Zwaar beton alstegenbestralingDe bestralingszorg van MedischCentrum Haaglanden en Bronovo(MCH-Bronovo) vond tot nu toe plaatsin MCH Westeinde in Den Haag. Ditbestralingscomplex was echter aanvervanging toe. Besloten is deze zorgte verhuizen naar een volledig nieuwonderkomen in MCH Antoniushove inLeidschendam (fig. 2). Het nieuweradiotherapiecentrum is fase 2 van eengrootschalige nieuwbouw op dezelocatie van MCH-Bronovo.BunkersHet centrum bestaat uit zes boven-grondse bunkers. Deze bunkers hebbenafmetingen van circa 10 x 10 x 5,5 m3(b x d x h) en zijn opgebouwd uitbetonwanden van 0,80 tot 1,30 mdik. De constructie moet veel stralingkunnen tegenhouden (zie kader`Tegenhouden straling'), waarvoorspeciale maatregelen nodig waren. Eris gekozen om voor de wanden extrazwaar beton toe te passen. Hiertoe zijnhet zand en grind vervangen door hetmineraal magnetiet, een grijszwart,zware ijzeroxide met een dichtheid vangemiddeld 4900 kg/m3. Het magnetiet-beton is substantieel duurder dangewoon beton, maar dankzij de hogemassa konden de wanden dunner wor-den uitgevoerd dan bij normaal beton.Het dak is uitgevoerd in normaal betonen is 2,1 m dik.In Leidschendam wordt gebouwd aan een volledignieuw radiotherapiecentrum. Voor de bestralings-bunkers in dit project is magnetietbeton toegepastmet een dichtheid van maar liefst 3800 kg/m3.Dit resulteerde in een aantal aandachtspuntenvoor de productie, levering en uitvoering.Een proefstort bracht zekerheid.2Artist's impressionvan het nieuweradiotherapiecentrumbron: de JongGortemaker Algra1Storten wanden bunkerA van het nieuweradiotherapiecentrumvan MCH Antoniushovein Leidschendamfoto: Paolo Boumanauteurs Jan van Diest, Jan de Meester Dyckerhoff Basal Betonmortel B.V., Sven-Pieter van der GiesenJ.P. van Eesteren, Jan van Santvoort RCWESTProductie en uitvoering van magnetietbeton inde bestralingsbunkers van MCH Antoniushove12 VAKBLAD I 1 2016pantserMengselontwerpEr is veel aandacht besteed aan dejuiste mengselsamenstelling voor het905 m3 toegepaste magnetietbeton.Bij het mengselontwerp was de korrel-opbouw een belangrijk criterium. Dezeis immers mede bepalend voor destabiliteit van het mengsel en de con-structieve sterkte. Gezocht is naar eenopbouw die is te vergelijken met demeest gangbare betonsoorten, om zote komen tot vergelijkbare en dusbekende eigenschappen. Om eengoede opbouw van het mengsel tegaranderen, is ervoor gekozen hetmagnetiet in twee fracties te laten aan-voeren. Dit had als doel de hoeveelheidvan beide fracties afzonderlijk te kunnenbepalen: de zogenoemde 8S en 20S(coderingen van de leverancier), verge-lijkbaar met zand 0/2 en grind 4/22.Hoewel ernaar werd gestreefd zo dichtmogelijk bij een gangbare korrelverde-ling te komen, bleek de hoeveelheidfijne delen < 250 ?m groter te zijn dangebruikelijk. Dit heeft geleid tot eenhogere waterbehoefte.Omdat cementpasta aanzienlijk lichter isdan magnetiet, bestaat er een kans opontmenging; het zwaardere magnetietkan de cementpasta als het ware weg-duwen. Hoe hoger de consistentie vande specie, des te groter dat risico. Omrisico's op ontmenging en instabielemengsels te minimaliseren, is aanvanke-lijk uitgegaan van consistentieklasse 2.Projectgegevensproject Nieuwbouw radiotherapiecentrum MCH Antoniushoveopdrachtgever Stichting Medisch Centrum Haaglanden en Bronovo-Neboaannemer TBI-onderneming J.P. van Eesterenleverancier betonmortel Dyckerhoff Basal Betonmortel B.V.betonadvies en warmtelastberekening Betonedbetonbouw K&N Betonwerkenleverancier magnetiet LKAB (MagnaDense)leverancier krimparme mortel conusgaten Nicsinarchitect de Jong Gortemaker Algraconstructeur de Jong Gortemaker Algra / Ingenieursbureau SmitWestermanoplevering september 201613VAKBLAD I 1 2016WarmtelastberekeningEr is speciale aandacht besteed aande warmteontwikkeling in de dikkewanden. Deze kan namelijk