Hoofdrapportage - Dura Vermeer...3 Voor dit document geldt: Indien bij een afbeelding of figuur geen...

DURA VERMEER BETON- EN WATERBOUW ; HOGESCHOOL VAN

ARNHEM EN NIJMEGEN

Hoofdrapportage Een concrete blik op de CO2-footprint

van civiele betonwerken

Ruben van der Zanden

25-2-2016

2

Voorwoord

Voor u ligt de scriptie ‘Een concrete blik op de CO2-footprint van civiele betonwerken’. Een onderzoek

dat is gehouden om een bewustzijn te creëren binnen de betonwereld dat de CO2-uitstoot van de

betonketen niet gereduceerd wordt zolang men de CO2-footprint over het grote geheel analyseert en

beoordeeld.

Deze scriptie is geschreven in het kader van mijn afstuderen aan de opleiding Civiele Techniek aan de

Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (HAN). Van februari 2015 tot en met augustus 2015 ben ik

actief geweest met het onderzoek en het schrijven van deze scriptie. Graag wil ik mijn

schoolbegeleider Ruud de Boer bedanken voor het meedenken in oplossingen voor de problemen die

ik ben tegengekomen tijdens het afstudeerproces.

Het bedrijf van waaruit deze opdracht gekomen is, is Dura Vermeer Beton- en Waterbouw (DVBW). Ik

mag van geluk spreken dat ik hier mijn onderzoek heb kunnen uitvoeren, gezien de warme sfeer op

de werkvloer die zorgde voor veel communicatie, kennisuitwisseling en ontspanning met mijn collega’s

van Dura Vermeer. Graag wil ik de heren Hans Kooijman en Maarten van de Ven bedanken voor de

bovenmatige interesse, tijd en input die jullie in mijn onderzoek hebben gestoken. Daarnaast wil ik in

het speciaal mijn begeleider Joost van Bezooijen bedanken vanwege het feit dat je mij de kans hebt

gegeven mijn onderzoek in volledige vrijheid uit te voeren en klaarstond op de momenten dat ik vast

leek te lopen.

Ruben van der Zanden

Auteur Ruben van der Zanden Haarhamer 22 5446 VB, Wanroij Civiele Techniek [email protected] Betrokken organisaties Afstudeerbedrijf Onderwijsinstelling Dura Vermeer Beton- en Waterbouw Hogeschool van Arnhem en Nijmegen

Faculteit Built Environment Schoenaker 8 Ruitenberglaan 26 6640 AB Beuningen 6826 CC, Arnhem Betrokken personen Verzorger opdracht Bedrijfsbegeleider Hans Kooijman Joost van Bezooijen Statutair Directeur Hoofd Procesmanagement [email protected] [email protected] Eerste begeleider Tweede begeleider Ruud de Boer Jaap Kerstma Hoofddocent Hoofddocent [email protected] [email protected]

3

Voor dit document geldt:

Indien bij een afbeelding of figuur geen bron vermeld is, is er sprake van eigen werk van R.A. van der

Zanden, Hogeschool van Arnhem en Nijmegen, in opdracht van Dura Vermeer Beton- en Waterbouw.

4

Inhoud

Voorwoord ............................................................................................................................................... 2

Samenvatting ........................................................................................................................................... 6

1. Inleiding ............................................................................................................................................ 7

2. Onderzoeksgegevens ...................................................................................................................... 8

Aanleiding ................................................................................................................................. 8 2.1

Probleemstelling ........................................................................................................................ 8 2.2

Doelstelling ................................................................................................................................ 8 2.3

Onderzoeksvragen .................................................................................................................... 9 2.4

3. CO2-footprint .................................................................................................................................. 10

CO2-uitstoot beton project Ruimte voor de Waal ................................................................... 10 3.1

4. Toegepaste betonmengsels ........................................................................................................... 15

L-wand..................................................................................................................................... 15 4.1

4.1.1 Toegepaste betonmengsels ............................................................................................ 15

Milieuklasse ............................................................................................................................. 17 4.2

4.2.1 Eisen ................................................................................................................................ 17

4.2.2 Afwegingen ...................................................................................................................... 17

Ontwerplevensduur ................................................................................................................. 18 4.3

4.3.1 Eisen ................................................................................................................................ 18

4.3.2 Afwegingen ...................................................................................................................... 18

Eindsterkte .............................................................................................................................. 19 4.4

4.4.1 Eisen ................................................................................................................................ 20

4.4.2 Afwegingen ...................................................................................................................... 20

Bouwmethode ......................................................................................................................... 20 4.5

4.5.1 Eisen ................................................................................................................................ 20

4.5.2 Afwegingen ...................................................................................................................... 20

Planning .................................................................................................................................. 21 4.6

4.6.1 Eisen ................................................................................................................................ 21

4.6.2 Afwegingen ...................................................................................................................... 21

Samenvatting .......................................................................................................................... 21 4.7

5. Conclusie ........................................................................................................................................ 22

6. Aanbevelingen en suggesties ........................................................................................................ 23

Ontwerpeisen .......................................................................................................................... 23 6.1

7. Bibliografie ...................................................................................................................................... 24

Bijlagen .................................................................................................................................................. 26

Bijlage A – Tabel Cementbouw CO2-emissies en samenstelling beton project Ruimte voor de Waal

........................................................................................................................................................... 27

8. Addendum ...................................................................................................................................... 29

Inleiding ................................................................................................................................... 29 8.1

5

Scheurvorming ........................................................................................................................ 30 8.2

8.2.1 Inleiding ............................................................................................................................ 30

8.2.2 Randvoorwaarden en uitgangspunten ............................................................................. 31

8.2.3 Berekening ....................................................................................................................... 33

8.2.4 Resumé ............................................................................................................................ 37

Mengselberekening ................................................................................................................. 38 8.3

8.3.1 Inleiding ............................................................................................................................ 38


8.3.3 Berekening ....................................................................................................................... 39

8.3.4 Conclusies ....................................................................................................................... 45

Verhardingsbeheersing ........................................................................................................... 46 8.4

8.4.1 Inleiding ............................................................................................................................ 46


8.4.3 Berekening ....................................................................................................................... 46

8.4.4 Conclusies ....................................................................................................................... 56

Eindconclusie .......................................................................................................................... 58 8.5

6

Samenvatting Het doel van dit afstudeeronderzoek is het creëren van een bewustzijn omtrent de CO2-footprint van

beton binnen de civiele betonketen. Het reduceren van CO2-uitstoot is binnen de betonwereld een

veelbesproken onderwerp. Het verminderen van CO2-uitstoot wordt momenteel getracht aan de hand

van gemiddelde jaarcijfers van betoncentrales. Echter, voordat deze CO2-uitstoot drastisch verlaagd

kan worden, dient men eerst bewust te zijn van de specifieke herkomst van deze emissies.

Om dit bewustzijn te creëren is de CO2-footprint van de civiele betonketen van grof naar fijn

geanalyseerd. In eerste instantie is onderscheid gemaakt tussen de civiele bouw en de woning- en

utiliteitsbouw. Vervolgens is de CO2-uitstoot van betonwerken van vijf projecten van Dura Vermeer

Beton- en Waterbouw (DVBW) vergeleken. Daarna is ingezoomd op één van deze vijf projecten:

Ruimte voor de Waal. Hierin is de CO2-uitstoot per betonwerk geanalyseerd en vergeleken, waarna

één betonconstructie tot in de uiterste details is geanalyseerd op CO2-uitstoot. Bij de CO2-analyse

van deze constructie is gekeken naar milieuklasse, ontwerplevensduur, eindsterkte, bouwmethode en

stortplanning.

Wanneer de CO2-uitstoot van beton in de civiele bouw ten opzichte van de woning- en utiliteitsbouw

vergeleken wordt, valt direct op dat deze twee branches dermate van elkaar verschillen, dat het

onmogelijk is dezelfde doelen en eisen m.b.t. CO2-reductie te stellen. De civiele betonbouw

produceert namelijk de helft van de totale hoeveelheid beton die de woning- en utiliteitsbouw

produceert, terwijl de totale CO2-uitstoot van beide branches gelijk blijft. Als vervolgens gekeken wordt

naar de gemiddelde CO2-uitstoot van vijf afzonderlijke betonprojecten van DVBW, blijken de emissies

te variëren tussen de 120 kg en de 250 kg CO2-uitstoot / m3 betonmortel. Om te kijken waar dit

verschil vandaan komt is ingezoomd op project Ruimte voor de Waal. Ook hier variëren de cijfers per

betonconstructie tussen de 130 kg (ondersteunde constructie) en 230 kg (overspanning) CO2-uitstoot

/ m3 betonmortel. Daarom is ook hier weer gekeken naar één betonconstructie. Na het bekijken van

de mengselsamenstellingen i.v.m. de ontwerpeisen m.b.t. milieuklasse, ontwerplevensduur,

eindsterkte, bouwmethode en stortplanning, blijkt dat door de aanwezigheid van de strengste eisen op

deze constructie weinig ruimte is om de uitstoot van CO2 te reduceren.

Belangrijkste conclusie uit het onderzoek is dat geen enkel civiel betonproject hetzelfde is qua CO2-

uitstoot. Het is daardoor onmogelijk om voor het reduceren van de CO2-uitstoot doelen en eisen te

stellen die worden gebaseerd op de gemiddelde CO2-uitstoot per m3 beton van de jaarproductie van

betoncentrales in Nederland. Dit is momenteel echter wel het geval.

Concluderend kan worden gesteld dat een duidelijk en concreet beeld geschetst is over de CO2-

footprint binnen de civiele betonketen. Wil men de CO2-uitstoot van de keten drastisch verlagen, is het

van belang dat betonconstructies apart geanalyseerd en beoordeeld worden. Dit in tegenstelling tot

het feit dat betoncentrales momenteel beoordeeld en geanalyseerd worden op basis van de jaarlijkse

gemiddelde CO2-uitstoot van de centrale.

Om het reduceren van de CO2-uitstoot binnen de civiele betonketen een boost te geven wordt

aanbevolen een index samen te stellen. Deze index geeft per type betonconstructie weer wat de

gemiddelde CO2-uitstoot is van de toe te passen beton. Daarna kunnen bij projecten concrete doelen

gesteld worden m.b.t. het reduceren van de CO2-uitstoot van een specifieke betonconstructie. Gevolg

is dat de gehele civiele betonketen een grote slag maakt in het reduceren van de CO2-uitstoot.

De scheurwijdte en het betonmengsel zijn in principe los van elkaar te berekenen. Echter, om tot een

optimaal ontwerp te komen, dienen deze twee berekeningen wel samengevoegd te worden. Alle

gegevens van beide berekeningen komen samen in de verhardingsbeheersing van een

computersimulatieprogramma, in dit geval Femmasse Heat. Via dit programma worden de spelende

krachten en de temperatuurontwikkeling inzichtelijk gemaakt en kan het ontwerp geoptimaliseerd

worden door warmtebeheersing toe te passen, in dit geval koelleiding.

7

1. Inleiding De betonketen is een erg conservatieve branche. Door weinig (lees: moeilijk door te voeren)

innovaties loopt de keten achter op het gebied van CO2-emissiereductie. Het probleem waar de

betonketen mee te maken heeft is de grote impact dat de keten heeft op het milieu, door de grote

hoeveelheid CO2-emissie dat dankzij de keten uitgestoten wordt.

Dura Vermeer Beton- en Waterbouw BV wil zien waar kansen voor het bedrijf liggen binnen een

duurzame betonketen en wat DVBW hierin kan betekenen. Diverse thema’s als energiegebruik en

vervuiling van bodem, water en lucht zijn hieraan verbonden. Daarnaast behoren onderzoeken naar

mogelijkheden in het verbruik en hergebruik van grondstoffen ook bij dit item. De vele raakvlakken van

bovengenoemde thema’s dienen hiervoor geanalyseerd en uitgewerkt te worden. Ontwerp, logistiek

en transport spelen hier natuurlijk ook een grote rol in die na nader onderzoek ook uitgewerkt kunnen

worden. Het gehele plaatje zal voor DVBW duidelijk maken waar kansen, maar ook valkuilen, liggen

en wat het bedrijf hierin kan betekenen.

8

2. Onderzoeksgegevens

Aanleiding 2.1Wereldwijd is men bezig de klimaatveranderingen tegen te gaan door onder andere CO2-emissie te

reduceren (Europa Nu, 2014). De bouwwereld, met de betonketen als grote aandeelhouder in de

CO2-uitstoot, mag natuurlijk niet achterblijven in het reduceren van de CO2-uitstoot. Dura Vermeer

Beton- en Waterbouw BV wil als grote aannemer voorop lopen in het maatschappelijk verantwoord

ondernemen, waar het reduceren van CO2-emissie vanzelfsprekend een belangrijk onderdeel van is.

Dura Vermeer Beton- en Waterbouw BV heeft in november 2014 een ketenconvenant gesloten met de

Vereniging van Ondernemers van Betonmortelfabrikanten in Nederland (VOBN). Dit convenant houdt

in dat betonmortelfabrikanten die beton leveren aan DVBW alle data met betrekking tot het geleverde

beton delen met Dura Vermeer Beton- en Waterbouw BV. Dura Vermeer verzamelt alle data en

analyseert deze getallen. Vervolgens kijkt DVBW samen met VOBN op welke punten van het gehele

proces rondom beton verbeteringen m.b.t. CO2-emissiereductie kan plaatsvinden.

Nu spelen bij Dura Vermeer een aantal vragen op die betrekking hebben op het analyseren van de

verzamelde data. Daarnaast is DVBW benieuwd naar mogelijkheden om de CO2-emissie te

reduceren binnen de betonketen. Verder wordt DVBW als aannemer gedwongen duurzame projecten

te ontwikkelen. De sinds april 2013 geldende aanbestedingswet waarin opdrachtgevers verteld wordt

dat ze op basis van EMVI-criteria moeten aanbesteden, maakt duurzaamheid binnen een project

steeds belangrijker. Wil DVBW in de toekomst nog in aanmerking komen voor projecten, zal het

duurzame bouwtechnieken moeten ontwikkelen, waar binnen de betonketen grote kansen liggen.

Daarnaast onderschrijft Dura Vermeer het standpunt zelf een zorgtaak te hebben voor de schaarse

middelen waarover de maatschappij kan beschikken en streeft het ernaar een goede en zo mogelijk

betere wereld achter te laten voor degenen die na ons komen.

Probleemstelling 2.2Een aannemer heeft zelf geen directe invloed op de CO2-uitstoot van het product beton. Waar het wel

direct invloed op heeft met betrekking tot de CO2-uitstoot van beton is de manier van toepassing van

beton. Denk hierbij aan het type mengsel dat ingekocht wordt, de hoeveelheid beton dat gestort wordt

en de bouwmethode en planning die toegepast wordt. Feit is dat deze factoren, ondanks de

wetenschap dat ze veel raakvlakken met elkaar hebben, vaak los van elkaar bepaald worden,

waardoor er mogelijk sprake is van veel overbodige CO2-uitstoot.

Doelstelling 2.3Dura Vermeer Beton- en Waterbouw is zich na dit afstudeeronderzoek aan de hand van statistieken bewust wat de CO2-footprint is op het project Ruimte voor de Waal. Daarnaast is dan ook bekend hoe DVBW de CO2-footprint al dan niet kan verlagen op de onderdelen milieuklasse, uitharding, eindsterkte, planning, bouwmethode en schoonbeton.

9

Onderzoeksvragen 2.4Om de doelstelling van dit onderzoek te kunnen behalen, wordt gebruik gemaakt van

onderzoeksvragen die leidend zullen zijn tijdens de studie naar het vraagstuk. Deze

onderzoeksvragen zijn, zoals hieronder te zien is, verdeeld in één hoofdvraag en vier deelvragen.

Hoofdvraag: Hoe had Dura Vermeer Beton- en Waterbouw op het project Ruimte voor de Waal, op

het onderdeel de L-wand, de CO2-footprint van toegepast beton kunnen optimaliseren

op het gebied van milieuklasse, eindsterkte, planning, bouwmethode en

ontwerplevensduur?

Deelvraag 1: Wat is de CO2-footprint van de toegepaste beton op het project i-Lent?

Deelvraag 2: Wat zijn in de ontwerpfase, bij de onderdelen milieuklasse, eindsterkte en

ontwerplevensduur, de afwegingen geweest bij het kiezen van het ontworpen type

betonmengsel?

Deelvraag 3: Wat zijn de afwegingen geweest bij de globale planning van betonstorten en

bouwmethoden met betrekking tot beton?

