Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, DA 's-Hertogenbosch februari 1988Collo'idaalbetonHet is alweer ruim 5 jaar geleden dat colloïdaal-beton in Nederland werd geïntroduceerd. InBETONlEK6/9 van oktober 1983 is voor de eerstekeer aandacht besteed aan dit nieuwe materiaal.Dat nummer was voornamelijk gewijd aan debijzondere eigenschappen en mogelijke toepas-singen van dit nieuwe materiaal. Inmiddels is er indiverse projecten van uiteenlopende aard heel watervaring opgedaan. In deze aflevering zullen weenkele van deze ervaringen samenvatten entevens aandacht besteden aan de karakteristiekemechanische en betontechnologische eigen-schappen.AlgemeenBeton is in de waterbouw een bekend en veeltoegepast materiaal. Niet alleen voor bruggen,sluizen en tunnels, maar ook in toenemende matein oeverbeschermingsconstructies. Bij de bouwvan bruggen, sluizen en tunnels levert de verwer-king geen bijzondere problemen op: het materiaalwordt daar zoals men zegt 'in den droge' verwerkt.Betontoepassingen 'in den natte' daarentegenwaren voorheen nog niet goed mogelijk, omdatbetonspecie zonder speciale voorzieningen tijdenshet storten onder water ontmengt en uitspoelt.Colloïdale betonspecie onderscheidt zich vannormale betonspecie door zijn bijzondere samen-hang. De cohesie van de specie is zodanig dat bijvrije val door water nauwelijks uitspoeling optreedtvan cement en andere fijne delen. Door de ontwik-keling van colloïdaalbeton is het nu wel mogelijkdat beton onder water en op oevers 'in den natte'wordt verwerkt.ColloïdenNog even ter herinnering: colloïden zijn lijmachtigestoffen. De deeltjesgrootte ligt tussen de afme-tingen van moleculen en die van nog net met demicroscoop zichtbare deeltjes. Dergelijke uiterstkleine deeltjes zullen in suspensie niet uitzakken,maar vrijwel onbeperkt blijven zweven. Bevat eenvloeistof veel colloïdale deeltjes, dan vertonendeze, ten gevolge van onderlinge aantrekkings-krachten; een sterke samenhang. De hulpstoffendie worden gebruikt om betonspecie dezecolloïdale eigenschap te geven, bestaan in hoofd-zaak uit natuurlijke polymeren, die zijn gemodifi-ceerd voor het gebruik in beton. De meestgebruikte basis voor colloïdale hulpstoffen iscellulose.Colloïdaalbeton voor de waterbouwColloïdaalbeton is bij uitstek geschikt voor toepas-sing in de waterbouw. Alvorens verder op hetmateriaal en de toepassing in te gaan, eerst eveneen korte toelichting op de bescherming vanoevers en dijken. Voor het indelen van bekledings-constructies voor oevers en dijken kan men veleinvalshoeken kiezen. Eén daarvan is de mate vanwaterdoorlatendheid. Onderscheiden wordengesloten of nagenoeg gesloten constructies enopen bekledingsconstructies. Het open typewordt toegepast op oevers waar een waterdoor-latende bekleding is vereist. De waterdoorlatend-heid voorkomt dat tengevolge van waterstand-verschillen waterdrukken onder de bekledingontstaan, waardoor deze beschadigd kan worden.In dit verband moet ook het onderscheid tussen1Schematische doorsnede van eendijklichaam.De bekledingsconstructie staat blootaan voortdurende golfbelasting.Colloïdaalbeton is een geschiktmateriaal voor onderhoudsarmebekledingenbeton met een gesloten en beton met een openstructuur worden genoemd. In open beton, ook welkorrelbeton genoemd, ontbreekt de zandfractiegeheel of gedeeltelijk. Ook colloïdaal beton kanzowel met een gesloten als met een open structuurworden vervaardigd. Juist het open colloïdaal-beton heeft een belangrijk pluspunt voor detoepassing in open bekledingsconstructies. Dehulpstoffen die betonspecie een 'colloïdaal'gedrag geven, maken het vervaardigen