Een maandelijkse uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-238531 jUli/augustus 1973OnderwaterbetonInleidingIn december 1972 verscheen GUR-rapport nr.56 'Onderwaterbeton', uitgebracht door Gom-missie G 17. Dit rapport behandelt op weten-schappelijke wijze alle problemen die ver-bonden zijn aan het onder water storten vanbeton.In ons land met zijn vele waterbouwkundigewerken is het onder water storten van beton,dus zonder een vooraf te maken en droog temalen bouwput, eenstortmethode die dikwijlszal worden overwogen. Een van de grootstegevaren bij het onder water storten van betonis de kans op uitspoeling van cement en anderefijne bestanddelen, terwijl bij een minder juistewijze van storten de kans op ontmenging veelgroter is dan bij normaal gestort beton. In hetgenoemde GUR-rapport wordt uitvoeriginge-gaan op alle maatregelen die moeten wordengenomen om ook bij onder water storten eengoede kwaliteit beton te verkrijgen. Bij hetverrichte onderzoek is gebleken dat het ver-krijgen van een goede betonkwaliteit beslistmogelijk is. Wanneer men nu bedenkt dat hetdroogleggen van een bouwput door middel vaneen bronbemaling niet alleen vrij duur is, maaronder bepaalde omstandigheden ook zettings-gevaar voor de omgeving kan opleveren, danis het duidelijk dat het onder water storteneen aantrekkelijk alternatief kan zijn.Gezien het grote belang van dit onderzoekmeenden wij er goed aan te doen in dit nummervan BETON/EK de hoofdpunten uit het betref-fende rapport samen te vatten. Wie er meervan wil weten, kan uiteraard altijd in GUR-rapport 56 terecht. Naast de resultaten van hetonderzoek bevat dit rapport ook nog een vrijuitvoerige literatuuropgave.StortmethodenDe verschillende methoden voor het onderwater storten van beton vallen uiteen :in tweegroepen, nl. die waarbij de specie boven waterwordt gemengd en die waarbij een onder wateraangebracht grof toeslagmaterialenpakketwordt geïnjecteerd met een cement-zand-mortel.Uit groep 1 moet in de eerste plaats wordengenoemd de contractor- of buismethode. Hier-bij wordt de betonspecie in het werk gebrachtdoor middel van verticale stortkokers, waarvanhet ondereinde steeds in de reeds gestortemassa moet steken om uitspoeling te voor-komen. Bovendien wordt zijdelingse verplaat-sing van de stortkoker hierdoor voorkomen.Naarmate het storten vordert, wordt de stort-buis langzaam opgetrokken. Hierbij zijn ver-schillende constructievormen van de stortpijpmogelijk. De eenvoudigste is een pijp vanconstante lengte, waarbij tijdens het optrekkende erop geplaatste vultrechter steeds hogerboven de stortbrug komt. Een tweede mogelijk-heid is een pijp, die uit secties is opgebouwden tijdens het storten stuk voor stuk wordtgedemonteerd. Ten slotte kan men ook werkenmet een telescopische buis, die tijdens hetwerk in elkaar schuift.De uit de stortpijpen komende specie drukt dereeds gestorte massa op zij en naar boven.Rondom de pijpen zal de gestorte specie altijdopbollen. Een geheel vlakke bovenkant zalop deze wijze nooit worden verkregen. Men kanhieraan tegemoet komen door de onderlingeafstand van de stortpijpen niet te groot tekiezen. Gewoonlijk wordt een afstand van 4 tot6 meter aangehouden. De diameter van destortpijpenis meestal 250 tot 300 mmo Er moeteen minimum indompeldiepte worden aange-houden van 1 à m. De gebruikelijke zet-maat van de specie is 15 cm. Met de contractor-methode kan beton van goede kwaliteit wor-den vervaardigd, zowel wat betreft de druk-sterkte als wat betreft de homogeniteit.Een variant op de contractormethode is depompmethode. Hierbij wordt de betonspeciedoor middel van een betonpomp in de stort-buis gebracht. Voor de minimale indompel-diepte geldt hetzelfde als bij de contractor-methode, men gebruikt echter een iets stijverespecie, nl. met een zetmaat van 10 tot 12 cm.De eis dat de stortpunten niet te ver uiteenmogen liggen, geldt daardoor in verhoogdemate. Met inachtneming van de eisen die altijdaan pompbeton moeten worden gesteld (zieBETON/EK 1/2) kan ook met deze methode eenhomogeen beton van hoge kwaliteit wordenverkregen.Een andere variant is de enkele jaren geledenin Nederland ontwikkelde hydroventielmethode.Het hydroventiel is een