Aanpak Vochtproblematiek M a s s i e f Metselwerk. Synthese Wetenschap en Vakmanschap. Syllabus. studiedag

Aanpak Vochtproblematiek M a s s i e f Metselwerk Synthese Wetenschap en Vakmanschap

Syllabus studiedag

Delft, 4 april 2007

1

2

Voorwoord Deze studiedag staat in het teken van de gedachtewisseling van allen die betrokken zijn bij de restauratie van uit massief metselwerk opgetrokken monumenten. Bedreigde monumenten vaak, waarbij vocht een desastreuze rol speelt. Middels het totaalonderzoek "Aanpak vochtproblematiek massief metselwerk" werken de onderzoekers Caspar Groot en Jos Gunneweg van de TU Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen aan een in 12 deelonderzoeken gesplitst onderzoeksprogramma om antwoorden te geven op de verschillende problemen die in de eerste fase van het onderzoek gesignaleerd werden. Daarbij wordt indien nodig een beroep gedaan op expertise die elders aanwezig is. Ingeschakelde instituten zijn o.a. TNO-Bouw, het Technisch Centrum voor de Keramische Industrie en Bureau Rockview. Ook de vakman, de voeger en de metselaar, worden met regelmaat geraadpleegd, met name degenen die het vak nog op de 'ouderwetse' manier uitoefenen. In het rapport dat u vandaag krijgt uitgereikt vindt u daar meerdere voorbeelden van. Zodoende wordt alle expertise, waar ook beschikbaar, ingezet. Dat maakt het onderzoek zeer praktijkgericht. Vandaag wordt gerapporteerd over de eerste twee deelonderzoeken: "Kwaliteitseisen Restauratiebaksteen" en "Kwaliteitseisen Metselmortels in Kalk". Inbegrepen hierbij de bouwstenen voor de nieuw te ontwikkelen richtlijn "Restauratiebaksteen" en "Metselmortels in Kalk". De ontwikkeling van deze bouwstenen tot een gecertificeerde richtlijn zal door een commissie onder regie van de RACM direct na deze studiedag ter hand worden genomen. De onderzoekers gaan ondertussen door met nieuwe deelonderzoeken. Nog dit jaar zullen de deelonderzoeken "Detectie losse schilvorming of lateraalscheuren" en "Bouwstenen voor een Richtlijn Injecteren" worden afgerond en zal met een aantal andere deelonderzoeken een aanvang worden gemaakt. Plezierig is dat een aantal deskundigen bereid waren hun inzichten betreffende het thema ‘Aanpak Vochtproblemen in massief metselwerk’ gedurende de studiedag te presenteren; hiervoor zijn wij hen zeer erkentelijk. De studiedag is bedoeld voor onderlinge communicatie. Aarzelt u daarom niet om commentaar te geven of ons van uw bijzondere ervaringen op het gebied van restauratie deelgenoot te maken. Dat kan natuurlijk ook nog na deze studiedag. Dank aan de sectie Gebouwen en Civieltechnische Constructies van de Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, met name ook aan het secretariaat, voor het organiseren van deze studiedag. Tot slot wil ik iedereen bedanken, die in een of andere vorm aan dit onderzoek heeft bijgedragen, met name ook de sponsors zonder wie dit onderzoek niet had kunnen plaatsvinden. Namens de begeleidingscommissie wens ik u een zeer vruchtbare studiedag toe. Arnold van der Ree voorzitter

3

4

INHOUD

I

VOCHTPROBLEMEN IN MASSIEF HISTORISCH METSELWERK Michiel van Hunen

II

VOCHTTRANSPORT EN SCHADE DOOR ZOUTEN Rob P.J. van Hees & Barbara Lubelli

III

ONDERZOEK, DIAGNOSTIEK EN REPARATIEADVIES 3 casussen uit de restauratiepraktijk Jos Gunneweg

IV

VAN KLEI TOT BAKSTEEN Hoe ontstaan de hygrische eigenschappen? Hans van Wijck

V

STEEN- EN MORTELKEUZE VOOR ZWAAR REGENBELAST MASSIEF METSELWERK Caspar Groot

VI

METSELMORTELS VOOR WATERDICHT METSELWERK. EIGENSCHAPPEN VAN 4 MORTELS EN RESULTATEN VAN DE REGENPROEF. Tomas J. Wijffels

VII

IMPACT-ECHO Jeroen Schouten

VIII

PRAKTIJKPROEVEN DETECTIE & INJECTIE Stand van zaken Jos Gunneweg

IX

HYDROFOBEREN - van de regen in de drup? Caspar Groot & Jos Gunneweg

5

6

I

VOCHTPROBLEMEN IN MASSIEF HISTORISCH METSELWERK door Michiel van Hunen

Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten (RACM) [email protected]

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

VOCHTTRANSPORT EN SCHADE DOOR ZOUTEN Rob P.J. van Hees 1, 2, Barbara Lubelli 2 1 Netherlands Organisation for Applied Scientific Research – TNO Built Environment & Geosciences, PO Box 49, 2600 AA Delft, Netherlands 2 Delft University of Technology, Delft, Netherlands

Samenvatting Zoutkristallisatie kan leiden tot ernstige aantasting van steen en metselwerk. Dit veelvoorkomende probleem vormt bij de zorg voor monumenten een blijvend punt van aandacht. In dit artikel wordt beschreven hoe het mechanisme van zoutkristallisatie werkt en ook op welke manieren zoutkristallisatie zich manifesteert. De vele factoren die het schadebeeld beïnvloeden, maken het soms lastig om de oorzaak van het probleem te achterhalen. Van geval tot geval moet bekeken worden welk soort materiaaltechnisch onderzoek en onderzoek naar de herkomst van vocht noodzakelijk is.

1. Inleiding: soorten zout 1.1 Algemeen Metselaars spreken vanouds wel van salpeter in de muur. Daarmee doelen ze eigenlijk niet alleen op nitraten (salpeter), maar op alle zouten die in metselwerk voorkomen. Dat zijn nitraten (zout van salpeterzuur), sulfaten (zout van zwavelzuur) en chloriden (zout van zoutzuur). Het kan daarbij om vreemde, maar ook om materiaaleigen zouten gaan. Sulfaten dringen vooral in metselwerk door via het grondwater. Verder kan het stoken van steenovens met turf (in het verleden veel voorkomend bij de zogenaamde veldovens) leiden tot een hoge opname van sulfaat uit de turf. Sulfaat kan zich ook in de klei bevinden die voor baksteenproductie gebruikt is; dan geldt dat baksteen, die bij een lagere temperatuur gebakken is, een hoger sulfaatgehalte heeft. Chloriden worden onder andere afgegeven via zeewater dat direct of als aerosol inwerkt op gebouwen. Ook de muren van gebouwen die als zoutopslag dienen of hebben gediend en muren blootgesteld aan dooizout kunnen een hoge chloride belasting hebben.. Nitraten kunnen voorkomen in riolen, stallen en andere plaatsen waar dierlijke uitwerpselen terechtkomen. Tenslotte kunnen ook onderhoudswerkzaamheden zorgen voor aanvoer van zouten. Te denken valt aan chemische gevelreiniging, de toepassing van alkalihoudende restauratiemortels en oppervlaktebehandelingen met bijvoorbeeld waterglas (een silicaat ofwel zout van kiezelzuur).

1.2 Vormen van zoutschade; patronen van zoutafzetting De meest voorkomende vormen van schade ten gevolge van kristallisatie processen, in zowel de praktijk als het lab zijn (Charola, 2002, Naldini et al, 2006):  poederen en (af)zanden  schilferen  exfoliatie en delaminatie Schilferen komt vooral voor wanneer het materiaal een dunne laag aan her oppervlak bezit die enigszins afwijkt van de rest van het materiaal. Wanneer deze dunne laag is verdwenen gaat de schade meestal verder in de vorm van poederen. Los hiervan kan een duidelijke en specifiek schadetype optreden wanneer behandeling met b.v. hydrofbeermiddelen heeft plaatsgevonden: Afspringen van een vrij dikke laag (spalling), meestal, maar niet altijd, de hydrofobe zone. Daarnaast kan sprake zijn van uitbloei van zouten aan het oppervlak. Kenmerkend voor uitbloei is dat het zout ‘capillair’, dat wil zeggen via het poriënsysteem van het materiaal, naar het oppervlak wordt getransporteerd.

23

Wanneer zoutkristallen zich afzetten aan het oppervlak van metselwerk, is er altijd een vochtbron in het spel. Een muur kan van twee kanten de inwerking van optrekkend vocht ondervinden: onderlangs uit de grond en zijdelings vanuit het maaiveld (de aanaarding tegen de muur). Het voor optrekkend vocht kenmerkende beeld van een golvende zoutafzetting ergens in de onderste meters van een muur ontstaat doordat het optrekkende water zout afzet aan de bovengrens van de vochtige zone, het verdampingsfront (fig. 1).

Fig. 1 Verdampingsfront met afgezette zouten.

1.3 Uitbloei, uitloging en afzetting Een muuroppervlak kan een witte uitslag vertonen, die sterk doet denken aan de bovenbeschreven zoutuitbloei. Dit probleem komt veelvuldig voor bij nieuwbouw metselwerk (fig. 2). Het gaat daarbij vaak om uitbloei van kalk of gips; de herkomst van dergelijke uitbloei kan zowel bij de mortel als bij de steen liggen. Vaak ontbrandt een strijd om de vraag waar de oorzaak van de uitbloei ligt: in de steen of in de mortel. In deze strijd kunnen aannemer en voeger betrokken raken, en zelfs de architect, die in het bestek de materialen heeft voorgeschreven.

Fig. 2 Witte uitslag op nieuwbouwgevels.

24

Wanneer over de hele gevel een grauwsluier optreedt, is gips veelal de oorzaak. Dit is een vervelend probleem, omdat deze calciumsulfaat afzetting slecht in (regen)water oplost en dus moeilijk te verwijderen is. Ook oppervlakteafzettingen van andere sulfaten kunnen zich voor doen. Dit laatste type uitbloei is vaak van tijdelijke aard, doordat die zouten wel vanzelf door de regen worden weggespoeld. Lastiger is het wanneer vrije of niet gecarbonateerde kalk, die rijkelijk in mortels aanwezig is, op het metselwerk wordt afgezet. Aan het oppervlak gekomen wordt de kalk door CO 2 uit de lucht in calciumcarbonaat omgezet, is dan moeilijk oplosbaar en zorgt voor de nodige (esthetische) problemen. Een hoge waterbelasting kan ook leiden tot geleidelijke uitspoeling of uitloging van mortelbestanddelen. Uitloging komt alleen voor wanneer een hoge mate van inwatering optreedt en er in het metselwerk of in het materiaal voldoende ruimte is voor het doorsijpelen van water. Dat is bijvoorbeeld het geval bij niet vol en zat gemetseld metselwerk of bij scheurtjes in beton. Als gevolg hiervan lossen mortelbestanddelen (en met name vrije kalk) op. Die deeltjes worden met de uitstroom van water via naden en scheurtjes naar het muuroppervlak getransporteerd. Karakteristiek is dat dit transport vrijwel altijd langs de voeg (of via scheurtjes) naar het oppervlak komt. De kalkdeeltjes uit de mortel vormen witte uitlopers op het muurvlak (fig. 3). Het proces is volkomen vergelijkbaar het vormen van druipsteen in de natuur.

Fig. 3 Uitloging en vervolgens afzetting van kalk op het muuroppervlak (l) en druipsteenvorming in de grotten van Castellana – It (r). 1.4 Kristallisatie op en onder het muuroppervlak Bovengenoemde verschijnselen zijn in principe van tamelijk onschuldige aard, omdat het hier een louter esthetische aantasting betreft, zonder gevolgen voor de bouwtechnische kwaliteit. Serieuzer zijn de gevolgen van zoutkristallisatie onder het oppervlak. In dat geval wordt gesproken van cryptoflorescentie, letterlijk verborgen kristallisatie. Crypto-florescentie kan leiden tot het verpoederen, verpulveren en wegdrukken van lagen steen en mortel, wat uiteindelijk zal leiden tot een aanzienlijk verlies aan materiaal.

2. Het transportproces 2.1 Algemeen: invloedsfactoren en randvoorwaarden Een aantal factoren is beslissend voor de aard van het kristallisatieproces. Vochtaanvoer, droogomstandigheden, droogsnelheid, temperatuur en wind, alsmede materiaal-eigenschappen bepalen tezamen of zoutkristallisatie zich aan het muuroppervlak voordoet (efflorescentie) of binnenin (crypto-florescentie). Uit een laboratoriumtest blijkt dat uitbloei zich vooral via de voegen voordoet wanneer kalkmortel is toegepast (fig. 4). Het proefstuk rechts laat zien dat bij toepassing van een (dichtere) cementspecie de uitbloei vooral via de stenen optreedt. Ook bepaalde soorten gevelbehandeling kunnen kristallisatieschade beïnvloeden. Zo wordt het effect van zoutinwerking van binnenuit op gehydrofobeerde baksteen duidelijk bij een laboratoriumtest waarin de stenen met zout worden belast (Van Hees en Lubelli, 2006). Het is niet toevallig dat de stenen juist achter de hydrofobe laag stuk gaan, omdat op dat punt het vochttransport naar het oppervlak wordt tegengehouden. Vergelijkbare schade als in de laboratoriumtest doet zich ook voor in de praktijk. Omdat na het hydrofoberen het transport van water naar het muuroppervlak stilstaat, zal bij aanwezigheid van zouten de concentratie achter de hydrofobe zone zo lang toenemen tot de steen het uiteindelijk begeeft.

25

Fig. 4 Verschil in zoutuitbloei in een laboratoriumexperiment: links kalmortel, rechts cementmortel.

2.2 Andere schademechanismen Wanneer voegwerk van traditioneel, tri-calciumaluminaat (C3A) houdend, wit cement in aanraking komt met zeezout, kan de verbinding trichloride ontstaan. Trichloride is een sterk zwellende verbinding, die tot het zwellen van de voeg kan leiden (fig. 5). Dergelijke zwellende verbindingen kunnen ook op andere manieren ontstaan, bijvoorbeeld wanneer voor gevelreiniging gebruik wordt gemaakt van zoutzuur of azijnzuur. Azijnzuur gaat door inwerking op de mortelbestanddelen over in de verbinding calciumacetaat. Zwellende verbindingen kunnen leiden tot het openbarsten van voegen, het zwellen van metselmortel tussen de stenen en uiteindelijk zelfs tot vervorming (bol staan) van de complete gevel.

Fig. 5 Openbarsten van voeg als gevolg van de vorming van een zwellende verbinding, calciumacetaat. Een dergelijke vorm van chemische schade treedt ook op wanneer zouten (met name sulfaten) vanuit bijvoorbeeld de baksteen dan wel van buitenaf een verbinding aangaan met bestanddelen van mortels. Door drukopbouw binnenin het materiaal kunnen scheuren ontstaan in het metselwerk of kunnen er schollen afspringen (fig. 6).

26

Fig. 6 Afspringende stukken steen, ten gevolge van drukopbouw in de mortel. Samenvattend kunnen we zeggen dat schade door zoutbelasting zich voordoet wanneer een of enkele essentiële factoren in het spel zijn. Ten eerste de aanwezigheid van een of meer vochtbronnen, zoals optrekkend vocht of een overmaat aan regenwater; ten tweede de aanwezigheid van een bron van zouten, ten derde de mechanische sterkte van het materiaal, die bepaalt wanneer (bij welke hoogte van de zoutbelasting) de schade zal ontstaan. 2.3 Voorbeelden uit de praktijk De synagoge in Willemstad (Curaçao) behoort tot de topmonumenten van het westelijk halfrond. Vanuit de gevelkolom komt vocht-zoutschade min of meer uitwaaieren (fig. 7). De oorzaak is gelegen in een lekkage aan de hemelwaterafvoer die in de kolom is opgenomen. Op Curaçao doen zich vaak problemen met een hoge zoutbelasting voor (Van Hees en Van Rijswijk, 2005). In het verleden werden bouwmaterialen dikwijls van het strand gehaald. Er werd gewerkt met koraalstenen, met zand dat zouten bevatte, en zelfs met zeewater om de mortels mee aan te maken. Materialen zijn daardoor vaak vergeven van de zouten. Zelfs bij een geringe mate van vochttransport ontstaan dan al problemen.

Fig. 7 Vocht-zoutschade als gevolg van een lekkende hwa in de gevelkolom en de aanwezigheid van zouten in de muur.

27

Ook in de provincie Zeeland hebben monumenten te lijden van zoutkristallisatie. Als gevolg van de watersnoodramp in 1953, zijn veel historische constructies met zout belast geraakt. Het metselwerk in de kerk van Brouwershaven bevat een grote hoeveelheid zeezouten, die zorgvuldig restauratiewerk in korte tijd weer teniet doen. Betrekkelijk kort na restauratie trad al weer schade aan het pleisterwerk op, ondanks het feit dat er een speciale restauratiemortel was toegepast (fig. 8).

Fig. 8 Verloop van zoutschade aan een pleisterlaag op een met zout belaste ondergrond. Op Curaçao bevindt zich een patriciërshuis dat recentelijk van een restauratiepleister is voorzien. De eerste schade kondigde zich aan toen binnen een jaar het schilderwerk begon af te bladderen. Vervolgens nam de schade snel toe, het eerst nabij kleine scheurtjes in de pleisterlaag eronder. Langs de scheurtjes verschenen de eerste zoutafzettingen. Hieromheen werd de mortel als het ware opgegeten en uiteindelijk resteerden complete gaten in de pleisterlaag (fig. 9). Een ander voorbeeld, gesitueerd in Scheveningen, maakt duidelijk hoe na restauratie opnieuw schade optreedt. Het getoonde muurvlak staat constant bloot aan zeezouten, aangevoerd als aerosol. Op de hoek is oude steen door nieuwe steen vervangen. Schade doet zich nu vooral voor waar de oude steen is gehandhaafd en alleen de voeg is vernieuwd (fig. 10). Vanuit de oude steen werkt het opgehoopte zout in op de nieuwe voeg, die al snel wordt aangevreten en vervolgens uitspoelt.

Fig. 9 Ontwikkeling zoutschade aan een pleisterlaag.

28

Fig. 10 Zoutschade aan (hersteld) voegwerk nabij de zee.

3. Discussie en conclusies 3.1 Het mechanisme, modellen en noodzakelijk onderzoek Voor veel problemen rond zoutschade zijn intussen praktische oplossingen aan te geven. Dat wil echter niet zeggen dat het zoutschademechanisme al volledig doorgrond is (Pel et al. 2004, Lubelli, 2006). Om schade te verklaren kan gebruik worden gemaakt van modellen. Zo is er een model dat uitgaat van de drukopbouw die optreedt door kristallisatie (Correns, 1949). De poriën van steen en voegen komen vol te zitten met zouten. Zo ontstaat er druk, kristallisatiedruk, die wordt omgezet in trekspanningen op de poriewanden, waardoor het materiaal uiteindelijk bezwijkt. Het optreden van chemische aantasting door zeezout kan eveneens met behulp van een theoretisch model verklaard worden. In (kalk)mortel, maar ook in kalksteen, bevinden zich hardere, deeltjes in een massa van zachtere kalkdeeltjes. De harde stukken, het toeslaggedeelte (in een mortel is dat in het algemeen het zand), zijn ingebed in het zachte materiaal, in een mortel het bindmiddel, dat een structuur van capillairen vertoont. Wanneer kalk uit het bindmiddel reageert met binnendringend zout, ontstaat calciumchloride, een nieuwe verbinding die gemakkelijk in water oplosbaar is. Als gevolg hiervan spoelt dit materiaal weg en blijft in de steen of mortel een gaterige structuur achter. Schadegevallen die het beeld van deze modellen vertonen, zijn er zeker. In afbeelding 10 is te zien dat voegen deels zijn verdwenen en baksteen is verpoederd. Ondanks dit alles is er in veel praktijkgevallen echter nog steeds geen sluitende verklaring voor het de optredende zoutschade. Dat onderstreept nog eens het belang van verder (met name fundamenteel) onderzoek naar het exacte schademechanisme (Lubelli, 2006). Daar zijn zowel fabrikanten van bouwmaterialen (produktontwikkeling) als onze gebouwen en zeker onze monumenten nadrukkelijk mee gediend. 3.2 Aanpak zoutschade De aanpak van zoutschade is erg afhankelijk van de omstandigheden: Zo ligt het vaak voor de hand de bron van vocht (en zout) aan te pakken (bijv. optrekkend vocht) en op die manier tegelijk de aanvoer van nieuwe zouten uit de bodem tegen te gaan. Als verdere maatregelen valt te denken aan ontzouten en daar waar het (binnen)klimaat gereguleerd kan worden en tegelijk geen sprake is van een vochtbron van buitenaf kan ingrijpen in het binnenklimaat een te overwegen maatregel zijn, bijvoorbeeld door de RV beneden een bepaalde waarde (het hygroscopisch evenwichtsvochtgehalte van het in de muren aanwezige zoutmengsel) te houden. In elk individueel geval zal echter, vaak aan de hand van nader onderzoek, moeten worden vastgesteld welke maatregel of combinatie de meeste effectiviteit zal geven.

