auteur Jaap van Eldik Mebin Woningbouwproject De Waterklaver uitgevoerd in koude gietbouw Grote tunnel-Grote tunnel-Grote tunnel- overspanning,overspanning,overspanning, minimale kruipminimale kruipminimale kruip projectgegevens project De Waterklaver, Rijnsburg aannemer Van Rhijn Bouw aannemer tunnelgietbouw aannemer tunnelgietbouw Red Betonbouw Red Betonbouw betonmortelleverancier Mebin Katwijk leverancier bekisting Hendriks Stalen Bekistingtechniek leverancier Concremote-systeem BAS Venlo leverancier wapening H. van de Riet Bouwstaal opdrachtgever Van Rhijn Bouw Projectontwikkeling opdrachtgever Van Rhijn Bouw Projectontwikkeling opdrachtgever ontwerp STOL Architecten constructeur Pieters Bouwtechniek 1 De samenstelling en aanvoer van de betonmortel werd afgestemd op de condities op de bouwplaats, waardoor aan de druksterkte­eis van 20 N/mm 2 in 16 uur kon worden voldaan foto: Mebin VAKBLAD I 4 2014 4 p04_Artikel 1.indd 4 01-12-14 09:47 In Rijnsburg wordt de laatste hand gelegd aan woningbouwproject De Waterklaver. Dit bestaat uit zeventig appartementen in verschillende typen verdeeld over zeven bouwlagen. Het casco is uit- gevoerd in koude tunnelgietbouw. Mede vanwege de grote overspanning en daardoor de grotere gevoeligheid voor kruip, werden speciale eisen gesteld aan het betonmengsel. H et woongebouw De Waterklaver ligt aan het Additioneel Kanaal tussen Katwijk en Rijnsburg, te midden van de pas aangelegde wijken Kleipet- ten en Westerhaghe (fig. 2). Samen met deze reeds gerealiseerde projecten vormt De Waterklaver als het ware een poort naar Rijnsburg. Het project is zodanig ontworpen dat het harmoni- eert met de bestaande omgeving. Uitvoering Ten behoeve van de uitvoering van het casco is gebruikgemaakt van tunnel- gietbouw. Belangrijkste reden hiervoor was de gewenste hoge bouwsnelheid. Bij tunnelgietbouw ligt de cyclustijd op één dag; iedere dag wordt de bekisting gesteld, beton gestort en weer ontkist. Hoewel tunnelgietbouw het best tot zijn recht komt bij grote repetitie, is het door een slim ontwerp van de tunnel- kist steeds vaker mogelijk ook variatie in plattegronden te realiseren. Koude gietbouw De eis van de constructeur voor het project De Waterklaver was een ontkis- tingssterkte van 20 N/mm 2. In de totale 24-uurscyslus was hiervoor onder alle weersomstandigheden maar 16 uur verhardingstijd beschikbaar. Omdat het project binnen de bestaande bebou- wing moest worden gerealiseerd, kon op grond van de Hinderwet geen ver- gunning worden verkregen voor het verwarmen van beton met gasge- stookte kachels. Naast de gevaren die stoken op gas in (vandalismegevoelige) woonwijken met zich zou kunnen mee- brengen, produceren de kachels ook 's nachts redelijk wat geluid. Warme giet- bouw had hier dus geen voorkeur. Om toch de gewenst dagcyclus te bereiken, werd gekozen voor koude gietbouw (zie kader Warme en koude tunnelgietbouw). Omdat de omstan- digheden wisselend zijn, is voor iedere situatie een passend mengsel ontwor- pen. In het algemeen worden de betonsamenstellingen voor koude giet- bouw in drie categorieën onderverdeeld: een zomermengsel, een wintermengsel en een najaars-/voorjaarsmengsel. Deze categorieën zijn gebaseerd op de toe- gepaste cementsoorten en cement- sterkteklassen en hun onderlinge ver- houdingen. Binnen die categorieën kan, indien nodig, verder worden gedifferentieerd door te sturen op water-cementfactor en de keuze van de hulpstof (meer of geen vertragende werking). Het betonnen casco is gerea- liseerd in de periode begin oktober tot