AFZONDERLIJKE BEHANDELING DER BOUWMATERIALEN

/

.14

—~

MATERIAALKUNDE DER BOUWMATERIALEN 2

AFZONDERLIJKE BEHANDELING DER BOUWMATERIALEN Dr. H.N. Stein

Technische Hogeschool Eindhoven December 1967

DICT.NR.703 PRIJS f 3,--

INHOUD

1. 1.1. 1.1.1.

1.1.2. 1.1.3. · 1.2. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1 •3•3• 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6. 1.3.7. 1·.3.8.

Na·tuurlijke gesteenten en natuursteen. Natuurlijke gesteenten. Stollingsgesteenten. Sedimentgesteenten. Metamorfe gesteenten. Natuursteen: algemene eigenschappen. Enkele veel toegepaste soorten natuursteen. Graniet. Porfier. Basalt. Zandsteen. Kwartsiet. Kalksteen. Tufsteen. Leisteen.

2. 2.1. 2.1 .1. 2.1.2. 2.1.3. 2.2.

In de natuur voorkomend water. Verontreinigingen in het; water. Anorganische verontreinigingen. Organische verontreinigingen. Bacteriologische verontreiniging. Eisen, aan het water gesteld met het oog op bepaalde toepassingen.

2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4.

Dr~nkwater.

Water voor ketels. Grondwater: corrosie van beton. Water, te gebruiken voor het storten van beton.

3. 3.1. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3. 2. 3. 3.2.4. 3.3. 3.4. 3.5.

Baksteen en andere keramische produkten. Globale karakterisering der baksteensoorten. Vergelijking van bakstenen met.verschillende porositeit. Druksterkte. Warmtegeleidingsvermogen. 'Akoestisc:1. gedrag. Kans op vochtlekkage (regendoorslag~ Muuruitslag. Keuze van baksteensoorten voor bepaalde toepassingen. Bijzondere baksteensoorten en hun toepassingen.

3.6. 3.7.

Dakpannen• Overige keramische produkten.

4.

Kalkzandsteen.

s. 5.2.

Kalk. Karakterisering en indeling. Keuring.

6. 6 .1 • 6.2. 6.3. 6.3.1. 6.3.2. 6.3.3. 6.4.

Cement. Algemene karakterisering en indeling. Het harden en het geharde produkt. Keuring van cement. Sterkte. Begin van de binding. Vormhoudendheid. Keuze van cementsoorten voor bepaalde toepassingen.

7.

Mortels. Algemene karakterisering en indeling. Eisen die aan een mortel gesteld worden. Metselmortels. Pleister-en voegmortels. Mortelsamenstellingen, verband met de sterkte van metselwerk.

5 .1 •

7 .1 •

7.2. 7.2.1. 7.2.2. 7.3.

Beton. 8. Algemene karakterisering en indeling. 8 .1 • Uitgangsstoffen. 8.2. 8.2.1. Cement. 8.2.2. Zand. 8.2.3. Grtld. 8.2.4. Hulpstoffen ("additives"). Gewone beton. 8.3. 8.3.1. Bereiding der betonspecie. 8.3.1.1.Mengverhouding. 8.3.1.2.Mengen.

8.3.1.3 • .storten. 8.3.2. Eigenschappen van gehard beton. 8.3.2.1. Druksterkte. 8.3.2.2. Buigtreksterkte. 8.3.2.3. Elasticiteitsmodulus. 8.3.2.4. Krimp, zwellen. 8.3.2.5. Kruip. 8.3.2.6. Thermische uitzetting. 8. 3. 2. 7. ·Hydratatiewarmte. 8.3.2.8. Permeabiliteit t.o.v. water. 8.3.2.9. Korrosie van beton. 8.3.2.9.1.Door water en zuren. 8.3.2.9.2.Door zouten. 8.4. Lichtgewichtbeton. 8.4.1. Definitie. 8.4.2. Eigenschappen. Wateropzuiging. 8.4.2~1. 8.4.2.2. Warmtegeleiding. 8.4.2.3. Krimp. Betonwaren. 8.5. 8.6. Enige prijzen. 9. 9 .1 • 9.2. 9.2.1. 9.2.2. 9.2.3. 9.3. 9.'3.1. 9.3.1.1. 9.3.1.2. 9.3.1.3. 9.3.1.4. 9.3.2. 9.3.2.1. 9.3.2.2. 9.3.2.3.

Kunstharsen en rubber. Algemene karakterisering. Enige mechanische eigenschappen. Kruip. Spanningsrelaxatie. Vermoeidheidsverschijnselen. Enige soorten. Thermoplastische kunststoffen. Polytheen. Polyvinylchloride. Polystyreen. Polymethylmethacrylaat. Thermohardende kunststoffen. Onverzadigde polyesters. Phenol-formaldekyde. Aminoharsen.

9.3.2.4. 9.3.2.5. 9.3.3. 9.4.

·Epoxyhars. Polyurethaan. Rubber. Enige prijzen.

10.

Bitumina. Algemene karakterisering en indeling. Eigenschappen. Mechanisch gedrag. Chemische eigenschappen. Soorten en toepassingen. Zuiver bitumen. Bitumen met minerale toeslag. Bitumen met wapening. Enige prijzen.

1 0 .1 •

10.2. 10.2.1. 10.2.2. 10.3. 10.3.1. 10.3.2. 10.3.3. 10.4. 11 • 11 .1 • 11. 2.

Hout. Algemene karakterisering. Eigenschappen. 11.2.1. Volumegewicht. Vochtgehalte. 11 • 2 •. ~. Krimpen, zwellen, werken. 11.2.3. 11.2.4. Isolerende eigenschappen. 11.2.4.1. T.o.v.warmte. 11.2.4.2. T.o.v.geluid. 11.2.5. Chemische eigenschappen. Mechanische eigenschappen. 11.2.6. Gebreken van hout. 11 • 3. Reactiehout. 11.3.1. 11.3.2. · Sponsachtig hart. Biologische aantasting en verduurzamtng van hout. 11. 4. 11.4.1. Bestendigheid t.o.v~biologische aantasting van de verschillende houtsoorten. 11.4.2. Enige organismen die hout kunnen aantasten. 11.4.2.1. Schinunels of zwammen. 11.4.2.2. Insectenlarven (houtwormen)~ 11. 4. 2. 3. Mariene hoorders .•

11.4.3. 11.4.4. 11. 5. 11.6. 11.6.1. 11.6.2. 11.6.3. 11.6.4. 11.6.5. 11.6.6. 11.6.7. 11 • 7. 11 • 8.

yerduurzaming van hout. Curatieve behandeling van aangetast hout. Bescherming van hout tegen brand. Enkele vaak gebruikte houtsoorten. Dennehout. ·vurehout. Europees grèrtehoü~. Amerikaans grenehout. Oregon_pine· Europees eikehout. Beukehout. Constructie-en standaardhout. Enige prijzen.

12. 12 .1 • 12. 2. 12.3. 12.4. 12.5.

Ferrometalen. Algemene karakterisering en indeling. Aanduiding der staalsoorten. Toepassingsmogelijkheden, toelaatbare spanningen. Lassen. Roest.

13. 13 .1 • 13.1.1. 13.1.2. 13.1.3. 13.1.4.

Non-ferrometalen. Zware metalen. Lood. Tin. Zink. Koper. Lichte metalen. Aluminium. Soldeer.

13.2. 13.2.1. 13.3. 14. 14 .1 • 14.2. 14.2.1. 14.2.2.

Verf. Algemene karakterisering. Bindmiddelen in verven. Bindmiddelen, reeds als zodanig aanwezig in de verf. Bindmiddelen, die hard worden ten gevolge van een chemische reactië:·

14.2.3. 14.3. 14.3.1. 14.3.2 • 14.3.3. 14.3.4. 14.3.5. 14.3.6. 14.4. 14.4.1. 14.4.2. 14.4.3.

.Emulsieverven. Enkele pigmenten. Loodwit (basisch loodcarbonaat). Zinkwit (Zn O). . Titaanwit (Ti0 2 ). Loodtitanaat (~b~io 3 ) Loodmenie (Pb 3o 4 ). Yzeroxyderood (vnl.Fe 2o 3 ). ·Enige praktische wenken. Verven van hout. Verven van staal. Verven van stenen, mortels, pleisterwerk.

15.

Lijm.

16.

Enige boeken.

-1-

1. 1.1.

1.1.1.

*

.Natuurlijke gesteenten en natuursteen. Natuurlijke gesteenten. De geoloog verstaat onder een "gesteente" een stuk materie, dat als zelfstandig deel der aardkorst kan worden beschouwd.Hieronder vallen ook zand, klei e.d., die men niet tot de natuurstenen rekent. Een gesteente bestaat uit één of meer phasen, die "mineralen" genoemd worden. ·ne gesteenten, waaruit de aard~orst tegenwoordig bestaat, zijn vroeger vloeibaar geweest.Men onderscheidt: Stollingsgesteenten. Is een bepaald gesteente rechtstreeks door afkoeling uit dit gesmolten magna ontstaan, dan spreekt men van een "stollingsgesteente"; de eigenschappen daarvan zijn niet alleen afhankelijk van de chemische samenstelling ervan, maar ook van de omstandigheden tijdens het stollen. Vond dit diep in de aarde plaats, dan koelde de smelt langzaam af; men spreekt in dat geval van een dieptegesteente of plutonisch gesteente. Door het langzaam afkoelen hebben kristallen de gelegenheid gehad te ontstaan en te groeien (voorbeelden:graniet,syeniet*). Het stollen kon echter ook in spleten in reeds bestaande, koude aardlagen plaatsgevonden hebben. De afkoeling verliep dan aanzienlijk sneller dan bij een dieptegesteente, zodat kristalkiemen wel konden ontstaan, echter niet meer goed konden uitgroeien. Deze "ganggesteenten" (b.v.porfier,diabaas) vertonen dan ook kleine kristallen. Zeer snelle afkoeling van gesmolten lava vindt plaats bij een vulkanische uitbarsting. Hierbij ontstaan de z.g. uitvloeingsgesteenten, die veelal gl~svormig zijn (b.v.basalt). Bij de eruptie kunnen gassen vrijkomen die in het magma onder hoge druk opgelost waren; hierdoor krijgt het uitvloeingsgesteente een poreuze. struktuur (puimsteen).

Vergelijk hiermee, hetgeen in deel I, Grondslagen vermeld is over het ontstaan van Fe en Fe 3c uit austeniet.

-2-

1.1.2.

Sedimentgesteenten • .Dit zijn gesteenten die na afkoeling een transport door water of lucht hebben ondergaan. De stollingsgesteenten worden nl. door chemische (oplossen) en fysische processen (barsten o.i.v.temperatuurveranderingen, vries-dooi. aantasting in spleten) aangetast. De opgeloste stoffen kunnen bij indampen afgescheiden worden. (chemische sedimenten: NaCl, ca.so 4 .2H 2o, sommige caco 3 -soorten), of ook door organismen, organogen~ sedimenten: sommige Caco 3 -soorten.) De meest resistente bestanddelen van de stollingsgesteenteftworden door water of lucht afgevoerd (nadat hun onderlinge samenhang verbroken is) en vormen dan de z.g. klastische sedimenten. Een der meest resistente bestanddelen der stollingsgesteenten is kwarts (Si0 2 ), dit vormt dan ook het hoofdbestanddeel van zand.De kwartskorrels kunnen achteraf weer aan elkaar gekit zijn; in de echte sedimentgesteenten blijft de binding tussen de zandkorrels zwak (zandsteen). Is de binding sterker, dan spreekt men van kwartsiet; dan zijn er bij het kitten der zandkorrels echter hogere temperaturen te pas gekomen, zodat men kwartsiet tot de metamorfe gesteenten rekent (zie 1~1.3). Wel komt kwartsiet, dat naderhand weer gedeeltelijk afgebroken is, veel voor in grind, Behalve kwartsiet bevat grind nog veel kwarts en vuursteen (silex); deze laatste is een mengsel van zeer kleine kwartsdeeltjes en amorf Si0 2 • Klei wordt gekenmerkt door aanzienlijke hoeveelheden kleimineralen, stoffen met een lagenstruktuur (zie deel I: gronds'lagen) ,en zeer kleine, doorgaans platte deeltjes. voor een aantal klastische sedimentgesteenten zijn korrelverdelingen weergegeven in fig. 1. Een sedimentgesteente van bijzonder belang voor de bouwkunde bestaat uit vulkanische as, die in fijnverdeelde vorm door de wind getransporteerd is. Sommige soorten van deze as kunnen met kalk en water hard worden (pozzolanen,tras); zij worden in de cementverwer-

-3-

1.1.3.

1.2.

.kende industrie gebruikt. Met water alleen worden zij niet hard. Wij zullen dergelijke stoffen "pozzolaanachtige stoffen" noemen. Tufsteen bestaat uit dergelijke as, waarvan de deeltjes achteraf weer aan elkaar gekit zijn. Metamorfe gesteente~ Hieronder verstaat men gesteenten, die ontstaan ziJn uit andere gesteenten door verhitten (bv.kwartsiet uit ·zandsteen/ marmer uit kalksteen) of onder invloed van hoge druk (bv.gneis uit graniet). Veel metamorfe gesteenten, die ontstonden uit sedimentgesteenten, hebben tijdens de metamorfose hun bij het bezinken verkregen lagenstruktuur behouden (bv.leisteen). Natuursteen: algemene eigenschappen. Buig- trek- en schuif sterkte zijn doorgaans veel geringer dan de druksterkte. Een uitzondering vormen vezelige gesteenten (asbest, serpetino), die vaak wel trek- en buigtrekspanningen kunnen opnemen. Hardheid en slijtagebestendigheid zijn bij stollingsgesteenten meestal heel behoorlijk, bij sedimentgesteenten aanzienlijk lager. Afbraak van natuursteen kan optreden door dezelfde oorzaken die ook in de natuur de gesteenten aantasten. Chemische aantasting hoeft bij de meeste silikaten niet te worden gevreesd, zelfs niet in zeer aggressief, bv.zuur, milieu: carbonaten (kalksteen, marmer) daarentegen zijn zeer gevoelig tegenover zuren, die bv.ook door regenwater uit de lucht kunnen worden opgenomen (so 2 uit industriële afvalgassen). Voorts zijn cycli vriezen-dooien (kristallisatie van ijs in poriën) en verhitting-afkoeling (spanningen t.g.v • . verschillen in thermische uitzetting tussen mineralen) redenen van afbraak. De laatstgenoemde factor is ook de reden van de geringe vuurbestendigheid van bv.graniet: het brandt weliswaar niet, maar barst. Bij kalksteen kan men een indruk over de vorstbestendigheid krijgen door het deel der poriën te bepalen dat zich na onderdompe-

. -4-

ling gedurende 24 uur in water vult. Dit heet de porie. verzadigingscoëfficient7 is deze 75 vol.%, dan is de steen meestal vorstbestendig. Enkele veel toegepaste soorten natuursteen. Graniet. Dieptegesteente, opgebouwd uit kwarts, veldspaat en glimmer. De druksterkte van middeneuropees graniet hoort minstens * 1500 kgf .cm- 2 te zijn, van Scandinavisch graniet zelfs 2000 kgf .cm- 2 1 toch mag in een bouwwerk, ten. zij.ontwerp en wijze van uitwerking bijzondere waarbor. -2 gen geven, graniet geen hogere drukspanning dan 45kgf .cm ondervinden.De buigtreksterkte ligt bij 100 á 200 kgf .cm- 2 1 De schokbestendigheid is gering. Chemisch, bv.tegenover zuren, is graniet goed bestendig, al kan de veldspaat erin op de duur wel verweren. Veel glimmer maakt graniet schilferig. Warmtegeleidingscoëf. " ficient: 3,5 J.m-1 .s -1 • (0 c ) -1 • De commerciël.e soorten zijn meestal afkomstig uit Duitsland en Scandinavië. Porfier. Gapggesteente, bestaande uit kwarts, veldspaat en glimmer, waarvan grote kristallen (ontstaan voor het bereiken van de gang} ingebed liggen tussen kleine. De eigenschappen zijn nogal afhankelijk van de porositeit; de dichste soorten zijn zeer hard en bestendig tegen weersinvloeden. Druksterkte 1800 - 3000 kgf.cm- 2 , buigsterkte 100 - 200 kgf .cm-2 • Basalt. Uitvloeiingsgesteente, zeer dicht en glasachtig, hard en bros, E:I 1 o6 kgf.cm- 2 • Druksterkte: 2500 - 4000 kgf .cm- 2 , buigtreksterkte 150 - 300 kgf.cm-2 • Ten gevolge van het ontwijken van gassen tijdens het stollen kan het basalt veel poriën (tot 20-25 vol.%}bevatten1 men spreekt dan van basaltlava (druksterkte 800 - 1500 kgf.cm- 2 , buigtreksterkte 80 - 120 kgf.cm- 2 )

<

1.3. 1.3.1 •.

1.3.2.

1.3.3.

* Om aansluiting

bij de bouwkundige praktijk te vinden, worden 2 sterktecijfers in kgf .cm-2 gegeven. Men bedenke,dat 1kgf .cm- = O, 0 9 8 • 1 0 6N. m-2 • Ruwweg : 1 0 5N. m-2. •

-5-

1.3.4.

1.3.S.

1.3.6.

Als gas is basalt doorgaans meer homogeen dan b.v. graniet; bijgevolg verwacht men dat het beter bestand is tegen temperatuurschommelingen. Toch kunnen ook hierbij insluitsels voor onaangename .verrassingen zorgen. In Nederland wordt voornamelijk basalt uit het Rijnland gebruikt. Zandsteen. Sedimentgesteente, bestaande uit zandkorrels die door klei· of kiezelzuur aan elkaar gekit zijn. Ten gevolge van het gevaar van optreden van silicose (een ziekte veroorzaakt doordat zandstof in de longen dringt) bij bewerking, verwerking en gebruik van zandsteen mag deze slechts in uitzonderingsgevallen (restauraties ) worden toegepast. Toelaatbare drukspanning 15 á 30 kgf.cm -2 , afhankelijk van hardheid. Kwartsiet. Ontstaan uit zandsteen door metamorfose. Bestaat ev~nals zandsteen uit zandkorre;Ls, die aan elkaar gekit zijn; nu is de kit echter qua sterkte vergelijkbaar met de zandkorrels. De druksterkte varieert tussen 1500 en 3000 kgf .cm-2 , de buigtreksterkte tussen 130 en 250 kgf.cm- 2 • Kwartsiet vormt een belangrijk bestanddeel van grind. In Nederland wordt meestal kwartsiet gebruikt, die afkomstig is uit Noorwegen, Italië of Zwitserland. Kalksteen. Kalks~een kan een chemisch of organogeen sedimentgesteente zijn; kan echter ook door metamorfose aanzienlijk verdicht zijn; in dit geval spreekt men van marmer. Door deze verdichting nemen sterkte en warmtegeleidingscoëf f iciënt toe; normale kalksteen:druksterkte 200 900 kgf .cm- 2 buigtreksterkte 50-80 kgf .cm- 2 ~:1,3 J.m- 1 s- 1 ( 0 c)- 1 , oftewel 1,3 W/(m0 c). -21 marmer: druksterkte 800 - 1800 kgf.cm buigtreksterk-2 \ -1 -1 0 -1 te 60-150 kgf .cm J " : 2, 4 J .m • s ( C) •

-6-

1.3.7.

1.3.8.

Een orqanogene kalksteen, gevormd door bepaalde organismen (crinoiden), is hardsteen (druksterkte 1000 -2 . 17.00 kgf. cm ) • Deze heeft echter een geringe slijtagebestendigheid, en wordt bijgevolg glad. Een belangrijk nadeel van alle kalksteensoorten is de geringe chemische bestendigheid; reeds regenwater lost op den duur kalksteen op, deze reactie wordt versneld in zuur milieu, bv. indien de lucht industriële afvalgassen bevat. Ten gevolge hiervan worden veel kalksteensoorten hier te lande slechts binnenshuis toegepast. (zie 2. 2. 4. ) • Niet gemetamorfiseerde kalksteen ("hardsteen") is meestal afkomstig uit België; marmer uit België, Italië, Frankrijk of Zwitserland. Tufsteen. Een z.g. "eolisch" sedimentgesteente: vulkanische as, die via de lucht werd getransporteerd en naderhand door druk op elkaar is geperst. Niet erg sterk: druksterkte 200 300 kgf.cm- 2 , buigtreksterkte 20-60 kgf.cm- 2 , wel duurzaam. De in Nederland gebruikte tuf steen is meestal afkomstig uit de Eifel. Leisteen. Sedimentgesteente (leem), door metamorfose verhard. Buigtreksterkte 500 - 800 kgf .cm-2 ; de goede soorten zijn ook behoorlijk weerbestendig. In Nederland gebruikte leisteen is meestal afkomstig uit Duitsland, Noorwegen, Frankrijk of België. Als beste leisteen wordt de Engelse beschouwd.

. -7-

In de natuur voorkomend water.