behoorlijkoplopen vanwege de dikte van deconstructie. Uit kostenoverwegingenwas het niet koelen van de betonwandenhet uitgangspunt. In samenwerking methet adviesbureau Betoned zijn aan dehand van een warmtelastberekeningenkele randvoorwaarden bepaald (fig. 3).Hierbij ging het om trekspanningen,stortsnelheid, snelheid van het ontkistenen de meest geschikte betonsamen-stelling.De trekspanningen in het midden vande constructie zijn opgevangen doorhet aanbrengen van een binnennet.De stortsnelheid werd vastgesteldop 0,5 m/uur ofwel 16 m3/uur. Dezesnelheid is bepalend voor de bekistings-druk. Die zou door het grote gewichtimmers sterk kunnen oplopen. Daar-naast zou de lage stijgsnelheid hetbeton de tijd geven warmte aan deomgeving af te staan.Qua temperatuurontwikkeling moestende maximale temperatuurverschillen inde constructie binnen een bandbreedteblijven. Op basis daarvan is gekozenvoor hoogovencement in een zo laagmogelijke hoeveelheid, aangevuld metpoederkoolvliegas (tabel 1). Dankzij delagere temperatuurontwikkeling bleefook de temperatuurgradi?nt beperkt,en was het mogelijk zonder koelen tochna enkele dagen te kunnen ontkisten.ProefstortDe genoemde randvoorwaarden zijnbepaald op basis van algemene beton-technologische kennis. Om zeker teTabel 1 Betonsamenstellingsterkteklasse C20/25milieuklasse XC1bindmiddel ca. 250 kg CEM III/B42,5N LH/SRca. 60 kg poederkoolvliegaswater-bindmiddelfactor < 0,65 (niet maatgevend vanwege eis milieuklasse)consistentieklasse S2/S3/F4hulpstof naar behoeftedichtheid > 3800kg/m33Warmtelastberekening:maximum temperatuurwand 1370 mmTegenhouden stralingDe bestralingstoestellen (lineaire versnellers) diein de radiotherapie voor de behandeling vankankerpati?nten worden gebruikt, producerenhoge doses ioniserende straling. In de Kern-energiewet zijn normen opgenomen waaraanstralingsniveaus buiten de bestralingsbunkermoeten voldoen. Binnen het ziekenhuis magde dosis die iemand kan oplopen in ??n jaar niethoger zijn dan 1 mSv (millisievert). Op deterreingrens geldt een nog veel strengere limiet.Om dit te realiseren, is een verzwakking vande straling tot een factor van circa 10 000 000nodig. De betonconstructie waarin de bestra-lingstoestellen staan, moet voor deze verzwak-king zorgen.In grote lijn is de verzwakking voor r?ntgen-straling met deze energie evenredig met dedichtheid van het materiaal. De wanden zoudenhet dunst kunnen blijven wanneer een materiaalmet zeer hoge dichtheid zoals lood wordt toe-gepast. Omdat dit veel te kostbaar zou worden,wordt in de praktijk meestal beton gebruikt.Doordat de dichtheid van normaal beton(ca. 2350 kg/m3) aanzienlijk lager is dan van lood(11 350 kg/m3) betekent dit wel dat de wandenveel dikker moeten worden.Als hiervoor de ruimte ontbreekt, kan wordengewerkt met zwaar beton. Regelmatig wordtbarietbeton gebruikt. Bariet, met een dichtheidvan 4480 kg/m3, is een van de zwaarste verkrijg-bare steenachtige mineralen. Barietbeton heefteen dichtheid tot 3500 kg/m3.De dichtheid van magnetietbeton is nog ietshoger (3800 kg/m3). Uit simulatieberekeningenis gebleken dat de afschermende werking relatiefzelfs groter is dan uit de dichtheidsverhoudingzou volgen. Daardoor kunnen met magnetiet-beton de wanden nog dunner worden gemaakt.Grofweg kunnen de wanden door de toepassingvan deze soort zwaar beton circa 1,7 keer zodun worden gehouden dan met normaal betonmogelijk zou zijn geweest.Soms moet in dergelijke constructies ook reke-ning worden gehouden met neutronenstraling.Dit is zeker het geval bij protonenfaciliteiten.Hierbij moeten vooral maatregelen wordengenomen tegen de neutronen die worden gepro-duceerd wanneer de protonenbundel wordtgestopt. Dit lukt met normaal beton beter danmet zwaar beton. Daarom wordt in die gevallenvoor dikkere constructies in plaats van zwaarderbeton gekozen. Voor de