? ? materialen ? betontechnologieir.G.Chr.Bouquef MICr, Vereniging Nederlandse Cementindustrie, 's-Hertogenbosching.A.Hi/lebrandt, Nederlandse Bouwstoffen Combinatie BV, NieuwegeinDoor de ontwikkelingvan een nieuwe injectiehulpstof is het nu mogelijk een zeervloeiba-re injectiespecie te maken met een lage water-cementfactor. Deze specie vertoont geenwaterafsCheiding (bleeding). Zonder aanvullende maatregelen, zoals napersen, is eenzeer hoge vullingsgraad van kabelkanalen realiseerbaar.INNOVATIEVEINJECTIESPECIEGEEFTVOORSPANTECHNIEKNIEUWELANCEMENT1995/11Het Nederlandse bouwbedrijfsleven en degrote opdrachtgevers hebben in de afgelo-pen 40jaardoorstudie en onderzoek, ondermeer in STUVO-studiecellen en CUR-onder-zoekcommissies, een belangrijke bijdragegeleverd aan de ontwikkeling van de voor-spantechniek tot een betrouwbarebouwme-thode met vele succesvolle toepassingen.Het zwaartepunt van deze ontwikkelingenlagvoornamelijk bij de verbetering van span-systemen en voorspanstaal. Verbeteringvaninjectiespecies bleef daarbij achter. Ditheeft tot gevolg gehad dat er in de praktijkonder bepaalde omstandigheden alleenmet veel inspanning (onder meer door na-persen) en deskundige begeleiding aan degestelde eisen kan worden voldaan.Gelet op de behoefte van opdrachtgevers enaannemers aan gegarandeerde kwaliteit enbetrouwbaarheid, alsmede in hetbelangvanhet behoud van de bouwmarkt van voorge-spannen constructies, is door enkele voor-spanbedrijven besloten de tweede auteurvanditartikel een injectiespecie te laten ont-wikkelen die zoveel mogelijk aan de huidigeeisen en wensen kan voldoen. Ter onder-steuning van deze produktontwikkeling isdoorde eerste auteur, in hetkadervandeAd-vanced Concrete Technology - Course94/95 aan Imperial College of Science,Technology and Medicine te Londen, naderestudie verricht naar het vloeigedrag van denieuwe specie en de factoren dievaninvloedzijn op de vulling van kabelkanalen [1].Uitgangspunt voor de te ontwikkelen injec-tiespecie was, dat hiermee op eenvoudigewijze, zonder napersen, de ruimte tussen destrengen in de omhullingsbuizen voor vrijwel100% zou kunnen worden gevuld.ProbleemstellingBij voorspanning met aanhechting (VMA) ligthet injecteren van de voorspankanalen ophet kritieke pad van de kwaliteitsketen. Hetspannen van de voorspanelementen (stren-gen, draden ofstaven) gebeurtovereenkom-stig een spanprotocol van de constructeuren is door middel van controles van krachtenen verlengingen goed beheersbaar. Andersis hetgesteld methet injecteren van de voor-spankanalen nadat de voorspanelementenzijn afgespannen, waarbij de injectiespecieeen cruciale rol vervult:? het verkrijgen van volledige samenwerkingtussen voorspanelementen en betoncon-structie door middel van aanhechting;? het beschermen van het voorspanstaal teegen corrosie.Controle op volledige vulling van de voor-spankanalen, zonder insluiting van luchtbel-len of vorming van waterlenzen als gevolgvan waterafscheiding, is nog niet goed mo-gelijk. Daardoorvormthet op traditionele wij-ze injecteren nog steeds de zwakste schakelin de kwaliteitsketen van het voorspanpro-ces.NapersenBij de bouw van de stormvloedkering in deOosterschelde werd het gewenst geacht dekwaliteit van het injectiewerk te verbeterendoor napersen van de injectiespecie, eentechniekwaarmeebij debouwvan detuibrugover de Waal bij Tiel enige ervaring was opge-daan. Met het oog op de goede verwerkbaar-heid van conventionele injectiespecies, iseen relatief hoge water-cementfactor van0,36 ? 