Deelvraag 4: Hoe had de CO2-uitstoot tot een optimum gereduceerd kunnen worden door de

afzonderlijk behandelde factoren uit deelvraag 2 en deelvraag 3 te koppelen en te

combineren?

10

3. CO2-footprint In de bij dit rapport behorende literatuurstudie ‘Een concrete blik op de CO2-footprint van de civiele

betonketen’ wordt de CO2-uitstoot van de civiele betonketen in kaart gebracht. Het is aan te raden dat

document eerst door te nemen voordat u aan het rapport dat nu voor u ligt begint. Het geeft u namelijk

de juiste invalshoek en gedachten over de civiele betonwereld die nodig zijn om dit rapport correct tot

u te nemen.

CO2-uitstoot beton project Ruimte voor de Waal 3.1Het project Ruimte voor de Waal heeft 56 verschillende soorten betonmengsel toegepast op het

gehele project. Deze zijn onderverdeeld in veertien groepen, die ieder een eigen sterkteklasse,

milieuklasse en watercementfactor hebben. In Bijlage A – Tabel Cementbouw CO2-emissies en

samenstelling beton project Ruimte voor de Waal is een overzicht te zien van alle cijfers met

betrekking tot CO2-uitstoot die geleverd zijn door Cementbouw. Onderstaande Tabel 3.1 geeft het

totaal aan van alle cijfers die in Bijlage A – Tabel Cementbouw CO2-emissies en samenstelling beton

project Ruimte voor de Waal weergegeven zijn.

Tabel 3.1 Gemiddelde CO2-uitstoot totale hoeveelheid geleverde beton op project Ruimte voor de Waal

Project Hoeveelheid

beton

CO2-uitstoot

Cementbouw [m3] [kg/m3]

Ruimte voor de Waal -

Nijmegen 33537 182

Aangezien het op project Ruimte voor de Waal om betonmengsels gaat die in diverse hoeveelheden

geleverd zijn, wisselend van één kuub beton tot ruim zevenduizend kuub beton, worden in Tabel 3.2

hieronder enkel de betonmengsels behandeld waarvan meer dan duizend kuub beton is geleverd op

het project. Dit zijn tien mengsels die met een totale hoeveelheid van ruim vijfentwintigduizend kuub

beton ruim driekwart van de totale geleverde hoeveelheid beton op het project vertegenwoordigen.

11

Tabel 3.2 Betonmengsels geleverd boven duizend m3 beton op project Ruimte voor de Waal

CO2-EMISSIES BETON PROJECT RUIMTE VOOR DE WAAL VOLGENS CIJFERS CEMENTBOUW

Mengselcode Sterkte-

klasse

Water /

cement-

factor

Consi-

stentie-

klasse

Korrel-

groep

Milieuklasse hoeveel-

heid

beton

CO2-

uitstoot

[mm] [m3] [kg/m3]

i-Lent20-3 C30/37 0,50 S3 32 XC4/XD2/XF3 2073 129

i-Lent30-Z C35/45 0,45 RZ160 32 XC4/XD3/XF4 7043 165

i-Lent30-4 C35/45 0,45 F4 32 XC4/XD3/XF4 1179 165

i-Lent80-3 C30/37 0,45 S3 32 XC4/XD3/XF4 2195 141

i-Lent90-4 C45/55 0,45 F4 32 XC4/XD3/XF4 1382 220

i-Lent90-Z C45/55 0,45 RZ160 32 XC4/XD3/XF4 4014 220

i-Lent120-3 C30/37 0,50 S3 32 XC4/XD2/XF3 1087 128

i-Lent132-4C C45/55 0,45 F4 16 XC4/XD3/XF4 1194 229

i-Lent141-3C C45/55 0,45 S2 50% 16 XC4/XD3/XF4 4353 214

i-Lent142-3C C45/55 0,45 S3 16 XC4/XD3/XF4 1059 220

Totaal 25577 183

Wat in Tabel 3.2 opvalt is dat de tien meest geleverde betonmengsels een juiste afspiegeling zijn van

het totaal aantal mengsels. Alle 56 mengsels samen hebben namelijk, zoals Tabel 3.1 hierboven

weergeeft, een gemiddelde CO2-uitstoot van 182 kg per kuub beton. De tien meest geleverde

mengsels hebben een gemiddelde CO2-uitstoot van 183 kg per kuub beton. Het is dus realistisch om

enkel deze tien mengsels te analyseren en deze voor het gehele project toe te passen.

Opvallende cijfers in Tabel 3.2 zijn de grote verschillen in CO2-uitstoot per kuub beton tussen

bepaalde mengsels. Vijf mengsels zitten rond de 220 kg CO2 / m3 beton, waar de vijf andere

mengsels ruim onder de 170 kg CO2 / m3 beton uitstoten. De CO2-uitstoot per kuub beton is erg

afhankelijk van de krachten die de betonconstructie in de gebruiksfase op moet kunnen nemen. Om

dit duidelijk te maken wordt dit in de volgende alinea aan de hand van cijfers uit de civiele betonbouw

en de woning- en utiliteitsbetonbouw uitgelegd.

De gemiddelde CO2-uitstoot per kuub betonmortel in Nederland in de jaren 2011, 2012 en 2013

bedraagt circa 160 kg (VOBN, 2014). Tegenwoordig worden bij enkele bouwprojecten zelfs doelen

gesteld om de CO2-uitstoot van beton te garanderen met een maximum van 100 kg CO2 per kuub

betonmortel (Van der Weij & Van Eldik, 2015). Bij beide cijfers heeft de woning- en utiliteitsbouw

echter de grootste invloed op de resultaten. Hier gaan, zoals onderstaande Tabel 3.3 (van Lieshout,

Bergsma, & Bijleveld, Milieu-impact van betongebruik in de Nederlandse bouw, 2013) weergeeft, de

meeste kuubs beton in om. De civiele en grond-, weg- en waterbouw zijn qua betonwerk absoluut niet

te vergelijken met de woning- en utiliteitsbouw. Civiele betonconstructies hebben, in vergelijking met

de woning- en utiliteitsbouw, namelijk vele malen vaker te maken met extreme milieuklassen en grote

overspanningen. Dit betekent dat er meer ingrediënten in de betonmengsels verwerkt worden die veel

CO2-uitstoot veroorzaken. Het is dus van belang dat voor deze twee verschillende betonbranches

verschillende doelen met betrekking tot CO2-uitstoot gesteld worden.

12

Tabel 3.3 Hoeveelheden beton, toegepast in de Nederlandse bouw (van Lieshout, Bergsma, & Bijleveld, Milieu-impact van betongebruik in de Nederlandse bouw, 2013)

Betonmortel

(in situ)

Betonproducten

(prefab)

Totaal Aandeel

m3 x 1000 m3 x 1000 m3 x 1000

Woningbouw 2975 1020 3995 28,5%

Utiliteitsbouw 2575 1620 4195 30,0%

Civiel/GWW 995 3360 5810 41,5%

Agrarisch

905

inbegrepen bij

utiliteitsbouw

Overig 550 n.v.t.

Totaal 8000 6000 14000 100%

Het feit dat er onderscheid gemaakt moet worden tussen woning- en utiliteitsbetonbouw en civiele

betonbouw, laat ook meteen zien dat in de civiele betonbouw gekeken dient te worden naar de

diverse toepassingen van beton. Dit wordt in Tabel 3.4 hieronder ook gedaan met de tien meest

geleverde betonmengsels op project Ruimte voor de Waal die eerder in Tabel 3.2 weergegeven zijn.

Tabel 3.4 Betonconstructies met tien grootste hoeveelheden verwerkte betonmortel op project Ruimte voor de Waal

CO2-EMISSIES BETON PROJECT RUIMTE VOOR DE WAAL VOLGENS CIJFERS CEMENTBOUW

Mengselcode Betonconstructie Sterkte

-klasse

CO2-

uitstoot

[kg/m3]

i-Lent20-3 poer Citadelbrug / poer Promenadebrug C30/37 129

i-Lent30-Z Harde Kade C35/45 165

i-Lent30-4 Harde Kade C35/45 165

i-Lent80-3 pijler deel 1 Verlengde Waalbrug C30/37 141

i-Lent90-4 langswanden Verl. Waalbrug / dwarsbalk Verl. Waalbrug C45/55 220

i-Lent90-Z langswanden Verl. Waalbrug / dwarsbalk Verl. Waalbrug C45/55 220

i-Lent120-3 poer Promenadebrug C30/37 128

i-Lent132-4C pijler deel 2 Verlengde Waalbrug C45/55 229

i-Lent141-3C dek Promenadebrug / dek Verlengde Waalbrug C45/55 214

i-Lent142-3C dek Verlengde Waalbrug C45/55 220

Totaal 183

Zoals eerder aangegeven heeft de betonconstructie een grote invloed op de CO2-uitstoot per kuub

beton. Dit wordt volgens Tabel 3.4 hierboven eens te meer duidelijk op project Ruimte voor de Waal.

De vijf grote betonconstructies die rond de 220 kg CO2-uitstoot per kuub beton zitten, betreft allen een

constructie met een grote overspanning. Langswanden, dwarsbalken en dekken zijn in deze gevallen

allen overspanningen.

13

Figuur 3.1 Bekisting pijler deel 2 Verlengde Waalbrug (i-Lent)

Bij Figuur 3.1 (i-Lent) hiernaast is het

tweede deel van de bekisting van een van de

pijlers van de Verlengde Waalbrug op project

Ruimte voor de Waal te zien. Dit is de overgang

van de pijler naar het brugdek, wat dus

onderdeel van de overspanning tussen de

brugpijlers is. Ook hier wordt om deze reden

beton met een hogere sterkteklasse toegepast,

met als gevolg dat er meer CO2-uitstoot per

kuub betonmortel geproduceerd wordt: 229 kg

CO2 / m3 betonmortel.

Het eerste deel van de pijler is reeds gestort en

te zien in de kern van de bekisting. Bij dit deel

is geen sprake van een overspanning, wat ook

terug te zien is in de hoeveelheid CO2 die

uitgestoten wordt: 141 kg CO2 / m3 betonmortel.

Om te weten te komen waar het verschil zit in de mengselsamenstelling tussen de vijf toegepaste

betonmengsels met een grote CO2-footprint tegenover de vijf betonmengsels met een lagere CO2-

uitstoot per kuub betonmortel is in Tabel 3.5 een overzicht te zien met de mengselsamenstellingen.

Tabel 3.5 Samenstelling tien meest toegepaste betonmengsels op project Ruimte voor de Waal

CO2-EMISSIES EN SAMENSTELLING BETON PROJECT RUIMTE VOOR DE WAAL VOLGENS CIJFERS CEMENTBOUW

Mengselcode CEM

III/B 45,5

LH HS

CEM I

52,5 R

CEM I

52,5 R

wit

Vliegas Glenium

Sky 696

Pozzolith

380 R

CB 02 K Dmax

32

mm

Dmax

16

mm

CO2-

uitstoot

[kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [kg/m3]

i-Lent20-3 335 100% 129

i-Lent30-Z 335 40 0,36% 100% 165

i-Lent30-4 335 40 0,45% 100% 165

i-Lent80-3 368 0,35% 100% 141

i-Lent90-4 283 107 0,39% 0,10% 100% 220

i-Lent90-Z 283 107 0,39% 0,10% 100% 220

i-Lent120-3 345 50 0,33% 100% 128

i-Lent132-4C 322 59 59 0,30% 0,20% 100% 229

i-Lent141-3C 300 55 55 0,40% 0,60% 50% 50% 214

i-Lent142-3C 306 57 57 0,40% 0,60% 100% 220

Totaal 183

14

Tabel 3.5 geeft de mengselsamenstelling van de op project Ruimte voor de Waal tien meest

toegepaste betonmengsels weer. De vijf licht gearceerde rijen geven de betonconstructies weer die

een overspanning vormen. Deze vijf mengsels hebben een grote hoeveelheid CEM I 52.5 R en/of

CEM I 52.5 R wit in de samenstelling. Zoals in alinea

1.1.2 Productie grondstoffen van bijbehorende

literatuurstudie ‘Een concrete blik op de CO2-footprint

van de civiele betonketen’ al beschreven staat heeft

portlandklinkercement (CEM I) de grootste invloed op de

CO2-uitstoot van een betonmengsel. Dit is in Tabel 3.5

duidelijk terug te zien aan de hoge CO2-uitstoot bij de

mengsels waarin onder andere CEM I wordt toegepast.

Het wordt dus eens te meer duidelijk dat het overgrote deel van de winst bij het reduceren van CO2-

uitstoot in het beperken van de toepassing van het bindmiddel CEM I te halen valt. De hoeveelheid

toegepaste CEM I in een betonmengsel is van diverse factoren afhankelijk. Voorbeelden hiervan zijn:

· Overspanningsconstructies (ontwerp)

· Sterkteontwikkeling (planning & eindsterkte & bouwmethode)

· Aantasting door omgeving (milieuklasse & schoonbeton)

Door deze factoren te analyseren en te optimaliseren kan er mogelijke winst behaalt worden in het

verminderen van de CO2-uitstoot van betonconstructies.

CEM I 52.5 R: cementsoort met meer dan 95%

portlandcementklinker, sterkteklasse 52,5 en

een hoge beginsterkte R.

CEM I 52.5 R wit: cementsoort met meer dan

95% witte portlandcementklinker, sterkteklasse

52,5 en een hoge beginsterkte R.

15

4. Toegepaste betonmengsels

L-wand 4.1Om de toepassing van de gebruikte betonmengsels diepgaand te kunnen analyseren wordt een

selectie gemaakt door enkel het betonwerk van één deelproject van Ruimte voor de Waal te

behandelen. Het te behandelen deelproject betreft de primaire waterkering, ofwel de nieuwe harde

kade. Deze harde kade bestaat uit een circa twintig meter diep ondergronds kwelscherm (in cement-

bentoniet) en een ruim acht meter hoge L-vormige bovengrondse wand (in beton). Verderop in dit

verslag zal deze bovengrondse betonnen wand de ‘L-wand’ genoemd worden. In onderstaande Figuur

4.1 is een gedeelte van de ruim twee kilometer lange betonnen L-wand te zien.

Figuur 4.1 Harde Kade op project Ruimte voor de Waal

De drie fases waarin de L-wand wordt gemaakt zijn duidelijk te onderscheiden in bovenstaande Figuur

4.1. Vooraan wordt op de werkvloer het vlechtwerk gereed gemaakt voor de betonstort van de vloer.

In de moot erachter is de vloer al gereed en zijn rode steljukken te zien waar de wapening van de

wand tegenaan gesteld wordt. De moten verder naar achter zijn wat betonwerk betreft allen gereed.

Figuur 4.2 geeft de drie verschillende onderdelen van de L-wand aan; werkvloer, vloer, wand.

4.1.1 Toegepaste betonmengsels

Voor de realisering van de L-wand zijn zeven verschillende

betonmengsels gebruikt. Het gaat hierbij om mengsels die

toegepast zijn voor de werkvloer, vloer en wand. Zoals in

onderstaande Tabel 4.1 weergegeven is, zijn voor de werkvloer

de mengsels 10-3 en 10-4 toegepast. De vloer van de L-wand is

gestort met de mengsels 30-3, 30-Z en 30-3W. Ook de wand

van de L-wand bestaat uit deze drie mengsels, maar de

mengsels 30-4 en 30-4W zijn ook verwerkt in de

wandconstructie.

Figuur 4.2 Dwarsdoorsnede betonwerk L-wand

16

Tabel 4.1 Toegepaste betonmengsels in L-wand

CO2-EMISSIES EN SAMENSTELLING BETON L-WAND VOLGENS CIJFERS CEMENTBOUW

Mengselcode beton-

constructie

in L-wand

Sterkte-

klasse

Water /

cement-

factor

Consi-

stentie-

klasse

Korrel-

groep

Milieuklasse hoeveel-

heid

beton

CO2-

uitstoot

[mm] [m3] [kg/m3]

i-Lent10-3 werkvloer C12/15 0,70 S3 4-32 X0 75,0 101

i-Lent10-4 werkvloer C12/15 0,70 F4 4-32 X0 543,0 105

i-Lent30-3 wand & vloer C35/45 0,45 S3 4-32 XC4/XD3/XF4 7506,0 165

i-Lent30-Z wand & vloer C35/45 0,45 RZ160 4-32 XC4/XD3/XF4 789,0 165

i-Lent30-4 wand C35/45 0,45 F4 4-32 XC4/XD3/XF4 1555,0 165

i-Lent30-3W wand & vloer C35/45 0,45 S3 4-32 XC4/XD3/XF4 813,5 192

i-Lent30-4W wand C35/45 0,45 F4 4-32 XC4/XD3/XF4 316,5 187

Totaal 11598 165

De mengsels 30-3W en 30-4W steken met zo’n 190 kg CO2-uitstoot per kuub betonmortel ruim boven

het gemiddelde van 165 kg CO2-uitstoot per kuub betonmortel uit. Deze mengsels zijn een variant op

de mengsels 30-3 en 30-4. De ‘W’ in de mengselcode staat voor wintermengsel. In onderstaande

Tabel 4.2 is te zien dat de wintermengsels een hogere dosering CEM I in de mengselsamenstelling

hebben.