2 .1 •. 2.1.1~

Hoewel water niet tot de bouwmaterialen behoort, speelt het zowel bij verwerking (beton, mortel) als bij corrosie van bouwstoffen een zo grote rol, dat enige eigenschappen ervan besproken moeten worden. In de natuur voorkomend water kan verontreinigd zijn doordat stoffen erin opgelost of gesuspendeerd zijn. Gesu~pendeerde vaste deeltjes çreven doorgaans geen aanleiding tot moeilijkheden, daar zij in die gevallen waar zij storen {drinkwater) relatief gemakkelijk verwijderd kunnen worden. Verontreinigingen in water. Anorganische verontreinigingen. Analyses van twee soorten water ziJn weergegeven in tabel I. De concentraties zijn uitgedrukt in g per kg.: Na Mg Ca K

Sr Cl

so 4

Br H3Bo 3 c als carbonaat +

co 2 c als stof

Zeewater 10,77 1,30 0,409 0,388 0 ,010 19,37 2,71 0,065 0,026 0,025

Diep bronwater 0,074 0,020 0,048

0,048 0,010

0,069

organische 0,0025

Het zoutgehalte van zeewater blijkt bij ongeveer 35°/oo te liggen. Brak water is een mengsel van zoet en zout water. Men proeft het zout, zodra het zoutgehalte hoger wordt dan 0,5 4 1°/001 een echte brakwaterfauna treedt slechts bij zoutgehalten tussen 1 en 10°/oo op. Bij nóg hogere zoutconcentraties heerst er praktisch een zeewaterfa~.

-8-

·Van de genoemde kationen kunnen vooral ca 2+ en Mg 2 + aanleiding geven tot moeilijkheden: zij geven aanleiding tot neerslagen met zepen, en bij koken aanleiding tot het ontstaan van kalksteen. Als ~.nion fungeert nl • . voor een deel H co 3 -; dit ontleedt bij koken ( 2HC0 3 - -+ co 2+H 2o+co 3 2- ) , zodat een deel der ca 2+ ionen als caco 3 neerslaat. Men noemt het totale gehalte aan ca 2+- en Mg 2 +-ionen de "hardheid". Deze wordt op verschillende wijzen uitgedrukt: a. als mgca 2+ per liter, waarbij het Mg 2 +-gehalte omgerekend wordt op een equivalente hoeveelheid ca 2 + (vermenigvuldigen met 1,64). b. als mgCaO per 100 ml ("Duitse graden") o:D mgCaco 3 per 100 ml {"Franse graden"). "Middelhard" water bevat 35 - 70 mg Ca/l. Dat gedeelte der hardheid, dat door middel van koken verwijderd kan worden, heet "tijdelijk", de rest "blijvend". Naast de genoemde kationen kunnen Fe 2+ en Mn 2+ in vrij grote hoeveelheden in grondwater voorkomen; bij aanraking met de lucht ontstaan dan donkerbruine precipitaten. De aanwezigheid van NH 4+of N0 2 in hogere concentraties dan sporen is een aanwijzing voor bacteriële verontreiniging. Voor NH 4+ bv. geldt dit reeds bij enkele tienden mg.l -1 • Koolzuur kan in verschillende vormen voorkomen: als C02, als HC0 3 - , en als co 3 2- • De concentratieverhouding tussen deze verschillende soorten deeltjes bij gegeven totale concentratie wordt bepaald door de pH der oplossing, immers er moet voldaan zijn aan de relaties: fço32-J.[n+]

[a

co 3

= K1

*)

-J

lii co 3-][a+J

= K2

~02] *) Wij zien hierbij af van het feit dat wij - ten gevolge van wisselwerking tussen ~pgeloste deeltjes - afwijkingen van deze relaties krijgen.

-9-

.In een oplossing die in evenwicht is met Caco 3 geldt bovendien: (ca

2

+J. [co 3 2 j

= K •

3 · Elimineren wij uit deze relaties [ H:J en ~o 3 2 ·dan krijgen wij voor [ co 2] in een oplossing, verzadigd t.o.v. caco 3 :

-J ,

(1 )

Bevat de oplossing minder co 2 , dan moet co 2 gevormd r. worden volgens 2Hco 3 - _,.co 2 + co 3 2- + H2o, zodat L.co 3 stijgt en Ca co 3 neerslaat. Men zegt dat de door relatie (1) gegeven co 2 -concentratie "nodig is om de kalk in oplossing te houden". Een oplossing, die meer co 2 bevat dan relatie (1) oplevert, en in aanraking komt met caco 3 , zal een deel van het caco 3 oplossen totdat aan relatie (1) voldaan is; men noemt alle co 2 die meer in oplossing is dan met relatie (1) overeenkomt, "marmeraantastend" of "agressief" co 2 • De hoeveelheid marmeraantastend co 2 is van invloed op de aantasting van beton en mortel, vervaardigd met Portland cement. Fig.2 geeft aan, bij welke concentraties Ca 2+ en marmeraantastend co 2 er aantasting optreedt (vg: vrijwel geen; o: onduidelijk; d: duidelijk; g:groot). Organische verontreiniqingen. Meestal afkomstig van vergane planten. Deze komen speciaal bij moeras-water voor, dat dientengevolge een lage pH kan hebben (humuszuren). Bacteriologische verontreiniging. Wordt beoordeeld naar het gehalte aan levensvatbare microorganismen, colibacteriën in het bijzonder.De laatste vormen een wezenlijk bestanddeel van de normale darmflora van de mens en dienen als indicator voor verontreiniging door faecaliën. Bepaling geschiedt door kweken op voedingsbodem.

2-1

2.1.2.

2.1.3.

-10-

2.2. 2.2.1.

2.3.2.

2.2.3.

aan water gesteld met het oog op bepaalde toepassingen. Drinkwater. Zoutarm, maar liefst niet te zacht(bij voorkeur meer dan 2+ 30 mgCa per liter), en enig HCOÎ bevattend (dit vormt ·n1. Feco 3 of Pbco 3 in ijzeren of loden buizen, waardoor deze beschermd worden tegen corrosie). Grote hoeveelheden sulfaat <> 60 mg so 2 -.1- 1 ),chloride (> 30mgCl-.l-1 ) of 4 N0 3 - . ( > 30. mg .1 -1 ) kunnen aanleiding geven tot corrosie van staal. Drinkwater mag niet meer dan 100 bacteriekiemen per ml bevatten. H2 s;NH 4+ en N0 2 mogen slechts als sporen aanwezig zijn (wijzen nl. op bacteriologische verontreiniging). Water voor ketels. Hardheid niet te hoog (voor lage druk-ketels, tot 16atm., -1 <SOmg Cal ) in verband met het optreden van ketelsteen. Voor ketels die bij hogere druk werken is zuiverder water vereist. Grondwater:corrosie van beton. Stilstaand grondwater is ceteris paribus minder schadelijk dan stromend grondwater, daar dit laatste telkens ververst wordt. Als zwak corrosief wordt een stilstaand grondwater beschouwd, dat een pH <6 en een [so 4 2 -.J 300 mg .1- 1 heeft. Sterk corrosief: pH 5, [so 4 2 -J > 1 OOOmg. i - 1 • Stromend grondwater geldt al als schadelijk zodra de pH<7 wordt, [so 4 2 -J > 200 mg.1- 1 , [Mg9J >200mg.1- 1 ,~o ].>150mg.l-1 , [NH +]>1 OOmg.1- 1 , @o 2 )>2Smg .1- 1 , en als er marmeraan4 tastend co2 in is. Moeraswater kan vrij zwavelzuur of humuszuren bevatten. Water, te gebruiken voor het storten van beton. Voor het storten van beton, vervaardigd met Portland cement of hoogoven-cement, kunnen de meeste soorten water worden gebruikt, waarvan het zoutgehalte<3S 0 /oo, ook indien het water voor gehard beton schadelijke bestanddelen (sulfaat) bevat (deze worden nl. bij de cementharding gebonden). Ook zeewater kan voor het storten van beton ~isen,

<

>

3

2.2.4.

-11-

.worden gebruikt. Wel bestaat er bij het gebruik van water met groter zoutgehalte dan drinkwater kans op muuruitslag (zie 3.3.). Duidelijk olie-,vet- of suikerhoudend water niet gebruiken1 ook water met meer dan 1% so 3 maakt het beton zwakker. Ten gevolge van de steeds verder gaande vervuiling van het rivierwater doet men er goed aan, alvorens rivierwater te gebruiken voor het storten van beton, een onderzoek in te stellen naar de aanwezigheid van schadelijke stoffen als suiker, zuren, sulfaten, organische bestanddelen etc. Dit geldt vooral stroomafwaarts van een stad of industrie. Wordt voor het storten van beton aluminiumcement gebruikt, dan mag slechts leidingwater worden toegepast.

. -12-

3.

3.1.

Baksteen en andere keramische produkten.

, Globale karakterisering dèr baksteensoorten. Bakstenen ontstaan door het branden van klei, d.i. het verhitten tot een temperatuur liggende tussen 700 en 1100 °c. Hierbij smelt de klei gedeeltelijk, de overblijvende vaste deeltjes worden door de smelt aan elkaar gek{t ~ bij afkoelen ontstaat uit de smelt een. glas. Naar mate de baksteentemperatuur hoger is, smelt een groter gedeelte van de klei, en wordt de steen minder poreus en sterker. Veelal wordt de steen met een laagje glas bedekt (glazuur). ds De porositeit is gedefinieerd als ( 1 - 0:- ) x 100, waarbij d 8 = het schijnbare soortelijke gî!'wicht ( gewicht/volume inclusief poriën), . d w =het ware soortelijke gewicht. De kleur der stenen is afhankelijk van de samenstelling, speciaal van de ~~O~/C-.o -verhouding: is deze laag (bv.< 0,33), dan is de steen kanariegeel, is deze hoog ( 0, 45) dan is de steen rood. Men onderscheidt verschillende kwaliteiten, in volgorde van afnemende sterkte en toenemende porositeit als: ("kelderklinker") A. ,B. ("trasraamklinker") } klinker c. ("gevelklinker") Di ("hardgrauw") ( "boerengrauw") E. metselSteen ("rood 11 ) "F. Zij worden in verschillende formaten vervaardigd: Waalformaat ;(W),Rijnformaat (R), Vechtformaat(V) en Rijnformaat met Waaldikte. Het meest wordt Waalformaat vervaardigd (54x104x214mm) <± 90% der productie). Bij oppervlakkige beoordeling lette men op homogeniteit (afwezigheid van lagen, grote kiezelsteen,brokken klei e.d.), op de porositeit, op een redelijke uniformiteit der afmetingen {afwijkingen in dit opzicht wijzen op verschillen. ·in andere opzichten) ,en op de afweziqheid van afgeschi1lferde hoeken en kanten. Een eerste inaruk over de mechanische eigenschappen

>

..

1

-13-

kan men krijgen door met een hamer te slaan op een steen, terwijl men hem in de hand houdt; een harde, barstvrije steen geeft dan een metaalachtig hoog geluid, een zachte of gebarsten steen een dof, snel dempend geluid. Ook bij het tegen elkaar slaan van twee bakstenen kan men aan de klank horen, of men al dan niet met hardgebakken stenen te maken heeft. Een hardgebakken steen kan met een mes slechts met .moe~te gekrast worden; en men kan hem met de punt van een soortgelijke steen krassen. Het uiterlijk van een steen wordt o.a. bepaald door de wijze van persen: handpersstenen zijn voor schoon metselwerk meer in trek dan machinaal geperste stenen. straatstenen hebben een afwijkend formaat. Het meest toegepast worden de z.g. klinkerkeien (19,5 x 8,5 x 9,2 cm 3 ). Ook hier onderscheidt men verschillende kwaliteiten, al naar de porositeit. In volgorde van toenemende porositeit worden deze aangeduid met I, II en III; kwaliteit I zuigt op een vers breukvlak een inktdruppel maar heel langzaam op, bij kwaliteit III geschiedt dit veel sneller. Kwaliteit I is geschikt voor bestrating met het zwaarste verkeer, kwaliteit III voor woonstraten e.d. Vocht doet de sterkte dalen. Men bepaal~ derhalve de druksterkte aan stenen die bij 100°c tot.constant gewicht gedroogd zijn. Ter karakterisering bepaal~ men ook de wateropneming, d.i. de gewichtsvermeerdering die een steen gedurende 4 dagen onderdompelen in water ondergaat. Zij wordt uitgedrukt in % van het gewicht van de droge (d.w.z. van te voren bij 100°c tot constant gewicht gedroogde) steen. Ziet men de wateropneming als een maat voor de porositeit, dan is het duidelijk dat men voor de sterkste soorten metselklinker (A en B) eist dat de wateropneming een bepaalde waarde (gemiddeld 20 resp.24%) niet overschrijdt. Toch kan af en toe een zekere minimale wateropneming gewenst zijn, t.w. bij binnenmuren in ruimten waar tijdelijk veel waterdamp vrijkomt. (keukens,stallen).

-14-

. Dit vocht wordt dan gedeeltelijk in de muur opgezogen en kan in tijden van geringere relatieve vochtigheid weer verdampen. 3.2.

Vergelijking van bakstenen met verschillende porositeit.

3.2.1.

Druksterkte. De sterkte neemt af met toenemende porositeit.Voor metselklinker· A schrijft de norm .N520 minimaal 400 kgf.cm- 2 voor, voor metselsteen F minimaal 100 kgf.cm- 2 • De samenhang der sterkte met de porositeit is gemakkelijk te begrijpen, immers naar mate de porositeit groter is is er per doorsnede minder materie die spanningen kan opnemen. Ook de vorm der poriën is van invloed op de sterkte: grote ronde poriën zijn minder ernstig dan kleine poriën met scherpe kanten (spanningsconcentratie) •

3.2.2.

Warmtegeleidingsvermogen. Het warmtegeleidingsvermogen neemt af met toenemende porositeit. Het effect is nog wel enigszins afhankelijk van de grootte der poriën: kleine poriën zijn hierbij effectiever dan grote (convectie). Fig.3 toont het verloop van de warmtegeleidingscoëff iciënt als functie van het schijnbare soortelijke gewicht.

3.2.3.

Akoestisch gedrag. De luchtgeluid-isolatie neemt iets af met toenemende porositeit, t.g.v. de kleinere massa per eenheid van muuroppervlak. In de praktijk is het onderscheid veelal verwaarloosbaar. Daarentegen wordt opvallend geluid door een ongepleisterde poreuze steen sterker geabsorbeerd dan door een compacte steen. Slechts voor zeer poreuze stenen (bv. Poriso) is deze absorptie echter van belang.

.-15-

3.2.4.

Kans op vochtlekkage (regendoorslag). De kans op vochtlekkage neemt toe met toenemende porositeit. Het zal duidelijk zijn dat bij gelijke poriediameter de kans op vochtlekkage toeneemt met toeneme~d · aantal poriän, en bij gelijk aantal poriën met toenemende poriediameter (Wet van Poiseuille, zie dictaat ,....... Natuurkunde van het Milieu). Vaak beschouwt men de wateropnemi~g van een steen als maat voor de kans op vochtlekkage. Dit gaat echter· niet altijd op. Om dit in te zien vergelijken wij twee stenen met elkaar van dikte d, waarin de poriën evenwijdig aan elkaar lopen ..;t.het grondvlak en bovendien cylindrisch en per steen onderling gelijk zijn. Stel dat de eerste steen per m2 grondoppervlak N1 po~ riën heeft van straal r 1 , de tweede steen per m2 grondoppervlak N2 poriën met straal r 2 • De totale porievolumina per m2 grondoppervlak zijn N1 • ir .r 1 2d resp. N2 • ir •• r 2 2d, de porosi teiten N1 . '1T .• r 1 2 resp. N2.'1T :r 2 2 • Legt men deze stenen in water , dan zal water in de poriën omhoog worden gezogen tot een hoogte, die voor de eerste steen h~·= ~ {Meen constante), voor de tweede steen h 2 = r . De totale hoeveelheden water, 2 opgezogen per m gr6ndoppervlak, worden dan resp. M N :n : r en M N 2 . 1f • r 2 • 1 1 Als maat voor . de kans op vochtlekkage nemen wij de hoeveelheid water, die door de stenen stroomt onder invloed van een drukverschil 4 P aan weerszijden. Volgens Poiseuille stroomt door een buis met straal r 1 en lengte d een hoeveelheid vloeistof gelijk aan Q r 1 4 • A~, waarbij Q =een constante, afhankelijk van o.a. de viscositeit van.de doorstromende vloeistof. Per m2 grondoppervlak stroomt dus door de eerste steen AP · il • Q.N1 r 1 4 • "ë:î' door de tweede steen Q.N 2r 2 4 •(! Vergelijken wij nu twee stenen met elkaar die hetzelfde aantal poriën per m2 grondoppervlak hebben CN 1 =N 2 ), doch· poriën van verschillende afmetingen hebbenCr 1 > r 2 ), dan ziet men gemakkelijk in dat de steen met de grootste porosite:rt. (d.i •. steen 1) ook de grootste hoeveelheid 1

1

.

-16-

water èpzuigt, en ook de grootste kans op vochtlekkage vertoont. Zowel via meting van het schijnbare soortelijke gewicht als via meting van waterabsorptie klassif iceert men de stenen dus in de juiste volgorde. Is echter N1 N2 , dan kunnen wij voor verrassingen komen te staan. Stel b.v. dat de porositeit der stenen gelijk is (N 1 r 1 2 ~N 2 r 2 2 > terwijl r > r • 1 2 De waterabsorptie van de eerste steen is nu lager dan die, van de tweede steen, terwijl de tweede steen bij gegeven drukverschil meer vocht zal doorlaten.

+

3.3.

Muuruitslag. Onder muuruitslag verstaat men een (vuil) wit laagje, dat vaak op baksteenmuren ontstaat: Water, afkomstig uit mortel tussen de stenen, uit de grond of van de regen, dringt via capillaire opzuiging de stenen binnen. Is het water uit mortel of grond afkomstig, dan bevat het doorgaans reeds opgeloste zouten. Ook de steen kan oplosbare zouten, met name sulfaten bevatten. Bij opdrogen van het water kristalliseren de opgeloste zouten uit, en kunnen niet alleen lelijke maar ook gevaarlijke verschijnselen te voorschijn roepen (kristallisatiedruk). Gevaarlijk zijn vooral chloriden en nitraten, die uit de mortel afkomstig kunnen zijn (Ca c1 2 wordt wel eens als versneller aan cement toegevoegd, zie 8.2.4, en kan ook ontstaan tijdens het met zoutzuur verwijderen van mortelspatten), of ook uit riool-en grondwater (oxydatie van NH 3 ). Cacl 2 en Ca(N0 3 ) 2 zijn nl. sterk hygroskopisch, en veroorzaken bij vochtig weer vochtplekken die bij droog weer weer opdrogen. Deze telkens herhaalde kristallisatie kan de hele steen vernielen. Vermijden van muuruitslag: a. Gebruik aan de buitenkant slechts stenen die geen oplosbare zouten bevatten. Testmethode: Vul een beker tot de rand met water, leg een steen er boven op zodat de hele bovenkant van de beker wordt afgesloten, en keer het geheel om. Het water sijpelt

-17-

dan aoor de steen heen en verdampt aan de onderzijde. Na 2-3 dagen mag nog geen zoutkristallisatie zichtbaar zijn. b. Voorkom watertransport door de steen, door de buitenkant bij droog weer, na afborstelen van eventu- · eel reeds gevormde uitslag, met een waterafstotend preparaat te behan~elenR.(siliconen, d.z 1• stoffen met de formule -o-si-o-s.-o- waarbij R=alkylgroep). 1

"'

1 J.

"'

De steen. moet echter waterdamp blijven doorlaten. 3.4.

Keuze van baksteensoorten voor bepaalde toepassingen. Hoge eisen aan de materiële kwaliteit van de baksteen worden voornamelijk gesteld bij z.g. waterwerend of waterkerend metselwerk. Het eerstgenoemde moet weerstand kunnen bieden aan water dat niet onder druk staat (Optrekkend vocht, opspattende regen), ~et laatste moet weerstand kunnen bieden aan water dat wel onder druk staat (riool-putten). In het eerste geval kan men meestal met klinker B volstaan, voor waterkerend werk zal men klinker A moeten nemen. Voor zwaar belast metselwerk en kolommen neme men klinker c. Buitenmuren en schoorstenen buitendaks eisen hardgrauw. Boerengrauw kan men toepassen voor bouwmuren, dragende binnenmuren, binnenmuren hoger dan 4 m. en schoorstenen binnenshuis; voor gemetselde funderingen·en niet-dra11gende binnenmuren kan men met rood volstaan. Bij gevels speelt uiteraard de kleur een grote rol. Prijs ;:) Binnenmuren f 95,50 per 1.000 stuks ~ afhankelijk van Plintklinkers 127,50 per 1000 stUks ~ de geleverde hoeveelheid.

;:) Onder "prijs" wordt in dit diktaat verstaan de richtprijs per 1.5.1968, zoals die door het Bouwcentrum te Rotterdam werd gepubliceerd.

-18-

3,5.

Bijzondere baksteensoorten en hun toepassingen. Men kan met opzet holten in de steen aanbrengen, om het ontwijken van vocht tijdens de fabricage te vergemakkelijken, om de warmte-isolatie te verbeteren en om een lager schijnbaar soortelijk gewicht te realiseren. Deze holten kunnen bij het persen van de steen zijn aangebracht, terwijl de eigenlijke steenmaterie niet noemenswaard verschilt van die van een gewone baksteen; men spreekt van geperforeerde baksteen, of (als het holtepercentage >20 vol%) van "holle"stenen. Deze stenen worden gebruikt voor binnenmuren (voorbeeld: AS-steen), ook in de vorm van holle platen (gebruikt voor niet-balkdragende scheidingswanden) • In de lengterichting geperforeerde stenen worden gebruikt voor vloeren (holle baksteenvloerelementen), waarbij men het onderlinge verband tussen de stenen bv. d.m.v. wapening of ook door metselen kan teweegbrengen. Een andere mogelijkheid is, de holten in de steenmaterie zelf aan te brengen, m.a.w. een baksteen met een kunstmatig vergrote porositeit te vervaardigen. Men kan, om dit te bereiken, voor het bakken van de steen brandbare stoffen door de klei mengen (porisosteen, fimonsteen), of ook een klei met zeer poreuze bestanddelen gebruiken (molersteen). Het volumegewicht kan aldus tot bv. 800 kg.m- 3 worden verlaagd, en de warmtegeleidingscoëfficiënt tot 0,18 J.m- 1 s- 1 gr- 1 ; de '-2 sterkte is echter ook laag (80 kgf.cm ). Deze getallen gelden voor molersteen. Een nadeel van poreuse bakstenen is de geringe geluidsisolatie. Ten gevolge van het geringe schijnbare soortelijke gewicht der stenen is ook de massa van een ervan vervaardigde muur laag (bv.bij een dikte van 25cm. 280 kg. m-2 , i.p.v. 450 kg. m-2 voor een muur vervaardigd van normale bakstenen).

