? ? uitvoeringstechniek ? betontechnologieing.B.K.J.Obladen, ir.J.P.G.Ramler, Ballast Nedam Beton en Waterbouw bv, Amstelveendr.ir.K. van Breugel, Technische Universiteit, DelftIn de voorgaande afleveringen van deze artikelenserie zijn theoretische modellen behan-deld van temperatuur- en sterkte-ontwikkeling, vervormingsgedrag en spanningsontwik-keling in verhardend beton. In de beschrijvingvan hetmateriaalgedragwaseen sleutelrolweggelegd voorde hydratatiegraad.Besproken is hoe de hydratatiegraad van hetverhar-dende beton kan worden bepaald als functie van de gemeten temperatuur en de voor hetmengsel geldende adiabatische verhardingskromme. Daarmee is de temperatuur duseen zeer belangrijke grootheid.Het 'managen' van temperatuurgegevens en het gebruik hiervan in controle- en sturings-processen waarin de op de hydratatiegraad gebaseerde materiaalmodellen tot hun rechtkomen, is een van de groteuitdagingen van hetuitvoerend bouwbedrijf.In deze afleveringwordt een voorbeeld gegeven van dewijze waarop temperatuurgegevens en materiaalmo-dellen in de praktijk daadwerkelijk worden toegepast. De nadruk zal nu nietmeer liggenOP de beschrijving van de materiaalkundige achtergronden, maar op de ontwikkeling entoepassingvan hulpmiddelen Om hetverhardende beton tecontroleren en te beheersen.HETGRIJZEGEBIEDVANHETJONGEBETONMPRAKTISCHE TOEPASSING VAN THEORETISCHE MODELLEN VAN VERHARDENDBETONCEMENT1996/4De problematiek van het verharden van be-ton heeft al sinds eind vorige eeuw de aan-dacht van de wetenschap. De methoden entechnieken om de temperatuurontwikkelingin de verhardingsfase te kunnen beschrij-ven, zijn sinds die tijd steeds verfijnder ge-worden. Hierdoor zijn er inmiddels verschil-lende beschikbaar die de temperatuuront-wikkeling van verhardend beton redelijk totgoed kunnen beschrijven en voorspellen.Bij de meeste van deze modellen ontbreekthet echter aan een goede weergave van hetfundamentele materiaalgedrag. Vaak wor-den bepaalde factoren ingevoerd waarvanblijkt dat deze in de meeste situaties toch totgoede resultaten leiden.Ook de optredende spanningen, als gevolgvan de hydratatie-temperaturen van hetver-hardende beton, kunnen worden berekendmetverschillende methoden en technieken.Deze zijn echter niet zo goed ontwikkeld alsdie van de temperatuurontwikkeling. Decontrole van de resultaten zal daarzeker de-bet aan zijn. Het meten van spanningen inverhardend beton is immers veel moeilijkerdan het meten van temperaturen.Van groot praktisch belang voorhet beheer-sen van scheurvorming is het koelen van be-ton. De theorie van het koelen van verhar-dend beton is al in 1961 beschreven doorMandry [1]. Deze theorie kan op eenvoudi-ge wijze worden ge?mplernenteerd in de me-thoden en technieken voor de temperatuur-ontwikkeling.Ontwikkelingen bij het uitvoerend bouw-bedrijfDe aannemerij moet de vertaalslag makenvan detheorie?n van hetverhardende betonnaar de praktijk. Het gaat dan om praktischeproblemen, zoals bijvoorbeeld:? wanneer kan er worden ontkist, gegeveneen betonsarnenstelling, de weersom-standigheden, enz.;? is er kans op scheurvorming;? als er kans is op scheurvorming, moet erdan worden gekoeld, ge?njecteerd of moetextra wapening worden toegepast? Enhoeveel?En evenals detheorie voortdurend in ontwik-keling is, is de praktische vertaalslag datook.Werden tot in de jaren '80 de temperatuur-,spannings- en koelberekeningen nogmetdehand gernaakt, tegenwoordig zijn er verschil-lende softwarepakketten die deze bereke-ningenkunnen verzorgen. Deze computer-programma's zijn voortdurend in ontwikke-ling en volgen de laatste stand van de theo-rie. Bij Ballast Nedam is sinds 1990 hetcom-puterprogramrna RCCMS (Remote CrackControl ManagementSystem) operationeel.