Tabel 4.2 Samenstelling toegepaste betonmengsels in L-wand

CO2-EMISSIES EN SAMENSTELLING BETON L-WAND VOLGENS CIJFERS CEMENTBOUW

Mengselcode CEM

III/B

45,5 LH

HS

CEM I

52,5 R

Vliegas Slak-

gehalte

Glenium

Sky 696

Dmax

32

mm

minimale

hoeveel-

heid

hoeveel-

heid

beton

CO2-

uitstoot

[kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [%] [%] [%] [m3] [kg/m3]

i-Lent10-3 257 20 >50% 100% 120 75,0 101

i-Lent10-4 250 50 >50% 0,22% 100% 120 543,0 105

i-Lent30-3 335 40 >50% 0,30% 100% 145 7506,0 165

i-Lent30-Z 335 40 >50% 0,36% 100% 145 789,0 165

i-Lent30-4 335 40 >50% 0,45% 100% 145 1555,0 165

i-Lent30-3W 281 94 >50% 0,30% 100% 145 813,5 192

i-Lent30-4W 281 94 >50% 0,45% 100% 145 316,5 187

Totaal 11598 165

Zoals eerder in de hierbij horende literatuurstudie ‘Een concrete blik op de CO2-footprint van de civiele

betonketen’ is aangegeven, hangt de verhardingstijd van beton voor een groot deel samen met de

warmteontwikkeling binnen het beton. Wanneer de omgevingstemperatuur laag is, wat in de

winterperiode vaak het geval is, zal de warmteontwikkeling binnen het beton ook minder snel op gang

17

NEN: document waarin de nationale normen zijn

vastgelegd door Nederlands Normalisatie-instituut

komen. Gevolg is dat de sterkteontwikkeling minder snel op gang komt en dat de uithardingstijd langer

wordt. Om geen vertraging in de planning op te lopen, wordt bij de L-wand een grotere dosering CEM I

toegevoegd aan het betonmengsel. Dit cementtype brengt het sterkteontwikkelingsproces, in

tegenstelling tot CEM III, namelijk ook op gang bij lage temperaturen onder de 7°C (Hunger, 2015).

Gevolg is echter wel dat door de toename van het gebruik van CEM I ook de CO2-uitstoot per kuub

betonmortel toeneemt.

Milieuklasse 4.2Met een milieuklasse wordt aangegeven welke aantastingmechanismen van toepassing zijn voor de

constructiedelen. Voor meer informatie wordt verwezen naar de paragraaf Milieuklasse van

bijbehorende literatuurstudie ‘Een concrete blik op de CO2-footprint van de civiele betonketen’.

4.2.1 Eisen In onderstaande Tabel 4.3 (NEN, 2014) zijn de milieuklassen weergegeven die bij project Ruimte voor de Waal op de L-wand van toepassing zijn op het gestorte betonwerk. In de wetenschap dat met XC4, XD3 en XF4 de zwaarste milieuklassen vereist zijn, moeten de betonwerken aan strenge eisen voldoen, waardoor er minder ruimte is om de betonsamenstelling CO2-vriendelijk te maken. Tabel 4.3 Milieuklassenindeling beton (NEN, 2014)

Aantastingsmechanisme Klasse Omgeving

Geen aantasting X0 (0 = zero risk) – Geen risico op

corrosie of aantasting X0

Voor beton zonder wapening of

ingesloten metalen, behalve bij vorst-

dooi of chemische aantasting

Aantasting wapening XC (C = carbonatation) – Corrosie

ingeleid door carbonatatie XC4 Wisselend nat en droog

XD (D = deicing salts) – Corrosie

ingeleid door chloriden anders dan

afkomstig uit zeewater

XD3 Wisselend nat en droog

Aantasting beton XF (F = frost) – aantasting voor

vorst/dooi-wisselingen met of

zonder dooizouten

XF4 Verzadigd met water, met dooizouten

of zeewater

Het betonwerk dat slechts aan milieuklasse X0 dient te voldoen betreft enkel de werkvloer van de L-

wand. De wand en de vloer dienen te voldoen aan de zwaarste milieuklasse XC4/XD3/XF4.

4.2.2 Afwegingen

In het ontwerponderdeel milieuklasse zit weinig speling met betrekking tot CO2-reductie in het

betonwerk. De eis dat de L-wand moet voldoen aan de zwaarste milieuklasse is er nu eenmaal en

moet in het ontwerp gerealiseerd worden. In

onderstaande Tabel 4.4 zijn de door NEN

opgestelde eisen (NEN, 2008) weergegeven

waaraan de betonmengsels voor de L-wand aan

de hand van de vastgestelde milieuklasse moeten voldoen.

18

Tabel 4.4 Eisen toegepaste betonsamenstellingen afhankelijk van de milieuklasse (NEN, 2008)

EISEN AAN DE BETONSAMENSTELLING AFHANKELIJK VAN DE MILIEUKLASSE

Milieuklasse

Maximaal toelaatbare

water-cementfactor/

water-bindmiddelfactor

Minimaal vereist

cement-

/bindmiddelgehalte

Minimumlucht-gehalte

Grootste

korrelafmeting

D

Lucht-

gehalte

%

[kg/m3] [mm] [V/V]

1 Geen risico op corrosie of aantasting

X0 0,70 200 - -

2 Corrosie ingeleid door carbonatatie

XC4 0,50 300 - -

3 Corrosie ingeleid door chloriden anders dan afkomstig uit zeewater

XD3 0,45 300 - -

4 Aantasting door vorst/dooi-wisselingen met of zonder dooizouten

XF4 0,50 300 63

31,5

16

8

3,0

3,5

4,0

5,0

Zoals bovenstaande Tabel 4.4 weergeeft is de maximaal toelaatbare w/c-factor voor een werkvloer

0,70 en voor de vloer en wand 0,45. In de eerder behandelde Tabel 4.1 is te zien dat de toegepaste

betonmengsels deze maximale waarde aanhouden. Dit betekent dat er een zo laag mogelijke

dosering bindmiddel in het betonmengsel is verwerkt.

In de ontwerpfase zijn de volgens NEN toegestane minimale hoeveelheden cement verwerkt in het

betonmengsel. Hier is dus een zo laag mogelijke CO2-uitstoot gerealiseerd.

Ontwerplevensduur 4.3Met een ontwerplevensduur van een betonconstructie wordt de tijdsperiode aangeduid waarin de

constructie moet voldoen aan de gestelde prestatie-eisen voor de constructie, ervan uitgaande dat

deze solide onderhouden is.

4.3.1 Eisen

Voor de L-wand is een honderdjarige levensduur geëist van de betonconstructie.

4.3.2 Afwegingen

Om de honderdjarige levensduur te kunnen garanderen is bij de L-wand de honderdjarige levensduur

vanaf de ontwerpfase tot en met de uitvoeringsfase ingevoerd. In de voorbereidingsfase zijn de

betontechnologische gegevens bepaald en getoetst aan de duurzaamheidcriteria. In de

uitvoeringsfase zijn de meetresultaten (dekking, nabehandeltijd, temperaturen) van de

constructiedelen gecontroleerd.

Als een duidelijke aanpak is op het project Ruimte voor de Waal gebruik gemaakt van ‘De regel van 5’.

Dit is een manier om onder alle omstandigheden honderd jaar levensduur te waarborgen, zonder dat

verder onderscheid gemaakt wordt in milieuklassen.

19

De regel van 5 bestaat uit de volgende 5 basis regels:

1. Nominale dekking van minimaal 50 mm

2. Toepassing van hoogovencement met een slakgehalte van minimaal 50%

3. Toepassing van een water-cementfactor van maximaal 0,50

4. Nabehandeling tot minimaal 50% van de beoogde eindsterkte (de sterkteklasse) is bereikt.

5. Een gemiddelde Drcm-waarde na 28 dagen van maximaal 5 x 10^-12 m2/s

Aan deze vijf regels heeft de L-wand zowel in ontwerpfase als in uitvoeringsfase voldaan. De minimale

dekking is in het ontwerp opgenomen en vastgesteld op 50 mm. Deze dekking is in de uitvoering ook

aangehouden, waardoor er niet onnodig veel dekking op de wapening gestort wordt, wat doorspeelt

op de hoeveelheid beton die geleverd dient te worden.

Daarnaast is in Tabel 4.2 te zien dat bij alle zeven mengsels in de L-wand hoogovencement is

toegepast met een slakgehalte van minimaal 50%. Door deze eis wordt er minder CEM I in de

betonmengsels verwerkt, wat de CO2-uitstoot reduceert.

Aan de maximale water-cementfactor van 0,50 is voldaan. In paragraaf 4.2 Milieuklasse is immers al

aangegeven dat de maximale water-cementfactor aan de hand van de milieuklasse op 0,45 is gesteld

en is voldaan.

Zoals eerder in de hierbij horende literatuurstudie ‘Een concrete blik op de CO2-footprint van de civiele

betonketen’ is aangegeven, hangt de verhardingstijd van beton voor een groot deel samen met de

warmteontwikkeling binnen het beton. Wanneer de omgevingstemperatuur laag is, wat in de

winterperiode vaak het geval is, zal de warmteontwikkeling binnen het beton ook minder snel op gang

komen. Gevolg is dat de sterkteontwikkeling minder snel op gang komt en dat de uithardingstijd langer

wordt. Om geen vertraging in de planning op te lopen, wordt bij de L-wand een grotere dosering CEM I

toegevoegd aan het betonmengsel. Dit cementtype brengt het sterkteontwikkelingsproces, in

tegenstelling tot CEM III, namelijk ook op gang bij lage temperaturen onder de 7°C (Hunger, 2015).

Gevolg is echter wel dat door de toename van het gebruik van CEM I ook de CO2-uitstoot per kuub

betonmortel toeneemt.

Voor iedere betonstort is een rijpheidsmeter

in de wapening van de L-wand

aangebracht. Wanneer de L-wand op het

moment van ontkisten nog niet minimaal

50% van de beoogde eindsterkte bereikt

heeft, is er curing compound op het

betonoppervlak aangebracht.

Om aan te tonen dat de L-wand na 28 dagen aan de gemiddelde Drcm-waarde van maximaal 5 x 10^-

12 m2/s voldoet, is de CUR Leidraad 1 toegepast. In deze CUR zijn tabellen opgenomen waaruit de

Drcm-waarde kan worden afgelezen. Zoals in bijbehorende literatuurstudie ‘Een concrete blik op de

CO2-footprint van de civiele betonketen’ in paragraaf ‘Drcm-waarde’ is aangetoond, is de Drcm-

waarde afhankelijk van de gemiddelde betondekking, milieuklasse en cementklasse. Bij i-Lent30-3W,

het zwaarste mengsel dat is toegepast bij de L-wand, is de Drcm-waarde 3,4 x 10^-12 m2/s indien de

dekking minimaal gelijk is aan 40 mm (CUR Bouw & Infra, 2008). Deze waardes voldoen aan de

duurzaamheidseisen van een maximale Dcrm-waarde van 5 x 10^-12 m2/s en een minimale dekking

van 50 mm.

Eindsterkte 4.4De eindsterkte van beton is niet concreet vast te stellen. De sterkteontwikkeling van beton blijft

namelijk alsmaar doorgroeien, al is deze ontwikkeling na verloop van tijd nog zo miniem. Beter kan er

Rijpheidsmeter: Een rijpheidsmeter is een hulpmiddel om te

bepalen of de druksterkte bereikt en of er ontkist kan worden.

Curing compound: vloeistof die op een pas gestort

betonoppervlak wordt aangebracht en het verdampen van

water uit het oppervlak voorkomt dan wel vermindert.

20

In situ bouw: Het ter plekke bouwen van

een constructie. Dit in tegenstelling tot

Prefab, waarbij constructies op een andere

plaats gebouwd worden.

gesproken worden over beoogde eindsterkte. Dit is de sterkte waar de betonconstructie voor tijdens

de gebruiksfase op ontworpen is.

4.4.1 Eisen

De L-wand mag ontkist worden op het moment dat het beton 50% van de beoogde eindsterkte bereikt

heeft.

4.4.2 Afwegingen

Om de doelstelling van cyclus van één wand storten per week te behalen dient de gestorte wand al

ontkist te worden voor het moment dat de 50% van de beoogde eindsterkte behaald is. Twee dagen

na de stort wordt de wand ontkist. Om te voorkomen dat het nog uit te harden beton niet op de juiste

manier kan uitharden, doordat er bijvoorbeeld vocht uit het beton onttrokken wordt door de omgeving,

dient de het beton nabehandeld te worden. Dit wordt gedaan door het betonoppervlak in te spuiten

met curing compound met een spercoëfficiënt van 70%. Het (boven)stortoppervlak wordt gedurende

dezelfde periode in sommige gevallen afgedekt met PE-folie of isolerend zeil, maar wordt grotendeels

ook ingespoten met curing compound.

Deze behandeling is benodigd tot het moment daar is dat 50% van de beoogde eindsterkte behaald

is.

Bouwmethode 4.5Een betonnen constructie kan op diverse manieren gerealiseerd worden. Dit kan aan de hand van het

aanbrengen van prefab elementen. Daarnaast kan er

ook voor gekozen worden de constructie in situ te

bouwen. Bij in situ bouw zijn de twee meest

voorkomende technieken het stellen van een

traditionele bekisting en een herbruikbare bekisting.

4.5.1 Eisen

Met betrekking tot de bouwmethode zijn geen eisen door de opdrachtgever opgelegd. Dura Vermeer

Beton- en Waterbouw is dus volledig vrij in het toepassen van de beste bouwmethode.

4.5.2 Afwegingen

Gezien de lengte van zo’n drie kilometer van de L-wand is het vooraf duidelijk dat er veel arbeid zit in

het plaatsen van een traditionele bekisting langs de gehele lengte van de wand. Daarnaast gaat er

veel transport en hout gemoeid in het opbouwen en afbreken van de traditionele bekisting.

De andere optie, het toepassen van een stalen herbruikbare bekisting lijkt vooraf al een betere optie.

De L-wand is op een aantal knikken na over de gehele lengte een repeterend stuk werk met dezelfde

afmetingen.

Nadat op beide bekistingsopties berekeningen zijn

losgelaten op de te verwachten kosten, transport,

materiaalgebruik en tijd is de stalen herbruikbare

bekisting gekozen vanwege het feit dat deze enkel

voordelen heeft ten opzichte van een traditionele

bekisting. De investeringskosten van de stalen

bekisting zijn dan wel hoog. Dit weegt echter niet

op tegen de vele transportritten (CO2-uitstoot) die

benodigd zouden zijn bij het toepassen van een

traditionele bekisting en de grote hoeveelheid

arbeidsuren die voor het plaatsen van een

traditionele bekisting benodigd. In Figuur 4.3 (i-Lent) is de uiteindelijke stalen bekisting te zien terwijl

deze dient als bekisting voor de betonnen constructie van de L-wand.

Figuur 4.3 De groengele stalen bekisting in gebruik bij de L-wand (i-Lent)

21

Planning 4.6In de planning van een betonconstructie kunnen zowel kosten als CO2-uitstoot op grote schaal

bepaald worden. Door de betonplanning over een grotere tijdsdeel uit te smeren, hoeft het beton

minder snel uit te harden. Gevolg is dat er minder bindmiddel (cement) in het betonmengsel verwerkt

hoeft te worden, wat direct zowel de kosten als de CO2-uitstoot verminderd.

4.6.1 Eisen

De opdrachtgever heeft met betrekking tot de planning van de L-wand geen eisen, zolang de

waterkerende functie van de L-wand in combinatie met de te ontgraven dijk gegarandeerd blijft.

Daarnaast dient de nieuwe waterkering, en daarmee ook direct de L-wand, in het derde kwartaal van

2015 gereed te zijn voor oplevering.

4.6.2 Afwegingen

In het ideale geval maak je als aannemer de stortplanning zo ruim dat er een minimale hoeveelheid

bindmiddel in het betonmengsel verwerkt hoeft te worden. Echter, in deze tijd is de prestatie- en

tijdsdruk zo hoog dat het voor aannemers niet mogelijk is om beton de tijd te geven om onder ideale

omstandigheden het uithardingsproces volledig af te werken.