0,40 noodzakelijk. Bij voorspanele-~29? ? materialen ? betontechnologie@ Lineare T-O-re/atie van een Binghamsevloeistof(2)L = pr/2ToOm de specie absoluut stabiel (geen water-afscheiding) te maken is een stof toege-voegd waardoorde specie een thixotroop ka"rakter krijgt. Dit heefttotgevolg datbij toene-waarin:L is de penetratielengte (mm);p is de injectiedruk (Pa);r is de equivalente straal van de ruimtewaarin de specie moet indringen (mm).C:ll' +----------f--,-,~~~-@ Niet-Iineare T-O-re/atie van een thixotro-pe speciegenaamde Binghamse vloeistoffen die wor-den gekenmerkt door:TO > 0, n '" 1, k = fJp (dynamische viscosi-teit) (fig. 1).Doormiddel vaneen superplastificeerder inde injectiehulpstof is de cohesie To zoveelmogelijk gereduceerd. Hierdoor isde speciein staat om diep in de spleten tussen devoor-spanstrengen door te dringen.Voor de relatie tussen de penetratiediepteen de cohesie geldt [6]:Een algemeen model om het vloeigedragvan vloeistoffen en suspensies te beschrij-ven is het model van Hershel-Bulkley [5]:Nieuwe injectiehulpstofTer verbetering van de kwaliteit van de injec-tiespecie is een injectiehulpstof ontwikkeld,waarmee een zeer vloeibare injectiespeciekan worden gemaakt met een lage water-ce-mentfactor (0,27), die zeer stabiel is (geenwaterafscheidingl) en voldoet aan de eisenvan de VBU 1988 onder 11.10 [3,4].Doordatwaterafscheiding in de specie wordtvoorkomen, en hiermee het ontstaaan vanwaterlenzen, kan de duurzaamheid van devoorspanning met nagerektstaal (VMA)sub-stantieel worden verhoogd.? verlaging van de viscositeit: verbeteringvan de verwerkbaarheid bij gelijkblijvendewater-cementfactor;? verbetering van de speciestabiliteit onderinvloed van (hoge)injectiedrukken: ver-mindering van de waterafscheiding (blee-ding);? verlaging van de oppervlaktespanning:door de dispergerende werking ontstaateen optimale vermenging van cement metwater;? volumevergroting: zwelling van de specieter compensatie van de verhardingskrimp;? vertraging van de binding: verlenging vande verwerkingstijd van de specie;? vorming van watervrije micropori?n doorgasbelvorming: verbetering van de vorst-bestendigheid van de specie;? verbeteren van de waterondoorlaatbaar-heid van de verharde specie: verminderenvan de kans op corrosie van het voorspan-staai;? verhoging van de druksterkte bij gelijkblij-vende consistentie.menten bestaande uit strengen, is het metde naperstechniek mogelijk de overmaataan water na het injecteren weer uit de injec-tiespecie te persen. De strengen fungerenhierbij als drainagekanalen. Met de uitge-voerde napersproeven is aangetoond datonder bepaalde voorwaarden de napers-techniek een goed hulpmiddel kan zijn om devoorspankanalen beter te vullen met eenconventionele injectiespecie.Toch kan deze methode niet worden aange-merkt als een echte verbetering, omdat methet napersen alleen de symptomen wordenbestreden van de onvolkomenheden van deconventionele injectiespecie.Als belangrijkste nadelen of beperkingenvan napersen kunnen worden aangemerkt:? kans op schade aan de constructie in gevalvan te hoge napersdrukken;? de reductie van de water-cementfactorvan circa 0,38 tot circa 0,27 is bij lange ka-nalen niet altijd realiseerbaar en vergt eenrelatief lange naperstijd;? napersen is alleen mogelijk bij voorspan-ning door middel van strengen;? geen constante samenstelling van de spe-cie. Door de drainage van het overtolligewater via de strengen ontstaat er rondomde strengen een zogenoemde 'filter cake'met lage water-cementfactor;? om de waterafscheiding effectief te kun"nen reduceren is het tijdstip van napersenkritisch, omdat bij conventionele speciesde waterafscheiding nog tot 3 ? 4uur naaanmaken doorloopt. Napersen vrijwel di-rect na hetinjecteren zal het ontstaan vanwaterlenzen bevorderen;? napersenbiedt nog onvoldoende zeker-heid voor een goede vulling van de voor-spankanalen;? napersen is arbeidsintensief (0,25 ? 0,5manuur per kanaal) en daardoor vrij kost-baar.T = TO + kon (1)Eigenschappen injectiespecieDe in Nederland toegepaste injectiespeciebestaat uit een mengsel van portlandce-ment CEM I 32,5R (de voormalige pc-klasseA), water en een injectiehulpstof.Deze injectiehulpstof moet ervoor zorgendat de injectiespecie de volgende eigen-schappen krijgt [2]:? waterreductie: vermindering van de water-cementfactor bij een gelijkblijvende visco-siteit (consistentie);waarin:T is de inwendige schuifspanning in devloeistof (Pa);To is de cohesie (Pa);k is de viscositeit (Pa' sj;on = (dy/dt)n;y = T/G;G iS de glijdingsmodulus.Species kunnen worden aangemerkt als zo-vertragenns1versnellenn>130 CEMENT1995/11b----+ tijd (min)3,02.51"4------1-:-'--"~--+-----+-----+-----l----l~ - 0,2.. ~.od 400 600 800 1000 1200 1400 1600-0,6 .