~21? ? uitvoeringstechniek ? betontechnologie@ Remote crack contral management system- BETONSAMENSTELUNG- ADlABMT- ISOTHERMESTERKTEONTWIKKEltNG- DIKTE- BOUWVOLGORDE@ Modulen van de temperatuurberekeninggesteld. Zo blijkt er behoefte aan het metenvan steeds meer variabelen. De eerste re-gistraties werden met een twaalfpuntsschrijvende recorder vastgelegd. Daarnakwam de recordervan Verboom op de markt,die de gemeten temperaturen omrekendenaar waarden voor de Gewogen Rijpheid.Van steeds groter belang wordt de over-drachtvan data naar de gebruiker op zodani-ge wijze, dat deze invloed op het productie-proces kan uitoefenen. Dit is in 1988 voorhet eerst toegepast in Huil (Engeland), bijhet boren van mortelschroefpalen met eenlengte van 37 m en diameter van 900 mm,waarbij de data per telefoon naar Nederlandwerden getransporteerd.Van deze techniek is ook gebruikgemaaktbijhet 'Remote Crack Control ManagementSystem'. Het bestaat uit een computerpro-gramma, een koelunit, een weerstation, eenregistratiesysteem (64-kanaals digitale da-talogger) en de mogelijkheid voor data-over-dracht per telefoon. Het is voor het eerst in-gezet bij de bouw van de Schipholtunnels in1993 en is inmiddels op diverse andere pro-jecten actief.Het systeem is vanuit kantoor, keet of priv?adres te benaderen, te besturen en dus tecorrigeren. Om diverse redenen is de ontwik-keling van een op afstand bestuurbaar koel-systeem tot stand gekomen: uitgestrekt ofmoeilijk te bereiken terrein, dan wel week-eindeproblematiek van mensen die op hunvrije dag naar het werk moeten.Dit werkt met de hydratatiegraad als koppe-ling tussen de temperaturen en de sterkte;de spanningen en de relaxatie daarvan wor-den berekend met behulp van een relaxatie-model, waarin de hydratatiegraad een groterol speelt.Het RCCMS-programma is modulair van op-bouw, zeer gebruikersvriendelijk, betrouw-baar, op de praktijksituatie afgestemd enwordt regelmatig van nieuwe modulen voor-zien. Op dit moment bestaat het uit de vol-gende modulen:? invoermodulen voorte voorspellen en wer-kelijk gemeten temperaturen, spannin-gen, adiabaten en koelgegevens;? rekenmodulen voor temperaturen, span-ningen, adiabaten en koeling, alsmedeeen optimaliseringsmodule voor het aan-tal en de ligging van de koelbuizen;? uitvoermodule voor de diverse berekenin-gen;22? file management module met onder meerconversiemogelijkheden;? linkmodule naar een willekeurig spread-sheetprogramma voor grafische output,naar een datacommunicatieprogrammavoor on line communicatie met de datalog-ger op het werk en naareen willekeurig for-matteringsprogramma;? installatiemodule voor de printerinstalla-tie, kleurinstellingen van diverse scher-men en helpschermen, opgave directo-ries, programma- en databestanden als-mede een taalmodule met keuze uit VUfbuitenlandse talen, die eenvoudig kanworden uitgebreid.Voor de ontwikkeling van het RCCMS be-staan contacten met de TU Delft, TU Darm-stadt, TU Gent en met MEBIN-ATA.De ontwikkeling van het programma wordt inbelangrijke mate bepaald door de randvoor-waarden die door de bouwpraktijk wordenHet 'Remote