O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFunderingenTer hoogte van de Sint FranciscusDriehoek ? Goudse lijn komt deboortunnel omhoog uit hetPleistocene zandpakket van deFormatie van Kreftenheye ensnijdt door Holocene Afzettingenvan Gorkum en daarop liggendeAfzettingen van Duinkerke. DeGorkumklei wordt gestabiliseerd.Om meer inzicht te krijgen in deduurzaamheid van de stabilisatieis een onderzoek uitgevoerd waar-in het grondstabilisaat experimen-teel verouderd is.O p z e tDe belangrijkste bedreiging vande duurzaamheid van grondstabi-lisaten wordt gevormd door che-mische en/of mechanische erosieonder invloed van doorstromendwater [1,2]. Daarom is als `worstcase' praktijkscenario de situatiegesimuleerd waarin het grondsta-bilisaat reeds tijdens verhardingonderhevig zal zijn aan dergelijkeerosie. Mechanische erosie zalniet optreden bij proctor-druk-sterkten hoger dan 0,45 MPa.Met chemische erosie - hier ge-noemd de veroudering - bedoelenwe de mate van uitloging. Dezeuitloging is getoetst door verhar-dende proefstukken te doorstro-men met water met een vergelijk-bare compositie als in de SintFranciscus Driehoek, onder eenverhang van i = 10. Hierdoor ishet poriewater doorlopend verversten een geforceerde praktijksituatiegesimuleerd. In de praktijk is hetverhang orde van groottei = 0,1, zodat de veroudering meteen factor 100 in de tijd gesimu-leerd wordt.De proefstukken zijn vervaardigdconform [1]. De mengenergie isaangepast op basis van tijd enaantal omwentelingen per volu-me-eenheid in de praktijk [2].Voor de stabilisatie is 250 kghoogovencement, CEM III/B 42,5,per m3grond toegepast. Het bleekniet mogelijk het bindmiddel ende grond droog te mengen.Daarom is water toegevoegd. Deverhouding totaal toegevoegdwater ten opzichte van het ce-mentmengsel bedraagt 4,5 (m/m).Van de verouderde proefstukkenzijn de mechanische eigenschap-pen (druksterkte, E-modulus, elas-tische rek) en waterdoorlatend-heid bepaald, is de microstructuurmicroscopisch beoordeeld, en isonderzocht welke reactieproduc-ten aanwezig zijn. De resultatenzijn vergeleken met niet-verouder-de, onder water uitgeharde grond-stabilisaten.O n t w i k k e l i n g m e c h a n i s c h ee i g e n s c h a p p e nDe ontwikkeling van de mechani-sche eigenschappen van zowel deonder water uitgeharde grondsta-bilisaten als die van de verouder-de grondstabilisaten wordt gege-ven in tabel 1. De sterktes zijnlager dan de resultaten voor destabilisaten van organische kleimet hoogovencement CEM III/B42,5 uit het No Recessonderzoek[1]. De toename van de sterkte enverhouding tussen stijfheid enuiteindelijke druksterkte zijn ech-ter goed vergelijkbaar. Behalvemechanische eigenschappen isbij de verouderde proefstukkenook de waterdoorlatendheidbepaald (fig. 1). Het verschil tus-sen de doorlatendheden van deonder water uitgeharde grondsta-bilisaten, de continu doorstroom-de grondstabilisaten en de oor-spronkelijke Gorkumklei isgering. Wellicht is dit te verkla-ren uit de klei die toch een floc-culatie ondergaat door de invloedvan Ca(OH)2(komt vrij bij decementbinding) en door ettrin-gietvorming vanuit de geadsor-beerde calcium.V e r h a r d i n g s p r o d u c t e n e no n t w i k k e l i n g m i c r o s t r u c t u u rDe ontwikkeling van de micro-structuur tijdens de veroudering(na 28 en 60 dagen) is onderzochtmet polarisatie- en fluorescentie-microscopie (PFM). De oorspron-kelijke, onbehandelde Gorkumkleibestaat uit een mengsel van klei-mineralen, carbonaten (calciet/dolomiet) en klastische mineralenzoals kwarts, veldspaten en mi-ca's. Nieuwvormingen ten gevolgevan interactie tussen cement encement 2005 168Duurzaamheid vangrondstabilisatiesdr. T.G. Nijland, TNO Bouwing. W.H. van der Zon, GeoDelftir. H.M.A. Pachen en ir. T. van Hille, Projectbureau RandstadRail RotterdamGrondstabilisatie met (kalk)cementkolommen is een veelbelovende techniek.Het `No Recess'-onderzoek, waarin is gekeken naar innovatieve techniekenvoor het bouwen in en op slappe grond, heeft laten zien dat stabilisatie vanveen en (organische) klei met cement en eventueel kalk of anhydriet interes-sante perspectieven biedt [1]. Wel resteerden nog enkele vragen, vooral tenaanzien van de aard van de gevormde verhardingsproducten en de duur-zaamheid. De aanleg van het Statenwegtrac? was aanleiding voor naderonderzoek gericht op de beantwoording van beide vragen.1 |Ontwikkeling van dewaterdoorlatendheid1,0 ? 