Een maandelijkse Uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenbosch juli/augustus 1986Over wegen van betonDe afgelopen jaren is er een duidelijke toename tezien in de toepassing van beton in de wegenbouw.Deze toepassing stelt speciale eisen aan demengselsamenstelling en de vervaardiging vanbetonspecie. Deze aflevering van BETON/EK gaatdaarop in.Recente ontwikkelingenVan 1930 tot 1950 zijn erin Nederland vrij veelwegen, ook rijkswegen, aangelegd in beton. Deervaringen waren op den duur echter niet onver-deeld gunstig. Er traden in veel gevallen hinder-lijke cnvlakheden op bij de voegen (trapjes-vorming) en veel betonplaten vertoonden scheur-vorming. De belangrijkste oorzaken daarvan warendat de betonverhardingvaak direct, zonderfundering, was aangelegd op een zandbed meteen te geringe stabiliteit en dat krimp- en uitzet-voegen niet waren voorzien van deuvels. Boven-dien was de toename van het zware verkeer inaantal en aslasten veel groter dan bij het ontwerpvan deze wegen was voorzien.Vanwege de technische problemen en ook dehogere aanlegkosten van betonwegen tenopzichte van asfaltwegen, werden er in de daaropvolgende jaren nauwlijks nog betonwegenaangelegd. Een uitzondering vormde de provincieNoord-Brabant, waar op voldoende draagkrachtigeondergrond beton blijvend werd toegepast. Vooralde lage onderhoudskosten van goed aangelegdebetonwegen waren daarvoor doorslaggevend.Na de eerste oliecrisis in 1973, is de prijs vanbitumen (het bindmiddel in asfalt) aanzienlijkgestegen. Hierdoor is de verhouding tussenaanlegkosten van asfaltwegen en betonwegensterk gewijzigd. Bovendien bleken de onderhouds-kosten van asfaltwegen, vooral als gevolg van hetmoeten herstellen van spoorvorming en aantastingvan het oppervlak, op een duidelijk hoger niveau teliggen dan die van - volgens de nieuwe inzichtengebouwde - betonwegen. Uit ervaringen in deprovincie Noord-Brabant en ook op grote schaal inBelgië, Frankrijk en de Bondsrepubliek Duitsland,bleek bovendien dat het technisch concept voorbetonwegen zodanig was verbeterd dat aan deeisen van" duurzaamheid, sterkte en vooralrijcomfort ook voor zwaarbelaste wegen kanworden voldaan.Op grond van de gewijzigde kostenverhoudingenbij aanleg en de toenernende financiële druk vanonderhoudskosten op het beschikbare budget,heeft een werkgroep van Rijkswaterstaat in1980/1981 .eenafwegingsstudie uitgevoerd naarinvestering en onderhoud van asfalt- en betonver-hardingen. Als resultaat daarvan werd besloten datvoor nieuwbouwwerken per project een afwegingtussen beide constructietypen zou wordengemaakt. Deze werkwijze heeft ertoe geleid datverschillende rijkswegen thans in beton wordenuitgevoerd.BetonwegenEisen aan het materiaal en de materiaal-samenstellingVoor verhardingsconstructies zijn in het algemeentwee aspecten bepalend voor het ontwerp:- de sterkte en stijfheid van deconstructie;- de oppervlaktekwaliteit.De constructieve eisen zijn afhankelijk van dedraagkracht van de ondergrond en de teverwachten verkeersbelasting. De eisen tenaanzien van de oppervlaktekwaliteit hebben vooralte maken met de duurzaamheid en deverkeersveiligheid.Uit economische overwegingen worden beton-wegen gemaakt van ongewapend beton. In deonderste 'vezels' van het beton kunnen echteraanmerkelijk trekspanningen voorkomen.Om zonder wapening voldoende trekspanningente kunnen opnemen, is een hoge betonkwaliteit(met een hoge buigtreksterkte) noodzakelijk. Vaakis de betonkwaliteit hoger dan men bijvoorbeeld inde woningbouw en utiliteitsbouw gewend is.Fietspaden worden gemaakt met een beton-kwaliteit van tenminste B 30. Voor stedelijkeverhardingen en plattelandswegen wordt B 37,5gebruikt en