vakblad over betonconstructies 3 2018 vakblad over betonconstructies Dyckerhoff ?maakt er meer van. Dyckerhoff, Verkoopkantoor Nederland/Belgie nl@dyckerhoff.com www.dyckerhoff.nl Waalbrug Ewijk (A 50) Dyckerhoff Basal levert hoge sterkte beton C 90/105; Dyckerhoff levert speciale cement VARIODUR 30 Fotos: Bart van Hoek DyB Anz_Waalbrug Ewijk_225x297_lay.indd 1 15.03.17 10:33 3 2018 TEKTONIEK.NL Kennis zit in mensen. Binnen het Tektoniek-netwerk beschikken we over de kennis voor de beste architectuur in beton. Daarbij gaat het altijd om de relatie tussen vorm - geving, constructie en maakbaarheid. Met expertise op het gebied van schoonbeton, constructieve optimalisaties, productontwikkelingen en materiaalontwikkelingen. Op de netwerkpagina van www.tektoniek.nl zijn de juiste mensen te vinden. Misschien hoort u er ook bij? Dat kan, het kennisnetwerk is groeiende. TEKTONIEK hoe maak ik de beste architectuur in beton? Drents Museum Assen - designed by Erick van Egeraat - foto: J. Collingr\ idge advertentie Tektoniek Cement 12016.indd 1 03-02-16 09:34 Bestel het boek voor ? 19,95 Verzamelde columns over de bouwwereld www.verbeeldingenwerkelijkheid.nl werkelijkheid Rob Nijsse bespreek\lt in zijn boek act\luele k\festies in de bou\f\l. Op een directe en\l ko\bische \banier daa\lgt hij je uit o\b op\l een andere \banier n\laar vaak herkenbar\le situaties te kijke\ln. In korte verhale\ln spreekt hij zijn be\fonderin\lg uit over een aan\ltal prachtige, eeu\fenou\lde bou\f\ferken, \baar \l ook zijn verbazing\l en so\bs zelfs erge\lrnis over hoe het er in\l de bou\f nu vaak aa\ln toe gaat.  Verbeelding Verbeelding Verbeelding Partners 1 Meer informatie over deze bedrijven en over het partnerschap staat op www.cementonline.nl/partners . partners 3 2018 Centraal overleg Bouwconstruc ties fb Studievereniging b -N ederland Partners van Cement , kennisplatform betonconstructies Cement is een platform van én voor constructeurs. Het platform legt kennis vast over construeren met beton, en verspreidt deze onder vakgenoten. Om het belang hiervan te onderstrepen kan een bedrijf kennispartner van Cement worden. Een partner geniet een aantal voordelen, zoals een flinke korting op het abonnement en een profielpagina op Cementonline . Het partnerschap is voorbehouden aan bedrijven voor wie de kennis daadwerkelijk is bedoeld. Hebt u ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Jacques Linssen, j.linssen@aeneas.nl . 2 18 Mechanische eigenschappen geopolymeerbeton Een onderzoek naar de ontwikkeling van materiaaleigenschappen en buiggedrag van gewapende balken in de tijd. 25 Calamiteit glasfabrieken Onlangs heeft een lekkende glasoven nabij een spoor lijn in Maastricht de Veiligheidsregio Zuid- Limburg voor een niet-alledaags dilemma gesteld. Was de openbare veiligheid in gevaar door een constructie die verhit werd door vloeibaar glas? 30 Lichtbeton voor balkons Een manier om gewicht te besparen voor balkons, is het verlagen van de volumieke massa van het beton. In een afstudeeronderzoek is het constructieve gedrag van een balkonplaat waarin dit lichtbeton is toege past experimenteel onderzocht. 36 Comfort voetgangersbruggen De gevoeligheid voor trillingen is een belangrijk thema bij het ontwerp van voetgangersbruggen. Ten gevolge van de ritmische aanstoting door voetgangers kan een brug in resonantie komen. 42 Versnelling voetgangersbrug Betonnen voetgangersbruggen worden steeds slanker gerealiseerd. Aan de hand van een case wordt uitgelegd hoe de trillingen in de drie verschillende richtingen worden getoetst. 54 Van graansilo tot museum Een monumentale, betonnen graansilo in het havengebied van Kaapstad in Zuid-Afrika is getransformeerd van een kozijnloos pakhuis naar een spectaculair museum voor moderne Afrikaanse kunst. 12-17 Revolutionair ontwerp Steeds vaker bewijst ultra-hogesterkte - beton (UHSB) zich als interessant en con - currerend constructiemateriaal. Recent voorbeeld is een ultraslanke trap in het hoofdkantoor van ABT. 4-11 Amstel Tower siert skyline Amsterdam In Amsterdam wordt gebouwd aan de Amstel Tower: de hoogste woon- en hoteltoren binnen de ring van Amsterdam. Op het oog een simpele betonconstructie, maar erachter gaat een uitgekiend constructief ontwerp schuil. 46-53 Op zoek naar verbinding Het is een atypisch carrièrepad dat Dorien Staal bewandelt. Vanuit een constructieve opleiding, via de verkoop van software en enkele HR-functies, is ze sinds 2016 algemeen directeur van Voorbij Prefab. 1 Partners 62 Column 64 Service/online 64 Colofon juni 2018 / jaargang 70 inhoud 3 2018 Inhoud 3 60 De jonge constructeur Pierre Hendrikx, constructeur bij BAM Advies & Engineering, vertelt over zijn rol bij de renovatie van het Stadhuis in Woerden. Comfort! De eerste zonnestralen zijn gesignaleerd en Nederland bevindt zich weer buiten op de terrassen, op de fiets of voor een mooie lentewandeling over die elegante slan - ke brug. In onze maatschappij hebben we mensenlevens en veiligheid hoog in het vaandel staan en dat is maar goed ook. Maar er is meer dan dat. Ook het comfort dat men ervaart speelt een belangrijke rol, waarbij dat voor de ene constructie belangrij - ker is dan voor de andere. Door toepassing van ultra-hoges - terktebeton (UHSB) kunnen we tegenwoordig prachtige, zeer slanke bruggen maken. Maar daarmee worden ze wel gevoelig voor trillingen en kunnen ze onbehaaglijk worden. We moeten ervoor zorgen dat die bruggen door de voetgangers niet in resonantie komen. Hoe houd je hiermee bij het ontwerp reke - ning? In een artikel wordt hier aandacht aan besteed en in de rubriek 'Rekenen in de praktijk' wordt ook nog een rekenvoor - beeld gegeven. Van een voetgangersbrug wandelen we door de trap op bij het hoofdkantoor van ABT, een ultraslanke trap geproduceerd met UHSB. Hoe voldoet deze ten aanzien van comfort? Naast UHSB komen meer innovatieve materialen aan bod. Zo wordt gerap - porteerd over een masterstudie naar het gedrag in de tijd van geopolymeerbeton. Waar vele andere trappen worden bewandeld, is de hoogste woontoren van Amsterdam, de Amstel Tower. Een op het oog simpele betonconstructie, maar erachter gaat een uitgekiend constructief ontwerp schuil. U krijgt het toch elke keer maar weer netjes aangereikt via Cement . Ik hoop dat u dat ook als comfortabel ervaart! Dick Hordijk Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl De ultraslanke trap in het hoofdkantoor van ABT. foto: Hans Roggen. Redactioneel 3 2018 Inhoud 4 Amstel Tower siert skyline Amsterdam Besparing bouwkosten dankzij slimme oplossingen Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 5 1 2 3 4 Spoorbaan Julianaplein 1. Hotel 2. Woontoren 3. Parkeergarage + -dek 4. Winkels 5. Amstelstation 6. Spoorbaan + perron 5 6 Amstelstation De Amstel Tower bestaat uit een laagbouwgedeelte van zes lagen met daarop een 103 m hoge woontoren met dertig verdiepingen. In de laagbouw wordt een hotel van keten Meininger gerealiseerd met 186 kamers. In de woontoren komen in totaal 192 huurappartementen. Tussen de woontoren en het hoteldeel bevindt zich een installatielaag. Kenmerkend in het ontwerp van de toren zijn de afgeronde hoeken van het gebouw met rondom balkons. Door deze afge - ronde hoeken is de schaduwwerking in de omgeving beperkt en is de inpassing in de omgeving verbeterd. Rond het hotelge - deelte bevinden zich prefab-betonnen luifels die toegankelijk zijn voor onderhoud en glasbewassing. Op het dak is een 'kroonconstructie' ontworpen met nog twee ringen met luifel - elementen. Aanvankelijk was onder de toren een kleine, meerlaagse parkeergarage voorzien. Om kosten te besparen, is uiteindelijk gekozen een grote eenlaagse parkeergarage náást de toren te maken. Onder de toren komt slechts één laag met woningber - gingen. De parkeergarage telt 171 plaatsen. Op het parkeerdek wordt door de gemeente Amsterdam een busstation ingericht. Aan de zijde van het Julianaplein zijn tegen de parkeergarage nog twee ruimten voor winkels gerealiseerd (fig. 2). Naast het Amsterdamse Amstelstation wordt gebouwd aan de Amstel Tower: de hoogste woon- en hoteltoren binnen de ring van Amsterdam. Op het oog een simpele betonconstructie, maar erachter gaat een uitgekiend constructief ontwerp schuil. 