van eenopen beton namelijk aanzienlijk eenvoudiger,omdat het colloïdale karakter van de specie voor-komt dat de cementpasta van de grindkorreldruipt.Specie-eigenschappenPlastisch gedragHet eerste dat bij colloïdale betonspecie metdichte structuur in vergelijking met 'normaal' betonopvalt, is een totaal andere plasticiteit. De specieoogt 'plakkerig' en lijkt zeer stug. Dit komt vooraltot uiting wanneer de consistentie wordt bepaaldaan de hand van de zetmaat. Na het optrekken vande kegel blijft de specie gedurende enige tijd traagnazakken. Pas na 30 seconden wordt de eind-waarde bereikt. In verband met de mengbaarheiden verdichtbaarheld zal meestal gestreefd wordennaar een zetmaat die ligt in de orde van 180 tot200mm.Het plakkerige en stugge karakter van de specie isgeen bezwaar voor het werken zowel onder alsboven water. Het beton vloeit dermate dat dezezichzelf verdicht.AI bij geringe dosering colloïdale hulpstof wordthet voor colloïdale betonspecie zo karakteristiekevloeigedrag waargenomen. Om echter degewenste stabiliteit van het mengsel te bereiken,moet de voorgeschreven dosering beslist wordenaangehouden.2Open colloïdale betonspecie heeft een afwijkendplastisch gedrag. De specie vloeit minder dan bijhet dichte type en de toeslagkorrels met huncementlijm-omhulling blijven op een vrij steiltalud liggen. Wanneer men oeverbekledingenbestaande uit losgestorte breuksteen wil pene-treren met het open type colloïdaalbeton, zal danook blijken dat de penetratiediepte geringer zalzijn dan met het gesloten type. (Onder het pene-treren van stortsteenconstructies wordt verstaanhet vastleggen vanlosgestorte steen op oeversvan dijken, meren en kanalen. Hierbij wordt overhet gehele oppervlak van de bekleding of een deelervan een hoeveelheid mortel aangebracht,zodatde losgestorte steen gefixeerd wordt; zie figuur 1).Om het beoogde effect te bereiken, is eenbepaalde minimum penetratiegraad noodzakelijk.In de praktijk blijkt dat de vereiste penetratiegraadvrijwel altijd ook met open colloïdaal beton kanworden behaald. Bovendien kan met het variërenvan o.a. de korreldiameter van het grind depenetratiegraad beïnvloed worden.Mechanische eigenschappenOnderzoek heeft uitgewezen dat de colloïdalehulpstoffen op zich geen negatieve invloed hebbenop de mechanische eigenschappen van colloïdaal-beton. Wel heeft de colloïdale hulpstof tot gevolgdat de specie een grotere waterbehoefte heeft.Zonder nadere maatregelen leidt dit tot hogerewater-cementfactoren.Praktisch gesproken betekent dit dat colloïdaalbeton ten op opzichte van normaal beton met eenvergelijkbare samenstelling een wat lageredruksterkte, treksterkte en elasticiteitsmodulus zalhebben, terwijl de krimp iets groter zal zijn.Dankzij de lagere elasticiteitsmodulus is de kansop scheurvorming in principe niet groter.2Talud langs een kanaal in België, versterkt metcolloïdaalbeton van het open type. Dankzij de holleruimten is begroeiing mogelijk, zonder risico van schadedoorwortelgroeiPermeabiliteitDe permeabiliteit van dicht colloïdaalbeton isgeringer dan die van 'normaal' beton. Waarschijn-lijk als gevolg van een betere verdeling van hetporiën systeem.Het open type colloïdaalbeton is, zoals gezegd,waterdoorlatend. De waterdoorlatendheid ligtglobaal tussen die van zand en grind. Van zuiverzand varieert deze tussen 10 m/sec en10-4 m/sec. Die van grind is doorgaans groter dan10-2 m/sec. Bij metingen zijn voor opencolloïdaalbeton doorlatendheidscoëfficiëntengevonden in de orde van 3 tot 5.10-3 m/sec.Toepassingen/ervaringenColloïdaalbeton is inmiddels toegepast voor:bodembescherrnlnqen;- oeverbeschermingen;constructief