-19-

De luchtgeluidsisolatie, die voornamelijk van de massa van de muur afhangt, is dan ook laag: 44dB i.p.v. 50 dB. Daar poreuze bakstenen niet verend zijn (in tegenstelling met bv. kunstharsschuim, zie 9.1),zijn ook de isolerende eigenschappen t.o.v. contactgeluid laag. Prijs: bv. porisosteen: f 86,-- per 1000 stuks formaat 215 x 105 x 50 mm 3 • 3.6.

Dakpannen. Dakpannen zijn keramische produkten, net als bakstenen. De eisen, die eraan gesteld worden, verschillen echter van die gesteld aan bakstenen: bij dakpannen wordt, meer dan bij bakstenen, gelet op waterdichtheid en op vorstbestendigheid. De waterdichtheid wordt onderzocht door gedurende 8 dagen en nachten een overdruk van 1 cm. water boven de dakpan te handhaven: er mag dan geen water druppelsgewijs doorsijpelen. De vorstbestendigheid wordt vastgelegd door de eis, dat een met water verzadigde dakpan na 25 vries-dooi-cycli (2 uur bij -5 °c, ~ uur bij 25°c) geen scheuren of afschilfering mag vertonen. Prijs (onverglaasd,eerste soort rood}: f 318,-- per 1000 stuks.

3.7.

Overige keramische produkten. Van de overige keramische produkten worden nog genoemd: a. Tegels: vloertegels en wandtegels, Bij geglazuurde tegels dient op de afwezigheid van fijne scheurtjes in het glazuur (zg.haarscheurtjes} te worden gelet. b. Buizen: draineerbuizen voor het droogmaken c.q.houden van terreinen, en grèsbuizen voor rioleringen. De eerstgenoemde dienen poreus te zijn, de laatsten niet, hetgeen bijzondere eisen stelt aan grondstoffen en keramisch· proces. Bij grèsbuizen lette men op een heldere klank (dichtgesinterd produkt);

-20-

de normen (N56 en 57) eisen een zekere minimale bestendigheid tegen druk. Prijs van een grêsbuis met diameter 10 cm. per m: f 3,15. c. Sanitaire artikelen: vervaardigd van een zuivere, witbakkende klei. Men lette op goede vorm en afwezigheid van scheurtjes en blaasjes in het glazuur. 4.

Kalkzandsteen. Worden bij bakstenen vaste deeltjes aan elkaar gekit doordat een deel der massa smelt, bij kalkzandsteen ontstaat de kitmassa langs andere weg: men mengt kalk met overmaat zand, uit de kalk en een deel van het zand ontstaat onder invloed van stoom bij ! 200°c en! 15 atm.een calciumsilikaat. Al lijkt de technologie der verwerking van kalkzandsteen op die van baksteen, het chemische karakter der kitmassa is geheel anders: bij kalkzandsteen lijkt de kitmassa veel op gehard cement, bij baksteen op glas. Dit leidt bij kalkzandsteen tot een - zij het geringe.- volumeverandering bij verandering in vochtgehalte. Deze volumeveranderingen kunnen na het metselen bij de eerste stookperiode aanleiding zijn tot het ontstaan van scheuren. Men kan dit gevaar tegengaan door verwerking der stenen in de juiste vochtigheidstoestand ("schraal winddroog") en door juiste keuze van de mortel. Men onderscheidt: a. Gewone kalkzandsteen (druksterkte.a. 150 kgf.cm- 2 ). Aanduiding: g. b. Kalkzandsteenklinker, niet voor trasramen en kelders. Druksterkte:~ 250 kgf .cm- 2 ,wateropneming~14 gewichts - %. Aanduiding: K. c. Kalkzandsteenklinker, voor trasramen en kelders. Druksterkte:~ 350 kgf .cm- 2 , Aanduiding: Kc. Het verschil tussen kalkzandsteen en kalkzandsteenklinker is te zien aan een verdieping in de platte kant van laatstgenoemde. Kalkzandsteen wordt voornamelijk toegepast voor binnenmuren: kwalitatief zou men kalkzandsteenklinker wel voor

-21-

buitenwerk kunnen gebruiken, maar de kleur vormt vaak een belemmering. Toelaatbare drukspanning in met kalkzandsteen gemetselde muren: 15 kgf .cm- 2 ; idem voor kalkzandsteenklinker: 20 kgf.9m- 2 • De warmtegeleidingscoëfficiënt is 1,05 J.m- 1 .~- 1 • c0 c)- 1 • Prijs (Waalformaat): f 62,-- per 1000 stuks. 5.

Kalk.

5.1.

Karakterisering en indeling. · Men onderscheidt luchtkalk en hydraulische kalk. Beiden bestaan in ongebluste toestand ~verwegend uit CaO, in gebluste toestand uit Ca(OH) 2 • Hydraulische kalk bevat daarnaast nog pozzolaanachtige stoffen, zodat een hydraulische kalk ook onder water hard wordt. (hardingsreactie:het ontstaan van calciumsilikaathydraat). Luchtkalk daarentegen heeft co 2 uit de lucht nodig, om hard te kunnen worden (hardingsreactie: het ontstaan van caco 3 ). Ongebluste luchtkalk heet "kluitkalk". Men kan kluitkalk op twee manieren blussen: met vloeibaar water (men krijgt dan "kalkdeeg") of met waterdamp (men krijgt dan "vette poederkalk"). Kalkdeeg kan ook uit Cac 2 , calciumcarbide worden bereid en heet dan carbidkalk. Hydraulische kalk wordt uitsluitend als poederkalk gebruikt. Ter bepaling van de hoeveelheid pozzolaanachtige stoffen in hydraulische kalk behandeld men poederkalk met H Cl en gaat dan na, hoeveel Sio 2 , Fe 2 o 3· en Al 2 o 3 er in oplossing gaan. Is dit 10-15% van het gewicht van de oorspronkelijke kalk, dan spreekt men van "zwak hydraulische kalk"; bij meer dan 15% van "sterk hydraulische kalk". Deze hydraulische kalk kan dan nog zijn "natuurlijk" of "kunstmatig". In het eerste geval bevatte de kalksteen, waaruit het cao bereid is, reeds uit zichzelf de nodige hoeveelheid pozzolaanachtige stoffen; bij kunstmatige hydraulische kalk maalt men de pozzolaanachtige stoffen er pas na het branden door. Als pozzolaanachtige stoffen gebruikt men bv.tufsteen,puimsteen, hoogovenslakken e.d.

-22-

5.2.

Keuring. Bij keuring lette men allereerst op de chemische analyse: de kalk moet een zeker minimaal gehalte aan cao of Ca(OH) 2 bevatten, en ook de hoeveelheden in zoutzuur oplosbaar Sio 2 en caco 3 zijn beperkt (zie N931). Voorts mogen de soorten die als "geblust" in de handel worden gebracht (poederkalk, kalkdeeg)geen onomgezet cao meer bevatten; dit zou de kalk niet vormhoudend doen zijn. Men onderzoekt de vormhoudendheid door twee soorten proeven: a. Snelle keuring: Men perst een mengsel van kalk en water tot een cylindrische koek, bewaart die gedurende 3 dagen, en verhit dan door middel van stoom gedurende een half uur op 100°c. De koek moet dan uiterlijk onveranderd zijn. b. Langdurige proef: een koek van een mengsel van kalk, zand en water mag gedurende 28 dagen niet scheuren of kromtrekken. Hydraulisèhe kalk moet bovendien nog, na met zand en water gemengd te zijn, binnen een bepaald tijdsbestek een zekere sterkte kunnen bereiken.

-23-

6.

Cement.

6.1.

Algemene karakterisering en indeling. Onder de naam cement vat men verschillende stoffen samen, die allen de eigenschap hebben hard te kunnen worden. De z.g. hydraulische cementsoorten vertonen deze eigenschappen ook onder water: het hard worden berust hier dus niet op uitdrogen of op een reactie met gassen uit de lucht • . van de hydraulische cementsoorten wordt Portland cement het meest gebruikt. Chemisch gesproken is dit een mengsel van anorganische zout~n, waarbij ca 2 + het belangrijkste kation is, silikaat'' aluminaat,ferriet en sulfaat de belangrijkste anionen. Men schrijft deze zouten meestal als combinatie van oxiden: ~) a.Tricalciumsilikaat (Ca 3 sio 5 , of3CaO.Si0 2 , of nog korter c 3 s) b.Dicalciumsilikaat (B-ca 2 sio 4 , of ~-2CaO.Sio 2 , of nog korter ~ -c 2 S) c.Tricalcium~luminaat (ca A1 o , of 3Ca0.Al o , of nog 3 2 6 2 3 korter c 3A) d.Tetracalciumaluminoferriet (Ca 4Al 2Fe 2o 10 , of 4CaO.Al 2o 3 .Fe 2o 3 , of nog korter c 4AF, ook wel browh. milleriet genoemd) • e.Gips, Caso 4 .2a 2 o. In werkelijkheid zijn deze verbindingen niet helemaal zuiver. Het c 3 s bv. bevat geringe hoeveelheden Al en Mg en heet dan "aliet", in c 4AF kan de verhouding Al/ Fe variären, zodat de samenstelling der verbinding van c 4F 2 (dus c 2F) tot c 4A F;:-6 2 ' kan uiteenlopen. 1138 Deze gebroken getallen kunnen a.v. worden verklaard: 3+ 3+ In c 2F (=Ca 2Fe 2o 5 ) ~an Fe . vervangen worden door Al : een geval van subst:a.tutionele vaste oplossing.Wat de la~ ding betreft levert deze substitutie geen moeilijkheden op: immers zowel Fe 3 + als Al 3 + zijn driewaardig.

~

Voetnoot:

In deze notatie zou men b.v. natriumsulfaat, Na 2 so 4 , schrijven als Na 2o.so 3 •

-24-

. Wel echter is de ionstraal van Fe 3 + iets groter dan die van Al 3+; bij al te veel substitutie wordt het kristalrooster zodanig verwrongen dat de struktuur niet meer stabiel is. De grens blijkt te liggen bij een vervanging van 69% van de Fe 3 +-ionen door Al 3 +. De sterkte van het geharde produkt is voornamelijk te danken aan de silikaten. Het c 3 s reageert sneller met water dan het P.-c 2 s, en een c 3 s-rijk en c 2 s-arm cement hardt sneller dan een c 3 s-arm doch c 2 s-rijk cement, al ontlopen de uiteindelijk {na bv. een jaar) bereikte sterkten elkaar niet veel. De aluminaten dragen nauwelijks bij tot de sterkte, behalve misschien in het eerste begin der harding. c 3A zou zelfs zo heftig met water reageren, dat het cement te snel stijf zou worden (snelle binding, "flash set") als de hydratatie van c 3A niet kunstmatig vertraagd wordt. Hiervoor dient het gips; het vormt op de c 3 A-oppervlakken laagjes ettringiet (3Ca0.Al 2 o 3 .3cao 4 .3~H 2 o). In de vroeç.astadia der harding is het ontstaan hiervan niet schadelijk (zie deel I, Grondslagen). Het mengsel van de verbindingen c 3 s, ~ -c 2 s ,c 3 A en c 4AF (de z.g. "klinker") wordt verkregen door het verhitten van een mengsel van grondstoffen (kalk+klei) van juiste samenstelling tot± 1500°. Het mengsel smelt hierbij gedeeltelijk, hetgeen noodzakelijk is om het ontstaan van de genoemde verbindingen binnen een industrieel aanvaardbare tijd te realiseren. Gips wordt pas achteraf, bij het malen van het gebrande produkt, toegevoegd; het gevaar is niet denkbeeldig dat tijdens het malen de temperatuur zo hoog oploopt dat caso 4 .2H 2o gedehydrateerd wordt tot caso 4 • ~ H2o, waardoor het cement zeer snel stijf zou worden (valse binding, "false set"). Bij benadering kan men de samenstelling van een cementklinker in een ternair diagram Ca0-Al 2o 3 -sio 2 weergeven:~> **)Voetnoot:Bij een dergelijk diagram is de samenstelling van een 'systeem, weergegeven door een punt P, a.v.af te lezen: Het gehalte aan Sio 2 wordt gegeven door de verhouding van de loodlijn, neergelaten uit P op ds.. zijde CaO-Al 2o 3 , tot de middelloodlijn van de driehoek.Analoog voor het gehalee aan Cao resp.Al 2 o • Men kan meetkundig bewijzen dat de som van de drie loodl1jrlen, uit P op de drie zijden neergelaten,steeds gelijk is aan een mirlii.Allnodli;n.

-25-

(waarbij het Fe 2o 3 bij Al 2o 3 mee inbegrepen is; andere komponenten worden verwaarloosd). De samenstelling van een Portland-cement-klinker (gebied PC} blijkt aan nauwe grenzen gebonden te zijn (fig.4): Bij Q zou het cement te arm àan c 3 s, t~ rîjk aa.n c 2 s worden, waardoor het te langzaam zou harden; bij R zou er teveel kans zijn op het ontstaan van vrij cao dat (voor zover het bij het mengen met water niet snel hydrateert tot Ca(OH) 2 ) naderhand aanleiding kan geven tot het ontstaan van scheuren. Bij S zou het cement teveel aluminaat bevatten, en snelle binding vertonen; bij T zou het cement misschien wel heel goede eigenschappen hebben, echter moeilijk te maken zijn daar het bij technisch aanvaardbare temperaturen slechts voor een gering deel zou smelten. In de praktijk vat men de samenstelling van een klinker vaak kort samen in de z.g. kalkstandaard, d.i. de verhouding cao

(gewichtsprocenten)

Deze mag 1 niet overschrijden (anders is er kans op de aanwezigheid van vrij cao), maar dient verder zo hoog mogelijk te zijn voor een hoog c 3 s-gehalte. De hoeveelheden Sio 2 ,A1 2o 3 en Fe 2o 3 in de noemer zijn van coëfficiënten voorzien om weer te geven, dat deze stoffen onder bij het branden in de praktijk realiseerbare omstandigheden verschillende hoeveelheden kalk kunnen binden. Om het c 3A-gehalte te verlagen (in verband met de sulfaat-aantasting) voegt men wel eens extra Fe 2o 3 toe, waardoor het aanwezige c 3A als c 4AF gebonden wordt. Aldus ontstaat het z.g.Ferraricement. Zoals reeds gezegd is bij een te hoog A1 2o 3 -gehalte (hij S in fig.1} de kans op snelle binding erg groot. Toch is er in het systeem CaO-Al 2o 3 -sio 2 nog een gebied te vinden (aangeduid met A) waar een bruikbaar cement vervaardigd kan worden: het aluminium.cement, dat weliswaar ove'Ywegend uit aluminaten bestaat, echter met

-26-

2+

een gering Ca -gehalte (C.A;C.A 2 ) waardoor de reactiviteit weer geringer wordt. In tegenstelling tot wat men op het eerste gezicht zou verwachten vertoont aluminiumcement een voortreffelijke resistentie tegen sulfaatoplossingen, vermoedelijk doordat het binnendringen vàn sulfaathoudend water door de hydraten in sterke mate belemmerd wordt. In fig. 4 is ook nog het gebied H aangegeven; in de buurt hiervan ligt meestal de samenstelling van hoog. ovenslakken ( in werkelijkheid bevatten hoogovenslakken naast Ca0,.Al 2o3 en Si0 2 nog andere bestanddelen). Hoogovenslakken worden met water alleen niet hard,wel met kalk (of cement) en water. Veel gebruikt worden mengsels van Portlandcement en gemalen hoogovenslakken, (hoogovencement: 15-69% Portlandcement; ijzerportlandcement:meer dan 70% Portlandcement). Ook mengsels van + 70% hoogovenslakken, ± 25% gips en + 5% gebluste kalk zijn als cement bruikbaar (gesulfateerd cement, supersulfaatcement}. Ook enkele sedimentgesteenten van vulkanische oorsprong (pozzolaanachtige stoffen, zie 1.1.2.}vertonenlde eigenschap met water alleen niet, doch met water en kalk (of Portlandcement) wel hard te kunnen worden. Mengsels hiervan met Portlandcement (3: 7 of 4: 6) heten trasportlandcement. ~.2.

Het harden en het geharde produkt. Het best onderzocht zijn de hardingsreakties van Portlandcement. Tijdens deze reakties komt warmte vrij (exotherm proces)1 de snelheid der warmteontwikkeling vertoont als funktie der tijd drie maxima (zie fig.5). Gedurende het eerste maximum worden de meest reaktieve componenten, c 3A en c 3 s, met een hydraatlaagje bedekt dat bij c 3A uit ettringiet bestaat, bij c 3 s uit een calciumsilikaathydraat 3 CaO.Sio 2 • nH 2o ( of c 3 sHn). Hierdoor worden de hydratatiereakties sterk vertraagd. Het c 3 sHn is echter niet stabiel en zet zich op de duu.;r;- om ih andere calciumsilikaathydraten

-27-

· Het c 3A-oppervlak komt vrij, een duidelijke warmteontwikkeling is het gevolg (derde piek) totdat ook nu weer de produktèn het c 3A-oppervlak afschermen.Ook na de derde piek kan men nog onomgezet c 3A en c 3 s in het cement aantonen. De sterkte berust bij alle genoemde cementsoorten op zeer kleine hydraatkrista~len. Bij Portlandcement, hoogovencement en trasportlandcement bestaan deze uit calciumsilikaathydraat (samenstell111fglobaal c 1 , 5 -sHn), bij aluminiumcement uit CAH10 , bij gesulfateerd cement uit ettringiet. Een hard produkt blijkt dus uit verschillende stoffen te kunnen bestaan, die echter allen de eigenschap , gemeenschappelijk hebben zeer kleine kristallen te .vormen. Een veronderstelling is, dat deze kristallen een zodanig gestoord rooster hebben dat er plaatselijk ongecompenseerde ladingen zijn (+zowel als - ). Dit zou zowel de werderzijdse aantrekking alsook het door elkaar heen groeien der kristallen (bij wijze van "viltmat") in de hand werken. Alle genoemde hydraatkristallen bevatten kristalwater, dat bij uitdrogen gemakkelijk de kristallen verlaat. Dit is (althans gedeeltelijk) de oorzaak van de volumeveranderingen, die bij uitdrogen resp. bevochtigen van gehard cement optreden (fig.6}. .

-28-

6.3.

Keuring van cement. Uit het voorgaande volgt reeds, dat men in eerste instantie er op moet letten: a. dat het cement hard wordt (sterkte), b. dat het niet te snel hard wordt (begin binding) , c. dat er geen scheuren in een ervan vervaardigd voorwerp ontstaan en dat dit niet kromtrekt (vormhoudendheid). Daarnaast stellen de normen nog enige eisen qua chemische samenstelling, verpakking, fijnheid van maling etc. die samen met de eerder genoemde eisen de kans op verrassingen op lange termijn moeten beperken.

6.3.1.

Sterkte. De sterkte, die een bepaald cement kan leveren, wordt bepaald aan mortels cement + zand + water met een gewichtsverhouding cement: zand= 1:3, waarbij het zand moet voldoen aan de eis voor minstens 96% uit korrels met diameter tussen 0,42 en 1,2 mm te bestaan (normaalzand) (màx.2% < 0,42mm, max.2% > 1,2mm). Het watergehalte van de mortel is afhankelijk van de hoeveelheid water, nodig om met cement alleen een deeg van "normale consistentie" te vormen~ Wil men de sterkte van een cementsoort bepalen, dan moet men dus eerst te weten komen hoeveel water men aan het cement moet toevoegen om een deeg van "normale consistentie" te vormen (d.w.z. dat de"dikke naald" van een Vicat-toestel op 5-7 mm afstand van de bodem blijft staan. Een Vicat-toestel is schematisch weergegeven in fig.7A van voren met dikke naald, in fig. 7B van opzij met dunne naald). Is hiervoor 30% of minder water nodig, dan moet de mortel voor de sterktebepaling 8% water bevatten (betrokken op het gewicht van cement en zand) • Is voor het deeg van normale consistentie 33-34% water nodig, dan moet de mortel voor de sterktebepaling 9% water bevatten etc. Voor nadere details zie de norm N495. Met de mortel, die aldus ontstaat vult men een vorm; men laat de -mortel eerst een dag in de vorm harden, na

-29-

ontkisting zet men de harding onder water voort (om een tekort aan water te voorkomen). Men meet de sterkte: a. direct na ontkisting, b. twee dagen na ontkisting, c. zes dagen na ontkisting, d~ 27 dagen na ontkisting. 6.3.2.

Begin van·de binding. Tegen het gevaar van te snel opstijven wapent men zich door de eis, dat het begin van de binding, d.i. het tijdstip waarop de "dunne naald" van een Vicat-toestel nog tot ca.5 mm van de bodem in een cement + water-deeg van "normale consistentie" kan indringen, niet binnen 1 uur na het aanmaken ligt. Na het begin van de binding dient de harding ongestoord door mechanische schokken e.d. te kunnen verlopen, willen de hydraatdeeltjes goed aan elkaar kunnen hechten.