stortpijp in de vormvan een platgeperste broekspijp van flexibelen waterdicht materiaal. Brengt men nu een2Contractormethodekleine hoeveelheid betonspecie de pijp, danzal deze door de combinatie van waterdruk enwrijving tegen de pijpwand niet naar benedenzakken. Wordt de hoeveelheid specie groterdan zal op een gegeven ogenblik het gewichtervan de waterdruk overwinnen en de pijpopenen, waardoor een prop specie naar be-neden zakt. De toenemende waterdruk voor-komt dat de valsnelheid te veel toeneemt endrukt de pijp boven de prop weer dicht. Hetonderste gedeelte van de stortpijp is omgevendoor een star cirkelvormig buisstuk. Dit zgn.schild wordt langzaam over het reeds gestortebeton verplaatst. Schild en pijp kunnen nauw-keurig op hoogte worden gesteld, waardooreen goede maatvoering mogelijk is. De ge-wenste zetmaat :is dezelfde als bij de con-tractormethode (ca. 15 cm). Doordat bij dezemethode de betonspecie niet in een continuestroom maar stootsgewijs wordt verplaatst,vormt ze feitelijk een overgang naar een geheelandere wijze van storten.Deze andere wijze van storten is de kubeI-methode. Bij deze :in Nederland veel toegepastemethode wordt boven water een bak gevuldmet betonspecle, daarna onder water gebrachtPompmethodeFoto: Mi/es Cummings, Lenensteren daar gelost. De bak wordt op de bodem vande kuip of op eerder gestorte betonspecie ge-plaatst, waarbij het gewenst is dat de bak inde betonspecie dringt. Er zijn twee uitvoerings-vormen. Bij de eerste wordt de losklep ge-opend door het ophalen van de bak. Het gevaarvan ontmengen is hierbij vrij groot. Bij deandere vorm wordt de klep geopend terwijlde bak in de betonspecie blijft staan. Bij dezevorm is het gevaar van uitspoelen kleiner danbij de eerste maar toch altijd groter dan bij decontractormethode. Er zijn verschillende moge-lijkheden voor het beperken van de uitspoelingal kan men deze nooit helemaal voorkomen.De volgende maatregelen hebben een gunstigeinvloed:het gebruiken van volle kubels;het langzaam neerlaten en ook ophalen vandekubels;het toepassen van een speciesamenstellingdie niet gemakkelijk ontmengt.lniectiebetonIn deze tweede groep van stortmethoden wordteerst een grindpakket in de kuip aangebrachten vervolgens geïnjecteerd met een cement-zandmortel. Het injecteren geschiedt doormiddel van pijpen, die tot vlak boven de kuip-bodem reiken om waterinsluitingen tegen tegaan. Tijdens het injecteren worden de pijpengeregeld opgetrokken. De pijpafstand iswoonlijk ongeveer 2 m. Een voordeel van deinjectiemethode is dat het aanbrengen vanbovennetten en/of andere constructiedelenzeer eenvoudig is. Verder wordt tijdens hetinjecteren veel minder materiaal verwerkt dananders tijdens het storten. Bovendien is minderopslagterrein nodig omdat het grind direct inde bekisting kan worden gebracht. Daartegen-over staan ook enkele nadelen. De sterkte isgeringer en de poreusheid hoger doordat nietalle holle ruimte volledig zal worden gevuld.Bovendien zijn deze methoden duurder.Er bestaan twee uitvoeringvormen, de Prepakten de Colcrete methode. Bij Prepakt wordt eendun vloeibare mortel zeer intensief gemengd,waarbij door het toevoegen van een hulpstof(Intrusion Aid) de injectiespecie minder ge-makkelijk ontmengt, terwijl tevens een zwel-effect optreedt. Bij het Colcretesysteem wor-den de speciale eigenschappen van de in-jectiespecie bereikt door eerst het water enhet cement in een centrifugaalmenger tot eencolloïdale cementlijm te mengen en daarna hetzand in een tweede trommel erbij te voegen.4Kube/methodeDoorsnede van een hydroventie/Andere methodeEr bestaan nog andere systemen om betononder water aan te brengen, namelijk die waar-bij het beton door een omhulling tegen uit-spoeling wordt beschermd. Een voorbeeldhiervan is het werken met zakken die bovenwater worden gevuld met betonspecie en danonder water op de gewenste plaats wordengebracht. Feitelijk is dit een hulpmethode omgaten tussen bij voorbeeld bekisting en bodemte dichten.BetonsamenstellingVoor het storten van beton onder water zal desamenstelling moeten zijn aangepast aan despeciale eisen die de omstandigheden hierstellen. Daartoe behoort allereerst een goedevloeibaarheid, waartoe vrij