Crack Control ManagementSystem' zal hierna worden beschreven,waarbij aandacht zal worden geschonkenaan het rekenprogramma, de ontwikkelingvan de datacommunicatie en het op afstandbesturen, de koelprocedure en de uitvoeringvan het koelen.RekenprogrammaHet rekenprogramma RCCMS bestaat uitdrie rekenmodulen voor de berekening vande temperaturen, de spanningen en de koe-ling. De plaats van de rekenmodulen in hetsysteem is weergegeven in figuur 1. Met derekenmodulen is te voorspellen of de moge-lijkheid van scheurvorming aanwezig is. Isdat het geval, dan treedt de zogenaamdekoelprocedure in werking, waarbij de resulta-ten van de koelberekening benodigd zijn.Basis van de temperatuurberekening is hetadiabatisch temperatuurverloop van het be-tonmengsel (fig. 2). Het temperatuurver-CEMENT1996/4loop wordt benaderd metbehulp van een dif-ferentieberekening. De koppeling tussenhet temperatuurverloop en de sterkte-ont-wikkeling is de hydratatiegraad. Voor detheoretische achtergronden wordt verwezennaar [2].De spanningsberekening (fig. 3) heeftplaats na de uitvoering van de temperatuur-berekening. De spanningsberekening kande onderlinge spanningen tussen verschil-lende constructie-onderdelen berekenendie ontstaan als gevolg van temperatuurver-schillen. Ook bij de relaxatie van de spannin-gen wordt gebruik gemaakt van het modelvan Van Breugel. ? Modulen van de spanningsberekeningIndien de spanningen door de temperatuur-verschillen te hoog oplopen, kan ??n van demaatregelen kunstmatig koelen van het ver-hardende beton zijn. De theorie voor het be-rekenen van kunstmatig koelen is ontleendaan Mandry [1] (fig. 4). Behalve het aantalkoelbuizen, de ligging ervan en de totalekoelbuislengte, worden de optredende ende toelaatbare betontemperatuur bere-kend. Tijdens de berekening wordt het aan-tal koelbuizen geoptimaliseerd door gebruikte maken van een speciaal optimaliserings-algoritme.Met de drie rekenmodulen is het mogelijkom een volledige koelberekening, inclusiefrapportage, numerieke en grafische weerga-ve, in twee tot vier uur uit te voeren.Datacommunicatie: remote controlVoor het project Schipholtunnels is het sys-teem ingezet om de koeling op afstand tekunnen besturen. Er zijn diverse proevenaan voorafgegaan om tot dit systeem te ko-men, zowel draadloos (het meest voor dehand liggende systeem voor data-over-dracht) als via draad (openbaar telefoonnetPTT).Draadloosa. Via zenders en ontvangers (duplexsys-teem)Vanuit de baggerdivisievan Ballast Nedam isde zogenaamde automatische getijregistra-tie door middel van een radioverbinding be-kend. Dit systeem bestaat uit enkelvoudigezenders en ontvangers. Deze zenders kun-nen zowel op 12 als op 250 Vwerken, dus inprincipe ook op een accu. De maximaal teoverbruggen afstand bedraagt circa 30 km,wat ruim voldoende was voor de toepassingop Schiphol. Deze zenders werken in hetfre-quentiegebied van 450 tot 470 MHz.CEMENT1996j4@ Modulen van de koelberekeningOp de bouwplaats was een antenne opge-steld met een zender die verbonden wasmet de 64-kanaals datalogger. Met dezetransparante datalink werden de tempera-tuurgegevens on line naar de bouwkeet ge-stuurd. Ook is het mogel?k om de gegevenseerst op te slaan en deze op een latertijdstipnaar de computer in de keet te zenden. Deproef is geslaagd, maar vanwege de kostenen het opereren op een vliegveld is van dezemethode afgezien.b. Ram Mobile DataHet Ram Mobile Data netwerk