6.3.3.

Vormhoudendheid. Gebrek aan vormhoudendheid is een eigenschap, die vaak pas op lange termijn tot uiting komt. De meest voor de hand liggende proef is, een "koek" te maken van cement + water-deeg van normale consistentie en die gedurende zekere tijd (1 dag in de lucht, 27 dagen onder water) te bewaren: de koek mag dan niet scheuren of kromtrekken("koekproef"). Om in de. praktijk sneller te kunnen werken, heeft men getracht de processen te versnellen door temperatuurverhoging: men kookt de koek na 1 dag harden in de lucht gedurende 3 uur ("kookproef"). Bij nog een andere proef (volgens Le Chatelier) vult men een ijzeren toestelletje (fig.8) met cementdeeg en gaat na een dag harden na, hoeveel de afstand tussen de uiteinden van de naaldpunten door koken verandert. Definitieve uitspraak over de vormhoudendheid geeft echter de koekproef: bij hoge temperaturen kunnen niet alleen dezel.fde processen sneller maar ook andere processen plaatsvinden dan bij kamertemperatuur.

-30-

6. 4.

Keuze·. van cementsoorten voor bepaalde toepassinqen. Portlandcement wordt vervaard,igd in drie klassen: A, B en C (in volgorde van toenemende snelheid van harding). Deze klassen verschillen van elkaar voornamelijk ~n korrelgrootte, ook wel in chemische samenstelling. Voor het normale gebruik voldoet Portlándcement A; de klassen B en c neme men slechts als er hoge e~sen aan de sterkte, vooral na korte hardirigstijd, worden gesteld. Een nadeel van alle Portlandcementsoorten is de aantastbaarheid door sulfaatoplossingen. Bij hoogovencement is deze aantastbaarheid geringer (vooral indien het gehalte aan Portlandcement-klinker~ 30% is), bovendien is het goedkoper. De beste bestendigheid 'tegenover sulfaatoplossingen . vertonen aluminiumcement en supersulfaatcement. Nadelen: aluminiumcement is·relatief duur en zijn ster~­ te gaat bij hoge temperatuur (40°c) achteruit; supersulfaatcement is nogal gevoelig voor opslag,daar een relatief .qeringe carbonatatie reeds tot een onjuiste pH tijdens de hydratatie en bijgevolg tot een achteruitgang in de beginsterkte leidt. Bij massieve bouwwerken (stuwdammen etc. ) kie.ze men een cement met een relatief langzame warmteontwikkeling (trascement, hoogovencement). De vereiste druksterkte na 28 dagen harden (een dag in de lucht + 27 dagen onder water) is: Voor Portlandcement A hoogovencement A Ijzerportlandcement trasportlandcement

325 kgf .cm- 2 A

voor portlandcement B hoogovencement B ijzerportlandcement Voor·portlandcement C hoogovencement C ijzerportlandcement

c

l l

425 kgf .cm- 2

525 kgf .cm-2

-31-

500 kgf .cm- 2 425 kgf .cm- 2

aluminiumcement gesulf ateerd cement

Enige richtprijzen: Portlandcement A(verpakt):f 71,-- tot f 77,-- per ton (afhankelijk van de hoeveelheid)+ extra transportkosten. Portlandcement B(verpakt) :portlandcement A + f 5,50 Il Hoogovencement A(verpakt)" - f 3,-Hoogovencement B(verpakt): + f 2,50 " voor hulpstof fen ter beinvloeding van de cementharding zie 8.2.4. 7.

Mortels.

7.1.

Globale karakterisering en indeling. Mortels zijn mengsels van twee of meer der volgende bestanddelen: cement,kalk,zand of tras met water, die dienen voor het aaneenvoegen van stenen (metselmortels) of voor het afwerken van een muuroppervlak (mortels voor pleisterwerk). Naar hun samenstelling worden zij als volgt onderverdeeld: Cement

•

•

kalk x x x

Zand Tras Kalkmortel x Sterke trasmortel x Basterd trasmortel x x Sterke cementmortel x x x Basterd mortel x x Portlandcementtrasmortel x x x Bij de basterdmortels maakt men onderscheid· tussen "sterk" en "slap": de eerste heeft een cement/kalkverhouding '> 1, de tweel..<. 1. Een dergelijk onderscheid wordt ook gemaakt bij de basterdtrasmortels; een sterke basterd trasmortel bevat weinig zand, een slappe veel zand. Trasmortels worden weinig toegepast; sterke cementmortels worden alleen gebruikt voor echt waterdicht werk.

. -32-

7.2.

Eisen die aan een mortel gesteld worden.

7 "2 .1.

Metselmortels. Een oppervlakkige beoordelaar denkt bij de eisen die aan eerrmortel gesteld worden alleen aan de sterkte, die natuurlijk binnen zo kort mogelijke tijd zo hoog mogelijk zou moeten worden. Vanuit dit standpunt zou een sterke cementmortel ideaal zijn. Dit is eçhter slechts êên kant van de zaak. Geharde mortel bestaat uit stoffen met een overwegend ionogene binding, die bovendien vaak slechts een geringe graad van ordening vertonen, en is bijgevolg bros. Zettingen in het metselwerk kunnen door een geharde .mortel niet meer worden gevolgd, zodat veelal juist in die gevallen waar de mortel zeer snel een grote sterkte bereikt scheuren gaan optreden. Vanuit dit oogpunt is kalkmortel beter dan cementmortel: bij kalkmortel verloopt het harden trager. Een derde punt is het gevaar van bevriezen in de winter.Dit is het grootst bij ~ortels diE(~lanq vrij water bevatten, zoals kalkmortels. Bij cementmortels is dit gevaar veel geringer, speciaal als een snel hardend cement wordt gebruikt. Een vierde punt is het contact mortel-steen. Bij stenen, die veel water opzuigen (dus bij gegeven porositeit met stenen die kleine poriën bevatten, of bij gegeven poriegrootte met zeer poreuze stenen}, is het gevaar niet denkbeeldig dat de stenen aan de mortel zoveel water onttrekken, da.t deze uitdroogt. Men kieze in dit geval ee.n kalkrijke mortel. Men kan ook de stenen van te voren bevochtigen. Anderzijds bestaat bij hardgesinterde, dichte steensoorten het gevaar van "drijven": tussen mortel en steen ontstaat een waterlaagje, zodat het onderlinge verband slecht. is. en de mortel uit de voegen loopt. Dit is tegen te gaan door gebruik van een kalkarme mortel. '·

-33-

7.2.2.

Pleistérmortels en voeqmortels. Pleister- en voegmortels dienen aangepast te zijn aan de ondergrond, waar zij op rusten, dus aan de baksteen resp. de metselmortel. Zo neemt men als voegmortel bij voorkeur eenzelfde mortel als voor het metselen gebruikt is; dit is de veiligste methode om verschillen in vochtwerking en thermisch gedrag te voorkomen. Bij pleistermortels moet vaak een z.g. "vertinlaag" worden aangebracht, om het verschil in eigenschappen tussen ondergrond en mortel te overbruggen. Voor de hechting pleistermortel-baksteen geldt hetzelfde wat boven over metselmortels gezegd is: een hoog cementgehalte is vereist bij hardgebakken metselklinkers. Bij aan het oppervlak van het bouwwerk zichtbare mortels zijn een constante kleur en afwezigheid van krimpscheuren vereist.

7.3.

Mortelsamenstellinqen, verband met sterkte van metselwerk. De samenstelling van een mortel wordt uitgedrukt in volumedelen. Een cementmortel 1 :3 b.v. bevat 1 volumedeel cement en 3 voiumedelen zand. Fig. 5 geeft een globaal overzicht over de muurdruksterkte, die met bepaalde mortels bereikt kan worden, als functie van de sterkte der bij het metselen gebruikte stenen. Het verschil tussen sterke en zwakke mortels komt vooral bij hardgesinterde stenen duidelijk tot uiting. Men bedenke bij het hanteren van fig. 8, dat de uiteindelijke muursterkte een zeêr_arote spreiding vertoont, die bij kalkmortel 1:3 zelfs van de orde van 30-50% van de in de figuur vermelde waarde kan bedragen. Volgens de norm N 1055 is de in metselwerk toelaatbare drukspanning afhankelijk van de druksterkte der gebruikte stenen:

-

-34-

Metselwerk, uitqevoerd in klinkers: 25 kqf .cm- 2 minimaal vereiste sterkte van de steen: 350-400· idem voor hardqrauw: 20 kqf .cm- 2 250 2 boerengrauw: 15 kgf.cm150 2 rood: 10 kgf .cm100 kalkzandsteenklinker: 20 kgf .cm- 2 250 -2 kalkzandsteen 15 kgf.cm. 150 ·Ook deze gegevens zijn ter verqelijkinq in fig.8 opqenomen.

-35-

8.

. Beton. Algemene karakterisèring en indeling.

8.1~

Beton zou men in principe kunnen opvatten als een cementmortel m~t een aanzienlijke hoeveelheid grove deeltjes. De toeslag bestaat bij normaal betón uit zand en grind. Dit normale beton heeft een volumegewicht van 1900-2800 kgf .m"" 3 en druksterkten (na 28 dagen har.den) van 100 -. 600. kgf.cm- 2 ; met speciale maatregelen heeft men zelfs een druksterkte van.1200 kgf.cm- 2 kunnen realiseren. Voor bijzondere- doeleinden wordt wel eéns beton -van gé._ ringer volumegewicht (300 - 1600 kgf .m- 3 ) gemaakt (vgl •. de situatie bij bakstenen).Een dergelijk laag voltime~ gewicht kan men bereiken door hetzij een zeer poreuze toeslag te gebruiken, hetzij door tussen de toeslagkorrels veel poriän te laten. Deze zg. "lichtbeton" is doorgaans. zwakker (druksterkte na 28 dagen harden 10 - 100 kgf.cm- 2 ) maar vertoont een geringer warmte. -1 -1 0 -o geleiding (tot 0, 23 J .• m ·~_; s · • ( C) , tegenover 1 voor gewoon beton)•. 1"3 - 1,9 J.m- 1 .s-1 • c0 Een enkele maal kan het gewenst zijn, een totaal andere toeslag te gebruiken. Bij kernreaktoren kan bv.voor een goede stralingsabsorptie een zeer hoog volumegewicht (tot 5000 kgf .m- 3 ) vereist zijn; men gebruikt dàn een soortelijk zeer zware toeslag {Baso 4 ). Is de slijtagebestendigheid van groot belang, dan kan men een.zeer hardè toeslag (korund, siliciumcarbide,staal) toepassen.

c)-

Uitgangsstoffen.•

8.2. s.2.1

~

Cement. Portland-, ijzerportland;;. en hoogovencement gelden voor betonconstructie als gelijkwaardig: aluminium-, tr.asportland-. en gesulfateerdcement mogen slechts worden gebruikt als dit nader is overeengekomen. Voor het mengwater. . zie 2. 2 • 4 •

•

-36-

8.2.2.

Zand. Zand dient op een zeef d-2,8 niet meer dan 15% achter te laten, en door een zeef d-0,150 niet meer dan 10% door te laten. Het dient vrij te zijn van humus en klei (spoelen door zeef d-0,050), daar humeuze stoffen de cementharding beïnvloeden: klei hecht niet aan cement. Men test op gehalte aan humeuze stoffen door het zánd te schudden met .3% NaOH-oplossing: humus geeft dan een geel-bruine verkleuring. De aanwezigheid van klei onderzoekt men door schudden in water: de fijne deeltjes blijven langer zweven dan de grove, zodat men aan het sediment de hoeveelheid fijne deeltjes kan bepalen. Fijnheidsmodulus 2,1-3,0.

8.2.3.

Grind. Moet zeef d-46 volledig passeren, en niet meer dan 5% achterlaten op zeef d-5,6; het dient vrij te zijn van slib of klei. Fijnheidsmodulus 6,3 à 7,1.

8.2.4.

Hulpstoffen ("additives"). Men voegt aan een betonspecie wel eens hulpstoffen toe, om de cementharding te versnellen ~cacl 2 , Na 2co 3 , waterglas: triethanolamine) of te vertragen (humeuze stoffen, suiker, H3 Po 4 ). Dit laatste kan gewenst zijn b.v. in massieve bouwwerken (om de ontwikkeling der hydratatiewarmte over een langere tijd uit te smeren) of bij het afdichten van oliebronnen (waar cement anders tengevolge van de hoge temperatuur te snel zou harden). Verdere toepassingsmogelijkheden zijn het verlagen van de neiging tot uitvlokken van de betonspecie, en het introduceren van luchtbellen. Verlagen van de neiging tot uitvlokken stelt de constructeur nl. in staat, eenzelfde plasticiteit van een betonspecie te bereiken met een geringer watergehalte,

-37-

zodat de uiteindelijke sterkte hoger wordt (zie deel I, Grondslagen, en 8.3.î. Het introduceren van luchtbellen kan gunstig zijn voor de vorstbestendigheid van het beton: het

~r

poriên

bevriezende

water heeft nu een uitwijkmogelijkheid (zie deel I, ~

Grondslagen). Voor beide doeleinden gebruikt men organische stoffen die opgebouwd zijn uit een hydrofoob en een hydrofiel deel: deze worden in het aanmaakwater opgelost, en raken dan geadsorbeerd aan de grensvlakken van het water met lucht ff ig. 9a} of met een vaste stof (fig. 9b). Op deze wijze verlagen zij de grensvlakspanning van water met lucht en vergemakkelijken aldus het ontstaan van luchtbellen; bovendien voorkomen zij het uitvlokken der vaste stoffen, daar de vaste deeltjes nu een hydrofiel grensvlak gekregen hebben. Plastificeermiddelen (d.z. stoffen die het beton plastischer maken) zijn doorgaans wat minder polair van opbouw dan luchtbellenvormers. Men gebruike deze hulpstoffen voorzichtig. Een aantal versnellers (Na co , waterglas) verlaagt de uit2 3 eindelijk bereikte sterkte en kan aanleiding geven tot muuruitslag (zie 3.3). cac1 van beton, en kan korrosie van

2

verhoogt de krimp

eve~tueel

aanwezige

wapening versnellen (gaat passi.vering van staal tegen, zie deel I); bij gesulfateerd aluminiumcement mag cac1 toegepast •

•

"

2

~ement

of

helemaal ntet worden

-38-

8.3.

Gewoon beton.

8.3.1.

Bereiding der

8.3.1.1.

Mengverhouding.

bEto~specie.

Door wijziging in de mengverhouding der uitgangsstoffen kan men de eigenschappen van beton binnen zekere grenzen doen variëren. De hoogste sterkte bereikt men door een zodanige korrelgrootteverdeling van de t.ceslag te kiezen dat het volume zo volledig mogelijk door toeslagdeeltjes wordt opgevuld,door een hoog cr:mentgehalte,en door een water-cementfactor die zo laag mogelijk is gegeven de beschiKbare stort- en

verdic~tingsmiddelen.

Heeft men geen speciale verdichtingsmiddelen (zie 8.3.2 en 3.3.3) ter beschikking, daa moet de specie "plastisch" zijn wil de vorm ("bekisting"} volledig en homogeen gevuld worden. Als rJchtgetal diene, dat men bij een 1:2:3-beton (cement:::and:grind,i met een W/C-factor 0,54 een plastische Met plastificeermiddelen kan

~pecie

me~

1 0,52 volstaan, bij toepassing

verkrijgt.

met een W/C ~~n

speciale

0,51 ~er­

dichtingsmiddelen kan de W/C tot b.". tl,43 d:1]en. Vaak vrordt de mengverhouding 7astselegó. door het 3 eisen van een bepaald cementgehalte per m beLon. In fig. 10 is het verband tussen cement /toeslagverhouding en het cementgehalte per m3 L~ton weergegeven. De dri.e lijnen horen bij de zeefcurves weergegeven in f. i J. 1 van deel :i , Gronds 1 "lqeri.; naarmate de toeslag een betere korrelgroctteverdeling heeft, is het cementgehalte bij g9lijke toeslaq/cementverhouding gröter. Men ziet dat de korrelg-.:-outteverdelj.ng een (zij het niet zeer sterke) invloed heeft. Wil men het

~ementgehalte

bij een gegeven verhouding

voor een bepaalde t. •es lag precies weten, da:1 zal men een proefmonster moeten maken.

-39-

De Nederlandse voorschriften late;i de gebruiker d:. keuze tui:;sen afmeten van de tot"~_::;lag in volume- of in gewichtsdelen. Slechts he·t v1egen van ht.:t cer.1en t is verplicht. Afmeten in volunedelen is echtc:r gevaarlijk, daar de pakking van
8.3.1.2.

Mengen. Het mengen van een betonspecie geschiedt tegenwoordtg meestal machinaal. De betonmengers roteren n0t mengsel, zodat dit door telkens vrtj te vallen gAmeng1 wordt, ku;1nen echter ook voorzien zijn van ir ·" >':'1dige roerders. In ~et laatste geval is de mengj beter, men kan dus nog stijver specjes mengen clan mEt behulp van vrije val. H~t mengen minstens € minuut te dL:rE:m, en het mengsel dient bi::.nen e2·:'1 ;:u;:verwerkt te worden (als er steec:.s gerocrc'. ·vcrê c., binnen 2 uur). Bij tw~~phasenmenging worden eers~ cement + + water gemengd, dan pas wordt ~rind er doorhenn gemengd.

8.3.1.3.

Storten. De storttechniek dient te worden aangepast aan de consistentie van de betonspecie. Naarmate Let stijver is, zal men meer aandacht moeten sch(:~, .Em aan het verdichten. Dunvloeibare beton (zi:tmaat 20-22, schudmaat 60-65) kan gesoten worden e1 hoeft niet speciaal verdicht te worde,n, wordt echter ook niet erg sterk. Bij het storten van plastische beton (zetmaat 5-20, schudmaat 35·-60} noet rn3n luchtbellen verwijderen door "porren n met ec1 :>tok; deze

-40-

beton wordt voornamelijk bij gewapend beton toegepast. Zeer stijve, "aardvochtige" species (zetmaat 0-5, schudmaat 20-35) zijn daarvoor nl. minder geschikt, daar hierbij de wapening zeer wijdmazig moet zijn wil de ruimte nog volledig gevuld worden. Deze species moeten door stampen, schudden of trillen worden verdicht. Deze methodes leiden bij plastischer species echter wel eens tot ontmenging. Men heeft een groot aantal variaties op het thema storttechniek bedacht. Pompbeton wordt door buizen naar de bekisting gebracht; men kan verticale hoogten van 40 m en horizontale af standen van een paar honder.d meter overbruggen. De specie zal goed vloeibaar moeten zijn (veel fijne deeltjes, plastificeermiddelen). Dit procédé kan ook onder water worden toegepast, mits het water geen kans krijgt de specie te verdunnen: de mond van de vulpijp moet steeds onder de bovenkant van het reeds gestorte beton blijven. Specie zonder grove deeltjes kan m.b.v. perslucht in spleten e.d. geperst worden (persbeton, speciaal voor reparaties) of laagsgewijs tegen een wand worden aangebracht. Men kent hiervoor twee procédé's: bij het Torkret-procédé wordt het water pas kort voor het verlaten der persleiding aan het mengsel van cement en toeslag worden toegevoegd, bij het Maser-procédé worden toeslag, cement en water samen getransporteerd. Betonbuizen kunnen worden vervaardigd door een slingerprocédé, waarbij door de centrifugale kracht de vaste deeltjes tegen een bekisting worden geslingerd, zodat overmaat water verwijderd wordt ("slingerbeton"). Men kan de grove toeslag eerst in de bekisting brengen en verdichten, en dan pas cementmortel van onder inpompen. De mortel moet hiervoor behoorlijk

•

-41-

vloeibaar zijn, hetgeen door hulpstoffen kan worden bevorderd (prepact-beton met hulpstoffen, colcretebeton zonder hulpstoffen). Daar op deze wijze een goede ruimtevulling der grove deeltjes bereikt wordt, krijgt men een mortelarme beton van zeer gelijkmatige struktuur en geringe krimp. Bij trilbeton verdicht men de specie door een trilling te induceren hetzij op het oppervlak, hetzij op de bekisting, hetzij (via een naald) binnen in de specie. Te laag trillen veroorzaakt ontmenging; de optimale triltijden zijn korter naarmate de consistentie der specie geringer is. Een specie met een zetmaat 12 cm mag helemaal niet getrild worden. Eigenlijk voegt men voor het bereiken van redelijke vloeieigenschapperi meer water aan de specie toe dan het cement chemisch kan binden. Kan men de overmaat water (die de sterkte verlaagt, en de krimp vergroot) niet na het storten verwijderen? Dat kan inderdaad: a) door water onder vacuum weg te zuigen ("vacuumbeton"), b) door electroosmose: bij het begin der cementharding hebben cement- en zanddeel tjes een positieve oppervlaktelading, zodat er in de waterphase een negatief ladingsoverschot achterblijft. Bij aanbrengen van een electrisch veld beweegt de waterphase bijgevolg naar de positieve pool. Bij geschikt gekozen vorm hiervan (bv. een doorzeefde buis) kan men een deel van het water aan de specie onttrekken. Aldus ontstaan echter luchtbellen, die men door naverdichten dient op te vullen.

>

B.3.2. 8.3.2.1.

Eigenschappen van verhard beton. Druksterkte. De druksterkte wordt bepaald aan kuben met een ribbe van 20 cm, doorgaans na 28 dagen harden.

