CROW-CUR A ANBEVELING 18 HERZIEN Om betonspecie onder water te kunnen storten zonder dat het ontmengt, is er colloïdaal beton. CROW-CUR Aanbeveling 18 beschrijft de eisen aan deze verdikte beton. Recent is een derde herziene versie van deze Aanbeveling uitgekomen. Een mooie gelegenheid om weer eens dieper op het onderwerp in te gaan. Colloïdaal betonen de strijd tegen het water B eton heeft water nodig; water om te vloeien, water om te verharden. Niet te veel en niet te weinig. Met water rege- len we de verwerkbaarheid, de krimp, de con- structieve eigenschappen en de levensduur (milieuklasse). Ook andersom geldt: water heeft beton nodig. In de vorm van dijkbekle- dingen, sluizen, rioolleidingen. Beton speelt een cruciale rol bij de deltawerken en natte infrastructuur. Voor deze bouwwerken is het soms nodig beton onder water te storten. Daarbij kan het risico ontstaan op uitspoelen van de cement- pasta. Om dit tegen te gaan kan de cement- CROW-CUR Aanbeveling 18:2020 Colloïdaal beton CROW-CUR Aanbeveling 18-2020 Colloi?daal beton_cv.indd 1-2 26-11-20 10:22 2 CROW-CUR Aanbeveling 18:2020 16 VAKBL AD 2 2021 Auteur Martin Verweij, Cementbouw BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 16BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 16 05-07-21 13:4205-07-21 13:42 pasta worden verdikt. Dit doen we door het toevoegen van een colloïdale hulpstof. Zo ont- staat colloïdaal beton. ONDERWATERBETON De termen onderwaterbeton en colloïdaal beton worden wel eens als synoniemen gehan- teerd. Echter, niet alle beton dat onder water wordt gestort, is colloïdaal beton. In rustig water en met een beperkte valhoogte kan gewoon beton onder water worden gestort. Zeker wanneer de Hop-dobber wordt toege- past, is er nagenoeg geen contact tussen betonspecie en water (fi g. 3). Dit gebeurt bij- voorbeeld bij bouwkuipen die onder water staan (foto 4). Zie ook Betoniek Standaard 16-23 Onderwaterbeton uit januari 2018 en CUR-Aanbeveling 77. Kenmerkend voor onderwaterbeton is de slechte bereikbaarheid van het gestorte beton en het ontbreken van mechanische verdich- ting. De mengsels moeten nagenoeg zelfver- dichtend zijn; de waterkolom boven het beton verdicht de specie enigszins. Recente ontwikkelingen zijn de toevoeging van staalvezels respectievelijk glasvezels. Met staalvezels worden de constructieve eigen- schappen van het beton verbeterd en kan een kleinere vloerdikte worden toegepast. Ook kunnen glasvezels worden toegepast als con- structieve en krimpwapening, bijvoorbeeld in de Onderdoorgangen in de N348 (zie het Betoniek-artikel Onderwaterbetonvloer met GFRP uit nieuws januari 2020). COLLOÏDA AL BETON Niet altijd kan met een hop-dobber worden gestort, bijvoorbeeld wanneer het stempel- raam van de bouwkuip in de weg zit. In dit geval is colloïdaal beton een uitkomst. Maar ook bij storten in (snel) stromend water of op oevers rondom de waterlijn waarbij uitspoeling kan optreden als gevolg van golfslag (scheep- vaartgolven of windgolven). De eerste vraag is dus: is colloïdaal beton nodig of niet? De Betonbouwgids onderscheidt een aantal uit- eenlopende toepassingen en functies van col- loïdaal beton (tabel 1). Volgens Betoniek 7/22 is colloïdaal beton in 1983 in Nederland geïntroduceerd. Sindsdien is er aan het principe weinig veranderd. Een hulpstof zorgt voor een hoge viscositeit van de betonspecie en voorkomt zo het uitspoelen tij- dens het vallen in water of als gevolg van stro- ming. De keuze en de dosering van deze hulp- stof is cruciaal. HULPSTOF De toegepaste hulpstoff en in colloïdaal beton (verdikkers) zijn meestal gebaseerd op cellu- lose (ethers van cellulose), zoals methyl- hydroxyethyl-cellulose. Ook polysacharides kunnen worden toegepast, maar in Nederland Tabel 1 Toepassingen colloïdaal beton FUNCTIE  T YPE CONSTRUCTIE  Oeverbescherming  monoliet constructie in gesloten of open colloïdaal beton of breuksteen bestortingen, deels of volledig gepenetreerd met