C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWegenbouwcement 2002 448V o o r b e r e i d i n gEen probleem was de wijze waar-op het onderhoud moest wordenuitgevoerd. Na overleg met partij-en, waaronder de Kamer vanKoophandel, de gemeente Am-sterdam en de Stadsdeelraden,werd besloten om resp. de oost-en de westbaan af te sluiten gedu-rende 2 periodes in juni, juli enaugustus 2001.Niet alleen de slijtlagen, ook dekunstwerken hadden onderhoudnodig. Voegovergangen moestenworden vervangen en, nadat hetasfalt was verwijderd, kon debovenzijde van de betondekkenworden ge?nspecteerd op scha-den door chloride-indringing enscheurvorming en zonodig gere-pareerd. Ook werd besloten omwaarnodigdekunstwerkentever-sterken.Om een inzicht te krijgen in dekwaliteit van het beton van dekunstwerken is uitgebreid onder-zoek verricht. Daarbij is vastge-stelddatdekwaliteitvanhetbetongoed was, gemiddelde druksterk-ten van 50 tot 80 N/mm2zijngemeten, terwijl de ontwerpeisK300 (B27) was.V e r s t e r k i n g s m a a t r e g e l e nBij herberekening bleek dat tweekunstwerken niet aan de huidigeeisen voldoen, door een te grootsteunpuntmoment in de bezwijk-fase, moest versterking wordenaangebracht op het betondek, on-der het asfalt.Vanwege de geringe dikte dieeen koolstofvezelwapening nodigheeft, is besloten om de verster-king hiermee uit te voeren i.p.v.met stalen lijmwapening. Voor-delen van koolstofvezelwapeningzijn verder de goede weerstandtegen corrosie en een hoge trek-sterkte en E-modulus. Ook be-houdt zij deze eigenschappen bijhogere temperaturen. Koolstofve-zelwapening heeft wel een hogetreksterkte, maar kan geen krach-ten loodrecht op de vezels opne-men, hiertegen moet de koolstof-vezelwapeningwordenbeschermdmet een daarvoor geschikte laag.Dit is ook noodzakelijk bij stalenlijmwapening, maar dan ter be-schermingtegencorrosieendooi-zout aantasting.Toepassen van een versterkingmet koolstofvezelwapening is nietnieuw. Wel uniek is het toepassenvan koolstofvezelwapening ondereen verharding van asfalt. Voorzover bekend heeft dat in Europaalleen plaats gevonden in Zwit-serland bij de versterking van eenuitkraging.Het systeem van versterking be-staat uit het verlijmen van, uitkoolstofvezelsopgebouwde,lamel-len met een twee componentenepoxylijm. Cruciaal voor de ver-sterkingsmaatregelen was de be-nodigde tijd. De planning moestpassen binnen de planning vanhetonderhoud,2maal42etmalen.Een probleem dat zich zou kun-nen voordoen was de invloed vanverkeerstrillingen in de eersteuren van de uitharding van deepoxylijm. Een tweede probleemzou de beschermlaag op de lamelkunnen vormen. Snel na het aan-brengen moest de beschermlaaggeschikt zijn voor belasting doorhet werkverkeer op het betondek.C U R - A a n b e v e l i n gGezien de krappe uitvoeringstijdvan het onderhoud werd beslotenom vooraf de geschiktheidproef,zoals omschreven in de toen nogvoorlopigeCUR-Aanbevelingvoorhet verlijmen van koolstofvezel-wapening,uittevoerenterplaatsevan de kunstwerken. De invloedvan verkeerstrillingen kon zo opde diverse materialen wordenbeoordeeld.Er werd aan 4 leveranciers vanVersterking van viaducten met uitwendig gelijmdekoolstofvezelwapeningOnderhoud A10-westing. A. Hoogstraten, Bouwdienst Rijkswaterstaat en ir. H. van Beurden, NEDRI, Spanstaal BVOnderhoud aan de A 10 west heeft de beheerder (Dienstkring Amsterdam),door het grote aantal voertuigen van meer dan 180.000 per etmaal, altijdvoor problemen gesteld. Reparatie van het asfalt vond mondjesmaat in denachtelijk uren