Betonsamenstelling

Bij het ontwerpen van een betonmengsel voor diepwanden is met name speciale aandacht nodig voor de specie eigenschappen. Een goede verwerkbaarheid gedurende de gehele stortduur is van groot belang om een goede omhulling van de wapening en een voldoende dichte betondekking te realiseren. Beton in diepwanden kan niet verdicht worden en de verwerkbaarheid is dan ook uitermate kritisch. Voor een homogene betonkwaliteit over de hele (vaak grote) hoogte van diepwandpanelen is verder een hoge weerstand tegen ontmenging essentieel. Een goede samenhang moet ook vermenging met bentoniet voorkomen. Natuurlijk zijn ook de eisen aan de sterkte en de duurzaamheid van belang voor het ontwerp van het betonmengsel. Deze zijn echter niet wezenlijk anders dan bij andere (in een bekisting gestorte) typen betonconstructies.

Voor het beton van diepwanden zijn de volgende normen en richtlijnen van toepassing:

In Annex D van EN 206:2014 worden de volgende eisen gesteld aan de in het beton gebruikte grondstoffen:

Van de 27 cementsoorten uit EN 197-1 worden 18 soorten behorend tot 3 hoofdtypen (CEM I, CEM II en CEM III) zonder meer toegelaten voor diepwanden. Gebruik van andere cementsoorten wordt toegestaan indien de prestatie hiervan onder vergelijkbare omstandigheden is aangetoond. In Nederland zijn van deze 18 cementsoorten slechts 8 zonder meer toegelaten in beton volgens NEN 8005:2014. Voor aantonen van de geschiktheid van de overige in EN 197-1 genoemde cementen, verwijst NEN 8005 naar CUR-Aanbeveling 48:2010 [7]. Opgemerkt wordt dat deze laatste publicatie momenteel wordt herzien.

In Nederland wordt als bindmiddel vrijwel zonder uitzondering hoogovencement CEM III/B (of een mengsel van Portlandcement met hoogovenslak met vergelijkbare samenstelling) toegepast in diepwanden. In België wordt ook vaak CEM III/A toegepast.

Type II vulstoffen (puzzolaan of latent hydraulisch) zoals vliegas, hoogovenslak en silica fume mogen worden toegepast als cementvervanging. Annex D geeft geen aanvullende eisen aan type II vulstoffen voor diepwanden.

In Nederland wordt vaak vliegas als vulstof toegevoegd om het gehalte fijn (< 0,125 mm) te verhogen.

De eisen aan de betonsamenstelling zijn afhankelijk van de milieuklasse. In tabel E van NEN 8005 staan de eisen voor Nederland vermeld. De belangrijkste eisen zijn de maximale water-cementfactor (wcf), c.q. water-bindmiddelfactor (wbf) en het minimaal bindmiddelgehalte. Vaak is de maatgevende milieuklasse voor diepwanden XC4. Voor deze milieuklasse geldt 0,50 als maximale wbf en 300 kg/m³ als minimaal cement-/bindmiddelgehalte. De cementgehaltes in diepwanden zijn echter altijd hoger zie ook tabel 7.

Annex D van EN 206:2014 stelt dat de wcf niet groter mag zijn dan de laagste waarde van:

De sterkteklasse van diepwanden is vaak C25/30 of C30/37. Bij een samenstelling conform XC4 zijn deze sterktes probleemloos haalbaar.

Annex D stelt aanvullende eisen aan het minimaal cementgehalte die strenger zijn dan voor normaal beton (zie tabel 8).

Bij een maximale korrelgrootte van 32 mm eist Annex D verder dat het zandgehalte (d ≤ 4 mm) in de toeslag groter dan 40% (gewichtsprocenten) dient te zijn. Het totale gehalte fijne delen (d ≤ 0,125 mm, inclusief cement en vulstoffen) moet tussen 400 en 550 kg/m³ liggen.

Annex D eist dat de betonspecie voor diepwanden de volgende eigenschappen bezit:

De verwerkbaarheid mag met de zetmaat of de schudmaat gemeten worden volgens Annex D. In tabel 9 zijn de richtwaardes hiervoor vermeld. In nationale richtlijnen mag hiervan afgeweken worden. In Nederland wordt doorgaans consistentieklasse F5 (schudmaat 560 – 620 mm) gebruikt. Bij deze hoge consistentie is de schudmaat duidelijk geschikter om de verwerkbaarheid te meten dan de zetmaat. Een hoog gehalte fijn is van groot belang om bij deze hoge consistentie voldoende samenhang en weerstand tegen ontmenging te krijgen.

In België wordt S5 of F5 geëist en wordt met betrekking tot het behoud van de verwerkbaarheid, ook de tijd gespecifieerd (bv. 180 of 240 minuten) waarin de zetmaat minstens 180 mm moet bedragen (cf. Bijlage G).

