzelfsprekendeen belangrijke rol. De ontwik-kelde kennis is toe te passen bijhet ontwerpen en beheren vanbouwwerken op de totale LifeCycle Costs (LCC). Bij deze wijzevan ontwerpen wordt van de con-structie een bepaalde functionali-teit gevraagd over een gegeven re-ferentieperiode, tegen minimaleintegrale kosten.Momenteel wordt binnen de tweethema's op een aantal onderwer-pen onderzoek voorbereid. Ge-zien het fundamentele karakterervan, zal dit in de meeste geval-len door promovendi worden uit-gevoerd (tabel 1). Deze onderwer-pen worden kort toegelicht.E C O - b e t o nDetoepassingsmogelijkhedenvannieuwe betonsoorten zoals betonmet een hoog gehalte aan secun-daire grondstoffen, een laag ce-mentgehalte of alternatieve bind-middelen, worden veelal beperktdoor het ontbreken van regelge-ving. Gezien de verwachting datin de toekomst steeds meer nieu-we materialen geproduceerd zul-len worden, biedt een algemeneaanpak voor het ontwerpen metdergelijke materialen hiervoor eenoplossing.Onlangs is door EET-KIEM1) eengezamenlijk projectvoorstel vande TU Delft, TNO Bouw en He-ijmans goedgekeurd voor het ver-richten van een haalbaarheidsstu-die over deze problematiek. In hetproject, dat een looptijd heeft van??n jaar, wordt aandacht besteedaan de volgende aspecten:? de mogelijkheid een beton teontwikkelen met een aan-zienlijk lager cementgehalte(gestreefd wordt naar 40%verlaging) met behoud van(sterkte)eigenschappen enwaarbij milieubelastende rest-stromen nuttig wordeningezet;? het geven van een eerste opzetvoor beoordelingsrichtlijnengebaseerd op de prestaties van(beton)constructies.? Het project heeft tot doelrichting en sturing te gevenaan noodzakelijk vervolg-onderzoek.B r a n d v e i l i g b e t o nBrandveiligheid van betoncon-structies is een steeds belangrij-ker aspect bij het ontwerp, debouw en het onderhoud van be-tonconstructies. E?n van de be-langrijkstetestelleneisenaaneenconstructie tijdens brand is datdeze haar dragende functie be-houdt (foto 2), in elk geval ge-durende voldoende lange tijd.Spatten van beton door tempera-tuurbelastingen is ??n van demeest gevreesde bezwijkvormen,vooral bij betonsoorten met eenhoge dichtheid zoals (zeer) hoge-sterktebeton.De kennis van de mechanismendie bij spatten van beton een rolspelen, is nog onvoldoende toe-reikend om kosteneffici?nt tekunnen ontwerpen. In het onder-havige project zal worden gezochtnaar de diepere oorzaken van hetspattenvanbeton.Ditmoetleidentot een betere voorspelling vanhet fenomeen, waardoor adequatemaatregelen genomen kunnenworden om ongewenste effecten1) EconomieEcologieTechnologie is een gezamenlijk programma van de ministeries vanEZ, OC en W en VROM. Er zijn twee typen projecten: meerjarige projecten en kiempro-jecten. Zie verder: www.eet.nl/voorwieTabel 1| Onderzoek dat momenteel binnen het kenniscentrum wordt uitgevoerd of voorbereidOnderwerp Omschrijving PlanningEco-beton Beperking milieubelasting door de ontwikkeling van nieuwe Haalbaarheidsstudie in uitvoering;betonsoorten en een meer prestatiegerichte beoordeling looptijd 1 jaar, april 2003-2004.van beton. Looptijd vervolgonderzoek: 4 jaarBrandveilig beton Ontwikkeling van modellen voor het beschrijven van het Voorstellen voor twee promovendi in voorbereiding.spatgedrag van beton, leidend tot adequate maatregelen Programma sluit aan bij lopend onderzoek bijom ongewenste schade hierdoor te voorkomen. TU Delft en TNO Bouw. Looptijd 4-6 jaar.Duurzaam beton Voorspellen van de duurzaamheid van betonconstructies door Voorstel in voorbereiding voor ??n AIO. Programmaontwikkeling en validatie van