24 Strenge eisen aan beton voor overlaging 1 Brug bij Ewijk overlaagd met hogesterktebeton aangebracht met slipformpaver De oude Waalbrug is een stalen brug gebouwd in 1976. Net als veel andere bruggen in Nederland is ook deze brug niet berekend op de hedendaagse verkeersintensiteit en lokale wielbelasting. Groot risico van stalen bruggen is het ontstaan van vermoeiingsscheuren in het orthotrope stalen brugdek, een stalen plaat ondersteund door dwarsdragers die weer zijn verbonden aan de hoofdliggers. Deze scheuren leiden tot een afname van het draagvermogen. Samen met de toegenomen verkeersbelasting is hierdoor een versterking van de constructie noodzakelijk. Het stalen brugdek van het oude deel van de Tacitusbrug, de brug in de A50 bij Ewijk, is overlaagd met hogesterktebeton. Er gold een bijzondere combinatie van strenge eisen aan het beton. Dankzij een uitgekiende samenstelling en optimale korrelpakking kon aan die eisen worden voldaan. Korrelpakking Over de korrelpakking van beton is Betoniek Standaard 16/21 'Op de korrel' verschenen. Deze is beschikbaar op www.betoniek.nl . Strenge eisen aan beton voor overlaging 7 2017 25 1 De Tacitusbrug in de A50 bij Ewijk foto: Bart van Hoek2 Met een HSB-overlaging kunnen de spanningen in de dekplaat met wel 80% worden verminderd 3 Staalvezeldoseerinstallatie4 Opbouw overlaging Principe overlaging Een oplossing die in Nederland inmiddels vaker is toegepast, is de versterking van het brugdek met een relatief dunne overlaging van hogesterktebeton (C90/105), gewapend met zowel wape - ningsstaal als staalvezels. Deze oplossing is gewichtsneutraal en voorkomt dat er een aanpassing van de primaire draagconstructie noodzakelijk is. Met deze overlaging kunnen de spanningen in de dekplaat met wel 80% worden verminderd ten opzichte van een overlaging met asfalt (fig. 2). Op die manier wordt de rest- levensduur van de bruggen met dertig jaar verlengd. Ook voor de oude Waalbrug is voor deze oplossing gekozen. Er is een betonnen overlaging toegepast met een dikte van 80 mm. Deze laag is gewapend met een wapeningsnet Ø12-75. Bovendien is 75 kg staalvezels per m 3 (12,5/0,4 mm) toegevoegd. Deze vezels zijn gedoseerd met een staalvezeldoseerinstallatie (foto 3) rechtstreeks in de menger. Op het beton is uiteindelijk een laag ZOAB aangebracht. Doordat de stalen dekplaat en de overlaging één geheel moeten vormen, vormt de hechting tussen beide onderdelen een belang - rijk technisch knelpunt. Voor een optimale hechting wordt op de stalen rijplaat een kleverige hecht-/slijtlaag aangebracht bestaande uit bauxiet in epoxy (foto 4). Door de hoge verdich - tingsenergie die aan het beton wordt toegevoegd, wordt een zeer sterke verbinding gecreëerd tussen beton en deze hechtlaag. Uitvoering met slipformpaver en tent Voor het aanbrengen van dit beton is een speciale slipformpaver ontwikkeld, een machine die het stortproces gecontroleerd uitvoert: beton met exact de gewenste dikte, verdeling en dichtheid (foto 5, fig. 7). Deze slipformpaver kan in één keer een breedte storten van 12 m. Met een snelheid van 200 mm per minuut wordt op een gemiddelde productiedag 100 m brugdek gerealiseerd. Om het hogesterktebeton onder optimale condities te kunnen storten, is een doorwerkvoorziening in de vorm van een tent op de brug gezet (foto 6). Hierdoor werd het beton niet bloot - gesteld aan extreme weersomstandigheden en kon er aan één stuk worden doorgestort. De truckmixers werden bovendien voorzien van een soort regenjasjes om inregenen van de vulopening tijdens het transport te voorkomen. Achter de machine werd direct een curing compound aangebracht. In totaal is er in de periode juni 2016 tot december 2016 bijna 2400 m 3 geleverd in twintig stortdagen. Twee stortdagen zijn verplaatst naar de nacht vanwege hoge on-Hollandse zomerse temperaturen. Frans Hoksbergen Dyckerhoff Basal Nederland B.V. Pim de Boo Dyckerhoff GmbH Xposal 105 staalwapening hechtlaag epoxyhars bauxiet 2/5 4 3 2 350 300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 asfalt HSB 0 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80 breedte [mm] spanning [N/mm 2] stalen rijplaat Strenge eisen aan beton voor overlaging 7 2017 26 De consistentie in verband met de verwerking door de speciale slipformpaver lag in een smalle bandbreedte (schudmaat 400 ? 