voor autosnelwegen zelfs B 45.Met dit hoge niveau van de druksterkte, ontstaat-bij goede verdichting en nabehandeling een groteslijtvastheid van het oppervlak verkregen. Dat isvan groot belang voor de veiligheid van de wegge-bruikers en draagt bij tot lage onderhouds-kosten.Behalve blijvend stroef en slijtvast moeten beton-wegen ook bestand zijn tegen de inwerking vandooizouten. Op de Nederlandse wegen wordenjaarlijks flinke hoeveelheden zout gestrooid terbestrijding van de gladheid. In BETONIEKis alvaker aangetoond dat onder deze omstandig-heden voorkeur moet worden gegeven aanbeton met portlandcement of portlandvliegas-cement. Met deze cementen, eventueel in combi-natie met 3 à 4% ingebrachte lucht, is het beton-oppervlak voldoende bestand tegen aantastingdoor vorst en dooizouten.Naast deze eisen die voortkomen uit het construc-tief ontwerp, zijn er de eisen vanuit de uitvoering.21-2Machinale aanleg van een betonweg met een 'beton-trein '. De randbekisting fungeert als rail waarover dediverse machines van de 'trein' rijden. De opnamen zijngemaakt van de zogenaamde overlaging van de provin-ciale weg S17 Eersel-Reusel, uitgevoerd in 1985foto's: Bob de RuiterlVNCZoals hierna wordt besproken, kunnen betonver-hardingen zowel met de hand als machinaalworden aangelegd. Voor grotere projecten komteigenlijk alleen de machinale uitvoering inaanmerking. En het gebruik van een wegenbouw-machine stelt heel scherpe eisen aan de plasticiteitvan de betonspecie. In het algemeen zijn demengsels bijzonder droog, waarbij reeds geringevariaties in het watergehalte problemen kunnenopleveren in de afwerking van het oppervlak.Het zal hiermee duidelijk zijn dat niet alle beton'wegenbeton' is. Het aanleggen van betonwegenvereist grote vakkennis zowel van de technologen(van de toeleverende betonmortelindustrie) als vande betonwegenbouwers.Ontwerpen van betonwegenVoor het ontwerpen van betonwegen zijn deloop der tijd verschillende theoriën ontwikkeld. Opbasis van de bestaande theoretische kennis heeftde Vereniging Nederlandse Cementindustrie(VNC) een dimensioneringsmethode ontwikkelddie aansluit bij dein ons land voorkomendesituaties. Volgens de VNC-methode wordt zowelgedimensioneerd op sterkte als op stijfheid vande weg. Onder andere door de berekening op stijf-heid wordt voorkomen dat de uit het verleden be-kende hinderlijke ongelijkheid bij voegovergangen(trapjesvorming) gaat optreden.De resultaten van de berekeningen zijn samen-gevat in tabellen, waaruit op eenvoudige wijze bijgegeven of gekozen uitgangspunten de ontwerp-dikte is af te lezen. De tabellen en toelichtendebeschrijvingen zijn opgenomen in de HandleidingBetonwegen.Mengselsamenste/lingHiervoor is uiteengezet hoe zowel vanuit hetontwerp als vanuit de uitvoering specifieke eisen3worden gesteld aan de betonspecie en het betonvoor de aanleg van wegen.Hoe wordt dit nu vertaald in een mengselontwerp?Stel dat beton moet worden geleverd voor eenmachinaal aan te leggen plattelandsweg. Deverlangde betonkwaliteit is B 37,5. In verband metdeuitvoeringsmethode wordt een droge beton-specie verlangd, consistentiegebied 1, verdich-tingsmaat 1,20. (Zoals bekend is de verdich-tingsmaatin dit consistentiegebied te verkiezenboven de zetrnaat.)Om de vereiste sterkte te halen, kan op grond vande bekende spreiding en de gewenste goedkeur-kans worden gemikt op een gemiddelde druk-sterkte van 46 N/mm2 (37,5 + 2,2 x 4).De normsterkte na 28 dagen verharding van hettoe te passen portlandcement klasse A bedraagt48 N/mm2 .Met behulp van de bekende formulef == 0,8N + 25/wcf 45kan de maximale water-cementfactor wordenberekend.46 == 0,8 x 48 + 25/wcf 45wcf == 0,47In verband met