VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON VAKBL AD 1 2021 Pneumatische bekisting LICHTGEWICHTELEMENTEN FERROCEMENT ? BEPERKEN SCHEURVORMING CER ? DUURZAME TRENDS BETONMORTEL ? MINIMUM KLINKERGEHALTE BETON BV 1-2021 Cover.indd 1BV 1-2021 Cover.indd 1 12-03-21 14:5612-03-21 14:56 Heb je ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Marjolein Heijmans, 06-57676351 of via e-mail m.heijmans@aeneas.nl. Ook partner van Betoniek worden? Met het delen van kennis draagt Betoniek al sinds 1970 bij aan een goede kwaliteit van de bouw in Nederland. Dit doen we met hulp van onze partners, die net als wij het belang van kennis inzien. Tegenover deze ondersteuning staan een aantal privileges, zoals een hoge korting op licenties, aandacht in het vakblad en online en gratis gebruik van de vacaturebank. B uildings is een van de vele afdelingen binnen Bil nger Tebodin waarin de disciplines Architectural, Structural en Building Ser vices vertegenwoordigd zijn. Onze ingenieurs verzorgen zowel monodiscipli- naire als multidisciplinaire projecten en ontwer- pen een breed scala aan bouwwerken. Denk hierbij bijvoorbeeld aan kantoorgebouwen, fabriekshallen, open of gesloten procesinstal- laties, ondersteuningsconstructies, etcetera. Bil nger Tebodin kan voor deze vakgebieden ondersteuning bieden vanaf het eerste grove schetsontwerp tot en met de detail enginee- ring en uitvoeringsbegeleiding. Behalve het bouwkundige en constructieve ontwerp kun- nen ook de gebouw gebonden installaties verzorgd worden (HVAC, elektro, utilities, enzovoort). Partner uitgelicht Bil nger Tebodin, opgericht in 1945 in Den Haag, is een multidisciplinaire consultancy- en engineeringorgani- satie met 1.600 medewerkers en 24 kantoren in 10 Europese landen. Wij leveren advies- en engineering ser- vices in een breed scala van indus- triële markten waaronder: chemie, energie, olie en gas, farmaceutische industrie, voedingsmiddelenindus- trie en pijpleidingen. Bil nger Tebo- din is onderdeel van wereldwijd ope- rerende 'Industrial services provider' Bil nger SE. Bil nger Tebodin Enkele voorbeelden van onze diversiteit aan projecten zijn het ontwerp van een laboratorium en productieomgeving in cleanrooms voor een farmaceutisch bedrijf, een kantoorgebouw en productiefaciliteit voor fabrikant thermische interfacematerialen voor milieuvriendelijke voertuigen, een fabriek met tankenpark en ver- lading voor productie van ammoniumsulfaat en bijvoorbeeld een haalbaarheidsstudie verduur- zaming energiebehoefte bestaande woonwijk. 2 VAKBL AD 1 2021 BV 1-2021 Partners + Partners uitgelicht.indd 2BV 1-2021 Partners + Partners uitgelicht.indd 2 15-03-21 12:0715-03-21 12:07 Buigen of barsten Wanneer deze editie van ons geliefde vakblad jullie onder ogen komt heeft iedereen - die dat mag en kan - weer een stem uitgebracht over de toekomst van ons land. Ik heb zelf met de nodige aandacht vooraf een aan- tal partijprogramma's en kieswijzers doorwrocht, maar geen van de partijen pro leert zich duidelijk over beton en dat is een gemiste kans. Er blijft een grote bouwopgave bestaan, niet alleen met de veelbesproken 'miljoen woningen', maar ook met de instandhouding van het bestaand areaal. Alles wat we gebouwd hebben gaat immers ook weer ? eens ? kapot en bouwen heeft een inke impact op de maatschappij en het milieu. Ook kost bouwen geld en laten we maar hopen dat er door onze toekomstige bestuurders verstandig ? en voor ons ruimhartig ? budgetteren. Wij kunnen ons dan zelf verder richten op onze eigen coalities van cement, zand en grind en waar nodig een beetje staal. Dat het bij die coalitievorming ook een zaak van 'buigen of barsten' is, blijkt ook in ons vakblad. Zo besteden we uitgebreid aandacht aan het aspect scheur vorming en zien we een verrassend voorbeeld van de buigzaamheid van beton bij het gebruik van een pneumatische bekisting. Zelfs verhard beton is soms nog een stuk meegaander dan gedacht. In deze uitgave ook weer de nodige aandacht voor het doelmatig omgaan met de schaarse bronnen van moeder Aarde. Daarbij ontstaat het beeld dat we door onze ? herbruikbare ? afvalsto en dreigen te raken. Is dat een oplossing of juist een nieuw probleem? Ik wens jullie veel leesplezier met de mooie verrassingen uit de betonwereld. Benieuwd welke verrassingen er binnenkort uit Den Haag komen. Hans Kooijman Hoofdredacteur Betoniek Vakblad Voor reacties: hanskooijman@betoniek.nlECODUCT MET PNEUMATISCHE BEKISTING Luchtkussen tilt vlakke platen op tot dubbel gekromde schaalconstructie met een pneumatische bekisting 4 LICHTGEWICHTELEMENTEN VAN FERROCEMENT Dunne elementen met cementgebonden mortel en één of meerdere lagen jnmazige wapening 12 BEPERKEN SCHEURVORMING BIJ CER Betontechnologisch advies landhoofden in de Container Exchange Route 16 DUURZAME TRENDS IN BETONMORTEL 30 jaar onderzoek naar eindverbruik van cement en betonmortel en relatie met duurzaamheid 21 MINIMUM KLINKERGEHALTE VOOR BETON Voorstel NEN 8005 voor minimum klinkergehalte in bepaalde milieuklassen, ter beperking van aantasting 28 MA ART 2021 JA ARGANG 9 EN VERDER PARTNER UITGELICHT 2 PARTNERS 2 PUBLICATIE STUBECO OVER 3D-BETONPRINTEN 26 ONLINE EN SERVICE 31 VOOR TECHNOLOGIE EN UIT VOERING VAN BETON VAKBL AD 1 2021 Pneumatische bekisting LICHTGEWICHTELEMENTEN FERROCEMENT ? BEPERKEN SCHEURVORMING CER ? DUURZAME TRENDS BETONMORTEL ? MINIMUM KLINKERGEHALTE BETON BV 1-2021 Cover.indd 1BV 1-2021 Cover.indd 1 12-03-21 14:5612-03-21 14:56 Foto voorpagina: ecoduct met dubbel gekromde schaalconstructie door pneumatische bekisting, foto: Christoph Panzer 3 VAKBL AD 1 2021 INHOUD BV 1-2021 Inhoud.indd 3BV 1-2021 Inhoud.indd 3 15-03-21 12:1315-03-21 12:13 LUCHTKUSSEN TILT VL AKKE PL ATEN OP TOT DUBBELGEKROMDE SCHA ALCONSTRUCTIE Betonnen schaalconstructies zijn erg efficiënt: er kunnen grote overspanningen mee worden gerealiseerd met beperkt materiaal­ gebruik. Maar probleem hierbij is de bekisting; die is juist erg materiaal­ en arbeidsintensief. In Oostenrijk is een oplossing bedacht: een pneumatische bekisting. Met een eenvoudig lucht­ kussen worden betonnen plaatelementen getransformeerd tot een dubbelgekromde schaalconstructie. Deze methode is toegepast voor de bouw van een ecoduct over een spoor. E en schaalconstructie heeft een bijzonder efficiënte vorm. Met de juiste geometrie worden eigen gewicht en andere perma- nente belastingen hoofdzakelijk afgedragen via normaaldrukkracht; moment- en dwars - krachtspanningen worden zo tot een minimum beperkt. Die geometrie houdt meestal een dubbelgekromde vorm in. Om die in beton te realiseren, is een complexe bekisting nodig. Er zijn verschillende manieren om zo'n bekisting te maken. Bijvoorbeeld met houten, complex gevormde elementen of op basis van gefreesd polystyreen. De auteurs van dit artikel hebben een nieuwe methode ontwikkeld: Pneumatic Forming of Hardened Concrete (PFHC). PNEUMATIC FORMING OF HARDENED CONCRETE Bij PFHC worden gekoppelde, dunne ver vorm- bare betonplaten gebogen tot een dubbelge - kromde constructie. De platen worden opge - tild door het oppompen van een luchtkussen onder de platen, ver volgens aan elkaar ver - bonden met grout en uiteindelijk voorzien van een druklaag. De platen worden bij elkaar gehouden door het aanspannen van voorspan- kabels rondom de constructie (fig. 1). De te realiseren vormen van een constructie hangen vooral af van de mogelijke kromming van de platen en dus de mate waarin ze zijn te buigen tijdens het oprichten. Dit 'koud' buigen van het verharde beton is dan ook de grootste BRON Dit artikel is een vertaalde bewerking van het artikel Efficient construction of concrete shells by Pneumatic Forming of Hardened Concrete: Construction of a concrete shell bridge in Aus - tria by inflation , gepubliceerd in Structural Concrete 2020/1 (Volume 21, Issue 1). De bewerking is gedaan door Jacques Linssen (Aeneas Media / redactie Betoniek ). Ecoduct met pneumatische bekisting Grootse uitdaging in deze bouwmethode is het 