1 2 ing. Mischa Andjelic PMSE RC ir. Matthij Moons RC ir. Remco Wiltjer RO IMd Raadgevende Ingenieurs 1 Amstel Tower in aanbouw.foto: Mariska Stieber2 Overzicht locatie Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 OPRIT BUSDEK ENTREE ENTREE T OREN ENTREE ENTREE INRIT UITRIT BUSDEK INRIT GARAGE UITT Overzichtweg Julianaplein PARKEREN V VT A u u ui POSIT TBV u u ui u u u u u u ui ugif gre n u es u u u u ui u u ui ui O O O O H X = 123132.1952m Y = 48431 1.4172m X = 123127.0516m Y = 484325.5045m X = 123128.8134m Y = 484310.1821m X Y = 4 X = 123070.5959m Y = 484304.8937m X = 123098.0684m Y = 484276.5993m X = 123082.9432m Y = 484271.0774m X Y = 4 Y = 484397.0443m X = 123096.4090m Y = 484380.8069m X = 123051.9325m Y = 484368.3882m X = 123054.2342m Y = 484361.2321m X = 123034.6345m Y = 484301.7256m X = 123056.3613m Y = 4 X Y = 4 X Y = 4 X \(7 S A R R 10% 2.25 X = 123131.9369m Y = 484316.2040m 123128.0775m 48431 1.7369m 123127.3804m 484311.4822m 6.60 3.50 3.05 6.60 3.00 2.50 3.60 6.40 2.25 3.30 3,50 6.40 0 0 COPYRIGHT 2000 - FIREHOUSE DESIGNS 5.00 4.65 8.80 3.65 2.00 4.90 1 0.30 0.50 ABRI ABRI ABRI ABRI Overzichtweg Julianaplein X = 123 Y = X = 123 Y = X = 123 Y = X = 123 Y = X = 123091.2397m Y = 484296.4628m X = 123082.6652m Y = 484319.9463m X = 123063.8745m Y = 484313.0852m P BLOK D \) \( X = 123132.1952m Y = 48431 1.4172m X = 123127.0516m Y = 484325.5045m X = 123128.8134m Y = 484310.1821m X Y = 4 X = 123070.5959m Y = 484304.8937m X = 123098.0684m Y = 484276.5993m X = 123082.9432m Y = 484271.0774m X Y = 4 Y = 484397.0443m X = 123096.4090m Y = 484380.8069m X = 123051.9325m Y = 484368.3882m X = 123054.2342m Y = 484361.2321m X = 123034.6345m Y = 484301.7256m X = 123056.3613m Y = 4 X Y = 4 X Y = 4 X Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 6 1? 2? 3? 4? 5? 8820 7500 7500 8820 a? b?c? d? 6750 6750 5750 dwarsstabiliteits- wand later gestort dwarsstabiliteits- wand later gestort langsstabiliteits- wanden uitkraging 4,0 meter Hoofddraagconstructie en stabiliteit De constructie van de woontoren bestaat uit heldere en logische draaglijnen die doorlopen tot de fundering (fig. 3). De aanwezige betonwanden verzorgen de stabiliteit in twee richtingen (fig. 4). Deze wanden worden in de onderbouw langer, waardoor de krachten goed worden gespreid op de fundering. Hierdoor was het mogelijk de dikte van de wanden te beperken. Bij het ontwerp is de verdiepingshoogte geoptimaliseerd, waar - door er een extra laag in de woontoren kon worden gereali - seerd. Gevolg was wel dat de hoogte van lateien in de stabiliteitswanden is gereduceerd. Door de vele openingen in de dwarsstabiliteitswanden, zijn deze in twee delen gedeeld. Hierdoor was er extra stabiliteit nodig. Deze is gevonden door de gesloten wanden van de technieklaag op het dak onderdeel te maken van de stabiliteitswanden. De twee delen van de wand zijn hiertoe constructief met elkaar gekoppeld met een outrig - gersysteem (fig. 5).   De stabiliteit in de dwarsrichting was maatgevend, zowel qua sterkte als qua stijfheid. Van deze wanden zijn zowel rekenmo - dellen van de BGT als de UGT gemaakt, omdat er in de UGT trek in de wanden op kan treden. Met een iteratieve berekening is het gebied bepaald waar de stijfheid in verband met scheur - vorming is verlaagd. Hierbij is slim gebruikgemaakt van de balk die in de gevel aanwezig was bij de installatielaag tussen de woontoren en het hoteldeel. Door deze balk kan extra bovenbe - lasting worden geactiveerd door het fenomeen column shorte - ning. De naastgelegen kolom wil korter worden door de bovenbelasting, terwijl deze wand juist langer wil worden omdat deze onder trek staat. Hierdoor kon het gebied waarin met verlaagde E-modulus moest worden gerekend, worden beperkt. In de gevel in langsrichting zijn dragende penanten aanwezig. Aan de kopse zijden was dit niet mogelijk. De constructie was immers zodanig ontworpen, dat deze uitvoerbaar was met tunnelgietbouw. De penanten aan die zijden zouden het uitrij - den van de tunnel belemmeren. De aanwezige dwars(stabiliteits)wanden zijn later gestort toen de tunnel al een laag hoger was geplaatst. 3 Model Amstel Tower4 Plattegrond woningverdieping5 Stabiliteitswanden in langs- en dwarsrichting6 Staal-betonkolom voordat de tun - nelkist eromheen is geplaatst 3 4 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 7   Funderingspalen Uitdaging bij het ontwerp van het palenplan was dat de bodem in dit deel van de hoofdstad nog minder draagkrachtig is dan elders. De tweede zandlaag is nauwelijks aanwezig. Het draag - vermogen van palen in deze laag is daardoor heel beperkt, waardoor veel palen nodig zouden zijn. Er is daarom onder - zocht of het mogelijk was te funderen in de derde zandlaag die pas 46 m onder maaiveld begint. De vloeren bij de kopse zijden dragen in twee richtingen en kragen zijdelings uit. Aan deze uitkraging is vervolgens ook een uitkragend balkon bevestigd. Hiermee is de totale uitkraging circa 4 m. Op de begane grond is er een grotere open structuur ten behoeve van de entree van het hotel. In principe lopende de dragende wanden wel door in deze laag. Om de openingen in deze wanden mogelijk te maken, zijn staal-betonkolommen ontworpen voorzien van stalen hamerstukken. Dit om de belasting aan de boven- en onderzijde in te leiden. Deze kolom is zodanig gedimensioneerd dat het stalen deel in de tunnelkist paste en de betonomhulling gemaakt kon worden zodra de tunnelbekisting weg was (foto 6).   Bijzondere funderingsoplossing De hoge funderingskrachten van de toren zouden bij een tradi - tionele fundering leiden tot hoge poeren, balken en funde - ringsplaat onder de stabiliteitselementen. Dat zou vragen om een diepe bouwput, bestaande uit damwanden en onderwater - beton. Dit zou een technisch lastige en dure opgave zijn, zo vlak naast het spoor- en metrotracé. De kosten zijn sterk gereduceerd door de kelderwanden te gebruiken als funderingsconstructie. De palen zijn rechtstreeks onder deze betonwanden geplaatst. Groot voordeel van deze oplossing is dat de bouwput met een open ontgraving en zonder bemaling kon worden uitgevoerd. Deze allesbehalve standaard - oplossing betekende een intensief ontwerptraject voor de kelder - indeling, samen met de architect en installatieadviseur. 