onderwaterbeton;speciale toepassingen.Van elke categorie zullen we enkele voorbeeldengeven.BodembeschermingOp plaatsen waar als gevolg van stromend waterde bodem van beken, rivieren en kanalen onaan-vaardbaar erodeert, is een bodembeschermingnodig. Colloïdaalbeton leent zich hier bij uitstekvoor. Denk hierbij aan sluisvloeren en ontvang- enstortebedden van sluizen en stuwen. Ontvang-enstortebedden zijn bodembeschermingscon-structies voor en achter sluizen en stuwen. Voortspast men het materiaal toe in snelstromendebeken waar door erosie van de bodem de oever-bescherming wordt ondermijnd. Door hetbeschermen van de bodem met colloïdaalbeton isdit te voorkomen.Stuw te LinneBij de stuw te Linne is de overgangsconstructietussen de woel bak en het stortebed beneden-stroomsgerepareerd met zowel open- als geslotencolloïdaalbeton. Om verdergaande schade aan hetbestaande stortebed te voorkomen, moest er eenslijtvaste afsluiting komen. De reparatie isuitgevoerd in stromend en turbulent water metbehulp van kubel en betonpomp.NoordzeekanaalLangs het Noordzeekanaal zijn bij aanlegplaatsenvan veerponten bodembeschermingen aangelegdvan colloïdaalbeton. Het schroefwater van de veer-ponten veroorzaakte hier niet aanvaardbare erosievan oever en bodem. Om voortgaande schade tevoorkomen heeft men de bodem en oevergefixeerd met colloïdaalbeton;hiervoor is zowelhet open- als gesloten type gebruikt.OeverbeschermingenTaluds van dijken, oevers en waterwegen moetenbestand zijn tegen o.a. belasting door golfslag enstroming. Taluds die zijn beschermd met eenbestorting van breuksteen vergen soms nogal watonderhoud doordat periodiek een bepaaldehoeveelheid breuksteen moet worden bijgestortter compensatie van het verdwenen materiaal. Metcolloïdaalbeton zijn twee in principe verschillendeoplossingen mogelijk:- breuksteenbestorting, gestabiliseerd c.q.gefixeerd met open- of gesloten colloïdaal-beton, zowel voor nieuwe als voor bestaandeconstructies;monoliet constructies, gevormd door een door-gaande laag open of gesloten colloïdaalbeton.Vele bestaande breuksteenconstructies, die onvol-doende stabiel waren tegen golfbelasting zijngepenetreerd met colloïdaalbeton, waardoor deonderhoudskosten sterk zijn teruggelopen. Ook33Uitvoering van verbeteringswerk aan de Markermeer-zijde van de Houtribdijk tussen Lelystad en Enkhuizen.Door penetratie van de breuksteen met colloïdaalbetonzijn de onderhoudskosten sterk gereduceerdkan colloïdaalbeton op deze manier wordentoegepast bij nieuw aan te leggen breuksteen-constructies. Bij een vulling van 60% van de holleruimten tussen de breukstenen mag de laagdiktemet 40% worden gereduceerd.Bij een dergelijk ontwerp kan het talud steilerworden opgezet, waardoor de benodigde hoeveel-heid materiaal en ruimte voor de oeverbescher-ming terugloopt. In dit verband kan wordenopgemerkt dat het ruimtebeslag een belangrijkefactor kan zijn in de keuze voor het typebekledingsconstructie.PollendamOp de Pollendam, een stroomgeleidingconstructievoor de haven van Harlingen, heeft Rijkswaterstaatde breuksteenberm over een lengte van bijna eenkilometer gepenetreerd met colloïdaalbeton. Hetvele scheepvaartverkeer en de ijsgang veroor-zaakten veel schade aan de breuksteenberm.Door de breuksteen vast te leggen met colloïdaal-beton zijn de onderhoudskosten sterk gereduceerd.HoutribdijkAan de Markermeerzijde van de Houtribdijk komeneen aantal dijkvakken voor met relatief hogeonderhoudskosten. Om het vereiste kwaliteits-niveau van de dijk te handhaven, moet regel-matig op deze dijkvakken stortsteen wordenbijgestort. Eén van de dijkvakken heeft de