Dura Vermeer heeft getracht de betonplanning zo breed en praktisch tegelijk uit te smeren over de

beschikbare tijd die het gekregen heeft van de opdrachtgever. Door telkens in cyclussen van een

week zowel een werkvloer als een vloermoot als een wandmoot te storten kan er efficiënt en

overzichtelijk gewerkt en vooruit gepland worden.

Op deze manier van werken worden zowel de CO2-uitstoot als de kosten van de L-wand laag

gehouden.

Samenvatting 4.7Vanwege het feit dat veel factoren de samenstelling van een betonmengsel beïnvloeden is

vanzelfsprekend de eerste gedachte dat op veel manieren de CO2-uitstoot verkleind kan worden.

Echter, in de civiele betonbouw zijn vaak strenge eisen op de betonconstructie van toepassing, wat

ook bij de L-wand het geval is. Hierdoor blijft het moeilijk voor zowel ontwerp, als werkvoorbereiding,

als uitvoering, de CO2-uitstoot drastisch te verlagen.

Bij de L-wand is toch getracht om zowel de kosten als de CO2-uitstoot van de L-wand zo laag mogelijk

te houden door telkens op de minimale eis te dimensioneren, zowel in hoeveelheden cement, als

planning als in transportritten.

Op deze manier van werken zijn zowel de CO2-uitstoot als de kosten van de L-wand laag gehouden.

22

5. Conclusie Het doel van het onderzoek was om een bewustzijn te creëren van de CO2-footprint die van

toepassing is op de civiele betonwereld. Er wordt namelijk ontzettend veel gesproken over de CO2-

reductie die in de betonwereld plaats moet vinden. Om dit bewustzijn te creëren is van grof naar fijn

gewerkt, door eerst naar de gehele betonketen te kijken en vervolgens stap voor stap in te zoomen op

één enkele betonconstructie. Uiteindelijk is gekeken hoe de CO2-uitstoot van de behandelde

betonconstructie verlaagd had kunnen worden.

Belangrijkste conclusie uit het onderzoek is dat het een ontzettend grote uitdaging gaat worden om

een plan voor de gehele betonketen op te stellen waarmee de CO2-uitstoot drastisch verminderd kan

worden. Iedere betonconstructie heeft namelijk zijn eigen eisen en voorwaarden, waardoor iedere

betonconstructie zijn eigen specifieke betonmengsel heeft en dus ook zijn eigen CO2-footprint.

Daarnaast heeft de civiele betonwereld in het grootste deel van de gevallen te maken met zowel de

strengste milieueisen, als de sterkteklasse, als de ontwerplevensduur. Gevolg is dat er voor de

ontwerpers erg weinig speling zit in het optimaliseren van betonconstructies met betrekking tot CO2-

uitstoot. De wil is er wel om innovatief en duurzaam te ontwerpen. Echter, dit wordt tegengehouden

door de strenge eisen waaraan voldaan dient te worden.

Door de bouw van een betonconstructie, in dit onderzoek de L-wand op het project Ruimte voor de

Waal, te analyseren nadat deze voltooid is, had duidelijk moeten worden op welke onderdelen CO2-

uitstoot bespaard had kunnen worden. Achteraf blijkt dat er weinig mogelijkheden zijn om meer CO2-

uitstoot te reduceren dan vooraf in het ontwerp is getracht.

Concluderend kan worden gesteld dat er een duidelijk beeld geschetst is over de stand van zaken

m.b.t. de CO2-footprint van de civiele betonketen. Wil men de CO2-uistoot van de betonketen

drastisch verlagen is het van groot belang dat betonconstructies apart geanalyseerd en beoordeeld

worden, in plaats van betoncentrales die geanalyseerd en beoordeeld worden op de jaarlijkse

gemiddelde CO2-uitstoot.







23

6. Aanbevelingen en suggesties In dit hoofdstuk wordt een aanbeveling/suggestie gedaan die gebruikt kan worden bij een

vervolgonderzoek of een vergelijkbaar project.

Ontwerpeisen 6.1Zoals in hoofdstuk 5 Conclusie al wordt aangegeven is de wil er binnen de civiele betonwereld er wel

degelijk om duurzamere en CO2-vriendelijke betonconstructies te realiseren. Ontwerpers worden

echter tegengehouden door de strenge eisen waaraan de betonconstructies moeten voldoen.

De bouw wordt regelmatig een conservatieve wereld genoemd. Deze uitspraak heeft zeker recht van

bestaan. De eisen waaraan een betonconstructie moet voldoen zijn namelijk in een aantal gevallen al

meer dan tientallen jaren oud en nooit bijgesteld. Een voorbeeld hiervan is de sterkteontwikkeling die

na 28 dagen zijn eindsterkte bereikt heeft. Deze regel werd in de jaren ’80 ook al toegepast. Sindsdien

zijn de betonmengsels al fors geoptimaliseerd, wat de eindsterkte logischerwijs vervroegd.

Een suggestie voor een vervolgonderzoek op dit project is het zeer kritisch onder de loep nemen van

de huidige ontwerpeisen waaraan het ontwerp van een betonconstructie dient te voldoen. Wanneer

hier innovaties plaatsvinden, zal de rest van de betonketen direct volgen.

24

7. Bibliografie BASF Nederland BV, Construction Chemicals. (2015, februari 2). MasterGlenium SKY

prestatieverklaring. Opgeroepen op februari 22, 2016, van master-builders-solutions.basf.nl:

http://www.master-builders-solutions.basf.nl/nl-nl/products/mastergleniumsky/615

Betoniek. (2009). Spelregels voor 100 jaar. Betoniek, 4-5.

Boven- / zijaanzicht Lammermarkt Leiden. Parkeergarage Lammermarkt in Leiden. JHK Architecten,

Utrecht.

Breugel, K. v. (1998). Betonconstructies onder Temperatuur- en Krimpvervormingen. 's

Hertogenbosch: BetonPrisma.

Broere, P. (2007). Recyclinggranulaat in de wegenbouw. BRBS, 35-37.

CBS. (2011, januari). Emissies naar lucht; alle bronnen. Opgeroepen op Februari 3, 2015, van

opendata.cbs.nl:

http://opendata.cbs.nl/dataportaal/portal.html#_la=nl&tableId=37221&_theme=250

Cement&BetonCentrum. (2012). Alkali-silicareactie, ASR. Cement&BetonCentrum.

Cement&BetonCentrum. (2015). BetonLexicon. Boxtel: Aeneas Media.

CUR. (2002). CUR-Aanbeveling 89, Maatregelen ter voorkoming van betonschade door

alkalisilicareactie (ASR). Gouda: CUR.

CUR Bouw & Infra. (2008). Leidraad 1; Duurzaamheid van constructief beton met betrekking tot

chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie. Boxtel: Aeneas Media.

De Betonvereniging. (2012). Basiskennis Betontechnologie. Gouda: De Betonvereniging.

Dyckerhoff Basal. (2013). Betonwijzer volgens NEN EN 206-1 en NEN 8005. Nieuwegein.

Europa Nu. (2014). Europese aanpak klimaatveranderingen. Opgeroepen op Februari 10, 2015, van

Europa Nu: http://www.europa-nu.nl/id/vhesf063wxu9/europese_aanpak_klimaatverandering

Fotoalbum verbindingsweg Houten - A12. Verbindingsweg Houten - A12. Dura Vermeer.

Halte Goffert. Halte Goffert slide. Dura Vermeer.

HCM Cement. (2015, januari 01). Productinformatie CEM III/B 42,5 LH HS. Opgeroepen op februari

15, 2016, van hcmcement.nl: http://www.hcmcement.nl/producten/hoogovencement_02.html

Hofstra, U. Detail van informatie betonmengsel. 'Dashboard' voor optimalisatie duurzaamheid beton.

SGS Intron, 's-Hertogenbosch.

Hunger, M. (2015, juni 25). Versneld of vertraagd verharden. Opgeroepen op augustus 2, 2015, van

Betonvereniging: http://www.betonvereniging.nl/images/26/991.pdf

i-Lent. Ruimte voor de Waal. Ruimte voor de Waal, Lent.

NEN. (1990). NEN-EN 1990 art 4.4.1. Delft: Nederlands Normalisatie Instituut.

NEN. (1992). Eurocode NEN-EN 1992-1-1: EC2. Delft: Nederlands Normalisatie Instituut.

NEN. (1992). NEN-EN 1992-1-1 art. 4.4.1 . Delft: Nederlands Normalisatie Instituut.

NEN. (2008). NEN-EN 206-1: Beton - Deel 1: Specificatie, eigenschappen, vervaardigingen en

conformiteit. Delft: Nederlands Normalisatie-instituut.

NEN. (2014). NEN 8005. Delft: NEN Uitgeverij.

NEN. (2014). NEN-EN 206:2014. Delft: NEN Uitgeverij.

Overzichtsfoto Rubis Terminal. Voortgang intra-project Rubis Terminal RT-2 fase 1. Dura Vermeer ,

Rotterdam.

Reuver, A. d. 1.0 m3 betonmortel. 1-150104004AF-15s3h65-260B1650-ABAHHCH.

Betonmortelbedrijven Cementbouw, Huissen.

Rijkswaterstaat. (2012). DuboCalc. Utrecht, Utrecht, Nederland.

Rijkswaterstaat. (2014, Maart 10). Economisch Meest Voordelige Inschrijving (EMVI). Opgeroepen op

April 16, 2015, van rijkswaterstaat:

http://www.rijkswaterstaat.nl/zakelijk/zakendoen_met_rws/inkoopbeleid/aanbesteden/emvi/

RWS. (2011). Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken 1.2. RWS Dienst Infrastructuur.

Van der Weij, E., & Van Eldik, J. (2015). Is een emissie van 100 kg CO2/m³ beton haalbaar?

BETONIEK, 29-30.

van Lieshout, M., Bergsma, G., & Bijleveld, M. (2013). Milieu-impact van betongebruik in de

Nederlandse bouw. Delft: CE Delft.

25

van Lieshout, M., Warringa, G., & Bergsma, G. (2013). Prioritering handelingsperspectieven

verduurzaming betonketen. Delft: CE Delft.

van Wolfswinkel, T., & Köhne, H. (2013). CUR-Aanbeveling 100:2013. Boxtel: Aeneas Media.

Vastbinder, M., & Termeer, G. (2014). Handboek CO2-Prestatieladder 2.2. Utrecht: Stichting

Klimaatvriendelijk Aanbesteden & Ondernemen.

VOBN. (2014). Resultaten keurmerk Beton Bewust. Veenendaal: VOBN.

VOBN. (2015, maart 20). Betonmortel en CO2-emissie. Opgeroepen op april 20, 2015, van VOBN-

beton: http://www.vobn-beton.nl/keurmerk-beton-bewust/duurzaam-bouwen-met-beton/beton-

en-co2-emissie

VOBN. (2015, maart 3). Keurmerk Beton Bewust. Opgeroepen op april 20, 2015, van VOBN-beton:

http://www.vobn-beton.nl/keurmerk-beton-bewust/keurmerk-beton-bewust

26

Bijlagen

27

Bijlage A – Tabel Cementbouw CO2-emissies en samenstelling beton project

Ruimte voor de Waal

Mengselcode Sterkte-

klasse

Water /

cement-

factor

Consi-

stentie-

klasse

Korrel-

groep

Milieuklasse CEM III/B

45,5 LH

HS

CEM I

52,5 R

CEM I

52,5 R

wit

Vliegas Glenium

Sky 696

Pozzolith

380 R

CB 02 K Dmax

32 mm

Dmax

16 mm

hoeveel-

heid

beton

CO2-

uitstoot

Betonconstructie

[mm] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [m3] [kg/m3]

i-Lent20-32 C30/37 0,50 S3 32 XC4/XD2/XF3 335 100% 2073 129 poer Citadelbrug / poer Promenadebrug

i-Lent30-Z2 C35/45 0,45 RZ160 32 XC4/XD3/XF4 335 40 0,36% 100% 7043 165 Harde Kade

i-Lent30-42 C35/45 0,45 F4 32 XC4/XD3/XF4 335 40 0,45% 100% 1179 165 Harde Kade

i-Lent80-32 C30/37 0,45 S3 32 XC4/XD3/XF4 368 0,35% 100% 2195 141 pijler deel 1 Verlengde Waalbrug

i-Lent90-42 C45/55 0,45 F4 32 XC4/XD3/XF4 283 107 0,39% 0,10% 100% 1382 220 langswanden Verl. Waalbrug / dwarsbalk Verl. Waalbrug

i-Lent90-Z4 C45/55 0,45 RZ160 32 XC4/XD3/XF4 283 107 0,39% 0,10% 100% 4014 220 langswanden Verl. Waalbrug / dwarsbalk Verl. Waalbrug

i-Lent120-32 C30/37 0,50 S3 32 XC4/XD2/XF3 345 50 0,33% 100% 1087 128 poer Promenadebrug

i-Lent132-4C6 C45/55 0,45 F4 16 XC4/XD3/XF4 322 59 59 0,30% 0,20% 100% 1194 229 pijler deel 2 Verlengde Waalbrug

i-Lent141-3C6 C45/55 0,45 S2 50% 16 XC4/XD3/XF4 300 55 55 0,40% 0,60% 50% 50% 4353 214 dek Promenadebrug/ dek Verlengde Waalbrug

i-Lent142-3C6 C45/55 0,45 S3 16 XC4/XD3/XF4 306 57 57 0,40% 0,60% 100% 1059 220 dek Verlengde Waalbrug

Totaal 25577 183

CO2-EMISSIES EN SAMENSTELLING BETON PROJECT RUIMTE VOOR DE WAAL VOLGENS CIJFERS CEMENTBOUW

29

8. Addendum Vanwege het feit dat de scriptie ‘Een concrete blik op de CO2-uitstoot van civiele betonwerken’ in

eerste instantie onvoldoende is gebleken op het gebied van technische diepgang, zijn aanvullende

berekeningen gemaakt om deze diepgang alsnog in het afstudeeronderzoek te krijgen. Deze

berekeningen zijn uitgewerkt in de komende hoofdstukken .

Inleiding 8.1

In dit plan wordt de scheurvorming van de betonnen constructie L-wand berekend, waarna een

betonmengselberekening kan worden uitgevoerd. Deze scheurwijdteberekening en het ontwerp van

het betonmengsel worden uiteindelijk in een computersimulatieprogramma gemodelleerd, waarmee de

verhardingsbeheersing kan worden uitgevoerd. Hierin komen zowel de werkelijke scheurvorming, als

sterkte- en temperatuurontwikkeling en eventuele temperatuurbeheersing (isolatie, koelleiding) naar

voren.

30

Scheurvorming 8.2

Een zeer bepalende factor in de duurzaamheid en levensduur van een betonconstructie, is de manier

waarop de constructie reageert op temperatuur- en krimpvervormingen. Deze vervormingen kunnen er

voor zorgen dat er scheuren in het betonoppervlak ontstaan. Scheuren in het betonoppervlak zijn niet

direct een reden voor ongerustheid. Wanneer wapeningstaal is aangebracht in de betonconstructie

neemt het staal de trekkrachten in de scheuren over van het beton, waardoor de constructie zijn

stabiliteit behoudt. Echter, wanneer de scheurwijdte in het betonoppervlak te groot wordt, beschermt

de betondekking het wapeningstaal niet meer tegen corrosie. Corrosie ontstaat wanneer het

chloridegehalte in het beton overschreden wordt of wanneer de PH-waarde verlaagt als gevolg van

carbonatatie. Het is dus van groot belang dat de scheurwijdte in de betonconstructie beheerst wordt

en de sterkte van het wapeningstaal gegarandeerd kan blijven.

8.2.1 Inleiding

Beton heeft de eigenschap dat het een hoge druksterkte heeft. Dit in tegenstelling tot de treksterkte

van beton, die juist erg laag is. Op het moment dat trekkrachten in een betonconstructie ontstaan,

wordt het beton ‘opgerekt’. Wanneer deze trekkrachten de treksterkte van het beton overschrijden,

ontstaan er scheuren in de trekzone van de constructie. Onderstaand Figuur 8.1 geeft dit fenomeen

duidelijk weer. Op de verticale as is de trekkracht in het beton uitgezet tegenover de rek (=verlenging)

van het beton.

Figuur 8.1 Kracht-vervormingsrelatie van een gewapend-betonnen trekstaaf (Breugel, 1998)

De krachtvervormingsrelatie van een gewapend-betonnen trekstaaf bestaat uit drie fasen.