'koud' buigen van het verharde beton 1 Betonnen platen ? bij elkaar gehouden door voorspankabels (oranje lijnen) ? worden opgetild door een luchtkussen 2 Buigproef van een proefstuk 4 VAKBL AD 1 2021 Auteur Benjamin Kromoser, Institut für Konstruktiver Ingenieurbau, Universität für Bodenkultur Wien ? Johann Kollegger, Institut für Tragkonstruktionen, TU Wien uitdaging in deze bouwmethode. Er bestaat een direct verband tussen de maximale kromming, de drukspanning in de betondrukzone en het rekgedrag van de wapening in de trekzone. Traditioneel beton met een druksterkte tussen 20 en 60 N/mm 2 en een E-modulus van 30.000 tot 40.000 N/mm 2, kan een drukrek ondergaan van 4?. Ter vergelijking: de roestvrijstalen voorspankabels hebben een treksterkte van 1570 N/mm 2, een elasticiteitsmodulus van 85.120 N/mm 2 en kunnen een trekrek aan van 20?. Het grootste deel van de ver vorming moet dus door de wapening worden opgenomen. De 'buigbaarheid' van de betonplaten is uitvoe- rig onderzocht met diverse experimenten (foto 2). Er is gevarieerd met mengselsamen- stelling, druksterkten en ouderdom van de proefstukken. Het betonmengsel bleek hierbij slechts beperkte invloed te hebben. Ten aan- zien van de ouderdom is het vooral belangrijk dat de aanhechting voldoende is. De gehan- teerde ouderdom ligt tussen de één en twaalf weken na het storten. Naast buigbaarheid van de betonplaten zijn bezwijkgedrag van het luchtkussen (met ver- schillende materiaalopties), de verbinding tussen de elementen en de centrische treks- terkte van het gewapende beton beproefd (fi g. 3) [1] [2] [3]. De gehele constructie is getest in een opstelling op grote schaal: een bolvormige schaalconstructies met een dia- meter van 10,8 m en een hoogte van 3,2 m, en een ovaalvormige schaalconstructie met grondvlak van 17,6 × 10,8 m 2 en een hoogte van 2,9 m. Beide schaalconstructies hadden een dikte van 50 mm. Met deze testen is de haal- baarheid aangetoond. Volgende stap was de realisatie van een echt bouwwerk. De Oostenrijkse Staatsspoorwegen ÖBB toonde interesse in de techniek voor de bouw van een ecoduct met een overspanning van 36,2 m en een hoogte van 7,6 m over een nieuw aan te leggen spoorweg, de Koralmbahn (foto 5). Besloten werd eerst een test uit te voeren op schaal 1 : 2. Deze testopstelling had een grondvlak van 26,5 × 19,1 m 2, een hoogte van 4,2 m en een schaaldikte van 150 tot 200 3 Verschillende testen die zijn uitgevoerd 4 Proefopstelling op schaal 1 : 2 van het gebouwde ecoduct 5 VAKBL AD 1 2021 mm [4] (foto 4). Met de opgedane kennis is het concept verder geoptimaliseerd. ONTWERPPROCES Het ontwerpproces van het ecoduct is opge- deeld in vier stappen (fi g. 6). Begonnen is met het vaststellen van de optimale vorm van de brug, op basis van geometrische, construc- tieve, economische en productietechnische randvoorwaarden (stap 1). Ver volgens is deze vertaald naar een volledige dubbelgekromde koepel (stap 2). Deze koepel is daarna opge- deeld in enkelgekromde platen, die zijn uitge- legd in het platte vlak (stap 3 en 4). Stap 1 Bepalend voor de vorm waren drie factoren: de belastingen (eigen gewicht, en verticale en horizontale belasting uit de gronddekking), optimalisatie van het materiaalgebruik en de productiemethode [5]. Om de vorm te bepalen ( form ? nding), is een zogenoemd particle spring system gebruikt, een bekende techniek in de IT voor het maken van fysische simulaties. Het sys- teem bestond uit een net waarop permanente belastingen in tegengestelde richting werden aangebracht (fi g. 7). Het net werd hiermee net zo lang ver vormd, totdat er evenwicht ontstond. Stap 2 Om trekspanningen te beperken, moest het luchtkussen volledig worden bedekt door betonplaten. Daarom moest de vorm van de brug (tijdelijk) worden uitgebreid tot een vol- ledige koepel (fi g. 6, stap 2). Om de grondvorm te bepalen, zijn de hoekpunten verbonden door een zo veel mogelijk aaneengesloten kromme. Discontinuïteiten moesten daarbij worden voorkomen, omdat deze zouden leiden tot piekspanningen in de dunne betonconstructie tijdens het opblazen. Stap 3 en 4 Omdat de betonplaten slechts in één richting konden worden ver vormd, moest de dubbel- gekromde vorm van de koepel worden gedis- cretiseerd in een serie van zogenoemde ont- Om trekspanningen te beperken, moest het luchtkussen volledig worden bedekt door betonplaten Omdat de betonplaten slechts in één richting konden worden vervormd, moest de dubbelgekromde vorm van de koepel worden gediscrediteerd in een serie van zogenoemde ont wikkel- bare oppervlakken 5 Ecoduct op de defi nitieve locatie 6 Vier hoofdstappen in het ontwerpproces 7 Model met belastingen in tegengestelde richting 6 VAKBL AD 1 2021 wikkelbare opper vlakken. Om de juiste vorm van deze opper vlakken te bepalen, is gebruik- gemaakt van softwaretool Evolute in combina- tie met Rhinoceros. Eerst is een grove mesh gemodelleerd met een grove discrete weer- gave van de geometrie en indeling in segmen- ten. Op basis hier van is het model in stappen geoptimaliseerd, gebruikmakend van een algoritme. Het belangrijkste criterium daarbij was de vlakheid van elke zijde van de elemen- ten in de mesh. Dit proces leidde uiteindelijk tot een geometrie bestaande uit enkelgekromde platen, die samen de totale gekromde vorm erg dicht naderden. Deze platen zijn in de laatste stap uitgelegd in een plat vlak. DEFINITIEF ONTWERP Het proces heeft geleid tot een voor deze toe- passing optimaal ontwerp (fi g. 8): platen van 100 mm dik over een opper vlak van 56,0 × 43,0 m 2 die worden getransformeerd tot een schaalconstructie met een grondopper- vlak van 53,0 × 38,1 m 2 en een maximale hoogte van 7,6 m. De constructie weegt 546 ton. Als wapening is gekozen voor roestvast- stalen voorspankabels met 19×7-draads strengen en glasvezelstaven (glass fi bre rein- forced polymer, GFRP). Deze wapening verbe- terde het buiggedrag en zorgde voor een line- air-elastisch gedrag tot de uiterste grenstoestand (geen vloei). De glasvezelsta- ven van 8 mm dik zijn toegepast in radiale rich- ting van de platen. Het voordeel van deze wapening is dat ze op een traditionele manier op de bouwplaats kunnen worden aange- bracht. Voorspankabels hebben een lage stijf- heid en moeten worden nagespannen, waar- door deze alleen toepasbaar zijn tussen verankeringsblokken. 8 Ontwerp van het ecoduct 9 Vierpuntsbuigproeven waarmee de buigbaarheid van de platen is getoetst 10 Eindige-elementenmodel van een kwart van de constructie A B 7 VAKBL AD 1 2021 BEREKENING Tijdens het ontwerp is de constructie beschouwd met eindige-elementenmodellen (EEM), voor zowel de fase van oprichten als de defi nitieve situatie. Oprichtfase Het buigen van de platen is eerder onderzocht aan de hand van vierpuntsbuigproeven op 100 en 120 mm dikke platen van 4,5 × 0,5 m 2 (fi g. 9) [1]. In aanvulling op deze buigproeven zijn fysisch niet-lineaire EEM-berekeningen (in ATENA) uitgevoerd om het gedrag tijdens het oprichten te voorspellen. De gegevens in het model, zoals de materiaaleigenschappen van het beton, zijn gekalibreerd aan de resultaten van de vierpuntsbuigproeven. Gezien de symmetrische vorm van de con- structie is slechts een kwart gemodelleerd (fi g. 10a en 10b). De belasting uit het luchtkus- sen is gemodelleerd als gelijkmatig verdeelde belasting. Het model is opgebouwd uit discrete schaalelementen. De voorspankabels en glas- vezelstaven zijn geschematiseerd als een- dimensionale elementen. In fi guur 11 is de verplaatsing weergegeven bij twee verschillende stappen in het rekenproces. Uit de berekening volgde een maximale drukrek van 1,06?, waar de maximale drukrek in de 13 Stappen tijdens de uitvoering 11 Resultaten van het eindige-elementenberekening op twee momenten tijdens het oprichten 12 Ver vormingen bij maximale belasting A B 8 VAKBL AD 1 2021 14 Bekisting en wapening van de losse platen 15 Platen gekoppeld met staalprofi elen, vóór en na het oprichten vierpuntbuigproeven meer dan 3,0? bedroeg. Dit resulteerde dus in