voldoet goedvoor mobiele data-overdracht. Nadeel vanditsysteem is dat het in Nederland noggeen100% dekking heeft. Een ander nadeel zijnde hoge kosten, vooral als er grote hoeveel-heden data verstuurd moeten worden. Van-wege deze nadelen is afgezien van dit sys-teem.c. Interface en autotelefoonEen voordeel van dit systeem is dat het ookop 12 Vkan opereren, dus onafhankelijk vande bouwstroom. Een nadeel van de bouw-stroom is namelijk dat er nogal wat hoogfre-quente storingen optreden, onder meerdoor trilnaalden en lastrafo's. Hierdoor is despanning ook aan fluctuaties onderhevig.Via een speciale interface is het mogel?k degegevens via de mobiele telefoon te verstu-ren. Ook hier is echter vanwege de hoge kos-ten vanaf gezien.Via draadOp de bouwplaats is in iedere keet wel eentelefoonlijn aanwezig en in de meeste geval-len is ook 250 V ter beschikking. Debouwstroom is wel onderhevig aan allerleistoringen, maar hiertegen kunnen maatre-gelen worden getroffen.Op het project Schiphol was de grootste af-stand die overbrugd moest worden 1200 m.Er is daarom een speciale telefoondraadvan 1200 m aangeschaft en aangesloten opde telefoon in de bouwkeet op het werk. Dehoofdkeet stond buiten het bouwterrein. De64-kanaals dataloggerwerd aangesloten opeen oude afgeschreven PC (Type IBM-XT)die op het punt stond om te worden afge-voerd. Vanuit een bak met onderdelen werdeen 10-kaart gevist en in een slot van de XTgeplaatst. Voor de data-overdrachtwerd eenHighspeed Fax-modem aangesloten op deXT. ~23? ? uitvoeringstechniek ? betontechnologie? Remote crack contral management system op de bouwplaatsDe datalogger werd aangesloten op poort 2en het modem op poort 1. Het modem hingdus via de telefoonlijn van 1200 m lengteaan het telefoonnet. Vanwege de lage inves-teringskosten, de bedrijfszekerheid en deafwezigheid van storingen voor het vliegver-keer, zoals bij draadloze verbindingen, ISvoor deze oplossing gekozen.DataloggerBij de vroegere schrijvende dataloggers washet niet mogelijk om de informatie digitaalop te slaan en uit te lezen. De gekozen 64-kanaais datalogger heeft deze mogelijkhe-den wel. De meetgevens kunnen in het inter-ne geheugen dlgitaal worden opgeslagen,afhankelijk van de gekozen configuratie wei-nig of heel veel. In dit geval is voor de maxi-male geheugenconfiguratie gekozen.Om ervaring op te doen met het meten vande klimatologische omstandigheden die be-langrijk zijn tijdens de verharding van het be-ton, in het bijzonder van hoge sterkte beton,is de datalogger tevens als weerstation uit-gerust. Hiertoe hingen er sensoren aan omde volgende klimatologische omstandighe-den te meten:? buitentemperatuur;? relatieve vochtigheid;? regen;? windsterkte;? windrichting;? uren zonnestraling;? bodemtemperatuur.Deze parameters worden ook gebruikt in deberekening van de temperaturen en span-ningen.Voor het meten van de temperatuurontwik-kelIng in het beton werd een aantal thermo-koppels op de dataloggeraangesloten. Door24het grote aantal kanalen kon de tempera-tuur van verschillende storten gelijktijdigworden geregistreerd.Vanwege de klimatologische invloeden opde elektronische apparatuur en de eventue-le mechanische beschadigingen, alsmedevoor het handig kunnen verplaatsen op debouwplaats, werd het gehele instrumenta-rium in een tienvoets container ge?nstal-leerd en op een platte wagen gezet (foto 5).De mast met de sensoren werd door het dakvan de