-42-

Dit dient zo nauwkeurig vastgelegd te worden, doordat de gevonden druksterkte afhankelijk is van vorm en afmetingen der proefstukken en de hardingstijd1 daarnaast ook nog van temperatuur en relatieve vochtigheid in de omringende lucht tijdens het harden. De afhankelijkheid van de vorm der proef stukken wordt a.v •. veroorzaakt: een la~g prisma bezwijkt meestal langs eeri "vlak" dat een zekere hoek maakt met de lengteas. Een kubus is echter te kort om dit ongunstigste breukvlak te ontwikkelen (fig. 11). Daarom is de druksterkte van een kubus ca. 1,25 maal zo hoog als die van een lang prisma. De invloed van het quotiënt hoogte/zijde bij prisma's met vierkante doorsnede komt tot uiting in de volgende tabel: h

ä : 0,5 1 2

Druksterkte prisma Druksterkte kubus 1,4 - 1,5 1

0,85

De afhankElijkheid van de afmeting der proefstukken is voor kuben weergegeven in fig. 12: naarmate de kubus kleiner wordt, stijgt de gevonden druksterkte (minder kans op barstjes). De afhankelijkheid der druksterkte van de hardingstijd (in % van de druksterkte na 28 dagen) is weergegeven in fig. 13. (Dit zijn gemiddelde waarden!). Zij wordt veroorzaakt doordat de cementharding een chemisch proces is, dat langzaam verloopt1 de sneiheid der chemische reaktie is sterk afhankelijk van de temperatuur (fig. 14). Uit de figuur blijkt, dat snelhardend cement (Portlandcement C) minder gevoelig is tegenover temperatuurdaling dan normaal hardend cement (Portlandcement A en B, ijzerportlandcement,

• •

-43-

· niet al te slakkenrijk hoogovencement)1 het gevoeligst zijn langzaam hardende cementsoorten (slakkenrijk hoogovencement). Uit deze gegevens blijkt, dat de druksterkte, die na 28 dagen aan kuben met ribbe 20 cm gemeten wordt, wel voor een onderlinge vergelijking van verschillende betonsamenstellingen, maar niet rechtstreeks voor berekeningen in een bouwwerk mag worden gebruikt. Volgens de norm N 105·5 is in ongewapend 1:2:3-beton een drukspanning van 25 kgf. cm- 2 toelaatbaar. De druksterkte van een beton is ceteris paribus recht evenredig met de sterkte van het gebruikt.e cement. Zij neemt toe met toenemend cementgehalte (fig. 15). De afhankelijkheid van de korrelgrootteverdeling van de g.ebruikte toeslag wordt het best door een "vuistregeltje" gegeven: Bij gelijke consistentie der verse species geldt, dat beton vervaardigd met toeslag gekarakteriseerd door zeeflijn D, E of F (fig. 16) een druksterkte van resp. ongeveer 1,0, 0,9 en 0,5 bereikt. Dit verschil is voornamelijk een gevolg ervan, dat men bij een minder gunstige zeefkarakteristiek (F) meer water moet toevoegen, om eenzelfde consistentie der specie te bereiken. 8.3.2.2.

Buigtreksterkte en splijtsterkte. In plaats van de zuivere treksterkte wordt meestal de buigtreksterkte of de splijtsterkte gemeten. Zij is, behalve voor onderlinge vergelijking. van verschillende betonsamenstellingen, slechts in de wegenbouw van direkt belang.

8.3.2.3.

Elasticiteitsmodulus. De elasticiteitsmodulus neemt toe met toenemende druksterkte.

-44-

Voor schattingen kan gebruik worden gemaakt van een van de volgende empirische formules: E

= 1,7

10 6 + 360 0-

kgf. cm- 2 of E= (200+1D). 10 3 kgf. cm- 2 3

als D =druksterkte in 'kgf. cm- 2 • Deze formules gelden •lechts benaderd.De:E wordt behalve door D nog door een groot aantal parameters (vochtgehalte, mineralogische samenstelling van de toeslag) beïnvloed. Een toeslag die zelf een hoge E heeft (basalt) zal ook een beton van hoge E leveren. 8.3.2.4.

Krimp, zwellen. Beton krimpt bij waterafgifte, zwelt bij wateropname. Bovendien treedt er tijdens het harden van cement een netto volumeaFname op. De hoeveelheid krimp, die optreedt, is afhankelijk van specie en afmetingen der proefmonsters: bij 240 - 300 kg cement per m3 beton ligt de totale krimp bij kleine afmetingen der monsters in de grootteorde van 0,3 - 0,6.10- 3 , waarvan ongeveer 0,1 - 0,3.10- 3 op rekening van waterafgifte komt. De zwelling bij wateropname is bij kleine afmetingen (kleinste afmeting -<20 cm) eveneens van de grootteorde 0,1 - 0,3.10- 3 • Bij grote afmetingen (kleinste afmeting :>1s cm) mag men met 40 à 50% van deze waarden rekenen. Op krimp en zwellen zijn voorts thermische variaties gesuperponeerd.

8.3.2.5.

Krui.P· Een continu samengeperste beton ondergaat een zeer langzame doch langdurige compressie. De "krui.psnelheid" is ongeveer recht evenredig met de spanning, de evenredigheidsfactor is voornamelijk afhankelijk

-45-

"

van de' sterkte van het beton op het tijdstip van aanbrengen der belasting, en van het vochtgehalte. Naarmate het beton minder doorgehard is, en naarmate het vochtgehalte van het beton groter is, neemt de krui .p toe. Voor nauwkeuriger gegevens zie F. Leonhardt, Spannbeton für die Praxis, w. Ernst & Sohn, Berlin 1962, p. 56-62. De krlipsnelheid neemt als functie van de tijd af en komt bij niet àl te hoge belastingen na ~ 4 jaar tot stilstand. 1

8.3.2.6.

Thermische uitzetting. Wordt voornamelijk bepaald door de toeslag, en varieert tussen 8 en 14.10- 6 per graad Celcius.

8.3.2.7.

Hydratatiewarmte. Bij de cementharding komt warmte vrij. Bij lage temperatuur kan deze warmte gunstig werken (nl.de invloed der lage temperatuur gedeeltelijk teniet doen), maar bij grote massieve bouwwerken kunnen er problemen ontstaan. In dit geval houde men het cementgehalte der specie zo laag mogelijk, en gebruike men een langzaam reagerend cement (hoogovencement,trasportlandcement).

8.3.2.8.

Permeabiliteit t.o.v. water. De permeabiliteit wordt beinvloed door de korrelgrootteverdeling van de toeslag, en door het al dan niet porievrij vullen van de ruimte tussen de toeslagkorrels door cement en water. Wanneer gebrek aan permeabiliteit t.o.v.water belangrijk is, kiezè men een 'korrelgradering in de buurt van zeeflijn E(fig.16}, neme men een cementgehalte van minstens 250 kg.per m3 , en neme men een dun-plastische specie. Bij stijve betonspecie moet men trillen, om een waterdichte beton te verkrijgen. Zwakke plekken qua permeabiliteit zijn doorgaans vo~9en en contactplaatsen tussen betonmassa's, die met zekere tussentijd gestort zijn.

"

-46-

8.3.2.9 • . Korrosie van beton. 8.3.2.9.1. Door water en zuren. In zuren zijn alle bindmiddelen (met uitzondering van bitumina, zie 10 ; deze zijn echter veel zwakker dan cement) oplosbaar. Reeds water kan ca 2+-ionen in gehard cement vervangen door 2H+-ionen {zie 2.2.3), zodat men vaak een witte muuruit~lag krijgt {Ca(OH) 2 , dat later in Caco 3 overgaat). Deze aantasting blijft echter tot het oppervlak beperkt, mits het beton waterdicht is. In zuren gaat dit proces sneller, maar is tijdig· te herkennen (zandverlies, afbrokkelen). 8.3.2.9.2. Door zouten. Het effekt van zouten, die door kristallisatie in poriën het beton kunnen doen barsten (zie deel I), is veel moeilijker tijdig te·ontdekken. Maanden lang is er uiterlijk niets te zien, slechts door expansiemetingen kan men te weten komen dat er iets gaande is. 8.4.

Lichtgewichtbeton ("lichtbeton").

8.4.1.

Definitie. Het gewone beton heeft een ongunstige eigenschap: een betrekkelijk hoge warmtegeleidingscoëff iciënt {1,3-1,8 J.m- 1 .hr- 1 graad- 1 ). In dit opzicht kan men het materiaal verbeteren door het inbrengen van poriën: a. Door een poreuze toeslag te kiezen: puimsteen, synthoporiet, poreuze lava, puimsteenqruis, geexpandeerde klei of wassteen (hollith), houtspaanders. Kiest men de korrelgrootteverdeling van deze poreuze stoffen gunstig, en verdicht men de specie, dan hoeft het aldus verkregen beton qua sterkte niet onder te doen voor normaal beton. Aldus kan men schijnbare soortelijke gewichten van de orde van 800 - 1800 kgf.m- 3 en warmtegeleidingscoëfficiënten

-47-

·Van 0,3 tot 0,9 J.s- 1 m- 1 gr- 1 bereiken. Om onttrekken van water aan de specie door capillaire opzuiging in de toeslag te voorkomen, dient de toeslag voor het mengen bevochtigd te worden. b.Bij gebruik van niet-poreuze toeslag door een zodanige keuze van korrelverdeling en cement-en watergehalte, dat er tussen de korrels veel poriën open blijven.Om dit te bereiken,.laat men die toeslagkorrels, die de holten tu·ssen grote korrels zouden kunnen opvullen, met opzet weg (toeslag> 1 of 3 mm), of, nog meer consequent: men kiest toeslagkorrels van gelijke afmetingen (bv. 3-7mm, 7-15 mm, of 15-30 mm, al naar de dikte van het te vervaardigen voorwerp). Men neemt dan slechts weinig cement en water, om een "puntsgewijze verkitting" der toeslagdeeltjes te verkrijgen (cement/ toeslag bv. 1:7 of 1:12 als volumina, d.i. 80 4 170 kg cement per m3 beton; de W/C-factor mag niet te hoog zijn om wegzakken van het cement+water-mengsel te voorkomen). Men bereikt schijnbare soortelijke gewichten van 1500 - 1900 kg.m- 3 , warmtegeleidingscoëfficiënten van 0,6 tot 1,0 J.m -1 • s -1 (0 C) -1 • De sterkte is echter laag. (20-80 kgf .cm-2 na 28 dagen) c. Door combinatie van a) en b). De sterkte kan hierdoor bijzonder laag worden. d. Door het introduceren van gas-of schuimbellen. Gasbellen kunnen in de specie zelf ontwikkeld worden ( Al-poeder met de alkalische waterphase,cac 2+water 1 H2o 2+caocl 2 -+ H2o+cacl 2+o 2 ); om hen niet te laten ontsnappen moet de specie zeer taai en fijnkorrelig zijn. Schuim wordt tijdens het mengen uit de lucht meegesleept~· Hiervoor moet de grensvlakenergie luchtwaterphase laag zijn, hetgeen door het toevoegen van zeepachtige stoffen wordt bereikt. Schijnaar soortelijk gewicht: 500 - 800 kgf.m- 3 • Druksterkte: 20 - 60 kgf.cm- 2 • Warmtegeleidingscoëfficiënt:! 0,25 J.m -1 .s -1 (0 C) -1 •

-48-

8.4.2.

Eigenschappen.

8.4.2.1.

Wateropzuiging. In de praktijk past men lichtgewicht beton nooit daar toe, waar permeabiliteit t.o.v. water een grote rol speelt. Toch valt de permeabiliteit van beton vervaardigd volgens 8.4.1.a(poreuze toeslag bij overigens normale specie) nog wel mee. Een ander probleem is de .wateropzuiging en het condenseren van waterdamp uit de lucht in poriën: hierdoor kan de warmtegeleidingscoëfficiënt, die wij juist graag zo laag mogelijk willen zien, weer stijgen. Bij lichtgewichtbeton vervaardigd volgens 8.4.1.a valt dit alweer mee: de toeslagdeeltjes zijn hier heel goed geisoleerd van de omgeving door het cement+ water-mengsel. Bij beton met toeslagkorrels van homogene grootte (8.4.1.b) zijn de poriën tussen de korrels meestal te groot om veel water vast te houden. Bij ;ijne poriën wordt dit wel een probleem.

8.4.2.2.

Warmtegeleiding. Fig.17 geeft de warmtegeleidingscoëfficiënten, zoals die volgens DIN 4108 aan berekeningen ten grondslag gelegd moeten worden. De warmtegeleiding blijkt primair afhankelijk te zijn van het schijnbare soortelijke gewicht; hout als toeslagmateriaal levert produkten met een relatief hoog warmtegeleidingsvermogen.

8.4.2.3.

Krimp. De krimp van lichtgewichtbeton is in het· algemeen hoger, naar mate het schijnbare soortelijke gewicht lager is. Vooral beton met een toeslag bestaande uit organische vezels krimpt sterk (totale krimp tot 1,4.10~ 3 ).Voor monolitische constructies dient de totale krimp echter maximaal 0,3.10- 3 te zijn; de lichtbetonsoorten die hier niet aan voldoen worden voornamelijk voor geprefabriceerde betonwaren gebruikt. De vermelde maximale waarde is niet voorgeschreven, maar wordt als richtlijn genoemd.

8.5.

·Betonwaren. Betonwaren zijn geprefabriceerde artikelen van beton. De prefabricage heeft als voordelen dat men de omstandigheden tijdens de hardingsreaktie van het cement beter in de hand heeft (men kan ook hoge temperaturen en drukken kiezen) en dat men met een deel van de krimp, nl. die ten gevolge van de hardingsreactie, geen rekening hoeft te houden. Nadelen zijn hoge transportkosten. Men kan betonwaren beter tegen korrosie beschermen dan monolitische constructies, daar een aantal korrosiewerende procédé's om praktische redenen op een bouwplaats niet kunnen worden toegepast. Zo kan men betonwaren na drogen in een drukvat met bitumen drenken, of met SiF 4 behandelen (ocrateren}. Beide procédé's leveren een beton die resistent is t.o.v. zuren. Van de lichtgewichtbetonwaren noemen wij: a. Drijfsteen:vervaardigd met poreuze toeslag (bims, gebroken hoogovenslak, sintel = verbrandingsresten van steenkool). Gehard bij normale temperatuur. Schijnbaar soortelijk gewicht: 850-1200 kgf.m- 3 • b. B2 -blokken: Poreuze toeslag (schuimlava,hollith). Gehard in autoclaaf bij hoge temperatuur en druk. Schijnbaar soortelijk gewicht: 1400 - 1800 kgf.m- 3 • B2-blokken worden ook met niet-poreuze toeslag geleverd. c. Durox-blokken: vervaardigd m.b.v. cement,kalk en zand, waarbij door het toevoegen van Al-poeder gas ontwikkeld wordt. Harding in autoclaaf. Schijnbaar soortelijk gewicht: 650 kg~.m- 3 • Toegelaten druksterkte: 10 kgf.cm- 2 • d. Ytongblokken:vervaardigd als duroxblokken, echter met andere toeslag (vliegas, hoogovenslakken). Schijnbaar soortelijk gewicht:"Blauw"650 kgf.m- 3 ; toegelaten druksterkte 12 kgf.cm.- 2 • "Geel": 500 kgf.m- 3 e. Siporex: vervaardigd als duroxblokken. De onder c,d en e. genoemde soorten worden weleens " gas-of cellenbeton genoemd.

-50-

8.6.

· Eniqe 12rijzen. Rivierzand: f 8,50 - f 12,-- per m3 (afhankelijk van de plaats). Riviergrind: f 14,35 - f 23,70 per m3 • Transportbeton(vervaardigd met 325 kg.Portlandcement A.per m3 ): f 48,-- - f 58,-- {afhankelijk van hoeveelheid). Per kg. cement meer: f 0,06. Id~ vervaardig met hoogovencement A, 325 kg.per m3 : f 47,-- - f 57,--.

-51-

9.

Kunstharsen en rubber.

9 .1 •

Algemene karakterisering.

•

In deel I (Grondslagen} werden kunstharsen en rubber geintroduceerd als stoffen zonder ordening, opgebouwd uit grote organische molekulen; deze konden 6f als afzonderlijke molekulen (lineaire molekulen, al dan niet vertakt} 6f als een driedimensionaal netwerk voorkomen.Soms voegt men met opzet laagmoleculaire stoffen toe aan een polymeer, om het materiaal meer ductiel te maken ( weekmakers, b.v. aceton of alcohol). Ten gevolge van hun geringe molekuulgrootte verdampen deze stoffen echter, waardoor het materiaal weer bros wordt en waardoor krimp en krimpscheuren ontstaan. Bij sommige polymeren treedt wel degelijk enige ordening van naburige ketens op. De kristallisatie strekt zich meestal slechts over zeer kleine gebiedjes uit (kristallieten) die door ongeordende gebieden zijn gescheiden. Fig. 18 toont een twee dimensionaal analogon. De kunstharsen danken hun uitgebreide toepassingsmogelijkheden aan de grote variatie in eigenschappen die door keuze van uitgangsstoffen en bereidingswijze kan worden bewerkstelligd, de mogelijkheid tot kleuren, de goede bestendigheid tegen vele chemicali~n (bv.zuren}. Nadelen zijn de (in vergelijking met andere bouwmaterialen} hoge prijs, de veelal geringe bestendigheid tegen· .V-straling en atmosferische invloeden, en de vooral bij thermoplasten geringe weerstand tegen kru1ip. Brandbaarheid kan door juiste keuze van uitgangsstoffen worden beperkt, maar dit gaat meestal ten koste van andere eigenschappen als bv. chemische bestendigheid. Kunstharsen worden niet slechts massief maar ook als schuim vervaardigd. Voor deze kunstharsschuimen geldt min of meer hetzelfde als voor poreuze baksteen (zie 3.5.) en lichtgewichtbeton (zie 8.4): zij hebben een zeer goede warmteisolatie (0,03 - 0,04 J.m- 1 .s- 1 .gr: 1 ) en een slecht':__luchtgeluidisolatie.(geringe massa).

-52-

"

Een verschil is de zeer goede contactgeluidisolatie van sommige kunstharsschuimen, gevolg van hun verend karakter. Een kunstharsschuim kan een behoorlijke weerstand tegen gas- en waterdampdiffusie vertonen, indien we met een gesloten schuimstruktuur te maken hebben (waarbij de pori~n onderling niet in verband staan; men noemt dit ook wel celstruktuur). 9.2. 9.2.1.

· Enige mechanische eigenschappen. Kruip. De relatief hoge kruipsnelheden van kunstharsen bij kamertemperatuur vormen een ernstige belemmering voor hun toepassing. Bij het onderzoek van mechanische eigenschappen wordt de belasting meestal zo snel verhoogd dat bezwijken binnen enkele minuten optreedt; deze methoden geven geen betrouwbare indruk van wat er bij langdurige belasting kan gebeuren. Bij kunstharsen is de vertraagde deformatie,.de kruip meestal een hoog percentage van de totale deformatie, in tegenstelling tot de meeste metalen, waarbij de direkte elastische deformatie bij kamertemperatuur 95 tot 99% van de totale deformatie is. Bij de z.g. elastomeren (bv.rubber) is de direkte deformatie meestal slechts een zeer klein percentage van de totale deformatie. Thermohardende stoffen vertonen veel betere kruipeigenschappen dan thermoplastische stoffen. Toch kan gesteld worden dat een zuivere kunststof doorgaans te weinig kruipweerstand heeft om onder langdurige belasting toegepast te worden. om de kruwpweerstand té verhogen, voegt men hulpstoffen toe. Fig.19 toont een typische krud..pcurve voor een thermohardende kunststof (phenol-forma~­ dekyde met koord als vulstof, bij 25°c en 50% r.v.,bij een belasting van 230 kgf.cm- 2 ). Bijgaande tabel vergelijkt de statische en kruip-eigenschappen van enige kunstharsen met die van aluminium en staal.

La.n9e duur

korte duur

E-modulus, Kgf .cm-2

Rek bij breuk

Treksterkte Kgf .cm-2

%

Celluloseacetaat met 26% weekmaker P MM A .il'nLV YIG:.TH'1l

•

~

~~~.

Belasting bij Totale rek breuk na na 1000 uur 1000 uur, % 141 Kgf .cm-2 van trekst. %

Kruip na 1000 UUl 141 Kgf .cm-·

.

%

~~~-

1,49.10 4

38

330

52

34,5

33,6

2,86.10 4

5

610

45

-

0,5

KE'it-\i:)C.RllLAPil.

0.10 4 7 .1 o 4 1.10 4 1.10 4 s.10 4 5.10 4

Phenolformaldeky-e,zuive Idem 50% k!toenkoord Idem 50% houtmeel Idem 50% gehakt canvas. Idem 60% asbest Idem 50% mica

6, 7, 8, 9, 10, 22,

Phenol-laminaat met katoenlagen

4 10, 2.10

Aluminium 35:...~ H Staal SAE 1020

1

1

i

1 0,7 0,7 0,7 0,4 0,3

626 422 429 429 400 380

23 43 44 43 53 43

0,28 0,34 0,27 0,27 0, 18 0,07

0,048 0, 1_53 0,093 0, 112 0,043 0,016

2

1160

67

--

--

72, 4 .1 o 4

16

1475

·--

0,0314

204.10 4

35

4570

--

0,0069

0,012 niet meetbaar

-54-.

9.2.2.

·Spanningsrelaxatie. Wordt een ductiel voorwerp (doorsnede D) gedeformeerd en achtereenvolgens op constante deformatie gehouden, dan kan men op elk ogenblik de totale deformatie splitsen in een elastisch en in een plastisch deel: E..tot. = E..plast.