DirectieZuiderzeewerken van Rijkswaterstaat laten pene-treren met colloïdaalbeton. Het resultaat hiervan isdat de vereiste kwaliteit van de dijk blijft gehand·haafd bij een sterke reductie van de onderhouds-kosten. De éénmalige investering verdient zich inzes jaar terug. De verwachting is dat de eerste 10tot 15 jaar nagenoeg geen onderhoud nodig zalzijn.4OosterseheldeIn het Oosterseheldebekken is na het gereed-komen van de Stormvloedkering op diversedijkvakken een golfaanval ontstaan op een nage-noegconstant niveau. De bekleding, veelalVilvoordse steen, is hiertegen niet bestand. Debetreffende dijkbeheerders hebben nu deVilvoordse steen laten penetreren met colloïdaal-beton, waardoor een bekledingsconstructie is ver-kregen die wel tegen de optredende belastingbestand is.België en DuitslandIn België en Duitsland zijn bekledingsconstructiesvan oevers gerealiseerd met een doorgaande laagopen colloîdaalbeton, In Nederland is dit type totnu toe op slechts kleine schaal toegepast, o.a.langs de Fluessen en ten behoeve van een vuil-water-opslagbekken. De constructie bestaat uiteen circa 15 Cmdikke laag open colloïdaalbeton,aangebracht op een ondergrond van klei op eentalud met een helling variërend van 1:1,5 tot 1:5.Gewapend onderwaterbetonTot dusver hebben we het steeds gehad overtoepassingen in de natte waterbouw. Maar ook inandere waterbouwkundige constructies zoalsbruggen en tunnels en in de utiliteitsbouw kan erde noodzaak zijn beton onder water te storten.En aangezien het bouwen steeds meer plaatsvindtin dicht bebouwde omgevingen, waar het nietmogelijk of wenselijk is funderingswerken 'in dendroge' te maken, zal die noodzaak alleen maartoenemen. Voor het storten van een funderings-vloer onder water, in een gesloten bouwkuip, kanmen in principe kiezen uit het storten van normaalbeton metspeciale stortapparatuur of het gebruikvan colloïdaalbeton in combinatie met kubel ofbetonpomp. De keuze beton onder water aan tebrengen met specialestortmethoden of metcolloïdaalbeton is meestal een economische4-5Voor het werk aan de Houtribdijk is de colloïdalebetonspeciegestort met een kubel, met behulp van eenkraan op een pontonkeuze. Bij geringe(re) te storten hoeveelhedenkiest men vaak voor colfoïdaalbeton, omdat geenkosten hoeven te worden gemaakt voor specialestortapparatuur.Zulke apparatuur is er op gericht een vrije val vande specie door het water te voorkomen. Zoalseerder opgemerkt zal colloïdaalbeton bij vrije valdoor water niet uitspoelen; het mengsel blijftstabiel. Eenmaal aangekomen op de bodem is hetvloeigedrag van de betonspecie bepalend voor dekwaliteit van het werk. Verdichting en inspectieonder water zijn meestal niet mogelijk tijdens deuitvoering.Dankzij de hulpstof is in colloïdaalbeton eenstabiel mengsel gecombineerd met een goed vloei-gedrag. Dit betekent dat zonder verdichting dewapeningsstaven volledig worden omhuld, ook opplaatsen waar de wapeningsstaven dicht bij elkaarliggen. Bij bodemafsluitingen in bouwputten metstalen damwanden, sluit het materiaal goed aanop de wanden, waardoor perswater uit de onder-grond minder kans krijgt lekkage van de bouwkuipte veroorzaken. Bij de aanleg van de Zeeburger-tunnel is in een bouwkuip die moeilijk waterdichtwas te krijgen, gekozen voor een vloer vangewapend colloïdaalbeton. Normaliter zou deconstructievloer van gewapend beton 'in dendroge' zijn vervaardigd. Nu was men genoodzaaktdeze vloer onder water te storten. Gezien het grotebelang van een goed eindresultaat is gekozen voorcolloïdale betonspecie, die is gestort met specialestortapparatuur.Speciale toepassingenColloïdaalbeton is voor nog tal van uiteenlopendetoepassingen gebruikt. Hier volgen enkele voor-beelden:- Het vullen van lange holle funderingspalen, diemet grondwater waren volgelopen. Met eennormale betonspecie was het gevaar vanuitspoelen en ontmengen te groot. Gekozen isdaarom voor een colloïdale specie. Om een-zelfde reden wordt colloïdaalbeton ook gebruiktvoor het vullen van dubbele damwandprofielen.