Fase I. Ongescheurde trekstaaf: In deze fase is er wel sprake van trekkracht in het beton,

maar nog geen sprake van scheurvorming. Betontreksterkte N;cr is namelijk

groter dan aanwezige trekkracht N. Deze fase loopt van de oorsprong van de

grafiek, tot het punt dat wordt bepaald door trekkracht N=N;cr en breukrek Ɛ;cr.

Zolang N<N;cr blijft, reageert de trekstaaf lineair-elastisch.

Fase II. Scheurvormingsfase: In deze fase is de aanwezige trekkracht N groter dan de

betontreksterkte N;cr, oftewel, het beton kan de trekkrachten niet meer opvangen,

gaat scheuren en laat de trekkrachten opvangen door het aanwezige

wapeningstaal. De scheurvormingsfase begint waar breukrek Ɛ;cr bereikt wordt en

N>N;cr. Deze eerste scheur ontstaat waar het beton de laagste treksterkte heeft.

31

Hierdoor wordt de rekstijfheid E;c A;c van de trekstaaf af. Aangezien de

vervorming is opgelegd en ook na scheuren constant blijft, neemt de staafkracht

na scheuren weer af tot N<N;cr. In het geval dat de opgelegde vervorming verder

toeneemt, en hiermee ook de bijbehorende trekkracht, zal op het moment dat

N>N;cr een tweede scheur ontstaan op de op één na zwakste plek van de

scheurzone. Dit proces blijft bij doorgaan zolang er grotere trekkrachten ontstaan

dan de laatste scheur kan opnemen.

Fase III. Voltooid scheurenpatroon: In deze fase ontstaan, bij een oplopende trekkracht,

geen nieuwe scheuren meer in het beton. Het aantal scheuren blijft dus constant,

maar ook de gemiddelde afstand tussen de scheuren blijft gelijk. Op dit moment

loopt de staalspanning Ɛ;s in de bestaande scheuren op. Hiermee neemt ook de

scheurwijdte van deze scheuren toe. De staalspanning in de scheuren zal blijven

toenemen tot de vloeispanning van het wapeningstaal Ɛ;sy bereikt is.

Er zijn twee situaties waardoor scheurvorming kan ontstaan: door een uitwendige belasting of door

een verhinderde opgelegde vervorming. Bij een uitwendige belasting is sprake van een voltooid

scheurenpatroon. In dit geval liggen de scheuren op regelmatige afstand van elkaar. Bij een

verhinderde opgelegde vervorming is er meestal sprake van een onregelmatig scheurenpatroon en

bevinden de scheuren zich soms op grote afstand van elkaar. In deze situatie spreekt men van een

onvoltooid scheurenpatroon.

8.2.2 Randvoorwaarden en uitgangspunten

De randvoorwaarden en uitgangspunten waarmee in de berekening van de scheurwijdte rekening

gehouden dient te worden, zijn hieronder uiteengezet.

De berekeningen zullen uitgevoerd worden conform het dictaat “Betonconstructies onder

Temperatuur- en Krimpvervormingen – Theorie en Praktijk” van prof. dr. ir. K. van Breugel.

De L-wand is een constructie waarbij eerst een vloer gestort wordt. Wanneer deze de gewenste

sterkte heeft wordt er een verticale wand op gestort. In onderstaande Figuur 8.2 is de uitgeharde vloer

aangegeven met een blauwe markering en de nieuw te storten wand met een grijze markering.

Figuur 8.2 Dwarsdoorsnede L-wand

In dit rapport wordt de scheurwijdte in het beton van de wand berekend. De situatie is dus zo dat er

vers beton aan uitgehard beton wordt gekoppeld. Tijdens het verhardingsproces van jong beton wordt

er veel meer warmte in het beton geproduceerd dan in dezelfde periode kan worden afgestaan. Deze

warmte zorgt er voor dat het beton onder druk komt te staan en gaat uitzetten. Wanneer het grootste

deel van de betonsterkte bereikt is, koelt de constructie af en krimpt deze. Echter, de wand is gestort

32

op een starre (verharde) vloer, waardoor de constructie tegengehouden wordt en krimpen niet

mogelijk is. In dit geval is er sprake van verhinderde vervorming. Onderstaande Figuur 8.3 geeft dit

duidelijk weer.

Figuur 8.3 Wand gestort op starre ondergrond (Breugel, 1998)

In bovenstaande figuur is de situatie te zien die zich ook bij de L-wand voordoet. De starre ondergrond

is de oude betonvloer met daarop de jonge betonnen wand. Aan drie zijden kan de wand vrij

vervormen, oftewel de krimp van het afkoelende beton kan vrij zijn gang gaan. De onderzijde van de

wand, waar deze hecht aan de vloer, wordt echter tegengehouden door de vloer waardoor er sprake

is van verhinderde opgelegde vervorming. Bij een verhinderde vervorming is er sprake van een

onvoltooid scheurenpatroon, wat bij het berekenen van de scheurwijdte van belang is voor de keuze

van de toe te passen formule volgens (Breugel, 1998).

Zowel in de tijdelijke situatie als in de definitieve situatie krijgt de L-wand te maken met dooizouten.

Daarnaast bevindt de wand zich in de tijdelijke fase (bouwfase) in de sprayzone en nevelzone naast

de weg, en wordt dus hieraan blootgesteld. Om de betonkwaliteit blijvend te kunnen garanderen, dient

de wand minimaal te voldoen aan de milieuklasse XC2 / XC4, XF1 / XF3, XD3 / XF4.

Om de minimale dekking te kunnen bepalen dient de constructieklasse te worden vastgesteld: Basis

S4 + 2 (100 jaar) – 1 (plaatgeometrie) = S5 = Constructieklasse S5 (NEN, 1990).

De minimaal te hanteren dekking wordt bepaald volgens NEN-EN 1992-1-1 art. 4.4.1 (NEN, 1992).

C;nom = c;min + Δc;dev

Voor de wand geldt (bij minimale milieuklasse XD3):

C;min = 45 mm

Δc;dev = 5 mm

C;nom = 45 + 5 = 50 mm.

De dekking C,toegepast is dan ook 50 mm.

De aanwezige hoeveelheid wapening A;s is 3141 mm²/m (Ø20-100), conform Ontwerpnota – VO –

Object 1.1.1.4 – L-wand (Fase II).

De aanbevolen minimale sterkteklasse volgens Tabel F.1 in NEN-EN 206-1:2001 bij milieuklasse XD3

is C35/45. Deze waarde wordt dan ook in de scheurwijdteberekening toegepast. De bijbehorende E-

modulus is 34.000 N/mm² en uitzettingscoëfficiënt is 10*10^6 / °C. De E-modulus van het

wapeningstaal B500B is 200.000 N/mm².

33

De warmte die ontstaat door de sterkteontwikkeling zal waarschijnlijk onderin de wand, waar deze het

dikst is, dusdanig hoog oplopen dat met redelijke zekerheid kan worden gesteld dat de wand hierdoor

gaat scheuren.

Uitdrogingskrimp is een zeer traag optredend proces. Doordat de wand dik is en in de vochtige

buitenlucht staat kan worden aangenomen dat de spanningen door uitdrogingskrimp weer zullen

relaxeren (Breugel, 1998). In combinatie met uitwendige belastingen mag een totaal

temperatuurverschil worden aangehouden van 17°C (RWS, 2011).

Het totale systeem van de bekleding en de voegen van de L-wand dient functioneel waterkerend te

zijn om dienst te kunnen doen als primaire waterkering Voor scheurvorming, met een

waterdichtheidsklasse 0, geldt de eis dat scheurwijdte w;max ≤ 0,3 mm conform tabel 7.1N van NEN-

EN 1992-1-1 (NEN, 1992).

8.2.3 Berekening

De gegevens die in de berekening worden toegepast uit de hierboven genoemde uitgangspunten zijn

hier onder elkaar uitgezet.

Dikte beton h = 1100 mm

Betondekking c = 50 mm

Sterkteklasse = C35/45

Milieuklasse = XC2 / XC4, XF1 / XF3, XD3 / XF4

Scheurwijdte-eis w;max ≤ 0,3 mm

Wapeningstaal = B500B

Hoeveelheid wapening A;s = 3141 mm²/m (Ø20-100)

E-modulus beton E;c = 34000 N/mm²

E-modulus staal E;s = 200000 N/mm²

Uitzettingscoëfficiënt α;c = 10*10^-6 / °C

Temperatuurbelasting ΔT = 17 °C

Opgelegde vervorming = onvoltooid scheurenpatroon

Om de krachten die het beton op kan nemen te berekenen dienen de gemiddelde treksterkte f;ctm

[N/mm²] en de gemiddelde kubusdruksterkte f;ccm [N/mm²] aan de hand van de karakteristieke

kubusdruksterkte f;cck [N/mm²] berekend te worden.

De gemiddelde kubusdruksterkte wordt berekend door bij de karakteristieke kubusdruksterkte een

vaste waarde van 8 N/mm² op te tellen.

Karakteristieke kubusdruksterkte f;cck bij sterkteklasse C35/45 = f;cck = 45 N/mm²

Gemiddelde kubusdruksterkte f;ccm = f;cck + 8 = 45 + 8 = 53 N/mm²

Gemiddelde treksterkte f;ctm = 1 + 0,05 * f;ccm = 1 + 0,05 * 53 = 3,65 N/mm²

Scheurvorming treedt op wanneer de betonspanning σ;cr [N/mm²] gelijk is aan 0,75 * f;ctm (t) op het

tijdstip van scheuren.

Scheurvorming treedt op bij σ;cr = 0,75 * f;ctm = 0,75 * 3,65 = 2,74 N/mm²

Het scheurmoment M;cr [kNm/m] wordt bepaald door spanning waarbij beton scheurt σ;cr [N/mm²] te

vermenigvuldigen met het weerstandsmoment W in de betondoorsnede.

34

Het weerstandsmoment W [mm³] wordt berekend met de breedte b [mm] en de hoogte h [mm] van de

betondoorsnede.

Weerstandsmoment W = 1/6 * b * h² = 1/6 * 1000 * 1100² = 202*10^6 mm³

Scheurmoment M;cr = σ;cr * W = 2,74 * 202*10^6 = 553 kNm/m

De staalspanning die direct na scheuren in de scheur aanwezig is σ;s,cr [N/mm²], wordt berekend aan

de hand van het scheurmoment M;cr [kNm/m] en de hoeveelheid wapening A;s [mm²/m] maal de

hefboomsarm z [mm].

De hoeveelheid aanwezige wapening A;s is 3141 mm²/m (Ø20-100).

De hefboomsarm z wordt berekend door de nuttige hoogte d [mm] te vermenigvuldigen met 0,9.

Nuttige hoogte d [mm] is de hoogte h [mm] waar de dekking c [mm], doorsnede hoofdwapening Ø;hw

[mm] en de helft van doorsnede langswapening Ø;lw [mm] vanaf getrokken worden.

Nuttige hoogte d = h – c – Ø;hw – 0,5 * Ø;lw = 1100 – 50 – 25 – 10 = 1015 mm

Hefboomsarm z = 0,9 * d = 0,9 * 1015 = 913 mm

Staalspanning scheur σ;s,cr = M;cr / ( A;s * z ) = 553*10^6 ( 3141 * 913 ) = 193 N/mm²

Om te controleren of er inderdaad sprake is van een onvoltooid scheurenpatroon, moet bekeken

worden of de totaal opgelegde rek (verkorting) Ɛ;optr in het gebied op de grafiek ligt tussen de rek

waarbij de eerste scheur ontstaat Ɛ;cr en de rek waarbij het voltooide scheurenpatroon bereikt wordt

Ɛ;fdc.

Figuur 8.4 Kracht-vervormingsrelatie van een gewapend-betonnen trekstaaf (Breugel, 1998)

35

De rek waarbij de eerste scheur ontstaat Ɛ;cr wordt berekend met de gemiddelde treksterkte f;ctm

[N/mm²] en de E-modulus van beton E;c [N/mm²].

Gemiddelde treksterkte f;ctm = 3,65 N/mm²

Elasticiteitsmodulus beton E;c = 34000 N/mm²

Rek ontstaan eerste scheur Ɛ;cr = f;ctm / E;c = 3,65 / 34000 = 1,07*10^-4

De rek waarbij het voltooide scheurenpatroon wordt bereikt Ɛ;fdc wordt berekend met de

staalspanning in de scheur σ;s,cr [N/mm²].

Staalspanning scheur σ;s,cr = 193 N/mm²

Rek bij voltooid scheurenpatroon Ɛ;fdc = (60 + 2,4 * σ;s,cr) * 10^-6 = 523 * 10^-6

Nu moet de totaal opgelegde verkorting door temperatuur en krimp Ɛ;optr van de wand berekend

worden. Dit gebeurt met de temperatuurbelasting ΔT [°C], uitzettingscoëfficiënt α;c [°C^-1] en de rek

waarbij de eerste scheur ontstaat Ɛ;cr.



Rek ontstaan eerste scheur Ɛ;cr = 1,07*10^-4

Totaal opgelegde verkorting Ɛ;optr = ΔT * α;c + Ɛ;cr = 17 * 10*10^-6 + 1,07*10^-4

= 277 * 10^-6

Als de totaal opgelegde verkorting Ɛ;optr groter is dan de rek waarbij de eerste scheur ontstaat Ɛ;cr en

kleiner dan de rek waarbij het voltooid scheurenpatroon bereikt wordt Ɛ;fdc, bevindt het totale proces

waarbinnen de scheurvorming plaats vindt zich in het onvoltooid scheurpatroon: Ɛ;cr ≤ Ɛ;optr ≥ Ɛ;fdc.

Ɛ;cr = 1,07*10^-4 ≤ Ɛ;optr = 277 * 10^-6 ≥ Ɛ;fdc = 523 * 10^-6 à onvoltooid scheurenpatroon

De gemiddelde scheurwijdte in een onvoltooid scheurenpatroon w;mo als functie van de

staalspanning σ;s,cr [N/mm²] en betonspanning σ;cr [N/mm²] (beiden direct na scheuren) wordt

bepaald aan de hand van de gemiddelde kubusdrukstertke f;ccm [N/mm²], de staafdiameter Ø [mm],

de elasticiteitsmodulus van de wapening E;s [N/mm²] en de verhouding E-moduli n [-].

Gemiddelde kubusdruksterkte f;ccm = 53 N/mm²

Staafdiameter Ø;s = 20

Elasticiteitsmodulus wapening E;s = 200000 N/mm²

Verhouding E-moduli n = E;s / E;c = 200000 / 34000 = 5,88


Betonspanning scheuren σ;cr = 2,74 N/mm²

Gemiddelde scheurwijdte onvoltooid w;mo = 2 * ( ( (0,4 * Ø;s) / (f;ccm * E;s) ) * σ;s,cr * (σ;s,cr – n

* σ;cr))^0,85

= 2 * ( ( (0,4 * 20) / (53 * 200000) ) * 193 * (193 – 5,88

* 2,74))^0,85 = w;mo = 0,089 mm

36

De gemiddelde scheurwijdte in een onvoltooid scheurenpatroon w;mo mag niet groter zijn dan de

maximaal toelaatbare scheurwijdte w;max, oftewel, de constructie voldoet op dit punt wanneer w;mo ≤

w;max.

w;mo = 0,089 mm ≤ w;max = 0,30 mm à scheurwijdte voldoet in onvoltooid scheurenpatroon.

De gemiddelde scheurwijdte dient echter ook gecontroleerd te worden in het voltooide

scheurenpatroon w;mv. Dit gebeurt aan de hand van optredende spreiding ɣ;s en langeduurbelasting

ɣ;∞.

Optredende spreiding voltooid ɣ;s = 1,7

Langeduurbelasting ɣ;∞ = 1,3

Maximale scheurwijdte w;max = 0,30 mm

Gemiddelde scheurwijdte voltooid w;mv = w;max / (ɣ;s * ɣ;∞) = 0,30 * (1,7 * 1,3) = 0,136 mm

Ook in een voltooid scheurenpatroon mag de gemiddelde scheurwijdte w;mv mag niet groter zijn dan

de maximaal toelaatbare scheurwijdte w;max: w;mv ≤ w;max.

w;mv = 0,136 mm ≤ w;max = 0,30 mm à scheurwijdte voldoet in voltooid scheurenpatroon.

De scheurwijdte voldoet dus met deze wapening en sterkteklasse. Nu dient echter ook gecontroleerd

te worden of de staalspanning in de scheuren σ;s,cr [N/mm²] voldoet aan de te berekenen maximaal

toelaatbare staalspanning σ;s [N/mm²].