+

E. elastisch.

Nu ~al ~plast.met de tijd toenemen t.g.v. kruip,bijgevolg neemt ~elastisch af zolang Etot•constant blijft.

f ,

Daar l.elastisch = neemt ook 0:1'.), de door het materiaal ondervonden kracht = de door het materiaal op het deformerende lichaam uitgeoefende kracht met de tijd af. Dit effekt vertonen vooral polytheen en teflon, polystyreen in mindere mate. Voorbeeld: Na 1000 uur neemt een spanning van 1 kgf.cm- 2 in polytheen af tot 0,52 kgf.cm- 2 , in teflon tot 0,33 kgf.cm-2 , in polystyreen tot 0,75 kgf.cm-2 •

9.2.3.

Vermoeidheidsverschijnselen.

Bij variärende belasting moet men bij kunstharsen rekening houden met aanzienlijke vermoeidheidseffekten, vooral bij thermoplastische kunstharsen. Zo daalt bij 'fE~PE)<... ·= polymethylmethacrylaat de buigtreksterkte na 1O 7 cycli tot 19% van zijn waarde. Bij thermohardende kunstharsen ligt dit iets gunstiger. Voorbeeld: phenol-formaldehyde heeft na 10 8 cycli nog 35% van zijn buigtreksterkte. Ter vergelijking diene, dat aluminium na s.10 8 cycli 25% van zijn buigtreksterkte heeft, warmgewalst staal (0,18%C) na 10 7 cycli 46%.

-ss-

9.3.

Enig'e soorten.

9.3.1.

Thermoplastische kunststoffen.

9.3.1.1.

Polytheen, polyethyleen, ..._ [ CH 2} ; Afkorting: PE. Is bij kamertemperatuur gedeeltelijk gekristalliseerd, bijgevolg melkachtig (lichtbreking bij kristalliet-grenzen);wordt bij verwarmen helder. Brand als kaarsvet met een rustige blauwe vlam,waarbij het sterk afdruipt. Stoot water af (voelt"vettig"aan), is bijgevolg niet te bedrukken,echter goed bestand tegen zuren, zouten en basen. De glastemperatuur ligt bij ong. -50%, zodat het materiaal bij kamertemperatuur buigzaam is; het is slecht bestand tegen krassen en gevoelig voor kerfwerking. Slecht bestand tegen UV-straling, is hier echter door keuze van een geschikte vulstof (roetzwart) tegen te beschermen. Naar mate de kristallisatie meer uitgesproken wordt, wordt het materiaal stugger.Door verschil in bereidingswijze kan men de ketens al dan niet vertakt doen zijn1 het niet-vertakte PE is soortelijk zwaarder, heeft een hogere E-modulus en een hogere glastemperatuur, is minder permeabel t.o.v. vocht. Toepassingen:buizen (tijdelijke drinkwaterleidingen) , folie (ter afdichting bv. van pas gestort beton). H

9.3.1.2.

-[cH2 -~-]

Polyviny lchlor idel

cl n Afkorting:PVC. In zuivere toestand ivoorkleurig;kleur verandert niet bij verhitting. Ontleedt in het vuur wel onder vuurverschijnselen en HCl-afgifte,maar onderhoudt het vuur niet.Is wel te bevochtigen met water of verf (polaire groepen), dus te bedrukken. De glastemperatuur ligt bij ong.+6o 0 c, PVC is dus bij kamertemperatuur hard mits vrij van weekmakers (hard PVC)7 is bij 130°c goed vervormbaar.Men kan het materiaal soepeler maken door het toevoegen van weekmakers,of door . het inbouwen van vinylacetaatgroepen

-['~"' -?-3" .o -

GO - C.14)

in de ketens ("inwendige weekmakers").

-56-

Hard PVC is bestand tegen de meeste zuren,basen, vetten en rookgassen, echter niet tegen organische oplosmiddelen, ook niet tegen UV-straling. De mechanische eigenschappen zijn gevoelig voor kerfwerking. De thermische uitzetting is vrij groot(8.10- 5 gr- 1 }. Toepassingen: buizen(elektrische installaties, drinken afvalwaterleidingen, gasleidingen), als folie (tijdelijke afsluiting; van geplastificeerd PVC), als platen (bekle.ding van kozijnstijlen, vloerbedekking), en als schuim. Het schuim kan door het toevoegen van weekmakers soepel worden gemaakt; kan daardoor echter brandbaar en chemisch aantastbaar worden, bv. door kalk.

•

9.3.1.3. /~

/.Polystyreen, /

bewegingsAfkorting:PS. hlA.~\.~lnogelij kheden door de grote benzeenkernen: Glastemperatuur ongeveer + 70°c, is dus bij kamertemperatuur bros (scherpe punten bij breuk). Door middel van inbouwen van andere groepen in de ketens kan men een taaier "slagvast" polystyreen maken. Is in zuivere toestand brandbaar; bestand tegen de meeste huishoudelijke chemicaliën. Vergeelt in zonlicht. Toepassing: wandtegels, en als schuim voor thermische isolaties. ,

·

r

{cH -t-CH1 J 3

9.3.1.4.

Polymethylmethacrylaat,

.

2

~

C:o

1

OCH3 Afkorting: PMMA; "perspex" of "plexiglas"" Doorzichtig1 bestand tegen olie,vetten,alkali en zuren, en tegen zonlicht. Goede resistentie tegen atmosferische invloeden. Echter weinig krasvast. Toepassingen: golfplaten en vlakke platen(dakbedekking), lichtkoepels.

-57-

9.3.2. 9.3.2.1.

· Thermohardende kunststoffen. Onverzadigde polyesters,

?. HH ?. - [ 0-C-(CH ) -C=C-(CH ) -C-0-(CH ) 2 n 2 m 2 p

J

x

Afkorting: UP. Doorzichtig, goed brandbaar (onder vorming van zwarte róet), vergelen in zonlicht. Beide eigenschappen zijn tegen te ·gaan door chlorering. Sterk, goed bestand tegen chemicaliên. Toepassing: meestal gewapend met glasvezels, metaalgaas of nylonweefsel. In dakgoten, koepels, rioolbuizen. Phenol~formalde)ayde,

Afkorting:PF; "bakeliet". Donkerbruin,doorzichtig. Niet brandbaar,bestandig tegen relatief hoge temperatuurLbruikbaar tot 12s 0 c)en tegen chemicali~n; goed vormhoudend. Als vulstoffen worden houtmeel,mineralen,asbest,roet,

glasvezels e.d. gebruikt. 4~~~····~~~ Toepassing: contactdozen, w.c.-brillen, kas,tjes, deurknoppen. Formica is een merknaam voor lam~a~en van PF (of aminoharsen). Een andere merknaam hiervoor is Resopal. Een laminaat is een materiaal opgebouwd uit betrekkelijk dunne lagen (met hout als grondstof bv.multiplex). 9.3.2.3.

Aminoharsen. Onder deze naam vat men ureum-formaldehydehars(afkorting UF) en melamine-formaldebydehars(afkorting:MF) alsook . . combinaties van beide samen. Formules: 'qt" \ Wit

resp.

'

...:c...-N~

'i

tJ~ ~c..-N -<~'c..::.~ /

1 tJH 1 c1 lt"

Deze kunstharsen zijn kleurloos,doorzichtig en niet brandbaar. Bestendigheid tegen water en hoge tempera-

-sa-

tuur iets geringer dan die van PF:bruikbaar tot 100°c. De eigenschappen van MF zijn iets beter dan die van UF, MF is echter duurder. Goed bestendig tegen krassen. Toepassing: deurknoppen, WC-brillen,kastjes. Isolatiemateriaal {voornamelijk als schuim,meestal in situ gevormd,bv. in een spouw). H

9.3.2.4.

CH3

0

· Epoxyhars,

rl:.CH 2 -C-CH 2 -o-4'.'--~ --b~o-J~ 1- -"'v::r H

.

CH 3

n

..

Afkorting:E.P.Voorbeeld:Araldit. Goed bestendig tegen chemicaliën en oplosmiddelen, slagvast. Een groot voordeel is, dat epoxy.harsen bij kamertemperatuur kunnen polymeriseren;dit eist echter het mengen van twee componenten, t.w. CH 2 -cH-cH 2c1 .cH 'o/ 3 en ao-Q-c -Q-oa"

'

CH 3 die duur en toxisch zijn. Toepassing: afwerking van vloeroppervlakken; bekleding van pijpen en electrische leidingen; kitmiddel voor beton, keramiek e.d. 0

Polyurethaan,

.{

0

H H 11 o-c-N-(CH2>n-N~C-O-(CH2>m n

J-. x

Polyurethaanharsen kunnen zeer uiteenlopen in eigenschappen, al naar de gebruikte uitgangsstoffen o=c=N-R-N=C=O en HO-R'-oH. Als schuim hebben zij uitstekende thermisch isolerende eigenschappen;dit schuim kan in situ {bv.een spouw)gevormd worden en heèht dan uitstekend op de muren. Het schuim is behoorlijk slagvast en heeft een hoge treksterkte, is echter duur en niet geschikt voor toepassing bij hogere temperaturen. Behalve als schuim worden polyurethaanharsen nog als bekleding van vloeren, deuren etc. gebruikt;de harsen zijn goed bestendig tegen krassen, echter niet bijzonder tegen atmosferische invloed.

-59-

Rubber. Formule:

C.ti 3

J

'/

· 'c-c·H

{

CH/ -

2

"-._CH-

2

n

. Is van huis uit plastisch ("ruwe rubber"), gaat door het vulcaniseren (d.i.verhitten met S) in een elastische toestand over. Wordt in de regel gevulcaniseerd gebruikt, en sterk verdund (tot 75%) met vulstoffen, vnl.roet. Is niet erg duurzaam:wordt geoxydeerd, vooral onder invloed van warmte en straling~ Toepassing: isolatie tegen contactgeluid, vloerbedekking. "Buna" ("kunstrubber") is de naam voor een polymerisaat van. een verwante verbinding, nl.het butadieen. Het is wat beter bestendig tegen verouderen dan natuur-

-60-

10 ' .. f

Bitumina.

1p.1.

Algemene karakterisering en indeling. Onder de naam bitumina in de meest ruime zin vat men · mengsels van koolwaterstoffen samen, die van natuurlijke herkomst kunnen zijn, maar ook ontstaan kunnen zijn bij z.g. pyrogene processen (bv. het verhitten van hout of steenkool buiten toetreden van lucht) • . Zij. kunnen nog gasvormig zijn(bv.aardgas), dunvloeibaar (petroleum), dikvloeibaar of vast (aardpek). Als enige eis wordt gesteld, dat zij oplosbaar zijn in cs 2 • In de omgangstaal denkt men vooral aan de dikvloeibare of vaste proclukten, die karakteristieke eigenschappen als bindmiddel hebben. Zijn deze bereid uit natuurlijke koolwaterstoffen (aardolie), dan spreekt men van "asfaltbittimen"; zij kunnen echter ook gemaakt zijn uitgaande van hout, turf of steenkool, in dit geval spreekt men van "teer". Onder upek 11 verstaat men het residu, dat achterblijft na destillatie van teer. "Asfalt" is een mengsel van asfaltbitumen met een neutrale toeslag,dus eigenlijk een soort beton met asfaltbitumen i.p.v.cement en water als bindmiddel. Teer en asfaltbitumen verschillen in chemische opbouw: teer is een mengsel van hogere aromatische koolwaterstoffen, asfaltbitumen. een mengsel van hogere aliphatische koolwaterstoffen. Ten gevolge van dit verschil in samenstelling is teer :1.n sterker mate bacteriedodend da.·n asfalt. Asfaltbitumen en teer zijn van elkaar te onderscheiden door het gedrag bij verhitting: brengt men een stukte bitumen tot .ontbranding en blaast men de vlam uit, dan wijst een gele, scherp riekende damp op de aanwezigheid van teer.

-61-

10.2.

Eigenséhappen.

10.2.1.

Mechanisch gedrag. Bij bitumina hebben wij te maken met z.g. visco-elas..:. tische stoffen. De meest opvallende bijzonderheid hierbij is de tijdafhankelijkheid van het gedrag: bij korte belasting gedraagt de stof zich elastisch, bij langdurige belasting niet :.de stof kan gedeformeerd, bv. gebogen worden mits'dit maar heel langzaam geschiedt. Tegenover een te snel optredende deformerende kracht gedraagt het materiaal zich bros. Het mechanische gedrag is verder sterk temperatuurafhankelijk. Voor h.et karakteriseren van de mechanische eigenschappen van bitumina gebruikt men o.a.: a. Het indringingsgetal, of penetratie, d.i. het aantal tiende mm dat een naald {sz$ 1 mm) onder een gewicht van 100 g gedurende·s sec. bij 2s 0 c in het materiaal dringt. Als opgegeven wordt: 40/50, dan betekent dit: de penetratie ligt ergens tussen 40 en 50.

b. Het verwekingspunt, d.i. de temperatuur waarbij een kogeltje door een bitumenlaag zakt (zie fig.20). Hierbij bevindt het bitumen zich voor de warmteoverdracht in een vloeistof. Bij de temperatuur heeft bitumen een penetratie van ong. 800. Bij nog hogere temperatuur gaat bitumen in sterke mate vloeien; bij het gebruik mag bitumen dus niet aan temperaturen boven het verwekingspunt worden blootgesteld. c. De viscositeit, uit de stroomsnelheid· door een gegeven buis onder een gegeven drukgradi~nt. Bitumen hecht uitstekend op alle mogelijke materialen , mits goed contact met de ondergrond kan worden verkregen. In dit verband zijn bv. de pori~n in een ruw betonoppervlak funest1 het bitumen kan door zijn stijve consistentie daar .niet binnendri~gen, er blijven luchtbellen achter.

-62-

Om dit te voorkomen brengt men als eerste laag vaak een dunner vloeibaar bitumen aan (bv. opgelost in een vluchtig oplosmiddel). Voorts hecht bitumen niet op een vochtig of stoffig oppervlak. Het gevaar van vocht kan men omzeilen door een emulsie van bitumen in water te gebruiken. 10.2.2.

Chemische eigenschappen. ·Bitumen is chemisch zeer bestendig; het wordt echter zij het langzaam - aangetast door zuurstof. Ten gevolge van deze reaktie wordt bitumen in de lucht op de lange duur bros, het verliest dan zijn glans en krijgt scheuren. Voorts lost bitumen op in bepaalde organische oplosmiddelen (benzine, tetra, tolueen). Verwering door zuurstof is vooral onder invloed van straling van belang. Bij dakbedekkingen beschermt men bitumen hiertegen door afdekking met leislag of·grind; bij bitumineuze verf gebruikt men hiervoor aluminiumpoeder. De reaktie met zuurstof wordt met opzet toegepast bij het z.g. "blazen" van bitumen. Hierbij leidt men bij 250-300°c lucht.door bitumen; de stof wordt gedeeltelijk geoxydeerd, waardoor een verdergaande polymerisatie (verharsing) optreedt. Door deze bewerking wordt bitumen meer elastisch en minder temperatuurgevoelig, doordat vnl.relatief kleine moleculen door verharsing verdwijnen, en deze veroorzaken juist de afwijking van het elastische gedrag (zij verplaatsen zich relatief makkelijk).

10.3.

Soorten en toepassingen. Zuiver bitumen. Zuiver bitumen kan in gesmolten, opgeloste of geemulgeerde :) vorm worden toegepast.Bij de opgeloste vormen (bij asfaltbitumen:vloeibitumen resp.bitumenlak; bij teer:wegenteer resp. teerlak, al naar de vloeibaarheid) worden als oplosmiddelen uiteraard organische stoffen gebruikt.Het hard worden van het bitu-

•> .zie

noot pag.63.

-63-

men berust bij gesmolten bitumen op stollen,bij opgelost bitumen op verdainpen van het oplosmiddel, bij emulsies op verdainpen of wegzuigen van het emulsiemedium (water) of op een "breken" van de emulsie (d.i. onwerkzaam maken van de emulgator). Met een bitumenemulsie kunnen ook vochtige deeltjes met bitumen worden bedekt. Zowel opgelost als geemulgeerd bitumen vormen echter geen volledig porievrije laag. Gesmolten bitumen wordt gebruikt voor bescherming van ijzer, staal en beton tegen corrosie. Voor een goede hechting moe,t de ondergrond droog zijn. Bepaalde fracties van teer, t.w. carbolineum en creosootolie,worden toegepast voor het conserveren van hout. Carbolineum kan zowel door opstrijken als door onderdompelen op het hout worden gebracht, creosootolie alleen door onderdompelen daar het nog kristallijne bestanddelen bevat. Oplossingen en emulsies van bitumen worden in de bouw voornainelijk in verf en als ondergrond voor gesmolten bitumen ("voorstrijklaag") gebruikt. Onder een 11 emulsien verstaat men een fijne verdeling van een vloeistof in een andere vloeistof .Bij asfaltbitumen-emulsie bevinden zich bv.kleine druppels (1-5/""} asfaltbitumen in water.Normaal gesproken zoudt"' de kleine druppels zich aaneenvoegen ("uitvlokken")en bezinken.om dit te voorkomen worden de druppels,"gestabiliseerd" door een emulgator,meestal zeep.

-64-

10.3.2.

· Bitumen met minerale toeslag. Toepassingen: a. Bitumineuze verf: vloeibitumen als bindmiddel b. Mortel voor gietijzeren of hardgebakken tegels in .agressief milieu, en als "asfaltvloer" (fabriekshallen, ondergrond voor linoleum e.d.) c. Asfalttegels voor bedrijfsvloeren.

10.3.3.

Bitumen met wapening. De wapening zorgt voor de sterkte, het bitumen voor de afdichting. Als wapening kan men vilt gebruiken, al dan niet in combinatie met minerale toeslag (zand,leislag) aan één zijde, maar ook jute, of een weefsel van glasdraden. Organische wapeningsvezels willen wel eens rotten; dit is bij teerprodukten niet zo sterk uitgesproken. Om vocht helemaa_l uit te sluiten, kan men het geheel nog afdekken met een metaallaag. Als wapening kunnen ook kunstharsen dienen. Men kan bv. een polyurethaanschuim met bitumen impregneren ("compriband") waarmee voegen kunnen worden dichtgemaakt.

10.4.

Enige 12rijzen. Asfaltbitumen hard: ongeblazen: geblazen:

f 246,-- per 1000 kg. Il f 230,-- Il " Il n f 246,-- n

-65-

11 • 11 .1 •

-

· Hout. Algemene karakterisering. Bij hout treffen we een grotere variatie in eigenschappen aan dan bij andere materialen; wij hebben hier met een produkt van biologische organismen te maken. 'In de levende plant heeft het materiaal, dat later als "hout" wordt gebruikt, verschillende functies; a. Transport van oplossingen in verticale richting (door de wortels opgenomen stoffen naar boven, door de bladeren gefabriceerde stoffen naar beneden). b. Transport van oplossingen in horizontale richting. c. Steun. Het hangt nu van het type boom af, hoe deze functies verdeeld zijn over de onderdelen van een stam. Het in Nederland toegepaste hout is doorgaans afkomstig van gymnospermen (naaldhout), of, voor zover het afkomstig is van angiospermen, van d±kotyle planten. Bij deze planten wordt de secundaire diktegroei verzorgd door een laag cellen (cambium) die min of meer cylindervormig onder de schors gerangschikt is. Deze cellen vormen, als de plant sterk groeit en de stam een relatief grote hoeveelheid vocht moet vervoeren, dunwandige cellen met grote openingen. Vindt minder groei plaats, dan worden cellen met een dikkere wand en nauwere opening gevormd. In streken met een gematigd klimaat vindt sterke groei in het voorjaar plaats; men noemt het dan gevormde hout "vroeghout", dit is poreuzer dan het in de zomer gevormde 11 laathout 11 • In najaar en winter stagneert de groei praktisch geheel. Door de afwisseling van vroeg-en laathout ontstaan'de jaarringen. Bij vele bomen begint na 10-20 jaren het binnenste deel van de stam te "verkernen": de nog levende cellen sterven af, het hout wordt zwaarder en vaster, de va€en raken soms verstopt door harsachtige stoffen of gom e.d.Het kernhout is meestal donkerder dan het nog levende "spinthout". Bepaalde soorten (berk,haagbeuk, els, esdoorn) vormen geen kern; men spreekt dan van ~

...