29

4. Referenties Correns C.W., Growth and dissolution of crystal under linear pressure, Discussion of the Faraday Society, 5, 1949, pp.267-271 Charola A.E., 2002, Salts in the deterioration of porous materials: an overview, JAIC 39, pp. 327343 L. Pel, H. Huinink, K. Kopinga, R.P.J. van Hees, O. Adan, Efflorescence pathway diagram: Understanding salt weathering, Construction & Building Materials, Vol. 18, Issue 5, June 2004, pp. 309-313 Rob P.J van Hees, Paul van Rijswijk, Interventions In Salt Decayed Monuments At Curaçao. The Example Of The Historic Synagogue, in: L.G.W. Verhoef & R. van Oers eds., Proceedings of Symposium ‘Dutch Involvement in the Conservation of Cultural Heritage Overseas’, Delft, Dec 2004, DUP Science, Delft 2005, pp.171-179 Lubelli, B. Sodium chloride damage to porous building materials, PhD thesis, Delft University of Technology, 2006 Rob P.J. van Hees, Barbara Lubelli, Analysis of transport of salts in restoration plasters, in: European Research on Cultural Heritage – state of the art studies, eds. Stefan Simon & Milos Drdacky, Volume 5, ITAM, Prague 2006, pp. 315-327 S. Naldini, R.P.J. van Hees and T. Nijland, Definitie van schade aan metselwerk, in PIM, Praktijkboek Instandhouding Monumenten, deel II-4, 19 p., afl. 28, August 2006

30

III

ONDERZOEK, DIAGNOSTIEK EN REPARATIEADVIES 3 casussen in de restauratiepraktijk door Jos Gunneweg

TU-Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen e: [email protected] i: grootgunnewegdelft.nl

31

32

ONDERZOEK, DIAGNOSTIEK EN REPARATIEADVIES 3 casussen uit de restauratiepraktijk Jos Gunneweg* Vocht is de grote belager van alle bakstenen erfgoed in ons land. Met beloften als ‘waterdichte ja zelfs waterafstotende’ gevels die er uit zien ‘als nieuw’ zijn de laatste decennia de productinnovaties van de bouwchemie en de moderne morteltechnologie ook in de restauratiesector toegepast. En toch lijkt het of in massief metselwerk opgetrokken gebouwen vroeger beter tegen vocht bestand waren dan tegenwoordig. Voortschrijdend inzicht / Waar gehakt wordt vallen spaanders! Waar gebouwd wordt worden bouwfouten gemaakt en waar gerestaureerd wordt ontstaat de kans op restauratiefouten. Maar van je fouten moet men leren. Door verschillende wetenschappelijke onderzoeksprojecten ontstaat voortschrijdend inzicht dat in de afgelopen jaren een omslag heeft opgeleverd in het denken over de restauratie van massief metselwerk. Met name ook door het kalksymposium met de uitgave van Het KALKboek, van de RDMZ in 2003 waardoor het gebruik van kalk als bindmiddel in mortels voor de restauratie van historische bouwwerken, in plaats van cement, weer volop in de aandacht is gekomen. Ook in het in 2005 gereedgekomen E-U Compass Project , het onderzoek naar zoutbestande pleistermortels in monumentale gebouwen, neemt het aspect ‘vochthuishouding’, een belangrijke plaats in. Het totaalonderzoeksproject aanpak vochtproblematiek m a s s i e f metselwerk heeft zijn eerste concrete resultaten opgeleverd en onder invloed van de ondervonden schade en schande, begint van lieverlee ook het uitvoeren van materiaalkundig en bouwfysisch vooronderzoek aarzelend zijn plek in het restauratieproces te vinden. molen – grafkelder – kerktoren : drie praktijkvoorbeelden / Onderzoeksrapporten zijn interessante lectuur, maar wat kan je met breed opgezet wetenschappelijk onderzoek in de restauratiepraktijk van alledag? We laten de vertaalslag naar objectgebonden onderzoek en advisering zien aan de hand van drie monumenten in het dorp Monster, aan de Zuid-Hollandse kust. Het was de gemeentelijke vakspecialist cultuurhistorisch erfgoed van de gemeente Westland die geconfronteerd werd met de vochtproblematiek van een ruim 10 jaar eerder keurig nieuw opgevoegde molen De Vier Winden in Monster, waar hij zelf geen antwoorden op had. Daartoe aangespoord door de molenconsulent van de RACM, liet hij een deskundig onderzoek instellen. Vervolgens liet hij ook de grafkelder en de toren van de N-H Kerk in Monster onder de loupe nemen. We gebruiken deze drie interessante monumenten hier als casussen om de belangrijkste aspecten van materiaalkundige en bouwfysische aard – toegespitst op vochtgehalte, zoutbelasting, mortelsamenstelling, baksteenkwaliteit - alsmede vakmanschap en de procesmatige kant te behandelen. Molen / Van deze vlak aan zee gelegen stenen stelling- korenmolen, ‘De Vier Winden’ genaamd en gebouwd 1882, was in 1993 de romp intensief hersteld en manifesteerde zich in de jaren na 2000 een steeds toenemende vocht- problematiek en het voegwerk vertoonde vorstschade. Ook was sprake van steeds ernstiger wordende scheurvorming. Niet alleen verticaal, maar merkwaardigerwijs ook horizontaal, door welke scheuren bij storm aan de regenzijde ook water naar binnen lekte.( zie afb. ‘scheurpatroon’). Ook waren zgn. lateraalscheuren (scheuren evenwijdig aan het muuroppervlak, ook ‘schilvorming’genoemd) ontstaan. Het interieur was vochtig , veel balkkoppen waren door houtrot aangetast en was er ook sprake van houtwormaantasting van vloerdelen en het molenwerk. De gemeente Westland gaf opdracht tot een bouwkundig en bouwfysisch onderzoek alsmede tot een op basis hiervan uit te werken plan van aanpak en restauratiebestek.

33

Waarbij de adviseurs ook betrokken zouden zijn bij de voorselectie van uitvoerende bedrijven, de aanbesteding en de uitvoeringsbegeleiding. Bij een zich duidelijk manifesterend vochtprobleem is het van belang op strategische plekken (div. hoogten, aan de ZW – zijde regenkant) en de NO zijde (droge zijde) een v o c h t p r o f i e l te nemen (op drie verschillende diepten in de muur) om de status quo vast te leggen teneinde latere veranderingen te kunnen vaststellen. Een ‘nul – meting’. Met de nodige routine om dit beeld te ‘lezen’ kan dit in combinatie met andere informatie leren over aard (optrekkend of van bovenaf komend) en richting geven aan mogelijke oplossingen van de vochtoverlast. Bij de molen bleek het vochtgehalte aan de westzijde (regenkant) midden in de dikte van de muur bijna 17% [m/m]. Ver boven het critisch vochtgehalte ( het omslagpunt – ver voor het verzadigingspunt - waarboven het vocht bij meerdere regen vrij gaat stromen en de muur ‘doorslaat’; bij baksteen plm. 9 % ; massaprocenten) en dicht tegen verzadiging aan. De droge kant (oostzijde) leverde een waarde op van plm 6% [m/,m] . De monsters werden genomen ( 17 mei - 2004) na een betrekkelijk droge periode. Het beeld werd bevestigd, dat de droging van de muur aan de binnenzijde, door de dichte pleisterlaag wordt afgeremd. (hieronder twee voorbeelden van vochtprofielen; niet van het betreffende object). Voor de keuze van een mortelreceptuur bij restauratie is het van belang de z o u t b e l a s - t i n g van het muurwerk te kennen.Op de molen (ook bij toren en grafkelder, zie hierna) werden gruismonsters genomen van mortel en steen, waarvan dmv een geleidbaar- heidsbepaling de mate van zoutbelasting werd bepaald. Het muurwerk bleek, niet voorbeelden vochtprofielen droge resp. lekke muur Vochtprofielen lekke muur

vochtprofielen droge muur 25

25

20

vochtgehalte (massa %)

vochtgehalte (massa %)

20

15

boven ZW

15

boven NO beneden N

10

Z W W

10

5

0 2,5

7,5

12,5

17,5

22,5

diepte (cm) van binnen naar buiten

5

0 0-7 cm

7-20 cm

20-30 cm

diepte van binnen naar buiten

Bwk toestand droge muur: - goede baksteenkwaliteit - goed uitgevoerd hervoegwerk - in kalkmortel - niet gehydrofobeerd - vochttransporterende binnenpleister - goede ventilatie

Bwk toestand lekke muur: - matige baksteenkwaliteit - slecht uitgevoerd hervoegwerk - in cementmortel - gehydrofobeerd - zgn ‘waterdichte’ cementgebonden binnenpleister - weinig ventilatie

verbazingwekkend aan zee, met gemiddeld 2500 S/cm ( microsiemens per cm, een karakterisering voor de geleidbaarheid), redelijk sterk zoutbelast. Ook weer niet extreem, want waarden van 6000 komen ook voor. De zoutbelasting heeft invloed op de keuze van het bindmiddel in de restauratiemortel en – bij pleisterwerk- het type pleisterwerk. Helaas hebben de sommige zoutbestande mortels een sterke afname van de vochttransporterende eigenschappen tot gevolg tov de oorspronkelijke kalkmortels. Dus de keuze is nog niet zo eenvoudig.

34

Geopteerd wordt hier voor een mortel op basis van natuurlijke licht hydraulische kalk. Alle expertise – die van de adviseur, die van de mortelproducent en die van het uitvoerend bedrijf wordt gebundeld om tot een optimale aanpak te komen. Deze inspanning werd afgezegeld met een 10-jarige zgn. driehoeks garantie regeling.

boorkerngat, detectie lateraalscheur

35

Na

scheurpatroon binnen (rontgrenview)

Na opname, uitvoeren chemische mortalanalysen, bepaling zoutbelasting en uitwerken vochtprofielen kon de volgende d i a g n o s e worden gesteld. Bij het voegwerkherstel is in 1993 het uithakken van de oude voegen uit een oogpunt van arbeidskosten besparing – niet ongebruikelijk in die jaren, betrekkelijk bruut gedaan:

36

Even met de slijptol langs de gevel om de oude voegen eruit te ritsen, wat beschadigde steentjes inboeten, de hogedrukspuit met een chemisch reinigingsmiddel er overheen, de voeger met een waterdichte cementmortel erachteraan en de gevel was waterdicht en weer ‘als nieuw’; wat heet: veel beter en duurzamer dan hij in nieuwstaat ooit was!

uitslijpschade

Hydrofoberen, ook gebruikelijk in die tijd, is hier zo bleek uit het onderzoek, om welke reden dan ook, gelukkig achterwege gebleven. De toegepaste cementgebonden hydraulische sterk hechtende, harde , niet elastische en niet poreuze voegherstelmortel was niet compatibel met de daarachter gelegen, oorspronkelijke kalk gebonden luchthardende metselmortel. Hierdoor ontstond zgn voeghechtvlak-haarscheur lekkage. Het water werd bij regen capillair in de muur gezogen maar kon het er bij droog weer onvoldoende meer uit dampen. Het in 1960 reeds, in een cementgebonden pleistermortel vernieuwde binnenpleisterwerk verhinderde droging van binnen uit. Geleidelijk aan bouwde zich aan de regenzijde het vochtgehalte van de muur steeds hoger op, tot het boven het genoemde critisch vochtpercentage kwam en bij balkkoppen en via barsten in de pleisterlaag naar binnen lekte. Terwijl ook het binnenklimaat steeds vochtiger werd. Belangrijk element bij het geformuleerde plan van aanpak was een fasering van de uitvoering, om zodoende tijd in te bouwen om na ontpleisteren van het inwendige het muurwerk de gelegenheid te geven te drogen. Inmiddels zijn twee van de vier fasen nu uitgevoerd. Een betonnen ringbalk om de voet van de molen, herstel balkkopen, uitvoeren houtwormbestrijding en afbikken binnenpleisterwerk. Het vocht komt er nu wel uit want het ruikt in de molen als in een grot en er wordt goed geventileerd. Grof berekend moet er wel minstens 2000 l water verdampen wil het vochtgehalte beneden de kritische 9% komen! Dit proces verloopt redelijk voorspoedig.

37

Voor het hervoegwerk zijn in juni 2004 in de aanloop naar de aanbesteding door drie verschillende restauratievoeg- bedrijven proefstukken opgezet, met een 6-tal verschillende, mortelrecepturen. Dit bood een unieke gelegenheid om een stapje verder te gaan bij het analyseren en evalueren van de verschillen in mortelkarakteristieken. Dit is geen standaard werkwijze. Najaar 2006 werden de proefstukken manueel (met priem en licht beiteltje, elasticiteit, hechting) en visueel (kleur, textuur) beoordeeld. Hierna werden boorkernen genomen die aan verschillende laboratorium- onderzoeken werden onderworpen. Onder andere absorptie - en droogproeven (resultaten weergegeven in onderstaande grafiek).

vocht absorptie na 60 min. en Droging binnen 24 uur 45

gewichten (gr)

40 35 30 25 20 15 kern 0

kern 1

kern2

kern3

netto vocht na 24 uur

kern4

kern5

kern6

kern7

kern8

monsters

droging binnen 24 uur

38

De boorkernen werden van voren en van opzij gefotografeerd om zo een goed beeld te krijgen van het uithakwerk en de vulling. Hierdoor werden, meer nog dan de eigenschappen van de mortel een paar belangwekkende waarnemingen gedaan op het gebied van de uitvoeringswijze.

5 5

7

7

Vastgesteld werd dat bij vijf van de acht proefstukken het uithakwerk niet veel meer resultaat had bereikt dan het ruimen van de eerder in 1993 ‘geslepen’ ondiepe wigvormige sleuf, waarbij de hechtingscondities en het gevaar van uitdrukken afgezien van morteleigenschappen, niet wezenlijk zouden zijn verbeterd. (men ziet op verschillende plaatsen de vicieuze cirkel dat hervoegbeurten na mislukte eerdere hervoegbeurten wederom mislukken!) Voorts, dat bij de drie proefstukken waarbij men dmv inzagen met de diamantzaag een voorsnee van wel 30mm diep had bereikt, de voeg door een te geringe plasticiteit van de mortel niet goed was gevuld. Alle waarnemingen en analyseresultaten in hun onderlinge samenhang beoordeeld werd een advies gegeven over twee in principe in aanmerking komende mortel(recepturen) en mbt de uitvoering het volgende: Er moet beduidend dieper worden uitgehakt dan de huidige geslepen diepte, liefst ruim 2x zo diep en naar een gekartelde structuur. Om de dieper geruimde voeg gevuld te krijgen moet het inzetten in 2en, vers-invers geschieden. 1e gang met een smalle, 2e gang met een bredere voegspijker (zie onderstaand schema). Deze laatste fase is nu - voorjaar 2007 – in uitvoering waarna binnenpleisterwerk.

39

Toren / Bij de uit de 16e eeuw daterende toren der NH Kerk is iets anders eigenaardigs aan de hand. In het onderste deel zijn een soort ‘honingraten’ ontstaan. Mortelranden om weggeërodeerde stenen. De toren is 14 jaar geleden voor ruim 6 guldens- tonnen gerestaureerd waarbij veel nieuwe stenen ingeboet. In een naar nu is vastgesteld - veel te z a c h t e / p o r e u z e kwaliteit nieuw gebakken inboetsteen, gemetseld in een veel te h a r d e , cementgebonden restauratiemortel.. Een omkering van de wijsheid die in het klassieke bouw- vak altijd gold: dat de mortel altijd een klasse z a c h t e r moet zijn dan de steen! M.a.w. de mortel moet opofferend zijn. Bijgaand plaatje zegt misschien meer dan 1000 woorden. Het regenwater komt hier niet zomaar naar binnen omdat het muurwerk daar ter plaatse wel ruim 2 meter dik is. Bij zware regen met storm echter vult het met zeezout geladen regenwater die gaten en dringt steeds dieper in de muur. Het drogen geeft weer zouttransport naar buiten en volumevergrotende uitkristallisatie in de buitenste materiaaldelen dus een nog sterker versnelde degradatie. Om van de effecten in de winter van nachtvorst na een regenachtige dag nog maar niet te praten. Dat die schade zich het sterkst aftekent aan de onderste zeg maar 10 m. van de toren is logisch aangezien zich immers daar de dikste regenwater film vormt. Aldaar is dus de vochtbelasting het grootst, daar hebben de bij de bouw gebruikte goede kwaliteit stenen in de loop van de eeuwen het meeste te lijden gehad, daar zijn de meeste te

40

een steen die zich opoffert ten gunste van de mortel; kan niet de bedoeling zijn (situatie minder dan 10 jaar na restauratie)

zachte nieuwe stenen ingebracht en daar is nu de grote schade. Hoger zijn die oude stenen , die 14 jaar geleden nog gaaf genoeg waren, dat nog steeds. Alleen is daar – en op de harde profielstenen op de montants van het gotische venster boven de ingang, net als bij de molen, nu het fenomeen van uitvallend voegwerk waar te nemen: dun, hard, niet poreus, niet elastisch cementvoegstripje op achterliggende eeuwenoude kalkmortel. Niet compatibel, wordt eruit gedrukt.

Hier is een eerste verkennend onderzoek en advies inmiddels afgerond, waarbij nog een aantal gebreken van meer ondergeschikte aard zijn vastgesteld en een voorstel is gedaan voor een vorm van noodherstel . Er zijn twee verschillende opties geformuleerd voor een meer definitieve aanpak. Inmiddels heeft het gemeentebestuur een krediet beschikbaar gesteld voor uitvoering van de ‘middenvariant’. Uitvoering na de bouwvak, 2007.

een steen die zich opoffert ten gunste van de mortel…, kan niet de bedoeling zijn! Hier is sprake van een ‘restauratie van een restauratie’, waarbij het draait om de juiste baksteenkeus!

Grafkelder / Procesmatig een andere situatie: hier geen restauratieschade. Simpelweg omdat sinds de bouw in 1844/1847 van dit familiegraf van de familie Herckenrath, vroegere burgemeesters van Monster, Rijksmonument sinds januari 2002, nog nooit ingrijpende werkzaamheden waren uitgevoerd. De inzet hier was op grond van wetenschappelijk onderbouwde redeneringen, restauratie- schade te voorkomen. Het vochtgehalte van het metsel en pleisterwerk van gewelf en de frontmuur met grondkerende vleugels was en is hoog, maar al door zijn bouwaard steeds geweest. Een 10 jaar eerder uitgevoerd klimaatonderzoek toonde al een buitengewoon hoge luchtvochtigheid wat uiteraard negatieve consequenties had voor de toestand van de houten grafkisten. Er lag een map vol adviezen, suggestie en voorstellen. Zo leefden er ideeën om de kelder met drastische bouwkundige ingrepen ‘droog ‘ te krijgen. Maar dan zou de grondafdekking moeten worden afgegraven waardoor de huidige begroeiing – duinvegetatie- teloor zou gaan en daarmee weer een deel van het verhaal van het monument.

41

Daarenboven bestond het gevaar dat de op gang komende snellere droging van het pleisterwerk naast versneld zouttransport ook verder nog wel eens dubbel negatief zou kunnen uitwerken voor de aanhechting van de mortel aan de bakstenen ondergrond. Immers, bij het wegvallen van de hydraulische spanningen van het vocht in de poriestructuur, zou mogelijk krimp , cq scheurvorming en uiteindelijk loskomen van de pleisterlaag kunnen ontstaan.. Een nieuwe restauratieschade ligt op de loer! Men zou dat weer voor kunnen zijn door tevoren de oude pleisterlaag – voor 90% nog gaaf - af te bikken en na het droogproces en afborstelen van evt uitgekristalliseerde zouten, op de bakstenen ondergrond weer een nieuwe vochttransporterende restauratiepleister kunnen opzetten. Men zou een ventilatiesysteem kunnen raliseren…enzovoort. Men zou, door inzet van maximale middelen zijn doel ook ver voorbij kunnen schieten! De functie ‘ grafkelder’ impliceert bovendien een piëteitsvolle benaderingswijze die zich niet verdraagt met grootschalige werkzaamheden. De adviseurs hebben daarom juist de oorspronkelijke bouwfysische en bouwkundige status quo tot uitgangspunt gekozen. Geen zware ingrepen maar aanvaarding van het vochtprobleem in plaats van bestrijding ervan en met inzet van minimale middelen de situatie zien te consolideren met een behoedzame conservering van de grafkisten door een in dit werk gespecialiseerd bedrijf. En het aan volgende generaties over te laten om daarop voort te borduren. Meer ‘groot onderhoud’ dan restauratie.

42

kalkpleister gewelfplafond; partieel herstel Wanneer men gewend is om primair vochtbronnen te elimineren wel even een omschakeling in de manier van denken! Werkzaamheden uitgevoerd, voorjaar 2006. Gaat er dan nooit meer iets fout bij een dergelijke tamelijk gedegen aanpak? Toch wel! Op een overgang tussen een zoutonbelaste naar een stukje zoutbelaste ondergrond kwam prompt het verse pleisterwerk los en de toepassing van een kalkhydraatverf op de verse pleisterlaag bleek voorts geen succes. Partijen werken aan een oplossing waarbij het, meer dan om juridische redenen een erezaak is om dit met gesloten beurzen te regelen. De adviseur neemt de meerdere onderzoekstijd als leergeld voor eigen rekening.