6 5 stabiliteitswand in dwarsrichting stabiliteitswand in langsrichting wanden techniek alsoutrigger-systeem wanden techniek alsoutrigger-systeem hamerstukken tbvkrachtsinleiding Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 8 -58 -56 -54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40 -38 -36 -34 -32 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10-8 -6 -4 -2 0 m NAP afwijking in [mm] Positie Y 40:1 Positie X Positie Y -1400 -1300 -1200-1100 -1000 -900 -800-700-600-500-400-300 -200-100 0 100 200300400 Er is een studie verricht naar de beste oplossing voor de palen. Vanwege de grote lengte vielen vibropalen en in de grond gevormde palen af. Ook tubexpalen (schroevend aangebrachte groutinjectiepaal met een permanente stalen casing) zijn over - wogen. Deze palen hadden echter het probleem dat de paal - punten niet te dicht op elkaar konden staan vanwege de grondverdringing, wat zou leiden tot een complex palenplan met uiteenlopende schoorstanden. En als er een keer een paal zou mislukken, was er geen plek om een nieuwe aan te brengen. Hierbij kwam nog het reële gevaar van beschadiging door grondverdringing tijdens de uitvoering. Door het gevaar van veel groutspoil als een paal in een groutkolom terecht zou komen, zou de kwaliteit van de palen bovendien lastig zijn te monitoren. Uiteindelijk is gekozen voor prefab-betonpalen. Die zijn echter niet in lengten groter dan 38 m te produceren. Daarom is gekozen voor een systeem met gekoppelde palen. De paalleve - rancier en de geotechnisch adviseur deden eerder al ervaring op met een koppelsysteem uit Finland. Daarbij worden twee prefab palen met ingestorte staalplaten gekoppeld en moment - vast verbonden met stalen pinnen (foto 7). Zo zijn in het project Overhoeks eerder al met succes palen van circa 60 m lengte naar de derde zandlaag geslagen. Voor de Amstel Tower volstaan iets kortere palen van 51 m. Het onderste stuk is 37 m, het bovenste deel 14 m. Met deze funderingsoplossing was het mogelijk onder de dragende wanden een enkele paalrij te plaatsen. De palen staan h.o.h. 850 mm. Om op paalpuntniveau voldoende afstand te hebben, staan de palen 40:1 schoor (om en om). Door deze optimalisatie zijn de constructieve bouwkosten voor de kelder sterk afgenomen. Risicoanalyse Bij het ontwerp van het palenplan is een risicoanalyse uitge - voerd om oplossingen te bedenken indien palen niet op diepte zouden komen of zouden breken. Dit heeft zich vertaald in diverse aandachtspunten voor het werkplan en monitorings - plan. In het ontwerp van de fundering is bovendien rekening gehouden met de mogelijkheid eventuele tegenvallers op te nemen. Voorbeelden zijn grotere paalafwijkingen die in de paal opneembaar zijn en herverdelingscapaciteit in de bovenlig - gende wanden.   Er is ook extra aandacht besteed aan bijzondere risico's tijdens de uitvoering. De palen zijn daarom over de bovenste 30 m voorgeboord tot voorbij de tweede zandlaag om daarmee de inbrengweerstand te verminderen. Door het voorboren onder - vindt een paal echter ook minder steun aan deze grondlagen, waardoor een paalpunt zijn weg gaat zoeken en kan gaan afwij - ken van de ideale lijn. Risico hierbij is dat palen bij het inbren - gen op elkaar kunnen stuiten en er breuk kan optreden. In de palen is een meetbuis ingestort, een stalen vierkanten kokertje van 70 mm, waar met een inclinometer de hellings - hoek van de paal is gecontroleerd. Samen met de aannemer is een uitgebreid plan gemaakt, waarbij steeds de schoorstand is aangepast op basis van de meetresultaten van de naastgelegen palen. Met deze inclinometer kon ook worden gecontroleerd of de paal bij de koppeling intact was. Hoewel de koppeling rekenkundig een grotere capaciteit heeft dan de aansluitende delen, is in de praktijk toch gebleken dat hier een hoekverdraai - ing optreedt (fig. 8).   7 8 7 Gekoppelde prefab palen 8 Ingemeten paalpositie met een knik zichtbaar ter plaatse van de kop -peling 9 Balkons met voorspans - trengen 10 Strip om vervormings-verschillen tussen bal - kons te voorkomen Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 9 Vervormingsverschillen Er is overwogen de laagbouw te funderen op de eerste zandlaag vanwege de geringere belasting van het gebouw. Gevolg zou echter zijn dat er grote vervormingsverschillen tussen het busdek en het hotel zouden optreden door de aanwezigheid van de Eemkleilaag, waardoor er relatief veel palen nodig zouden zijn. Door toepassen van dezelfde palen als onder de hoogbouw, zijn deze vervormingsverschillen sterk gereduceerd en waren de bouwkosten zelfs gunstiger. Bij de verdere uitwerking van het ontwerp is ook aandacht geschonken aan vervormingsverschillen die gedurende de bouw zouden kunnen ontstaan. Oorzaak is onder meer dat de kelder - wand doorloopt onder zowel de laagbouw als de hoogbouw. De palen onder de laagbouw zouden dan een groot deel van hun belasting al hebben op het moment dat de palen onder de hoog - bouw nog maar beperkte belasting dragen. Daarom is in de kelder op strategische plaatsen een deel van de kelderwand niet gestort, zodat enige beperkte vervormingsverschillen konden optreden. Dit deel is pas gestort nadat de toren op hoogte was. De kelderwanden zijn hierop gewapend met extra trekbanden.   Balkons en luifels Zoals gezegd bevinden zich rondom alle vloerranden uitkra - gende balkons. Om het tunnelen mogelijk te maken en beschadi - gingen in de ruwbouw te voorkomen, is gekozen deze balkons achteraf aan te brengen. Hiervoor is het Normteq iTens-systeem toegepast (foto 9). Bij dit systeem wordt het balkon achteraf met voorgespannen strengen tegen het gebouw getrokken. In de ruwbouw wordt er in de vloer een inkassing gemaakt en een tube ingestort, waardoorheen de strengen worden aangebracht. Nadat 9 10 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 10 -3200 -1 Berging + Parkeren -1 +1650 1 Busplateau Tunnel NAP -2.85 m vermoedelijke inheiniveau bestaande palen varierend van 14,0m -NAP tot 15,5 m -NAP NAP -0.80 m NAP +2.15 m NAP - 15.50 m NAP -14.00 m P-1850 de ruwbouw gereed is, wordt het balkon horizontaal tegen de vloer geschoven, waarbij de voorspanstrengen door de tubes worden geregen. De balkonplaat wordt op hoogte gesteld, aange - goten en na uitharding met vijzels afgespannen.   De uitkragingen van de balkons nemen toe ter plaatse van de rondingen van het gebouw. Omdat de vloeren hier ook uitkra - gen, is tijdens het ontwerp en de uitvoering veel aandacht besteed aan de vervormingen. De vervormingsverschillen als gevolg van de verlopende uitkraging en uitkragende vloeren, zijn opgevangen door de balkons onderling te koppelen met een stalen strip (foto 10). Van tevoren zijn de vervormingen intensief doorgerekend en besproken met de aannemer. In overleg met alle betrokken partijen is er een werkplan inclusief toogplan opgesteld, die hebben geleid tot een kaarsrechte balkonrand langs de gehele omtrek van het gebouw.   De prefab-betonnen luifels bij het hoteldeel zijn op dezelfde manier gemonteerd. Aan de kopse zijde van het hotel neemt de uitkraging van de luifel naar boven toe. Deze luifel is bevestigd aan het achterliggende vloerveld dat op zijn beurt ook uitkraagt. In de vloer is daarom bij de zwaarstbelaste gebieden een stalen ligger in de vloer geïntegreerd om de vervorming van de vloer te beperken en problemen met de aansluiting van de gevel te voorkomen.   