plaats. Na 30 jaar was het noodzakelijk om de weg grondigaan te pakken en volledig van nieuwe slijtlagen te voorzien.1 | Onderhoud ringwegAmsterdamfoto's: NEDRI, Spanstaal BVC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWegenbouwcement 2002 4 49lamellen gevraagd deze geschikt-heidproeven uit te voeren incombinatie met door hun aange-zochte, gecertificeerde betonre-paratiebedrijven. Het totale sys-teem moest door de leverancierbeschreven worden.E?n van de leveranciers kreeg hetverzoek om een aanvullendeproef te doen, om de invloed vande temperatuurstijging op hetsysteem te onderzoeken, zoals datzou optreden tijdens het aan-brengen van het asfalt.U i t v o e r i n g g e s c h i k t h e i d -p r o e v e nDe proeven zijn uitgevoerd op deinspectiepaden van de kunstwer-ken.ConformdevoorlopigeCUR-Aanbeveling werd eerst bepaaldof het beton ter plaatse aan dehechtsterkte eis van 1,5 N/mm2voldeed. De gemeten waardenvan de proeven (2,5-4,5 N/mm2)gingen uit boven deze eis.Om de invloed van trillingen opde uitharding van de epoxylijm temeten, is de hechtsterkte van deepoxylijm op het beton in rede-lijke tijdsintervallen bepaald. Erbleek geen sprake te zijn vanenige invloed op de uitharding ende hechtsterkte.Bij de beschrijving van de proefwas uitgegaan van een bescherm-laag op de lamel op cementbasis.Deze materiaalkeuze bleek voorproblemen te zorgen. Om vol-doendeweerstandtebiedentegende belasting van het werkverkeer,48 uur na het gereed komen vande beschermlaag, was aan dehechtsterktevandebeschermlaagdezelfde eis gesteld als aan dehechtsterkte van de epoxylijm ophet beton, zodat er geen zwaksteschakel zou zijn. Tijdens de proe-ven bleek dat bij de oorspronke-lijk door de bedrijven voorgestel-de cementgebonden bescherm-lagen geen enkele voldeed aan deeisen en soms zelfs niet in debuurtkwamenvande1,5N/mm2.De gietmortels waren of te traagof te snel, zodat ze teveel inwen-dige spanningen opbouwden tij-dens de verharding. Door allebedrijven werd een type mortelgevonden dat aan de eisen vol-deed, waarbij Duratop van Cuglade beste resultaten gaf.Over de problematiek is internoverlegd betreffende de noodzaakvan de hechtsterkte eis van 1,5N/mm2. De functie van de be-schermlaag is bescherming tegenmechanische beschadiging vande lamel tijdens de uitvoering enbescherming tegen te hoge tem-peratuur tijdens het aanbrengenvan het asfalt. De krachten die opde beschermlaag worden uitge-oefend zijn hoofdzakelijk rem-krachten van het werkverkeer.Afschuiving is dus maatgevend,verwacht werd dat een hecht-sterkte van 0,7 N/mm2voldoendezou zijn.Belangrijk is de bewerking van deondergrond, asfalt en cement-huid moeten volledig zijn verwij-derd.De beste methode is frezen vanhet asfalt tot op 10 mm van hetbeton, het verhitten van dezelaatste 10 mm en het verwijderenvan dit laagje door schrapen.Daarnadelaatsterestjes,inclusiefkleeflaag en cementhuid, verwij-deren door stofarm stralen.Voor het onderzoek naar de tem-peratuurinvloed werd een lamelaangebracht volgens het voorge-schreven systeem, voorzien vanvoelersindediverselagen.Naver-harding van de beschermlaagwerdgietasfaltaangebrachtineenlaagdikte van tenminste 50 mmmet een temperatuur van ca.160 ?C. Hierna werd de hecht-sterkte weer gemeten.In het laboratorium werd eenlamel verwarmd tot een tempera-tuur die overeenkwam met detijdens de proef gemeten tempe-ratuur,daarbijwerddesterktevande lamel bepaald.De blootstelling aan de asfalttem-peratuur heeft voor de lamel geengevolgen. Door de dikte van debeschermlaag