*Jos Gunneweg is onderzoeker bouwmateriaalkunde bij TU Delft faculteit CiTG, sectie Gebouwen en Civieltechnische Constructies, in het kader van het Totaalonderzoeksproject Aanpak Vochtproblematiek Massief Metselwerk, dat wordt uitgevoerd in opdracht van de Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten en heeft samen met zijn collega dr. ir. Caspar Groot, een eigen adviesbureau, groot gunneweg - delft restauratie advies en bouwmateriaalkundig onderzoek.

informatie: e: [email protected] i: grootgunnewegdelft.nl

43

44

IV

VAN KLEI TOT BAKSTEEN Hoe ontstaan de hygrische eigenschappen? door Hans van Wijck

Stichting Technisch Centrum voor de Keramische Industrie (TCKI) Postbus 27, 6880 AA Velp (Gld) T: 026-3845600 I: www.tcki.nl

45

46

Van klei tot baksteen

Hoe ontstaan de hygrische eigenschappen? Hans van Wijck Stichting Technisch Centrum voor de Keramische Industrie (TCKI) Postbus 27, 6880 AA Velp (Gld) T: 026-3845600 I: www.tcki.nl Auteursbeschrijving Hans van Wijck is in 1985 afgestudeerd aan de landbouwuniversiteit in Wageningen in de studierichting regionale bodemkunde. Sinds 1986 is hij werkzaam bij het Technisch Centrum voor de Keramische Industrie (TCKI) in Velp (Gld) waar hij op dit moment, samen met Hans Marks een directieteam vormt. TCKI werkt in een stichtingsvorm voor ca. 75 aangesloten bedrijven, voornamelijk in Nederland en België. De deelnemers zijn met name producenten van metselbakstenen, straatstenen, dakpannen, wand- en vloertegels, sanitair, rioleringsbuizen, raamdorpels, rietvorsten, vuurvast keramiek en aardewerk (toeristen- en relatiekeramiek!). Voor de ondersteuning van de deelnemers beschikt TCKI over een advies- en meetgroep, een tekenkamer en een uitgebreid laboratorium (zie www.tcki.nl) Als adviseur is de auteur werkzaam op het terrein van (klei)grondstoffen en de processen die een rol spelen bij de vormgeving, het drogen en het bakken van de keramische producten. Samenvatting In de voordracht wordt uiteengezet wat de eigenschappen zijn van klei en de parameters van baksteen die het gedrag van dit product bepalen bij 1) de verwerking, en 2) de eigenschappen en het gedrag van metselwerk. De eigenschappen van baksteen ontstaan in een bakproces waarbij gedurende de opwarming en het aanhouden op een toptemperatuur diverse reacties in het materiaal optreden. Deze reacties worden nader uiteengezet. Het geheel aan reacties leidt uiteindelijk tot een bepaalde afmeting en kleur van het product, een bepaalde sterkte en duurzaamheid, en een specifieke porositeit en poriegrootteverdeling. Met name deze laatste combinatie van eigenschappen bepaalt in belangrijke mate de verwerkbaarheid van de baksteen (het zuiggedrag) en het gedrag van het metselwerk ten aanzien van vochtabsorptie en -verdeling, vochtdoorlating en opdrogen. Bakstenen kunnen voor wat betreft hun porositeit en poriegrootteverdeling sterk uiteenlopen. De poriegrootteverdeling wordt in het kader van reguliere kwaliteitscontrole zelden meegenomen. Wel worden volumieke massa, wateropneming en de initiële wateropzuiging bepaald. De precieze relatie tussen de hygrische eigenschappen en de porositeit en poriegrootteverdeling is nog steeds onderwerp van studie. Er worden voorstellen gedaan op wat voor een wijze door middel van experimenten het inzicht in deze relaties kan worden vergroot. Belangrijk hierbij is ook de porositeit en de poriegrootteverdeling van de mortel. Het inzicht hierin is nog maar beperkt aanwezig. Inleiding Een ieder die op de een of nadere manier betrokken is bij de vervaardiging van keramiek, gebruikt klei als basisgrondstof. Klei is op vele plaatsen op de wereld ruimschoots voorhanden en heeft daarnaast bepaalde eigenschappen die er voor zorgdragen dat het bijzonder bruikbaar is:   

Klei in combinatie met een adequate hoeveelheid water is plastisch vervormbaar en daarbij in staat niet-plastische additieven in zich te binden. Na het onttrekken van water ontstaat een structuur met opeengepakte, plaatvormige kleimineralen die doorgaans zodanig star is, dat transport en handling van de producten die uit deze klei gevormd zijn, mogelijk wordt. Indien een bepaalde mate van duurzaamheid gewenst is, of indien bepaalde eigenschappen van het product voor z’n toepassing of bij de verwerking worden verlangd, kan dit worden gerealiseerd door de klei op een voldoende hoge temperatuur te bakken (te sinteren).

Klei is in feite een zacht (niet gecompacteerd) gesteente met daarin verschillende mineralen. In veel gevallen zijn de belangrijkste mineralen; de eigenlijke kleimineralen (waarvan er verschillende typen zijn), kwarts (veelal in de vorm van zandkorrels), ijzermineralen en kalk (calciet; CaCO 3). De kleimineralen zijn voor te stellen als minuscuul kleine glasplaatjes, die, met wat water ertussen, voor het plastisch gedrag zorgdragen. Daarnaast is ook altijd een kleine hoeveelheid organisch materiaal aanwezig.

47

Bij de opwarming en de sintering van de klei treden diverse fysische en chemische processen op, waardoor de eigenschappen van de (gedroogde) klei langzaam overgaan in de eigenschappen van het gebakken product. Deze processen worden in een volgende paragraaf beschreven. Indien we spreken over de eigenschappen van bakstenen (en de andere keramische producten laten voor wat ze zijn), kunnen we het volgende noemen:  Sterkte (druksterkte, splijtsterkte, buigsterkte) en stapelbaarheid (doorgaans met een verbindende mortel).  Duurzaamheid (bestandheid tegen vriezen en dooien, bestandheid tegen “actieve” zouten, slijtweerstand).  Afmetingen en maatspreiding (vormeigenschappen in algemene zin).  Kleur(nuancering) en oppervlaktestructuur.  Hygrische eigenschappen (opneemgedrag van water, vochtgeleiding, drooggedrag, hechting met mortel). Op de een of andere manier komen al deze eigenschappen ook terug in de Europese norm voor metselbakstenen; EN 771-1 die vanaf april 2006 de oude Nederlandse metselbaksteennorm NEN 2489 heeft vervangen. Al de in de (Europese) norm relevant geachte parameters dienen door de producent van de baksteen te worden gedeclareerd. Beschouwen we per steentype het geheel aan individuele eigenschappen, dan kunnen we vaststellen dat er zeer veel baksteentypen zijn. Ieder weer met iets andere eigenschappen en iets ander gedrag. Zonder uitzondering zijn bakstenen poreus, maar de totale porositeit en met name de poriegrootteverdeling kan zeer sterk uiteenlopen. De verschillen tussen de bakstenen zitten in veel meer dan alleen de kleur of de oppervlaktestructuur. Deze laatste heeft met name een samenhang met de vormgevingsmethode (zie figuur 1).

Figuur 1: Handvorm, vormbak en strengpers metselbaksteen. Verhitten van klei De gedroogde klei-vormelingen worden in uiteenlopende zetwijzen in een oven geplaatst of gereden en langzaam opgestookt tot toptemperatuur. Deze toptemperatuur kan, gekoppeld aan het product en de kleisoort, uiteenlopen van 950 tot meer dan 1200 oC. Deze toptemperatuur wordt in de regel vele uren aangehouden. In dit opwarm- en aanhoudtraject treden in de klei de volgende chemische en fysische reacties op:  Ontgassen en ontleden: Organische stof verbrandt. Kleimineralen ontleden en chemisch gebonden water wordt uitgestookt. Calciumcarbonaat ontleedt in CaO en CO 2, waarbij het laatste ook wordt uitgestookt.  Nieuwvorming van mineralen: Uit de ontledingsproducten van kleimineralen (met name Al 2O3 en SiO2) vormen zich, eventueel met ijzer en calcium, nieuwe mineralen. Bij aanwezigheid van voldoende CaO ontstaan calcium(aluminium)silicaten die voor geelkleuring kunnen zorgdragen.  Sintering: Tijdens de sinterprocessen worden de individuele deeltjes in de massa wat anders van vorm door transport van atomen en deeltjes via een droge of een vloeibare fase (glasfase). Hierdoor verandert de poriestructuur en de totale porositeit.

48

Bij de afkoeling stolt de glasfase en vinden verder niet veel veranderingen meer plaats in het product. Wel moet, om scheurvorming te voorkomen, voorzichtig worden gekoeld omdat het product, doorgaans onregelmatig krimpt. Figuur 2 toont elektronenmicroscopische foto’s van ongebakken en verhitte klei en laat zien dat er zich bij hoge temperatuur een glasfase vormt in de producten.

Figuur 2:

Elektronenmicroscopische opnamen van een klei (links), 800 1100 oC gebakken.

o

C (midden) en

Figuur 3 laat zien hoe voor verschillende producten de dichtheid of volumieke massa (en dus ook de porositeit) zich ontwikkelt bij het verhitten. Door de ontledingsreacties loopt de dichtheid eerst meer of minder terug. Pas op het laatst zien we dat de dichtheid weer toeneemt maar in bepaalde gevallen niet meer de dichtheid van de ongebakken steen haalt. In figuur 4 zien we bij dezelfde temperatuurstappen en dezelfde producten hoe de sterkte zich ontwikkelt. Duidelijk is dat goed gedroogde, nog niet gebakken, stenen al veel sterkte bezitten. Door de ontledingsreacties neemt in eerste instantie de sterkte af en pas op het eind, door de sinterreacties, gaat deze weer oplopen.

Volumieke massa (kg/m³)

2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Temperatuur (ºC) SP Rood

VB Geel

SP Geel

Figuur 3: Verloop van de volumieke massa van baksteen met de toptemperatuur.

49

Buigtreksterkte (N/mm²)

14 12 10 8 6 4 2 0 100

300

500

700

900

1100

Temperatuur (ºC) SP Geel

SP Rood

VB Geel

Figuur 4: Verloop van de sterkte van baksteen met de toptemperatuur. Poriegrootteverdeling De producteigenschappen die ontstaan zoals in figuur 3 en 4 aangegeven, hebben onder andere een samenhang met de verandering die bij het opwarm- en sinterproces optreedt in de poriegrootteverdeling van de oorspronkelijke klei. Deze poriegrootteverdeling is te bepalen met behulp van een kwikporosimeter (zie figuur 5). Hierbij wordt vloeibaar kwik, onder steeds verder oplopende atmosferische druk, in het te onderzoeken, vooraf geëvacueerde poreuze materiaal geperst. Naarmate de druk verder oploopt (tot uiteindelijk 3000 bar), zullen poriën met steeds kleiner wordende diameter zich gaan vullen. De relatie tussen de opgebouwde druk en de hoeveelheid kwik die in het materiaal is verdwenen is de cumulatieve verdelingsfunctie. In figuur 6 is een voorbeeld opgenomen. Waar de curve eindigt, wordt de totale porositeit afgelezen.

Figuur 5: Kwik porosimeter.

50

40 35

25 20 15

Porositeit (%)

30

10

5

100,00

10,00

1,00

0,10

0 0,01

Poriediameter (µm)

Figuur 6: Voorbeeld van een poriegrootteverdelingscurve. In de figuren 7 en 8 wordt de poriegrootteverdeling van twee, in thermisch gedrag sterk uiteenlopende, kleimonsters weergegeven en wordt de verandering van de poriegrootteverdeling met het oplopen van de temperatuur in beeld gebracht. Beschouwen we in figuur 7, het verloop van de poriegrootteverdeling van een Nederlandse rivierklei, dan zien we dat de curve van de nog niet gebakken klei (in gedroogde toestand) tot in de kleinste poriën een stijgende lijn laat zien. Dit betekent dat relatief veel zeer kleine poriën aanwezig zijn en ook nog poriën met een diameter kleiner dan de kleinst meetbare poriën. In het verloop van de poriegrootteverdeling van het tot 700 oC verhitte materiaal is zichtbaar dat in het gebied van de zeer fijne poriën de lijn al iets meer horizontaal begint te lopen en dat tegelijkertijd de totale porositeit in het materiaal is toegenomen. Bij 1000 oC is de totale porositeit niet verder toegenomen. Wel is er sprake van een veel groter traject van het ontbreken van poriën met kleine diameter. In de poriegrootteverdeling van het tot 700 oC verhitte materiaal, is de poriegrootteverdeling van de oorspronkelijke klei nog herkenbaar. Bij 1000 o C is dit niet meer het geval. Bij een gelijkblijvende totale porositeit, worden de poriën met een kleine diameter dan steeds meer omgevormd tot poriën met een grotere diameter. Dit proces zet zich bij het verder verhogen van de temperatuur voort, met dien verstande dat op een gegeven moment de totale porositeit wél afneemt en het product dus een hogere dichtheid gaat krijgen. Bij het extreem oplopen van de temperatuur neemt niet alleen de totale porositeit zeer sterk af, maar lijkt het ook dat de poriediameter weer gaat afnemen. Dit laatste kan worden verklaard uit een vergaande verglazing van het materiaal waarbij de poriën als gevolg van insnoering en “nek”-vorming veel minder toegankelijk worden en op een gegeven moment zelfs worden gesloten. Een toestand van gesloten porositeit wordt in de praktijk zelden bereikt. In figuur 2 wordt deze smeltstructuur in de baksteen weergegeven.

51

50 45

Porositeit / porosity (%)

40 35

30 25 20 15 10 5 0 1000

100

10

1

Diameter (micrometer)

ongebakken

0,1

0,01

700

0,001

1000

Figuur 7: Verloop van de poriegrootteverdeling van een Nederlandse rivierklei bij toenemende toptemperatuur

50 45 40 Porositeit/porosity (%)

35 30 . 25

20 15 10

5 0 1000

100

10

1

0,1

0,01

0,001

Diameter (micrometer) ongebakken

1000

Figuur 8: Verloop van de poriegrootteverdeling van een afgeschraalde Westerwaldklei bij toenemende toptemperatuur.

52

Beschouwen we het verloop van de totale porositeit en de poriegrootteverdeling bij dezelfde temperatuurstappen van een thermisch stabiele Westerwald klei, zoals weergegeven in figuur 8, dan stellen we vast dat in eerste instantie de klei nog wat meer fijne (<0.1μm) poriën bevat en dat tot bij een veel hogere temperatuur dan bij de rivierklei deze fijnporeuse structuur intact blijft. Ook zien we dat de toe- en afname van de totale porositeit veel minder is, doordat enerzijds minder stoffen worden uitgestookt (organische stof en carbonaten) en anderzijds de verglazing veel minder snel plaatsvindt. Het insnoeren en afsluiten van poriën wordt zelfs tot bij een temperatuur van 1200 oC niet vastgesteld. Uit de beschreven processen blijkt dat de sintering van de producten niet alleen tot een verdichting van het materiaal leidt (in samenhang met het optreden van bakkrimp), maar ook leidt tot een volledig omzetten van het oorspronkelijke (klei)poriesysteem tot een poriesysteem, dat karakteristiek is voor het beschouwde keramische product en van waaruit veel van de eigenschappen in de praktijk kan worden verklaard. De uiteindelijke poriegrootteverdeling van een product is een afgeleide van het vormgevingsproces, de grondstofsamenstelling en het bakproces. Figuur 9 toont aan dat de poriegrootteverdeling in de verschillende baksteentypen zeer sterk uiteen kan lopen. 50 45 35 30 25 20 15

Porositeit (%)

40

10 5 0 100,00

10,00

1,00

0,10

0,01

Diameter (µm) Binnenmuur

SP WW

SP zee

Gele riv.klei vb

Gele löss hv

Figuur 9: Poriegrootteverdeling van verschillende baksteentypen.

Hygrische eigenschappen De uiteindelijke poriegrootteverdeling in een product is bepalend voor veel van de hygrische eigenschappen bij de verwerking en ook van het product daarna in de gevel. Onder de hygrische eigenschappen verstaan we het gedrag van het product bij het contact met water. Zo is de zuigkracht van de steen en de mate waarin hij vocht uit de mortel kan onttrekken bij de verwerking, gekoppeld aan de opbouw van het poriesysteem. Tegelijkertijd bepaalt het poriesysteem in de mortel (de dan nog vochtige specie) de mate waarin vocht in de specie wordt vastgehouden. Beide poriesystemen trekken op dat moment als het ware aan het beschikbare water. De mate waarin de steen in het uiteindelijke metselwerk water kan opnemen, dit water geleidt bij het bevochtigen en drogen, en daarna weer afstaat, is ook gekoppeld aan de poriegrootteverdeling. In het metselwerk zal ook de poriegrootteverdeling van de mortel hierbij een belangrijke rol spelen.

53

Het vochttransport in het metselwerk van voeg naar baksteen en andersom zal worden bepaald door de poriesystemen van beide materialen en de capillaire contacten tussen beide systemen op het grensvlak. Veel specifiek onderzoek naar dit hygrisch gedrag in relatie tot de poriegrootteverdeling van baksteen en mortel is tot op heden door de baksteenindustrie niet uitgevoerd. De bepaling van de poriegrootteverdeling van bakstenen vormt geen onderdeel van het reguliere onderzoek naar de kwaliteitskenmerken van het product. Het onderzoek beperkt zich tot de bepaling van de netto volumieke massa (uitgaande van een volumieke massa van de silicaten van 2650 kg/m3, kan hieruit de totale porositeit worden berekend), de vrijwillige wateropneming (gemakkelijk te vullen deel van de totale porositeit) en de initiële wateropzuiging (ook wel Hallergetal genoemd). De vrijwillige wateropneming vindt plaats aan de hand van een volledige onderdompeling van de producten in water van 20 oC gedurende 24 uur (zie figuur 10). De netto volumieke massa wordt bepaald door het droge gewicht te delen door het netto productvolume dat bepaald wordt met behulp van een onderwater weging. De initiële wateropzuiging wordt bepaald door het legvlak van de baksteen gedurende 60 seconden, in water te plaatsen en daarna de gewichtstoename te delen door het oppervlak van het legvlak (zie figuur 11). De eenheid waarin dit wordt uitgedrukt is, met het invoeren van de Europese norm, kg/m2.minuut. Hierdoor zijn de oude getalswaarden, waarbij de eenheid g/dm2.minuut was, met een factor 10 verlaagd.

Figuur 10: Vrijwillige wateropneming.

Figuur 11: Initiële wateropzuiging (vroeger ook Hallergetal genoemd).

Beschouwing en verdere testmethoden Hoe precies de relatie kan worden gelegd tussen informatie omtrent de wateropneming, initiële wateropzuiging en poriegrootteverdeling van de baksteen en de mortel enerzijds, en waterabsorptie en -verdeling in, vochttransport door, en uitdrogen van het metselwerk is door de baksteenindustrie nooit specifiek onderzocht. Wél is het zo dat het waterbergend vermogen van het metselwerk gekoppeld zal zijn aan de wateropneming van de baksteen. De wateropneming van de mortel speelt in principe ook een rol, maar is vanwege zijn geringer volume aandeel minder bepalend. De initiële wateropzuiging van de steen is groter naar mate er meer poriën, en meer poriën met een grote diameter in de baksteen zitten. Zijn er voldoende poriën maar is de diameter van deze poriën kleiner, dan zal het product minder snel water opnemen maar heeft het wel een grote zuigkracht. De wateronttrekking aan de mortel kan dan langer doorgaan en er kan uiteindelijk toch veel water uit de specie worden onttrokken. Zo kan een relatief lage initiële wateropzuiging een gevolg zijn van een steen met een relatief lage porositeit, maar ook van een product met een veel grotere totale porositeit maar waarin de poriediameter veel kleiner is.

54

Het ware dan beter niet alleen het wateropzuiggedrag in de eerste 60 seconden te meten maar ook het verloop van de wateropzuiging over een langere periode. Dit laatste zou dan ook weer via een legvlak, maar ook via een kop of een strek van de baksteen kunnen worden gemeten. De vochtgeleiding in metselwerk kan sterk worden beïnvloed door de overgangen in poriestructuur die aanwezig zijn op het grensvlak van mortel en steen. Fijne poriën zijn in staat door hun grote zuigkracht water te ontrekken uit een poriesysteem met grote poriën. Andersom is dit veel moeilijker. Bij neerwaarts vochttransport speelt ook de zwaartekracht een rol. De vochtgeleiding van baksteen bij het uitdrogen zou kunnen worden onderzocht op een zelfde manier als op dit moment gebruikelijk is bij het bepalen van de vochtgeleidings- coëfficiënt in een natte klei. Een vooraf bevochtigde baksteen dient dan vijfzijdig te worden ingepakt en één zijde (bijvoorbeeld de kop van een steen) dient dan aan een bepaalde verdamping te worden blootgesteld in een droogkast. Een steen met een slechte vocht nalevering zal bij een bepaalde mate van vochtverlies, aan het oppervlak relatief sterk indrogen, maar tegelijkertijd weinig vocht van uit het midden van de steen naleveren. Dit leidt tot een sterke vochtgradiënt in het product die te meten is door het product na de proef in segmenten te zagen en van ieder segment het vochtgehalte te bepalen. De verhouding van de hoeveelheid vocht die uit het product is verdampt en de ontstane vochtgradiënt aan het verdampende oppervlak, wordt bepaald door de vochtgeleidingscoëfficiënt van het betreffende baksteen materiaal. Een variant hierop zou kunnen zijn dat de andere kop van het product niet is afgeschermd maar in een waterbadje wordt geplaatst. Ook met NMR technieken zou onder verschillende omstandigheden kunnen worden gekeken naar het ontstaan van vochtprofielen in producten onder bepaalde droogomstandigheden. Daarnaast kunnen we kijken naar het afstaan van vocht aan het oppervlak bij een bepaalde vocht”druk”. We hebben het dan over het daadwerkelijk gaan “lekken” van de baksteen of het metselwerk. Deze informatie van het product zou eventueel kunnen worden bepaald op een zelfde manier als gebruikelijk is bij de bepaling van de waterdichtheid van dakpannen. Er dient dan een mal op het product te worden bevestigd die vol met water wordt gezet. De zijkanten van de baksteen worden “geseald”. Met behulp van een druppeldetector kan worden gekeken naar hoe lang het duurt voordat de eerste druppel aan de onderzijde van het product valt. Dit dient te worden uitgevoerd in een luchtvochtigheid gecontroleerde klimaatkamer. Het blijkt dat de watergeleiding in combinatie met het watervasthoudend vermogen van een dakpanscherf in belangrijke mate afhangt van de poriegrootteverdeling en dat het harder bakken van deze producten niet altijd een verbetering van deze eigenschap geeft. Een variant hierop is het bepalen van de waterdoorlatendheidscoëfficiënt, waarbij het product met een met water gevulde mal erop, in zijn geheel in een waterbak staat. Door een aangelegd niveauverschil in water in de waterbak en in de mal op het product, ontstaat een bepaalde waterdruk die, gekoppeld aan het poriesysteem van het product zal leiden tot een bepaalde waterstroom door het product. De hoeveelheid water die per tijds- en oppervlakte eenheid nodig is om het water dat uit de mal verdwijnt aan te vullen, is een maat voor de waterdoorlatendheid van het product. Op de uiteengezette wijzen zou de informatie omtrent een in de praktijk te verwachten gedrag verder kunnen worden vergroot. Belangrijk hierbij is ook dat de verschillende mortels die worden toegepast ook worden meegenomen in het onderzoek. Tussen de mortelsoorten zijn er grote verschillen aanwezig en het poriesysteem in de mortel wordt op zijn beurt ook weer bepaald door op welke wijze, bij het vermetselen, de baksteen water uit deze mortel weet te onttrekken.