Volgens de inzichten van de EFFC/DFI Guide [78] is de vloeimaat (slump flow) echter het meest geschikt met waarden die zouden moeten liggen tussen 400 en 550 mm en wordt er een vloeimaat van min 400 mm geëist gedurende de volledige verwerkingsduur van het beton (voor grote betonstorten veelal 240 minuten). Een richtwaarde voor de vloeimaat hoger dan 550 mm is zeker mogelijk en kan voordelen hebben. Voor dergelijke mengsels is zeker een geschiktheidsonderzoek noodzakelijk om de gevoeligheid op bleeding en ontmenging uit te sluiten”.

Om de vereiste hoge consistentie te bereiken worden (super)plastificeerders toegepast. Om de verwerkbaarheid voldoende lang op peil te houden worden vaak vertragers toegepast of superplastificeerders met een vertragende nevenwerking. Dit leidt ook tot een vertraging van de verharding. Bij de diepwanden van het project Rijswijk Verdiept hebben beproevingen onder adiabatische omstandigheden aangetoond dat de verharding pas 12 uur na menging beton [19] merkbaar werd.

De vereiste dosering van hulpstoffen moet worden bepaald door proeven waarbij de tijdens de bouw verwachte omstandigheden (omgevingstemperatuur, levertijden, betondrukken, etc.) worden gerepliceerd. Deze studie met proefmengsels moet ook het testen van de verwerkbaarheid omvatten om een grafiek van het verlies van verwerkbaarheid versus de tijd na de proeven te ontwikkelen. Voorafgaand en/of tijdens de uitvoering zal m.b.v. monsternames moeten worden gecontroleerd of aanpassingen nodig zijn om te voldoen aan de gewenste eigenschappen van de betonspecie.

Het is essentieel om de mengtijd te beheersen om ervoor te zorgen dat er geen ongecontroleerd effect van hulpstoffen ontstaat voor of tijdens de daadwerkelijke plaatsing. Laboratorium- en praktijkproeven moeten helpen ervoor te zorgen dat de optimale dosering van de hulpstof en de mengtijd worden gebruikt om mogelijke risico’s te minimaliseren.

Het is gebruikelijk om betonmixen voor de zomer en winter te gebruiken met verschillende doses hulpstoffen en kleine aanpassingen aan het cement gehalte en de w/c verhouding.

Speciale aandacht moet worden besteed aan het type van de mengprocedure in de betoncentrale. In het natte mengproces worden de bestanddelen allemaal gemengd in een gecentraliseerde menginstallatie in de betoncentrale en vervolgens in de betonwagens gelost. In het droge mengproces worden de droge vaste bestanddelen in de betonwagen gebracht en vervolgens wordt water toegevoegd, waarbij het mengen in de betonwagen plaatsvindt. In een droog mengproces is het essentieel dat de mengtijden en mengsnelheid in de betonnen vrachtwagen voldoende is. Vooral tijdens periodes van hoge vraag kan dit over het hoofd worden gezien. Over het algemeen heeft het natte mengproces de voorkeur boven het droge mengproces voor een kritischer of hoogwaardiger betonmengsel. Toepassing hiervan is dan ook gebruikelijk voor diepwanden. . Het wordt aanbevolen om gedetailleerde leveringsbonnen met werkelijke mengtijd en hoeveelheden per vrachtwagenlading te verkrijgen.

Het droge mengproces wordt in de Benelux normaliter niet toegepast voor diepwandbeton

Het overeengekomen ontwerp van de betonmix mag niet worden verbeterd of gewijzigd door de betonleverancier zonder voorafgaande schriftelijke toestemming, behalve voor kleine aanpassingen om de opgegeven eigenschappen zoals sterkte te behouden.

Vanwege nieuwe ontwikkelingen of specifieke werkomstandigheden kan een afwijking van deze normen worden overwogen; zoals gedeeltelijke vervangen van cement, bijv. door vliegas, of zelfs het gebruik van een lager cementgehalte dan de minimaal voorgeschreven. Er zijn drie concepten beschikbaar voor het gebruik en de toepassing van Type II-vulstoffen of goedgekeurde procedures voor erkenning van gelijkwaardige prestaties. Dit zijn:

1. Het k-waarde concept,

2. Het gelijkwaardige beton prestaties concept,

3. Het gelijkwaardige prestaties van combinaties concept.

Na de initiële ontwikkeling in het laboratorium (geschiktheidstests) is het raadzaam om veldproeven op ware grootte uit te voeren om de prestaties te beoordelen en de geschiktheid van specifieke eigenschappen te controleren. Geschikte tijdsperiodes moeten in contract programma’s worden toegestaan om de vereiste tests uit te voeren.