een veiligheidsfactor van 3. De rek in de glasvezelstaven bedroeg 5?. De breukrek van die staven hangt af van de exacte fabrikant, maar bedraagt doorgaans meer dan 15? (glasvezelstaven gedragen zich lineair- elastisch tot aan breuk). Ook hier dus een veilig- heidsfactor 3. Uiteindelijk is op de bouwplaats nog additionele traditionele wapening toege- voegd in het middenstuk, waardoor de stijf- heid daar iets toenam en ook de geometrie iets afweek van de modellen. De? nitieve fase Voor het beoordelen van de krachten en ver- vormingen in de gebruiksfase is een lineair- elastisch eindige-elementenmodel opgezet (fi g. 12). De stijfheid van de elementen is daar- bij afhankelijk van de spanning. In deze bere- keningen is rekening gehouden met een asym- metrische belasting als gevolg van mogelijk variërende dichtheid van het grondpakket. Ook krimp-, kruip- en temperatuureff ecten en geo- metrisch niet-lineair gedrag zijn meegenomen. UIT VOERING Alle stappen in de uitvoering zijn weergegeven in fi guur 13. Eerst is de fundering gestort (1). Ver volgens is een laag granulaat aangebracht A B 9 VAKBL AD 1 2021 met daarop een werkvloer (2). Hierop is het lege luchtkussen gelegd. Daarop zijn de rand- bekisting en wapening voor de platen aange - bracht (foto 14). Deze bekistingen zijn ver - vaardigd met behulp van freestechnieken. Dit was nodig om de gewenste nauwkeurigheid te kunnen bereiken om de juiste vorm van de schaalconstructie te kunnen realiseren. Na het verwijderen van de bekisting zijn tussen de elementen afstandhouders geplaatst, gemaakt van epoxy en zand. Hiermee kon de juiste afstand tussen de platen na het opbuigen wor - den gerealiseerd (later aangevuld met een groutverbinding). Aan de elementen zijn sta- len profielen bevestigd om horizontale ver - plaatsingen te voorkomen tijdens het oprich- ten (rode elementen in foto 15). Het opper vlak van de schaalconstructie is gestraald voor een goede hechting met de druklagen. Ver volgens is gestart met het oppompen van het luchtkus - sen en aanspannen van de voorspankabels. Dit is gedaan met vier vijzels op twee veranke - ringsblokken in de omtrek van de constructie. Een luchtdruk van 29 tot 32 mbar, aangebracht door hoogwaardige ventilatoren, was vol- doende om de platen op te richten. Dit oprich- ten duurde in totaal vijf uur. Ver volgens zijn de platen gekoppeld met een groutverbinding en zijn de voorspankabels aangespannen tot de vooraf berekende kracht. Voorts is het gebied op de vloer, waar de betonplaten op rusten, opgeruwd en voorzien van een kleine opstort om horizon - tale verplaatsing te voorkomen. Daarna is additionele wapening aangebracht in speci - fieke zones boven op de schaal. Speciale wapening is in de fundering ingeboord om de buitende momenten en spatkrachten te kun - nen overdragen. Ver volgens is aanvullende wapening aangebracht (twee lagen) en is de druklaag gestort (drie lagen) tot een dikte van 450 mm (stap 5 tot 8). Op de steile delen is spuitbeton gebruikt en op de minder steile delen traditioneel beton. De grens daartus - sen was vastgesteld op 25 tot 28°. Tijdens het storten van de druklagen is het luchtkussen opnieuw opgepompt om de stortbelasting op te nemen. Daarna is het beton verwijderd waar dat niet nodig was (9) en is het randele - ment gestort (10). In de allerlaatste stap (11) is het grondpakket aangebracht (foto 16). Aan het opper vlak aan de onder - zijde zijn uiteindelijk kleine oneffenheden zichtbaar als gevolg van enkele vouwen in de folie. Dit heeft een karakteristiek beeld dat hoort bij deze bouwmethode. MONITORING Om het hele proces te monitoren, is de vorm van de schaal vanuit de binnenzijde continu gemeten met 3D-laserscans. De verkregen 3D-point-cloud is vertaald in een aaneenscha- keling van polynomen die in een EEM-model zijn geïmporteerd. Hiermee is het gedrag van de constructie geanalyseerd. Er werden slechts kleine verschillen met het voorspelde gedrag gevonden. CONCLUSIE Betonne n schaalconstructies zijn erg efficiënt, maar door de complexe dubbelgekromde bekis - tingen worden ze in de praktijk nauwelijks toege - past. Met de nieuwe methode Pneumatic Forming of Hardened Concrete (PFHC) is een alternatieve bouwwijze geïntroduceerd. Met PFHC zijn met hoge nauwkeurigheid schaalconstructies te bou- wen zonder dat hier voor veel arbeid en materiaal- intensieve bekisting nodig zijn. Met het ecoduct van de Oostenrijkse Staatsspoorwegen is het bewijs geleverd. Literatuur1. Kromoser B, Kollegger J. Aktives Verformen von ausgehärteten Betonelementen zur Herstellung von räumlich gekrümmten Betonflächen. Beton- Stahlbetonbau. 2017a;112:106?115. https:// doi.org/10.1002/best.201600049. 2. Kromoser B, Kollegger J. Pneumatic forming of hardened concrete building shells in the 21st centur y. Struct Concr. 2015;16: 161?171. https://doi.org/10.1002/suco.201400057. 3. Kromoser B, Kollegger J. Herstellung von Schalentragwerken aus Beton mit der "Pneumatic Wedge Method". Beton- Stahlbetonbau. 2014;109:557?565. https://doi.org/10.1002/ best.201400014. 4. Kromoser, B, Kollegger, J. 2017b. How to inflate a hardened concrete shell with a weight of 80 t. Proceedings of the IASS Annual Symposium 2017, "Interfaces: Architecture. Engineering. Science." Presented at the IASS Annual Sym, Hamburg, Germany 5. Kromoser B, Pachner T, Tang C, Kollegger J, Pottmann H. Formfinding of shell bridges using the Pneumatic Forming of Hardened Concrete construction principle. Adv Civil Eng. 2018b;2018:1?14. https://doi.org/10.1155/2018/6309460. 16 Definitieve situatie 10 VAKBL AD 1 2021 Bestel het boek voor ? 19,95 Verzamelde columns over de bouwwereld www.verbeeldingenwerkelijkheid.nl & VerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeeldingVerbeelding werkelijkheid Rob Nijsse bespreek\ut in zijn boek act\uue\fe kwesties in de bouw\u. \bp een directe en \u komische manier daa\ugt hij je uit om op\u een andere manier n\uaar vaak herkenbar\ue situaties te kijken\u. In korte verha\fen\u spreekt hij zijn bewonderin\ug uit over een aant\ua\f prachtige, eeuwenou\ude bouwwerken, maar\u ook zijn verbazing\u en soms ze\ffs erge\urnis over hoe het er in\u de bouw nu vaak aan\u toe gaat. adv_11.indd 2adv_11.indd 2 12-03-21 15:1612-03-21 15:16 F errocement en gewapend beton zijn ver- wante materialen. Het zijn beide cement- gebonden en met betonstaal gewapende composieten. Het cementgehalte bij ferro- cement is hoog, waardoor het materiaal zeer sterk is en een dichte opper vlaktestructuur heeft. Als bindmiddel kunnen verschillende soorten cement worden gebruikt. Vanwege de eigenschappen wordt over het algemeen gekozen voor portlandcement (CEM I). De minimale hoeveelheid cement bedraagt 600 kg/m³ en de water-cementfactor is maximaal 0,4. De gemiddelde druksterkte van ferrocement is rond de 80 N/mm². De grootte van het toeslagmateriaal verschilt sterk met dat van normaal beton. Waar de maxi- mumkorreldiameter van normaal beton rond de 30 mm ligt, is dat bij ferrocement ongeveer 4 mm. Er worden ook hulpsto? en toegepast, zoals een stof om waterstofvorming door het gegalvaniseerde draadgaas te voorkomen. De korrelopbouw van de zandfactie is, net als bij normaal beton, een belangrijk aspect voor de verwerkbaarheid en de uiteindelijke dicht-heid van het materiaal. Die dichtheid is bij ferrocement aanzienlijk. Het materiaal is zo dicht dat water niet door het opper vlak dringt en een dekking van 6 mm op het verzinkt stalen wapeningsnet afdoende is (foto 2). Dit is vast- gesteld met carbonatatiemetingen en indrin- gingsproeven. De diameter van het staal is over- eenkomstig kleiner. Tegenover staafdiameter van Ø6 tot ongeveer Ø20 mm van normaal beton in het betre? ende toepassingsgebied (balkons, Lichtgewichtelementen van ferrocement DUNNE ELEMENTEN MET CEMENTGEBONDEN MORTEL EN ÉÉN OF MEERDERE L AGEN FIJNMAZIGE WAPENING Ferrocement is een bouwmateriaal dat wordt samengesteld uit een cementgebonden mortel en één of meerdere lagen ? jnmazige wapening ('ferro'). Hiermee