- Holle schroefpalen voor funderingen stort menvaak af met een normale specie. Vanwege hetproduktieproces kan een eventuele wapenings-korf alleen achteraf in de betonspecie wordenaangebracht. Wanneer men op grote dieptewerkt, bestaat de kans dat door grote hydrosta-tische druk water uit de specie wordt geperst,waardoor het inbrengen van een wapeningskorfernstig wordt bemoeilijkt. Wanneer men hiereen colloïdale specie toepast, is dit gevaar nietaanwezig. Ditzelfde geldt ook voor diepwand-toepassingen.- Een colloïdale hulpstof stabiliseert eenmengsel. Wanneer waterafscheiding moetworden voorkomen, kan het toevoegen van eencolloïdale hulpstof een uitkomst zijn.- Bij sommige mengseltypen bestaat het gevaarop ontmenging wanneer deze verpomptworden. Dit kan met het toevoegen van eengeringe hoeveelheid colloïdale hulpstofverminderd worden.UitvoeringHet stugge karakter van colloïdaalbeton heeft voorde uitvoering zowel voor- als nadelen. Door hetsterk samenhangende karakter is het gevaar vanontmenging tijdens transport veel minder groot bijeen normale specie. Bij de eerder genoemdeuitvoering van de Pollendam heeft men hiervangebruik gemaakt. De specie is hier op pontonsover het water in o.a. containers naar het werkvervoerd. Een grijperkraan pakte de specie uit decontainer en stortte het op de dam. Bij uitvoeringvan een project langs de F1uessenis de specie delaatste 500 m vervoerd in landbouwkiepers, die hetrechtstreeks in het werk hebben gestort. Colloïdale5trekker; powerunit6-7Machine voor het storten vanco/loïdaalbeton op een talud,ontwikkeld door de firma,Bitumarin(Opijnen)betonspecie is met alle gangbare stort- entransportmethoden te verwerken. Een uitzonde-ring hierop is het open type; deze kan evenals hetnormale korrelbeton niet worden verpompt.Door het stugge karakter van colloïdale specie isde schuifweerstand langs de wand van eenbuizenstelsel van een betonpomp groter dan bijeen normale specie. Hierdoor is de afstand waar-over (dichte) colloïdale betonspecie verpompt kanworden minder groot. Echter door het colloïdalekarakter van de specie is het risico van ontmengenin het buizenstelsel van de pomp minder dan bijeen 'normale' specie.Wanneer bij de uitvoering de specie van grotehoogte en met grote snelheid op het water-oppervlak valt, bestaat het risico dat deze hierdooralsnog ontmengt en uitspoelt. Dit is eenvoudig tevoorkomen door er tijdens de uitvoering op teletten dat de specie vlak boven of onder het water-oppervlak wordt gelost.Bij werken onder water is het bepalen van dehoeveelheid te storten materiaal belangrijk; ditvereist een zorgvuldige uitvoering. Visueleinspecties zijn nu eenmaal niet mogelijk, uitvoe-ringsfouten kunnen niet onmiddellijk wordengecorrigeerd. Voordat men dan ook begint metstorten onder water moet een eenvoudig stortplangemaakt worden, waardoor op elk momentduidelijk is wat welen wat nog niet is gestort.Voor het verwerken vancolloïdaalbeton in openwater is ook speciaal uitvoeringsmateriaal entwik-keld. Zo is er een speciaal vaartuig voor hetaanbrengen van bodembeschermingen. Dit schipheeft een bodem van beweegbare lamellen. Menbrengt op de gesloten lamellen de gewenste laag-dikte aan waarna men het schip in de juiste positiemanoeuvreert. Hierna