modellen voor andere sluit aan bij lopende onderzoeken.aantastingsmechanismen dan corrosie. Looptijd 4 jaar.Reparatie en bescherming van Ontwikkeling van een inspectiestrategie voor de beoordeling Start ??n AIO in tweede helft 2003.betonconstructies in maritieme milieus van prestaties van betonreparatiemethoden en minimalisering Looptijd 4 jaar.van de onderhoudskosten bij maritieme constructies.Beoordeling en versterking van Ontwikkelen van een (her)beoordelings-methode voor Voorstel in voorbereiding voor ??n AIO.betonconstructies (bestaande) betonconstructies (bepaling restlevensduur) Looptijd: 4 jaar.en de effectiviteit van versterkingsmethoden.Beheer en onderhoud Ontwikkeling van een methode om de totale kosten van het Onderzoek door twee AIOs in uitvoering;ontwerpen, bouwen, beheren en onderhouden van looptijd tot en met 2004.betonconstructies te minimaliseren. Looptijd mogelijk vervolgonderzoek: 4 jaar.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2003 778door spatten te voorkomen. Hetproject behelst verschillende pro-motieplaatsen bij de TU Delft enTNO Bouw.D u u r z a a m B e t o nSteeds vaker wordt bij grote in-frastructurele werken een duur-zaamheidsperiode vereist die lan-ger is dan de vijftig of tachtig jaarwaar de regelgeving nu explicietvanuitgaat.Aangeziendehuidigeregelgeving geen gevalideerdemethode voor de levensduurbe-paling kent, viel tot voor kort nietop levensduur te ontwerpen. Methet programma DuraCrete is eenvoorlopige basis gelegd voor eenmethodologie op het gebied vanduurzaam ontwerpen. Vooral isaandacht besteed aan de duur-zaamheid in relatie tot corrosievan de wapening door carbonata-tie of chloride-indringing. Ande-re degradatiemechanismen zoalsASR (foto 3), sulfaatindringing envorst-/dooischade worden in debenadering nog niet meegeno-men.Het project Duurzaam Betonheeft tot doel de levensduur tevoorspellen voor degradatieme-chanismen waarvoor nog geenmodellen bestaan. Daartoe zullenbinnen het raamwerk van Dura-Crete kwantitatieve degradatie-modellenwordenontwikkeld.Omde materiaalvariabelen in dezemodellen op gestandaardiseerdewijze vast te stellen, zijn ge-schiktheidsproeven noodzakelijk.Een aantal van deze proevenbestaatreeds,eenaantaldientnogte worden ontwikkeld en/of geva-lideerd.R e p a r a t i e e n b e s c h e r m i n gv a n b e t o n c o n s t r u c t i e s i nm a r i t i e m e m i l i e u sVan betonconstructies aan zeewordt verwacht dat ze lang mee-gaan, omdat het uitvoeren van re-paraties aan dergelijke construc-ties een kostbare aangelegenheidis (foto 4). De meeste duurzaam-heidsproblemen bij constructiesin een maritiem milieu wordenveroorzaakt door corrosie vanhet wapeningsstaal. De mate vanweerstand wordt bepaald door dekwaliteitvanhetbetonendewijzevan nabehandelen. Om een vol-doende lange levensduur van dereparaties te kunnen garanderen,is het noodzakelijk de kennis vande optredende processen en me-chanismen te verdiepen en voorde praktijk toegankelijk te maken.Het project richt zich in eerste in-stantie op het in kaart brengenvan de uitgangssituatie (relevanteinspectiestrategie?n, evaluatie vaneerdere inspecties, aanbevelingenen richtlijnen). Daarnaast wordtmeer specifiek onderzoek voor-zien naar de prestaties van beton-reparaties. Dit omvat onder meerhet karakteriseren van reparatie-mortels en het opstellen van ra-tionele keuzecriteria voor ge-schikte beoordelingsmethoden.Verder is de invloed van de uit-voering op het gedrag van repara-tiemortels deel van het onder-zoek.V e r s t e r k e n v a nb e t o n c o n s t r u c t i e sIn de jaren zeventig van