kunnen zeer dunne of holle constructies worden gemaakt, waarmee aanzienlijk op het gewicht kan worden bespaard. Waar de maximumkorreldiameter van normaal beton rond de 30 mm ligt, is dat bij ferrocement ongeveer 4 mm 12 VAKBL AD 1 2021 Auteur Leon Kolster, Rosalie Verloop, microbeton Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 12Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 12 15-03-21 12:1715-03-21 12:17 luifels, enz.), staan draadgaas en staven met dia- meters van ongeveer Ø1 mm à Ø1,5 mm tot circa Ø10 mm (foto 2). Het wapeningspercentage en het specifi eke aanhechtingsopper vlak per volume-eenheid liggen bij ferrocement veel hoger. LICHTGEWICHTELEMENTEN Door de beschreven materiaalsamenstelling is het mogelijk producten zeer dun te construe- ren. Er worden massieve prefab elementen ver vaardigd met dikten van 25 mm tot 150 mm. Om aan te tonen dat bij deze dunne construc- ties de vereiste sterkten worden gehaald, zijn bij TNO diverse belastingsproeven uitgevoerd. Om het gewicht te beperken, is het ook moge- lijk holle elementen te maken met een dikte vanaf 150 mm (foto 1, fi g. 3). Deze elementen hebben een dunne buitenschil en ribben in de middelste zone en zijn voorzien van een lichtge- wichtkern van EPS. Hiermee kunnen de ele- menten tot wel 85% lichter worden uitgevoerd dan de elementen die in traditioneel beton wor- den gemaakt. Toepassing van ferrocement kan vanuit milieu- technisch oogpunt interessant zijn. Weliswaar bevat het meer cement dan normaal beton, waardoor de MKI-waarde met ?34/m 3 hoger is dan normaal beton (< ?25/m 3). Maar dat wordt gecompenseerd doordat er minder kubieke meters nodig zijn, zeker als er EPS in de elementen wordt toegepast. TOEPASSINGSGEBIEDEN Elementen van ferrocement hebben de uitstraling van beton en kunnen in verschillende kleuren, vormen, structuren en reliëfs worden ver vaardigd. Het materiaal kan bij een breed scala aan (bouw)producten worden toegepast. Waar ferrocement in het begin vooral werd gebruikt bij de productie van prefab balkons, FERROCEMENT DOOR DE JAREN HEEN Ferrocement is geen nieuw materiaal. De ontstaansgeschiedenis gaat terug naar omstreeks 1850, toen er voor het eerst bloembakken en tuinmeubels werden vervaardigd van met draadgaas ver- sterkte cementmortel. Met de opkomst van gewapend beton is ferrocement in de vergetelheid geraakt tot omstreeks 1940. Toen ontdekte de Italiaanse bouwmeester Pier Luigi Nervi het materiaal opnieuw. In deze tijd was arbeid heel goedkoop en materiaal duur. In samenwerking met onder andere de Technische Hogeschool Milaan is uitgebreid wetenschappelijk onderzoek naar ferrocement en de eigenschappen verricht en onder Nervi's leiding zijn prachtige architectonische bouwwerken in het materiaal gerealiseerd. Doordat er na de Tweede Wereldoorlog op een gegeven moment geen materi- aalschaarste meer was en arbeid steeds duurder werd, werd ferrocement opnieuw minder toegepast. De ontwikkeling van ferrocement zette zich met name door in de jachtbouw en kano's. Later, eind jaren tachtig, bleek het materiaal ook weer interessant voor de bouw. Zo bleken balkons vervaardigd met ferrocement, die circa 70% lichter waren dan conventionele balkons, zeer geschikt voor de her- ontwikkeling van bestaande gebouwen. 1 Constructie met wapening van verzinkt staal 2 Elementen voorzien van EPS-kern Om het gewicht van de elementen te beperken, is het ook mogelijk ze te voorzien van een lichtgewichtkern van EPS 13 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 13Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 13 15-03-21 12:1715-03-21 12:17 wordt het tegenwoordig ook toegepast voor bij- voorbeeld luifel-, galerij-, trap- en gevelele- menten. Door het lage gewicht is toepassing interessant voor renovatie- en transformatie - projecten waarbij gewicht een beperkende fac - tor is. Door het gebruik van lichtgewichtele - menten is vaak uitbreiding van een bestaande constructie mogelijk zonder grote constructieve aanpassingen te hoeven doen. Ook als spuitbe - ton kent het materiaal diverse toepassingen. MONTAGE BALKONELEMENTEN De balkon- en luifelelementen zijn via projectspecifiek ontworpen ophangconstruc - ties (achteraf) te monteren. Hier voor is een kokersysteem ontwikkeld waarmee de ele - menten achteraf over twee staalprofielen kun- nen worden geschoven (fig. 3). De balustrades worden op de begane grond bevestigd op de balkonplaat. Ver volgens worden de complete balkons met balustrades naar boven gehesen en over de stalen kokerprofielen geschoven, en door middel van vier stelbouten op de gewenste hoogte gedraaid. Dit versnelt het montageproces enorm en vermindert de tijd op de bouwplaats. Omdat door het kokersysteem onderstempelen niet meer nodig is, kunnen elementen na het sluiten van de gevel worden bevestigd (tot vlak voor oplevering). Door dit systeem zijn de elementen bovendien demon- tabel en kunnen ze worden hergebruikt. Dit kokersysteem maakt, net als het lage gewicht van de elementen, de oplossing interessant voor transformaties. Bijvoorbeeld de transf - or matie van oude kantoorpanden met dunne vloeren naar een appartementencomplex waar de buitenruimte aan de bestaande vloer vast - gemaakt moet worden. PREFAB PRODUCTIE Het fabricageproces van prefab elementen met ferrocement begint bij de vaststelling van het ontwerp. In nauw overleg met de opdrachtgever wordt dit ontwerp op alle onderdelen vastgesteld, zoals de vorm, de positie van de balustrades, de consoleveran- kering en de positie van de hemelwaterafvoer. Het vastgestelde ontwerp wordt in de produc - tietekeningen verwerkt. Ver volgens worden de elementen in een geconditioneerde omgeving in de fabriek ver vaardigd. Voor alle elementen worden specifieke mallen gemaakt. Deze kunnen worden gemaakt van hout, kunststof of staal. Bij grote series wordt vaak gebruik - gemaakt van een stalen mal. Bij kleinere series wordt hout gebruikt. Voor de mortel wordt gebruikgemaakt van een zelfverdich- tend mengsel (foto 4). Elementen met EPS-kernen worden voorzien van een drukconstructie ? bestaande uit sta- len of houten balken ? die er voor zorgt dat het EPS en de wapening tijdens het storten niet kunnen opdrijven. Na het storten wordt de stortzijde afgewerkt met de door de opdrachtgever gekozen afwerkingsklasse. In verband met het kwaliteitssysteem worden de mallen, wapening, de elementen voor vrijgave stort, en het gereed product nauwkeu- rig gecontroleerd. 3 Holle balk onelementen met ophangsysteem Met een kokersysteem kunnen de elementen achteraf over twee staalprofielen worden geschoven BRL In 2001 is een BRL voor ferrocementproducten vastgesteld, de BRL 2811. Op basis hiervan kan een KOMO-certificaat worden verkregen. 4 Storten ferrocement met een zelfverdichtend mengsel 14 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 14Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 14 15-03-21 12:1815-03-21 12:18 FERROCEMENT IN DE PR AK TIJK Voor Vanderlande in Veghel is een nieuw kantoorpand gebouwd. Voor dit project zijn lichtgewichtluifelelementen en lamellen met een EPS-kern geproduceerd, als zonwering (foto 5). Hier voor is een vergelijkbaar koker- systeem toegepast als bij de eerder beschre - ven balkons. Voor het transformatieproject in het Wijnhavenkwartier in Den Haag zijn het voormalig ministerie van Veiligheid & Justitie, ministerie van Binnenlandse Zaken en het ministerie Koninkrijkrelaties getransformeerd tot een nieuw levendig stadscomplex met appartementen. De buitenruimte werd gecreëerd door aan de bestaande vloerplaten circa 200 ruime, uitkragende balkons te plaatsen (voor video zie artikel op www.betoniek.nl). Dankzij het toepassen van het kokersysteem konden de balkons achteraf, compleet met balustrade, worden geplaatst zonder te hoeven onder - stempelen. Door het gebruik van lichtgewich- telementen zijn deze balkons circa 65% lichter ten opzichte van traditionele balkons. In dit project weegt een balkon uitgevoerd in traditi- oneel beton ongeveer 2500 kilo. Hetzelfde balkon uitgevoerd in ferro c ement weegt slechts 900 kilo. Een ander voorbeeld van ferrocement in de praktijk zijn de lichtgewichtgevelelementen voor het nieuwe Maria Montessorigebouw van de Radboud Universiteit in Nijmegen. De raamkaders voor dit gebouw zijn bedacht en ontworpen in traditioneel beton. Na bereke - ningen bleek de uitvoering in traditioneel beton erg zwaar te zijn. Hierdoor moest er rekening worden gehouden met zwaardere verankeringen en kleinere elementen. De aan- nemer heeft uiteindelijk er voor gekozen de elementen uit te laten voeren in ferrocement. Hiermee waren grotere elementen mogelijk en konden stijlen worden gecombineerd. Zo waren er minder en lichtere verankerings - punt en nodig (fig. 6). 