0

publicatie: Autogene Krimp

1 Inleiding

1 Inleiding

1.1 Aanleiding

Dat beton scheurgevoelig is ligt in de natuur van het materiaal. Met een relatief lage treksterkte van gemiddeld 7% ten opzichte van de druksterkte wordt bij het ontwerpen van betonconstructies altijd rekening gehouden met scheurvorming.
Trek wordt in de constructie veroorzaakt door belastingen en vervormingen van de constructie. Krimp van de betonconstructie is een van die vervormingen die tot trek leidt daarmee scheurvorming kan veroorzaken. Daarom wordt er reeds bij het ontwerp rekening gehouden met diverse vormen van krimp, veroorzaakt door temperatuur, uitdroging en verharding. Bij een aantal projecten zijn echter toch onverwacht scheuren gesignaleerd. Bij deze projecten wordt verondersteld dat autogene krimp, een vorm van verhardingskrimp, de oorzaak is.

Figuur 1 Relatie druksterkte - treksterkte volgens Eurocode 2 [1]

Aan betonconstructies worden eisen gesteld ten aanzien van de uiterste grenstoestand (veiligheid) en de bruikbaarheidsgrenstoestand. Eén van de aspecten die van invloed is op de bruikbaarheid van een betonconstructie is scheurvorming. Het gaat hierbij om zowel de aanwezigheid van te veel scheuren als om scheuren met een te grote scheurwijdte die van invloed zijn op o.a. de stijfheid, waterdichtheid en duurzaamheid.

De laatste tijd is er de indruk ontstaan dat schade in de vorm van scheurvorming eerder toeneemt dan afneemt. De technische oorzaak is eenvoudig noch eenduidig te verklaren: er zijn vele mechanismen die aanleiding (kunnen) zijn tot scheurvorming. Nederlands onderzoek naar de oorzaak van scheurvorming in betonconstructies in een historisch perspectief is niet aanwezig.

Recent zijn er een aantal projecten geweest waarbij scheurvorming is geconstateerd. Dit geeft een beeld van een toenemende mate van scheurvorming in betonconstructies. Genoemde mogelijke oorzaken voor deze constatering zijn:

  • er wordt nu meer gelet op scheurvorming (weten is zien),
  • er wordt op een andere manier gewerkt,
  • de mengsels zijn aangepast op deze nieuwe werkwijze,
  • mengsels zijn aangepast bij het introduceren van nieuwe normen,
  • het gebruik van alternatieve grondstoffen.

Een onderbouwing voor deze constateringen is meestal niet aanwezig. Wel is gebleken dat beton gemaakt met een ogenschijnlijke gelijke samenstellingen toch andere materiaaleigenschappen kunnen hebben.

Dat er een relatie is tussen de bouwwijze, die vooral door snelheid en geld gedreven is, en scheurvorming is gebleken uit onderzoek naar Amerikaanse constructies waarbij gebleken is dat voor 1930 schades eigenlijk nooit gerelateerd waren scheurvorming. Echter in de jaren daarna is te zien dat in Amerika het cement fijner is gemaakt en het C3S gehalte is verhoogd. Beide zijn aangepast om de sterkteontwikkeling te versnellen en de verwerkbaarheid te verhogen en daarmee de bouw te versnellen. Ook werd in de zeventigerjaren de 28-daagse druksterkte verhoogd en de watercementfactor verlaagd om dichter beton te krijgen dat beter bestand zou zijn tegen chloride indringing omdat in die tijd dooizouten in Amerika steeds vaker werden gebruikt. Een van de observaties is dat sinds 1930 scheurvorming steeds vaker als schade wordt gerapporteerd en dat deze toename ook in de jaren 80 en later doorgaat. Als oorzaken van deze scheurvorming worden genoemd: thermische krimp, drogingskrimp, weinig kruip, hoge elasticiteitsmodulus en autogene krimp [2].

Tabel 1 Historisch overzicht met toename scheurvorming in de Verenigde Staten [2]

Voor 1930
Trage sterkteontwikkeling
Fijnheid van cement: 180 m2/kg
(specifiek oppervlak volgens (Blaine)
C3S gehalte van cement: < 30%
1930 - 1950
Brugdekken minder duurzaam dan voor 1930
Cementen hebben een hogere fijnheid van 180 m2/kg tot 300 m2/kg
Bouwwijze is onveranderd
1950 - 1980
Bruggen na 1940 hadden vele duurzaamheidsproblemen
Fijnheid is toegenomen tot 400 m2/kg
C3S gehalte nam toe tot > 60%
Lage watercementfactor: dichter beton maar kwetsbaarder voor scheurvorming
Werkwijze veranderde onder andere met het gebruik van betonpompen
1980 - nu
Gebruik van water reducerende hulpstoffen
Toevoegen van actieve puzzolanen zoals silica fume
Gebruik van lage watercementfactoren tot 0.17
Toegenomen kans op scheuren in de jonge fase
Bij een onderzoek naar 29 bruggen hadden de bruggen met een sterkte van 44 MPa 2 keer zoveel scheuren als de bruggen met een sterkte van 31 MPa
Autogene krimp wordt genoemd als een van de processen die bijdragen aan de scheurvorming