450 mm) en de bijbehorende verwerkingstijd moest minimaal 2 uur bedragen. Een geconditioneerde opslag van de grondstoffen was noodzakelijk om dit hoogwaardige betonmengsel met een constante kwaliteit uit te kunnen leveren. Om aan deze eisen te voldoen, is een speciaal type mengsel ontwikkeld door Dyckerhoff Basal samen met het Wilhelm Dyckerhoff Institut (Wiesbaden). Het resultaat is het zoge - noemde Xposal C90/105 (XF4, F3/F4). Dit is een beton met een zeer hoge dichtheid, lage waterbehoefte en goede zuur-/ sulfaatbestandheid en weerstand tegen chloride-indringing, met een relatief lange open tijd en hoge eindsterkten. In dit mengsel is als bindmiddel Variodur 30 van Dyckerhoff toegepast. Dit is een normcement met als typering CEM II/B-S 52,5 R (EN 197-1). Dit cement is samengesteld uit Geseke CEM I 52,5 R en gemalen hoogovenslak type F. Bij de samenstelling van het beton is de zogeheten Mikrodur- technologie toegepast. Betonmengsel Het beton voor de overlaging moest voldoen aan een bijzon - dere combinatie van strenge eisen (zie tabel 1). Van belang waren met name de druksterkte, E-modulus, milieuklasse, verwerkingseigenschappen, autogene krimp en hechting aan de rijplaat. Voor de sterkte is uitgegaan van sterkteklasse C90/105. De E-modulus bedroeg 50.000 MPa. Voor de milieuklasse is XF4 gedefinieerd (hoge bestandheid tegen vorst-/dooizouten). Tabel 1 Eigenschappen toegepast hogesterktebeton eigenschap waarde sterkteklasse / milieuklasse C 90/105 / XF4 schudmaat F3 / F4 : 420 ? 480 mm verwerkingstijd ? 2 uur luchtgehalte ? 2,0% soortelijk gewicht ? 2500 kg/m 3 (± 5%) buigtreksterkte 10 MPa (± 25%) E-Modulus 50.000 MPa (± 10% ) autogene krimp ? 3,0? vorst-dooiweerstand ? 100 g/m 2 chloridemigratie ? 2,0 ? 10 - 12 m 2/sec Dmax toeslagmateriaal 2/5 (ASR ? bestand) staalvezels ( L = 12,5 mm, D = 0,4 mm) 75 kg/m 3 (gelijkmatig verdeeld) cement toeslagmateriaal Mikrodur 5 6 8 7 5, 7 Slipformpaver voor het storten van betonfoto: Bart van Hoek 6 Beton wordt verplaatst via transportband naar slipformpaver foto: Bart van Hoek8 Optimale korrelpakking van het beton Strenge eisen aan beton voor overlaging 7 2017 27 9 Opname elektronenmicroscoop beton met (a) Mikrodur-technologie en b) normaal beton 10 Korrelopbouw Variodur 30 Controle Gezien de complexiteit van de samenstelling en het grote aantal specifieke eisen, vraagt de productie van Xposal extra zorg en toewijding. Dagelijkse controle van het beton, zowel op de betoncentrale als op de bouwplaats is noodzakelijk. In verband met het unieke karakter van de opdracht is het betonmengsel op samenstelling geleverd, maar bij voldoende schaalgrootte kan uiteraard ook onder certificaat worden geleverd. ? Mikrodur-technologie Een betonmengsel met een geoptimaliseerde korrelopbouw verbetert de prestaties ten aanzien van waterbehoefte (lagere water-cementfactor, hogere sterkte), verwerkbaarheid betonspecie en dichtheid van de verharde beton. De Mikrodur- technologie richt zich op een optimale korrelpakking van het aandeel cement/vulstof in het beton. Bij de Mikrodur-technologie wordt hoogwaardige zeef- en scheidingstechnologie gebruikt. Hierbij wordt gebruikgemaakt van luchtstromen om cement en vulstoffen in fracties te scheiden. Vervolgens wordt een bindmiddel in de gewenste verhoudingen samengesteld. De korrelopbouw is met deze technologie zeer exact te bepalen. Hierbij wordt gebruikgemaakt van een breed pakket grondstoffen (cement(klinker), hoogovenslak, vliegas, kalksteenmeel), waarmee kan worden gestuurd op eigenschappen als waterbehoefte, verwerkbaarheid en sterkte- en warmte- ontwikkeling. Waar een standaard CEM I 52,5 R een deeltjes - grootte heeft van 30 ? 40 µm, wordt bij de Mikrodur-technologie gebruikgemaakt van een deeltjesgrootte van 6 ? 20 µm (fig. 8). De optimale korrelpakking wordt met verschillende berekenings - modellen bepaald, waaronder de traditionele modellen 'Abraham' en 'Fuller' en ook met moderne methoden als 'Dinger-Funk Particle Size Distribution Equation'. Belangrijk is te weten wat in de praktijk de beste resultaten brengt. Daarom is een uitvoerig betontestprogramma opgezet om de resultaten te monitoren. Hierbij wordt voor de optimale korrelpakking van het betonmengsel ook naar optimale opbouw (verhouding, korrelgrootte, korrelvorm) van de toeslagmaterialen zand en grind gestreefd. Variodur-varianten Naast de bij de Waalbrug toegepaste Variodur 30 zijn varianten leverbaar zoals Variodur 40 (CEM III/A 52,5 R) en Variodur 50 (CEM III/A 52,5 N). Voorbeelden van toepassing zijn koeltorens van elektriciteitscentrales, betonnen buizen en waterzuiveringsinstallaties. deeltjesgrootte [?m] cumulatieve deeltjesgrootte Q3 [%] dichtheidsverdeling q3 [-] 9a 9b 10 Strenge eisen aan beton voor overlaging 7 2017