5 Gevelelementen van f errocement voor Vanderlande in Veghel 6 Ophan gsysteem raamkaders Maria Montessorigebouw van de Radboud Universiteit in Nijmegen 15 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 15Betoniek VB 1-2021_5-ferrocement.indd 15 15-03-21 12:1815-03-21 12:18 VERBINDING TUSSEN CONTAINERBEDRIJVEN OP DE MA ASVL AK TE De Container Exchange Route (CER) in de Rot- terdamse haven verbindt de containerbedrij- ven op de Maasvlakte met elkaar (fi g. 2). Dankzij de route wordt de uitwisseling van containers e? ciënter, wat de concurrentiepo-sitie van de haven als containerhub versterkt. De CER bestaat uit een 17 km lange, doorgaand gewapende betonnen (DGB) baan met zes gelijkvloerse kruisingen en drie kunstwerken (fi g. 2). Een van de kunstwerken is kunstwerk Noord. Dit is een gekromd viaduct dat een ongelijkvloerse kruising van de CER-baan mogelijk maakt met de onderliggende infra- structuur ? een spoor verbinding naar Maas- vlakte 2, een brandweerpad, een leidingen- strook naar de Amaliahaven en een toekomstige industrieweg. Kunstwerk Noord bestaat uit twee gewapende grondconstructies, met daartussen een via- duct met zes overspanningen (foto 1, foto. 3). Het viaduct is opgebouwd uit prefab liggers die geplaatst zijn op vijf tussensteunpunten en twee landhoofden. Deze landhoofden zijn op staal gefundeerd op de gewapende grondcon- structie. De landhoofden zijn ongeveer 12 m lang en opgebouwd uit een sloof van 4 m breed, een spiestuk waar de liggers op rusten en een frontwand waar de stootvloer op aan- sluit (fi g. 4). Als eindopdracht voor de opleiding Betontechnologisch adviseur (BTA) van de Betonvereniging is een betontechnologisch adviesrapport opgesteld voor het project CER (Container Exchange Route). In het advies wordt onder meer ingegaan op de omgang met scheurvorming tijdens de verhardingsfase in de landhoofden moet worden omgegaan. Beperken scheurvorming bij CER BETONTECHNOLOGISCH ADVIES L ANDHOOFDEN IN DE CONTAINER EXCHANGE ROUTE 1 Kunstwerk Noord in aanbouw 16 VAKBL AD 1 2021 Auteur Jeroen van Oosten, Heijmans Infra B.V. Ten tijde van het opstellen van het advies dat in dit artikel wordt besproken, was Jeroen van Oosten werkzaam bij VolkerWessels Infra Competence Centre (VWICC). Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 16Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 16 15-03-21 12:1915-03-21 12:19 4 3D-weergave van het landhoofd op staal bij kunstwerk Noord vanaf acht erzijde WENSEN EN VOORWA ARDEN De strategie van het projectteam CER luidt: 'robuust en met bewezen techniek'. Het doel van deze strategie is enerzijds de ambitieuze ont- werp- en bouwplanning te halen en anderzijds te voldoen aan de hoge beschikbaarheidseisen van de CER tijdens de gebruiksfase. De CER moet gedurende veertig jaar minimaal 99% beschikbaar zijn voor container ver voer met zeer zware aslasten en hoge verkeersintensiteiten. Hoge robuustheid leidt tot minder onderhoud, PROJECTGEGEVENS Project Container Exchange Route Opdrachtgever Havenbedrijf Rotterdam Opdrachtnemer Combinatie CER, gevormd door Koninklijke VolkerWessels-onderne- mingen KWS en Van Hattum en Blankevoort Ontwerp VolkerWessels Infra Competence Centre (VWICC) Leverancier Betonmortel Mobile Concrete Group (MCG) Leverancier prefab beton Spanbeton Leverancier gewapende grondconstruc- ties Terre Armée Het betonmengsel wordt ontworpen binnen de mogelijkheden van de mobiele betoncentrale 2 Overzicht van de CER langs de verschillende terminals, containerdepots, distributiecentra en douanefaciliteiten, inclusief de drie kuns twerken 3 Kunstwerk Noord in aanbouw 17 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 17Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 17 15-03-21 12:1915-03-21 12:19 zodat ook aan deze eis kan worden voldaan. Ook het realisatieteam had een aantal wensen. Ten eerste was koeling niet wenselijk, omdat dit een extra werkgang geeft bij de bouw van het landhoofd. Daarnaast was de stortfasering vastgelegd. De fasering hield in dat het land- hoofd in drie fases moest worden opgebouwd. Eerst de stort van de sloof, ver volgens het spiestuk en ten slotte de frontwand (fi g. 5). Daarnaast waren er een aantal randvoorwaar- den opgelegd vanuit de mobiele betoncentrale op het werk, onder meer omdat de ruimte op de centrale beperkt is: ? Op de centrale zijn twee silo's voor cement beschikbaar, waar van één wordt gebruikt voor CEM I ten behoeve van de doorgaand gewapende betonnen baan. De andere silo is beschikbaar voor een cement naar keuze. ? Er is geen silo beschikbaar voor (puzzolane) vulsto? en. ? De bulk van het beton wordt verwerkt in de 17 km lange CER-baan tussen de kunstwer- ken (DGB). Hier voor wordt als toeslagmate- riaal grind, gebroken materiaal en zand gebruikt, omdat dit economisch de beste keuze is. Gezien de beperkte ruimte op de centrale is het niet mogelijk om naast grind, gebroken materiaal en zand alternatief toe- slagmateriaal te gebruiken. SCHEURVORMING DOOR VERHINDERDE VERVORMING Op basis van voorgaande informatie is een betontechnologisch adviesrapport opgesteld. De adviezen zijn uiteindelijk ook uitgevoerd in de praktijk. Het eerste advies van het rapport bestaat uit de omgang met het grote risico op scheur vorming in het landhoofd tijdens het verhardingsproces. De afmetingen van het landhoofd zijn groot, waardoor de temperatuur tijdens het verhardingsproces door het hydra- tatieproces ? ink oploopt. De thermische krimp die daarop volgt, wordt in elke stortfase intern of extern verhinderd. Hierdoor kunnen scheu- ren ontstaan (fi g. 6). De sloof (stort één) wordt intern verhinderd als gevolg van de grote dimensies. De opgelegde ver vormingen in het spiestuk (stort twee) en de frontwand (stort drie) worden extern verhinderd door de al gestorte constructie. Er zijn, naast het sturen op het betonmensgel (zie onder 'Robuust betonmengsel'), grofweg twee methoden om met scheur vorming door verhinderde ver vorming om te gaan: de scheurwijdte beheersen of het risico op scheur vorming beheersen. De meest robuuste methode om scheurwijdte te beheersen, is het toepassen van wapening. Om het risico op scheur vorming te beheersen, moet de ver vorming in de verhardingsfase worden beheerst. Daar voor bestaan weer twee mogelijkheden: ? De temperatuurgradiënt over de doorsnede beheersen door de constructie te isoleren. ? De warmte actief uit de betonnen doorsnede wegnemen door bijvoorbeeld koelbuizen in de doorsnede te plaatsen of een koelkist toe te passen. Alle opties om scheur vorming te voorkomen of scheurwijdten te beheersen, zijn beoordeeld op vier beoordelingscriteria: de invloed op de bouwsnelheid, kostene? ciëntie, de invloed op de levensduur van de constructie en de uitvoe- ringsrisico's. Deze criteria zijn opgesteld op basis van de randvoorwaarden en wensen van het CER-projectteam. Uit de multicriteria-analyse en de randvoor- waarden uit het project worden de volgende methoden geadviseerd voor de omgang met scheur vorming tijdens de verhardingsperiode: ? Het risico op scheuren in de sloof wordt beheerst door isolatie. De grootste voordelen van isolatie zijn de relatief lage kosten en de eenvoud tijdens de realisatie. Omdat het risico op scheuren worden beheerst, heeft