-1,0a......................................................................................~2,001,5?i?1,0~Nmende snelheden de specie steeds vloei-baarder wordt (n > 1) en bij afnemendesnelheid 'indikt' (n :;; 1) (fig. 2).Verder is als compensatie van de krimp eenzwelmiddel toegepast, dat bij 20 oe een ef-fectieve zwelling geeft van 3% (V/V) (fig. 3).De nieuwe injectiehulpstof, gebaseerd opAddimentEH1,is in Nederland ontwikkeld enbij Heidelberger Baustofftechnik GmbH teLeimen (0) onder de handelsnaam Addi-ment EH-NS in produktie genomen.? Volumeverandering (zwelling) van een conventionele injectiespecie (a) en van injectie-specie met Addiment EH-NS (b) [4JCementeement voor injectiespecies moet aan devolgende eisen voldoen:? de vereiste sterkte kunnen ontwikkelen:gemiddeld 20 ? 30 N/mm2na 7 dagen bij20 oe en RV ;;:: 70%;? de gewenste rheologische eigenschappenbezitten (RRSB-parameters d' en n, ziehierna);? de 'kwaliteit' moet zeer constant zijn.Uit onderzoek is gebleken dat de fijnheid vanmaling een zeer belangrijke invloed heeft opde rheologische eigenschappen van de spe-cie. Een variatie van 10% in het specifiekeoppervlak (Blaine-waarde) heeft een sterkefluctuatie van de rheologische parameterstotgevolg: een factor 15voor Ta en een factor5 voor 'f/p'Uit recenter onderzoek van Rendchen is ge-bleken dat niet de Blaine-waarde, maar deverdeling van de korrelgrootte de meest on-dubbelzinnige parameters verschaft voorconsistentie en vloeigedrag (zie [1] onder5.1).Volgens de methode van Hosin-Rammler-Sperling-Bennett (RRSB-methode) kan dekorrelverdeling worden gedefinieerd door deequivalente korreldiameter d' en een vorm-factor n = tan a (helling zeefkromme).Om in de praktijk zoveel mogelijk met dezelf-de constante kwaliteit te werken, wordtdoorde voorspanbedrijven bij voorkeur met ??nmerk cement gewerkt, meestal verpakt EN-el-portlandcement eEM I 32,5 R, omdat dewaterbehoefte van dit cement relatief laag isen omdatdit cement bij praktisch alle hande-laren in bouwmaterialen in Nederland ver-krijgbaar is.Onderzoek vloeigedragOm de consistentie van injectiespecies tetesten wordt momenteel nog veel gebruikgemaakt van een ASTM-vloeitrechter (flow-cone) meteen uitstroomopeningmeteen in-wendige diameter van 12,7 mm (0.5 inch).Vooruitlopend op het van kracht worden vande nieuwe Europese regelgeving voor hetmaken en verwerken van injectiespecies [7,8, 9] is het vloeigedrag onderzocht met deeEN-vloeitrechter.Bij het laboratoriumonderzoek zijn de vol-gende beproevingsmethoden aangehou-den:? de eEN-vloeitrechter volgens [7] (uit-stroomopening inwendig 0 10 mm) (foto4);? het Duitse dompelapparaat;? een niet genormeerde spreidmaatproef[1].Van de volgende injectiespeciesis hetvloei-gedrag onderzocht:? specie G-l:ENel-portlandcement GEM I 32,5 R;water-cementfactor 0,36;injectiehulpstof: 1% (m/m), conventio-neel type.? specie G-2:ENGI-portlandcement eEM I 32,5 R;water-cementfactor 0,27;injectiehulpstof: 1% (m/m) AddimentEH-NS.Bij de beproeving bleek dat specie G-2 nietdoor de op de vloeitrechter aangebrachtezeef met maaswijdte van 1,5 mm loopt. Degemeten uitstroomtijden van 1000 mi spe-cie gaven geen realistische indicatie van deconsistentie en vertoonden een grote sprei-ding. De conclusie was dat de eEN-vloei-trechter ongeschikt is voor beproeving vande consistentie van een thixotrope injectie-specie. ~@ Beproeving vloeigedrag van de injec-tiespecie met de GEN-vloeitrechter volgens[7JeEMENT1995/11 31? ? materialen ? betontechnologie'r inw. if! 39mm tC ::::;J --~~-----'1