Gemiddelde scheurwijdte onvoltooid w;mo = 0,089 mm

Gemiddelde scheurwijdte voltooid w;mv = 0,136 mm

Toelaatbare spanning σ;s = σ;s,cr * ( (w;mv / (1,8 * w;mo) ) + 0,5 )

= 193 * ( (0,136 / (1,8 * 0,089) ) + 0,5 )

= 260 N/mm²

Hier komt dan nog de spanning door opgelegde vervormingen Δσ als temperatuurbelasting ΔT [°C],

uitzettingscoëfficiënt α;c [°C^-1] en de E-modulus van staal E;s [N/mm²] bij.



E-modulus staal E;s = 200000 N/mm²

Spanning opgelegde vervormingen Δσ = α;c * ΔT * E;s = 10*10^-6 * 17 * 200000 = 34 N/mm²

Deze spanning zit in de toelaatbare spanning σ;s, dus om de staalspanning in de scheur te

controleren, dient de staalspanning door opgelegde vervormingen Δσ van de toelaatbare

staalspanning σ;s afgetrokken te worden.

Toelaatbare spanning σ;s = 260 N/mm²

Spanning opgelegde vervormingen Δσ = 36 N/mm²

Maximaal toelaatbare staalspanning σ;toelaatbaar = σ;s – Δσ = 260 – 34 = 226 N/mm²

37

Controle of de staalspanning in de scheuren σ;s,cr [N/mm²] voldoet aan de maximaal toelaatbare

staalspanning σ;toelaatbaar [N/mm²]: σ;s,cr ≤ σ;toelaatbaar

σ;s,cr = 193 N/mm² ≤ σ;toelaatbaar = 226 N/mm² à staalspanning in scheur voldoet aan maximaal

toelaatbare staalspanning.

8.2.4 Resumé

Hieronder in het resumé zijn de uitkomsten van de belangrijkste bovenstaande berekeningen terug te

vinden.

Scheurvorming treedt op bij σ;cr = 2,74 N/mm²

Scheurmoment M;cr = 553 kNm/m

Staalspanning scheur direct na scheuren σ;s,cr = 193 N/mm²

Rek ontstaan eerste scheur Ɛ;cr = 1,07*10^-4

Rek bij voltooid scheurenpatroon Ɛ;fdc = 523 * 10^-6

Totaal opgelegde verkorting Ɛ;optr = 277 * 10^-6

è Onvoltooid scheurenpatroon

Gemiddelde scheurwijdte onvoltooid w;mo = 0,089 mm

Check aan maximale scheurwijdte w;max = 0,30 mm ≥ w;mo = 0,089 mm

è scheurwijdte voldoet in onvoltooid scheurenpatroon.

Gemiddelde scheurwijdte voltooid w;mv = 0,136 mm

Check aan maximale scheurwijdte w;max = 0,30 mm ≥ w;mv = 0,136 mm

è scheurwijdte voldoet in voltooid scheurenpatroon.

Maximaal toelaatbare staalspanning σ;toelaatbaar = 226 N/mm²

Check aan werkelijke staalspanning σ;s,cr = 193 N/mm² ≤ σ;toelaatbaar = 226 N/mm²

è staalspanning in scheur voldoet aan maximaal toelaatbare staalspanning.

De betonsterkte C35/45 en hoeveelheid wapening 3141 mm²/m (Ø20-100) geven een constructie die

voldoet aan de maximale scheurwijdte en maximaal toelaatbare staalspanning.

38

Mengselberekening 8.3

Een betonmengsel moet ten minste voldoen aan de volgende vijf basiseisen: druksterkteklasse,

milieuklasse(n), consistentieklasse, grootste korrelafmeting en de klasse voor chloridegehalte. Om

hier aan te voldoen wordt mengselberekening gemaakt.

8.3.1 Inleiding

In de mengselberekeningen worden alle benodigde ingrediënten bepaald op basis van de gestelde

randvoorwaarden en uitgangspunten. Beton wordt in normen ingedeeld in drie verschillende klassen:

- Milieuklassen: op basis van mogelijke aantastingsmechanismen bij verschillende

omgevingsomstandigheden volgen hieruit randvoorwaarden voor de betonsamenstelling.

- Sterkteklassen: hieruit kiest de ontwerper de betonsterkte die voor de betreffende

betonconstructie nodig is en berekent daarmee de verdere dimensionering.

- Consistentieklassen: hier wordt de verwerkbaarheid van betonspecie in verschillende

gebieden opgedeeld.

In de berekening wordt gerekend met betondruksterktes en normsterktes van toegepaste cementen.

Daarnaast wordt op basis van verschillende voorwaarden de watercementfactor berekend. Verder

dient de waterbehoefte en het cement-/bindmiddelgehalte berekend te worden. Uiteindelijk wordt de

dosering van alle ingrediënten bepaald en dient er een controleberekening uitgevoerd te worden op

duurzaamheid. Hier komt de ASR (alcali-silicareactie), chlorideindringing en carbonatatie naar voren.

De mengselberekening is gemaakt op basis van het dictaat Basiskennis Betontechnologie,

samengesteld door de Betonvereniging (De Betonvereniging, 2012).


De eisen waaraan elk betonmengsel moet voldoen zijn vastgelegd in de norm NEN-EN 206-1 en NEN

8005.

Zoals de scheurwijdteberekening heeft laten zien moet het mengsel een sterkteklasse van C35/45

hebben. Zowel in de tijdelijke situatie als in de definitieve situatie krijgt de L-wand te maken met

dooizouten. Daarnaast bevindt de wand zich in de tijdelijke fase (bouwfase) in de sprayzone en

nevelzone naast de weg, en wordt dus hieraan blootgesteld. Om de betonkwaliteit blijvend te kunnen

garanderen, dient de wand minimaal te voldoen aan de milieuklasse XC4, XD3, XF4.

Het beton moet een honderdjarige levensduur garanderen, waarin het blijvend aan de bij realisatie

gestelde eisen voldoet.

De wand wordt gestort met een betonpomp en vervolgens verdicht met de op de stalen bekisting

aanwezige trilmotoren. Om te zorgen dat de betonspecie verpompbaar blijft en het feit dat de specie

onderin de wand, waar deze een dikte heeft van 1200 mm, moeilijker te trillen is vanaf de bekisting,

zal het betonmengsel een consistentieklasse S3 moeten hebben.

NEN-EN 206-1:2001 schrijft voor dat beton waarin niet-voorgespannen wapening aanwezig is een

chlorideklasse Cl 0,40 moet hebben. Het bijbehorende maximaal chloridegehalte is 0,40% (m/m)

Om een zo laag mogelijke waterbehoefte te krijgen moet er voor de grofste korrelgroep gekozen

worden. Daarbij mag de korrelafmeting niet groter zijn dan de in paragraaf 5.4.4 in NEN 8005 gegeven

voorwaarden. Uitgaande van deze voorwaarden is D32 de grootste korrelafmeting. De meest gunstige

toe te passen korrelgroep wordt dan grind 4/32. De korrelverdeling wordt berekend in ontwerpgebied I,

waarin de meest gunstige waterbehoefte verkregen kan worden.

Het minimale cementgehalte (bindmiddel) bij een betonsterkteklasse C35/45 en milieuklasse

XC4/XD3/XF4 conform Tabel F.1 in NEN-EN 206-1:2001 is 340 kg/m³ betonspecie. Daarnaast wordt

er door de opdrachtgever een minimum slakgehalte van 50% verplicht. Dit houdt in dat minimaal 50%

van het totale cementgehalte moet bestaan uit hoogovenslakcement, oftewel CEM III. In het kader van

minimalisering van de CO2-uitstoot zal een zo groot mogelijk percentage van het bindmiddel uit CEM

39

III dienen te bestaan. De L-wand is echter een constructie waarbij productiesnelheid ook belangrijk is.

Iedere week dient er één moot van de L-wand gerealiseerd te worden. Wanneer in een betonmengsel

enkel CEM III aanwezig is, komt de reactie van de hoogovenslak met water langzaam op gang,

waardoor de verharding van het beton ook langzaam op gang komt. Een hoeveelheid

portlandcementklinker (CEM I) kan als activator voor de hoogovenslak worden gebruikt. CEM I brengt

de reactie tussen het bindmiddel en water namelijk dermate sneller in gang, dat de ontwerpsterkte wel

binnen het tijdsbestek van één moot per week gehaald kan worden.

Verder is vanuit de milieuklasse vereist dat de betonconstructie bestand moet zijn tegen dooizouten.

Hoogovenslak is hier minder goed tegen bestand dan portlandcementklinker. Wanneer deze twee

cementen gecombineerd worden, is de constructie goed bestand tegen de betreffende dooizouten.

Een beschikbare cementcombinatie van CEM III en CEM I dat voor deze eisen in aanmerking komt:

CEM III/B 42,5 LH HS à 335 kg/m³

CEM I 52,5 R à 40 kg/m³

Met deze cementen zal de mengselberekening gemaakt worden. De chemische reactie voor de

sterkteontwikkeling wordt snel in gang gebracht door de kleine hoeveelheid CEM I en vervolgens

doorgezet door CEM III.

De maximale watercementfactor bij een betonsterkteklasse C35/45 en milieuklasse XC4/XD3/XF4

conform Tabel F.1 in NEN-EN 206-1:2001 is 0,45.

8.3.3 Berekening

De gegevens die in de berekening worden toegepast uit de hierboven genoemde uitgangspunten zijn

hier onder elkaar uitgezet.

Betonsterkteklasse = C35/45

Milieuklasse = XC4 / XD3 / XF4

Consistentieklasse = S3

Chlorideklasse Cl = 0,40

Maximaal chloridegehalte = 0,40% (m/m)

Minimaal vereiste cementgehalte = 340 kg/m³

Minimaal vereiste slakgehalte = 50% van totale hoeveelheid cement

Cement = CEM III/B 42,5 LH HS 335 kg/m³

= CEM I 52,5 R 40 kg/m³

Maximale watercementfactor = 0,45

Toeslagmateriaal d/D = 4/32

= Ontwerpgebied I

Berekenen van de benodigde gemiddelde betondruksterkte.

Bij de berekening van het mengselontwerp wordt uitgegaan van een gemiddelde betondruksterkte

f;ccm [N/mm²]. Deze wordt berekend door bij de karakteristieke kubusdruksterkte f;cck [N/mm²] een

vaste waarde van 8 N/mm² op te tellen (NEN, 1992). Er zal gerekend worden met een vroege sterkte,

aangezien er drie nachten na de stort ontkist moet worden om aan de eis van één moot per week

realiseren te voldoen. De karakteristieke kubusdruksterkte f;cck [N/mm²] van dit mengsel is na drie

dagen 18 N/mm² (NEN, 2014). Daar komt vervolgens nog de vaste waarde van 8 N/mm² bovenop.

Karakteristieke kubusdruksterkte na 3 dagen f;cck = 18 N/mm²

Gemiddelde kubusdruksterkte na 3 dagen f;ccm = f;cck + 8 = 18 + 8 = 26 N/mm²

Bepaling van de normsterkte van het toegepaste cement

Voor de normsterkte N [N/mm²] zal ook met een vroege sterkte van drie dagen gerekend worden. Bij

een cementmengsel, waar in dit geval sprake van is, mag de normsterkte van het mengsel worden

40

berekend naar rato van het aandeel van beide cementen in het mengsel (De Betonvereniging, 2012).

Om te beginnen zal dus eerst de verhouding tussen beide cementsoorten berekend moeten worden.

CEM III/B 42,5 LH HS = 335 kg/m³

CEM I 52,5 R = 40 kg/m³

Totale hoeveelheid cementmengsel = 375 kg/m³

Percentage CEM III/B 42,5 LH HS = CEM III / totaal * 100% = 335 / 375 * 100% = 89%

Percentage CEM I 52,5 R = CEM I / totaal * 100% = 40 / 375 * 100% = 11%

Nu kan de normsterkte N [N/mm²] van het cementmengsel berekend worden. Conform Tabel 6.2 van

dictaat Basiskennis Betontechnologie is de normsterkte N [N/mm²] van CEM III/B 42,5 LH HS na drie

dagen 25 N/mm². CEM I 52,5 R heeft conform deze tabel na drie dagen een normsterkte van 44

N/mm². De normsterkte N (N/mm²) wordt vervolgens berekend aan de hand van de verhouding van

aanwezigheid van het cement in het mengsel.

Normsterkte CEM III/B 42,5 LH HS N (3d) = 25 N/mm² 89%

Normsterkte CEM I 52,5 R N (3d) = 44 N/mm² 11%

Normsterkte cementmengsel N (3d) = 25 * 0,89 + 44 * 0,11 = 27 N/mm²

Berekenen van de ontwerp watercement-factor

De watercement-factor (w/c-factor) kan op twee manieren berekend worden. Dit aan de hand van de

benodigde gemiddelde sterkte en op basis van duurzaamheid, ofwel de gestelde milieuklasse. Met de

laagste van de twee w/c-factoren moet in het mengsel worden doorgerekend.

In eerste instantie wordt de ontwerp w/c-factor aan de hand van de betonsterkte berekend. Dit

gebeurt met de gemiddelde kubusdruksterkte f,ccm [N/mm²] na drie dagen en de normsterkte N

[N/mm²] van het cementmengsel.

Gemiddelde kubusdruksterkte f;ccm (3d) = 26 N/mm²

Normsterkte cementmengsel N (3d) = 27 N/mm²

Ontwerp w/c-factor (betonsterkte) = 25 / (f;ccm(3d) – 0,8 * N(3d) + 45)

= 25 / (26 – 0,8 * 27 + 45)

= 0,51

Nu de ontwerp w/c-factor op basis van betonsterkte bekend is, zal bekeken moeten worden wat de

ontwerp w/c-factor moet zijn aan de duurzaamheidseisen te voldoen. Dit volgt uit de gestelde

milieuklassen. De maximale w/c-factor bij een betonsterkteklasse C35/45 en milieuklasse

XC4/XD3/XF4 conform Tabel F.1 in NEN-EN 206-1:2001 is gesteld op 0,45. Voor het berekenen van

de betonsamenstelling wordt de rekenwaarde voor de milieuklasse met een veiligheidsmarge 0,02

verlaagd.

Ontwerp w/c-factor (duurzaamheid) = 0,45 – 0,02 = 0,43

De laagste waarde van de berekende w/c-factor volgens de betonsterkte en duurzaamheid is leidend

voor de berekening van het betonmengsel.

w/c-factor (sterkte) = 0,51 > w/c-factor (duurzaamheid) = 0,43 à ontwerp w/c-factor = 0,43

41

Berekenen van het toeslagmaterialenmengsel

Vanuit de ontwerpeisen en paragraaf 5.4.4 in NEN 8005 is voorgeschreven dat in het betonmengsel

een toeslagmaterialenmengsel van korrelgroep 4/32 verwerkt dient te worden. Dit bestaat enkel uit

grind en is behoort tot het grove toeslagmateriaal. Zand (<4mm) wordt dus niet toegepast. Het

toeslagmaterialenmengsel bestaat zodoende uit 100% grind (4/32).

Toeslagmaterialenmengsel = 100% grind

Bepaling van de waterbehoefte van het beton

Op basis van de consistentieklasse en de maximale korrelgrootte D;max kan bepaald worden hoeveel

water nodig is voor de juiste verwerkbaarheid van beton. Onderstaande Tabel 8-1 geeft de

richtwaarde die bij een bepaalde consistentie, maximale korrelgrootte en ontwerpgebied hoort.

Tabel 8-1 Richtwaarden waterbehoefte in liters per m³ betonspecie (NEN, 2014)

De vereiste consistentieklasse S3 is een plastische consistentie. De grootste korrelafmeting, oftewel

de grootste zeefmaat, is 32 mm en vanwege de duurzaamheid en het niet aanwezige ‘fijne’

toeslagmateriaal dient ontwerpgebied I toegepast te worden. Deze combinatie levert een richtwaarde

voor de waterbehoefte m;water van 175 kg per m³ betonspecie.

Om de waterbehoefte te verlagen wordt gebruik gemaakt van superplastificeerder Glenium Sky 696.

Deze stof reduceert de eigenlijke benodigde hoeveelheid water met 8% (BASF Nederland BV,

Construction Chemicals, 2015).

Richtwaarde waterbehoefte m;water (richtwaarde) = 175 kg / m³ betonspecie

Reductie water superplastificeerder = 8%

Effectieve waterbehoefte m;water = m;water (richtwaarde) * reductie

= 175 * 0,92 = 161 kg /m³ betonspecie

Berekenen cementgehalte uit waterbehoefte en w/c-factor

De w/c-factor wordt berekend door het effectief watergehalte te delen door het cementgehalte. Om het

cementgehalte m;cement [kg/m³] te berekenen zijn dus de w/c-factor en het effectief watergehalte

m;water [kg/m³] nodig.