half december 2013. In dit tijdvak zijn uitsluitend het overgangs- en winter- 2 Projectlocatie De Waterklaver 3 De Waterklaver, gelegen aan het Additioneel Kanaal foto: Van der Meer Makelaars en Taxateurs 5 VAKBLAD I 4 2014 p04_Artikel 1.indd 5 01-12-14 09:47 mengsel toegepast. Het begin van de binding mag niet onno- dig worden uitgesteld zodat geen tijd verloren gaat om de vereiste druksterkte te halen. Tegelijkertijd moet de opentijd voldoende zijn om het beton te kunnen transporteren en verwerken. De opentijd van beton is de rustende periode in de reactie van cement met water, kort voor het begin van het verhardingsproces. Dit noemen we ook wel de dormante peri - ode (zie kader Dormante periode). Grote overspanning Uit het ontwerp van De Waterklaver volgde een grote overspanning van 9 m per stramien (fig. 4). Hierdoor kunnen de woningen vrij en flexibel worden ingedeeld omdat er geen tussensteun- punten in de weg staan zoals kolommen of draagmuren. Deze overspanning is voor een tunnelbekisting niet heel gebruikelijk. Het is een van de eerste projecten in Nederland waarvoor bij een dergelijke overspanning een tun- nelbekisting is ingezet. Een tunnelbekisting met deze forse afmetingen heeft ook consequenties voor de keuze van de bouwkraan. Deze moet zijn berekend op het grotere gewicht van de bekisting. Daarom is besloten om in enkele situaties de bekisting in lengterichting te delen, in verband met het gewicht en de beschikbare hijscapaciteit van de bouwkraan. Kruip Na ontkisting zijn vloeren gevoelig voor kruip, dat wil zeggen toenemende ver- vorming (doorbuiging) onder een con- stante belasting in de tijd. Deze con- stante belasting wordt grotendeels veroorzaakt door het eigengewicht van de betonvloer. Bij grotere overspannin- gen zijn de vloeren hier extra gevoelig voor, zeker als al zestien uur na het stor- ten wordt ontkist. De mate waarin kruip zal optreden, is immers sterk afhankelijk van de hydratatiegraad en druksterkte van het beton op het moment van ont- kisten en kort daarna. Natuurlijk spelen ook andere factoren een rol zoals de relatieve vochtigheid en de geometrie van de betondoorsnede. Te veel doorbuiging als gevolg van kruip geeft praktische problemen met de maatvoering tijdens het verdere bouwproces. In dit project is naast de gegarandeerde 20 N/mm 2 na 16 uur verharden, gezocht naar een mengsel met een snelle doorontwikkeling van de druksterkte naar nagenoeg de eind- sterkte (> 80%), waardoor kruip tot een absoluut minimum werd beperkt. Bij warme gietbouw stopt de snelle door- ontwikkeling van de druksterkte op het moment dat de kachels zijn uitgezet en de bekisting is verwijderd. Afstemming Koude gietbouw is een manier van bouwen waarbij goede afstemming tussen de verschillende partijen cruciaal is. Bij het project waren betrokken par- tijen zich hier heel wel van bewust. Nog voor het project van start ging, was er uitvoerig overleg tussen de aan- nemer en de betonmortelleverancier om te kijken hoe aan de minimale druk- sterkte-eis van 20 N/mm 2 na 16 uur verharden moest worden voldaan. Dit in combinatie met goede verwerkbaar- heid gedurende transport en verwer- Warme en koude tunnelgietbouw Een tunnelbekisting is een bekisting waarmee wan - den en vloer in één keer kunnen worden gestort. Tunnelbekistingsystemen worden vaak ingezet voor projecten waar in hoog tempo een betonnen (woning)casco moet worden gerealiseerd. Deze projecten hebben meestal een sterk repeterend karakter. Maar door een slim ontwerp van de tun - nelkist is steeds meer diversiteit