100 7 14 21 28 35 42 49 56 63k-waarde(m/s)dagen na aanmaakgrondstabilisaatonbehandelde Gorkum klei-61,0 ? 10-71,0 ? 10-91,0 ? 10-8O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFunderingengrond en/of hydratatie van hetcement zijn microscopisch niet ofmoeilijk als zodanig herkenbaar.Ondanks het feit dat nadrukkelijksprake is van sterkteontwikkeling(tabel 1), lijkt de microstructuurvan het grondstabilisaat na 28dagen gelijktijdige verharding enveroudering nog sterk op die vande oorspronkelijke Gorkumklei(fig. 2). Na 28 dagen zijn niet-gehydrateerde, niet-gereageerdeslakkorrels nog duidelijk in dematrix van het grondstabilisaataanwezig. In vergelijking met deonbehandelde Gorkumklei valt derekristallisatie van calciet in holtesop; tevens worden naaldvormigefasen gevormd die met optischemicroscopie niet kunnen wordenge?dentificeerd. Om de reactiepro-ducten te identificeren, zijn deel-monsters onderzocht met R?nt-gendiffractieanalyse (XRD) enthermogravimetrische analyse(DTA/TGA). Hieruit wordt gecon-cludeerd dat het om ettringietgaat. De resultaten laten ook ziendat door de veroudering het ettrin-giet niet wordt aangetast [2]. Na 60dagen is duidelijk vergroving vande microstructuur opgetredendoor flocculatie van de klei (fig. 2).De waterdoorlatendheid is echterniet toegenomen (fig. 1).Vergroving van de pori?n gaat dusniet gepaard met toename van depermeabiliteit en is derhalve geenbedreiging voor de duurzaamheid.Er zijn microscopisch geen aan-wijzingen gevonden voor de aan-tasting van het grondstabilisaatdoor veroudering.C o n c l u s i eVoor het eerst is onderzoek uitge-voerd naar de verhardingsproduc-ten en duurzaamheid van grond-stabilisaten, in dit geval van orga-nische klei met hoogovencement,CEM III/B 42,5. De voornaamsteresultaten zijn:? Ettringiet is een belangrijk reac-tieproduct. Ondanks de verou-dering neemt de hoeveelheidettringiet over de periode van28 tot 60 dagen toe [2,3]. De(vroege) vorming van ettringietwordt in grondstabilisaten wen-selijk geacht omdat het matrixzou leveren waaromheen zichandere hydratatieproductenkunnen vormen [4].? Er is een veroudering gesimu-leerd van ruim zestien jaar.Gedurende deze periode wordtde stabiliteit van ettringiet (enoverige reactieproducten) nietnegatief be?nvloed. Er zijn geenmicroscopische aanwijzingenvoor oplossing of destabilisatievan fasen in het grondstabili-saat.? De waterdoorlatendheid neemtniet toe met veroudering. Ditbetekent dat veroudering nietgepaard gaat met toenemendepermeabiliteit. Een zichzelf ver-sterkend proces van chemischeen/of mechanische erosie zalderhalve niet optreden.? De sterkteontwikkeling van deverouderde proefstukken blijftachter bij die van onder wateruitgeharde grondstabilisaten,maar is ruim voldoende voor debeoogde toepassingen.Veroudering remt de sterkteont-wikkeling niet; sterkte en stijf-heid nemen toe met de tijd.Samenvattend kan gesteld wor-den dat onder voor de Sint Fran-ciscus Driehoek relevante condi-ties het stabilisaat niet aangetastwordt en duurzaam is. Het isechter wel zo dat menging in depraktijk minder homogeen zalzijn dan onder laboratoriumcon-dities, maar dat de druksterktenog ruimschoots hoger is dan debestekseis van 0,15 MPa. Voorverder begrip van de duurzaam-heid van grondstabilisaties is hetdaarom van belang om zowelpraktijkmonsters als stabilisatiesmet andere grondsoorten teonderzoeken. L i t e r a t u u r1. CUR-rapport 199, Handrei-king toepassing No Recesstechnieken. CUR, Gouda,2001.2. Nijland, T.G., W.H. van derZon, H.M.A. Pachen en T. vanHille, Grondstabilisatie methoogovencement: verhardings-producten en duurzaamheid.Geotechniek, ingezonden 2005.3. Nijland, T.G. en W.H. van derZon, Duurzaamheid van stabi-lisaties van Gorkumklei methoogovencement t.b.v. de SintFranciscus Driehoek, Rotter-dam. TNO Bouw rapport2004-CI-R0005.4. Nijland, T.G., Literatuuron-derzoek Deep Mixing Meth-ods. TNO Bouw rapport 2000-BT-MK-R0306.5. Betoniek 12/13 (2002),Cement in de grondcement 2005 1 692 |Overzicht van de micro-structuurTabel 1 | Ontwikkeling mechanische eigenschappenonder water uitgehard verouderdouderdom dagen 7 28 7 28 60volumieke massa kg/m31880 1865 1870 1890 1865druksterkte MPa 1,66 4,145 1,28 3,465 7,854E-modulus MPa 402 697 216 687 1975elastische rek % 0,88 0,74 0,86 0,54 0,78