Ontwerp w/c-factor = 0,43

Effectief watergehalte m;water = 161 kg / m³ betonspecie

Cementgehalte m;cement = m;water / wc-factor

= 161 / 0,43 = 374 kg / m³ betonspecie

Vooraf is een cementmengsel met een hoeveelheid van 375 kg/m³ betonspecie vastgesteld. Dit

voldoet aan het berekende cementgehalte 374 kg/m3 betonspecie, waarmee aan de w/c-factor en het

minimaal vereiste cementgehalte (340 kg/m³) voldaan wordt.

42

Berekenen hoeveelheid toeslagmaterialen

De korrelgrootteverdeling en de hoeveelheid cement en water zijn bekend. In het mengsel is geen

extra ingebrachte lucht aanwezig, dus wordt er gerekend met het standaard percentage lucht in een

mengsel van 2%. In het vervolg wordt het mengsel cement, water en lucht cementlijm genoemd. Het

volume dat over blijft om 1 m³ beton te aan te vullen met toeslagmateriaal (grind) kan nu berekend

worden.

Cementmengsel C = 375 kg à dichtheid = 2950 kg / m³

Water W = 161 kg à dichtheid = 1000 kg / m³

Lucht L = 2%

Hoeveelheid cementlijm Volume = C [m³] + W [m³] + L [m³]

Cementmengsel C = 375 [kg] / 2950 [kg/m³] = 0,127 m³

Water W = 161 [kg] / 1000 [kg/m³] = 0,161 m³

Lucht L = 2% = 0,020 m³

_______

Totaal cementlijm = 0,308 m³

Hoeveelheid toeslagmaterialen 4/32 = 1 m³ beton – cementlijm = 1 – 0,308 = 0,692 m³

Opgave voor mengmeester

In de opgave voor de mengmeester van de betoncentrale worden de hoeveelheden [kg] van de toe te

voegen ingrediënten voor 1 m³ beton berekend. Daarbij moet gelet worden op het feit dat het grind

buiten opgeslagen is, waardoor er sprake is van natte korrels. Voor het gebruikte grind mag uitgegaan

worden van een absorptie van 0,8% (De Betonvereniging, 2012). Dit geabsorbeerde water speelt

geen rol bij de berekening van de w/c-factor. Het aanhangend water van de korrels dient echter wel in

mindering gebracht te worden op de toe te voegen hoeveelheid water.

De dichtheid van grind ρ;grind is 2650 kg/m³ en het vochtgehalte van grind is 2,9% (m/m t.o.v. droog).

Droog grind = hoeveelheid grind * ρ;grind = 0,692 m³ * 2650 kg/m³ = 1834 kg

Totaal water;grind = vochtgehalte grind * droog grind = 0,029 m³ * 1833 kg/m³ = 53 kg

Nat grind = droog grind + totaal water;grind = 1833 kg + 53 kg = 1887 kg

Absorptiewater = absorptie grind * droog grind = 0.008 * 1834 = 15 kg

Nu bekend is hoeveel water via het toeslagmateriaal in het mengsel terecht komt, kan berekend

worden wat de overige hoeveelheid water is die nog toegevoegd moet worden om aan een totaal van

161 kg effectief water te komen.

Toe te voegen water = totaal water – totaal water;grind + absorptiewater

= 161 kg – 53 kg + 15 kg = 123 kg

Doseeropgave voor mengmeester, per m³ betonspecie:

Cement = 375 kg

Water = 123 kg

Nat grind = 1887 kg

Superplastificeerder = te bepalen door mengmeester

43

Controle betonsamenstelling

De berekening van de ingrediënten van het betonmengsel is nu gereed. Vervolgens dient

gecontroleerd te worden of het mengsel aan alle eisen voldoet. Dit dient gedaan te worden over de

volgende punten:

a) Controle minimaal cement-/bindmiddelgehalte

b) Controle op het gehalte aan fijn materiaal (≤0,250 mm)

c) Controle op het chloridegehalte

d) Controle op het alkaligehalte

a) Controle minimaal cement-/bindmiddelgehalte

Het cementgehalte dient getoetst te worden aan het minimaal vereiste cementgehalte voor de

milieuklasse.

Minimaal vereiste cementgehalte = 340 kg/m³

Minimaal vereiste slakgehalte = 50% van totale hoeveelheid cement

Cement = CEM III/B 42,5 LH HS 335 kg/m³

= CEM I 52,5 R 40 kg/m³

Slakgehalte CEM III/B 42,5 LH HS = 67% (HCM Cement, 2015)

Hoeveelheid slak CEM III/B 42,5 LH HS m;slak = 335 kg/m³ * 0,67 = 224 kg/m³

Slakgehalte cementmengsel = m;slak / totaal * 100% = 224 / 375 * 100%

= 60%

De toegepaste hoeveelheid cement is met 375 kg/m³ hoger dan de minimaal vereiste hoeveelheid 340

kg/m³. Daarnaast is het slakgehalte van het cementmengsel 60%, wat ruim voldoet aande minimaal

vereiste 50%.

Het cement voldoet dus aan de gestelde duurzaamheid via de milieuklasse.

b) Controle op het gehalte aan fijn materiaal (≤0,250 mm)

Volgens NEN 8005 dient bij een grootste korrelafmeting D32 in het betonmengsel een minimale

hoeveelheid van 0,115 m³ aan fijn materiaal <0,250 mm aanwezig te zijn. Het toeslagmateriaal 4/32

heeft een minimale grootte van 4 mm. Aan fijne delen <0,250 mm in het mengsel is dus enkel cement

aanwezig.

Volume van 375 kg cement = hoeveelheid cement / ρ;cement = 375 / 2950 = 0,127 m³

Aanwezig fijn materiaal = 0,127 m³ > minimaal vereiste hoeveelheid = 0,115

Het gehalte aan fijn materiaal <0,250 mm voldoet dus aan de gestelde eisen in NEN 8005.

c) Controle op gehalte aan chloriden

Om corrosie van betonstaal te voorkomen, stelt de NEN-EN 206-1 eisen aan het maximale

chloridegehalte van gewapend beton. Het maximum chloridegehalte in gewapend beton is 0,40%

(m/m) ten opzichte van het cementgehalte (NEN, 2008).

Van de materialen zijn de volgende chloridegehaltes bekend:

CEM III/B 42,5 LH SR = 0,03 % m/m Cl^-1

CEM I 52,5 R = 0,05 % m/m Cl^-1

Nat riviergrind = 0,0004 % m/m Cl^-1

Aanmaakwater = 0,011 % m/m Cl^-1

De chloridegehaltes dienen berekend te worden op de droge massa grind (NEN, 2008).

Chloridegehalte CEM III= 335 * 10^3 * 0,03 / 100 (m/m) Cl^-1 = 101 g Cl^-1

Chloridegehalte CEM I = 40 * 10^3 * 0,05 / 100 (m/m) Cl^-1 = 20 g Cl^-1

Chloridegehalte grind = 1887 * 10^3 * 0,0004 / 100 (m/m) Cl^-1 = 8 g Cl^-1

44

Chloridegehalte water = 123 * 10^3 * 0,011 / 100 (m/m) Cl^-1 = 14 g Cl^-1

Totaal = 143 g Cl^-1

Gehalte aan chloride t.o.v. het cementgehalte = 0,143 kg / 375 kg * 100% = 0,038% (m/m) Cl^-1

Aanwezig gehalte chloride = 0,038% (m/m) Cl^-1 << maximaal vereiste gehalte = 0,400% (m/m) Cl^-1

Het aanwezige gehalte aan chloride voldoet ruimschoots aan de gestelde eisen in NEN-EN 206-1.

d) Controle op het alkaligehalte van het beton

Alkaliën zijn aanwezig in het poriewater van beton. Wanneer te veel reactief silica aanwezig is in

toeslagmaterialen, kan er een reactie ontstaan waarbij reactieproducten water absorberen en

daardoor gaan zwellen. Gevolg is dat drukspanningen in het beton worden opgebouwd, die bij een te

hoge spanning zal zorgen voor scheuren in het beton. In dat geval is sprake van schadelijke alkali-

silicareactie (ASR) (Cement&BetonCentrum, 2012).

Er zijn geen verdere preventieve maatregelen nodig als gewerkt wordt met hoogovencement (CEM

III/B) of een cementmengsel met minimaal 50% hoogovenslak. Met deze cementen wordt een beton

met een zodanig dichte structuur verkregen, dat alkaliën van buitenaf nauwelijks kunnen

binnendringen (CUR, 2002).

Het cementmengsel dat is toegepast in de berekende mengselsamenstelling bestaat uit zowel CEM

III/B als uit meer dan 50% hoogovenslak. Hiermee wordt voorkomen dat het beton schade zal

ondervinden aan een alkali-silicareactie en voldoet het aan de gestelde eis in CUR-Aanbeveling 89.

CO2-footprint betonmengsel

Het berekende betonmengsel heeft grotendeels door de aanwezigheid van CEM I en CEM III een

CO2-footprint van 165 kg/m³ (Reuver). Het betonmengsel bevat 224 kg / m³ aan hoogovenslakcement

en voor 151 kg / m³ aan portlandcement.

Productie van mengsel 335 kg CEM III + 40 kg CEM I = 141 kg CO2-uitstoot (Reuver)

Productie van mengsel 281 kg CEM III + 94 kg CEM I = 167 kg CO2-uitstoot (Reuver)

Slakgehalte CEM III/B 42,5 LH HS = 67%

Portlandgehalte CEM III/B 42,5 LH HS = 33%

Portlandgehalte CEM I 52,5 R = 100%

Het toepassen van de substitutie- en eliminatiemethode op bovenstaande gegevens levert de

volgende CO2-uitstoot van portlandcement en hoogovenslakcement.

CO2-uitstoot portlandcement = 0,806 kg CO2 / kg portlandcement

CO2-uitstoot hoogovenslakcement = 0,087 kg CO2 / kg hoogovenslakcement

De CO2-uitstoot die voortkomt uit de productie van de toegepaste cementen wordt hieronder

berekend.

Hoeveelheid portlandcement = 151 kg / m³ beton

Hoeveelheid hoogovenslakcement = 224 kg / m³ beton

CO2-uitstoot productie cementmengsel = 0,806 * 151 + 0,087 * 224 = 141 kg / m³ beton

Door de grote hoeveelheid aan hoogovenslakcement in plaats van portlandcement, wordt een grote

besparing op CO2-uitstoot gedaan. Het produceren van hoogovenslak levert namelijk bijna een factor

10 minder aan CO2-uitstoot op dan het produceren van portlandcement: = 0,087 <<< 0,806 kg CO2.

45

8.3.4 Conclusies

Een betonmengsel met de onderstaande ingrediënten voldoet aan alle ontwerpen

duurzaamheidseisen.

Ingrediënten betonmengsel

Betonkwaliteit = C35/45



CEM I 52,5 R = 40 kg/m³

Poederkoolvliegas = - kg/m³

Water-cementfactor = 0,43

Hulpstoffen (superplastificeerder) = Glenium Sky 696


Korrelgrootte = D4-32

Opgave voor mengmeester per m³ beton

CEM III/B 42,5 LH HS = 335 kg

CEM I 52,5 R = 40 kg

Water = 123 kg

Nat grind D4-32 = 1887 kg

Superplastificeerder = te bepalen door mengmeester

Het mengsel heeft door de geringe hoeveelheid toegevoegd portlandcement (CEM I) en de grote

hoeveelheid hoogovenslakcement (CEM III) een relatief lage CO2-uitstoot van 165 kg CO / m³ beton.

Doordat gerekend is in ontwerpgebied I, is ook de kleinst mogelijke hoeveelheid water toegevoegd

aan het mengsel, wat de duurzaamheid van het mengsel ten goede komt.

46

Verhardingsbeheersing 8.4

Verhardingsbeheersing is een werkwijze waarbij door middel van een rekenmodel de temperatuur- en

sterkteontwikkeling van beton in een constructie kan worden voorspeld en beheerst. De warmte die

zich in het beton ontwikkelt wordt inzichtelijk gemaakt en eventuele koel-/verwarmingsmethodes

kunnen worden toegevoegd.

8.4.1 Inleiding

Het toe te passen betonmengsel en de scheurwijdteberekingen zijn bepaald. Door deze gegevens in

het computersimulatieprogramma Femmasse Heat in te voeren, kan inzicht worden verkregen in de

temperatuurontwikkeling binnen de betondoorsnede van de L-wand, tijdens de verharding in de

praktijksituatie. Met dit programma wordt het verhardingsproces gesimuleerd en kan nauwkeurig

berekend worden of het noodzakelijk is koeling of isolatie toe te passen tijdens de verharding en

daarmee het risico op scheurvorming worden beperkt.


De L-wand wordt gestort in een stalen bekisting. Deze heeft een 6 mm dikke staalplaat en zal tot drie

nachten na aanvang betonstort aanwezig zijn. De warmteoverdracht van de bekiste wanden is met

stalen bekisting 20 W / m² / K en na ontkisten 25 W / m² / K. De bovenkant van de L-wand wordt niet

afgedekt en heeft dus vanaf aanvang stort direct een warmteoverdracht van 25 W / m² / K.

De volgende gegevens m.b.t. temperatuur en wind zijn afkomstig uit Ontwerpnota – VO – Object

1.1.1.4 – L-wand (Fase II) en het productspecificatieblad van het toegepaste betonmengsel en gelden

voor zowel het voor- als het najaar.

Omgeving 8±4 °C

Grond / oude beton 8 °C

Mengseltemperatuur 15 °C

Windsnelheid 4 m/s

Om scheurvorming te beheersen is uitgegaan van het gegeven dat de optredende trekspanning

kleiner moet zijn dan de treksterkte van het beton. De treksterkteontwikkeling van het beton wordt

gereduceerd met een veiligheidsfactor in verband met onvolkomenheden.

Volgens het programma Femmasse Heat is scheurvorming niet te verwachten wanneer de volgende

formule geldt:

S;zz ≤ S;limit, met S;limit = veiligheidsfactor * f;ctm

Hierin is:

S;limit = lange duur treksterkte

f;ctm = korte duur splijttreksterkte

S;zz = hoofdspanning loodrecht op het vlak van de doorsnede

S;xx = spanning in het vlak van de doorsnede

Aangezien het in het geval van de L-wand gaat over een waterkerende constructie, is scheurvorming

een groot gevolg. Daarom wordt de maximale lange duur treksterkte met een veiligheidsfactor 0,50

vergroot. De maximaal berekende trekspanningen mogen hierdoor tijdens de afkoelfase niet hoger

zijn dan 50% van de aanwezige gemiddelde splijttreksterkte.

Dit geeft de volgende formule:

S;zz ≤ S;limit, waarin S;limit = 0,50 * f;ctm [N/mm²]

Plaatselijke spanningspieken in het begin van de verhardingsfase zijn geoorloofd tot 70% S;limit.

8.4.3 Berekening

De gegevens die in de verhardingsbeheersing via Femmasse Heat worden toegepast uit de hierboven

genoemde uitgangspunten zijn hier onder elkaar uitgezet.

47

Betonmengsel:

Betonkwaliteit = C35/45



CEM I 52,5 R = 40 kg/m³

Poederkoolvliegas = - kg/m³

Water-cementfactor = 0,43

Hulpstoffen (superplastificeerder) = Glenium Sky 696


Korrelgrootte = D4-32

De door Femmasse, op basis van bovenstaande mengselgegevens, berekende adiabaat, druksterkte

en treksterkte zijn hieronder weergegeven.

Bekisting/stortvlak

Bekiste oppervlakken L-wand:

Zijkist L-wand = 6 mm staalplaat

Warmteoverdracht = 20 W / m² / K, na ontkisten 25 W / m² / K

Aanwezig = 3 nachten na aanvang stort

Betonoppervlak

Stortvlak wanden = onafgedekt

Warmteoverdracht = 25 W / m² / K

Aanwezig = -

Klimaat en initiële temperaturen (voorjaar)

Temperatuur omgeving = 8±4 °C

Temperatuur grond / oude beton = 8 °C

Mengseltemperatuur = 15 °C

Windsnelheid = 4 m/s

Om te beginnen is de constructie van de L-wand ten behoeve van de berekeningen geschematiseerd

gemodelleerd in Femmasse Heat. Dit aanzicht is in onderstaande Figuur 8.5 weergegeven.