hoge zetmaten wor-den toegepast. Verder moet de samenhangvoldoende zijn, zodat zo min mogelijk ont-menging optreedt. Deze eis is natuurlijk enigs-zins in strijd met de eerste. Enige ontmengingis bij storten onder water nooit helemaal tevoorkomen. Niet alleen zal altijd wel wat cementworden uitgespoeld, maar bovendien hebbende grove toeslagkorrels, zeker in een tamelijkplastisch mengsel, de neiging naar onderen tezakken en daarbij cement en fijne toeslag naarboven te dringen.Uit het onderzoek van de CUH-commissie isgebleken dat moet worden gestreefd naar eenzetmaat van 15 tot 17 cm. :Een dergelijke beton-specie behoeft geen verdichting, terwijl nogsterkten mogelijk bleken van 35 tot 50 N/mm2(350-500 kgf/cm2) .Voor het toeslagmateriaal moet aan afgerondekorrels de voorkeur worden gegeven. Welis-waar kunnen bij gebroken materiaal hogeresterkten worden bereikt, maar alleen wanneer5volledig wordt verdicht. Waar nu bij het onderwater gestort beton de verdichting door heteigen gewicht moet plaatshebben, is alleendaarom al rond toeslagmateriaal beter. In ver-band met de geringere waterbehoefte van af-gerond toeslagmateriaal is ook de kans opwaterafscheiding kleiner.In de onderzochte literatuur vond de commissiede aanbeveling een hoge zand-grindverhou-ding toe te passen, namelijk 42 tot 45 gewichts-procent zand ten opzichte van het totale toe-slagmateriaal. Dit is belangrijk meer dannormaal. De commissie heeft zelf uitspoel-proeven gedaan, waarbij bleek dat een tot 40%verhoogd zandpercentage inderdaad tot ver-minderde uitspoeling leidde. Boven 45% werdgeen verdere verbetering meer gevonden. Voorde vereiste verwerkbaarheid is dan bovendienook weer meer water nodig, waardoor desterkte nadelig wordt beïnvloed. Ten einde eenzogoed mogelijke samenhang te krijgen is hetvan veel belang dat er zeer fijn materiaal inhet zand zit. Ontbreekt dit dan moet ander fijnmateriaal, bijv. kwartsmeel of tras worden toe-gevoegd.De uitspoeling van het cement blijkt in de prak-tijk veel minder sterk dan men vroeger veelalaannam. Het is daarom ook helemaal nietnodig uitzonderlijk hoge cementgehalten toete passen. Bij proeven met volgens de con-tractormethode gestort onderwaterbeton bleekeencementgehalte van 325 kg per m3 betonvoldoende sterkte op te leveren. Daarbij is dannatuurlijk de ontwikkelde hydratatiewarmteduidelijk geringer dan bij de in de literatuurveel aanbevolen 375 kg per m3, waardoor descheurgevoeligheid vermindert.Aangezien onderwaterbeton voortdurend incontact staat met water (grondwater of zee-water), kunnen de in het water voorkomendebestanddelen het beton aantasten. Als agres-sieve stoffen kunnen in dit verband humus-zuren en sulfaten worden genoemd. Beton meteen laag kalk- en aluminaatgehalte, met namehoogovencement, is tegen de inwerking vansommige schadelijke stoffen beter bestand.Wanneer dus met het oog op aantasting reedsde voorkeur wordt gegeven aan toepassing vanhoogovencement, dan is tegelijkertijd met hetoog op de warmteontwikkeling een juiste keuzegemaakt, aangezien bij de hydratatie van hoog-ovencement minder warmte vrijkomt dan bijportlandcement. Dit is vooral belangrijk omdatonderwaterbeton vrijwel altijd massabeton is.HulpstoffenEen belangrijk deel van het onderzoek van decommissie bestond uit laboratoriumonderzoekaan onder water gestorte betonspecie waaraanhulpstoffen waren toegevoegd. Onderzochtwerd of door middel van hulpstoffen de kwali-teit van onderwaterbetonkon worden ver-beterd. Omdat werd aangenomen dat de ce-mentuitspoeling de belangrijkste oorzaakvormde van kwaliteitsverlaging, werden bij hetonderzoek de volgende eisen gesteld:a. De sterkte van boven water gestort betonmet een hulpstof mag in ieder geval niet be-6duidend lager zijn dan die van hetzelfde betonzonder hulpstof, eveneens boven water gestort.b. De sterkte van onder water gestort betonmet een hulpstof moet hoger zijn dan die vanhetzelfde beton zonder hulpstof, eveneensonder water gestort.c. Tijdens het storten onder water moet tenopzichte van hetzelfde beton zonder hulpstofminder uitspoeling van cement optreden.Vrijwel de enige hulpstof die de moeite waardwas om te worden toegepast, bleek bentoniette zijn. Bij gebruik