bestralingstoestellen inLeidschendam geldt dat er nauwelijks neutronenworden geproduceerd.14 VAKBLAD I 1 2016druksterkte[MPa]tijd03:0006:0009:0012:0015:0018:0021:0000:0003:0006:0009:0012:00242220181614121086420wapening buitennet meting 1wapening tussen net meting 1wapening binnennet meting 1wapening buitennet meting 2wapening tussen net meting 2wapening binnennet meting 2temperatuur[?C]tijd10:0020:0006:0016:0002:0012:0022:0008:0018:0004:0014:0010:0000:004036322824201612840omgevingstemp. meting 1wapening buitennet meting 1wapening tussen net meting 1wapening binnennet meting 1omgevingstemp. meting 2wapening buitennet meting 2wapening tussen net meting 2wapening binnennet meting 2weten of deze theorie daadwerkelijkovereenkwam met de praktijk, is ervoorgekozen een proefstort uit te voeren(foto 4). Deze moest meer zekerheidgeven met betrekking tot zowel de pro-ductie, het transport als de verwerking.Bij deze proef is een stuk wand van circa4 m3 gerealiseerd. Op de bouwplaats iseen deel van een wand met de juistedikte en de juiste wapeningsconfiguratienagebouwd. Bij de productie van debetonmortel bleek dat de grootte vancharge moest worden aangepast van-wege de maximale capaciteit van deweeginstallatie. Na de productie van hetbeton is deze wand volgestort met desnelheid die in de warmtelastberekeningwas aangehouden (0,5 m/uur). Bij ditstorten was vooral de verwerkbaarheidvan belang. De angst bestond dat hetbeton vrij stug zou zijn en niet goed uitde kubel zou komen. Hoewel bij hetmengselontwerp was uitgegaan vanconsistentieklasse 2 is besloten de proef-stort uit te voeren in consistentieklasse 3.Uit eerdere beproevingen bleek immersdat het mengsel erg stabiel was. Zoweldirect na aanmaak als na aankomst ophet werk is de consistentieklasse geme-ten. Hierin zat geen meetbaar verschil.Uit de proefstort bleek ? de stortploegwerd hierbij ingeschakeld om ervaringop te doen ? dat de verwerkbaarheidvan het beton boven verwachting was.Het beton kwam goed uit de kubel envloeide mooi uit na het trillen. Er wasdus nog wat ruimte aanwezig in destabiliteit, zodat uiteindelijk ook konworden gekozen voor een verpomp-bare consistentieklasse 3 of 4.Aan de proefwand is een rijpheidscom-puter gekoppeld, waarmee de warmte-en sterkteontwikkeling van het betonwerd gemonitord (fig. 5 en 6). De tem-peratuur werd gemeten in het hart vande wand (op het binnennet) en aanbeide zijden van de wand (op het bui-tennet, met een dekking van 40 mm).Daarnaast werd de buitentemperatuurgemeten. Voorwaarde was namelijk datbij het ontkisten de temperatuur op hetbinnennet niet meer dan 15 ?C hogerzou zijn dan op het buitennet en de4Proefstort metmagnetietbeton5Druksterkte-ontwikkelingproefwand6Temperatuur-ontwikkelingproefwand15VAKBLAD I 1 2016temperatuur van het buitennet nietmeer dan 15 ?C hoger zou zijn dan debuitentemperatuur.De metingen aan warmte- en sterkte-ontwikkeling voldeden aan de ver-wachtingen. Uitgangspunt van dewarmtelastberekening was dat dewanden vier dagen in de bekistingmoesten blijven staan. Dit werd gedaanom de wanden niet bloot te stellen aaneen te grote temperatuurschok bij hetontkisten met mogelijke scheurvormingals gevolg. Uit de meting bleek dat navier dagen de juiste temperaturen wer-den gehaald om te kunnen ontkisten.De opgebouwde sterkte lag zelfs ietshoger dan verwacht wanneer eenzelfdebetonmengsel zou zijn vervaardigdmet rivierzand en -grind. Het bleek dathet verhardingsgedrag moeilijk is tevergelijken met normaal beton. Ditwordt veroorzaakt door de groterewarmteontwikkeling bij aanvang,de iets andere korrelopbouw en destructuur van de magnetietkorrel.Verder zijn uit de proefwand op ver-schillende hoogten cilinders geboordom de volumieke massa en mengsel-opbouw te controleren. Zowel hetgewicht als de opbouw voldeden aande verwachtingen.De resultaten van de proef waren