-66-

"spinthoutbomen". Spinthout is rijker aan water en zetmeel, en bijgevolg minder duurzaam dan kernhout; kernhout is anderzijds moeilijker te impregneren met verduurzamingsmiddelen. De struktuur van naaldhout kan a.v. worden beschreven: In de richting der longitudinale as van de stam liggen langwerpige cellen,"tracheiden" geheten. Zij zijn niet cylindrisch maar prismatisch. De laathoutcellen zijn sterker afgeplat en hebben ook een dikkere wand dan de vroeghoutcellen. De tracheiden lopen aan onder- en bovenkant spits toe; zij staan via dunne plekken in de wand (hofstippels) in verbinding met onder en boven hen gelegen tracheiden. Deze. cellen zorgen voor vertikaal transport en stevigheid; af en toe is ruimte ertussen uitgespaard zodat lange buizen in de lengterichting van de stam overblijven die gevuld zijn met hars (harskanalen). Het horizontale transport wordt verzorgd door het z.g. straalparenchym, cellen die horizontaal loodrecht op de jaarringen lopen en in smalle bandjes (dikte êên cellaag) gerangschikt zijn (houtcellen). Uiteraard is er hier en daar contact tussen verticaal en horizontaal gerichte cellen. Loofhout is iets anders gebouwd. De dubbele functie der tracheiden bij naaldbomen is hier verdeeld over twee soorten cellen: "houtvezels" zorgen voor de sterkte, "houtvaten" voor het transport. Houtvezels hebben i.h.a. geringere afmetingen dan naaldhouttracheiden (zowel in de lengte als in de breedte), zij hebben een dikkere wand. Houtvaten bestaan uit cellen die veel breder en korter zijn dan houtvezels; dergelijke cellen zijn in rijen onder en boven elkaar gerangschikt, hun onderlinge scheidingswand is geheel of gedéeltelijk verdwenen. Deze houtvaten kan men bij veel houtsoorten zelfs met het blote oog zien, in een kopse doorsnede als gaatjes, op tangentiäle of radiale doorsneden als groefjes. voor 1het horizontale transport van oplossingen .zorgen ook bij loofhout parenchymcellen die horizontaal loodrecht;;.. op de jaarringen lopen; bij loofhout

-67-

· bevatten deze houtstralen echter meer cellen en zijn breder dan bij naaldhout. Zij zijn vooral duidelijk te herkennen bij beukenhout (stipjes) en bij eikenhout ("spiegels" op het radiale vlak). Bij een aantal loofhoutsoorten zijn de vaten in vroeghout aanmerkelijk wijder dan in laathout. In dat geval spreekt men van "kringporigheid" (eik, es 1 iep, robinia, teak)1 andere soorten zijn "verspreidporig" (esdoorn, bèuk, berk, populier):-hier is weinig of geen verschil in aantal en afmetingen der vaten tussen vroeg- of laathout. Men kan voor de eigenschappen van het hout belangrijkste cellen - de trachelden bij naaldbomen, de houtvezels bij loofbomen - opvatten als vierkante "buizen" met afgeronde hoeken. De wanden der buizen zijn dan opgebouwd uit verschillende lagen. Tussen de buizen bevindt zich de z.g. middenlamel, en iedere buiswand is te verdelen in een primaire en secundaire wand. Het belangrijkste deel hiervan (zowel qua volume als qua invloed op de eigenschappen) is het middengedeelte der secundaire wand. Chemisch onderscheidt' men verschillende stoffen: a. Cellulose: een lineair polycondensaat van suikers:

rt::/0~0 }

~

C.'41,0\.f

k.

Is het moleculair gewicht niet erg hoog (polymerisatiegraad ~ 150) .1 dan spreekt men van hemicellulose. Bij hemicellulose is ook de samenstelling der suikermoleculen iets anders dan bij cellulose. b. Lignin.e: een macromoleculaire aromatische stof. De struktuur is niet volledig bekend. Bij afbraak ontstaan overwegend stof fen gekarakteriseerd door een phenylpropaanskelet, b.v.:

Lt-4 ~44 OS'1-o-?--e k~c..1(-cK,,.ol{ o'~

-68-

Het voór de eigenschappen belangrijkste deel der cellen, het middendeel der secundaire wand, bevat cellulosemoleculen die aan elkaar evenwijdig gerangschikt zijl1 in de secundaire wand, en tot "fibrillen" verenigd zijn. Deze fibrillen liggen meestal spiraalsgewijs in de richting der lengteas van de cel; in de primaire wand vindt men meestal netvormige rangschikking der fibrillen. Men neemt aan, dat lign~e als kit.middel ·tussen de cellu],osefibrillen zit en aldus aan het celluloseskelet (dat vnl.treksterkte verzorgt) druk-en buigtreksterkte verleent.· Of er directe chemische bindingen tussen cellulose en lignine bestaan, is niet bekend, wel waarschijnlijk: lignine en cellulose zijn slechts te scheiden onder zodanige condities, dat afbraak van de lignine gevreesd moet worden. Op grond van de bouw van een stam is het duidelijk,dat men in hout drie richting~n moet onderscheiden: axiale, tangenti~le en radiale richting. Qua sterkte verschillen tangentiäle en radiale richting niet erg veel, daarom is het in de praktijk gebruikelijk om de sterkte slechts te beschouwen hetzij 11 de vezel (d.i. bij belasting in de richting der lengteas) hetzij f;!-ae veze1j (d.i. bij belasting. in radiale of tangenti~le richting). Ten gevolge der richtingafhankelijkheid der eigenschappen is het bij het toepassen van een stuk hout van belang, hoe de jaarringen erin verlopen. Men onderscheidt: a. Oosse gezaagde planken (fig.21) b. Kwartiers- of riftgezaagde planken (fig.22) "Besloten hart" (fig.23) levert kans op scheuren. "Vierkant bezaagd hout" (fig.24) bevat nog schuine kanten ("wan"), "meskant bezaagd of gekantrecht hout" (fig.25) niet meer.