Kroon De luifels in de 'kroonconstructie' op het dak zijn met een inge - nieus systeem bevestigd (foto 11). Omdat de vloerrand is ontworpen op het gewicht van één balkon-/luifelplaat, kon deze niet het gewicht van de twee extra ringen dragen. Aan de kopse zijden van de toren is daarom een stalen vakwerkconstructie ontworpen, die het gewicht van de extra ringen afdraagt naar de dragende betonwanden (foto 11). De luifels zijn bevestigd aan een console die aan de staalcon - structie hangt. Hiertoe is het luifelelement op maaiveld voor - zien van een stalen omegaprofiel. In nauw overleg tussen aannemer, staalleverancier, prefab- betonleverancier en constructeur is een systeem bedacht waarbij de luifel vanuit de kraan over de uitkragende consoles kon worden geschoven. Vervolgens is het element aan de staal - constructie bevestigd met de uiteindelijke bevestiging.   Parkeergarage en busdek Naast de toren is een parkeerkelder voorzien met daarboven een busdek. Er zijn meerdere varianten onderzocht met een verschillend aantal parkeerlagen en parkeerplekken. Volgend uit deze studie bleek een grote, enkellaagse parkeergarage de meest economische variant. Daarbij is ook gekeken naar de ligging en afstand tot de spoorbaan van het Amstelstation. In overleg met de geotechnisch adviseur is een faseringsplan opgesteld voor het aanleggen van de kelder naast het spoor. Deze diende als basis voor de Spoorwegwetvergunning.   Het busdek is uitgevoerd met een ter plaatse gestorte beton - vloer op kolommen en is ontworpen op zware aslasten ten behoeve van bussen. Onder het busdek was geen betonnen keldervloer nodig, doordat het niveau zich boven het grondwa - 11 12 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 11 ter bevindt. In plaats daarvan worden de auto's op een bestra - ting geparkeerd. Er is overwogen het dek op palen te plaatsen op de eerste zand - laag. Dit had echter niet de voorkeur vanwege onder andere de bouwlogistiek. Bovendien is de geluidshinder naar de omge - ving door het heien veel groter dan bij een fundering op staal. Daarom is voor het laatste gekozen. Nadeel hiervan waren echter de vervormingen die kunnen optreden door een dunne samendrukbare kleilaag op circa 6 m diepte. De diverse aansluitdetails zijn zodanig ontworpen, dat deze zetting niet tot ongewenste krachten leidt. Uiteraard is de parkeerkelder losge - houden van de toren en het hotel.   Grondkerende wanden Rondom de parkeergarage bevinden zich grondkerende wanden. In overleg met de aannemer zijn hiervoor prefab keer - wanden gebruikt, die onderling met lasplaten zijn verbonden. Op deze manier kunnen lokale hoge belastingen, door bijvoor - beeld aslasten, gelijkmatig worden verdeeld over naastgelegen elementen en ontstaat er grote samenhang. Hierdoor worden ongelijke zettingen volgend uit de ondergrond opgevangen. Bijkomend voordeel van de zware belasting waarop het dek is berekend, is dat het in de uitvoering zonder verdere voorzie - ningen mogelijk bleek een 200-tons kraan op het dek te plaat - sen ten behoeve van het plaatsen van de keerwanden vanaf het dek. Ook was het dek geschikt voor betonmixers. Vervorming keerwand/tunnel spoor Naast de parkeergarage is er op circa 8 m onder het perron van het Amstelstation een diensttunnel aanwezig. Bij de inrit van de parkeergarage bedraagt deze afstand circa 3 m. Doordat het aanlegniveau van de parkeergarage dieper ligt dan het aanleg - niveau van de keerwand en tunnelbuis (fig. 12), bestond de kans dat tijdens de aanleg van de parkeergarage horizontale vervormingen van de stationstunnel zouden optreden en dat er niet-opneembare momenten in de funderingspalen van de belendende stationstunnel zouden optreden. In het kader van de Spoorwegwetvergunning is in nauw overleg met de geotech - nisch adviseur een plan ontwikkeld, dat intensief is besproken met ProRail. Dit plan hield onder meer in dat tijdens de meest kritieke fase van de ontgraving van de parkeergarage stempels zijn aangebracht tussen de tunnel en het al gemaakte deel van het busdek en nieuwbouw, die met vijzels onder spanning zijn gebracht (foto 13). Besparing Het ontwerp met open bouwput en dus geen dure tijdelijke grond- en waterkering, geen dikke funderingsplaat, geen poeren, maar gangbare prefab funderingspalen, betekende een aanzienlijke besparing ten opzichte van traditionele hoogbouw - oplossingen. De oplevering van de Amstel Tower is in het tweede kwartaal van 2018. ?     13 11 Kroon met prefab-beton - nen luifels die aan staal - constructie hangtfoto: Mariska Stieber 12 Doorsnede ter plaatse van parkeergarage en tunnel onder station Amsterdam Amstel (groene delen zijn prefab beton) 13 Stempels tussen station Amsterdam Amstel en Amstel Tower ter plaatse van inrit ? PROJECTGEGEVENS project Amstel Tower opdrachtgever Provast architect Powerhouse Company constructeur IMd Raadgevende Ingenieurs installatieadviseur Ingenieursburo Linssen geotechnisch advies Geomet aannemer J. P. van Eesteren | TBI onderaannemer betonbouw RED Betonbouw staalconstructie Staalbouw Nauta prefab beton HCI Betonindustrie oplevering tweede kwartaal 2018 Amstel Tower siert skyline Amsterdam 3 2018 12 Revolutionair ontwerp ultraslanke trap (1) 1 Trap van 5 cm dik uitgevoerd met hybride gewapend ultra-hogesterktebeton Revolutionair ontwerp ultraslanke trap (1) 3 2018 13 Steeds vaker bewijst ultra-hogesterktebeton (UHSB) zich als interessant en concurrerend constructie- materiaal. Recent voorbeeld is een ultraslanke trap in het hoofdkantoor van ABT. De trap kon dankzij UHSB zonder ondersteuningen of verstijvingsribben worden uitgevoerd. Ontwikkeling UHSB Er wereldwijd, en ook in Nederland, veel onderzoek gedaan naar ultra-hogesterktebeton (UHSB). Belangrijke eigenschap - pen van het materiaal zijn hoge druk- en treksterkte en hoge toelaatbare drukrek. Ook kent het materiaal een hoge duur - zaamheid (levensduur) vanwege beperkte indringing van chemische stoffen. Om de eigenschappen van UHSB mogelijk te maken is toepas - sing van staalvezels of andere hoogwaardige vezels noodzake - lijk. Deze zorgen niet direct voor een toelaatbare spanningsverhoging, maar wel dat een hogere drukrek toelaat - baar is. Ze zorgen bovendien voor een reststerkte van het beton na het scheuren.   ing. Michaël Menting ABT Tweeluik Dit is het eerste deel van een tweeluik over de UHSB-trap bij ABT. Dit eerste deel gaat over de uitgangspunten, het ontwerp, de constructieve opzet en de realisatie. In het tweede deel wordt nader ingegaan op de berekening van de trap. Het kantoor van ABT in Velp, dat is gebouwd in de jaren 80, was in 2015 aan een omvangrijke renovatie toe. Hierbij is gezocht naar een mogelijkheid een constructie toe te passen waarmee de laatste stand der bouwtechniek kon worden gede - monstreerd. Uit vele ideeën werd uiteindelijk een trap van UHSB gekozen, als eyecatcher in de entreehal.   De trap is uitgevoerd als een antracietkleurige muizentrap met glazen panelen als leuningen (foto 2). De wens van de architect was een zeer slanke uitvoering, zonder verstijvingen in het beton - deel. Het idee was een soort zwevend element te creëren. De constructie moest volledig monoliet worden uitgevoerd en er mochten geen naden in de trap zitten. Hetzelfde gold voor de glas - platen, die bovendien de contouren van de trap moesten volgen. 