van circa 10 mm,liep de temperatuur van de lamelniet hoger op dan 70 ?C, lager dande minimale eis van 75 ?C dieaandeglasovergangstemperatuurwerd gesteld. De glasovergang-stemperatuur is die temperatuurwaarbij de epoxy, waarmee devezelsaanelkaarzijngelijmd,ver-weekt.Uit de hechtsterkte proeven bleekdat de hechting van de bescherm-laag aan de lamel, na het bloot-stellen aan de asfalttemperatuur,de zwakste schakel was. De hecht-sterkte van de toegepaste primerop de lamel liep ten opzicht vande oorspronkelijke hechtsterktesterk terug. Er zijn geen verdereproeven uitgevoerd met andereprimers, daar tijdens de uitvoe-ring van het werk voor een andertype beschermlaag is gekozen.De uitslagen van de geschiktheid-proeven zijn aan de hoofdaanne-mer,deCombinatieA10-West,terbeschikking gesteld. Deze heeftlameltemperatuur tijdens asfalt gieten0:010:020:030:040:050:060:070:080:08:00 8:15 8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30tijdtemperatuu[?C]1234Lameltemperatuur tijdensasfalt gieten, gemetenonder en boven de lamel.Eerste piek geeft aan hetdrogen met de brander,daarna het aanbrengen vande eerste laag asfalt, gevolddoor de tweede laagC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWegenbouwcement 2002 450de 4 bedrijven offerte gevraagd enheeft het de laagste inschrijvergegund.D e l a m e l l e n p r o d u c t i eDe markt van koolstofvezels iseen wereldmarkt, met een ge?n-stalleerde capaciteit van ongeveer20.000 ton koolstofvezels per jaar.Koolstofvezels worden toegepastin de vliegtuigindustrie (15%),sport en leisure (30%) en indus-trie (55%), waaronder de civieletoepassingen (10%). Toepassingin de civiele techniek en de vlieg-tuigindustrie stellen hoge eisenaan het product. De benodigdevezelkwaliteiten worden doorslechts enkele producenten gele-verd.De gebruikelijke vezels voor deciviele techniek hebben een E-modulus van ?160 kN/mm2 in delamel.Voor dit project was een lamelmet een E-modulus van 200 kN/mm2voorgeschreven, vezels wel-ke niet in Europa worden gepro-duceerd.De lamellen van de koolstofvezel-wapening bevatten circa 65 tot 70volume procenten koolstofvezel.Afhankelijk van de afmetingenvan de lamel, hier 1.4 x 120 mmen de gewenste eigenschappen,wordt het aantal vezels bepaald.De vezels worden aangeleverd opspoelen, iedere spoel bevat ??nroving (bundel), die 12.000 of24.000 vezels bevatten. Voordatde vezels door de matrijs wordengetrokkenwordendezebenatmetepoxy. Door de verhoogde tempe-ratuur in de matrijs hardt deepoxy uit en krijgt de lamel zijndefinitieve vaste vorm. Achter dematrijs wordt de lamel nog naver-warmd om de vernetting van deepoxy te completeren. Vervolgensloopt de uitgeharde lamel doorde voorziening, die de trekkrachtopbrengtdienodigisomdevezelsdoor de productielijn te trekken.Aan het eind van de lijn wordt delamel op een wikkelaar opgerold.In bijgaande figuur is dit processchematisch weergegeven.Hetoppervlakvandelameliszeerglad. Om een goede hechting vande lijmlaag en de afdeklaag tegaranderen is het lameloppervlaklicht opgeruwd.In het werk zijn lamellen in tweelengten toegepast, 5,50 meter ophet kunstwerkcomplex Heemste-destraaten3,20meterophetMul-tatuli viaduct. Om praktischeredenen zijn de lamellen voorafafgerold, geschuurd en op lengtegezaagd en in kisten op de bouw-plaats aangeleverd.H e t a a n b r e n g e n v a nd e l a m e lNadat het betondek was ontdaanvan het asfalt, werd het restasfalten de cementhuid verwijderddoor middel van fijnfrezen enstralen. Vervolgens is het beton-dek gecontroleerd