container gestoken en de regenme-ter werd waterpas op het dak van de contai-ner geplaatst. De draden van de thermokop-pels werden door de containerwand gevoerden aangesloten op de datalogger.De datalogger en het modem werden doorseri?le kabels met de IO-poorten van decomputer verbonden. Het modem werd opde telefoonlijn aangesloten.Aangezien de datalogger voorverschillendedoeleinden gebruikt kon worden, moest de-ze worden geconfigureerd. Een onderdeelvan deze configuratie is hettype thermokop-pel. Bij de datalogger is software aanwezigom deze voor verschillende thermokoppelsgeschikt te maken. Uit een bibliotheek vanthermokoppels kan hetzelfde type thermo-koppel worden gekozen als voor de rijpheids-meter. In principe kan voor ieder type ther-mokoppel worden gekozen. Het is wel han-dig om deze configuratie binnen ??n bedrijfte standaardiseren. Op deze manier is ieder-een vertrouwd met het gebruik van deze da-talogger.De gebruikte configuratie op Schiphol werdook gebruikt bij de onderdoorgang van eenspoorlijn in Boxtel.De datalogger kon via het telefoonnetwerkworden bereikt, op hetzelfde telefoonnum-mer als de bouwkeet op het werk. Daartoemoest ook de datacommunicatiesoftwareworden geconfigureerd. Voor de datacom-municatie werd het pakket PC-Anywhere ge-bruikt, omdat hiermee zeer goede ervarin-gen waren opgedaan. Omdat de dataloggeralleen door geautoriseerde personen ge-bruikt mocht worden, is het pakket zodaniggeconfigureerd dat er geen toegang moge-lijk was als het juiste wachtwoord niet werdingevoerd.De software was zodanig geconfigureerd datde verbinding met de datalogger na vijfmaalovergaan tot stand kwam. Omdat de hoofd-keet niet op het werk stond, was het mogelijkom via de telefoon contact op te nemen metde datalogger op het werk. Deze kon dan ookvia de telefoon worden uitgelezen, waarnade gegevens in de hoofdkeet met een com-puter konden worden verwerkt.Tijdens de bouw van de Schipholtunnels vieldewinter plotseling in. Omdat de dataloggerals weerstation uitgerust was, kon aan dehand van de meetgegevens om 07.00 uuren om 09.00 uur een uitdraai worden ge-maakt van de temperaturen. Met het perso-neel op de bouwplaats werd door de project-leiding afgesproken wat werkbaar en wat on-werkbaar weer was. Aan de hand van de af-gesproken temperatuurcriteria werd beslo-ten of er gewerkt werd of niet. Het bleek mo-gelijk om meestal door te werken. Hier werdde datalogger als management tooi ge-bruikt. In de weekenden belde de werkvoor-bereidervanuitzijn huisde dataloggerop omte kijken hoe het temperatuurverloop was.Configuratie dataloggerBij een eerste gebruik van het systeem zaleen meetconfiguratie moeten worden opge-geven waarin opgenomen:? type thermokoppel;? instelling diverse kanalen op de sensorenen hun karakteristieken;? meet/registratie-interval:? datum en tijd;? start- en eindtijd van de meting.Als de meetconfiguratie is opgegeven, moetdeze van een naam worden voorzien en kanhierna naar de dataloggerworden verstuurd.Tevens is het mogelijk de meetconfiguratieals file opte slaan op de harde schijf. De file-naam heeft dan meestal de naam van hetwerk, in dit voorbeeld Schiphol, met maxi-maal acht karakters.CEMENT1996/4, z" ' OI'IFI1NG METEO SENSOREN')Rv+ TEMPW'f W, WS = WINDSNELHEIDWv =- WINDRICHTING1 1 1,REGEN / tEERSlAGRv = RELATIEVE VOCHTIGHEID117ei OATALll6CXR I TEMP = LUCHTTEMPERATUUR" ",Z = ZONNE-ENERGIE (ZONNESTRALING),THERHO
Reacties