55

56

V

STEEN- EN MORTELKEUZE VOOR ZWAAR REGENBELAST MASSIEF METSELWERK door Caspar Groot

TU-Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen [email protected] www.grootgunnewegdelft.nl

57

58

STEEN- EN MORTELKEUZE VOOR ZWAAR REGENBELAST MASSIEF METSELWERK Caspar Groot TU-Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Stevinweg 4, 2628 CN Delft tel: 06- 53785307 e-mail: [email protected] www.grootgunnewegdelft.nl

Samenvatting In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de onderzoekingen verricht om tot aanbevelingen te komen met betrekking tot de eisen te stellen aan restauratiebaksteen en metselmortels toegepast in zwaar regenbelast opgaand metselwerk. Bij het praktijk- en laboratoriumonderzoek naar de baksteeneisen is gebleken dat in het bijzonder het Hallergetal (de initiële wateropzuiging) een bruikbare karakterisering is voor de keuze van een geschikt steentype. In het artikel worden aanbevelingen gedaan ten aanzien van de hygrische eisen van restauratiebaksteen voor zwaar regenbelast historisch metselwerk. Bij het onderzoek naar de eisen voor metselmortels is veel aandacht besteed, niet alleen aan de eigenschappen van de mortels zelf, maar vooral aan het functioneren van metselmortels in metselwerk. Gebleken is dat de ‘barrièrewerking’ van de diverse metselmortels ten aanzien van de indringing van vocht in metselwerk verschilt. In het artikel worden aanbevelingen gedaan ten aanzien van de samenstelling van metselmortels in zwaar regenbelast historisch metselwerk.

1. Inleiding en overzicht onderzoeksresultaten Inleiding Voor de deelprojecten “Kwaliteitseisen Restauratiebaksteen” en “Kwaliteitseisen metselmortels in kalk” van het onderzoeksproject “Aanpak Vochtproblemen in massief metselwerk”, waarover in deze paper wordt gerapporteerd, zijn de belangrijkste doelstellingen:  Het definiëren van kwaliteitseisen van stenen toe te passen in het opgaande werk bij restauratiewerk van zwaar vochtbelast massief metselwerk., Voorts, het ontwikkelen en beschrijven van eenvoudige, op de bouwplaats uit te voeren proeven ter bepaling van de geschiktheid van een toegepaste steen voor zwaar regenbelast massief metselwerk.  Het ontwikkelen van aan te bevelen metselmortels in kalk voor inboetwerk en (deels) nieuw opgaand werk in combinatie met de daarvoor geschikte stenenstenen Opmerking Steen en mortel moeten niet als op zich zelf functionerende materialen worden beschouwd, maar als een onderdeel van het composietmateriaal metselwerk.

Met andere woorden met nadruk is onderzocht hoe de combinatie steen-mortel zich gedraagt in het bijzonder ten aanzien van vochtdoorlatendheid ben drogen. Overzicht onderzoeksresultaten De resultaten worden in het kort samengevat in tabel 1 en het daarop volgende ‘Overzicht eisen restauratiesteen en metselmortel in kalk’

59

Tabel 1

Toepassingsgebieden / baksteenkwaliteiten / morteltypen

Zone Toepassingsg ebied

voorbeelden

aanbevolen restauratie baksteen kwaliteit

aanbevolen restauratie mortel type

R6 (Rood)

A (niet hydraulisch)

R1 ( Kelderklinker)

E (sterk hydraulisch)

( zie aanduidingen op principetekening)

1

funderingen

de aanleg en de voet van de muur

2

Waterkerend werk onder water

Kelders;kademuren onder de waterlijn; bij poldermolens:wielbak, opleider en krimp

Permanent vochtig werk

Trasramen, kademuren boven de waterlijn, grondkerende muren; bij poldermolens: waterloopsmuren

3

4

5

6

Opgaande muren met hoge regenbelasting e/o bijzondere verwerende omstandigheden*

Watertorens, kerken vuurtorens, molens, hoge solitair gelegen gebouwen met rechthoekige plattegrond *beh. Middeleeuwse zeer dikke muren; en muren in zgn ‘veldbrand steen’.

- gem. dikte minimaal 40 cm ; WF 2 steens; IJF 2 ½ steens: R3 ------- gem. dikte vanaf 45 cm; WF 2 ½ steens; IJF 3 steens: R 4 Alle overige Opgaande opgaande muren muren zonder hoge regenbelasting Dragend en niet binnenmuren dragend

R2 (Trasraamklinker)

R3 (Gevelklinker)

D (gematigd hydraulisch)

C (licht hydraulisch)

------

R4 (Hardgrauw)

C (licht hydraulisch)

R5 (boerengrauw)

B (zwak hydraulisch)

R 6 (Rood)

A ( niet hydraulisch)

60

Overzicht eisen restauratiebaksteen en metselmortels in kalk Eisen restauratiebaksteen Een matig zuigende steen hardgrauw (R4) of gevelklinker (R3). De hygrische eigenschappen zijn voor  Hardgrauw (R4): Hallergetal ~25 (gemiddelde uit 10 stenen met als ondergrens Hallergetal 20 en bovengrens Hallergetal 30). Vrijwillige wateropneming bovengrens 35% (v/v)  Gevelklinker (R3): Hallergetal ~17.5 (gemiddelde uit 10 stenen met als ondergrens Hallergetal 15 en bovengrens Hallergetal 20). Vrijwillige wateropneming bovengrens 25% (v/v) Eisen metselmortel Resumerend kan worden aanbevolen ten aanzien van de metselmortelreceptuur voor de restauratie van in kalkmortel gemetseld zwaar regenbelast metselwerk:  mortels op basis van (i) licht-hydraulische kalk, natuurlijk (NHL 2) dan wel (ii) een licht hydraulische basterdmortel op basis van een puzzolaan (bijv. tras) en zuivere luchtkalk  de Hydrauliciteits Index (H.I.) van de mortels: 0,3-0,5  verschraling tussen 1:3 en 1:2, afhankelijk van de resultaten van de praktijkproef verwerkbaarheid (zie ‘Bouwstenen voor de Richtlijn’)  zandgradering volgens metselnorm (NEN 3835) met grootste korreldiameter 1/3 van de mortelvoegdikte

2. Steenkeuze 2.1 Globale en eenvoudige hygrische karakteriseringen Steenachtige bouwmaterialen vallen onder de zgn “poreuze media”. De porositeit komt voor bouwmaterialen zoals natuursteen, beton, baksteen en mortels op verschillende wijzen tot stand, maar wezenlijk voor deze materialen is dat ze via capillaire werking vocht op kunnen nemen, en via verdamping (droging) weer vocht kunnen afstaan. De balans tussen vochtopneming- en drooggedrag van het metselwerk onder uiteenlopende omgevingscondities bepalen het al dan niet optreden van vochtdoorslag. Om op een gekwantificeerde manier iets over vochtopneming en droging te kunnen zeggen is het noodzakelijk vochtopname- en drooggedrag te karakteriseren. Bekende en eenvoudige vochtopnamekarakteriseringen zijn de (i) het Hallergetal (Initiële Wateropzuiging) (ii) de Vrijwillige Wateropneming (beschrijving proeven in ‘Bouwstenen voor de Richtlijn’). Wat zeggen deze karakteriseringen over de vochtopname?  Hallergetal / Initiële Wateropzuiging zegt iets over de snelheid waarmee vocht wordt opgenomen door de steen  De vrijwillige wateropneming zegt iets over de vochtopname-capaciteit (de buffering) van de steen Het Hallergetal wordt uitgedrukt in [g/dm2/min] en de Initiële Wateropzuiging (IW) in [kg/m2/min]. Hallergetal 10 staat gelijk aan IW 1. Als classificatie van de initiële wateropzuiging van bakstenen, naar Hallergetal en naar I.W., kan worden gehanteerd:  zwakzuigend: Hallergetal < 10 IW <1  matig zuigend: 10 < Hallergetal < 25 1 < IW < 2.5  sterk zuigend: Hallergetal > 25 IW > 2.5 In de lage landen (Nederland en België) worden in de bouw veel bakstenen met een hoog Hallergetal gebruikt, Hallergetal 30-50 ( Hallergetallen van 60-80 komen in uitzonderlijke gevallen ook voor). Bij stenen hoort vaak bij een hoog Hallergetal / IW-waarde een hoge vrijwillige wateropneming. Informatie over drogen wordt in feite het gemakkelijkst verkregen via weging (gewichtsverlies als functie van de tijd). Wel is belangrijk dat de droogproef zo wordt ingericht dat het droogproces iets met de werkelijkheid te maken heeft; bij een muur betekent dit dat droging meestal in één richting plaatsvindt

61

2.2 Het belang van Hallergetal (Initiële Wateropzuiging) en vrijwillige wateropneming Bij de hygrische karakterisering van bakstenen werd in vroeger tijd (N520, vd Kloes, Scholten) alleen aandacht besteed aan de vrijwillige wateropneming. Uit het onderzoek aan historisch metselwerk is naar voren gekomen, dat de vrijwillige wateropneming onvoldoende karakterisering is voor het hygrisch gedrag van de stenen. In feite blijkt het Hallergetal (de Initiële Wateropzuiging) belangrijker te zijn. Dit wordt toegelicht aan de hand van tabel 2) Tabel 2

Vergelijking Hallergetal en Vrijwillige Wateropneming Haller

Vrijwilige Wateropn.

[g/dm2/min]

[% v/v]

1

DSM, Delft

21,7

23,1

2

de Roos, Delft

43,3

34,8

3

TU-Delft, Delft

28,3

25,9

4

Aeolus, Vlaardingen

28,3

26,7

5

Molen 7, Kinderdijk

61,3

34,1

6

de Hoop, Zierikzee

55

35,5

7

de Hoop, Rozenburg

63,3

33,3

8

Windlust, Achthuizen

33,3

29,7

9

DNP, Schiedam ^)

40

26,7

10

Randwijk, Heteren ^)

21,7

17,2

^) nieuwe stenen

Vergelijken we hallergetal en vrijwillige wateropname van de monsters TU Delft (3), Aeolus (4) en de Nieuwe Palmboom (9), dan hebben deze vergelijkbare vrijwillige wateropnamen, echter de nieuwe Palmboom heeft een veel hogere opzuigsnelheid (Hallergetal), met als gevolg dat een steen van De Nieuwe Palmboom sneller verzadigd zal zijn met water. Dit feit komt door een karakterisering van de steen alleen met de vrijwillige wateropname niet naar voren (een vergelijkbare redenering kan worden gegeven voor de Roos (2), Molen 7 (5) en de Hoop, Zierikzee (6)). 2.3 De invloed van de verweringslaag op het opzuiggedrag van metselwerk In tabel 3 wordt een overzicht gegeven van Hallergetalwaarden van de onderzochte monsters. De hallergetallen zijn bepaald aan het legvlak (de zool) en aan de aan het weer blootgestelde buitenzijde (de zichtzijde), zie figuur 1.

Figuur 1. De verweerde zichtzijde (links) en de zool of legzijde (rechts) van stenen aangetroffen in de Molen de Hoop, Roozenburg (monster 7)

62

Tabel 3 Overzicht hallergetallen legvlak (zool) en buitenzijde (zicht) van de 10 monsters zool *) zicht #) [g/dm2/min]

[g/dm2/min]

1

DSM, Delft

21,7

13.3

2

de Roos, Delft

43,3

21.7

3

TU-Delft, Delft

28,3

21.7

4

Aeolus, Vlaardingen

28,3

13.3

5

Molen 7, Kinderdijk

61,3

23.8

6

de Hoop, Zierikzee

55

25

7

de Hoop, Rozenburg

63,3

33,3

8

Windlust, Achthuizen

33,3

16.7

9

DNP, Schiedam ^)

40

36.7

10

Randwijk, Heteren ^)

21,7

17,2

^) nieuwe stenen *) ZOOL: binnenzijde / legzijde #) ZICHT: verweerde buitenzijde / strekzijde

De zool is schoongemaakt van mortelresten en geeft bij de bepaling van het Hallergetal een indruk van het opzuiggedrag (snelheid) van de steen op het moment van verwerking destijds. De zichtzijde is de buitenzijde van de steen, die in de loop van de tijd een ander opzuiggedrag heeft gekregen onder invloed van vervuiling, mogelijke toepassing van vochtremmende middelen etc. Uit de resultaten in tabel 3 is op te maken dat de initiële vochtopnamen (Hallergetal) aan de zoolzijde voor vijf van de 7 molens hoog tot zeer hoog zijn. Dit is een onverwacht resultaat, omdat verondersteld werd dat de waterdichtheid van deze molens in belangrijke mate bepaald zou zijn door een matig opzuiggedrag ( een “gemiddeld” Hallergetal: 15-30 gr/dm2/min) van de toegepaste stenen. Wat uit de resultaten echter óók blijkt is dat de Hallergetalwaarden aan de zichtzijde van het metselwerk bijzonder veel lager zijn dan die aan de zoolzijde: hallergetalwaarden aan de zichtzijde ~0.5 tot 0.3 zo hoog als die aan de zoolzijde. Dit is van belang omdat de toetreding van regen in de molenromp vanuit de zichtzijde plaats vindt. In feite betekent dit dat, wat betreft de stenen, de vochtopname met een gematigde opzuigkracht plaatsvindt (met als bijkomend voordeel dat de waterberging van de stenen hoog is). In feite betekent dit tevens dat gevelreinigingstechnieken voor onoplosbare vochtproblematiek kunnen zorgen. Intussen is niet duidelijk hoe de vochtoverlastsituatie bij de molens is geweest gedurende de eerste tientallen jaren na oplevering. Waren ze toen lek (of had men er minder last van omdat er goed gelucht werd en men niet te kieskeurig was) en zijn ze in de loop van de jaren waterdicht geworden? Of is de invloed van de voeg-steenovergang (barrière) op de waterdichtheid toch groter dan verondersteld?

2.4 Vochtdoorslag en hygrische eigenschappen van toegepaste stenen Porositeit en vochttransport door bakstenen Verschillen in vochtdoorslaggedrag van stenen kan begrepen worden door een analyse te maken van de verschillen in porositeit van de diverse baksteentypen. De porositeit van bakstenen wordt in belangrijke mate beïnvloed door het bakproces (naast andere aspecten als type klei, vervaardigingstechniek, drogen etc.).

63

Hierbij speelt de sintering een doorslaggevende rol. Grofweg komt het er op neer dat bij lagere temperatuur gebakken stenen (bv ”rood”, “zachtere stenen”) een poriënsysteem hebben dat bestaat uit een “netwerk’’ van met elkaar in verbinding staande fijne poriën. In de bij hogere temperatuur gebakken stenen ( “clinker”, “hardere stenen”) zijn de poriën als het ware dichtgesmolten en komen zij voor belangrijk gedeelte geïsoleerd voor. Van de kleinere poriën smelten tevens een aantal aaneen tot grotere poriën er wordt lucht uitgedreven, het totale poriënvolume wordt ook kleiner waardoor de steen krimpt. Daar waar sprake is van een netwerk van poriën is vochttransport door een steen goed mogelijk. Bij geïsoleerde poriën is vochttransport zeer moeilijk.

Figuur 2. Twee fuorescentie-microfoto’s van bakstenen: geel geeft porositeit aan en groen is vaste stof. Links: het sterk verbonden capillair netwerk en een grote opslagcapaciteit van sterk zuigende baksteen (rood); Rechts: geïsoleerde poriën en een geringe opslagcapaciteit van een zwak-zuigende klinker (Rockview, Amsterdam) Regensimulatieproeven Bij het literatuuronderzoek kwam naar voren dat de in het vorige hoofdstuk geuite veronderstellingen tav porositeit en vochtdoorslag, proefondervindelijk getoetst werden dmv regensimulatieproeven uitgevoerd door Leppers, 1996 (TU-Eindhoven). De proeven werden uitgevoerd met verlijmde proefmuren, waarbij de aansluiting hechtvlak – lijmmortel krimpvrij en door het spuitpistool geheel gesloten en eenvormig was. De proeven toonden doorslag en wel op basis van de verschillen in hallergetal: de matig-zuigende stenen vertonen minder snel vochtdoorslag dan sterk-zuigende stenen: Na 60 minuten, Haller 41 , gele steen : doorslag op 14 strekken; Haller 21 , rode steen : geen doorslag De gekozen regenbelasting was 18 Lieter/m2/h, gedurende 5 uur. Dit is de regenintensiteit van een zware bui. Deze duren echter zelden langer dan 1 uur. De proefbelasting mag dan ook worden gezien als hoog! Dat de metseltechniek heel belangrijk is bij het voorkomen van doorslag tonen de regensimulatieproeven uit het werk van Leppers ook aan. Met traditioneel metselwerk is met een halfsteens muur bijna geen dicht werk te maken zo toonden de proeven op de beide proefmuren. Ze toonden na 25 minuten doorslag op de stootvoegen De mortelkeuze is zeer bepalend voor het verdere vochttransport in de muur: werkt de voeg als een barrière of niet?

64

Drie praktijkgevallen De hygrische eigenschappen van 3 recente toepassingsvoorbeelden van massief metselwerk (van molens) worden hieronder in relatie gebracht met de vochtdoorlatendheid van het metselwerk. Het gaat hierbij om de molens: de Distilleerketel, de Nieuwe Palmboom en de Schelvenaar. Distilleerketel Monsterstenen van de Distilleerketel waren bewaard door de aannemer; hierdoor konden het Hallergetal en de Vrijwillige Wateropneming worden bepaald. Tijdens de bouw waren er geen relevante eisen voorgeschreven door directie bij keuze steen. Inzichten ontbraken gewoon. Na beëindiging van het metselwerk bleek dat de Distilleerketel ‘lek’ was en er ontstond een bouwgeschil. De Nieuwe Palmboom De procentuele Vrijwillige Wateropneming werd door de geconsulteerde externe baksteendeskundigen als enige parameter gezien. Het Hallergetal als maat voor de snelheid van vochtopname (dichtheid van de buitenzijde van de steen) kwam in het geheel niet aan de orde. Hierdoor werden stenen toegepast, met een wateropneming van 27,6% (v/v) en een Hallergetal van 43 (‘spons’!), met een ‘lekke’ molenromp als resultaat! Schelvenaar Stenen van zelfde steenfabriek als bij Nieuwe Palmboom maar, als gevolg van de aldaar getrokken lessen, op een hogere temperatuur gebakken. Monsterstenen ontvangen van HHS Alblasserwaard en Vijfherenlanden die een restpartij als inboetstenen voor de Kinderdijk molens had gekocht. Molen De Schelvenaar, als restaurant / partycentre in gebruik, is ‘dicht’ zo werd door onderzoekers ter plekke vastgesteld.

Tabel 2.

Hygrische vergelijking 3 nieuwe molens

Drie praktijkgevallen nieuwe molens

Hallergetal

Vrijwillige Wateropn.

[gr/dm2/min]

[% v/v]

1977? De Distilleerketel

45

29

Lek

1988 De Nieuwe Palmboom

43

28

1993 De Schelvenaar

28

28

Plaatselijk Lek Dicht

2.5

Vochtsituatie

Conclusies

De belangrijkste conclusie van het onderzoek Steenkeuze is dat de stenen een matige opzuigsnelheid (Hallergetal, IW) van vocht bij een bijpassende vochtopnamecapaciteit moeten bezitten. Bij vroegere voorschriften werd alleen aandacht besteed aan vochtopnamecapaciteit (vrijwillige wateropneming). In deze studie wordt aangetoond dat de opzuigsnelheid een belangrijker criterium is dan de opnamecapaciteit. Uit het onderzoek naar de regendichtheid van historische objecten is naar voren gekomen dat de dichtheid vaak in belangrijke mate te danken is aan de in de loop der tijd ontstane ‘verweringslaag’ aan de regenzijde van de muur. Deze verweringslaag vermindert de opzuigsnelheid van de stenen soms tot meer dan 50%. In hygrisch opzicht is de verwijdering van deze laag (o.a.) door reiniging sterk af te raden.