in plattegrond mogelijk. Aangezien de bekisting uit één geheel bestaat, is de overspanning wel aan een maximum gebonden. Meestal wordt gewerkt met drie ge - koppelde tunnelkisten die gelijktijdig worden ge - stort en ontkist. Op het moment van ontkisten moet het beton voldoende sterk zijn om het eigen - gewicht van de overspanning (de betonvloer) te kunnen dragen. Cyclus Bij tunnelgietbouw wordt gewekt in een dagcy - clus. In deze cyclus worden vroeg in de ochtend de tunnelbekisting gesteld en de wapening plus de in te storten voorzieningen aangebracht. Vervolgens worden de sluitkisten aangebracht en wordt het beton gestort, verdicht en ruw afgewerkt (vloer). Na het storten, aan het einde van de dag, wordt met afdichtingszeilen de voor- en achterzijde van de tunnel dichtgezet en wordt de vloer afgedekt met een isolerend dekzeil of folie. Tijdens de avond en nacht verhardt het beton tot de vereiste druk - sterkte. De volgende ochtend vroeg volgt er een controle op de bereikte druksterkte en indien die is bereikt, wordt de tunnelbekisting gelost en schoongemaakt. De cyclus kan nu opnieuw beginnen. Tunnelgietbouw is mogelijk in twee systemen: koude en warme gietbouw. Warme gietbouw Bij warme gietbouw wordt de minimaal vereiste betondruksterkte voor ontkisten verkregen door het gestorte beton te verwarmen met hitte afkomstig van een verwarmingsinstallatie. Hiervoor worden meestal gasgestookte kachels gebruikt die in de tun- nel onder de vloer worden opgehangen. Dankzij die kachels wordt het verhardende beton tot circa 60ºC verwarmd. Hoe hoger de temperatuur in het verhar- dend beton oploopt hoe sneller de sterkteontwikke- ling verloopt. Natuurlijk kan de warmte in verhar- dend beton niet ongelimiteerd worden opgevoerd. Bijvoorbeeld omdat er vaak voorzieningen (leidin- gen van PVC) in betonvloeren en wanden zijn inge - stort, maar ook omdat dit ten koste kan gaan van de eigenschappen van de cementsteen. Hoewel de temperatuur van het verhardende beton in beginsel de 65°C niet zal overstijgen, kan hij kort pieken op 70°C (na-ijleffect na stoppen van de verwarming). Koude gietbouw Bij koude gietbouw ontbreekt de verwarmingsinstal- latie die het verhardende beton op hoge temperatuur brengt. Toch moet het beton, net als bij warme giet- bouw, de dag na het storten voldoende sterk zijn om de ondersteunende constructie te kunnen verwijderen. De betonsamenstelling moet dus op eigen kracht, zonder externe warmtebron, onder alle omstandighe- den de gevraagde druksterkte bereiken. Hiervoor wor- den zeer reactieve, cementrijke mengsels toegepast die zelf tijdens de verharding veel warmte produceren. Door de vloeren goed-isolerend af te dekken en met name de tunnels aan de voor- en achterzijde goed dicht te zetten en tocht wordt voorkomen, blijft de warmte aanwezig in het verhardend beton en zal de vereiste druksterkte voldoende snel worden bereikt. 6 VAKBLAD I 4 2014 p04_Artikel 1.indd 6 01-12-14 09:47 king. Ook tijdens de uitvoering was er continu overleg tussen aannemer, onderaannemer en betonmortelleve- rancier om te zorgen dat het juiste mengsel voor de dan heersende omstandigheden werd geleverd en er geen stortdag verloren zou gaan omdat niet kon worden ontkist. Met name op het logistieke vlak was afstem- ming bittere noodzaak. Telkens zodra de tunnelbekisting was gesteld, werd de betonmortelleveran- cier geïnformeerd. Het is bij koude giet- bouw met zijn zeer reactieve mengsels, van belang dat het beton consequent, snel en zonder haperingen wordt aan- gevoerd en verwerkt. Te