1 Ultraslanke trap in het hoofdkantoor van ABTfoto: Hans Roggen2 Trap werkt samen met glazen leuningfoto: Hans Roggen 2 Revolutionair ontwerp ultraslanke trap (1) 3 2018 14 De betonsterkteklasse die in dit project was voorzien was C110/130. Het betonmengsel moest echter worden aangepast ten behoeve van een hogere consistentie, die nodig was voor het storten in de mal. Verder had de architect als wens een antracietkleurig beton en moesten dus pigmenten worden toegepast. Om deze redenen is rekening gehouden met een sterkte die ongeveer 10% lager ligt. Overigens is de druksterkte uiteindelijk niet getest omdat deze niet relevant is.   Om de trap te kunnen realiseren waren er enkele grote uitda - gingen: - Toepassing van beton met hogere opneembare trekspannin - gen; - Speciaal ontwerp voor traditionele wapening (bovenop de staalvezelwapening) voor het doorleiden van trekkrachten door de hoeken van de trap; - Toepassing van betonmengsel dat goed in de mal kon worden gestort, ondanks de aanwezigheid van traditionele wapening; - Realiseren goede verbinding tussen het glas en beton; - Beperken van kruip bij een erg hoge spanning.     Constructieve opzet Er zijn verschillende varianten afgewogen voor de construc - tieve opzet van de trap. 1. lastafdracht door glazen leuningen 2. lastafdracht door betontrap zelf 3. lastafdracht door constructieve integratie betontrap en glazen leuningen   De glazen leuningen hebben weliswaar een relatief grote inwendige hefboom, maar door de grote inhammen aan de onderzijde, kon slechts een lage spanning worden toegelaten op het glas. Hier komt bij dat een groot deel van de spanning voor een lange duur aanwezig zou zijn. De toelaatbare spanningen in een glazen constructie zijn erg afhankelijk van die tijdsduur. De eerste optie, volledige lastafdracht door de leuningen, kwam hierdoor te vervallen.   De trap zelf was wel sterk genoeg om de lastafdracht te verzor - gen. Om aan de doorbuiging te voldoen zou echter een te grote dikte nodig zijn. Daarom is ervoor gekozen de bijdrage van de leuning in de SLS mee te nemen. Voor de ULS is alleen reke - ning gehouden met de trap zelf.   Bij deze optie met betonmengsels met hogere sterkte, zoals die in 2014 werden toegepast, zou een dikte van ongeveer 90 mm noodzakelijk zijn. Aanvankelijk was het idee als ontwerpuitgangspunt een dikte van 75 mm te nemen. Hiermee is een voorschot genomen op de verdere materiaalontwikkelin - gen die speciaal voor dit project moeten worden gerealiseerd. 2 3 Revolutionair ontwerp ultraslanke trap (1) 3 2018 15 3 Principedetail aansluiting glas op trap4 Verbinding trap en glas5 Houten bekisting voor de trap trap. Om steun aan de leuning zelf te geven, is het nodig de leuning in te klemmen aan de onderzijde.   De verbinding moest onzichtbaar worden uitgevoerd en het glas moest de vorm van de trap volgen. Bovendien geldt dat glas minder geschikt is om voor een langere duur met hoge trekspanningen te worden belast. Vanwege deze uitdagingen was het noodzakelijk een speciale verbinding te ontwikkelen (fig 3, foto 4). Om tot een goed resultaat te komen, zijn hiermee diverse proeven uitgevoerd.   De verbinding zorgt ervoor dat in rustende toestand de belas - ting wordt gedragen door het betonaandeel van de trap. Pas als iemand over de trap loopt, gaan de twee onderdelen samenwer - ken. Een groot deel van de trekspanning loopt dan door de betontrap. De leuning wordt hoofdzakelijk op druk belast. Door de grote inwendige hefboom tussen de twee onderdelen wordt een grote stijfheid gecreëerd, waardoor het lopen over de trap als comfortabel kan worden ervaren.      Realisatie en uitvoering De trap is gemaakt in een betonfabriek in een normale houten bekisting (foto 5). In deze bekisting is rekening gehouden met een zeeg voor de trap. De trap is op zijn kant gestort zodat zowel de bovenkant als de onderkant een bekist oppervlak is. Er is gebruikgemaakt van een zelfverdichtend betonmensgel, voorzien van een antraciete kleurstof.    Voordat de trap is gestort, is de wapening tegen de kist aan geplaatst. De wapening bestaat uit losse staven. Deze zijn aan elkaar bevestigd met behulp van binddraad. De wapening vari - eert over de locatie van de trap.   Storten Door de vorm en de wens de trap in één geheel uit te voeren, was het stortproces verre van eenvoudig. Daarbij kwam ook Deze dikte werd gezien als het minimum dat nodig was voor het storten van het beton en voor het aanbrengen van nauwe - lijks zichtbare constructieve verbindingen met het glas. Maar uiteindelijk werd ook met deze dikte geen genoegen genomen en is gekozen de dikte verder te reduceren tot 50 mm. Hiermee werd de lat zeer hoog gelegd. De techniek om dit mogelijk te maken was op het moment dat dit werd bedacht immers nog niet beschikbaar.     Berekening De trap heeft een breedte van 2 m, een hoogte van circa 3,4 m en een horizontale overspanning van circa 5,9 m. De diagonale overspanning bedraagt daarmee 6,8 m. De ontwikkelde systeemlengte (totale lengte beton) is circa 9,3 m. De trap is geschematiseerd met aan beide zijden een inklemming. De trap is uitgerekend met een nuttige belasting van 3 kN/m 2. Voor de berekening is eerst een globale spanningsberekening gemaakt, zonder rekening te houden met de wapening.   Om de benodigde hoeveelheid traditionele wapening vast te stellen is een doorsnedeberekening gemaakt. Hiervoor zijn de resultaten uit de proeven vertaald naar rekenwaarden van materiaalparameters. Hierbij is gebruikgemaakt van de metho - diek uit CUR-Aanbeveling 111 [1]. Er is een geautomatiseerd rekenblad in Excel opgesteld. Uit deze berekening volgde dat een enorme hoeveelheid traditionele wapening noodzakelijk was voor een aantal kritische doorsneden, namelijk Ø6 om de 25 mm (1130 mm 2).   Indicatieve berekeningen zijn ook uitgevoerd met behulp van een membraan 3D-elementen programma (SCIA Engineer). Dit is een programma waarin volume-elementen worden plat - geslagen tot 2D-elementen. Dit gaf echter nog steeds onvol - doende inzicht in het gedrag van de trap. Daarom is uiteindelijk een berekening in het 3D-eindige-elementenpakket DIANA opgesteld. Hierbij is het materiaalmodel uit fib Model Code 2010 [2] toegepast. De handberekeningen en het membraan 3D-elementenprogramma dienden als validatie.   In een volgend artikel wordt nader op de handberekening en de elementenberekeningen ingegaan.     Samenwerking met het glas De stijfheid van de trap zonder leuning is veel te laag om comfortabel te kunnen gebruiken. Dit bleek ook tijdens de periode dat de leuning nog niet was aangebracht. Als erop werd gelopen gaf dit ervaringen vergelijkbaar met het lopen op een springplank of trampoline. Het was dus nodig de leuning constructief te verbinden met de 5 Revolutionair ontwerp ultraslanke trap (1) 3 2018 16   Transport en plaatsing De trap is per vrachtwagen verplaatst naar de definitieve locatie (foto 7). Hierna is de trap geplaatst. Om de trap op zijn plek te krijgen, is een speciaal frame ontworpen waardoor de plaatsing redelijk eenvoudig was (foto 8). Tijdens het plaatsen werd de trap constructief verankerd in het gebouw.   Stempels en zeeg Na het plaatsen van de trap is de bovenzijde vastgezet met bouten. In het midden van de trap en aan de onderzijde zijn stempels geplaatst. De volgende dag is ter plaatse van de onder - ste inklemming van de trap de wapening aangebracht. Hierna is de trap met beton vast gestort aan de vloer. Door het instor - ten van de trap ontstaat er aan de onderzijde een inklemming.   