de vorstldooizout-bestandheid ligter de eis dat eenluchtbelvormer wordt toegepast.Stel dat daarmee het.totale percentage lucht inbeton op 4 à 4,5 wordt gebracht. Het in de water-cementfactor mee te rekenen percentage lucht isdan 3%. (De 1 à lucht die altijd in betonachterblijft, mag immers niet wordenmeegerekend.)Voor de verlangde consistentie (verdichtingsmàat1,20) en een gradering van het toeslagmaterialen-mengsel in het A-B gebied, is de gebruikelijkewaterbehoefte ongeveer 1451/m3. Door toepassingvan eenluchtbelvormer mag worden43-6Aanleg van Rijksweg 73, tussen Nijmegen en Boxmeer,in beton. Deze nieuwe autosnelweg is (in 1985) aange-legd met een grote slip-form pever (breedte 11 m). Achterde paver worden machinaal deuvels ingetrild t.p.v. devoegen. De rijdende overkapping voorkomt voortijdigeuitdroging. Tot slot worden de krimpvoegen gezaagdgerekend op circa 5% reductie op de water-behoefte, dus circa 8 liter.Het cementgehalte volgt dan uit:wcf == (W + L)/CC == (137 + 30)/0,47 == 355kg/m3Met een ceméntgehalte van 355 kg/m 3 , een totaalluchtgehalte van 4 4,5% en een verdich-tingsmaat van circa 1,20, zal kunnen wordenvoldaan aan de gestelde eis van B 37,5.Interessant is in dit geval te bezien wat het effect isvan een grotere dosering luchtbelvormer. Stelbijvoorbeeld dat daarmee een effectief percentagelucht van 5% wordt bereikt.Het cementgehalte moet dan zijn:C == (137 + 50)/0,47 == 398 kg/m3Een aanzienlijke verhoging van het cementgehalteis het resultaat. In de praktijk zal een dergelijkemaatregel dan ook niet worden overwegen, maareen andere oplossing worden gezocht.Voor de vorstbestandheid is een dergelijk percen-tage lucht overigens niet noodzakelijk. Bijmachinale aanleg van de betonweg wordt dankzijde lage water-cementfactor en de zeer goedeverdichting een bijna geheel gesloten porie-structuur bereikt. Het voor vorst kritische verzadi·gingspunt van de poriën zal dan moeilijk tebereiken zijn. Toepassing van een luchtbelvormermoet worden gezien als een extra zekerheid. Hettotale luchtpercentage in beton verder opvoerendan circa 4% heeft in feite geen zin.5Veeleer zullen de voordelen van toevoeging vaneen plastificeerderof superplastificeerderinteressant zijn, om daarmee het watergehalteverder te reduceren. Vooral bij deze hoge beton-kwaliteiten is dit van veel belang.Een speciaal punt van zorg is de gradering van hettoeslag materiaal. Soms is het nodig de graderingvan het mengsel aan te passen aan de specifiekeeisen van het type wegenbouwmachine. Om eengaaf en gesloten oppervlak uit de machine tekrijgen, kan bijvoorbeeld verhoging van hetzandpercentage wenselijk zijn. Dit isnauwelijks in eengeschiktheidsproef tevoorzien. In de praktijk zal moeten blijken of degradering van het mengsel aan alle wensentegemoet komt.UitvoeringZoals al opgemerkt, worden twee uitvoerings-methoden onderscheiden:- machinale uitvoering;uitvoering in handwerk.Machinale aanlegVoor de machinale uitvoering kan worden gekozenuit twee principieel verschillende systemen:- de slip-form paver;- de betontrein.De slip-ferm paver is een machine met eenglijdende bekisting, die zich onder of achter demachine bevindt. Kleine slip-form pavers wordenvooral ingezet voor kleinschalige projecten, zoalsde aanleg van fietspaden en kavelwegen. Groteremachines worden ingezet bij vliegvelden enauto(snel)wegen.Bij sommige machines van dit type wordt debetonspecie in een voorraadbak gestort; bij demeeste echter wordt de specie op het zandbed of67Afrijbalk achter een kleine slip-form paver.Het watergehalte en de gradering van het toeslag-materialenmengsel zijn zeer kritisch voor de vlakheid vanhet betonoppervlak8-9 (rechts)Uitvoering