isolatie ook een positieve invloed op de robuustheid van het landhoofd. ? In het spiestuk wordt wapening toegepast om de scheurwijdte te beheersen. Actieve koeling scoort ook goed op de beoordelingscriteria. Maar het realisatie- R APPORT Dit artikel is gebaseerd op een betontechnologisch adviesrapport, dat Jeroen van Oosten heeft opge- steld als eindopdracht voor de opleiding Betontechnologisch adviseur (BTA) van de Betonvereniging. In het advies wordt speci? ek ingegaan op de omgang met scheurvorming tijdens de verhardingsfase, het betonmengsel en de uitvoeringsmethode. Daarbij worden de strategie, voorwaarden en wensen van het project meegenomen. Meer over de cursus BTA staat op www.betonvereniging.nl/opleidingen-agenda/betontechnologisch-adviseren/ 5 Schets van de doorsnede van het landhoofd met stortfasering 6 Interne verhindering (links) en externe verhindering (rechts) van verhardend beton [1] 18 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 18Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 18 15-03-21 12:1915-03-21 12:19 team had de voorkeur voor wapening in plaats van koeling, omdat wapening in dit geval sneller en eenvoudiger is. ? In de fr ontwand wordt wapening toegepast om de scheurwijdte te beheersen. Het grote voordeel van wapening in de front - wand is, naast de bouwsnelheid en de een- voudige uitvoering, de zeer lage bijkomende kosten. Naast de horizontale wapening in de frontwand die is voorzien vanuit het con- structief ontwerp, is er nauwelijks extra wapening nodig om de scheurwijdte tijdens de verharding te beheersen. ROBUUST BETONMENGSEL Naast de genoemde specifieke methoden per onderdeel, is geadviseerd een betonmengsel toe te passen met een trage warmteontwikke - ling. Hierdoor wordt de opgelegde ver vorming door thermische krimp beperkt. Er is ook aandacht uitgegaan naar de robuust - heid van het betonmengsel, passend bij de strategie van het projectteam. Daarom is er een veelgebruikt mengsel geadviseerd dat voldoet aan de sterkte- en milieuklassen van- uit het ontwerp. Het betonmengsel is ontwor - pen op basis van hoogovencement CEM III/B 42,5 N LH SR. Dit cement heeft een relatief trage warmteontwikkeling. Dit reduceert het risico op scheur vorming van de geïsoleerde sloof en de hoeveelheid wapening in het spie- stuk en de frontwand. Er is veel er varing in de infrabouw met dit type cement, waar van de kosten ook nog eens relatief laag zijn. Verder wordt geadviseerd dat de betonleve - rancier moet aantonen dat de autogene krimp van het mengsel (voor het spiestuk en de frontwand) niet hoger is dan de berekende autogene krimp conform de Eurocode. In de constructieve berekeningen is de auto- gene krimp conform de Eurocode aangehou- den. Er zijn aanwijzingen dat de autogene krimp van beton op basis van hoogovencement hoger is dan de Eurocode voorschrijft [2]. De autogene krimp in de praktijk moet worden beheerst, zodat het rekenmodel op basis van de Eurocode en de praktijk voldoende over - eenkomen. Dit advies is als eis neergelegd bij de betonleverancier. Voor de sloof is de autogene krimp niet van belang, omdat de sloof alleen intern wordt ver - hinderd. Autogene krimp is gelijkmatig over de gehele doorsnede, als verondersteld wordt dat het verschil in de hydratatiegraad over de doorsnede klein is. Daarom ontstaan geen spanningen door autogene krimp in een intern verhinderde constructie, zoals de sloof van het landhoofd. VOORWA ARDEN VOOR UIT VOERING De robuustheid van de landhoofden valt of staat uiteindelijk met de juiste uitvoering. De genoemde maatregelen geven bijkomende eisen tijdens de realisatie. De belangrijkste realisatie-eisen met betrek - king tot de thermische scheuren in de sloof zijn de isolatieduur en de monitoring van de tem- peratuur. Uit de FEM-analyse (Finite Element Method) van de temperatuurontwikkeling (fig. 7) en de thermische spanningen volgt dat de sloof twee weken moet zijn geïsoleerd. Deze isolatieperiode moet worden meegeno- men in de uitvoeringsplanning. Tijdens de uit - 7 Temperatuur verloop in sloof bij twee weken isolatie volgens eindige-elementenmodel 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Temperat uur [°C] Tijd [uren] Temperaturen Sl oof tussensteunpunt min dsn - zomer - iso 336u dekking boven (node 5) ke rn (node 9 20) dekking k ist (node 1770) node Alle opties om scheurvorming te voorkomen of scheurwijdten te beheersen, zijn beoordeeld op vier beoordelingscriteria 19 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 19Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 19 15-03-21 12:1915-03-21 12:19 voering moet de temperatuur in de sloof con- stant worden gemonitord, zodat het exacte tijdstip waarop de isolatie mag worden verwij- derd, op basis van de FEM-analyse, kan wor- den bepaald. Voorts is de wapening bepaald die nodig is om de scheur vorming in het spiestuk en de front - wand te beheersen (fig. 8). Dit wordt verwerkt op de ontwerptekeningen en heeft weinig invloed op het uitvoeringsproces. Naast het risico op scheur vorming wordt gead- viseerd de specietemperatuur lager te houden dan 30 °C om delayed ettringite formation (DEF) te voorkomen. DEF is een fenomeen dat leidt tot zwelling door ettringietvorming op het moment dat het beton is verhard en in contact komt met sulfaten en water. Die zwelling kan tot schade leiden. Het risico op DEF is groter bij hoge specietemperaturen. Als de specietem- 3 Ø16 Ø16-125 Ø16-125 3 Ø16 3 Ø16 3 Ø16 Ø32-150 wapening tbv verhinderde vervorming frontwand constructieve wapening + wapening tbv verhinderde vervorming spiestuk constructieve wapening, niet beschouwd betontechnologisch advies peratuur te hoog is, loopt de betontemperatuur in de kern tijdens het verharden op tot 70 °C. Over het algemeen wordt 70 °C gezien als de temperatuur waarop het risico op DEF groot is. Afhankelijk van de planning wordt bij een bui- tentemperatuur van 25 °C geadviseerd niet te storten of de specietemperatuur actief naar beneden te brengen. Dit laatste kan door bij- voorbeeld gekoeld toeslagmateriaal of scherf- ijs toe te passen, maar dit is een erg kostbare aanpak. Ten slotte wordt vanuit het oogpunt van onder - houd geadviseerd dat het landhoofd voldoende wordt nabehandeld. Zo krijgt de dekkingszone van het beton tijd om te verharden, zodat deze voldoende bescherming kan bieden aan de wapening. Verder wordt geadviseerd de kriti- sche opper vlakken van het landhoofd extra te beschermen tegenvorst- en dooischade door een hydrofobeermiddel toe te passen. SPIL TUSSEN DE DISCIPLINES De belangrijkste conclusie van deze samenvat - ting van het betontechnologisch advies is dat de uitvoering, het ontwerp en de betonmortelleve - ring sterk met elkaar zijn verweven. Alle drie de disciplines beïnvloeden elkaar en leggen elkaar voorwaarden op. De betontechnologisch advi- seur acteert als de spil tussen deze drie discipli- nes. Het is aan de betontechnologisch adviseur om de belangen van de verschillende partijen te onderkennen en de best passende oplossing te adviseren. Op die manier wordt het meest afge - wogen ontwerp gerealiseerd. Literatuur 1 CIR IA C660 ? Early-age thermal crack control in concrete. CIRIA, 2007. 2 A utogene Krimp ? Fase 1: Preadvies. SBRCURnet, 2016. 