65

3. Mortelkeuze 3.1 Uitgangspunten bij restauratie In de afgelopen decennia is men tijdens internationale discussies over de restauratie van historische gebouwen tot de conclusie gekomen dat bij interventies voldaan moet worden aan eisen van “compatibility” en “retreataility/repairability”. Hiermee wordt bedoeld, wat betreft “compatibility”, dat ingebrachte reparatiematerialen geen schadelijke gevolgen mogen hebben voor het reeds aanwezige materiaal en wat betreft “retreataility/repairability” dat de conserveringsmaatregel / het reparatie materiaal, nu toegepast, behandeling in de toekomst niet in de weg mag staan. Dit houdt in dat als er een restauratie van een historische gebouw plaatsvindt één van de belangrijkste technische concepten waarop het ontwerp van een reparatiemortel moet zijn gebaseerd, de compatibiliteit is tussen de nieuwe reparatiemortel en het oude reeds aanwezige materiaal. Oud en nieuw moeten elkaar verdragen; in praktisch opzicht komt het er vaak op neer dat het technische materiaalkundige gedrag van het nieuwe materiaal in de buurt van het oude moet liggen; dus geen grote verschillen in mechanische sterkte, vochtdoorlatendheid, uitzetting/krimp van oud en nieuw. Voorbeeld van incompatibiliteit De toepassing van dichte cement reparatievoegen op daarachter liggende kalkmetselmortels. Op het eerste gezicht lijkt het een heel goede oplossing met een prachtig dicht en duurzaam materiaal. Er ontstaat echter een situatie waarbij de metselmortel moeilijker kan drogen doordat de cementvoeg dicht en slecht vochtdoorlatend is. Gevolg vorstschade. Kennelijk is er sprake van een verkeerde materiaalkeuze: het voegmateriaal zou het drogen van de achterliggende metselmortel moeten bevorderen in plaats van afremmen. Ten aanzien van “retreatability/repairability” wil dit bijvoorbeeld zeggen dat er geen sterke hechting tussen het nieuwe aan het oude materiaal mag zijn, omdat dat bij toekomstige verwijdering (bij de volgende restauratie) zou leiden tot grote schade van de oude ondergrond (het originele materiaal). Een voorbeeld van een niet terug te draaien maatregel De toepassing van hydrofobeermiddelen. Het materiaal verandert het gedrag van de schil zonder dat men, als het tegenvalt,,deze maatregel ongedaan kan maken. Afgezien hiervan zijn er grote risico’s verbonden aan de toepassing van hydrofobeermiddelen in historisch metselwerk. Zo is het van groot belang goed te weten waar het vocht vandaan komt. Is er geen gevaar van onvoorziene vochttoetreding achter de hydrofobeerlaag (optrekkend vocht, lekkages)? Het probleem met de toepasing van hydrofobeermiddelen is, dat de droogsnelheid van het achter de hydrofobeerlaag liggende metselwerk aanzienlijk terugloopt, doordat vocht niet meer aan de oppervlakte van het metselwerk kan komen. Een ander gevaar is de veelvuldig voorkomende aanwezigheid van zouten in historisch metselwerk; in combinatie met hydrofobeerlagen kan dit leiden tot schade (kristallisatie achter de hydrofobeerlaag)

3.2 Welke eigenschappen zijn belangrijk? Bij het vervaardigen van nieuw massief metselwerk in kalk is er meer vrijheid in keuze van de eigenschappen van de mortel dan in het geval van herstelwerk. De situatie bij herstelwerk ligt anders, omdat rekening moet worden gehouden met de eigenschappen van het nog aanwezige omgevende oude materiaal (compatibiliteit). In het geval van nieuw metselwerk kan men de eigenschappen van de mortel in zekere mate laten bepalen door de gewenste eigenschappen van het metselwerk. Wil men bijvoorbeeld dat het metselwerk veel vervormingscapaciteit heeft, dan zal men kiezen voor kalkmortels (onafhankelijk van het type steen, hard of zacht). Is sterkte van het metselwerk van groot belang dan zal men kiezen voor een hydraulische mortel, in dit geval wel bij voorkeur in combinatie met een sterke steen. De toepassing van reparatiemortel in oud metselwerk gebeurt op een verantwoorde manier als de eigenschappen van de herstelmortel in de buurt liggen van die van de omgevende oude mortel. Met andere woorden inboeten van stenen met een sterke cementmortel in kalkmetselwerk is onjuist en leidt tot problemen. De reden is dat sterkte, vervormingsgedrag, porositeit van het oude en nieuwe materiaal zo uiteen lopen, dat vooral op de overgangen tussen materialen krachtoverdracht en vochttransportgedrag verstoord worden en tot problemen (schade) leiden.

66

Een gebruikelijke methode om tot een keuze van de samenstelling van een reparatiemortel te komen is een analyse van de oude mortel te maken. Daarbij worden a) type binder (waaronder de Hydrauliciteits Index) b) type aggregaat en korrelverdeling c) bindmiddel-aggregaat verhouding d) druksterkte en elasticiteit e) porositeit en f) kleur, textuur bepaald. Uitgaande van deze gegevens wordt een herstelmortel samengesteld met eigenschappen die in de buurt van de oude mortel liggen. Voor zover van toepassing worden vorstbestandheid en zoutresistentie bepaald. Samenvattend kan gesteld worden dat de volgende eigenschappen de belangrijkste zijn bij het bepalen van de samenstelling van een reparatiemortel, toegepast in bestaand metselwerk: In niet-uitgeharde toestand Een goede verwerkbaarheid (waaronder doorstrijkbaarheid), snelle sterkte-ontwikkeling, langzame krimp gedurende uitharding Het reparatiemateriaal moet zo weinig mogelijk zouten bevatten (Rossi-Doria1986) In uitgeharde toestand Mechanische, hygrische, thermische eigenschappen en porositeit van het reparatiemateriaal dienen ongeveer gelijk te zijn aan die van het omgevende materiaal. Dit kan bereikt worden door analyse van de samenstelling van de oude mortel (type bindmiddel, type en korrelopbouw van het zand) en de reparatiemortel daaraan te passen. Daarbij zullen de volgende eigenschappen van het oude en nieuwe materiaal met elkaar worden vergeleken:  Sterkteniveau (druksterkte)  Vervormbaarheid (E-modulus)  Vochttransportgedrag (absorptie en drogen (porositeit))  Oppervlakte eigenschappen (kleur, textuur, ruwheid)

3.3 Laboratoriumonderzoek (voor de nadere bespreking van de uitgevoerde proeven zie de syllabusbijdrage van T.Wijffels) In het deelonderzoek Kwaliteitseisen Restauratiebaksteen werd tot een aanbeveling gekomen tav de hygrische eisen, te stellen aan bakstenen voor waterdicht opgaand massief metselwerk. Daar waterdichtheid niet alleen bepaald wordt door de hygrische eigenschappen van de steen, maar ook door de al dan niet vochtkerende werking van de voegen, werd het effect van de mortel op de waterdichtheid in dit onderzoek nader onderzocht. Daartoe is een onderzoekprogramma opgesteld waarin een aantal aspecten van gedrag van mortels, op zich en in combinatie met bakstenen nader kon worden geanalyseerd. Deze onderzoekingen mondden uit in de bestudering van het vochtdoorlaat- en lekgedrag van een tweetal proefmuren, die beregend werden. De volgende onderzoekingen zijn uitgevoerd:  Bepaling van de keuze van een metselmortel voor de vervaardiging van twee proefmuren voor beregeningsproeven. Deze bepaling ging in twee stappen: via de beoordeling van de verwerkbaarheid van een 15-tal mortels werden 3 zeer goed verwerkbare en een contrastmortel (een cementmortel) uitgekozen voor verder onderzoek. Van deze 4 mortels werden een aantal voor waterdicht metselwerk relevante eigenschappen bepaald. Vervolgens werd op grond van een analyse van de beproevingsresultaten een keuze gemaakt voor 1 mortel waarmee de muren zouden worden gemetseld, waarmee beregeningsproeven zouden worden uitgevoerd.  van het 4-tal gekozen mortels werden de volgende eigenschappen bepaald: druksterkte, vervormingsgedrag, hygrische uitzetting / krimp, vrijwillige vochtopneming (porositeit) en vochtopname- resp. drooggedrag van metselwerk.  Opzet, uitvoering en beoordeling van beregeningsproeven, waarbij het vochtdoorslag- en lekgedrag van 2 muren gebouwd met 2 verschillende steentypen en hetzelfde morteltype met elkaar werden vergeleken.

67

3.4 Conclusies Mortelkeuze Morteleigenschappen Aan een 4-tal mortels werden mechanische eigenschappen (druksterkte, elasticiteitsmodulus) en hygrische eigenschappen (vrijwillige wateropneming (poriënvolume), hygrische krimp en waterabsorptie- en drooggedrag) bepaald. De belangrijkste proef hierbij was de bepaling van absorptie- en drooggedrag van metselwerk bestaand uit combinaties van de 4 mortels met twee steentypen In aanmerking nemend niet alleen absorptie-drooggedrag, maar ook vervormingscapaciteit en porositeit dan presteerde de in de proevenserie opgenomen natuurlijke licht-hydraulische kalkmortel het beste. Verondersteld mag worden dat andere licht-hydraulische mortels een vergelijkbaar gedrag zullen vertonen: dit moet nader geverifieerd worden. Vochtdoorslag en lekkage Er werden beregeningsproeven uitgevoerd aan twee proefmuren met twee typen stenen, een matigzuigende en een sterk-zuigende gele steen. De mortel toegepast in de beide muren was een natuurlijke licht-hydraulische kalk mortel. Geconcludeerd kan worden dat de combinatie matig-zuigende stenen licht-hydraulische kalkmortel duidelijk beter presteert, wat betreft vochtdoorlatendheid, dan de combinatie sterk-zuigende steen hydraulische kalkmortel. Deze conclusie bevestigt de aanbeveling uit het deelonderzoek Kwaliteitseisen Restauratiesteen dat in zwaar vochtbelast opgaand massief metselwerk een matig zuigende steen type hardgrauw (R4) of gevelklinker (R3) toe te passen. Aanbevelingen mortelreceptuur Zie paragraaf 1. Verwerkbaarheid Een goede verwerkbaarheid is van wezenlijk belang om kwalitatief goed metselwerk te vervaardigen; dit betekent voor kalkmortels in historisch metselwerk: vol-en-zat werken en de mogelijkheid van doorstrijken. Een goede verwerkbaarheid blijkt vanuit de samenstelling van de mortel moeilijk te voorspellen te zijn. Vele factoren spelen hierbij een rol: de opbouw en hoekigheid van het zand, het type en de hoeveelheid van het bindmiddel, de waterabsorptie van de steen etc. Geconcludeerd kan worden dat een eenvoudige metselproef, waarbij zoveel mogelijk de werkelijkheid wordt nagestreefd door zowel steen als mortel bij het experiment te betrekken, veel kan leren over een gewenste verwerkbaarheid (zie ‘Bouwstenen voor de Richtlijn’). Dit is moeilijker te realiseren met de gebruikelijke plasticiteitsproeven zoals spreidmaat, naald van Vicat etc, omdat daarbij alleen de mortel beproefd wordt.

68

4.

Literatuur



Grimm C.T., Water permeance of Masonry Walls: A Review of the Literature, in Masonry: Materials, Properties and Performance, ASTM STP 778, J.G. Borchelt ed., American Society for testing and Materials, pp. 178-199, 1982. Groot C., Effects of water on mortar-brick bond; thesis 1993 Groot Caspar en Gunneweg Jos, Onderzoeksrapport Vochtproblematiek Stenen Molens – 1e Fase; in 2 delen, Delft / Zeist okt 2002. Groot, C.J.W.P. en Gunneweg, J., “Vooronderzoek bij metselwerkherstel”, Molenwereld, Januari, pp. 26-29, 2004 Hees van R.P.J. et all, “Damage analysis as a step towards compatible repair mortars”, RILEM Report 28: Characterisation of Old Mortars with Respect to Their Repair, in Groot, C.J.W.P., Ashall, G. and Hughes, J. (eds), RILEM website Leppers, Bergeningsproeven, TU-Eindhoven, 1996 Papayianni I. “Durability Lessons from the Study of Old Mortars and Concretes”, Lecture presented at ACI P.K. Mehta Symposium on Durability of Concrete, Nice France, (1994) 120.] Ramamurthy K. and K.B. Anand, “Classification of Water Permeation Studies on Masonry, Masonry International”, Vol. 14, No 3, pp.74-79, 2001. RDMZ, Kalkboek, Zeist, sept 2003 Rossi-Doria, P.R., “ Mortars for restoration: basic requirements and quality control”. Matériaux et Constructions, Vol. 19, No 114, pp. 445-448, 1986.

        

Caspar Groot is onderzoeker aan de TU Delft faculteit CiTG op het gebied van bouwmaterialen. Een van zijn specialisaties is het duurzaamheidsgedrag van metselwerk. Hij is ook internationaal actief op dit gebied als voorzitter van de RILEM TC203,’ Reparatiemortels voor Historisch Metselwerk’. Samen met zijn collega Jos Gunneweg drijft hij het adviesbureau, groot gunneweg - delft restauratie advies en bouwmateriaalkundig onderzoek. informatie e: [email protected] i: grootgunnewegdelft.nl

69

70

VI

METSELMORTELS VOOR WATERDICHT METSELWERK. EIGENSCHAPPEN VAN 4 MORTELS EN RESULTATEN VAN DE REGENPROEF door Tomas J. Wijffels

TNO Bouw en Ondergrond, Delft [email protected]

71

72

METSELMORTELS VOOR WATERDICHT METSELWERK. EIGENSCHAPPEN VAN 4 MORTELS EN RESULTATEN VAN DE REGENPROEF. Tomas J. Wijffels TNO Bouw en Ondergrond, Delft

Samenvatting 1. Inleiding In de zoektocht naar een geschikte metselmortel voor het gebruik in massief metselwerk voor restauratie doeleinden heeft TU Delft nauw samengewerkt met TNO Bouw en Ondergrond. In een continu proces van experimenten en bespreking van de resultaten is veel kennis opgedaan van verschillende mortels waarbij het aantal geschikte mortels steeds verder teruggedrongen is. TU Delft is begonnen met 15 mortels die zijn blootgesteld aan een onderzoek naar verwerkbaarheid [1]. Op basis hiervan zijn vier mortels geselecteerd die door TNO verder zijn onderzocht. Drie van de mortels zijn te kwalificeren als typische restauratiemortels, met kalk als bindmiddel. De vierde is een referentiemortel, een standaard metselmortel op basis van ENCI metselcement. De volgende vier mortels zijn in dit onderzoek gebruikt (de nummering voert terug op de oorspronkelijke 15 mortels): 1. mortel 3 schelpkalk en zand, verhouding 1:2 2. mortel 5 hydraulische kalk en zand, verhouding 1:2 3. mortel 7 steenkalk, tras en zand, verhouding 5:1:12 4. mortel 11 metselcement en zand, verhouding 1:3 Teneinde inzicht te krijgen in de mogelijkheid tot een succesvolle toepassing in massief waterdicht metselwerk is een aantal karakteristieken van bovengenoemde mortels bepaald. Deze karakteristieken zijn bepaald aan drie soorten proefstukken, mortelbalkjes, mortelplakken en zogenaamde beertjes. Mortelbalkjes worden gemaakt door de specie in mallen te gieten van 20x20x160 mm. Hieraan is de druksterkte-ontwikkeling en het vervormingsgedrag gemeten. Mortelplakken zijn gemaakt door proefstukken te metselen waarna na 24 uur de stenen van de voeg verwijderd zijn. Het verschil tussen de balkjes en de plakken is dat bij de plakken vocht vanuit de mortel door de stenen wordt afgezogen, hetgeen de karakteristieken van de mortel beïnvloedt. De karakteristieken van de mortelplakken zullen beter aansluiten bij de karakteristieken in de praktijk maar proeftechnisch is het lastiger om druksterkte en vervormingsgedrag aan mortelplakken te bepalen. De mortelplakken zijn gebruikt om de vrijwillige wateropneming te bepalen, alsmede eenmalig ook de druksterkte. Het derde type proefstuk zijn de beertjes. Dit zijn blokken metselwerk van drie lagen hoog met afmetingen van ongeveer 20x30x20 cm. Aan deze beertjes is de waterabsorptie en de droging bepaald. Waarom zijn de bepaalde karakteristieken van belang voor de bepaling van een succesvolle toepassing in restauratiewerk van vollewand metselwerk? De druksterkte is van belang omdat vollewand metselwerk meestal een dragende functie heeft. Er dient dus een zekere minimale sterkte ontwikkeld te worden. Omdat het meestal gaat om metselwerk met royale afmetingen is een druksterkte van 1-3 N/mm2 veelal voldoende. De ontwikkeling van de druksterkte is daarom wellicht meer van belang. Een zeer langzame druksterkte-ontwikkeling, zoals bijvoorbeeld bij een pure kalkmortel verwacht mag worden, kan het restauratieproces belemmeren. Bij een langzame sterkteontwikkeling zal de dagproductie namelijk beperkt moeten blijven om uitzakken van het metselwerk te voorkomen. Het vervormingsgedrag is van belang omdat dit iets zegt over de mogelijkheid van het metselwerk om kleine vervorming, bijvoorbeeld als gevolg van zettingen of thermische vervormingen, op te vangen zonder het ontstaan van scheuren. Een mogelijk grote vervorming zonder scheurvorming is voor restauratiewerk een positieve eigenschap. Van moderne cementmortels is bekend dat zij relatief weinig vervorming kunnen opnemen terwijl traditionele kalkmortels dit juist wel kunnen. Alle mortels vertonen drogingskrimp. De specie heeft een hoog vochtgehalte en als gevolg van afzuiging door de stenen en droging aan de lucht zal krimp plaatsvinden. Als deze krimp groot is kan dit leiden tot dunne spleetjes tussen steen en mortel, hetgeen de waterdichtheid nadelig beïnvloedt. Voor restauratiewerk is een geringe drogingskrimp dus te prefereren boven een grote drogingskrimp.

73

De vrijwillige wateropneming geeft inzicht in de porositeit van de mortel, dus over de hoeveelheid water die door de mortel opgenomen wordt. Deze hangt samen met de waterabsorptie, de snelheid waarmee water opgezogen wordt. Deze snelheid wil men liefst zo klein mogelijk houden, maar dit dient beoordeeld te worden in combinatie met de droogsnelheid. Als een snelle waterabsorptie gecombineerd is met een hoge droogsnelheid, dan is dit (in het kader van dit onderzoek) beter dan een iets minder snelle waterabsortptie gecombineerd met een langzame droging.

2. Resultaten 2.1 Druksterkte-ontwikkeling De druksterkte van de mortels is aan de mortelbalkjes bepaald na 7, 14, 28, 56 en 90 dagen. Bovendien is na 100 dagen de druksterkte van de mortelplakken bepaald. Tenslotte is van 1 mortel, de steenkalk-tras-mortel, de druksterkte na 200 dagen bepaald. Figuur 1 geeft de resultaten.

Figuur 1 – Druksterkte-ontwikkeling De meting van de druksterkte-ontwikkeling toont aan dat de metselcementmortel snel verhardt en na 14 dagen al de eindsterkte van meer dan 10 N/mm2 bereikt. De twee mortels met steenkalk en schelpkalk als bindmiddel vertonen een zeer langzame ontwikkeling, en bereiken na 90 dagen een sterkte van 1 N/mm2. De sterkte-ontwikkeling gaat hierna nog langzaam verder, de steenkalktrasmortel heeft na 200 dagen een sterkte van 1,5 N/mm2. De hydraulische kalk ontwikkeld een sterkte tussen de kalk- en de cementmortel, met een sterkte van ongeveer 5 N/mm2. Deze waarde wordt bereikt na 14 dagen. Onduidelijk is de invloed van het tras. De schelpkalk- en steenkalkmortel vertonen een gelijke sterkte-ontwikkeling. Voor de trasreactie is water nodig, en het is mogelijk dat het vochtgehalte in de mortelbalkjes te laag was om de tras te laten reageren. In praktijk zal het vochtgehalte over het algemeen hoger zijn, waardoor een betere sterkte-ontwikkeling van de steenkalk-trasmortel verwacht mag worden. De meetpunten na 100 dagen geven de druksterkte van de mortelplakken weer, waarbij vocht vanuit de specie dor de stenen deels is afgezogen. Opvallend is dat de sterkte van de hydraulische mortels (5 en 11) positief worden beïnvloed door de vochtafzuiging. Dit resultaat is vaker uit onderzoek gebleken. Hier zijn twee mogelijke verklaringen voor. Ten eerste zal door de vochtafzuiging compactie optreden, waardoor de mortel dichter van structuur wordt. Daarnaast zal door de afzuiging de water-cementfactor afnemen. Vanuit de cementtechnologie is bekend dat hierdoor de porositeit van de cementsteen afneemt wat gepaard gaat met verhoging van de sterkte.

2.2 Vervormingsgedrag Door middel van een buigtrekproef is een indruk verkregen van het vervormingsgedrag van de 4 mortels. Als een mortel een grote vervormingscapaciteit heeft dan betekent dat, dat vervormingen als gevolg van mechanische of thermische belastingen zonder (zichtbare) scheurvorming kunnen worden opgenomen. Kalkmortels zijn zoals bekend veel beter dan cementmortels in staat vervormingen te overbruggen. In figuur 2 zijn de kracht-verplaatsingsdiagrammen weergegeven van de 4 verschillende mortels. De mortels zijn beproefd tot breuk.

74

Figuur 2 – Kracht-verplaatsingsdiagram De schelpkalk mortel (mortel 3) en de steenkalk-tras mortel (mortel 7) zijn in staat de grootste vervorming te ondergaan alvorens te bezwijken. De sterkste mortel (mortel 11, de metselcement mortel) bezwijkt bij de laagste vervorming. De hydraulische kalkmortel (mortel5) neemt een tussenpositie in. 2.3 Vrijwillige wateropneming De vrijwillige wateropneming is bepaald aan de mortelplakken door het verschil in massa te meten tussen de droge mortelplakken en plakken die 48 uur onder water gelegen hebben. Tabel 1 geeft de resultaten.

mortel

bindmiddel

3 5 7 11

schelpkalk hydraulische kalk steenkalk en tras metselcement

vrijwillige wateropneming (% v/v) 26 26 31 20

Tabel 1 – Vrijwillige wateropneming De metselcement-mortel heeft de laagste wateropneming, hetgeen te verwachten is. De hydraulische kalk vertoont een opmerkelijk hoge vrijwillige water opneming.

2.4 Drogingskrimp en hygrische zwelling De initiële drogingskrimp is bepaald door de lengte van de mortelbalkjes na 7 dagen te meten en deze te vergelijken met de inwendige lengte van de mal. Vervolgens is aan de verharde mortelbalkjes (na 90 dagen) de hygrische zwelling en krimp bepaald volgens NEN 2871. De hygrische zwelling is het verschil in lengte tussen het natte proefstuk (na 48 uur onder water) en het droge proefstuk (na conditionering bij 30% RV). De hygrische krimp wordt uitgedrukt in mm per meter. Tabel 2 geeft de resultaten. mortel

bindmiddel

3 5 7 11

schelpkalk hydraulische kalk steenkalk en tras metselcement

initiële drogingskrimp (mm) nihil nihil 0,5 1,3

hygrische zwelling (mm/m) 0,16 0,42 0,17 0,36

Tabel 2 – Initiële drogingskrimp en hygrische zwelling Bovenstaande resultaten laten zien dat er een groot verschil in hygrisch gedrag is tussen de kalkmortels die aan de lucht verharden (3 en 7) en de hydraulische mortels (5 en 11). De kalkmortels vertonen een relatief grote initiële drogingskrimp terwijl de hydraulische mortels (specie is wellicht een betere benaming) nauwelijks krimpen.