gesloten of open colloïdaal beton Bodembescherming open of gesloten colloïdaal beton op die plaatsen waar door snelstromend water gevaar van sterke bodemerosie aanwezig is, zoals op de bodem van beken en rivieren of voor stortbedden bij sluizen en stuwen. Dit kan ook in de vorm van een breuksteenlaag die gedeeltelijk of volledig gepenetreerd is met colloïdaal beton. Bodemafsluiting bij bouwputten (gewapende) onderwaterbetonvloeren, aanbrengen van beton met kubel of betonpomp zonder gebruik van speciale stortmethoden Afdichten van funderingen vullen van lange holle buispalen in grondwater, toepassing in diepwanden bij hoge hydrostatische druk Een colloïdale hulpstof zorgt voor een hoge taaiheid van de betonspecie en voorkomt zo het uitspoelen tijdens het vallen in water of als gevolg van stroming De termen onderwaterbeton en colloïdaal beton worden ten onrechte nog wel eens als synoniemen gehanteerd 1 Aanbrengen onderwaterbeton Garenmarkt, foto: Hielco Kuipers Fotoproducties 3 De Hop-dobber, bron: Betonlexicon 17 VAKBL AD 2 2021 BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 17BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 17 05-07-21 13:4205-07-21 13:42 is dit niet de praktijk. De hulpstoffen moeten zijn gecertificeerd op basis van EN 934-2 [5] en BRL 1803 [4]. In deze BRL vallen ze onder vis- cositeit modificerende hulpstoffen, met kleur - code lila. Hierbij zijn ze getoetst op een aantal aspecten, zoals de neiging tot segregatie, maar ook mogelijk schadelijke bestanddelen en de invloed op het luchtgehalte en op de druk - sterkte. Deze toetsing wordt uitgevoerd met referentiemengsels. Het is dus zaak om deze aspecten ook te toetsen in de toe te passen betonmengsels. Hier komt bij dat verdikkers in het algemeen de cementreactie vertragen; een vertraging van de binding en van de verharding zijn dus te verwachten. Een ander aspect is een praktische: hoe krijg je de beoogde hulpstof op een veilige manier in de juiste dosering homogeen door het beton? Leveranciers van hulpstoffen adviseren vaak om de hulpstof door het toeslagmateriaal te mengen. In de menger ontstaat dan echter een zeer taai mengsel dat slecht te lossen is. Nog los van het feit dat de menger in een betoncen- trale vaak niet toegankelijk is voor handmatig doseren van additieven. Een mogelijkheid is dosering achteraf in de truckmixer. Voordeel is dat de hoeveelheid te doseren hulpstof vaak beperkt is. Maar het kan ook lastig zijn om juist deze kleine hoeveelheid homogeen door het beton te krijgen. MENGSELONTWERP Naast het type en hoeveelheid colloïdale hulp- stof zijn ook andere aspecten van het mengsel- ontwerp belangrijk, met name de hoeveelheid fijn materiaal en de verwerkbaarheid (consis - 4 Onder waterbeton met Hop-dobber 5 Onderwaterbeton bij de Garenmarkt in Leiden Naast het type en hoeveelheid colloïdale hulpstof zijn ook andere aspecten van het mengselontwerp belangrijk, met name de hoeveelheid fijn materiaal en de verwerkbaarheid 18 VAKBL AD 2 2021 BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 18BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 18 05-07-21 13:4205-07-21 13:42 tentiegebieden minimaal S4 tot maximaal SF1). Bij lange transportafstanden naar afgelegen werken is de terugloop van de verwerkbaarheid in de tijd belangrijk en bij het verpompen door lange leiding de terugloop onder druk. Zeker bij het vullen van tussenruimten van stortsteen op een helling zijn deze aspecten van belang. Het beton moet tot onderin de ruimte tussen de stortsteen vullen, maar mag niet te sterk van de helling af lopen. Daar komt nog bij dat de temperatuur van onderwaterbe- ton, stortsteen en water kan wisselen door het jaar en met name laag kan zijn. Dit is de reden dat een proefvak kan worden voorgeschreven; vaak een deel van het werk dat met bijzondere aandacht wordt uitgevoerd en geëvalueerd. UITSPOELPROEF Wereldwijd zijn er uiteenlopende methoden bedacht om de uitspoeling van