vroeg arrive- ren met beton op de bouwplaats waar- door er moet worden gewacht, is funest voor de verwerkbaarheid van het beton. Daardoor gaat het storten moei- zaam verlopen. Te laat is minstens zo schadelijk omdat hierdoor risico ont- staat op het ontstaan van stortnaden. Bij levering van betonmortel voor koude gietbouw is het dus zaak de opvolgende truckmixers goed op elkaar te laten aansluiten. Procesbeheersing Controle op het proces werd verkregen door gebruik te maken van Concremote. temperatuur [ºC] tijd 12-11-'13 14:0012-11-'13 16:00 12-11-'13 18:00 12-11-'13 20:00 12-11-'13 22:00 13-11-'13 00:00 13-11-'13 02:00 13-11-'13 04:00 13-11-'13 06:00 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 tunnel A beton tunnel A temperatuur in tunnel tunnel B beton tunnel B temperatuur in tunnel druksterkte [MPa] tijd 12-11-'13 22:00 12-11-'13 23:0013-11-'13 00:0013-11-'13 01:0013-11-'13 02:0013-11-'13 03:0013-11-'13 04:0013-11-'13 05:00 13-11-'13 07:00 13-11-'13 06:00 24 21 18 15 12 9 6 3 0 tunnel A beton tunnel B beton vereiste 20 N/mm 2 ontkistingssterkte 5 Voorbeeld van resulta­ ten Concremote m.b.t. temperatuur van het mengsel 6 Op basis van tem­ peratuurmetingen wordt de sterkteont­ wikkeling berekend 4 Plattegrond 3e verdiepingsvloer bron: Pieters Bouwtechniek 7 VAKBLAD I 4 2014 3550 06 07 080910 9000 9000 9000 6000 325 p04_Artikel 1.indd 7 01-12-14 09:47 Opentijd De opentijd ofwel dormante periode van beton is de rustende periode in de reactie van cement met water, waardoor de gele- genheid bestaat betonspecie te transporteren en te verwerken. De reactie van cement met water noemen we ook wel hydrata- tie. De warmte die bij dit proces vrijkomt, noemen we hydrata- tiewarmte. Naast soort en fijnheid van het cement heeft ook de betonsamenstelling invloed op de warmteontwikkeling in de tijd. In figuur 8 staat een voorbeeld van de warmteproductie voor twee cementsoorten voor de eerste 24 uur, verdeeld in vijf stadia. Deze grafiek laat zien dat direct na het mengen in korte tijd veel warmte vrijkomt; de buitenste laag van de cementkor- rels reageert. In het daaropvolgende stadium (2) wordt bijna geen warmte meer geproduceerd. De reactie lijkt hier te zijn stilgevallen. Deze peri- ode wordt de dormante periode genoemd. Dit uitstel van de opstijving wordt bereikt door bij de fabricage van cement een kleine hoeveelheid gips mee te malen, dat fungeert als een bindtijd- regelaar. Ook hulpstof- fen als plastificeerders met vertragende wer- king, kunnen deze dor- mante periode, soms onbedoeld, aanzienlijk verlengen.Na enkele uren versnelt de reactie weer. De betonspecie begint op te stijven en te verharden. Door de geproduceerde warmte stijgt de temperatuur van het beton (stadium 3). In stadium 4 en 5 loopt de reactiesnelheid steeds verder terug. Zolang er nog water en niet-gereageerd cement beschikbaar is, blijft het beton doorgaan met verharden. Dit kan in principe nog jaren duren. Het proces zal echter steeds langzamer verlopen. Ook hier geldt dat de temperatuur van het verhardende beton in beginsel de 65°C niet mag overstijgen en gezien de beperkte afmetingen (dikte) van wanden en vloeren is dit nagenoeg uit te sluiten. Lees ook over dormante periode in het Beton- Lexicon (www.betonlexicon.nl). Dit is een draadloos datalogsysteem dat temperatuurmetingen verricht en de gegevens verwerkt volgens het genor- meerde (NEN 5970) principe van de gewogen rijpheid. De temperatuuront- wikkeling in de tijd van het beton in de constructie wordt continu door draad- loze sensoren gemeten