8 S chets van de wapening ten behoeve van verhinderde ver vorming tijdens verharding De autogene krimp moet worden beheerst, zodat het rekenmodel op basis van de Eurocode en de praktijk voldoende overeenkomen 20 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 20Betoniek VB 1-2021_2-BTA.indd 20 15-03-21 12:1915-03-21 12:19 30 JA AR ONDERZOEK NA AR EINDVERBRUIK VAN CEMENT EN BETONMORTEL EN REL ATIE MET DUURZA AMHEID De cement- en betonmortelindustrie registreren sinds 1989 het eindverbruik van cement en betonmortel. Dit levert een goed beeld van de ontwikkelingen in de afgelopen dertig jaar. Wat zijn de trends in onder meer sterkteklassen, milieuklassen en gebruik bindmiddel? En wat zeggen deze resultaten over de ambities op het gebied van duurzaamheid? Duurzame trends in betonmortel H et terugdringen van de CO 2-uitstoot is een van belangrijke aandachtspunten in de betonmortelindustrie. Het meest recente betonmortelonderzoek, uitgevoerd in 2020, wekte de nieuwsgierigheid of er al trends zichtbaar zijn die duiden op minder CO 2-uit- stoot. Die conclusie kan nog niet worden getrokken. Zo neemt het cementgebruik toe. Wel neemt ook de toepassing van het CO 2- vriendelijkere hoogovencement iets toe. Maar met een percentage van 96% zit daar nauwe- lijks nog groei in. Voordat wordt ingegaan op hoe er winst is te behalen als het gaat om CO 2-uitstoot, eerst de belangrijkste bevindingen uit het onderzoek. BEL ANG VAN HET ONDERZOEK Eind jaren tachtig zijn de cementindustrie (voorheen VNC en het ement&BetonCentrum, nu Betonhuis Cement) en de betonmortelin- dustrie (Betonhuis Betonmortel) gestart met een onderzoek naar het eindverbruik van cement en betonmortel (betonmortel is betonspecie, geleverd door een betoncentrale, dus voor ter plaatse gestort beton). Inzicht in kwantitatieve informatie op landelijk en regio- naal niveau is namelijk van belang voor selec- teren en bepalen van marketingactiviteiten. Ook ontwikkelingen op langere termijn in het gebruik van cement en betonmortel zijn van belang voor de positie van deze bedrijfstakken. Zo kunnen de bij Betonhuis aangesloten cement- en betonmortelbedrijven deze infor- matie gebruiken als benchmark naast hun eigen bedrijfsgegevens op betontechnologisch gebied. WEBINAR DUURZAME TRENDS IN BETONMORTEL Op 3 december 2020 organiseerden Betonhuis en Betoniek voor leden en lezers een webinar waarin trends over de afgelopen jaren werden belicht en vooruit werd gekeken naar ontwikke- lingen en innovaties in beton. Presentaties werden gegeven door Wim Kramer (Betonhuis) en Niki Loonen (ABT). In dit artikel worden de belangrijkste punten uit dat webinar toegelicht. 1 Betonmortel gewapend met r vs-vezels, foto: Remco Kerkhoven 21 VAKBL AD 1 2021 Auteurs Wim Kramer en Remco Kerkhoven, Betonhuis ? Niki Loonen, ABT Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 21Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 21 15-03-21 14:5115-03-21 14:51 STERK TEKL ASSEN Van de leveringen volgens NEN-EN 206/NEN 8005 is in 2020 31% geleverd in sterkteklasse C20/25 en 42% in sterkteklasse C30/37. Sinds 2008 is er een trend waar te nemen naar hogere sterkteklassen (fi g. 2). Er vindt een verschui- ving plaats van toepassing van C20/25 naar zowel C25/30 als C30/37. Een mogelijke verklaring voor deze trend is dat het aandeel betonmortel in de agrarische bouw en het aandeel in GW W-werken is toege- nomen. In deze marksegmenten worden vaak hogere sterkteklassen toegepast, mede bepaald door de milieuklasse. Ook in gebou- wen voor (slanke) kolommen en plaatfunde- ringen van hoogbouw worden steeds hogere sterkteklassen toegepast. Overigens hebben hogere sterkteklassen weliswaar een hoger gemiddeld cementgehalte ? wat gepaard gaat met een hoger CO 2-gehalte ?, maar omdat daarmee in sommige gevallen wapening en betonvolume kan worden bespaard, kan er wel sprake zijn van een netto CO 2-besparing. MILIEUKL ASSEN In de periode 1990 tot 2005 werd ruim 60% van de betonmortel geleverd in milieuklasse 2 (VBT); circa 15% in milieuklasse 1 en de rest verdeeld over milieuklasse 3, 5b en 5d. In deze periode was hierbinnen nauwelijks een ver- schuiving zichtbaar. Met de uitbreiding van de reeks milieuklassen in NEN-EN 206/NEN 8005, die rond 2005 is geïmplementeerd en sinds ONDERZOEKSOPZET Het betonmortelonderzoek vindt om de drie jaar plaats en is tot nu toe uitgevoerd door RenM Matrix uit Maastricht. De informatie wordt verkregen door om de drie jaar, bij een representatieve steekproef uit alle betonmortelcentrales in Nederland, gedurende één of meer dagen, de technologische en toe- passingsgegevens te registreren van elke levering betonmortel die in de betreff ende periode met een truckmixer wordt vervoerd. Met behulp van een digitaal systeem worden de gegevens van de beton- samenstelling en de toepassing ervan op de bouwplaats vastgelegd. De opzet van het onderzoek in 2020 was gericht op de registratie van alle ritten gedurende drie aaneengesloten werkdagen. Dat is deels gebeurd met realtimeveldwerk met behulp van een onlinemodule en deels vanuit het centrale datasysteem van de betreff ende betoncentrales. In totaal zijn circa 3400 ritten geregistreerd. Globaal komt dit neer op 55% van de markt, waarmee het onderzoek als representatief kan worden gezien. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% C12/15 C20/25 C25/30 C28/35 C30/37 C35/45 C45/55 C53/65 C55/67 C60/75 mei 2008 mei 2011 mei 2014 mei 2017 april 2020 Sinds 2008 is er een trend waar te nemen naar hogere sterkteklassen 3 Verdeling betonmortel naar sterkteklassen in procenten van mei 2008 tot april 2020 2 Proef met monoliet afwerken van duurzame betonmengsels 22 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 22Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 22 15-03-21 14:5115-03-21 14:51 2008 in het onderzoek wordt gehanteerd, kan per bouwdeelniveau de maatgevende milieu- klasse worden bepaald. Dat bemoeilijkt het signaleren van trends binnen de milieuklassen door de grote verscheidenheid er van. In 2020 zijn de milieuklassen XC1 t/m XC4 goed voor 70% van alle geregistreerde leveringen van betonmortel volgens NEN-EN 206 (fig. 4). Hierbinnen stijgt het aandeel XC1 en XC4 en daalt het aandeel XC2 en XC3. Verder vertoont ook XF4 een stijging, waarschijnlijk toe te schrijven aan een toegenomen aandeel beton- mortel in GW W-werken. CEMENTGEHALTE Het gemiddelde cementgehalte in betonmortel is in de periode 1990-2005 gedaald van 325 kg/m 3 naar 306 kg/m 3. De introductie en gebruik van attestbeton vanaf begin jaren negentig is hier mede de oorzaak van. Andere mogelijke oorzaak is de verdergaande automa- tisering op de centrales ? men kan de betonsa- menstellingen finetunen door 'aan de knoppen te draaien'. Het effect van betere plastificeer - ders, wat leidt tot lagere watergehalten en dus cementgehalten, zit hier dus in verdisconteerd. In 2008 neemt het cementgehalte weer toe tot 316 kg/m 3. Na een korte terugval stijgt het cementgehalte verder tot 330 kg/m 3 in 2020 (fig. 5). Dit laatste kan worden verklaard door het eerdergenoemde gebruik van hogere sterkteklassen. Wel geldt dat het gemiddelde cementgehalte per sterkteklasse in de jaren nagenoeg constant is gebleven. Ook speelt de trend dat de consistentie van de betonspecie alsmaar toeneemt, wat vaak meer water en daarmee meer cement vraagt. Over de verschillende sectoren bestaat een gedifferentieerd beeld van het gemiddelde cementgehalte. Zo is dit gehalte in de woning - bouw sinds 1996 nagenoeg constant, rond de 300 k g/m 3. Dat geldt ook voor de bouwdelen er van, zoals fundering, vloer en wand. Bij andere bouwsectoren is de marge van het gemiddelde cementgehalte groter, doordat het scala aan gebouwtypen en toepassingen beduidend groter is. In deze sectoren is een toename van het cementgebruik te verklaren 0% 10% 20% 30% onb X0 XC1 XC2 XC3 XC4 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3 XF1 XF2 mlXF2 XF3 XF4 mlXF4 X A1 mei 2008 mei 2011 mei 2014 mei 2017 april 2020 zl zl X A2X A3 4 Verdeling betonmortel naar maatgevende milieuklassen volgens NEN-EN 206/NEN 8005 Het gemiddelde cementgehalte in betonmortel is gestegen tot 330 kg/m 3 in 2020 311313 306 316 303 313 315 330 335 330 325 320 315 310 305 300 295 290 285 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 Gemiddeld cementgehalte in betonmortel [kg/m] 5 Gemiddeld cementgehalte van 1999 tot 2020 23 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 23Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 23 15-03-21 14:5115-03-21 14:51 door een verschuiving in aandelen betonmor- tel per bouwsector/bouwdeel en/of dat er een hog ere sterkteklasse wordt vereist per bouw - deel. Verder blijkt dat het gemiddelde cement - gehalte per milieuklasse hoger is dan in de norm is voorgeschreven. Voor het cementge - halte zijn eerder de eisen ten aanzien van sterkte of water-cementfactor bepalend. TOESL AGMATERIA AL Tot 2005 bestond het grof toeslagmateriaal in betonmortel voor het overgrote deel (95%- 99% van alle leveringen) uit rivier- of zeegrind. Het gebruik van beton- of menggranulaat was zeer beperkt (< 1%). Vanaf 2008 wordt ook kalksteen en vanaf 2014 ook ballastgrind als grof toeslagmateriaal in betonmortel gebruikt. Het gebruik van betongranulaat neemt in 2011 toe tot 2% en in 2014 tot 5%. Dat blijft daarna redelijk constant (fig. 7). Riviergrind blijft anno 2014 met 68% nog wel het meest toegepaste grof toeslagmateriaal, maar dit percentage ligt aanmerkelijk lager dan uit de eerdere onder - zoeken is gebleken. Het gemiddelde gehalte grof toeslagmateriaal bedraagt ? voor de tij- dens het onderzoek in 2020 afgeleverde betonmortel ? 