van hoogovencement gafbentoniet nauwelijks een invloed te zien opsterkte en uitspoeling. Bij portlandcement,waar de resultaten normaal iets minder warendan bij hoogovencement, kwamen de resul-taten door toevoegen van bentoniet (een soortklei) in de buurt van die met hoogovencement.Eigenschappen van onderwaterbetonHoewel onderwaterbeton in principe vergelijk-baar is met boven water vervaardigd beton, isover de materiaaleigenschappen zeer weinigbekend aangezien het onderwaterbeton meest-al onder water blijft en dan niet kan wordengekeurd. De erover bekende gegevens zijndaardoor wat minder betrouwbaar dan die overboven water gestort beton. Bij het ontwerpenHydroventiel; aanvoer van de specie met be-hulp van een betonpomp (links) en met eentransportband voorzien van een zgn. afwerper(rechts)Foto's: Nederhorst, Goudavan onderwaterbetonconstructies moet daaromde nodige voorzichtigheid worden betracht.Krimp en kruipUitdrogingskrimp treedt bij beton dat onderwater blijft niet op. Integendeel is zelfs zwellingmogelijk. Afkoelingskrimp ten gevolge van hetafvoeren van de ontwikkelde hydratatiewarmtetreedt natuurlijk, evenals boven water, wel op.Omdat hierdoor spanningen en zelfs scheurenkunnen optreden, is het gewenst de ontwikkeldewarmte te beperken. Dit kan gebeuren doorhet cementgehalte niet hoger op te voeren danin verband met de vereiste sterkte onvermijde-lijk is en bovendien door het kiezen van eencement met lage hydratatiewarmte, bijv. eenhoogovencement.IDruksterkte en homogeniteitBij het bespreken van de verschillende stort-methoden is reeds ter sprake gekomen dat dedruksterkte van onderwaterbeton ruim vol-doende kan zijn. Aan de hand van een grootaantal proeven dat door de commissie werduitgevoerd, kon worden vastgesteld dat decontractormethode over het algemeen dehoogste sterkten opleverde. Bij de pompbeton-methode en de hydroventielmethode waren desterkten wat lager. Deze lage druksterkten7worden waarschijnlijk veroorzaakt doordat bijlaatstgenoemde methoden doorgaans minderplastische species worden verwerkt, die door-dat niet wordt verdicht, meer holle ruimtenbevatten.Bij deze drie methoden wordt een homogeenbeton verkregen. Bij het storten volgens dekubelmethode was de homogeniteit duidelijkminder, hoewel de sterkten toch wel goedwaren. Bij de injectiemethoden werden duide-lijk lagere druksterkten gevonden, vermoede-lijk ten gevolge Van het overblijven van holleruimten in de massa en daardoor minder goedeaanhechting van de injectiemortel aan hetgrove toeslagmateriaal.WaterdichtheidBij goed samengesteld onderwaterbeton isvoldoende fijn materiaal (cement + vulstof)aanwezig voor een goede waterdichtheid. Dehoge zetmaat is bovendien gunstig voor eengoede verdichting. Uiteraard kunnen inhomo-geniteiten of scheuren ongunstig werken op dewaterdichtheid.Vlakheid van het betonoppervlakDe vlakheid van het betonoppervlak hangt afvan de consistentie van de gebruikte beton-specie en van de stortmethode. Verder is devlakheid in hoge mate afhankelijk van deonderlinge afstand tussen de stortpunten. Devlakste oppervlakten kunnen worden bereiktmet de hydroventiel- en met de kubelmethode.ConclusiesUit het door de commissie gedane onderzoek,zowel in de literatuur als door eigen proevenis gebleken dat onderwaterbeton beslist vangoede kwaliteit kan zijn. De wijze van onderwater brengen Van de betonspecie is daarbijde belangrijkste factor voor de uiteindelijkebetonkwaliteit.Voor onderwaterbeton heeft het gebruik vanhoogovencement voordelen boven dat vanportlandcement. Verder moeten betonspeciesworden gebruikt met een hoge zetmaat entevens een goede samenhang. Dit laatste wordtbereikt door een hoger gehalte aan fijn mate-riaal dan normaal gebruikelijk. Er moet bijvoorkeur niet meer cement worden toegepastdan voor de gewenste sterkte noodzakelijk is.Voor verder benodigd fijn materiaal kan ge-bruik worden gemaakt van fijne vulstoffen zoalskwartsmeel, vliegas, tras, e.d,Ten aanzien van het gebruik van hulpstoffenvoor het verhogen van de samenhang kondengeen duidelijke aanwijzingen voor het nut ervanworden gevonden. Er mag worden verwachtdat het gebruik van hulpstoffen geen ver-betering van de kwaliteit geeft.8