48

Figuur 8.5 Dwarsdoorsnede L-wand in Femmasse Heat

Temperaturen L-wand

Wanneer de gegevens met betrekking tot betonmengsel, bekisting en klimaat ingevoerd zijn op

bovenstaande doorsnede, is de temperatuurontwikkeling in de kern onder (1) en in de kern boven (2)

in de wand weergegeven in onderstaande Figuur 8.6.

Figuur 8.6 Temperatuurontwikkeling in de kern onder (1) en kern boven (2)

De golven in de grafiek worden veroorzaakt door de dagen nachtelijke temperatuurwisselingen. De

maximum temperatuur in punt 1 in de kern L-wand onder is 27 °C en in punt 2 in de kern onder is 18

°C. Deze maximum temperaturen zijn in de L-wand ontwikkeld na t = 36 uur. Onderstaande Figuur 8.7

geeft de temperaturen binnen de L-wand weer op het maximum moment t = 36 uur.

49

Figuur 8.7 Aanzicht maximum temperaturen L-wand op t = 36 uur

Aan de kleuren is te zien dat in de kern van het breedste gedeelte van de L-wand de temperatuur het

hoogst is. Hier wordt veel meer warmte in het beton geproduceerd dan in dezelfde periode kan

worden afgestaan aan de omgeving.

De temperatuurgradiënten op t = 36 uur, ofwel het verschil in temperatuur tussen kern- en buitenzijde

beton, van horizontaal door punt 1 en punt 2 en verticaal door de punten 2 en 1 is in onderstaande

Figuur 8.8 te zien.

Horizontaal door punt 1 Horizontaal door punt 2 Verticaal door punten 2 en 1

Figuur 8.8 Temperatuurgradienten in de doorsneden op maximum temperatuur, t = 36 uur

De temperatuurgradiënt in het beton kern onder – zijkant bedraagt 27°C - 13°C = 14 °C

De temperatuurgradiënt in het beton kern boven – zijkant bedraagt 17°C - 11°C = 6 °C

De temperatuurgradiënt in het beton kern – oude beton bedraagt 27°C - 8°C = 19 °C

Spanningen S;zz

De trekspanningen S;zz op t = 150 uur die door de warmteontwikkeling in de doorsnede ontstaan,

worden in onderstaande Figuur 8.9 weergegeven.

50

Figuur 8.9 Aanzicht maximum spanningen L-wand t = 150 uur

Duidelijk is dat de grootste spanningen in de L-wand in punt 1 in de kern onder ontstaan. Dat is

volgens verwachting, aangezien op dit gedeelte van de wand sprake is van verhinderde vervorming.

In punt 2 in de kern boven kan de wand vrij vervormen, de spanningen zijn daar dan ook nagenoeg

gelijk aan nul. Dit is duidelijker weergegeven in onderstaande Figuur 8.10. Het verloop van de

trekspanning over de tijd t is hier af te lezen.

Figuur 8.10 Spanningsontwikkeling in de kern onder (1) en kern boven (2)

De gele lijnen hierin zijn de geoorloofde S;limit van punt 1 en 2, oftewel de maximale trekspanningen

die in de constructie mogen ontstaan (inclusief veiligheidsfactor) om de scheurvorming te beheersen,

volgens S;limit = 0,50 * f;ctm. De rode lijnen zijn de maximale trekspanningen die in de constructie

mogen ontstaan zonder veiligheidsfactor. De groene lijnen laten de werkelijk aanwezige trekspanning

S;zz [MPa] zien. Hierin is MPa = N/mm².

51

Uit de berekeningen blijken de maximum spanningen S;zz [N/mm] begin S;zz rest S;zz

Punt 1 in de kern L-wand onder 2,9 2,5

Punt 2 in de kern L-wand boven - 0,2

S;limiet 50% 1,6 2,0

De spanningsgradiënten in de horizontale en verticale doorsneden op t = 174 en 653 uur, ofwel het

verschil in spanning tussen kern- en buitenzijde beton, van horizontaal door punt 1 op t = 174 en 653

uur en verticaal door de punten 2 en 1 is in onderstaande Figuur 8.11 weergegeven.

Horizontaal door punt 1 op Horizontaal door punt 1 op Verticaal door punten 2 en 1

t = 174 uur t = 653 uur op t = 174

Figuur 8.11 Spanningsgradiënten in de horizontale en verticale doorsneden op t = 174 en 653 uur

Duidelijk te zien is dat de werkelijke trekspanning S;zz in punt 1 ruim over de toegestane trekspanning

S;limiet 50% heen gaat. De spanningen in punt 2 zijn kleiner dan S;limiet 50%. Aangezien in punt 1

de toegestane trekspanning ruim overschreden wordt, zijn aanvullende maatregelen nodig om het

risico op scheurvorming te beperken. Deze worden hieronder behandeld.

Koeling L-wand

Door koelleidingen voor het storten tussen de wapening aan te brengen, kan na het storten de

temperatuurstijging gestuurd worden. De koelleidingen verlagen de warmteontwikkeling, waardoor het

uithardende beton minder uitzet en vervolgens dus ook minder wil krimpen. Hierdoor kunnen de

trekspanningen in de L-wand aanzienlijk verlaagd worden, waardoor het risico scheurvorming beperkt

wordt. De temperatuur van het ingaande koelwater wordt ingesteld op 10 °C.

Bij het plaatsen van de koelleiding is voor de in onderstaande Figuur 8.12 weergegeven

standaardverdeling van de koelbuizen gekozen. In totaal zijn er zestien tyleenslangen Ø50 mm

aangebracht waar een debiet van 1000 liter per uur door stroom.

52

Figuur 8.12 Indeling koelbuizen in L-wand

Wanneer de gegevens met betrekking tot betonmengsel, bekisting, klimaat en koelleiding ingevoerd

zijn op bovenstaande doorsnede, is de temperatuurontwikkeling in de kern onder (1) en in de kern

boven (2) in de wand weergegeven in onderstaande Figuur 8.13.

Figuur 8.13 Temperatuurontwikkeling in de kern onder (1) en kern boven (2) - gekoeld

Duidelijk is dat de maximum temperatuur van het beton met koelleiding stukken lager ligt dan wanneer

er geen koelleiding toegepast is. De golven in de grafiek worden veroorzaakt door de dagen

nachtelijke temperatuurwisselingen. De maximum temperatuur in punt 1 in de kern L-wand onder is 22

°C en in punt 2 in de kern onder is 16 °C. Deze maximum temperaturen zijn in de L-wand ontwikkeld

53

na t = 18 uur. Onderstaande Figuur 8.14 geeft de temperaturen binnen de L-wand weer op het

maximum moment t = 18 uur.

Figuur 8.14 Aanzicht maximum temperaturen L-wand op t = 18 uur - gekoeld

Aan de kleuren is te zien dat de maximum temperaturen binnen de L-wand gelijkmatig verdeeld is en

een stuk lager ligt dan wanneer er geen koelleidingen aangebracht worden.

De temperatuurgradiënten op t = 18 uur, ofwel het verschil in temperatuur tussen kern- en buitenzijde

beton, van horizontaal door punt 1 en punt 2 en verticaal door de punten 2 en 1 is in onderstaande

Figuur 8.15 te zien.

Horizontaal door punt 1 Horizontaal door punt 2 Verticaal door punten 2 en 1

Figuur 8.15 Temperatuurgradienten in de doorsneden op maximum temperatuur, t = 18 uur

De temperatuurgradiënt in het beton kern onder – zijkant bedraagt 22°C - 12°C = 10 °C

De temperatuurgradiënt in het beton kern boven – zijkant bedraagt 19°C - 12°C = 7 °C

De temperatuurgradiënt in het beton kern – oude beton bedraagt 22°C - 8°C = 14 °C

Spanningen S;zz

De trekspanningen S;zz op t = 653 uur die door de warmteontwikkeling in de doorsnede ontstaan,

worden in onderstaande Figuur 8.16 weergegeven.

54

Figuur 8.16 Aanzicht maximum spanningen L-wand t = 653 uur

De spanningen die in de L-wand in punt 1 in de kern onder ontstaan zijn nu beduidend lager. Dat is

volgens verwachting, aangezien de maximum temperatuur ten opzichte van de niet gekoelde

betonnen wand ook aanzienlijk lager ligt. De werkelijke spanningen zijn duidelijker weergegeven in

onderstaande Figuur 8.17. Het verloop van de trekspanning over de tijd t is hier af te lezen.

Figuur 8.17 Spanningsontwikkeling in de kern onder (1) en kern boven (2)

De gele lijnen hierin zijn de geoorloofde S;limit van punt 1 en 2, oftewel de maximale trekspanningen

die in de constructie mogen ontstaan (inclusief veiligheidsfactor) om de scheurvorming te beheersen,

volgens S;limit = 0,50 * f;ctm. De rode lijnen zijn de maximale trekspanningen die in de constructie

mogen ontstaan zonder veiligheidsfactor. De groene lijnen laten de werkelijk aanwezige trekspanning

S;zz [MPa] zien. Hierin is MPa = N/mm². Te zien is dat de piekspanningen in het begin de S;limiet nipt

overstijgen. Met het in paragraaf 8.4.2 genoemde uitgangspunt wordt echter aangegeven dat in de

beginfase piekspanningen tot een hoogte van S;limiet 70% geoorloofd zijn.

Uit de berekeningen blijken de maximum spanningen S;zz [N/mm] begin S;zz rest S;zz

Punt 1 in de kern L-wand onder 2,0 1,8

55

Punt 2 in de kern L-wand boven - 0,2

S;limiet 50% 1,5 2,0

S;limiet 70% in begin piekspanningen 2,1

De spanningsgradiënten in de horizontale en verticale doorsneden op t = 174 en 653 uur, ofwel het

verschil in spanning tussen kern- en buitenzijde beton, van horizontaal door punt 1 op t = 174 en 653

uur en verticaal door de punten 2 en 1 op t = 653 uur is in onderstaande Figuur 8.18 weergegeven.

Horizontaal door punt 1 op Horizontaal door punt 1 op Verticaal door punten 2 en 1

t = 174 uur t = 653 uur op t = 653

Figuur 8.18 Spanningsgradiënten in de horizontale en verticale doorsneden op t = 174 en 653 uur

Te zien is dat de werkelijke trekspanning S;zz in punt 1 onder de toegestane trekspanning S;limiet

50% blijft. De beginspanningen in punt 1 zijn beperkt groter dan S;limiet 50%, maar blijven wel

beneden de eerder gestelde S;limiet 70%. De restspanningen in punt 1 en 2 zijn kleiner dan S;limiet

50%. Geconcludeerd kan worden dat de aanvullende koelingsmaatregelen voldoen om het risico op

scheurvorming te beperken.

Druksterktes

Nu de treksterktes door aanvullende koelingsmaatregelen voldoen aan de scheurwijdte-eisen, dient

gecontroleerd te worden of de druksterktes van het beton na 72 uur (drie dagen) voldoende zijn om te

ontkisten. De eis is dat de betonsterkte bij ontkisting een minimale druksterkte van 18 N/mm² heeft.

Femmasse Heat geeft in Figuur 8.19 de druksterktes binnen de L-wand na 72 uur uitharden.

Figuur 8.19 Aanzicht druksterktes L-wand t = 72 uur

56

De bijbehorende grafiek van de ontwikkelde druksterkte is in onderstaande Figuur 8.20 weergegeven.

Figuur 8.20 Druksterkte ontwikkeling in de kern onder (1) en kern boven (2) t = 72 uur

Uit de grafiek blijken de druksterktes in N/mm² na t = 72 uur:

Punt 1 in de kern L-wand onder 25 N/mm²

Punt 2 in de kern L-wand boven 21 N/mm²

Dit wordt duidelijk in onderstaande horizontale doorsnedes op t = 72 uur.

Horizontaal door punt 1 Horizontaal door punt 2

Figuur 8.21 Druksterkteverloop in de doorsneden op t = 72 uur

Op het moment van ontkisten dient de druksterkte van de L-wand 18 N/mm² te zijn. Bij deze wanden

voldoet zowel het gekoelde onderste als het bovenste gedeelte deel hieraan na 72 uur en kan de

wand na drie dagen ontkist worden.

8.4.4 Conclusies

Het programma Femmasse Heat geeft bij de L-wandconstructie met het berekende betonmengsel een

groot risico op scheurvorming. Dit risico ontstaat doordat de temperatuur van de kern in de onderzijde

van de wand en het oude beton waarop de wand gestort wordt, zich tot een maximaal verschil van 19

°C ontwikkelt. Om het temperatuurverschil te verkleinen, en daarmee direct het risico op

scheurvorming te beperken, zal koelleiding toegepast dienen te worden.

Met het toepassen van zestien koelleidingen, verdeeld over de kern van de wand, wordt het verschil

tussen maximale temperaturen verkleind tot 14 °C. Hiermee worden de trekspanningen in het beton

zodanig verlaagd, dat het beton met een veilige range voldoet aan de eis S;limiet 50%.

57

Daarnaast heeft de wand een ontkistingssterkte (druksterkte) die na de vereiste 72 uur, bij het

toepassen van koelleiding, met 21 N/mm² voldoet aan de vereiste 18 N/mm².

58

Eindconclusie 8.5

Door de scheurwijdte te berekenen conform het dictaat “Betonconstructies onder Temperatuur- en

Krimpvervormingen – Theorie en Praktijk” van prof. dr. ir. K. van Breugel (Breugel, 1998) is inzichtelijk

gemaakt welke krachten en componenten een rol spelen in de scheurvorming van de L-wand. Bij de

gekozen uitgangspunten is er sprake van een situatie waarbij de scheurwijdte die ontstaat voldoet aan

alle duurzaamheidseisen. Verder is de optredende staalspanning die ontstaat door de in het beton

aanwezige trekkrachten door verhinderde vervorming, kleiner dan de maximaal toelaatbare

staalspanning. Op basis van de berekende scheurvorming die plaatsvindt garandeert de constructie L-

wand zijn vereiste stabiliteit.

Nadat bewezen is dat de L-wand voldoet bij een betonsterkte C35/45, kan het betonmengsel

ontworpen worden. In deze betonmengselberekening is gebruik gemaakt van het dictaat Basiskennis

Betontechnologie, samengesteld door de Betonvereniging (De Betonvereniging, 2012). Daarnaast

voldoen alle componenten van het mengselontwerp aan de door NEN en CUR gestelde eisen.

Er is getracht het bindmiddel zo veel mogelijk uit hoogovenslakcement (CEM III/B 42,5 LH HS) te laten

bestaan. Echter, vanwege het feit dat bij hoogovenslakcement de sterkteontwikkeling traag op gang

komt en de eis om 72 uur na de betonstort te ontkisten, is een minimale hoeveelheid portlandcement

(CEM I 52,5 R) toegevoegd aan het cementmengsel. Het mengsel heeft door de geringe hoeveelheid

toegevoegd portlandcement (CEM I) en de grote hoeveelheid hoogovenslakcement (CEM III) een

relatief lage CO2-uitstoot van 165 kg CO / m³ beton.

Om het ontworpen betonmengsel te testen in combinatie met de scheurwijdte en de omgeving van de

L-wand wordt het computersimulatieprogramma Femmasse Heat toegepast. In dit programma wordt

het ontwerp van de wand samen met het betonmengsel en de omgeving waarin de wand zich bevindt

(temperatuur, ondergrond, bekisting, milieu en wind) gemodelleerd.

Deze combinatie van factoren geven volgens het programma een groot risico op scheurvorming. Dit

risico ontstaat doordat de temperatuur van de kern in de onderzijde van de wand en het oude beton

waarop de wand gestort wordt, zich tot een maximaal verschil van 19 °C ontwikkelt. Om het

temperatuurverschil te verkleinen, en daarmee direct het risico op scheurvorming te beperken, zal

koelleiding toegepast dienen te worden.

Met het toepassen van zestien koelleidingen, verdeeld over de kern van de wand, wordt het verschil

tussen maximale temperaturen verkleind tot 14 °C. Hiermee worden de trekspanningen in het beton

zodanig verlaagd, dat het beton met een veilige range voldoet aan de eisen.

Om uiteindelijk te checken of de wand na de vereiste 72 uur een zodanige druksterkte heeft dat deze

ontkist mag worden, zijn ook deze berekeningen met Femmasse Heat uitgevoerd.







Hoofdrapportage - Dura Vermeer...3 Voor dit document geldt: Indien bij een afbeelding of figuur geen...

Documents

Transcript of Hoofdrapportage - Dura Vermeer...3 Voor dit document geldt: Indien bij een afbeelding of figuur geen...