Hogesterktebeton op de Moerdijkbrug - technische bijzonderheden

In aansluiting op het artikel 'Ervaring met hogesterktebeton op de Moerdijkbrug', verschenen in Betoninfra 30, in deze bijdrage enkele technische bijzonderheden.

De opgave
Vanwege de grote verkeersintensiteit moesten op de Moerdijkbrug tijdens de herstelwerkzaamheden 2 x 3 rijstroken beschikbaar blijven. Door de rijstroken te verleggen en te versmallen, ontstond voldoende ruimte om één rijrichting (drie rijstroken en een vluchtstrook) in twee fasen met hogesterktebeton (HSB) te overlagen. Per rijrichting werd 16 000 m2 beton aangebracht. De bij dit werk opgedane kennis en ervaring wordt toegepast bij de aanpak van andere vermoeiingsgevoelige stalen bruggen.

Problemen met een stalen brug
De huidige brug, circa 1000 m lang, is in gebruik sinds 1963 en bestaat uit tien nagenoeg gelijke stalen brugdelen met een breedte van 42,9 m en een overspanning van 100 m. Het stalen rijdek direct onder de asfaltlaag bestaat uit een stalen dekplaat, trogvormige langsverstijvers en dwarsdragers. De dikte van de dekplaat varieert over de lengte van de brug van 10 mm nabij de opleggingen tot 14 mm in het midden van elke overspanning.

Door vermoeiing, het verschijnsel dat scheurvorming kan ontstaan in het stalen brugdek bij op zich relatief lage, maar wel veelvuldig voorkomende spanningswisselingen, werd ingrijpen nodig.
Voor vaste stalen bruggen bleek het vervangen van asfalt door HSB de beste oplossing. Door het beton te laten samenwerken met het stalen dek kunnen de spanningen in het staal met een factor 4 à 5 worden gereduceerd ten opzichte van de situatie met asfalt. Hierdoor neemt de levensduur met tientallen jaren toe. Bijkomende voordelen zijn de duurzaamheid en de geringe gewichtstoename, waardoor de staalconstructie niet om reden van het vervangen van asfalt door HSB behoeft te worden versterkt.

Ontwikkeling HSB overlagingssyteem
Het HSB overlagingssysteem is ontwikkeld als een 50 mm dikke laag HSB sterkteklasse B105 met staalvezels en drie lagen wapening. De hechting aan het stalen rijdek wordt verzorgd door een epoxy-slurrylaag, ingestrooid met bauxiet. De overlaging moet ervoor zorgen dat gedurende de restlevensduur van de brug geen verdere vermoeiingsschade ontstaat. De overlaging moet onderhoudsvrij zijn.

In 2003 is het HSB-overlagingssysteem voor het eerst beproefd op de Calandbrug. Daarna is begonnen met grootschalige toepassing op de brug over de Lek bij Hagestein en de Moerdijkbrug. In 2005-2006 is de rijbaan richting noord aangepakt. Het stalen rijdek is gerepareerd en overlaagd met gewapend vezelversterkt HSB.
Om onder geconditioneerde omstandigheden te kunnen werken is een tent op de brug geplaatst die één brugdeel overkapt. In de tent werden het stalen dek gestraald, de epoxy hechtlaag aangebracht en de wapening gesteld. Tot slot werd in één stort 100 x 8 m2 beton aangebracht. Na verharding werd de tent naar het volgende veld verschoven en de cyclus herhaald. Het bleek moeilijk de verwerkbaarheid van het mengsel constant te houden door variaties in het vochtgehalte van de toeslagmaterialen.

Tegenvallers
In de praktijk was het bijzonder lastig om op grote stalen bruggen een vlak, vloeiend verlopend betonoppervlak te realiseren. Oorzaken zijn de onvlakheid van de onderliggende staalconstructie en de relatief dunne laagdikte van het beton.
Door de 'toppen' van het wegdek weg te frezen, werd een redelijke vlakheid bereikt. Vervolgens is een epoxy slijtlaag aangebracht voor een betere stroefheid van het wegdek. Ook bleken holle ruimten onder de wapening te zitten, als gevolg van plaatselijk hoge wapeningsconcentraties. Op twee overspanningen moest begin 2007 het beton worden vervangen.

Beter ontwerp
Voor het HSB op de twee overspanningen is het ontwerp aangepast. De oorspronkelijke drie lagen wapening (Ø8-50) zijn vervangen door op de dikkere delen (> 55 mm) van het dek twee lagen Ø12-75 en op de dunnere delen (< 55 mm) één laag Ø12-75 in dwarsrichting en Ø8-50 in langsrichting van de brug aan te brengen. De bouwstaalnetten werden vervangen door rolwapening.
Het beton werd nu in een centrale geproduceerd en met truckmixers en transportbanden in het werk gebracht. Voorts is het personeel van de aannemer vooraf goed geïnstrueerd.
Om de vlakheid te verbeteren is het beton niet gevlinderd, maar is een overhoogte van ongeveer 5 mm aangebracht die vervolgens in het juiste hoogteprofiel is gefreesd. Na het frezen is een epoxy slijtlaag aangebracht.

Westelijke helft
Voor de westelijke helft van de brug is dezelfde werkwijze toegepast als bij de vervanging van de twee dekken op de oostelijke helft. In maart 2008 is begonnen met het aanbrengen van het HSB. Half augustus is de brug volledig beschikbaar gekomen voor het verkeer.
De betonspecie is via een verdeler met transportbanden in het werk gebracht om de gestelde wapening zoveel mogelijk te ontzien. Dit had grote voordelen voor de vlakheid van het wapeningsnet, een belangrijk aspect gezien de geringe betondekking.
Na het verdichten met trilnaalden is het beton met een trilbalk op de juiste hoogte afgewerkt. Direct daarna werd curing compound aangebracht en het oppervlak afgedekt met folie. Deze nabehandeling was effectief: de hoeveelheid scheuren in het oppervlak bleef zeer beperkt en de scheurwijdte is minder dan 0,1 mm.

Conclusie
De toepassing van HSB als overlaging op stalen bruggen is een geslaagde oplossing voor de vermoeiingsproblematiek. De uitvoering is logistiek complex, staat altijd onder grote tijdsdruk vanwege de verkeersbeperkende maatregelen die men zo kort mogelijk wil houden en de beschikbare werkruimte is vaak (uiterst) beperkt.