duspositief, wat vertrouwen gaf voor dedaadwerkelijke uitvoering.Productie en leveringHet beton is geproduceerd in eenbetoncentrale. Extra opslagruimte voorhet toeslagmateriaal was niet nodig,immers het magnetiet werd just in timegeleverd. Wel moest aandacht wordenbesteed aan het doseren van de grond-stoffen. Hierbij golden extra risico'svanwege de hoge massa van hetmateriaal. Als het doseren in hetzelfdetempo zou gaan als bij normale toeslag-materialen, zou dit bovendien kunnenleiden tot storingen en extra slijtagevan de installaties. Daarom is gekozengebruik te maken van een centralewaar het technisch mogelijk is dezerisico's te minimaliseren. Hier bestondonder meer de mogelijkheid het zware7Aanbrengen magne-tietbeton met kubelfoto: Paolo BoumanOverige projecten bestralingsbunkersEr zijn meer projecten in Nederland met bestralingsbunkers in uitvoering of recen-telijk afgesloten. Zo worden bij de nieuwbouw van het Erasmus Medisch Centrumin Rotterdam ook bestralingsbunkers gerealiseerd. Hier heeft de opdrachtgeverbepaald dat barietbeton moest worden toegepast. De volumieke massa van de1500 m3 beton bedroeg 3300 kg/m3.Voor het Protonen Therapie Centrum van het UMC Groningen (ca. 12 000 m3 beton)en voor de protonenkliniek HollandPTC in Delft (ca. 12 500 m3) is gekozen voor eenandere aanpak. Hier betreft het protonenstraling dat van een ander orde is dan der?ntgenstraling in Leidschendam (zie ook kader `Tegenhouden straling'). Daarommoet er een minimale hoeveelheid waterstofatomen in het beton aanwezig zijn. Ditkan alleen worden bereikt door beton met een normale volumieke massa (2350 kg/m3)en wanden van ongeveer 4 m dik. Hierbij is gezocht naar beton met een zo laagmogelijke warmteontwikkeling.16 VAKBLAD I 1 20169Centering met conussen van kunststof metstalen kernbron: Hakron Nunspeet B.V.8Op maat gemaakte bekisting met stalenprofielen en bekistingsplaatfoto: Michel Groen10Eerste bunkerwanden van magnetietbetonmateriaal gecontroleerd in de zoge-noemde `dagbunkers' te laten vallen,waardoor de schade door het valge-wicht beperkt kon blijven. Het doserenvond weliswaar plaats op een standaard-manier maar veel langzamer dangebruikelijk. Vanwege het hogegewicht konden de maximale chargesen beladingen niet worden gehaald,met als gevolg een lagere productie-snelheid. Deze liep met wel 60% terugen de transportcapaciteit met 30%.VerwerkingHoewel het mogelijk was beton toe tepassen met een dusdanige consistentiedat het kon worden verpompt, is er uit-eindelijk voor gekozen alle magnetiet-beton met de kubel aan te brengen(voor ? gevuld) (foto 7). Pompen wasbij deze productiesnelheid niet nodigen zelfs onhandig. Het beton bleek inde praktijk goed te verwerken.De toegepaste bekisting is op maatgemaakt en bestond uit stalen profielenen bekistingsplaat (foto 8). In het ont-werp van de bekisting is rekeninggehouden met de hogere massa vanhet beton, die zorgt voor een groterebekistingsdruk. Uit een berekeningvolgde de benodigde centeringen.Om geen `gaten' ten gevolge van dezecentering achter te laten in de beton-wanden, is er een verloren, niet-door-gaande centering toegepast metconussen van kunststof met stalen kern(fig. 9). Deze conussen zijn terug tewinnen. De conusgaten zijn vervolgensdichtgezet met krimparme mortel meteveneens een dichtheid van 3800 kgper m3. Hiervoor is een speciaal mengselontwikkeld.SamenwerkingDe ruwbouw van het project is bij hetverschijnen van dit artikel gereed. Hetstorten van de bunkerwanden is mededankzij een goede samenwerking tussenaannemer en leverancier voorspoedigen netjes conform planning verlopen.De oplevering van de bunkers metbijbehorende ondersteunende ruimtenstaat gepland voor 1 juli 2016, waarnade bestralingstoestellen kunnen wordengeplaatst. De oplevering van de restvan het gebouw staat gepland voorbegin september 2016.17VAKBLAD I 1 2016