de vorigeeeuw is een groot aantal construc-ties gerealiseerd, waaraan in-middels onderhoud moet wordengepleegd. Ook het versterken vanconstructies komt steeds vakeraan de orde. De belangrijkste re-denen hiervoor zijn in het verle-den opgetreden schade en gewij-zigde gebruikseisen, waardoorniet meer wordt voldaan aan devereiste constructieve veiligheid.Alvorens over te gaan tot het ver-3 | Aantasting van eenbetonconstructie doorASR2| Brandproef in de TweedeBeneluxtunnelO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2003 7 79sterken van een betonconstructie,moet het huidige (rest)draagver-mogen worden bepaald. Model-len om het restdraagvermogenvan constructies te bepalen, aldan niet in combinatie met NDO-(niet-destructief onderzoek)-tech-nieken, bestaan momenteel niet.Hetisdebedoelingdezeinheton-derhavige project te ontwikkelen.Een wijze van versterken die delaatste jaren steeds meer wordttoegepast, is het gebruik van ex-tern verlijmde koolstofvezelver-sterkte lamellen (foto 5). Voor hetontwerp wordt momenteel hoofd-zakelijk gebruikgemaakt vanCUR-Aanbeveling 91 (2002).Door de snelle ontwikkelingendekt de CUR-Aanbeveling nietalle vragen af. Vooral op het ge-bied van het vermoeiingsgedragvan koolstof en lijm, de brandwe-rendheid en de veiligheid waar-mee gerekend dient te worden,bestaan nog vragen. Het ontbre-ken van antwoorden hierop be-lemmert momenteel toepassingvan koolstofvezelversterkte lamel-len op grotere schaal.B e h e e r e n O n d e r h o u dHet minimaliseren van de bouw-kosten van constructies kan resul-teren in onevenredig hoge kostenvoor onderhoud en beheer. Delaatste jaren is er steeds meer aan-dacht voor het beheersen van detotale Life Cycle Costs (LCC). Ditis alleen mogelijk door (tech-nisch) ontwerp, beheer en onder-houdsprogramma goed op elkaaraf te stemmen.Beheer en onderhoud worden be-paald door een aantal aspectenzoals de voorspelbaarheid vanaantastingsmechanismen en dewijze waarop deze de prestatiesvan constructies be?nvloeden.Verder is het van belang kennis tehebben van de betrouwbaarheidvan deze voorspellingen, de kos-ten om de ontwikkeling van deprocessen te volgen en de moge-lijkheden tot herstel (effectiviteiten kosten). Op verschillende vandeze deelaspecten wordt inmid-dels onderzoek verricht. Zo wordtbinnen het kenniscentrum doortwee promovendi onderzoek ver-richt naar mogelijke beheersstra-tegie?nendekostenaspectenvoortoekomstig onderhoud en repara-tie. Niettemin is het werkveld zobreed dat de kennis om tot eenpraktische toepassing te kunnenkomen,nogonvoldoendebeschik-baar is. Het voorgestelde onder-zoek haakt hierop in door een al-gemene methode te ontwikkelenvoor het rationeel onderhoudenen beheren van constructies.W i s s e l w e r k i n g m e t d ep r a k t i j kIn het Centre for Durable ConcreteStructures (DuCon) wordt geza-menlijk door de TU Delft en TNOBouw gebouwd aan de toekomstvan het duurzaam ontwerpen enonderhouden van betonconstruc-ties door wetenschappelijk onder-zoek beter en sneller toepasbaarte maken. Het geven van meerstructuur en openheid aan hetonderzoek biedt een betere wis-selwerking met de praktijk,waardoor gerichter onderzoekkan worden ge?nitieerd. Door deveelal fundamentele vraagstel-lingen zal het merendeel van deonderzoeken door promovendiworden uitgevoerd. De resultatenzullen in Cement worden gepu-bliceerd. Meer informatie over deactiviteiten van het kenniscen-trum kan worden opgevraagd viawww.ducon.org 5 | Koolstoflamellen gebruikt voor de ver-sterking van viaducten (A10-West,Amsterdam)4 | Reparatie van een beton-constructie aan zee
Reacties