van kleine projecten in 'handwerk'. De hogereconsistentie zal vrijwel altijd worden verkregen door hetgebruik van een (super)plastificeerder. Merk op dat deafgewerkte betonoppervlakken onmiddelijk wordenafgedekt om uitdroging te voorkomenop de fundering gedeponeerd. De machine spreidten verdicht de betonspecie in één arbeidsgang enmet behulp van de glijdende bekisting wordt hetgerede produkt in de juiste vorm achtergelaten. Destabiliteit van de specie, de groene sterkte, is danook een zeer belangrijk gegeven.Voor grotere projecten kan ook voor de inzet vaneen zogenaamde betontrein worden gekozen. Indit geval fungeert een rail waarover de diversemachines van de trein rijden tevens alsrandbekisting.In beide gevallen maakt de lage consistentie vande specie het mogelijk de specie in vrachtwagensmet een open laadbak te vervoeren. Het isverstandig de lading met een dekzeil af te dekkenom verdamping van water te voorkomen en even-tueel regenwater te weren.Uitvoering in handwerkAls de betonspecie met handkracht moet wordengespreid en 'verdicht, is voor de verwerkbaarheideen hogere consistentie nodig. In deze situatie isuiteraard een vaste randbekisting noodzakelijk.De hogere consistentie zal vrijwel altijd wordenverkregen door het gebruik van een (super)plasti-ficeerder.Combinatie van een (super)plastificeerder met eenluchtbelvormer wordt niet aanbevolen, zodat voorhet verkrijgen van voldoendevorstldooizout-bestandheid een lage water-cementfactor nodig is,maximaal 0,45.Keuring en controleTijdens de uitvoering is als produktiecontrole deconsistentie de belangrijkste parameter waaropvoortdurend moet worden toegezien. De toleran-ties voor afwijkingen van de voorgeschrevenverdlchtinqsrnaat zijn geringer dan men bijvoorbeeld in de woningbouw gewend is. Het constanthouden van een bepaalde consistentie is daarbijniet eenvoudig. De verwerkbaarheid van aard-vochtige species wordt al snel beïnvloed doorgeringe verschillende in het watergehalte, debuitentemperatuur en de transportafstanden entransportmethode.De machine is overigens zelf de beste'opzichter'wat dit betreft. Een te lage consistentie vertraagthet tempo en bemoeilijkt de afwerking van hetoppervlak achter de machine. Een te hogeconsistentie zal bij het werken met eenslipferm-paverleiden tothet afzakken van de zijkanten vanhet verse beton achter de machine.Zowel bij een slip-form paver als een betontrein zalbetonspecie met een te hoge consistentie deneiging vertonen achter de afrijbalk omhoog tekomen en daardoor onvlakheden in het lengte-profiel van de weg veroorzaken.Andere facetten van de produktiecontrole zijn devolumieke massa, het luchtgehalte en de sterkteontwikkeling van de betonspecie, alsmede de vlak-heid en textuur van de verse betonoppervlakken.AfnamecontroleOm na te gaan of het geleverde beton hetgevraagde sterkteniveau kan halen, kunnen op degebruikelijke wijze proefkubussen worden vervaar-digd voor een controleproef.Binnen het Studiecentrum Wegenbouw (SCW), alsook de Stutech, wordt op dit moment bestudeerdhoe de kwaliteitszorg voor de uitvoering van beton-wegen dient te worden geregeld.literatuur1. Handleiding Betonwegen; VNC,'s-Hertogenbosch;2. Bouquet, Hendriks en Van de Herberg,Gedeelte van Rijksweg 1 aangelegd in beton;Cement 1985 nr.8 en 9.3. Betonwegennieuws, een periodieke uitgave vande Vereniging Cementbeton Wegenbouwers(VCW) en de Vereniging Nederlandse Cementin-dustrie (VNC)7830BETONlEK verschijnt 10 x perjaar.Abonnementsprijzen per jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 5% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 18,-overige landen f 28,-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.