Na een week uitharden zijn de stempels verwijderd. Tijdens het ontlasten bleek de trap behoorlijk ver door te zakken. Omdat kruip zich nog niet volledig had gemanifesteerd, is ervoor gekozen een deel van de positieve zeeg te herintroduceren. Bij normaal beton zou dit niet mogelijk zijn. Omdat UHSB relatief veel cement bevat, kan gebruik worden gemaakt van zoge - noemde selfhealing eigenschappen. Verder zijn de grotere aanwezige scheurtjes geïnjecteerd met een activator en cement. De zeeg is vervolgens door de stempels in de trap geduwd. Hierna is de trap ingepakt en behandeld met water en warmte. Deze behandeling, die de opwaartse kruip moest activeren, heeft enkele weken geduurd.   Hierna zijn er zandzakken als ballast op de trap geplaatst, waar - door een groot deel van de neerwaartse kruip is gestimuleerd (foto 9). In totaal is er 1500 kg als ballast op de trap geplaatst. Deze zakken zijn gedurende enkele weken blijven liggen. Hierbij is de doorgaande kruip gemeten. Stabilisatie van de kruip bleek behoorlijk snel op te treden.   Na het verwijderen van de zakken, is de vorm van de trap inge - meten. Op basis daarvan zijn de glazen panelen besteld. Deze zijn na enkele maanden geleverd en op de betontrap geplaatst. nog eens de hoge wapeningsdichtheid en de aanwezigheid van de vezels. Om het 'onmogelijke' mogelijk te maken, zijn diverse proeven uitgevoerd met verschillende betonmengsels en stort - wijzes (foto 6).   Dit soort betonmengsels hebben een water-cementfactor wcf < 0,3. Het watergehalte komt overeen met dat van normaal beton. Er wordt wel een enorm hoge dosering superplastificeerder toegepast. Verder wordt er gebruikgemaakt van een filler. De samenstelling van de filler is afhankelijk van de centrale en de toegepaste grondstoffen. Door de lage wcf en hoge dosering plastificeerder komt het mengen heel nauw. Verder is er een lange mengtijd noodzakelijk waarbij er relatief veel mengener - gie moet worden toegevoegd. Ten behoeve van ontluchting zijn speciale gaten in de kist gemaakt. Verder stroomt de betonspecie eerst op een plek langs de kist naar beneden en wordt de kist als het ware van onderuit opgevuld. De lucht wordt hiermee naar boven weggedreven. Zo werd voorkomen dat de bekisting als het ware afgesloten werd door de specie. Er is bijgehouden hoeveel liter beton er in de bekisting ging. Zo kon aan de hand van de vullingsgraad worden bijgehouden of er luchtopsluitingen ontstonden. 7 6 8 Revolutionair ontwerp ultraslanke trap (1) 3 2018 17 6 Er is veel geëxperimenteerd met verschillende betonmensgels en de wijze waarop de trap kan worden geproduceerd 7 Transport trap 8 Plaatsing trap in speciaal ontwikkeld frame 9 De trap is tijdelijk geballast met zandzakken om de kruit te activeren 10 Zichtbaar is dat de trap een beetje doorbuigt in het midden Tijdens de wachttijd op de glazen panelen is de trap behandeld met de diverse betonveredelingsproducten en is de stortzijde volledig bijgewerkt. Hierbij zijn de zichtbare draadbussen (nodig voor het transport) aan de gestorte zijde verwijderd.   Tijdens de kruipmetingen zijn meetklokjes toegepast. Deze zijn uiterst gevoelig voor vervormingen. Hieruit bleek de vervor - ming van de eerste verdieping behoorlijk te zijn. De meetklok - ken sloegen uit zonder dat er mensen over de trap liepen. Hierbij bleken zich mensen op de eerste verdiepingsvloer in het afdrachtgebied van de trap te bevinden. Hieruit blijkt dat de stijfheid van de tweede verdieping aangenomen in de bereke - ning te gunstig te zijn.     Over the edge Het doel om bij de verbouwing van het ABT-kantoor de laatste stand der UHSB techniek toe te passen, is behaald. De sierlijke trap gaat zowel productietechnisch als rekentechnisch voorbij de grens van het gangbare. Het revolutionaire ontwerp is een demonstratie van de mogelijkheden van UHSB en glas. UHSB toont zich hierbij als materiaal dat veelzijdig toepasbaar is, zelfs in dunne platen, en nagenoeg onderhoudsvrij. Het glas inspireert als constructief draagkrachtig materiaal dat nu zelfs op de kopse zijde verbonden kan worden aan allerlei materialen, zoals UHSB.   Dat de trap bijna 'over the edge' was, bleek onder andere uit het uiteindelijke resultaat waarbij de trap iets is 'doorgezakt' en een behandeling noodzakelijk bleek (foto 9). Beide zaken dragen echter bij aan een eerlijke beleving van de innovatie.   Het project leert dat het mogelijk is soortgelijke trappen of andersoortige constructies succesvol toe te passen in de toekomst. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van de opge - dane kennis bij dit project. ?     ? PROJECTGEGEVENS project Trap hoofdkantoor ABT opdrachtgever ABT architect JHK engineering ABT productie Romein beton Aannemer Cornelissen   ? LITERATUUR 1 CUR-Aanbeveling 111 Staalvezelbeton bedrijfsvloeren op palen - Dimensionering en uitvoering 2 fib Model Code for Concrete Structures 2010 Betonprijs De trap heeft in 2017 de Betonprijs gewonnen in de categorie Betontechnologie. De jury kende het project de prijs toe vanwege de schoonheid en de bijzondere constructieve samen - werking tussen glas en beton. "In verwarrende tijden groeit de behoefte aan schoonheid; schoonheid geeft troost. Als beton - technologie daarvoor ingezet kan worden, dan dient het een onverwacht maatschappelijk belang. Deze ultradunne trap is prachtig. De constructieve samenwerking met de glazen trapba - lustrade is werkelijk een vondst." 10 9 Revolutionair ontwerp ultraslanke trap (1) 3 2018 18 Mechanische eigenschappen geopolymeerbeton Intro Onderzoek naar ontwikkeling van materiaal eigenschappen en buiggedrag van gewapende balken in de tijd Afstudeerstudie Dit artikel is gebaseerd op de afstudeerstudie 'Alkali- activated concrete: development of material proper - ties (strength and stiffness) and flexural behaviour of reinforced beams over time' dat Silke Prinsse heeft uitgevoerd aan de TU Delft. Bij dit artikel op www. cementonline.nl staat een link naar de thesis. Afstu - deerhoogleraar was prof.dr.ir. D.A. Hordijk. In haar afstudeercommissie hadden verder zitting: dr.ir. M. Lukovi?, dr.ir. G. Ye en ir. P. Lagendijk (allen TU Delft). Silke is nu werkzaam bij IMd Raadgevende Ingenieurs. Mechanische eigenschappen geopolymeerbeton 3 2018 19 1 Conventioneel beton versus geopolymeerbeton Van oudsher wordt beton geproduceerd met cement als bindmiddel. De productie van cement heeft veel milieu-impact, de wereldwijde productie resulteert in circa 5% van de door de mens veroorzaakte CO 2-emissies. Om de betonketen te verduurzamen, wordt daarom gestudeerd op de potentie van zoge - noemde 'groene' bindmiddelen. Een mogelijk alter - natief voor cementbeton is geopolymeerbeton, waarbij in plaats van cement industriële bijproduc - ten als bindmiddel worden (her)gebruikt. In een afstudeerstudie aan de TU Delft is onderzoek gedaan naar dit materiaal om meer inzicht te verkrijgen in het constructieve gedrag, met name in de tijd, en de potentiële toepasbaarheid. Bij conventioneel beton bestaat het bindmiddel uit water en cement. Bij geopolymeerbeton bestaat het bindmiddel uit geopolymeerbeton is nog onvoldoende bekend