cementpasta in water te meten; van troebelheid en pH van het water tot gewichtsverlies. In Nederland wordt een vrij strenge proef gehanteerd. Een korf met 2 kg betonspecie wordt drie keer op en neer door een kolom water van 2 m hoogte bewogen. Het gewichtsverlies wordt gemeten en mag maximaal 5% zijn. Dit gewichtsverlies zal in de praktijk niet vaak optreden, omdat de omstan- digheden meestal minder belastend zijn. Alleen hoge stroomsnelheden, golfaanval of een hoge valhoogte van het beton door de waterkolom, zullen dergelijke hoeveelheden uitspoeling tot gevolg hebben. Met gewoon beton is het gewichtsverlies tijdens de uitspoelproef trou- wens in de ordegrootte van 25%. Er is overwogen om een tweede uitspoelklasse in te voeren; tussen 5 en 10%. Dit vanwege de nadelen die aan de toevoeging van de hulpstof kleven en de kosten. Echter, dan wordt het erg ingewikkeld en kan er niet meer naar CROW-CUR Aanbeveling 18 zonder meer worden ver - wezen in bestekken e.d., maar moet daarbij een klasse worden vermeld. Dit levert geheid misverstanden op. Wanneer in de praktijk een hoger uitspoelpercentage toelaatbaar is, kan dit in overleg worden overeengekomen. Met daarnaast verwijzing naar de CROW-CUR Aan- beveling 18 voor alle overige aspecten. Het verschil met gewone mengsels is dat de deeltjes zo klein zijn dat ze niet uitzakken. Denk aan mistdruppeltjes die blijven zweven terwijl ze 775 keer zwaarder zijn dan lucht. Wanneer deeltjes grover zijn, krijgt de zwaar - tekracht invloed en zakken ze uit (regen). Er is geen harde grens voor de deeltjesgrootte, maar hij ligt globaal bij enkele micrometers tot 10 micrometer. Een deel van cement kan dus colloïdaal worden genoemd. De colloïdale hulpstoffen die worden toegepast bij colloïdaal beton zijn oplosbaar in water en vormen dus een oplossing. Dit is een 1 fase-sys - teem; de opgeloste stof vormt géén aparte fase. Het is dus officiee l niet colloïdaal te noemen. Vuistregel is dat colloïdale systemen meestal troebel zijn; ze laten geen licht door omdat dit weerkaatst op de deeltjes. Oplossingen daar - entegen zijn transparant; losse moleculen kunnen geen licht weerkaatsen. Zie foto's 2 lijmsoorten hieronder (foto 7a en 7b). Een uitzondering is een gel: hierin is water gedispergeerd in een vaste stof. Deze vaste sof bestaat uit een netwerk van deeltjes (zoals klei) of polymeermoleculen (hydroxyethylcellulose). 6 Oe ver langs het Julianakanaal 7 V oorbeelden van stoffen in een verschillende toestand IS DE COLLOÏDALE HULPSTOF WEL COLLOÏDA AL? Colloïden zijn mengsels van stoffen met een verschillende toestand of fase; vast, vloeibaar of gasvorming. Doordat de stoffen niet in elkaar oplossen blijven ze als twee fasen aanwezig. Voorbeelden van de verschillende colloïdale systemen zijn gegeven in tabel 2 en foto 7. Tabel 2 voorbeelden verschillende met verschillende toestand of fase DEELTJES MEDIUM VA S T VLOEIBA ARGASVORMIG VA ST Gietijzer (koolstof in ijzer) Houtlijm (polymeer in water)Rook (roet in lucht) VLOEIBA AR Kaas (vet en water in eiwit) Mayonaise (olie in water)Mist (water in lucht) GASVORMING Puimsteen (lucht in lavasteen) Schuim (lucht in water)Bestaat niet (alle gassen mengen) 19 VAKBL AD 2 2021 BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 19BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 19 05-07-21 13:4205-07-21 13:42 De colloïdale hulpstof vormt in hoge dosering een gel en in lagere dosering een polymere oplossing. Een spraakverwarring is dat de hulpstof een waterretentiemiddel (WRT) wordt genoemd. Waterretentiemiddelen voorkomen transport, onttrekking en eventueel verdamping van water. Bijvoorbeeld in een metselmortel waar- aan een middel wordt toegevoegd om de ont- trekking van water door droge metselstenen te verminderen. De hoofdwerking van een colloï- dale hulpstof is echter het verhogen van de vis- cositeit van het beton (zie ook het kader Vloei- stofdynamica). Veel retentiemiddelen verhogen ook de