op de aanwe-zigheid van scheuren, deze zijnniet geconstateerd. Na de reini-ging waren grote niveauverschil-len in het oppervlak aanwezig.Deze zijn uitgevuld met eenepoxymortel die compatibel is2-3 | Productie van delamellenSpoelenwikkelaarMatrijs DoortrekunitC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWegenbouwcement 2002 4 51met de lijm van het systeem.Op sommige plaatsen was hiernade ongelijkheid nog groter dan 5mm per meter, de in de voorlo-pige CUR-Aanbeveling aangege-ven maximale ongelijkheid. Ditwerd veroorzaakt door uitsteken-de kiezels, deze zijn weg gesle-pen. Het oppervlak van de uitvul-laag is voor het verlijmen van delamellen gestraald en gereinigd.Alvorens de lamel te voorzien vande lijm moet deze worden gerei-nigd met aceton, of een gelijk-waardig oplosmiddel, om kool-stofpoeder, dat de hechting ne-gatief be?nvloedt, te verwijderen.In het door NEDRI Spanstaal ont-wikkelde systeem wordt gebruikgemaakt van Edilon Dex-RH?.lijm, een epoxylijm met goedehechteigenschappen. De epoxy-lijm wordt in de juiste hoeveel-heid en met het juiste profiel opde lamel aangebracht door ge-bruik te maken van een geleidemal. Vervolgens is de lamel metde lijmlaag op het betondek aan-gebracht(zie fig. 2).Als alternatief voor de in hetbestek genoemde cement gebon-den deklaag is voor een polyure-thaan beschermlaag gekozen.Het voordeel van deze oplossingis, dat de laag snel uithardt en naenige uren belastbaar is. Hetmateriaal heeft een goede isolatievoorhetlateraantebrengenasfalten een betere hechting aan delamel.De lamel is aan de bovenzijdegereinigd met een ontvettings-middel en voorzien van Spandecprimer, waarna het oppervlak isafgewerkt met een beschermlaagvan niet waterdoorlatend Polyu-rethaan van het type SN-GRIP4000. Deze is in twee lagen aan-gebracht en de dikte van de eerstelaag was 4 mm.Nadat deze voldoende is uitge-hard, wordt de tweede laag aan-gebracht en ingestrooid met fijnesteenslag van ca. 2 mm. De steen-slag dient voor de hechting vanhet asfalt. De totale laagdiktewordt daardoor ca. 9 mm.U i t v o e r i n g a s p e c t e nIn de offerte was een uiterste gun-ningsdatum genoemd die nodigwas ter voorbereiding van hetproject, er werd echter veel latergegund, hierdoor werden eenaantal aspecten in de planningkritisch:? de beschikbaarheid van dejuiste vezel;? de productie van de lamellen.Eerder is melding gemaakt vande koolstofvezel met de hoge E-modulus. In Europa was 1000 kgvan deze vezel aanwezig. De res-terende hoeveelheid is in Japangevonden en naar Europa overge-vlogen. Met veel extra inspanningis het gelukt de lamellen op tijdgereed te hebben. Door een ade-quate voorbereiding verliep deuitvoering binnen de planning.Het weer speelde op tweemanieren partenRegendeedregelmatigeenaanvalop de uitvoering. In enkele geval-len werd een doorwerkvoorzie-ning aangebracht. Hierbij moestniet alleen gelet worden op hetdirect vallende hemelwater, maarook het water dat over het wegdekliep. Indien dit water langs nietuitgeharde epoxylijm stroomde,trad verzeping op. Eenmaal washet om deze reden nodig tweelamellen te vervangen.Een ander probleem trad op bijhetwerkenindevollezon,metho- ge temperaturen. De epoxy hardtonder die omstandigheden snelleruit. Hierdoor konden dan slechtskleine hoeveelheden epoxy tege-lijk gemengd worden.Samenvattendeeninteressantpro-ject dat door een goede voorberei-ding uitstekend is verlopen. 4-5-6 | Lamellen worden ophet betondekaangebrachtDeklaagBetonnenonderlaagLamel: 1,4 x 90 mmLijm: Edilon Dex-RH?2|