hoe de verschil - lende eigenschappen zich tot elkaar verhouden. Dit komt onder andere door het feit dat er een enorme spreiding aan onder - zoeksresultaten voor mechanische eigenschappen van geopoly - meerbeton is gepubliceerd. Eigenschappen zijn waarschijnlijk ook afhankelijk van de samenstelling van het mengsel, deze samenstelling kan bij geopolymeerbeton zeer sterk variëren. Zo kunnen vele verschillende stoffen en alkalische activators als bindmiddel worden gecombineerd. Geopolymeerbeton met slakken heeft andere eigenschappen dan geopolymeerbeton met bijvoorbeeld vliegas. Een combinatie van beide stoffen, of de keuze voor een andere alkalische activator, resulteert in weer andere eigenschappen. Ook de nabehandeling (luchtvochtig - heid, temperatuur) heeft veel invloed op de eigenschappen van geopolymeerbeton [4]. Verder is er nog relatief weinig bekend over hoe het materiaal zich op de lange termijn gedraagt. In de meeste studies worden alleen de mechanische eigenschappen op 28 dagen gerappor - teerd. In een aantal onderzoeken waar wel de langere termijn is beschouwd, is door onderzoekers soms een afname van sterkte en stijfheid in de tijd gerapporteerd [1, 2 en 3]. Dat betrof onderzoeken met geopolymeerbeton waarin hoogovenslak aanwezig was (dus niet bij mengsels met alleen vliegas als vulstof in het bindmiddel). Het is onbekend of dit fenomeen een rol speelt bij alle geopolymeerbetonmengsels en er is, voor ir. Silke Prinsse vulstoffen, bijvoorbeeld slak of vliegas (bijproducten van aller - lei industrieën), en een zogenoemde alkalische activator, bijvoorbeeld waterglas of natriumhydroxide (fig.1). In andere landen wordt geopolymeerbeton al veel langer toege - past. In Australië zijn met dit materiaal bijvoorbeeld prefab vloerelementen en een dek voor een fietsbrug gemaakt. Al is geopolymeerbeton dan misschien veelbelovend op het gebied van milieu, het materiaal wordt in Nederland nog niet vaak (constructief ) toegepast. Redenen hiervoor zijn dat er geen normen en regelgeving beschikbaar zijn, het materiaal relatief nieuw is en het aantal onderzoeken naar constructief gedrag van geopolymeerbeton nog beperkt is.    (On)bekendheid eigenschappen Of bestaande regelgeving voor conventioneel, cementgebonden beton ook direct van toepassing is voor geopolymeerbeton, is nog onvoldoende onderzocht. Bij cementgebonden beton wordt uitgegaan van de druksterkte, waaraan bijna alle eigen - schappen worden ontleend. Als de druksterkte bekend is, kan een goede inschatting worden gemaakt van de andere eigen - schappen, zoals treksterkte en elasticiteitsmodulus. Voor Benaming geopolymeerbeton In geopolymeerbeton bevat het bindmiddel in plaats van cement reactieve aluminium- en siliciumhoudende vulstoffen en een in water opgeloste alkalische activator (fig. 1). Vandaar dat ook de naam alkalisch-geactiveerd beton wordt gebuikt. Geopo - lymeerbeton is echter een meer populaire naam. Strikt genomen is die naam echter niet juist. De naam geopolymeerbeton heeft betrekking op de polymeerstructuur die wordt gevormd als een calciumarme vulstof (bijv. vliegas) alkalisch-geactiveerd is. Met een calciumrijke stof (bijv. slak) is er echter sprake van een ander type microstructuur. Toch wordt de term geopolymeerbeton in dit artikel gebruikt, omdat dit de gangbare naam is waaronder het materiaal bekend is. 1 Mechanische eigenschappen geopolymeerbeton 3 2018 20 Onderzoeksopzet en uitvoering Om inzicht te kunnen krijgen in een eventuele afname van sterkte en stijfheid in de tijd, zijn in het onderzoek druksterkte, elasticiteitsmodulus en splijttreksterkte op diverse momenten in de tijd bepaald, vanaf 28 dagen tot circa een halfjaar na het storten. Daarnaast was het de opzet niet alleen met kleine proefstukken (kubussen) bepaalde materiaaleigenschappen te onderzoeken, maar tevens echte constructieve elementen te beschouwen. Daarom is ook een aantal balken met wapening gemaakt en beproefd in een vierpuntsbuigproef. Naar aanleiding van gerapporteerde resultaten in de literatuur [3] was de hypothese dat de hoeveelheid hoogovenslak in het bindmiddel wellicht een rol zou kunnen spelen bij de gerappor - teerde afname van materiaaleigenschappen. Daarom zijn in dit onderzoek twee verschillende mengsels gebruikt, waarbij de verhouding hoogovenslak/vliegas in het bindmiddel verschilde: S50 en S100. De mengsels zijn in het kader van een ander promotieonderzoek ontwikkeld in het 'Microlab' van de TU Delft [6].   Mengselsamenstelling Het ene mengsel (S100) bevat alleen alkalisch-geactiveerde hoogovenslak als 'precursor' (vulstof ) in het bindmiddel. Het andere mengsel (S50) bevat bindmiddel met een samenstelling van 50% vliegas en 50% slakken als precursor. De gebruikte alkalische activator is een oplossing van natriumsilicaat (water - glas) en natriumhydroxide. Beide geopolymeerbetonmengsels, S100 en S50, worden gekenmerkt door een zogeheten solution- zover bekend, nog geen duidelijke verklaring voor de waarge - nomen reductie van sterkte en stijfheid in de tijd.  Een mogelijke afname van materiaaleigenschappen in de tijd is niet wenselijk. De oorzaak, omvang en impact van een moge - lijke reductie in eigenschappen zal tot op zekere hoogte moeten worden begrepen, alvorens het materiaal op grote schaal toe te passen.   In de afstudeerstudie is daarom onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van materiaaleigenschappen in de tijd en of deze ontwikkeling invloed heeft op het constructieve gedrag en praktische toepasbaarheid van geopolymeerbeton. De aandacht is daarbij uitgegaan naar meetwaarden van bepaalde eigen - schappen als functie van tijd, omdat onder meer in een CUR- publicatie [2] een afname van treksterkte is gerapporteerd voor een ouderdom tussen 28 en 250 dagen. CUR-aanbeveling Over geopolymeren als bindmiddel in betonwa - ren, zoals straatstenen, trottoirbanden en (gras) tegels, is recent CUR-Aanbeveling 123 'Geopoly - meren' afgerond. Daarin wordt onder meer inge - gaan op de langetermijnprestaties. Deze CUR- Aanbeveling komt binnenkort beschikbaar. 2 Mechanische eigenschappen geopolymeerbeton 3 2018 21 93,596 ,0 98,0 92,7 75 ,3 71,5 72 ,8 71,8 74,2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 12 0 0 50 100 150 200 250 d ag en d ruk ste rk te S 1 00 S5 0 druksterkte [MPa] 33, 0 31,9 28,6 26,2 26,4 21,4 18,4 17,4 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 0 50 100 150 200 250 d ag en elas tici te itsmod ulus [GPa] S1 00 S5 0 5,4 5,4 5,4 4,8 5,0 4,7 4,0 4,0 3,6 3,7 0 1 2 3 4 5 6 7 050100 150 200 250 d ag en splijt trekste rk te S 1 00 S5 0 sp lijt trekste rk te [MPa] 2 Gewapende balk in een vierpuntsbuigproef3 Ontwikkeling van materiaaleigenschappen in de tijd: (a) druksterkte, (b) elasticiteitsmodulus en (c) splijt - treksterkte binderverhouding van 0,53. Er zijn geen hulpstoffen (zoals vertragers) toegepast, omdat deze stoffen ook weer invloed kunnen hebben op de ontwikkeling van materiaaleigenschap - pen in de tijd.   Productie en nabehandeling Dat er geen vertragers zijn toegepast, betekent dat er snel gestort moest worden, omdat de verwerkingstijd van de meng - sels korter was dan een halfuur. De verwerkbaarheid kan door mengselsamenstelling worden gestuurd. Daarnaast kunnen in de praktijk wel vertragers worden toegepast. Overigens kan een snelle verharding voor de prefab-betonindustrie ook juist een voordeel zijn. Er kan zeer snel worden ontkist.   