75

Bij de zwelling of krimp van de verharde mortels zien we het tegenover gestelde: de hydraulische mortels zwellen en krimpen ruim 2 keer zoveel als de kalkmortels. Een verklaring voor de grote initiële drogingskrimp van de kalkmortels vormt het hoge vochtgehalte waarmee deze mortels aangemaakt worden. De korrelgrootte van kalk is veel fijner dan die van hydraulische kalk en cement. Door deze fijne deeltjes is meer water nodig om een goede verwerkbaarheid te krijgen. Een hoger watergehalte in de specie leidt tot een grotere initiële drogingskrimp.

2.5 Waterabsorptie en droging De waterabsorptie en droging is bepaald aan zogenaamde beertjes. Dit zijn proefstukken bestaande uit drie lagen metselwerk, ieder opgebouwd uit drie stenen. Figuur 3 geeft een schematische voorstelling van een beertje. De zijkanten van de beertjes zijn ingepakt met folie. Water kan alleen via het zichtvlak opgezogen worden. Ook droging vindt alleen via het zichtvlak plaats.

Figuur 3 – Schematische voorstelling beertje Voor het maken van deze proefstukken zijn twee typen baksteen gebruikt. Tabel 3 geeft een overzicht van enkele karakteristieken van deze bakstenen. De keuze van de baksteen en bepaling van de karakteristieken is uitgevoerd door de TU Delft.

rood geel

Hallergetal (g/dm2/60sec) 23 35

vrijwillige wateropneming % v/v % m/m 18 9 29 18

Tabel 3 – Karakteristieken bakstenen van de beertjes De rode baksteen heeft een gematigde snelheid van waterabsorptie en een lage vrijwillige wateropneming. De gele baksteen zuigt sneller water op en zuigt ook meer water op. De waterabsorptie is bepaald door het zichtvlak van de beertjes in contact te brengen met water, gedurende 24 uur. De eerste 4 uur is de wateropname vastgelegd, alsmede na 24 uur. Vervolgens zijn de proefstukken geplaatst in een klimaatkamer met een relatieve vochtigheid van 50%. Gedurende 7 weken is de droging van de proefstukken gevolgd. Figuur 4 geeft de resultaten.

76

Absorptieproeven Rode Steen (Hallergetal 23) 20

18

18

16

16

14 12 mortel 3 10

mortel 5 mortel 7

8

mortel 11 6

Vochtgehalte [m/m%]

Vochtgehalte [m/m%]

Gele Steen (Hallergetal 35) 20

14 12

mortel 5 mortel 7

8

mortel 11

6

4

4

2

2

0

mortel 3

10

0 0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

Tijd [uur]

15

20

25

30

Tijd [uur]

Droogproeven Rode Steen (Hallergetal 23) 20

18

18

16

16

14 12

mortel 3 mortel 5

10

mortel 7 8

mortel 11

6

Vochtgehalte [m/m%]

Vochtgehalte [m/m%]

Gele Steen (Hallergetal 35) 20

14 12

mortel 3 mortel 5

10

mortel 7 8

mortel 11

6

4

4

2

2 0

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Tijd [dagen]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Tijd [dagen]

Figuur 4 – Waterabsorptie en droging In de figuur 4 is door middel van een zwarte lijn aangegeven wat de vrijwillige wateropneming is. Bij de waterabsorptie van de proefstukken met de gele baksteen heeft de mortel een duidelijke invloed. Bij de beertjes met de kalkmortels (3 en 7) verloopt de opname sneller en na 24 uur zijn deze nagenoeg verzadigd. De beertjes met de hydraulische mortels zijn na 24 uur niet verzadigd. Waarschijnlijk vormt de overgang van voeg naar steen een belemmering voor het vochttransport. De mortel kan wel water uit de steen zuigen, maar de steen niet uit de mortel. Dit betekent dat de stenen die niet direct in contact staan met water, niet verzadigd raken. De droogsnelheid van de gele beertjes is nagenoeg gelijk, alleen hebben de beertjes met de kalkmortels met een hoger vochtgehalte bij aanvang van de droging. Een snellere waterabsorptie en ongeveer gelijke droogsnelheid zal in praktijk tot gevolg hebben dat metselwerk met de kalkmortels gemiddeld een hoger vochtgehalte zal hebben. Bij de proefstukken met de rode baksteen heeft de mortel een kleine invloed op de waterabsorptie dan bij die met de gele baksteen. Ook hier is het vochtgehalte het hoogst in de beertjes met de kalmortel, maar na 24 uur is nog geen sprake van verzadiging van de proefstukken.

3. Regenproef Op basis van de resultaten van het onderzoek zoals beschreven in paragraaf 2 is in overleg tussen TU Delft en TNO een keuze gemaakt voor de mortel die is gebruikt voor de regenproef. De mortel op basis van hydraulische kalk wordt gezien als de meest veelbelovende mortel om waterdicht massief metselwerk te maken. Deze keuze is gebaseerd op de volgende overwegingen:  De hydraulische kalk-mortel vertoont een goede verwerkbaarheid. Weliswaar scoorde de mortel van steenkalk en tras nog iets beter, maar de hydraulische kalk werd door de metselaars voldoende goed beoordeeld. De metselcement-mortel scoorde hier onvoldoende.  De hydraulische kalk vertoont een snelle sterkte-ontwikkeling, in tegenstelling tot de twee mortels met schelpkalk en steenkalk. De druksterkte-ontwikkeling van de hydraulische kalk vormt geen belemmering voor een snelle voortgang in het metselen.  De hydraulische kalk vertoont nagenoeg geen initiële drogingskrimp. De hygrische droging en zwelling van de verharde mortel is overigens wel hoog.  Bij de experimenten naar waterabsorptie en drooggedrag vertoont de hydraulische kalk goede resultaten, vergelijkbaar met die van de metselcement en beter dan de schelpkalk en steenkalk.

77

De regenproef is gelijktijdig uitgevoerd op twee muren. De metselmortel in beide muren is gelijk, de steen is afwijkend. Tabel 4 geeft een overzicht van de karakteristieken van de twee bakstenen die in de regenproef zijn gebruikt.

grijs geel

Hallergetal (g/dm2/60sec) 15 59

vrijwillige wateropneming % v/v % m/m 13 7 32 22

Tabel 4 – Karakteristieken van de bakstenen gebruikt in de regenproef De grijze baksteen heeft een lage waterabsorptie en lage vrijwillige wateropneming. Beide karakteristieken zijn voor de gele baksteen juist hoog. Beide proefmuren zijn 80 cm breed en 240 cm hoog. De dikte van de muur verliep van 2 steens aan de onderzijde, via steens naar halfsteens aan de bovenzijde. Aan de voorkant is een kast gemaakt waardoor beregening gecombineerd kon worden met een overdruk. Aan de achterzijde stond een camera opgesteld die periodiek foto’s van de muren nam, zodat het moment van vochtdoorslag nauwkeurig vastgeld werd. Figuur 5 toont een schematische weergave van de opstelling.

Figuur 5 – Opstelling regenproef De uitvoering van de regenproef is gebaseerd op NEN 2778 “Vochtwering gebouwen”, met achtereenvolgens:  1 uur beregening zonder overdruk, 2 liter/m2/min  89 uur beregening met overdruk 50 Pa, 12 liter/m2/uur  1 uur beregening met overdruk 400 Pa, 2 liter/m2/min Na 90 uur was de muur verzadigd. Tijdens het laatste uur is bepaald hoe groot de regendoorslag is, hoeveel water aan de binnenzijde “door de muur stroomt”. De resultaten van de regenproef worden besproken aan de hand van foto’s.

78

Figuur 6 - 38 min Na 38 minuten is het gele halfsteens metselwerk volledig doorgeslagen. Het gele steens werk is nog droog. Bij de grijze steen is zichtbaar dat via een aantal voegen vocht de achterzijde van de muur bereikt. Dit geldt zowel voor het halfsteens als het steens werk. Beregening zonder overdruk

Figuur 7 - 1 uur Op deze foto is duidelijk zichtbaar dat bij de gele steen het vocht als eerste door de steen komt. Een aantal stenen (koppen) in het steens metselwerk is doorgeslagen, terwijl de omliggende voegen droog zijn. Beregening zonder overdruk

Figuur 8 -2 uur Deze foto toont dat bij de grijze steen de voegen het zwakken punt vormen. In het halfsteens werk is zichtbaar dat de voegen nat zijn, terwijl de stenen daartussen juist droog zijn. Beregening met 50 Pa overdruk

Figuur 9 - 5,5 uur Na 5,5 uur is het gele steens werk volledig doorgeslagen.

Beregening met 50 Pa overdruk

79

Figuur 10 - 22 uur Na 22 uur is het grijze steens werk volledig doorgeslagen. Beregening met 50 Pa overdruk

Figuur 11 - 90 uur Aan het eind van de proef is ook het tweesteens werk grotendeels doorgeslagen. Beregening met 50 Pa overdruk

Aan de volledig doorgeslagen muur is bepaald hoeveel water onder de meest extreme omstandigheden door het metselwerk stroomt. Hiermee wordt inzicht verkregen in de hoeveelheid water die onder die extreme omstandigheden aan de binnenkant van het metselwerk naar beneden stroomt (lekkage). Figuur 12 toont de resultaten. 12 10

liter/m2

8

geel halfsteens geel steens

6

grijs halfsteens grijs steens

4 2

0 0

20

40

60

80

tijd (min)

Figuur 12 – Meting “lekkage” Uit figuur 12 blijkt dat metselwerk met de sterk zuigende stenen (geel) aanzienlijk meer regendoorslag vertoont dan metselwerk met zwak zuigende steen. Bovendien werd duidelijk dat het metselwerk met een dikte van twee stenen geen lekkage vertoont, en als waterdicht kan worden beschouwd.

80

4. Conclusies Op zoek naar een goede mortel om te gebruiken in massief restauratie-metselwerk heeft TNO Bouw en Ondergrond vier metselmortels onderzocht. Deze vier mortels zijn door de TU Delft geselecteerd uit 15 metselmortels op basis van verwerkbaarheid. Het gaat hierbij om drie restauratiemortels op basis van kalk en één referentie-mortel op basis van metselcement. Het bindmiddel van de drie restauratiemortels bestond uit schelpkalk, steenkalk met weinig tras en hydraulische kalk. Het eerste deel van het onderzoek bestond uit het vaststellen van een aantal karakteristieken van de mortels. Vervolgens is aan metselwerk het opzuig- en drooggedrag bepaald. Tenslotte is met één mortel in combinatie met twee verschillende stenen een regenproef uitgevoerd. De steen- en schelpkalk-mortels lieten een zeer langzame druksterkte-ontwikkeling zien. Na 90 dagen werd een druksterkte van 1 N/mm2 gehaald. De hydraulische kalkmortel bereikte na 14 dagen zijn eindsterkte van iets meer dan 5 N/mm2. Met betrekking tot de mogelijkheid tot vervorming zonder breuk scoorde de steen- en schelpkalkmortels het best. De hydraulische kalk vertoonde mogelijkheid tot vervorming tussen bovengenoemde kalkmortels enerzijds en de cementmortel anderzijds. De drogingskrimp als gevolg van verlies van water uit de specie was het grootst bij de steen- en schelpkalkmortels. Deze krimp was bij mortels met cement en hydraulische kalk nagenoeg afwezig. Bij de verharde mortel vertoonde deze hydraulische mortels juist de grootste hygrische zwelling en krimp. De invloed van de metselmortel op het opzuig- en drooggedrag van metselwerk bleek mede afhankelijk te zijn van het type baksteen. In combinatie met een sterk zuigende steen bleken de steen- en schelpkalkmortels sneller vocht op te nemen dan de twee hydraulische mortels. Het drooggedrag van de vier mortels was vergelijkbaar. Hierdoor zal in praktijk metselwerk met de steenen schelpkalkmortel gemiddeld vochtiger zijn. Op basis van de bepaling van de karakteristieken van de mortels en het opzuig- en drooggedrag van metselwerk presteert de mortel met hydraulische kalk als bindmiddel het beste. Een goede druksterkte-ontwikkeling, redelijke vervormingscapaciteit en lage initiële drogingskrimp alsmede positief opzuig- en drooggedrag maakt dat het gebruik van hydraulische kalk de meeste kans biedt op het succesvol vervaardigen van waterdicht massief restauratie-metselwerk. De waterdichtheid van metselwerk met hydraulische kalkmortel is beoordeeld aan de hand van een regenproef. Metselwerk met sterk en zwak zuigende steen is beproefd op regendoorslag, in combinatie met overdruk van 50 en 400 Pa. Hierbij werd tevens onderscheid gemaakt tussen halfsteens, steens en tweesteens metselwerk. De tijd waarna vochtdoorslag optreedt bleek met name afhankelijk te zijn van het type baksteen. Bij de sterk zuigende steen is de achterzijde van het metselwerk veel sneller nat dan bij de zwak zuigende steen. De hoeveelheid water die door het metselwerk stroomt (lekkage) onder invloed van 400 Pa overdruk bleek bij de sterk zuigende steen ongeveer 2,5 keer zo groot als bij de zwak zuigende steen. Dit geldt zowel voor het halfsteens als het steens metselwerk. Het tweesteens metselwerk vertoonde wel doorslag maar geen lekkage.

5. Referenties [1] Groot, C en Gunneweg, J ‘Verwerkbaarheid’ Rapportage verwerkbaarheidsproeven verricht in Stevinlaboratorium II,, TU Delft, Fac Civiele techniek en Geowetenschappen, Delft, 2006.

81

82

VII

IMPACT-ECHO door Jeroen Schouten

Nebest Adviesgroep [email protected]

83

84

IMPACT-ECHO Nebest brengt de staat van metselwerk van molens in beeld met niet destructief onderzoek J.Schouten * Aanleiding In samenwerking met de heren Gunneweg en Groot van de TU Delft, heeft Nebest onderzoek uitgevoerd naar holtes en laminaire scheuren in metselwerk. Hierbij is gebruik gemaakt van het geavanceerde Impact-Echo-meetssysteem. Het onderzoek begon bij de Korenmolen in Monster en vervolgens zijn ook de Pendrechtse molen in Barendrecht en de molen De Valk in Leiden onderzocht. Na elk onderzoek zijn de resultaten naar waarde beoordeeld en is gekeken op welke wijze ImpactEcho een beeld geeft van de staat van de onderzochte materialen en constructies: in deze situatie het metselwerk.

Afkloppen en Impact-Echo Impact-Echo is een niet-destructieve onderzoekstechniek die gebaseerd is op hetzelfde fysische principe als het afkloppen van een oppervlak met een hamer (de reeds lang toegepaste methode voor het lokaliseren van holle ruimtes in metselwerk). Tijdens het afkloppen wordt door de inspecteur met een hamer een akoestische (druk)golf veroorzaakt in de ondergrond, die na reflectie met het gehoor van die inspecteur wordt geanalyseerd. Door het verschil in klank merkt de inspecteur het beproefde gebied als holte of als juist geen holte. Omdat het resultaat van het afkloppen mede afhankelijk is van het gehoor van de inspecteur kan sprake zijn van grote spreiding in de resultaten onderling, maar ook in de resultaten van verschillende inspecteurs. Bovendien kan van de holle plek geen omvang (diepte e.d.) worden aangegeven. Met Impact-Echo wordt de waarneming van de holle plekken door de inspecteur overgenomen door mechanische en elektronische apparatuur. Ook bij Impact Echo wordt met een hamertje een akoestische (druk)golf veroorzaakt in de ondergrond. De drukgolf reflecteert echter niet op het trommelvlies van de inspecteur maar op een scheiding tussen twee verschillende materialen die een groot verschil in impedantiewaarde hebben. In het geval van de onderzochte molens, zijn dat metselwerk en lucht. Dankzij de geautomatiseerde 'impact' en de geavanceerde analysemogelijkheden, kunnen met de Impact-Echo-apparatuur bijvoorbeeld materiaaldiktes, scheuren, holtes en inhomogeniteiten in een materiaal worden gelokaliseerd.

85

De werking van Impact-Echo De in de ondergrond gestuurde drukgolf weerkaatst met op de materiaal/lucht scheiding. Dit wordt gemeten en vervolgens vastgelegd in een tijd/volt diagram. Dit tijd volt/diagram wordt middels een fouriertransformatie omgezet in een frequentiespectrum. Hierin verschijnt een dominante piek op de plaats waar de drukgolf binnen een vaste tijd een aantal maal heeft kunnen reflecteren. Met de gemeten frequentie en de voortplantingssnelheid van het onderzochte materiaal kan de plaats van de holle plek nauwkeurig worden aangegeven. Uit meetresultaten kan bovendien worden afgeleid wat de diepte tot de scheur of de dikte tot de holteis. Korenmolen te Monster Als eerste is de Korenmolen in Monster onderzocht. Het doel van dit onderzoek was vast te stellen of zich holle plekken en niet waarneembare scheuren in het metselwerk voorkwamen. Twee stappen Daartoe moest eerst worden vastgesteld of een duidelijk signaal kon worden gekregen uit metingen met Impact-Echo op dat metselwerk. Vervolgens moest worden vastegesteld of dit signaal omgezet kon worden in concrete getallen zoals diepte , afmeting en configuratie van de scheur of holte. De stappen

Om het onderzoek uit te voeren is ter hoogte van het stellingniveau van de molen , op grond van handmatig afkloppen, een verticale raai opgezet die door drie verschillende velden liep, namelijk: een hol klinkend gedeelte, een dof klinkend gedeelte en een normaal klinkend gedeelte. - In die vertikale raai is aangetoond dat het bepalen van de dikte van de metselwerkconstructie met Impact-Echo betrouwbaar kan worden uitgevoerd. Bovendien is aangetoond dat bij een holklinkende en dofklinkende locatie een duidelijk ander frequentiespectrum wordt waargenomen dan ter plaatse van een gebied dat intact is. De resultaten van deze metingen gaven dan ook een goede basis voor vervolgonderzoek bij andere windmolens. De Pendrechtse molen te Barendrecht Het onderzoek aan de Pendrechtse molen richtte zich vooral op het uitvoeren van Impact-Echo metingen vanaf de binnen- en buitenzijde van de constructie zodat:  





Wellicht meerdere scheuren op één locatie waargenomen worden Een scheur vanuit beide zijden te meten is zodat een nauwkeurigerresultaat wordt gekregen over de diepte en de dikte van de scheur. Na het uitvoeren van diverse metingen aan binnenzijde en aan de buitenzijde van de molen zijn de volgende conclusies getrokken: De Impact-Echo metingen zijn vanaf de binnenzijde goed uit te voeren, mits de afwerking/mortellaag aan de binnenzijde goed contact heeft met het onderliggende metselwerk. Een meting vanaf de binnen- en buitenzijde verschaft meer gegevens over de kwaliteit van het metselwerk de diepte van de scheur, het aantal scheuren en de omvang van de holte(n) of (laminaire) scheur(en).

86

De molen de valk te Leiden Nadat de methode heeft aangetoond dat die goed inzetbaar is, werd besloten ook ter plaatse van de molen “deValk”te Leiden een onderzoek met Impact-Echo uit te voeren. Hier zijn ter hoogte van de houten omloop op twee verschillende hoogtes horizontale meetraaien uitgezet. Deze meetraaien zijn ingemeten met 2 verschillende meetmethoden namelijk: afkloppen en Impact-Echo. De meetresultaten van deze metingen zijn in een tabel tegen elkaar weggezet zijn onderverdeeld in kleurgradaties. Hierdoor zijn de moeilijk te begrijpen frequentiespectra verwerkt in een makkelijk te begrijpen tabel. In het resultaat zijn in de twee methoden overlappende resultaten te zien. Het grootste aangetaste vlak is weergegeven door middel van Impact-Echo. Dit kan betekenen dat hier laterale scheurvorming aanwezig is die niet met het afkloppen gedetecteerd kan worden. Onderstaande tabel toont de resultaten van het afkloppen en de Impact-Echo metingen

Z 25 AFKLOPPEN

ZO 24

23

O 22

21

NO 20

19

N 18

17

1,0

NW 32

W

ZW

Z

31

30

29

28

27

26

25

(raam)

IMPACT ECHO SCAN

9 AFKLOPPEN

8

7

6

5

4

3

2

1

16

15

14

13

12

11

10

9

135

113

90

68

45

23

0/360

338

315

293

270

248

225

203

180

0,2

IMPACT ECHO SCAN stellingniveau 180

158

vergelijking resultaten (vereenvoudigd):

helder / goed : geen holte aanwezig

dof / afwijking op echo-beeld : enigerlei vorm van holte aanwezig

Na het daadwerkelijk reparatie van het metselwerk is Impact-Echo naast de aanvullende informatie bij het detecteren van holtes ook geschikt voor de controle van het geïnjecteerde deel. Dit is in een tweede fase nader onderzocht bij de de molen “de Valk”.

87

De molen “de Valk” (2e fase) De holle ruimtes in een gebied zijn geïnjecteerd met een injectievloeistof. Nu is het gebied zodanig opgevuld dat met het normaal afkloppen geen holtes of scheuren meer gedetecteerd worden. Wanneer de holtes en scheuren goed afgedicht zouden zijn, dan zou dit met Impact-Echo gemeten worden. In de 2e meetfase bij molen De Valk is het vlak, dat met Impact-Echo als holle ruimte is aangemerkt en dat is geïnjecteerd, opnieuw ingemeten met Impact-Echo. De resultaten van deze laatste metingen zijn in de tabel hieronder getoond. De groene delen zijn goed en in de rode delen lijkt zich nog een holte of scheur te bevinden.