viscositeit en viscositeitsver- hogers (in het Engels: Viscosity Modifying Agent (VMA)) houden ook wat water vast, maar er is een verschil. Ook in de BRL 1803 zijn dit twee verschillende categorieën (VMA vs. WRT), met vrijwel dezelfde kleurcode; lila vs. violet. Colloïdale hulpstof is duidelijk een VMA. TERMINOLOGIE Zie ook fi g. 8: Dispersie: fi jn verdeelde stof in een andere stof of colloïdaal systeem Disperse of gedispergeerde fase: de deeltjes Continue fase: het medium Suspensie: dispersie van vaste stof in een vloeistof (ronde, hoekige, grillige, platte of naaldvormige deeltjes) Emulsie: dispersie van een vloeistof in een andere vloeistof Aerosol: dispersie van vloeistof of vaste stof in een gas Coaguleren: samenklonteren van gedisper- geerde deeltjes Coalesceren: samenvloeien van gedisper- geerde vloeistof in een emulsie Stabilisator: voorkomt coaguleren en coalesceren Sedimenteren: uitzakken (van grove of gecoa- guleerde deeltjes) v1 v2 D1 Fz Fw Fz Betonspecie water 8 Verschillende fases in een mengsel 9 VLOEISTOFDYNAMICA Betonspecie en water zijn vloeistoff en. De theorie voor stroming en menging van vloeistoff en heet vloeistofdynamica. Vloeistofdynamica geeft ook inzicht in de fenomenen en invloedsfactoren bij het storten van onderwaterbeton. Wanneer betonspecie (vloeistof 1) in water (vloeistof 2) valt, zakt hij naar de bodem ten gevolge van de hogere volumieke massa van beton. De drijvende kracht hier voor is het dichtheidsverschil (maal de zwaartekracht-versnelling) VAKBL AD 2 2021 BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 20BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 20 05-07-21 13:4205-07-21 13:42 DE NIEUWE CROW-CUR A ANBEVELING De richtlijn is om alle CUR(-CROW) Aanbeve- lingen eens in de vijf jaar tegen het licht te hou- den en na te gaan of een update nodig is. Voor CUR-Aanbeveling 18 uit 2011 was dit het geval. Om tot een nieuwe aanbeveling te komen is een uitgebreide enquête gehouden onder pro- ducenten, verwerkers en opdrachtgevers voor colloïdaal beton. Voordat inhoudelijk naar de Aanbeveling is gekeken, is de vraag gesteld op welke schaal colloïdaal beton in Nederland wordt toegepast en of de CUR-Aanbeveling hierbij een rol speelde. Uit de enquête bleek dat dit zeker het geval is en dit gold ook voor colloïdaal beton met open structuur. Het draagvlak voor een nieuwe Aanbeveling was dan ook groot. Aan de hand van dezelfde enquête zijn adviezen en commentaar opge - haald onder de belanghebbenden. De Aanbe - veling is aangepast aan de vigerende normen. Zo wordt er verwezen naar de Eurocode 2 voor betonconstructies NEN-EN 1992-1-1, normen voor additieven NEN-EN 934-2, de uitvoe - ringsnorm NEN-EN 13670 (2009) en Neder - 10 C omputersimulatie van turbulente stroming landse aanvulling NEN 8670. Daarnaast zijn er praktijker varingen opgedaan waaruit de behoefte naar voren kwam om bepaalde onderwerpen aan te scherpen en eenduidiger te formuleren. Voor andere aspecten aan onderwaterbeton, zoals de uitvoering en constructieve eisen, wordt verwezen naar het Handboek Onder - gronds Bouwen van het Centrum voor Onder - gronds Bouwen (COB). LITER ATUUR ? CR OW-CUR Aanbeveling 18:2020 ? Colloïdaal beton. ? Be toniek 16/23 ? Tot op de bodem. Aeneas Media, februari 2018. ? CUR -Aanbeveling 77 ? Onderwaterbeton. ? BR L 1803: Hulpstoffen voor beton, mortels of injectiemortel. ? EN 934-2: A dmixtures for concrete, mortar and grout. ? H andboek Ondergronds Bouwen, deel 2 ? Bouwen vanaf maaiveld. Centrum Ondergronds Bouwen, 2000. Samen met Betoniek kennisdelen in een webinar? Wij stimuleren kennisuitwisseling in elke vorm, dus ook via een webinar of een andere vorm van een evenement. Hoe we dat doen, bepalen we graag samen met jou. Interesse? Neem contact op met Marjolein Heijmans via m.heijmans@aeneas.nl of via 06-57 67 63 51. BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 21BV2-2021_3. coloIdaal beton.indd 21 05-07-21 13:4205-07-21 13:42