975 kg/m 3. Dit gehalte is geba- seerd op het gebruik van één of meer grove toeslagmaterialen in het mengsel. HULPSTOFFEN Het gebruik van hulpstoffen in betonmortel heeft een directe relatie met de gewenste con- sistentie en de wijze waarop het op de bouw - plaats wordt verwerkt. In 98% van de ritten met betonmortel is één of meer hulpstoffen toege - voegd (fig. 8). De plastificeermiddelen nemen 87% van het gebruik van hulpstoffen voor hun rekening. Opvallend is het afgenomen gebruik van turboplasten ten gunste van superplasten. Een belangrijke factor voor het gebruik van hulpstoffen is de toename van het verpompen van het betonmortel op de bouwplaats. Dit verpompen is sinds 1999 de meest toegepaste methode om betonmortel vanuit de truckmixer op de gewenste plaats te krijgen (in plaats van onder meer beton uit de kubel of rechtstreeks uit de mixer). In 2020 was het aandeel bijna 85% (fig. 8). CO 2-REDUCTIE Uit de genoemde trends blijkt nog niet direct dat er sprake is van een trend richting minder CO 2-uitstoot. Overigens blijkt uit het branche - verslag uit 2018 dat er wel sprake is van een daling per m 3 betonmortel. In 2017 ruim 7% minder dan in 2012. Dit brancheverslag is beschikbaar op www.betonhuis.nl (binnenkort verschijnt een nieuwe editie). Los van de trends en de cijfers: mogelijkheden om de CO 2-uitstoot te verlagen, zijn er steeds meer. Een groot deel van deze mogelijkheden komt voort uit de handelingsperspectieven van het uitvoeringsteam CO 2-reductie van het Betonakkoord. In totaal zijn er 28 perspectie - ven opgenomen in een Road Map, waarmee de betonsector de doelstelling van 49% CO 2- reductie in 2030 kan halen. Deze zijn gegroe - peerd rond verschillende thema's van het betonakkoord. Een groot deel van de perspec - tieven is nu al toepasbaar: ? V erbeteren van de korrelpakking ? V ersnellers toepassen ? Benut ten doorgaande sterkteontwikkeling ? O versterkte gebruiken Korrelpakking Met het verbeteren van de korrelpakking van betonspecie, de stapeling van alle korrelach- tige materialen in het mengsel, kan de water - 83 10 5 6 77 15 100 80 60 40 200 Riviergrind ZeegrindBetongranulaat Gebruik grof toeslagmateriaal naar type (%) 2017 2020 42 55 6168 7688 82 36 48 47 47 5561 65 120 100 80 60 40 200 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 Gebruik hulpstoen in relatie tot aandeel verpompen van betonmortel [\ %] 98 85 85 83 gebruik hulpstoenaandeel verpompen 7 Toepassing toeslagmateriaal in 2017 en 2020 8 T rend in het gebruik van betonpompen en hulpstoffen 6 Natruinsulfaalt als 'versneller' van hoogovencement (alkalische activatie) 24 VAKBL AD 1 2021 Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 24Betoniek VB 1-2021_3-betonmortelonderzoek.indd 24 15-03-21 14:5115-03-21 14:51 behoefte worden verlaagd, waardoor ook minder cement kan worden gebruikt (voor dezelfde milieuklasse en verwerkbaarheid). Versnellers In koude periodes wordt nog veel gebruikge- maakt van een verhoging van de dosering portlandcement (kwartje C), omdat dat sneller verhardt. Met versnellers of het doseren van heet water kan dit (deels) worden vermeden. Benutten doorgaande sterkteontwikkeling Vooral bij hogere sterkteklassen wordt er vaak voor een lagere water-cementfactor gekozen dan voor de milieuklasse nodig is. Dit vergt extra cement, maar bij veel constructieonder - delen is de hoge sterkte pas veel later dan na 28 dagen nodig. Dat terwijl de sterkte ook na die 28 dagen blijft toenemen. Hier van kan gebruik worden gemaakt door te rekenen met 91- of 180-daagse sterkte, waarmee op het cement kan worden bespaard. Oversterkte gebruiken Andersom geldt dat bij hogere milieuklassen met een water-cementfactor van 0,50 of 0,45 de sterkte na 28 dagen vaak aanzienlijk hoger is dan de gevraagde sterkteklasse. Door daarover als betonproducent de dialoog met aannemers en constructeurs aan te gaan, kan bewustzijn worden gecreëerd. Hierdoor kunnen ontwerpen hier beter op worden afgestemd, zodat minder beton kan worden toegepast. ALTERNATIEVE TOESL AGMATERIALEN EN BINDMIDDELEN De genoemde maatregelen zijn zoals gezegd op korte termijn toepasbaar. Er zijn ook mogelijkhe - den die binnen de huidige kaders nog niet direct z ijn te implementeren in betonmortel en waarbij onderzoek en nieuwe richtlijnen nodig zijn. Zo heeft betonmortel de potentie materiaal uit diverse reststromen te gebruiken. Dit komt de circulariteit van nieuw beton zeker ten goede. Materialen en ontwikkelingen die daarbij spelen: ? Ma terialen uit de slimme breker / smart crusher ? Betongranulaat (gewassen) ? Brekerzand ? Z and uit baggerspecie ? Granuliet Daarnaast zullen er in de komende jaren nieuwe bindmiddelen en vulstoffen beschik - baar komen met een lagere CO 2-uitstoot. Daarbij valt te denken aan: ? Gecalcineerde klei ? Belite cement ? Tr a s ? Solidia ? A scem-cement ? Gerecycled cement ? Bodemas In combinatie met de alternatieve bindmiddelen is de ontwikkeling van alkalische activatie en geopolymeerbeton voor specifieke toepassin- gen gaande. In feite zijn het bestaande hoog- ovencement en portlandvliegascement al oude voorbeelden van bindmiddelen met een lage CO 2-uitstoot. Bij de productie hier van worden reststoffen ingezet (vrijkomend bij resp. ruwij- zerproductie en elektriciteitsproductie in kolen- gestookte elektriciteitscentrales). Uit het eer - der besproken betonmortelonderzoek blijkt evenwel dat meer dan 95% van het in Nederland toegepaste cement in betonmortel al hoog- ovencement is. Hierdoor is Nederlands beton- mortel al een van de meest duurzame beton- soorten ter wereld. Veel winst is daar dus niet te halen. Bovendien vormt het totale volume aan hoogovenslak in de wereld slechts ongeveer 10% van de totale behoefte aan cement. Het aandeel aan geschikte vliegassen is wereldwijd in dezelfde orde van grootte. De verwachting is verder dat op termijn het aanbod van zowel slak als poederkoolvliegas zal afnemen. Door de schaarste van hoogovenslak kan over - wogen worden die in de toekomst vooral toe te pa ssen waar die écht nodig is, zoals bij con - structies die aan agressieve stoffen of (dooi) z outen worden blootgesteld. Alternatieve bind - middelen kunnen het beste als eerste worden t oegepast bij beton in droge condities of bij niet-constructief beton (of betonwaren). Als dat op grote schaal gebeurt en de beschikbaar - heid niet te veel afneemt, zou hoogovenslak be schikbaar komen voor de prefab-betonin - dustrie die nu nog veel met portlandcement w erkt. Doordat in de prefab-betonindustrie beter (dan bij betonmortel) met agressieve stoffen als natronloog en hoge specie- en ver - hardingstemperaturen kan worden gewerkt, k an daar dan ook de transitie naar bijvoorbeeld geopolymeerbeton worden gemaakt. Daarbij kan hoogovenslak een belangrijk transitiebind - middel vormen richting toepassing van alter - natieve bindmiddelen. De stap van portlandce - ment naar geopolymeerbeton lijkt zonder t ussenstappen namelijk te groot. Al met al is de verwachting dat het aandeel port - landcementklinker wereldwijd steeds verder zal afnemen. Daarmee n