88

2 0,5

4 0,45

6 0,655

8 0,655

10 0,786

12 0,551

14 0,634

16 0,504

1 0,32

3 0,66

5 0,66

7 0,655

9 0,595

11 0,531

13 0,62

15 0,551

stellingniveau

Bevindingen Impact-Echo metingen op metselwerk Uit de resultaten van het afkloppen van de molen in Leiden en de Impact-Echo metingen blijken deze een beperkte toegevoegde waarde op het afkloppen (enkele plaatsen worden extra aangemerkt als locatie met holle ruimte. Impact-Echo blijkt een goede controleslag op de uitvoering van de Injectiewerkzaamheden. Wanneer zich niet gevulde holle ruimtes in het metselwerk bevinden, dan zullen deze wel met Impact-Echo vastgesteld kunnen worden terwijl de ruimte of scheur vaak te klein zal zijn of te diep zal zitten om deze door middel van handmatig afkloppen waar te nemen. Impact-Echo is bovendien een goede techniek om op lange termijn het geïnjecteerde deel te bewaken. Verwacht wordt namelijk dat op lange termijn het afkloppen nog steeds geen resultaat op het geïnjecteerde deel zal opleveren. Bronnen: Impact-echo; non-destructive Evaluation of Concrete and Masonry. M.J. Sansalone en W.B. Streett, Bullbrier Press, Jersey Shore, PA, V.St. * ing. J.P. Schouten, werkzaam bij Nebest Adviesgroep met als specialisatie nondestructieve meetmethoden zoals Impact-Echo. Nebest Adviesgroep is een onafhankelijk ingenieurs/adviesbureau, gespecialiseerd in inspectie, technisch advies en projectmanagement op het gebied van bouwkundige, civiele, werktuigbouwkundige en elektrotechnische projecten. Daarnaast is Nebest Adviesgroep continu bezig met ontwikkeling van nieuwe, geavanceerde onderzoeksmethoden.(mail: [email protected])

89

90

VIII

PRAKTIJKPROEVEN DETECTIE & INJECTIE stand van zaken door Jos Gunneweg

TU Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen e: [email protected] i: grootgunnewegdelft.nl

91

92

PRAKTIJKPROEVEN DETECTIE & INJECTIE stand van zaken Jos Gunneweg* Bij de deelonderzoeken ‘detectie holten en losse schil vorming’ en ’injecteren holten in massief metselwerk’ van het ‘totaalonderzoeksproject aanpak vochtproblematiek massief metselwerk’ waren op drie objecten waren praktijkproeven voorzien. En wel molens die leden aan de meest ernstige vochtproblemen, tw. Leiden De Valk, Schiedam De Nieuwe Palmboom, Barendrecht, Pendrechtse Molen. Deze praktijkproeven zijn momenteel – maart 2007- in uitvoering resp. deels voltooid. Onderstaand een schets van de stand van zaken. Het doel van de praktijkproef ‘detectie’ was om de mogelijkheden van moderne diagnostische technieken te verkennen en daarvan de toegevoegde waarde vast te stellen ten opzichte van het gebruikelijke ‘afkloppen’ van de muur. Men wil a.h.w. proberen ‘in de muur te kijken’ om bij massieve lekke muren de verborgen gebreken zo verfijnd mogelijk in kaart te brengen en op die manier de slaagkans van het herstellen van die gebreken dmv injecteren zo hoog mogelijk te maken. Soms kan men die gebreken met nauwkeurig waarnemen aan de buitenzijde reeds ontdekken. Vaker echter lijkt de muur ogenschijnlijk gaaf en zijn het ‘verborgen gebreken’ , waarvan aard, omvang, en plek onbekend zijn, maar waarvan de lekkage bewijst dat ze er moeten zijn. Echter, het zoeken daarnaar is als het zoeken naar een zwarte kat in een donkere kamer… Gaande het onderzoeksproces werd iets gevonden, meer dan waarop was gerekend en meer weg had van een veelkoppig monster dan van een zwarte kat!

de praktijkproeven detectie Bij wijze van werkhypothese waren een aantal schadefenomenen gedefinieerd; lateraalscheuren of losse schil-vorming / transversaal- of dwarsscheuren / holten door niet vol en zat metselen (bouwfout) / capillaire problemen door te poreuze steen (bouwfout). Naarmate het onderzoek vorderde werd duidelijk dat het beeld complexer was.  afkloppen Vertrekpunt was het traditionele ‘afkloppen’ van de muur. Helder = goed, dof = holte. Bij praktijkproef De Valk op een vooraf bepaald ‘grid’gedaan waarna hetzelfde grid met impact echo scanning .  electronische non-destructieve technieken Er bestaan verschillende elektronische technieken om in massa’s materialen te kunnen ‘kijken’. Zoals radar, thermografie, radiografie en impact echo scanning. Ze hebben ieder hun eigen voor- en nadelen. De eis was dat de techniek een meerwaarde moet hebben boven ‘afkloppen’ en handzaam en goedkoop is.

Afkloppen en impact echo scanning op zelfde grid;

De Valk Leiden dd .10 maart 2006

93

Vanwege de veronderstelling dat deze techniek daaraan mogelijk zou voldoen is op twee objecten (Valk ; Pendrechtse Molen ) een praktijkproef met Impact Echo Scanning gedaan. Een techniek die bekend staat om zijn goede resultaten bij onderzoek naar gebreken (holten, scheurvorming en dichtheid) in gewapend beton. Aan de resultaten van deze praktijkproef met Impact Echo Scanning op de twee genoemde proefobjecten is een apart artikel gewijd.

 aanvullend licht destructief onderzoek Wanneer met voorafgaand afkloppen en/of elektronisch onderzoek een afwijking is opgespoord en gelokaliseerd kan zo gericht mogelijk met licht destructieve technieken de exacte aard van het schadefenomeen worden vastgesteld. Bijvoorbeeld met een lange dunne steenboor, kan de wijdte van ‘spouwen’ worden vastgesteld. Ook kan met een holle watergekoelde diamantboor een boorkern worden genomen. Aan deze boorkern maar ook aan de gatwand worden de verborgen gebreken als schil-vorming etc. zichtbaar.  lateraalscheuren of losse schil-vorming Is een betrekkelijk vaak voorkomend verschijnsel, op de bezonde zijde van torens en molens. Bij een vierkante plattegrond wordt het zichtbaar op de hoeken. Bij torens met een cilindrische vorm en molens lopen de scheuren met de ronding mee achter het muurvlak. Meest op een diepte van ½ of een hele steen. Een enkele keer vertoont het vlak van de muur een (lichte) bult en wordt het zichtbaar. Vaker is het nauwelijks of niet zichtbaar, maar bij pas bij afkloppen en nader onderzoek met een dunne steenboor ontdekt. Met het nemen van een boorkern kan men vervolgens absolute zekerheid verkrijgen. Onderstaand een foto van een boorkerngat met duidelijke sporen van lateraalscheur- of losse schil vorming (molen Monster). De vervorming was al zodanig dat deze aan de muur zichtbaar was.

94

schilvorming zichtbaar in boorkerngat bij molen te Monster (foto: groot gunneweg delft ) Hierna, fragment boorkern en boorgat waar lateraalscheur of schil-vorming veel minder ver is voortgeschreden en niet zichtbaar. Boorkern genomen na voorafgaand afkloppen en Impact Echo Scanning (molen Leiden).

boorkern m.lateraalscheur beginstadium

boorkerngat m. lateraalscheur op 1/2 steen diepte ; koppenlaag: gescheurd – strekkenlaag: onthechting grensvlak mortel/ steen, uitloging kalk uit mortel door vochttransport

 nieuw ontdekte schadefenomen Meer nog dan het verkennen van de mogelijkheden van detectietechnieken verschafte de uitvoering van de praktijkproeven inzicht in de grotere variatie en complexiteit van de schadefenomenen en zijn enkele tot nu toe onbegrepen oorzaken van lekkage tevoorschijn gekomen. Wat bij afkloppen klinkt als een ‘losse schil’ en ook in het verleden zonder diepergaand onderzoek steeds als zodanig werd benoemd, bleek het in een enkel geval, bij een praktijkproefobject helemaal niet te zijn. Dit werd voor het eerst duidelijk toen er als opstartprocedure van een injecteerproef, waar uitsluitend schil-vorming werd vermoed, werd geprobeerd water in een injecteergat te gieten. Dit bleef staan. Het nemen van enkele boorkernen bracht meer licht in de zaak. Ook een op De Valk Leiden uitgevoerde regenproef ter controle op de effectiviteit van een eerste injecteerproef, leverde nieuwe inzichten op. Deze eerste proefinjectie – boven de stelling - was niet geslaagd, het water kwam onder de zolder, volop door de muur naar binnen.

95

Het kwam zelfs 15 m lager, op de begane grond uit een hoek van een vensteropening gestroomd! Waarschijnlijk via een een uitwendig voor het zicht, halfsteens ingeboete en van binnen met een specieplak dichtgesmeerde transversaalscheur. Uit een van de boorkernen werd het beeld steeds scherper dat de haarscheuren in het hechtvlak van wigvormig uitgeslepen voegen de toevoeropeningen vormen voor het regenwater. . Zo blijkt dat het water in de muur omlaag sijpelt, via een met elkaar in verbinding staand ‘kanalenstelsel’ van diverse aard . Eenmaal tot stromen gekomen maakt het water via uitloging van de kalkmortel steeds verdergaande vertakkingen in die kanaaltjes en kanalen. Vorstschade versterkt dit weer.

Slechte voegen ‘trekken’ het water in de muur

uitgedrukt voegwerk tpv vochtverzadigde, door vorstinwerking volledig van mortel losgedrukte stenen

door vorstinwerking na vochtinsluiting ontstaan kanaal in de mortelvoeg, achter losgekomen harde herstelvoeg in wigvormig uitgeslepen uithaksleuf

96

Het ontstaan in de tijd gezien van al deze verschijnselen zal een nadere analyse vergen. Ook het beantwoorden van de vraag of ze specifiek zijn voorbehouden aan molens.. Het is zeer waarschijnlijk dat molens met een ‘oud’ vochtprobleem (bouwfouten), die in het min of meer recente verleden vaak ‘waterdicht gemaakt’ zijn (zeer vochtige muur als beginsituatie) dmv ‘waterdichte’ voegmortel + hydrofoberen, en daardoor alleen maar meer vocht vasthouden, deze vorm van vorstschade in een versterkte mate zijn gaan vertonen. Een reden temeer om hier voor een elastische, poreuze, vochttransporterende voegherstelmortel te kiezen en – voor zover het kwaad niet reeds geschied, af te zien van hydrofoberen. . Bij de evaluatie zullen de aangetroffen schadefenomenen in principeschetsen worden uitgetekend.

de praktijkproeven injecteren Op de drie proef objecten werden in overleg met drie verschillende injecteerbedrijven de praktijkproeven gedefinieerd. Uitvoering in wisselwerking met de resultaten van de praktijkproeven detectie.  Leiden De Valk Uitvoering Ervas International BV Hilversum. Het betreft de meest lekke stenen windmolen die ons land kent. Een vochtproblematiek dier al sinds mensenheugenis bestaat :‘oud vochtprobleem’ (z. Vochtproblematiek Stenen Molens, bijlage I - C ). Voorlopige diagnose: holten en losse schil-vorming. Voorbereiding van de te nemen stappen in deze praktijkproef in samenhang met de tussentijdse resultaten van de praktijkproef ‘detectie’ . In een permanente wisselwerking tussen. uitvoering proefinjecties, regenproeven, monitoring en evaluatie van de resultaten groeide deze proef uit . Van aanvankelijk een kleine proefinjectie op twee vlakken met twee verschillende preparaten met bijbehorende injecteertechnieken werden het drie slagen van achtereenvolgende proeven. Steeds na regenproef. en tussenevaluatie.

161206 – 1e proefinjectie

171206 – 2e proefinjectie

Na de tweede proefinjectie werd wederom een regenproef gedaan en kwam er al veel minder water binnen dan na de eerste. Was voorheen de goot op stellinghoogte droog omdat al het water via de voegen in de muur schoot, nu stroomde het meeste water van de muur af en begon de goot te lopen.

97

Afgesproken werd eind april.nog een derde injecteersessie te doen met een veel fijnere matrix van injecteergaten. Bijzondere aandacht zal dan worden besteed aan de materiaalkeuze voor een tijdelijke reversibele laag op de muur, om uit de mur geperst injectiepreparaat op te vangen. Onderzoekers en uitvoerders zijn er wel van overtuigd dat dan het lek boven zal zijn! Evaluatie eind april/ begin mei.  Schiedam De Nieuwe Palmboom Uitvoering proef : Dry Works International BV Almere. Oorzaak lekkage:. capillair vochttransport wegens bij de bouw (1989) toegepaste te poreuze steen. (z. Vochtproblematiek Stenen Molens, bijlage I - R ). Enkelvoudig probleem waar geen nader diagnostisch onderzoek in de sfeer van ‘detectie’ bij nodig was. Door zijn aard leunt het enerzijds op de preparaten en technieken die worden gepraktiseerd bij injecteren tegen optrekkend vocht. Omdat de vochtaanvoer hier echter niet van onderaf maar via de buiten -zijkant van de muur geschiedt zou op advies van het uitvoerend bedrijf ook worden onderzocht in hoeverre evt. zgn. ‘steenverstevigers’ toepasbaar zouden zijn, die a.h.w. als een hydrofobeermiddel met relatief grote indringingsdiepte zouden worden ingezet. Al zou dit naar het inzicht van de onderzoekers niet zonder risico zijn. Steenverstevigers zijn ontwikkeld en met succes ingezet om bij spouwmuurbouw, te snel degraderende steen en voeg te fixeren. Een spouwmuur kan echter aan de achterzijde drogen en is niet dynamisch belast waardoor kans op het ontstaan van scheuren afwezig is. Als een belangrijk risico bij massief metselwerk, zeker bij molens werd onderkend het risico van het ontstaan van scheuren (thermische spanningen, dynamische belasting) waardoor water binnendringt dat zich achter de gesloten oppervlaktelaag verspreidt, niet meer kan uitdampen en bij vorst schade zou kunnen veroorzaken van afschilferen van de baksteenhuid. Het volledig impregneren van het baksteenmateriaal leek de voorkeur te hebben. Aan de omschrijving van de opzet van deze praktijkproef is daarom een intensieve periode van vooroverleg tussen het uitvoerend bedrijf en de onderzoekers vooraf gegaan en werd literatuuronderzoek gedaan naar de toepassing en de beperkingen van ‘steenverstevigers’. Door het type probleem kon de aanpak van de proeven qua omvang (oppervlak) bescheiden blijven en de monitoring geschieden aan boorkernen in plaats van dmv regenproeven. Aldus ontstond het idee van een ‘minipraktijkproef’, met de mogelijkheid om naast elkaar een groter aantal technieken en preparaten op te zetten en onderling te vergelijken. Het volgende programma werd vastgesteld: Binnen: Drie proefvlakken , met 2 verschillende injecteertechnieken tw. electromechanische injecteerpomp onder hoge druk en mbv. containertjes dmv de zgn. aquapress methode, onder toepassing van 2 verschillende preparaten.

Buiten: Drie proefvlakken, met de kwast opgebracht, met drie verschillende preparaten te ïmpregneren.

De Nieuwe Palmboom vochtprofiel 140706 16

vochtgehalte [M/M] %

14 12 10 8

injecteergat 2a-b-c-

6 4 2 0 1

2

3

diepte

98

Van elk proefvlak zouden na voldoende reactietijd buiten uit de muur 2 boorkernen worden genomen. Eén over de volle steen, één over een steen-voeg-steen overgang. Voorts 2 boorkernen van een onbehandeld muurgedeelte. Dit programma werd in vier achtereenvolgende sessies gerealiseerd..  Uitvoering Bij de eerste injecteerproef , 11 juli 2006, kwam direct aan de buitenkant vocht uit de muur: het injectiepreparaat, was de eerste gedachte. Aan de hand van genomen gruismonsters werd later in het laboratorium het vochtgehalte van de muur bepaald (zie grafiek hierboven). Gemiddeld ruim 10 % [m/m] , plm 17% [v/v]. Op grond van deze uitkomsten werd de conclusie getrokken dat in het geïnjecteerde proefstukje voor aanvang ruim 5 L water zat. Wat men op het muuroppervlak buiten zag verschijnen moet derhalve in eerste instantie 'verdreven' water zijn geweest en nog geen injecteerpreparaat. Hiermee werd ook bevestigd, de uit het onderzoek 'hygrische kwaliteit baksteen' voortgekomen conclusie dat bij op te lage temperatuur gebakken stenen de poriën bestaan uit een netwerk van onderling verbonden porien.

 laboratoriumonderzoek aan boorkernen. Naast de eerder genoemde boorkernen werden ook meegenomen enkele binnen bewaard gebleven nieuwe metselstenen van de bouw. Deze waren schoon. De boorkernen van het onbehandelde muurgedeelte vertegenwoordigden het gedurende 17 jaren aan vervuiling blootgestelde muurwerk. Op deze manier zou de invloed van de verwering in die periode kunnen worden vastgesteld. Dit omdat de bevindingen in eerder onderzoek hadden uitgewezen dat de verweringslaag een zeer belangrijke factor is voor waterdichtheid..

99

Alle kernen werden gedroogd en daarna geseald zodat alleen het buitenvlakje vrij bleef. Daarmee en met de hierboven genoemde monstersteen, werden opzuigproeven gedaan 1, 2, 10 en 60 minuten. ( tabel). Vervolgens werd met de kernen die waren geïnjecteerd, de vrije waterabsorptie bepaald om de penetratiegraad van het injecteerpreparaat te kunnen vaststellen.

BEPALING HALLERGETAL van steenmonsters (boorkernen) molen DE NIEUWE PALMBOOM S C H I E D A M datum analyse: 270906 oorspr baksteen BST kern O kern A kern B kern C

D E F

opp behandeling BST

1min 2min 10min 60min

45 62 122

0 15 26 66 178

A1 8 13 35 74

B1 21 35 98 264

C1 28 45 106 173

injecteren D1 23 37 98 151

E1 12 21 64 174

F1 5 10 31 63

De conclusie die uit deze proeven kon worden getrokken was, in de eerste plaats dat het opzuiggedrag van de onbehandelde, verweerde muur na 1 minuut (monster 0) , lag op 1/3 e van de waarde van die van de nieuwe steen ( monster BST) . Na 2 minuten iets meer dan 1/3 e en na 10 minuten op de helft. Dit was weliswaar niet geheel onverwacht, maar toch getalsmatig een zeer belangwekkende conclusie. Immers de factor tijd, werkte hier mee om het vochtdoorslag probleem op te lossen! Uit de bevindingen van de beheerders van het object bleek al dat het er op leek dat de overlast door lekkage in de tijd gezien minder werd. Zo bleek bijvoorbeeld de lekkage bij de extreme regen en storm op 18 januari 2007 minder dan bij eerdere situaties. De productspecificaties blijven in het stadium van tussenrapportage vooralsnog even onvermeld maar verwonderlijk was wel dat een werkende stof die in de vorm van een crème werd opgebracht geen vermindering van het opzuiggedrag teweeg bracht . Kern A1 (steenversteviger) bleek goed te presteren. Het beste (minste opzuiging) bleek echter de met de aquapress methode geïnjecteerde kern F1 te presteren. Deze werd vervolgens nog onderworpen aaneen vries-dooi proef volgens de NEN 2872, waarbij deze de proef schadevrij bleek te hebben doorstaan.

100

Hiermee was aan de opdracht om een effectief en veilig preparaat met bijbehorende injectietechniek aan te bevelen, voldaan. Maar het onderzoek had dus méér geboden dan dat. Binnenkort wordt de rapportage van deze onderzoeksresultaten uitgewerkt. Waarna het aan de eigenaar van dit object zal zijn te kiezen tussen populair gezegd het opbrengen van geld, of het opbrengen van geduld en de tijd verder zijn werk te laten doen bij het oplossen van de vochtproblematiek op dit object.  Barendrecht Pendrechtse Molen Uitvoering proef : Injection Nederland BV Vianen.. Van deze ernstig lekke molenromp is eveneens bekend dat hij een ‘oud’ vochtprobleem heeft. In de afgelopen 30 jaar is er zonder - of met averechts- resultaat, heel veel aan ‘gedokterd’. (z. Vochtproblematiek Stenen Molens, bijlage I - V ). Ook werd het nodige onderzoek gedaan. De daarop gebaseerde adviezen liepen uiteen; conclusies variëerden van ‘lateraalscheuren of losse schillen’ tot evt. een te poreuze steen bij de bouw. Bij de uitvoering van de proeven werd tot een ander inzicht gekomen en wel dat de aard van de problemen gelegen is in door uitlogingsverschijnselen in de mortelvoeg ontstane holten en niet in lateraalscheuren of ‘losse schil-vorming  eliminatie mogelijke schadebeelden Algemeen werd bij de aanvang van de proeven aangenomen dat we te maken zouden hebben met met lateraalscheuren of ‘losse schil-vorming. Bij het ingieten van water in een boorgat, beneden buiten op een plek die bij afkloppen ‘hol’ klonk en ook op de Impact Echo Scan een duidelijke ‘holte’ toonde , bleef het water in de trechter staan: geen lateraalscheur of losse schil. Boven, binnen, idem.

Op dat moment werd duidelijk dat het schadebeeld afwijkt van en complexer is dan werd aangenomen. Als volgende werd onderzocht de hypothese van een mogelijk bij de bouw toegepaste te poreuze steen . Deze werd door laboratoriumonderzoek aan uitgenomen bakstenen ( tabel) onderuit gehaald.

101

Hallergetal oorspronkelijk 20 . Een gezonde waarde die past bij wat voor een dergelijke steen wenselijk is. De verweerde (zicht) zijde haller 1,6 – 0,4., ofwel nagenoeg waterdicht: Dit moet zijn de opeenstapeling van de effecten van ‘olien / ’teren / verweren / hydrofoberen’. Mogelijke oorzaak van te poreuze steen, kon ook worden geschrapt. Integendeel! Want wat wel kon worden vastgesteld is dat bij regen de steen vrijwel niets opneemt dus de waterbelasting vol op de voegen komt en bij sterke wind daar doorheen wordt geperst.