Autogene krimp wordt, zeker in de praktijk, als ‘lastig’ ervaren. In het verhardingsproces (chemische krimp, autogene krimp en zwellen) kunnen elkaar tegenwerkende of versterkende processen leiden tot verhardingskrimp. Of deze vervormingen/rekken tot scheurvorming leiden hangt niet alleen af van de grootte van deze rekken, maar ook van de ontwikkeling van de stijfheid en het kruip- c.q. relaxatiegedrag van het verhardende beton en van de mate van verhindering van de rekken.

Onzekerheden en het ontbreken van kennis leiden tot discussies en conflicten tussen partijen. Opdrachtgevers willen constructies zonder scheurvorming en verwachtten van aannemers dat zij hiervoor zorgen. Het brede scala aan eisen dat gesteld wordt door opdrachtgevers, verwerkers en wetgeving kan er echter toe leiden dat er in onderling overleg keuzes gemaakt moeten worden. Hierbij helpt het als alle partijen begrip hebben voor de (on)mogelijkheden van het materiaal beton.

1.2 Doelstelling

Het doel van het project ‘ Autogene krimp van beton’ is om met een preadvies te komen over het fenomeen autogene krimp. Hierbij is het vooral van belang om een duidelijk beeld te krijgen wat autogene krimp is, het fenomeen eenduidig te beschrijven en de problemen met betrekking tot autogene krimp in kaart te brengen.

Resultaten preadvies:

  • Definitie van autogene krimp
  • Overzicht van de problematiek
  • Overzicht van de kennislacunes
  • Aanbeveling met vervolgstappen voor fase 2

1.3 Beschrijving van het project (fase 1)

In deze eerste fase ligt de nadruk op een inventarisatie van de kennisinfrastructuur: welke (eenduidige) kennis en inzichten zijn er met betrekking tot autogene krimp en wat zijn de verwachtingen omtrent de ontwikkelingen van dit verschijnsel.

Daartoe is er in deze fase desk research uitgevoerd naar het fenomeen autogene krimp. Dit heeft tot doel inzichtelijk te maken wat reeds bekend is over autogene krimp uit de literatuur.

Een tweede stap in deze eerste fase betreft het opsporen van eenduidige praktijkvoorbeelden van opdrachtgevers en uitvoerende partijen. Met experts op dit gebied zijn de resultaten uitgediept.

Op de volgende vragen is waar mogelijk antwoord gegeven:

  • Wat is de definitie van autogene krimp?
  • Wat is de oorzaak van het ontstaan van autogene krimp en welke factoren zijn hierop van invloed?
  • Welke schadegevallen in de praktijk zijn eenduidig te herleiden tot autogene krimp en waarop is dit gebaseerd?
  • Is er aantoonbaar een toename van schade door autogene krimp en waardoor is deze toename ontstaan?
  • Zijn alternatieve grondstoffen, waarvan het gebruik in het kader van het verlagen van de milieudruk toeneemt, van invloed (in positieve of in negatieve zin) op het ontstaan van schade door autogene krimp?
  • Op welke wijze kan autogene krimp worden voorkomen of beheerst?
  • Op welke wijze kan excessieve scheurvorming als gevolg van optredende autogene krimp worden voorkomen (kwantitatief)?
  • In welke mate sluit wet- en regelgeving (normen) aan op de Nederlandse omstandigheden?
  • Welke problemen ondervinden partijen in de bouw met de interpretatie en toepassing van de Eurocode waarin de omgang met autogene krimp is geregeld (NEN-EN 1992-1-1, paragaaf 3.1.4)?
  • Welk kennislacunes zijn er en tot welk nader onderzoek leiden deze?

1.4 Leeswijzer

In hoofdstuk 2 wordt Autogene krimp nader uitgelegd met daarbij een beschrijving en definitie. In hoofdstuk 3 is een overzicht gegeven van autogene krimp zoals die gemeten is aan diverse betonsoorten. In hoofdstuk 4 wordt aangegeven welke rekenmodellen er zijn voor autogene krimp. Hierbij is een voorstel gemaakt hoe de modellen aangepast kunnen worden zodat ze beter aansluiten bij de praktijk. In hoofdstuk 5 is aangegeven wat de impact is van het rekenen met actuele autogene krimp op basis van metingen op de kans op scheurvorming. In hoofdstuk 6 zijn de conclusies gepresenteerd met daarbij de resultaten en aanbevelingen voor de tweede fase.