en omgerekend naar druksterkte (fig. 5 en 6 ). De web- based technologie zorgt er vervolgens voor dat de meetgegevens en mogelijke aanbevelingen met betrekking tot de voortgang, via een beveiligde website op hetzelfde moment aan geautori- seerde betrokkenen ter beschikking wor- den gesteld. Dit maakt het proces uiterst transparant. De constructeur heeft elke stort gecontroleerd en vastgelegd op een inspectieformulier met bijgevoegde foto's. De stortploeg die op de bouw- plaats aan het werk was, werd via een 7 Het project wordt gerealiseerd met tunnelbeskistingen met een overspanning van 9 m foto: Van Rhijn Bouw warmteproductie per tijdstap [mW/g] 5 4 3 2 1 0 tijd [uur] CEM I 32,5 R CEM I 42,5 R 048 12 16 20 24 1 2 3 4 2 3 4 5 8 Verschil in warmteproductie tussen twee cementsoorten, met verschillende \ sterkte klasse van het portlandcement (32,5 resp. 42,5) 8 VAKBLAD I 4 2014 p04_Artikel 1.indd 8 01-12-14 09:47 Milieuaspecten warme versus koude gietbouw Naast de in dit artikel genoemde redenen om voor koude of juist warme gietbouw te kiezen, spelen ook milieuaspecten een rol bij de afweging. Als het gaat om beton is nu een ont- werptool 'Groen beton' voorhanden waarin verschillende milieueffecten kunnen worden gekwantificeerd. Met deze tool is ook een vergelijking gemaakt tussen warme en koude gietbouw. Meer daarover staat in het artikel 'Anders rekenen aan beton' in Betoniek Vakblad 2014/2. Dit artikel is te raad- plegen op www.betoniek.nl. sms-bericht automatisch geïnformeerd dat de bekisting mocht worden verwij- derd. De betontechnoloog op de beton- centrale kon aan de hand van de geme- ten temperatuurontwikkeling en de temperatuurvoorspelling inschatten of mengselaanpassing noodzakelijk was. Uitgangspunt in dit proces is dat vol- doende ontkistingszekerheid wordt geboden tegen de laagst mogelijke mengselkosten. Indien de overwaarde in gewogen rijpheid op het moment van ontkisten te groot wordt, kan het mengsel in reactiviteit naar beneden worden bijgesteld. Dit wordt getoetst aan een van tevoren door de betoncen- trale vastgesteld maximum. Dit maxi- mum is afhankelijk van de projectgege- vens zoals open veld en/of hoogbouw. In principe mag er op het gewenste tijdstip van ontkisten geen tekort aan sterkte zijn. Het criterium hierbij is dat indien dit toch het geval is door lager uitgevallen temperaturen en/of meer wind, dit hooguit mag leiden tot maxi- maal één uur uitstel van ontkisten. Bedacht moet worden dat op het moment van ontkisten de betontempe- ratuur het hoogst is (35 à 40 ºC) en dat hierbij per uur circa 10% van de beno- digde rijpheid wordt opgebouwd. Tot slot Door de uitgekiende bouwwijze en de goede onderlinge afstemming werd het tunnelproces ruim binnen de gestelde bouwtijd gerealiseerd. Initieel op vijftien weken ingepland, kon dit met drie weken worden ingepland (tijdswinst 20%). Dit komt mede omdat er geen stortdagen verloren zijn gegaan als gevolg van een soms haperende stook- installatie. Ook de nauwgezette monito- ring heeft hier zijn positieve invloed doen gelden. Een bijkomend voordeel was bovendien dat door de meer cementrijke mengsels en de uitstekende verwerkbaarheid, de wanden en vloeren er glad en strak uitzien en luchtbellen en andere ongerechtigheden nauwelijks aanwezig zijn. En doordat inderdaad nauwelijks enige kruip werd geconsta- teerd en maatvoeringsproblemen wer- den voorkomen, is het afbouwproces eenvoudiger verlopen. 9 De Waterklaver vlak voor oplevering foto: Van Rhijn Bouw 9 VAKBLAD I 4 2014 p04_Artikel 1.indd 9 01-12-14 09:47