BEPALING HALLERGETAL Pendrechtse molen datum analyse: 271106 mt/jg baksteen baksteen

ZW Noord

afm afm

(b*d*l)=0,7*0,35*1,4dm (b*d*l)=0,75*0,35*1,52dm

ZuidWest D (gewicht droog)

Hallergetal

Noord

597,11

653,1

[g/dm2/min]

D (gewicht droog) N1min (na 1 minut)

zool 597,89 618,91

zichtstrek 597,11 597,89

zool 653,3 676,52

O (opzuiging)

21,02

0,78

23,22

opp zichtstrek l * d (dm2) opp zool b*d(dm2)

0,49 0,98

Hallergetal (zool-) strek

21

zicht

zichtstrek 653,1 653,3

0,2 0,532

1,14

20 1,6

0,4

Bestudering van een daarna genomen boorkern (zie foto) duidt op een heel ander gebrek: holten in de mortelvoeg door uitloging. Dit is een probleem van geheel andere aard dan ‘losse schil- vorming of ‘capilair vocht-vochttransport door te poreuze steen’.

holten in de mortelvoeg door uitloging (Pendrechtse Molen) .

102

 mogelijke oplossingen Met het uitvoerend bedrijf werd besproken welke mogelijkheden er nog zouden zijn om dit via injecteren op te lossen. Middelen die niet verstoppend werken komen niet in aanmerking gelet op de oorzaak: regendoorslag onder invloed van wind. Dit beperkt de keuze sterk. Minerale grouts komen niet in aanmerking. Gedacht wordt in de richting van een dunvloeibare injectiehars of -gel. Het injecteren zal van binnenuit geschieden. De slechte voegen aan de buitenzijde, kunnen op het hechtvlak haarscheuren vertonen. Soms zichtbaar (uitgedrukte voeg) soms onzichtbaar. Het gevaar is niet denkbeeldig dat via deze slechte voegen injectiehars naar buiten zou worden geperst en op de muur smet. Mocht dit zo zijn, dan moet eerst een steigertje worden gebouwd om het muurvlak met een tijdelijke, makkelijk verwijderbare beschermingscoating in te smeren. Eventueel zou eerst i n het proefvlak het voegwerk moeten worden vernieuwd. Ook aan de binnenzijde zullen maatregelen genomen moeten worden om (te grote) aantasting van het muuroppervlak door het injectiemiddel te voorkomen. Een en ander ligt nogal ver buiten de oorspronkelijk omschreven werkzaamheden voor de praktijkproef.  ‘waterinjectie’ en vervolgstappen Het uitvoerende bedrijf stelde voor om dmv injecteren met ‘water’ te onderzoeken of er al dan niet van doorlekken via de voegen sprake zal zijn. Indien niet dan kan gevaarloos met ene kunstharspreparaat worden geïnjecteerd. Indien wel, is nader overleg nodig met de eigenaar van de molen, het Recreatieschap, om de vervolgstappen te bepalen. De praktijkproef op molen De Valk Leiden, ligt in tijdschema voor . Aangezien daar een min of meer vergelijkbaar schadebeeld is ontdekt zullen de lessen die uit de proef op De Valk kunnen worden getrokken worden benut bij het uitzetten van de koers voor de vervolgstappen voor de Pendrechtse molen.. De proefinjectie met ‘water’, eind maart, waarna overleg over de te nemen volgende stappen, zodanig getimed dat de evaluatie De Valk daar in kan worden meegenomen. Afronding inclusief test door regenproef, rapportage met het hersteladvies, voor de komende bouwvak vakantie.

* Jos Gunneweg is onderzoeker bouwmateriaalkunde bij TU Delft faculteit CiTG, in het kader van het Totaalonderzoeksproject Aanpak Vochtproblematiek Massief Metselwerk, dat wordt uitgevoerd in opdracht van de Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten en heeft samen met zijn collega dr. ir. Caspar Groot, een eigen adviesbureau, groot gunneweg - delft restauratie advies en bouwmateriaalkundig onderzoek. informatie: e: [email protected]

103

104

IX

HYDROFOBEREN - van de regen in de drup? door C. Groot en J. Gunneweg

TU Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen [email protected] [email protected] grootgunnewegdelft.nl

105

106

HYDROFOBEREN - van de regen in de drup? C. Groot *) en J.Gunneweg #) TU Delft, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Stevin weg 4, 2628 CN Delft e: [email protected] e: [email protected] i: grootgunnewegdelft.nl

Samenvatting In dit artikel wordt verslag gedaan van ervaringen opgedaan ten aanzien van de toepassing van hydrofobeermiddelen in historisch metselwerk, in het bijzonder bij molens. Ingegaan wordt op de werking van hydrofobeermiddelen, de veronderstelde en in de praktijk waargenomen effectiviteit. Bovendien wordt aandacht besteed aan de extra risico’s, die een rol spelen bij historisch metselwerk. Geconcludeerd wordt dat de toepassing van hydrofoberen ter bestrijding van vochtproblemen bij molens en andere zwaar regenbelaste historische gebouwen ten sterkste is af te raden.

1. Inleiding Gedurende de afgelopen decennia zijn vele zwaar regenbelaste historische bouwwerken gehydrofobeerd: behandeld met een waterafstotend makend preparaat. Vaak kwamen enige jaren daarna klachten dat vochtproblemen eerder toe- dan afnamen. Bij het in 2002 afgeronde onderzoek naar de vochtproblematiek bij stenen windmolens werden 26 molens, lekke en niet lekke, onderzocht. Van die groep was ruim 60% gehydrofobeerd. Bij het onderzoek was een belangrijk doel inzicht te krijgen in de gevolgen van hydrofoberen. In de enquêtelijst die aan de molenbeheerders werd toegezonden werd expliciet gevraagd of en zo ja wanneer de molen gehydrofobeerd was en wat het effect daarvan op de molen was geweest. In de gesprekken die ter plaatse werden gevoerd is het onderwerp iedere keer aan de orde gesteld. De belangrijkste gevolgtrekking was dat de effectiviteit van het gebruik van hydrofobeermiddelen bij de bestrijding van vochtproblemen bijna altijd een slechter in plaats van een beter resultaat opleverde. Over het algemeen was er een tijdelijke verbetering van de situatie, die vervolgens drastisch verslechterde . Hydrofoberen is zeker een jaar of twintig als panacee beschouwd voor 'de vochtproblematiek'. De industrie van bouwchemische producten ontwikkelde preparaten die op tal van punten een veelbelovende oplossing leken te bieden. De marketing van deze sector was buitengewoon krachtig en de boodschap werd ook in de restauratiesector ontvangen en opgevolgd. Het heeft de restauratiepraktijk in zekere mate losgezongen van het primair stellen van ‘goed vakmanschap’ en 'bouwkundig goed metselwerkherstel'. Onderstaand eerst een overzicht van wat de literatuurstudie opleverde en het resultaat van een aantal in het laboratorium genomen proeven. Vervolgens het praktijkonderzoek, te beginnen met vochtprofielen, gevolgd door analyses van de overige waarnemingen.

107

2.

Literatuur en laboratoriumonderzoek

In de RDMZ brochure “Bescherming tegen aantasting”, (1987) en de SBR-publicatie “Hydrofoberen van gevels” (SBR, Rotterdam 1991, ISBN 90-5367-0149-9) wordt gesteld dat een gehydrofobeerde gevel met de tijd steeds droger wordt, omdat deze door de waterwerende behandeling geen of zeer weinig water opneemt bij regen. De stelling is dus dat er minder vocht binnenkomt dan er door droging uitgaat. Dit veronderstelde effect van droging was weergegeven in een grafiek. Een dergelijk drooggedrag bij de toepassing van hydrofobeermiddelen lijkt voor de hand te liggen, maar treedt in feite slechts op als aan aantal voorwaarden is voldaan. Bij de veelvuldige toepassing van hydrofobeermiddelen in de jaren ’70 en ’80 heeft een hardnekkig misverstand een invloedrijke rol gespeeld. Als aanbeveling voor de toepassing van hydrofobeermiddelen werd vaak als argument gebruikt dat de dampdoorlatendheid van de materialen waarop het wordt toegepast nauwelijks wordt aangetast. Deze veronderstelling was gebaseerd op de gedachte, dat het drooggedrag bij de toepassing van hydrofobeer-middelen nagenoeg niet verandert. Dit nu is echter niet het geval. Een eenvoudige proef laat dit zien (figuur 1). Hierbij wordt het drooggedrag van drie gehydrofobeerde en twee niet-gehydrofobeerde stenen met elkaar vergeleken. De gehydrofobeerde stenen zijn aan één legzijde gehydrofobeerd en aan de vier opstaande zijkanten met een epoxylaag afgestreken (zodat later vanuit deze zijde geen water kan verdampen). Enige dagen na het aanbrengen van de hydrofobeerlaag wordt de steen zoveel mogelijk gevuld met water. Tegelijkertijd worden de niet gehydrofobeerde stenen, die eveneens aan de 4 opstaande zijden met een laag epoxy zijn afgestreken, ook zoveel mogelijk met water verzadigd. Duidelijk is te zien dat de hydrofobering de verzadiging van de steen tegengaat. Vervolgens worden de stenen te drogen gelegd, waarbij het vocht alleen via de legzijde, al dan niet gehydrofobeerd, de steen uitdampt. Uit de grafiek blijkt dat het vochtverlies van de twee nietgehydrofobeerde stenen beduidend sneller gaat en dat de eindwaarden van het resterend vocht in de niet-gehydrofobeerde stenen duidelijk lager ligt dan bij de gehydrofobeerde stenen. Met andere woorden: een gehydrofobeerde muur raakt bij aanvoer van vocht (bijv. optrekkend of inwaterend vocht, of “lekkage” door scheuren en haarscheuren) dit minder gemakkelijk kwijt via droging dan een niet-gehydrofobeerde muur.

Invloed hydrofoberen op droging 1950

1900

Gewicht (g)

gehydrofobeerd 1850

gehydrofobeerd 1800

gehydrofobeerd

1750

niet gehydrofobeerd niet gehydrofobeerd

1700

1650 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Tijd (h)

Figuur 1 - Drooggedrag van gehydrofobeerde en niet-gehydrofobeerde stenen

108

De aanvankelijk positieve houding ten aanzien van de toepassing van hydrofobeermiddelen in gevels is in de loop van de tijd veranderd door een aantal schadegevallen in gehydrofobeerde muren. Een onderzoek van TNO (Van Hees en Koek, 1994) ingesteld op verzoek van de RDMZ naar schade als gevolg van de toepassing van hydrofobeermiddelen leidde tot de volgende bevindingen:  het hydrofoberend effect kan langdurig aanwezig zijn,  er is een (mogelijk in de loop van de jaren toenemend) verschil in werkzaamheid van de hydrofobering op de steen ten opzichte van de voeg,  in alle schadegevallen (zout of vorstschade) speelt vocht een belangrijke rol; ondanks de hydrofobering traden evenwel de schaden op,  vooronderzoek naar de staat van conservering (en met name de aanwezigheid van vocht en zouten) van de behandelde gevels was in zeer weinig gevallen uitgevoerd. In de brochure “Hydrofoberen van gevels” (1994) laat de RDMZ dan ook weten op het standpunt te staan eerder te kiezen voort traditionele oplossingen, zoals het toepassen van oliën, witten, verven, pleisteren gevel, beschietingen, bomen in de omgeving van gevels dan voor hydrofoberen. Toepassen van hydrofobeermiddelen wordt alleen aanbevolen wanneer aan de volgende voorwaarden is voldaan: -

de gevel moet in een goede bouwkundige staat verkeren, het materiaal in de gevel moet homogeen van aard zijn, het hydrofobeerrmiddel moet voldoende aanslaan, de gevel mag geen vocht bevatten (inwaterend en/of optrekkend vocht), de gevel mag geen zouten bevatten.

Aan gestelde voorwaarden wordt zelden of nooit voldaan. Niet alleen bij molens maar ook bij andere zwaar regenbelaste bouwwerken. Bovendien zou bij molens nog aan de extra voorwaarde moeten worden voldaan dat er geen haarscheurtjes gevormd worden onder invloed van dynamische belastingen. Via deze scheurtjes komt vocht zeer snel op capillaire wijze in de molenromp en verdwijnt zeer langzaam door verdamping weer naar buiten. Ook aan deze extra voorwaarde wordt zelden voldaan. Als een extra risico bij historische gebouwen moet de veelvuldige aanwezigheid van zouten in het metselwerk worden gezien. Bekend zijn schaden als gevolg van subflorescence (zoutkristallisatie onder hydrofobeerlaag) omdat de zouten niet meer aan de oppervlakte kunnen kristalliseren. Het blijkt weerbarstig eenmaal ingesleten gewoonten in de restauratiepraktijk te veranderen Ondanks de publicatie, in 1994 van de hierboven genoemde brochure, die duidelijk een negatief advies gaf, is het hydrofoberen van molens en andere zwaar regenbelaste historische gebouwen door blijven gaan. 3. Praktijkonderzoek Bij enkele gehydrofobeerde molens werden ‘vochtprofielen’ bepaald. Dit om de vochtverdeling in de muur te kunnen vaststellen ( figuur 2) De vochtprofielen bevestigen wat uit de droogproeven naar voren kwam dat een gehydrofobeerde muur minder gemakkelijk droogt dan een niet-gehydrofobeerde muur. In feite zijn muren na hydrofoberen vaak natter dan ervoor. Als belangrijkste reden voor het vochtiger worden van gehydrofobeerde molenrompen komt naar voren dat in een dynamisch belaste constructie als een molen het nauwelijks te vermijden is dat er haarscheurtjes ontstaan. De opname van vocht via deze scheurtjes verloopt snel: door capillaire verwerking en het drogen gaat langzaam, omdat dit via verdamping plaatsvindt. Het proces van haarscheurvorming is vastgesteld in kalkmortels (door slechte hechting tussen mortel en steen in combinatie met uitloging en dynamische belasting).

109

vochtgehalte (massa %)

Vochtprofiel Maassluis (H 3.5 m) 25 20 15

ZW

10

NO

5

Figuur 2 - Verhinderde verdamping naar buiten (hydrofobering). Monsters genomen direct na een 0 vochtige periode.

2.5

7.5

12.5

17.5

22.5

diepte (cm)regenval van binnen Daarnaast kan in een situatie met extreme gepaard naar gaandebuiten met storm en windstoten, de hydrofobeerlaag ‘doorslaan’. We kunnen dit begrijpen door de hydrofobering te beschouwen als een 'plastic regenjas' over het metselwerk. Maar dan een gescheurde, met met name minuscule horizontale scheurtjes, de voeghechtvlak haarscheuren.

Foto 1 Haarscheurvorming in een cement reparatievoeg Een bijzonder geval van haarscheurvorming komt regelmatig voor bij het toepassen van cement reparatievoegen. In dit geval gehydrofobeerd herstelvoegwerk ( 1995) op kalkmortel (1726 ) ; voeghechtvlak – haarscheuren zijn zichtbaar; waardoor vocht kan doordringen naar een holle ruimte achter de voeg; daarachter ±.25 mm door vorst en uitloging na vochtverzadiging beschadigde oude metselmortel met verder naar achter lopende scheur; (schade ontstaan binnen 7 jaar!) daarachter: de oorspronkelijke bijna 3 eeuwen oude metselmortel Het vocht schiet er bij regen via de haarscheurtjes onder, verspreidt zich capillair en kan er bij zon maar moeilijk meer uitdampen. Met de metafoor van de plastic regenjas is ook duidelijk te maken dat bij de conische molenrompen een waterfilm wordt opgebouwd die dikker wordt in de lagere zones van het muurwerk. In combinatie met winddruk zorgt dit voor en flink hogere vochtbelasting dan bij een onbehandelde muur. Dus op o.a. de voeghechtvlak-haarscheuren, op de dwarsscheuren en op de muuropeningen.

110

Bovendien kan men nooit controle hebben of de behandeling met het onzichtbare hydrofobeermiddel helemaal heeft gedekt. Op die eventueel niet gedekte kleine plekjes ontstaat dus een onevenredig grote waterbelasting. Hydrofoberen werd bovendien vaak toegepast als herstelbehandeling na gevelreiniging. Om de beschermende werking van de verdwenen of beschadigde verweringslaag te ‘repareren’. Daarbij werd met de hogedrukspuit veel water in de muur gebracht en de muur werd met een aldus sterk verhoogd vochtgehalte door de hydrofobering meteen afgesloten. Dit is dus helemaal strijdig met het uitgangspunt dat de te hydrofoberen muur geen vocht mag bevatten. Droging wordt zo bemoeilijkt. Verzadiging bij vochtindringing in haarscheuren vindt sneller plaats net als doorslag. Zo ontstaat een kettingreactie van nieuwe problemen. Inmiddels is inzicht ontstaan in de vervolgschaden die het in een gehydrofobeerde muur, in combinatie met een cementgebonden herstelvoeg (waarbij dan ook nog sprake kan zijn van een cementgebonden binnenpleister) toegenomen vochtgehalte kan veroorzaken. De oorspronkelijke metselmortel (kalk) blijft vochtiger en raakt bij vorst gedegradeerd. Er kan zelfs een scheur in de richting van de lintvoeg naar binnen ontstaan (foto boorkern) . Deze samenhangende degradatie en scheurvorming vormt een ‘leiding’ waardoor bij regen en storm water steeds verder in de muur wordt geperst en uitlogingsverschijnselen op gang kunnen komen. Ook zo ontstaat een negatieve spiraal van gevolgschaden! Een ander schadefenomeen , ‘afschilferen’ van de steen is als schade door hydrofoberen geconstateerd (foto 2).

Foto 2 Afschilfering na hydrofobering De vochtconcentratie achter de enkele millimeters dikke indringingszone van het hydrofobeermiddel, kan niet uitdampen. Zouten in de steen zullen op dit grensvlak kristalliseren en hun volumevergrotende werking drukt de gehydrofobeerde droge schil van de steen af. Bij vorst veroorzaakt de vorming van de ijskristallen eenzelfde effect. Op dat moment is de ‘opperhuid’ afgedrukt waarna de steen vochtgevoeliger is dan ooit. De gevolgen van hydrofoberen laten jarenlang hun sporen na. Wanneer men een verkeerd gekozen werkwijze en of mortelreceptuur bij een voegwerk herstelbeurt , waarna is gehydrofobeerd (hetgeen lange tijd een standaard aanpak was) door opnieuw hervoegen wil verbeteren, ontstaat ook weer een probleem. Sommige voegers klagen namelijk over slechte hechting van herstelvoegwerk op een gehydrofobeerde muur. In de SBR=publicatie ‘Hydrofoberen van gevels’ wordt door middel van een niet praktijkgerelateerde proef aangetoond dat dit wel zou meevallen. De SBR CUR-publicatie ‘De kwaliteit van voegen in metselwerk’ beveelt in een dergelijke situatie aan de toevoeging van enig ‘hechtmiddel’ of ’hechtemulsie’ aan het mortelwater. De hechting wordt verbeterd. Daar tegenover wordt gewaarschuwd voor het gevaar van ‘plakken’ van de mortel. Ook zou ‘hechtemulsie’ de mortel ‘dichter’ maken. Terwijl aangetoond is dat voor een gezonde vochthuishouding de mortel juist poreus moet zijn.

111

samenvattend: Het hydrofoberen heeft vaak belangrijke negatieve neveneffecten: doordat de muren van zwaar regenbelaste historische gebouwen vochtiger blijven worden deze vorstgevoeliger; bovendien worden houten balkkoppen, opgelegd in het metselwerk, gemakkelijker aangetast. De praktijk van het hydrofoberen heeft een zware hypotheek gelegd op een gezonde vochthuishouding in zwaar regenbelaste historische gebouwen als molens. Het zal 10-tallen jaren duren voor de effecten van hydrofoberen door reparatiewerkzaamheden als inboeten en hervoegen dusdanig zijn verminderd dat er weer van een genormaliseerde toestand sprake is (overigens, de hechting tussen steen en mortel wordt zwaar belemmerd door het hydrofobeermiddel). Bij de toepassing van hydrofobeermiddelen is tevens ernstig gezondigd tegen het principe dat een maatregel, getroffen bij restaureren, teruggedraaid moet kunnen worden indien de inzichten in de loop der jaren wijzigen. CONCLUSIE Hydrofoberen ter bestrijding van vochtproblemen is bij molens en andere zwaar regenbelaste historische gebouwen ten sterkste af te raden.

4. Literatuur   

RDMZ, “Bescherming tegen aantasting”, (1987) SBR-publicatie “Hydrofoberen van gevels”, SBR, Rotterdam 1991, ISBN 90-5367-0149-9. Groot Caspar en Gunneweg Jos, Onderzoeksrapport Vochtproblematiek Stenen Molens – 1e Fase; in 2 delen, Delft / Zeist oktober 2002.

Caspar Groot is onderzoeker aan de TU Delft faculteit CiTG op het gebied van bouwmaterialen. Een van zijn specialisaties is het duurzaamheidsgedrag van metselwerk. Hij is ook internationaal actief op dit gebied als voorzitter van de RILEM TC203,’ Reparatiemortels voor Historisch Metselwerk’. Samen met zijn collega Jos Gunneweg drijft hij het adviesbureau, groot gunneweg - delft restauratie advies en bouwmateriaalkundig onderzoek. informatie e: [email protected] i: grootgunnewegdelft.nl

Jos Gunneweg is onderzoeker bouwmateriaalkunde bij TU Delft faculteit CiTG, in het kader van het Totaalonderzoeksproject Aanpak Vochtproblematiek Massief Metselwerk, dat wordt uitgevoerd in opdracht van de Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten en heeft samen met zijn collega dr. ir. Caspar Groot, een eigen adviesbureau, groot gunneweg - delft restauratie advies en bouwmateriaalkundig onderzoek. informatie: e: [email protected] i: grootgunnewegdelft.nl

112