De proefstukken zijn één dag na het storten ontkist, en vervol - gens in een natte ruimte geplaatst (20 °C en 95% relatieve luchtvochtigheid). Na 28 dagen nabehandeling vond de eerste testserie plaats, en zijn de overige proefstukken in het laborato - rium (20 °C en 55% relatieve luchtvochtigheid) geplaatst, tot het moment van testen. Beproeving De mechanische eigenschappen zijn bepaald met behulp van balkvormige proefstukken (elasticiteitsmodulus) en kubussen (druk- en splijttreksterkte). Voor beide mengsels zijn per test - moment ten minste drie proefstukken beproefd, voor zowel elasticiteitsmodulus, druk- en splijttreksterkte.   De gewapende balken zijn beproefd in een vierpuntsbuigproef. In figuur 2 is de opstelling weergegeven. De balken werden scharnierend ondersteund met een overspanning van 1,5 m en onderworpen aan twee symmetrisch geplaatste puntlasten      Resultaten Mechanische eigenschappen In figuur 3 is de ontwikkeling van een aantal geteste materiaal - eigenschappen weergegeven. Na 28 dagen heeft de druksterkte al een zeer hoge waarde, respectievelijk 93 MPa en 75 MPa voor het S100- en S50-mengsel. De druksterkte blijft vanaf de eerste meting, 28 dagen na het storten, voor beide geopoly - meerbetonmengsels nagenoeg constant in de tijd.   Voor de elasticiteitsmodulus en splijttreksterkte is een afname over de tijd gemeten, voor zowel het S100- als S50-mengsel. De gemeten reductie is beduidend hoger voor het S50-mengsel (hoogovenslak en vliegas) dan voor het S100-mengsel (alleen hoogovenslak). Vooral bij de elasticiteitsmodulus gaat het met een afname van circa 35% tussen 28 en 193 dagen ouderdom om een significante reductie. De snelheid waarmee de afname 3a 3b 3c Mechanische eigenschappen geopolymeerbeton 3 2018 22 0 10 2 0 30 40 50 60 70 80 0 10 2030 4050 kracht [kN ] S50 ve rp laats in g [mm ] Beto n - 3 3d; f c m = 4 5 M Pa S5 0 - 33 d; f cm = 75 MPa S5 0 - 69 d; f cm = 77 MPa S5 0 - 152 d ; f c m = 7 9 M Pa 0 1 0 20 30 4 0 50 60 7 0 80 0 10 20 30 40 50 kra ch t [k N] S100 Beto n - 3 3d; f c m = 4 5 M Pa S1 00 - 3 4 d ; f c m = 8 7 M Pa S1 00 - 7 0 d ; f c m = 8 5 M Pa ve rp laatsin g [m m] optreedt, neemt af in de tijd. Ongeveer 85% van de afname vond plaats tot en met 90 dagen na het storten. Bij het S100-mengsel is de gemeten afname van de elasticiteitsmodu - lus ongeveer 20% tussen 28 en 193 dagen. Voor de splijttreks - terkte is de waargenomen afname respectievelijk 7% en 22% voor S100 en S50 tussen 28 en 193 dagen.   De verhouding tussen splijttreksterkte en druksterkte na 28 dagen is vergelijkbaar met de theoretische waarden van cementgebonden beton, voor zowel S50 en S100. Maar de gemeten elasticiteitsmodulus na 28 dagen is respectievelijk 20% en 30% lager voor de S100- en S50-mengsels, in vergelij - king met conventioneel cementgebonden beton met eenzelfde druksterkte. Hierbij moet echter wel worden opgemerkt dat ook bij traditioneel cementbeton sprake is van een relatief grote spreiding.   Gewapende balken ? vierpuntsbuigproeven Alle gewapende balken bezweken conform het ontwerp op buiging, na het vloeien van de wapening. Figuur 4 toont de resul - taten van de vierpuntsbuigproeven. In de grafieken zijn ook de resultaten van een vierpuntsbuigproef op een gewapende balk van conventioneel beton geplot. Dit betrof een experiment in het kader van het afstudeerwerk van Huang [5]. De afmetingen en het wapeningspercentage van deze balk zijn identiek aan de beproefde geopolymeerbetonbalken. De druksterkte van deze balk (45 MPa) is lager dan de druksterkte van het geopolymeer - beton (94 en 75 MPa voor respectievelijk S100 en S50). De elasti - citeitsmodulus van het gebruikte cementgebonden beton is echter vergelijkbaar met die van het mengsel S100.   De testresultaten tonen aan dat het buiggedrag van de gewa - pende geopolymeerbetonbalken zeer vergelijkbaar is met conventioneel beton. Bij gewapend geopolymeerbeton treden 4a 4b 5 Mechanische eigenschappen geopolymeerbeton 3 2018 23 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 0 50 100 150 200 250 d ag en e las ticiteitsmo dulus S100 (91 d nat b ew aard ) S100 (28 d nat b ew aard ) S50 (91 d nat bew aar d) S50 (28 d nat b ew aard ) elasticiteitsmodulus [GPa] Het is niet erg waarschijnlijk dat de gemeten afname gerela - teerd is aan de hoeveelheid hoogovenslak in het bindmiddel, zoals de initiële hypothese was. Het geopolymeerbeton met een lager percentage hoogovenslak (S50) heeft in deze experimen - ten namelijk een sterkere afname laten zien dan het mengsel dat alleen alkalisch-geactiveerde hoogovenslak als precursor in het bindmiddel bevat (S100). De mate van reductie lijkt af te zwakken gedurende de tijd en lijkt uiteindelijk te stabiliseren. Van beide mengsels zijn twee extra proefstukken in de natte ruimte bewaard tot een ouder - dom van 91 dagen in plaats van 28 dagen. Na de langere periode van nabehandeling is van deze proefstukken de elasti - citeitsmodulus en splijttreksterkte bepaald. Dit gaf een interes - sant resultaat. De waarde van beide eigenschappen was in grootte toegenomen ten opzichte van de waarde op 28 dagen (zie fig. 6 voor de resultaten van de elasticiteitsmodulus). Ook bij deze proefstukken neemt vanaf het moment dat de proef - stukken uit de vochtkamer zijn gehaald en in laboratoriumom - standigheden worden bewaard de gemeten waarde voor de elasticiteitsmodulus weer af in de tijd. Kortom, in de natte ruimte nemen de sterkte en stijfheid van het materiaal in de tijd toe, zoals ook zou worden verwacht. Wanneer de proef - stukken worden blootgesteld aan een lagere relatieve vochtig - heid en dus uitdrogen, wordt in de proeven een lagere waarde waargenomen. Om te onderzoeken of er wellicht (micro)scheurvorming optreedt tijdens het uitdrogen, is de microstructuur van het materiaal bestudeerd. Zowel de proefstukken die 28 dagen als 91 dagen zijn nabehandeld, zijn hierbij in een ESEM (environ - mental scanning electron microscope) onderzocht. Er zijn daarbij geen duidelijke verschillen in microstructuur of scheurvorming waargenomen tussen enerzijds de proefstuk - ken die bij 91 dagen ouderdom direct uit de vochtkamer kwamen en anderzijds de proefstukken die tussen 28 en 91 dagen konden uitdrogen. dezelfde fasen als bij gewapend cementgebonden beton op: een lineair-elastische fase, het scheurmoment, vloeien van het wapeningsstaal, betonstuik of bezwijken van het wapenings - staal, gevolgd door het bezwijken van de balk.  Na het vloeien van de wapening bezweek de cementgebonden balk op betonstuik in de drukzone. Wegens de hogere druk - sterkte van het geopolymeerbeton was de capaciteit van de gewapende geopolymeerbetonbalken hoger in vergelijking met het cementbeton. Uiteindelijk bezweken de gewapende geopo - lymeerbetonbalken onder hoge vervorming, voornamelijk op het bezwijken van het wapeningsstaal, anders dan bij de cementgebonden betonbalk. In de gescheurde fase blijkt de stijfheid van de balk af te nemen bij een hogere ouderdom van het beton, hetgeen overeenkomt met wat is gevonden voor de elasticiteitsmodulus (fig.3B). Voor zowel de gewapende S50- als S100-balken was de stijfheid bij het beproeven na circa 70 dagen lager dan de stijfheid na on