worden de lamellengedraaid; de specie valt naar beneden op de juiste6plaats in de gewenste dikte. Met deze 'een-voudige' uitvoeringsmethode is een hoge graadvan nauwkeurigheid te bereiken.Penetreren van breuksteenconstructies is op velemanieren uit te voeren. Een Nederlandse aan-nemer heeft hiervoor een speciale machineontwikkeld (zie figuur/foto's). Met deze machine ishet mogelijk een hoge uitvoeringssnelheid tecombineren met een hoge graad van nauwkeurig-heid.Biologische aangroeiVan constructies onder water is bekend dat er aan-groei plaatsvindt van bijv. algen, wier en pokken.Met name in de maanden juni, juli en augustusontwikkelen deze zich. Als hoge eisen wordengesteld aan de hechtsterkte tussen het colloïdaal-beton en de oude constructie dan moet de laatstevrij zijn van aangroei. Bij het penetreren vanbreuksteen is echter gebleken dat de stenen nietgeheel schoon behoeven te zijn; forse 'baardgroei'is echter niet toelaatbaar. Door het werk uit tevoeren na de winter en voor de zomerzijn wenormaal gesproken van dit probleem verlost.EconomieColloïdaalbeton is een waardevol alternatiefgebleken naast bestaande oplossingen in zowel denatte als de droge waterbouw. Het materiaal is hierzowel toepasbaar in nieuwe constructies als bij hetverbeteren van bestaande. Naast de toegevoegdeproduktvoordelen ten opzichte van normaal betonis het materiaal ook economisch aantrekkelijk.In de natte waterbouw moet in de voorbereidingvan nieuwe bekledingconstructies het materiaalvergeleken worden met de (duurdere) asfalt-penetratiemortels.Als het gaat om het onderhoud aan bestaandebreuksteenconstructies, vindt de afweging plaatstussen éénmalig investeren in een penetratie metcolloïdaalbeton of doorgaan met het regelmatigbijstorten van breuksteen. De terugverdientijd zalbepalen of deze investering verantwoord is.In de zogenaamde droge waterbouw en utiliteits-bouw moet bij het storten van vloeren onder waterde werkvoorbereider een afweging maken tussen'normaal' beton gestort met speciale apparatuur ofcolloïdaalbeton. Uiteindelijk zullen de specifiekeomstandigheden van het werk de keuze bepalen.Groeiende belangstellingDe belangstelling voor colloïdaalbeton in Neder-land groeit. Dit is zichtbaar in zowel het aantaluitgevoerde projecten als de projecten diebinnen afzienbare tijd uitgevoerd gaan worden.Bovendien wordt in diverse onderzoekspro-gramma's aandacht besteed aan het materiaal ende toepassing ervan.Literatuur1. Hendriksma, A.M., Colloïdaalbeton, BetonnenDijk- en Oeverbekleding, blz. 64-68; VNC, juli1987.2. Hechting aan beton van onder water aange-brachte cementgebonden reparatiespecie;CUR-rapport 126, Gouda 198-6.3. Doorlatendheidsproeven uitgevoerd op vijfplaten doorlatend hydro-beton van de firmaInterbeton, Rijksuniversiteit Gent, Laboratoriumvoor hydraulica, Gent 1981.4. Vergelijkende proeven op gewoon beton en opHydro-beton; Rijksuniversiteit Gent, LaboratiumMagnel voorgewapend beton, Gent 1981.5. Betonnen bekledingen op dijken en langskanalen; VNC, 's-Hertogenbosch 1986.6. Klaar voor onderwater; Betoniek 6/9,'s-Hertogenbosch, oktober 1983.7. Colloïdaal beton in de waterbouw demonstratie-project; CUR-rapport 87-2, Gouda.7BETONlEK verschijnt 10 x per jaar.Abonnementsprijzen per jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 6% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 19,-overige landen f 30,ISSN 0166-137x8administratie:postbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon (073) 401231Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlengd, tenzij het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opgezegd.