f"·

1

-69-

~~~ ~2.~(~cË 11.2. 11.2.1"

· Eigenschappen van hout. Vol~ewicht =~nbaar

. '

~

\7l>-l)\.

~ ,~ ~""'

~.\.:.._J,

\ÇÇ

soortelijk gewicht,

t"V\ ,iroeJ'

HetVë>ümegewic~

sterk variabel, ook binnen êên soort.Kennis ervan is belangrijk voor het schatten van het gewicht van een blok van het materiaal, en is een der beste aanwijzigingen voor de sterkte (zwaar hout is sterker dan licht hout), en voor het isolerende. vermogen t.o.v. geluid en warmte.Als indicatie voor de sterkte moet het volumegewicht beschouwd worden in verband met andere factoren (aanwezigheid knoesten, reactiehout e.d.). 11.2.2.

Vochtgehalte. Het vochtgehalte betrekken wij op het z.g. drooggewicht van hout, d.i. het gewicht dat een stuk hout bij 103°c in een geventileerde oven verkrijgt. Spinthout bevat meer vocht dan kernhout. Het blijkt zinvol te zijn, het in hout aanwezige water te verdelen· intvrtj water'"iJ~Cook wel capillair water of occlusiewater genoemd) en "gebonden water" (of imbibi tiewater). Het vrije water vult de celholten, het gebonden water bevindt zich in de celwanden. In een levende boom komen beide soorten water voor. Als een stuk hout, afkomstig van een pas gekapte boom, in niet met waterdamp verzadigde lucht komt,verdampt eerst het vrije water. Als dit net .verdwenen is, dan is het [i~-: j>~bitiemë:!-~imum'~ of "vezel verzadigingspunt" bereikt (dit ligt i.h.a. bij 25-30% vochtgehalte). Bij verder drogen verdwijnt ook het imbibitiewater. Verlies van vrij water gaat niet met krimp van betekenis gepaard, verlies van imbibitiewater daarentegen wel. Het vochtgehalte van een stuk hout, dat in aanraking is met lucht van bepaalde relatieve vochtigheid, wórdt bepaald door de hygroscopiciteit van de stoffen waaruit het hout is opgebouwd. Men krijgt daarom de beste vergelijking voor het gedrag van verschillende houtsoorten door niet de eigenschappen (bv.sterkte) bij een

-

·-70-

"

·bepaald vochtgehalte van het hout (bv.12%} te onder. zoeken, maar bij hout dat in evenwicht is met 1 lucht van bepaald vochtgehalte (bv. 60 of 90%). Vochtverlies maakt in het algemeen hout sterker, zolang het niet ten gevolge van inwendige spanningen breekt: cellulose is sterker in droge dan in natte toestand, en naburige cellen verschuiven niet zo gemakkelijk t.o.v. elkaar als de middenlamel droog is. ·verhoging van het vochtgehalte met 1% verlaagt gemiddeld de buigsterkte met 4%, de elasticiteitsmodulus met 2%, de. druksterkte bij belasting Il: de as met 6%. "Luchtdroog" hout bevat 11-15% vocht na een lange tijd van droogte, en 14-21% na een lange vochtige tijd. 1'1. 2. 3.

Krimpen, zwellen, werken. Volumeveranderingen treden doorgaans op bij verlies of opname van imbibitiewater. Bij benadering mag tussen 8. en 20% vocht gesteld worden, dat de volumeveranderingen evenredig zijn met de veranderingen in vochtgehalte. Bij zeer nat of zeer droog hout blij(t deze evenredigheid echter niet meer gehandhaafd.Men kan een schatting van het vezelverzadigingspunt krijgen door deze benadering toch gehandhaafd te denken: nl. uit de totale krimp van nat tot bv. 12%, ·en uit de krimp per % vochtverlies. "Werken" van hout noemt men het krimpen en zwellen van luchtdroog hout als gevolg van veranderingen in rela-· tieve vochtigheid van de lucht. Krimpen en zwellen zijn in tangentiële richting doorgaans groter dan in radiale richting; in axiale richting zijn zij meE?stal verwaarloosbaar. Het imbibitiewater bevindt zich nl. tussen de - min of meer in de lengterichting der vezels gerangschikte - celluloseketens1 treedt dit uit, dan krimpen de cellen voornamelijk in de richting loodrecht op hun as. Verschil in "werken" tussen verschillende houtsoorten wordt zowel door verschil in evenwichtsvochtgehalte bij verschill..ende relatieve vochtigheid van de lucht

. -71-

.veroorzaakt alsook door verschil in snelheid van opnemen resp. afstaan van vocht. Men kan een indruk over het te verwachten werken van hout krijgen uit gegevens over de krimp per % vochtverlies in radiale en tangentiële 'richting, en uit het evenwichts-vochtgehalte behorende bij de onder gebruiksomstandigheden te verwachten relatieve vochtigheid. Door het werken treden vormveranderingen op, die af· hankelijk zijn van het verloop der jaarringen in een bepaald stuk hout (fig.25). Men ziet dat "kwartiers" gezaagde planken het minst werken, "dosse" gezaagde planken het meest. Wil men werken van hout na inbouw vermijden, dan dient men het vochtgehalte van het hout van te voren aan te passen aan de te verwachten gebruiksomstandigheden. Hout voor waterbouwkundige doeleinden, dat bij gebruik nat blijft, hoeft niet verder dan "winddroog" (21-29%) gedroogd te worden. Bouw- en constructiehout voor open constructies onder dak dienen tot "luchtdroog" gedroogd te worden (15-21% voor naaldhout). Vurehout voor vloeren , trappen etc. in niet-verwarmde ruimten moet tot ! 15% gedroogd worden, terwijl nog sterker drogen (10 15% vocht, "door en door luchtdroog" of "belegen" hout) aanbevolen wordt voor gebruik in centraal verwarmde ruimten. Voor timmerwerk in zeer droge ruimten gebruike .. men "kamerdroog" hout ( ~ 9% vocht). Hout wordt geleverd in afmetingen, berekend op een vochtgehalte van 21%. Wijkt het vochtgehalte af, dan moet men ook met wijzigingen in de afmetingen rekening houden. Nat hout :;:>30% vocht) moet bv. een overmaat van 1% hebben. Een vochtgehalte van 25% wordt geschikt geacht voor impregneren van het hout onder druk (zie 11.4.3.), een vochtgehalte van 20-22% wordt als grens beschouwd waaronder de meeste schimmels hout niet meer aantasten ( zie 11 • 4 • 2 • 1 • ) • Het vochtgehalte kan (tot ! 25%) globaal bepaald worden uit het electrische geleidingsvermogen. De meetme-

. -72-

· thode dient echter per houtsoort geijkt te worden,.en gecorrigeerd te worden voor temperatuurfluctuaties (zie NEN 3180 deel 7). 11.2.4.

Isolerende eigenschappen.

11.2.4.1.

T.o.v.warmte. De warmtegeleidingscolff icilnt neemt toe met afnemende . por9sitei.t· {immers, de lucht in de poriln ge!êidt de warmte slecht) en toenemend vochtgehalte (het opgenomen water neemt ook deel aan de warmtegeleiding). In droge toestand is de gemiddelde warmtègeleidingscoäf ficilnt van naaldhout 0,14 J.m- 1 .s- 1 .gr- 1 , van loofhout 0,17 J.m-1 .s -1 .gr -1 • In axiale richting is de warmtegeleiding 2 ä 3x zo groot als in tangentille of radiale richting.

11.2.4.2.

T.o.v. 9eluid. De isolerende eigenschappen van hout t.o.v. luchtgeluid zijn - door de relatief geringe massa van een houten wand - gering. Voorbeeld: een triplex wand van O,S cm. dikte {3 kg.m~ 2 ) heeft een luchtgeluidisolatie van ong. 12 dB.

11.2.s.

Chemische eigenschappen. Onder de invloed van de atmosfeer wordt hout grijs: lignine wordt geoxydeerd en uitgeloogd. Dit levert echter alleen estetische bezwaren op. Tegen water is hout zelf (cellulose + lignine} uitstekend bestendig. Wel kan vers hout in water oplosbare bestanddelen bevatten (kleurstoffen, looistoffen e.d.}. Men kiest als materiaal voor bv. houten drinkbakken en waskuipen houtsoorten met weinig oplosbare bestanddelen, die reeds na kort gebruik uit het hout verdwenen zijn. Hout is tegenover de meeste chemicaliln (ook bv. verdund fel HF, organische zuren) bestendig; geconcentreer~ de zuren en basen (kalkhoudende mortel) tasten echter op

-

-73-

·de duur hout aan,met name loofhout. Ook oververhitte stoom tast hout aan. Zeer bestendig t.g.o.zuren is bv. teakhout. Sommige houtsoorten bevatten zuren, die metalen kunnen aantasten. Ijzer roest in vochtig hout; eikenhout corrodeert in vochtige toestand ook lood. Dit wordt toegeschreven aan het gehalte aan looizuren. Bij het stomen van beukenhout ontstaat vrij azijnzuur, dat metalen · kan· corroderen. 11.2.6.

Mechanische eigenschappen. Ten gevolge van de grote variabiliteit beschouwt men als toelaatbare spanning meestal slechts een spanning, die ongeveer 10% is van de sterkte, bepaald aan kleine monsters. De toelaatbare spanningen voor de meeste houtsoorten zijn (zie N 1055): e,4s.p.

~F

,~·'

Dennen } 1 o " / , 1 o V,P Vuren Eur.grenen u,J . \. 100 "i~.c.,:; Am.grenen 1·o0 ·-~1·°"' 1 ~ .1 1-0 c~~.&...· 10 ó . Ql .c..... Eur.eiken 2

&.~.(\ ...

3.o

• 't

V.i,.c . . . 1

30 ;>D

><~·'"" ~

.1

_,

.c....

9 10

.'~·~ ~ .e.i.....'l

Voor hout dat afwisselend aan de invloed van water en lucht is blootgesteld en niet door impregnering e.d. is beschermd, moeten de opgegeven toelaatbare spanningen met 2/3 worden vermenigvuldigd(gevaar voor rotting). Indien ontwerp en uitvoering bijzondere,waarborgen geven voor een duurzame constructie, mogen de toelaatbare spanningen met 3/2 worden vermenigvuldigd indien bovendien: a. gelet wordt op bijzondere sortering en kwaliteit, b. het vochtgehalte niet hoger is dan volgens klasse II van NEN 3180 (kwaliteitseisen voor hout voor bouwkundige en waterbouwkundige doeleinden, afgekort KVH); dit betekent dat het hout minstens "door en door luchtdroog" moet zijn (vochtgehalte 9-15%:, mede afhankelijk van de houtsoort).

-

·-74-

op redelijke gronden mag worden verwacht, dat het vochtgehalte in het werk niet belangrijk zal stijgen. Voor houten staven van grote slankheid (lengte/minimale traagheidsstraat)10) is de toelaatbare drukspanning lager (knikgevaar). Voor bijzonderheden zie N1055. Hout vertoont de grootste druk-en treksterkte in de richting der houtvezels. Fig.26 toont de sterkte van een stuk hout als.functie van de helling der vezels t.o.v. de richting der belasting ("het draadverloop") (a}, alsook de lijn die men aan berekeningen ten grondslag legt (b) volgens Engelse gewoonte. Bij kleine afwijkingen van de vezelrichting wordt de achteruitgang in sterkte verwaarloosd. Als een stuk hout onregelmatig verloop der vezels (z.g. warrige groei) vertoont, kan de sterkte er van zo sterk dalen dat het hout onbruikbaar wordt. Ook knoesten beinvloeden de sterkte in ong.unstige zin, voornamelijk doordat de vezels in hun nabijheid afgebogen zijn van de normale richting. Een algemene reductiefactor voor de sterkte is niet te geven. Soms zijn houtvezels of tracheiden door barstjes in longitudinale richting van elkaar gescheiden. Zijn deze barstjes tijdens de groei ontstaan, dan volgen zij de jaarringen; zij kunnen echter ook door te snel drogen ontstaan, en volgen dan meestal de richting derhoutstralen. Dergelijke barstjes hebben in het algemeen een geringe invloed op trek-en druksterkte, tenzij het te snel drogen te lang wordt voortgezet. Dan wordt vooral de schuifsterkte nadelig beinvloed. Hout wordt i.h.a. sterker-naar mate de temperatuur daalt. Bij daling ander het vriespunt kunnen echter door de kristallisatie van ijs de celwanden beschadigd worden, vooral in vochtig hout. De invloed van cyclische belastingen (vermoeidheid) is slechts qua grootte-orde bekend:de buigsterkte verminderd tot ong.50% van de statische waarde na 2.10 6 . 7 cycli, tot 25 á 30% na 5.10 cycli. ~.

-75-

Dit geldt zowel voor loof- als voor naaldhout. Vocht verlaagt de weerstand tegen vermoeidheid. Evenmin is de kruip van hout al voldoende onderzocht. In elk geval is kruip bij groen hout belangrijker dan bij luchtdroog heut (Vgl.de invloed van het vochtgehalte op de sterkte). Een voorspanning daalt in de loop van een jaar tot ongeveer 80% van zijn waarde; fig. 27 geeft een indruk van de sterkte van een stuk hout als functie van de belastingstijd. 11 • 3.

Gebreken van hout.

11.3.1.

Reactiehout. Reactiehout is hout, dat gegroeid is onder mechanische spanningen die groter zijn dan normaal, bv. ten gevolge van sterke wind. Deze wekt aan één zijde van een stam trek-, aan de andere zijde drukspanningen op. Naaldbomen vertonen voornamelijk abnormale groei aan de kant der drukspanningen: de boom vormt eerst extra houtweefsel; is dit niet voldoende, dan beginnen enkele cellen uit te buigen. In dit stadium wordt het weefsel extra versterkt door ligninevorming (de celluloseketens zijn erg sterk bij trekbelasting, dragen echter weinig bij tot druksterkte). Dit z.g. "drukhout" is te herkennen aan zijn hoge dichtheid, onregelmatige verwijding der jaarringen, en donkere kleur (lignine). Deze laatste is door zijn onregelmatige verdeling te onderscheiden van een groter hoeveelheid laathout. Microscopisch ziet men dat de tracheiden niet meer goed baksteensgewijs aaneensluiten, maar intercellulaire ruimten vertonen. Loofbomen vertonen daarentegen voornamelijk abnormale groei aan de zijde der trekspan'ningen. Trekhout is te herkennen aan excentrische groei en aan halve-maanvormige verkleuringen. Microscopisch ziet men dat de microfibrillen steiler verlopen dan in normaal hout: er is een zekere hoeveelheid afschuiving opgetreden. Het ligninegehalte is aan de lage kant. Reactiehouir splijt gemakkelijker bij spijkeren, en werkt meer dan normaal hout.

-76-

11.3.2.

Sponsaèhtiq hart. Bij sommige soorten loofbomen kan het merg, in zeer oude bomen, bros worden. De grens tussen gezond hout en bros merg is nauwelijks te zien, volgt echter de jaarringen op dezelfde wijze als de grens tussen spint en ,kern. Een ten gevolge van sponsachtig hart opgetreden breuk is microscopisch van een normale breuk te onderscheiden: in gezond hout zijn de vezels bezweken na uitbuigen, ten gevolge van gebrek aan zijdelingse steun; bij breuk van sponsachtig hart liggen de vezels nog in de oorspronkelijke richting. Men onderzoekt het best een stuk hout, dat van "sponsachtig hart" verdacht wordt, door een mes erin te steken en de vezels open te breken. Sponsachtig hart uit zich in korte gebroken vezels1 bij gezond hout vindt men een lange "splinter"breuk t.g.v. het uit elkaar trekken der vezels.

11.4.

Biologische aantasting en verduurzaming van hout.

11.4.1.

Bestendigheid t.o.v. biologische aantasting van de verschillende houtsoorten. Men onderscheidt de houtsoorten in vijf duurzaamheidsklassen, op basis van de gebruiksduur van onbehandeld kernhout buitenshuis, in contact met vochtige grond in gematigd klimaat: I. Zeer duurzaam ( > 25 jaar}. Uitsluitend enkele tropische loofbomen, o.a. afzelia, ebben, teak. II.Duurzaam (15-25 jaar). Onder de loofbomen behoren hiertoe sommige soorten eiken, tamme kastanje en robinicà. Onder de naaldbomen:Westerri Red Cedar. !II.Matig duurzaam (10-15 jaar). Loofbomen: noten, kersen, sommige soorten eiken. Naaldbomen: Amerikaans . grenen, lariks. IV.Weinig duurzaam (5-10 jaar). Loofbomen: iepen,limba. Naaldbomen: dennen, Europees grenen, vuren,hemlock. V. Zeer weinig duurzaam ( < 5 jaar): berken,beuken,essen, haagbeuken.

-

-77-

11.4.2.

Organismen die hout kunnen aantasten.

11.4.2.1.

Schimmels of zwammen. Dit zijn lagere planten, die geen bladgroen bezitten~ en uit achter elkaar liggende cellen (schimmeldraden, hyphen) bestaan. Een echt weefsel ontbreekt, wel kunnen de draden met elkaar vervlochten zijn; men spreekt dan van een mycelium. Schimmels zijn aeroob en hebben voedsel, ·water en lucht nodig, vandaar dat zij onder water niet kunnen groeien. Zij kunnen slechts hout met een vrij hoog vochtgehalte ( > 21%) aantasten. Men onderscheidt: schimmels die celwanden in hout ze'if aantasten, en schimmels die voornamelijk van de celinhoud leven. De eerstgenoemden zijn uiteraard veel schadelijker dan de laatstgenoemden. Schimmels die de celwanden zelf aantasten kunnen verschillende soorten rottingsverschijnselen te voorschijn roepen: a.Bruine rot:In een vergevorderd staddum ziet het hout er donkerbruin uit • Er zijn scheuren zowel fl als ..L. de vezelrichting ("cubic rot"),het hout kan met de vingers worden fijngewreven. De schimmeldraden bevinden zich in de celholten, doorboren de celwanden of maken gebruik van hofstippels. Bruine rot kan door verschillende soorten schimmels worden veroorzaakt, waaronder de huiszwam en de kelderzwam genoemd worden. De huiszwam eist voor een begin van aantasting een vochtige plek; daar hij echter myceliumstren9en vormt waardoor water getransporteerd kan worden, kan de huiszwam vanuit zijn infectieplaats ook in de droge delen van het hout binnendringen. De kelderzwam eist daarentegen een hoog vochtgehalte. "Vuur" of "roodstreperigheid" is een aantasting die reeds in het bos (rode, paarse of witte strepen); op harshout voor radiaal verlopende strepen, gevolg van de aantasting der houtstralen.

-78-

·b. Witte rot:Het hout wordt hierbij wit; in een vergevorderd stadium valt het in losse vezels uit, het is echter met vingers niet te poederen. Men spreekt ook wel van simultaanrot, omdat cellulose en lignine tegelijk worden aangetast. Microscopisch lijkt de aantasting op bruine rot: schimmeldraden lopen in de lengterichting in de celholten en doorboren de celwanden loodrecht, of gaan langs stippels. Tot de schimmels die witte rot kunnen veroorzaken behoort bv. het elfenbankje (alleen in de open lucht). Ook "slaap" of "inloop" behoort hiertoe: deze is het gevolg van slechte behandeling vlak na het kappen. Kenmerkend zijn zwarte strepen op de aantastingsgrenzen. c. Zachte rot:De schimmeldraden lopen voornamelijk binnen de celwand, in de lengterichting der cellen. De aantasting blijft meestal beperkt tot het oppervlak van het hout. Loofhout is in het algemeen gevoeliger dan naaldhout; aangetast hout vertoont een zeer korte breuk. Voornamelijk cellulose is aangetast. Zachte rot komt veel voor waar hout zeer nat wordt maar waar toch nog voldoende zuurstof kan toetreden, bv. op de lucht-water-lijn. De schimmels die zachte rot veroorzaken zijn vaak niet erg gevoelig voor verduurzamingsmiddelen. Schimmels,die de celwanden niet aantasten, veroorzaken de z.g. "Blauwe rot" (blauwschimmels). De schimmeldraden zelf zijn donkerbruin, door lichtbreking krijgt het hout echter een blauwachtige tint. Men vindt blauwe rot voornamelijk in de mergstralen van het spint (in verband met het daar aanwezige zetmeel), als het gevelde hout te langzaam droogt. Eventuele chemische bestrijding ervan dient dan ook direkt na het vellen te geschieden (vooral in de tropen) • Blauwschimmels hebben slechts een geringe invloed op de sterkte van het hout; het hout wordt wel iets minder taai, kan echter voor de meeste doeleinden nog wel gebruikt worden. Alleen indien zeer hoge eisen gesteld worden (bv. ladders) kan verblauwd

-79-

hout niet meer gebruikt worden. Verblauwd hout. is ceteris paribus even vatbaar voor aantasting door andere schimmels als niet-verblauwd hout, neemt echter meestal gemakkelijker water op, hetgeen snellere aantasting tot gevolg heeft en verduurzaming moeilijker maakt. 11.4.2.2.

Insectenlarven ("houtwormen Men onderscheidt drooghoutboorders (tasten luchtdroog, verwerkt hout aan) en nathoutboorders (in levende bomen en pas geveld, "groen" hout). Voor de bouw zijn voornamelijk de drooghoutboorders van belang omdat daarvan vele generaties in eenzelfde stuk actief kunnen zijn. De aantasting geschiedt door de larven, blijkt echter uiterlijk pas bij het uitvliegen van de volwassen insecten uit de z.g. uitvliegopeningen. De ontwikkeling der larven tot volwassen insekten kan bij sommige soorten (bv. de huisboktor, die vnl.in dakconstructies vervaardigd van naaldhout wordt gevonden) jaren duren. De grootte der uitvliegopeningen is een aanwijzing voor het soort insekt. Voor de vier meest voorkomende drooghoutboorders geldt: a. Huisboktor: uitvliegopening ovaal, met grootste afmeting 6-9 mm. b. Klopkever: ("kleine houtworm") :rond, diameter 1 á 2 mm. c. Bonte knaagkever ("grote houtworm"): rond, diame. ter 4 mm. d. Spinthoutkever: rond, diameter 1 ~ 2 mm.

11.4.2.3.

Mariene boorders. Hieronder vat men een aantal organismen samen die alleen hout aantasten dat direct met water in contact komt: a. Paalworm: een weekdier. De larven zwemmen 's zomers in zee- of brakwater, hechten zich aan hout en worden tot mossels die zich met behulp van hun schel-

11

).

-80-

pen in het hout boren. De volwassen paalworm heeft een wormachtig week lichaam, is na ~~n seizoen ong. 20 cm lang en heeft een diameter van 0,5 cm. b. Gribbel: een kreeftachtige. Tast alleen het oppervlak (15 mm) van hout aan. 11.4.3.

Verduurzaming van hout. In de praktijk staat het bestrijden der schimmelaantasting voorop. Overal waar bouw~undige maatregelen niet blijvend een laag vochtgehalte kunnen garanderen, moet hout verduurzaamd worden. Hieronder verstaat men het behandelen met chemische stoffen, die giftig zijn voor houtvernielende organismen. Verven, lakken of impregneren met was- en harsachtige, niet vergiftigde stoffen valt niet onder verduurzaming: deze maatregelen zijn op de duur ni.et toereikend. Verduurzaming kan Europees naaldhout voordeliger maken dan duurzaam buitenlands hout, zolang alleen op de duurzaamheid wordt gelet. Bij eenmalig gebruik of sterke slijtage is verduurzaming niet lonend. Men onderscheidt: a. Volledige bescherming: alzijdige indringing der chemische stoffen in spint en kernhout, zo mogelijk tot 1/4 van de doorsnede, in elk geval tot 30 mm diepte. Het spint moet voor 90% zijn doorgedrongen. b. Diepe bescherming: Indringing van de orde van centimeters; bij moeilijk··impregneerbaar hout (dennen, vuren) minimaal 7,5 mm. c. Randbescherming:Indringing van de orde van millimeters. d. Oppervlàkkige bescherming: Indringing van de orde van tiende millimeters. De verduurzamingsmiddelen kunnen a.v.worden onderverdeeld: A. Impregneerzoutmengsels, opgelost of oplosbaar in water. Om uitlogen te voorkomen, dienen de zouten in het hout "gefixeerd" te worden. Men gebruikt koper-,chroom- en/of arseen-verbindingen, of "'bifluoriden en silicofluoriden; ook com-

-81-

binaties van fluoriden, chroom-, arseen-verbindingen en dinitrofenol wordt toegepast. Handelsnamen: Wolmanzouten, celcure, boliden. Deze middelen hebben het voordeel dat de gebruikte oplossingen dunvloeiJ:>aar zijn, hetgeen het indringen in hout vergemakkelijkt. Ook ·zijn zij reukloos en onbrandbaar,terwijl het hout na behandelen en drogen gemakkelijk geverfd kan worden. Men kan aan deze ·zoutmèngsels ook brandvertragende middelen toevoegen (zie 11.S}. Nadelen: zwellen en krimpen tijdens resp. na behandeling, tijdverlies bij opnieuw drogen voor het verven. B. Stoffen, opgelost of oplosbaar in organische oplosmiddelen. Hiertoe behoren chloornaphtaline, peutachloorphenol (PCP), Zn- en Cu-naphtenaat. Als oplosmiddel kan men een vluchtige olie (terpentine) gebruiken. Deze oliën zijn meestal niet erg viskeus, zodat het indringen in hout niet erg moeilijk is. Nadeel: de opgeloste stoffen kristalliseren uit bij het verdampen van de olie, en werken dan bij het hanteren_irriterend op de huid. Oplossingen in niet-vluchtig.e oliën doen dit niet, deze zijn meestal echter wel viskeus en maken het hout olieachtig en moeilijk verfbaar. Naast toxische stoffen kan men ook waterwerende stoffen oplossen. (In de tabel op blz.83 zijn dergelijke mengsels met B1 aangeduid). Deze kunnen schommelingen in vochtgehalte t.g.v. variaties in vochtigheid der omgeving afremmen en dempen. De toxiciteit is bij de werking echter primair. Veel van deze stoffen zijn in dampvorm of bij het spuiten ook voor mensen schadelijk (PCP, gechloreerd naphtaleen), zodat men voorzichtig moet zijn bij het verwerken. c. Stoffen behorende tot de teeroliegroepen: creosootolie (een destillaat van steenkolenteer) en carbolineum. creosootolie is bij kamertemperatuur zo viskeus, dat men het op 100-120°c moet verhitten om het in hout te doen binnendringen; dit gebeurt door het hout eerst in een "vacuum" (0,1 atm) te brengen,

-82-

1• 2. 3. 4. S.

vervolgens gedurende 2-3 uur de creosootolie onder een druk van 8 atm. in het hout te persen. Carbolileum is zelfs hiervoor te viskeus; men kan het hout hiermee slechts bestrijken of het hout erin onderdompelen. Deze behandeling is echter minder.duurzaam dan creosoteren. Deze stoffen zijn waterwerend, niet uitloogbaar, goedkoop en tasten metalen niet aan; zij zijn echter niet reukloos en verhogen de brandbaarheid. Van de methoden, om deze middelen op het hout te brengen, noemen wij: vacuum-druk drenken dompelen bestrijken spuiten. Voor bepaalde bouwkundige doeleinden bestemd hout hoort dan verduurzaamd te worden, als in de volgende tabel vermeld: (a,b,c en d duiden graad van bescherming aan, A,B,C de soorten verduurzamingsmiddelen, 1 t/m 5 de verduurzamingsmethoden, als in het voorafgaande).

-83-

Verduurzamingsschéma voor hout volgens NEN 3251. Toepassing: Balken van b.g. vloër:

1

Graad:

Middel en methode:

b/c

1 A 2 A, 2 B

Vloerdelen van b.g.vloer:

b/c

1 A 2 A, 2 B (3 B)

Balken verdiepingvloer:

c

1 A 2 A, 2 B

B (4 B, 5 B)

3

Vloerdelen verdiepingvloer: hoeven niet verduurzaamd te worden Buitènwandelementen

b/c

1 A 2 A, 2 B, 2 B1 (3

Binnenwandelementen grenzend aan badkamer

c

1 A 2 A, 2 B 3

Dakbeschot,kopconstructie zolder-envlieringvloer

B, 3 B1

c

B

1 A

2 A, 2 B 3 B

Buitendeuren,-ramen,kozijnen

c

2 A

1 3 B, 3 B

Binnendeuren,-kozijnen: hoeven niet verduurzaamd te worden Schutting,schuurtje

b/c

1 A, 1 C

2 A , 2 B , 2B 1 , 2

c

-84-

.

Vervolg tabel verduurzamingsschema voor hout volgens NEN 3251.

Toepassing:

Graad:

Middel en methode:

Buitenbetimmeringen

c

1 A 1 2 A, 2 B, 2 B , 2 3 B, 3 B1

Plaatmateriaal

c/d

3 B, 3 B1 4 B, 4 B1

5 B, 5 B1

c

-85-

11.4.4.

Curatieve behandeling van aangetast hout. Curatieve behandeling wordt voornamelijk toegepast bij ingebouwde stukken; zij is duurder dan preventieve verduurzaming. Zie hiervoor NEN 3252. Men neme allereerst de aanleiding der aantasting weg (lekkage, gebrek aan ventilatie). Bij plaatselijke aantasting door schimmels op gemakkelijk bereikbare plaatsen (kozijnen, gevelbekledingen) kan men in het beginstadium wel eens volstaan met bestrijken, bespuiten of injecteren met een verduurzamingsmiddel. Verder voortgeschreden aantasting eist vervangen van het aangetaste hout (+ 1 meter aan weerskanten) door verduurzaamd hout. Ook besmette pleisterlagen en grond (bv. onder vloerhout) dienen vervangen te worden. Het niet vervangen hout in de betreffende ruimte zo mogelijk verduurzamen. Bij aantasting door insekten dienen de geinfecteerde delen vervangen te worden door verduurzaamd hout, als de constructie haar sterkte in ontoelaatbare mate heeft verloren. Is dit niet nodig, dan moeten de in het hout levende insekten worden gedood: a. door meermalen herhaald bespuiten of bestrijken met een insecticide, b. door behandeling met HCN of CH 3 Br (vakman) c. door het aangetaste hout enige tijd te verhitten. Daar hierdoor geen garantie wordt geboden tegen een nieuwe aantasting , verdient het aanbeveling het hout toch nog met een insecticide te bespuiten of bestrijke,n.

11 • 5.

Bescherming van hout tegen brand. Hout is brandbaar. Massief hout kan echter een brand tijdelijk doorstaan door zijn lage warmtegeleiding, die nog versterkt wordt doordat er bij brand aan het oppervlak een koollaag (warmtegeleidingscoëfficiënt: 0,02 J.m -1 .s -1 .gr -1 ) ontstaat. Het toepassen van brandvertragende middelen, die de snelheid verminderen waarmee een vlam zich over een oppervlak uitbreidt, is dan ook vooral van belang voor

-86-

·triplex, spaanplaat, board e.d. Sommige van deze middelen (ammoniumzouten, bv.fosfaat, boraten en boorzuur) brengt men door impregneren (vacuum~druk-methode of drenken) in het hout, anderen brengt men op het hout (bespuiten, onderdompelen,verven). Deze vormen hetzij zelf een isolerende laag, of vormen zo'n laag onder invloed van verhitting(schuim). Verf met een brandvertragend middel wordt onder invloed van vocht echter wel eens zacht. 11 • 6.

Enkele vaak gebruikte houtsoorten. Voor de toelaatbare spanningen zie duurzaamheid, zie 11.4.1.

11;.6.1.

Dennehout(albies alba, zilverden,

11.2.6. Voor de

zilverspar~

Volumegewicht (vochtgehalte 12%): 0,45. E-modulus: 10 5 kgf.cm- 2 • Krimp in % van afmeting in vochtige toestand, bij kunstmatig drogen tot 12% vocht: radiaal 2%, tangentieel 5%. Werking van 90 tot 60% r.v.: radiaal 0,9%, tangentieel 2,4%. Bevat geen harsgangen (onderscheid met vuren). 11.6.2.

Vurehout (picea abies, fijnspar). Volumegewicht {vochtgehalte 12%) 0,40.E-modulus: 0,9.10 5 kgf.cm- 2 • Krimp als in 11.6.1.:radiaal 2%, tangentieel 4%.Werking van 90 tot 60% r.v.: radiaal 0,9%, tangentieel 2,1%. Bevat harsgangen, doch minder dan grenehout. Geen kleurverschil tussen kern en . ' spint: creme gee 1 •

11.6.3.

Europees grenehout (verschillende soorten pinus,den). Volumegewicht (12% vocht) 0,53.E-modulus 1,1.10 5 kgf.cm- 2 • Krimp:radiaal 3,0%, tang.4,5%. Werking van 90 tot 60% r.v.: radiaal 1,2%, tangentieel 2,3 %. Spint wit,kern donkergeel, door laathout soms roodbruin getMl.t. Spint dient bij toepassing buitens-

-87-

huis verduurzaamd te worden. Alvorens geschilderd of gelakt te worden, dient het "ontvet" te worden • 11.6.4.

..Amerikaans grenehiout (verschillende soorten pinus ,den.) Kan, al naar het soort den waar het van afkomstig is, uiteenlopen in kleur, gewicht en duurzaamheid. Licht .Amerikaans grenen is iets zwakker, zwaar .Amerikaans grenen iets sterker en duurzamer dan Europees grenen.

11.6.5.

Oregon pine (Pseutotsuga menziesii,DouqlaR-§par) .'

Ook hiervan is de kwaliteit variabel, al naar de herkomst (kust of gebergte). De volgende gegevens hebben betrekking op uit kuststreken afkomstig hout: . 5 -2 Volumegewicht (12% vocht) 0,55. E-modulus:1,4.10 kgf.cm • Krimp radiaal 2,5%, tangentieel 4,0%. Werking van 90 tot 60% r.v.: radiaal 1,3%, tangentieel 2,0%. 11.6.6.

Europees eikehout (quercus robur, eik}.

Volumegewicht (12% vocht) 0,69. E-modulus:1,1.10 5 kgf.cm- 2 • Krimp radiaal 4,0%, tangentieel 7,5%. Werking van 90 tot 60% r.v.: radiaal 0,9%, tangentieel 2,0%. Kernhout geelbruin, spint veel lichter. 11.6.7.

Beukehout (fagus sylvatica, beuk). Volumegewicht (12% vocht) 0,69. E-modulus 1,4.10 5kgf.cm -2 • Krimp radiaal 4,5%, tangentieel 9,5%. Werking van 90 tot 60% r.v.: radiaal 1,7%, tangentieel 3,2%. Is wat beter schokbestendig dan de andere genoemde soorten. Ten gevolge van de grote krimp dient men, vooral in het interieur, zeer droog hout te gebruiken. Stomen verlaagt de neiging tot werken, en verhoogt de weerstand tegen aantasting. Normaal is er geen kleurverschil tussen spint en kern. Een enkele keer vindt men echter een z.g. "rode kern", vermoedelijk veroorzaakt door ~rwondingen. Een rode kern is wat duurzamer, maar moeilijker te impregneren dan normaal kernhout.

-88-

11. 7.

Constructie- en standaardbouwhout. Hout wordt in twee klassen aangeboden: constructiehout en standaardbouwhout. De kwaliteitseisen voor beiden zijn omschreven in NEN 3180; zij liggen voor constructiehout wat hoger dan voor standaardbouwhout. Zo mag het draadverloop voor standaardbouwhout 1:7 zijn, voor constructiehout 1:10; wat de groeiringbreedte betreft geldt geen beperking voor standaardbouwhout, voor constructiehout mag hij niet meer dan 4 mm bedragen; besloten hart is bij standaardbouwhout wel toelaatbaar (behalve bij hout voor kapspanten) , bij constructiehout niet; mechanische beschadigingen zijn toelaatbaar in de vorm van losgerukte of gebroken vezels tot een diepte van 1/5 x de dikte voor standaardbouwhout, 1/10 x de dikte voor constructiehout; witte en roodbruine

verkleuring door schimmels is bij standaardbouwhout in beperkte mate toelaatbaar, bij constructiehout niet. e.d.

11. 8.

Enige Erijzen. Vurehout:

+ Eikehout: + Teakhout: + Beukehout: +

-

f 230,-- per m3 (afhankelijk van afmeting} Il f 700,-- per m3 " " f2000,-- .per m3 f 500,-- per m3

Il

Il

"

"

Il

"

-89-

12.

Ferrometalen.

12 .1 •

Algemene karakterisering en indeling. De ferrometalen (legeringen van ijzer en koolstof, met doorgaans ook nog andere elementen) worden allereerst ingedeeld naar hun koolstofgehalte. Men spreekt van "staal" als het koolstofgehalte lager dan 1,7% is; is het hoger dan spreekt men van "gietijzer". Dit onderscheid wordt gemaakt doordat de koolstof in staal hetzij in vaste oplossing in «-Fe, hetzij gebonden als Fe 3 c voorkomt. Fe 3 c is metastabiel t.o.v. omzetting in ot-Fe+C: in gietijzer heeft men met een afscheiding van vrije koolstof (grafiet) te maken, althans bij normale afkoelsnelheden ("grauw gietijzer", aldus genoemd naar de kleur van een breukvlak). Bij zeer snel afkoelen kan ook bij een vrij hoog koolstofgehalte nog Fe 3 c ontstaan; het dan gevormde "witte gietijzer" heeft een lichter breukvlak. De elementen die er behalve Fe en c in voorkomen (O, Si, P, s, N) zijn in het algemeen verontreinigingen die uit de uitgangsstof, gebruikt voor de staalbereiding, afkomsti! zijn of tijdens de fabricage werden opgenomen. Slechts in uitzonderingsgevallen gebruikt men in de bouw z.g."gelegeerd staal",waar met opzet andere elementen aan zijn toegevoegd. Commercieel zuiver ijzer heet "weekijzer". Bij staal worden de mechanische eigenschappen a.v.beinvloed door de samenstelling: 1. Verhoging van het koolstofgehalte verhoogt de trelsterkte en de vloeigrens, en verlaagt de rek bij breuk. Figuur 28 toont dit voor warmgewalst staal. Bij een koolstofgehalte van 0,09-0,25%· spreekt men van zacht staal ("mild steel"). Ter verklaring van deze figuur zij verwezen naar hetgeen in deel I staat over de beweging van dislocaties. 2. De elasticiteitsmodulus is praktisch onafhankelijk van de samenstelling ( ~ 2,1.10 6 kgf.cm- 2 ). Gietijzer daarentegen is bros door de aanwezigheid van relatief grote hoeveelheden van brosse phasen (C of Fe c). 3

-90-

De vraag, welk van deze twee voornamelijk aanwezig is, is afhankelijk (behalve van de afkoelsnelheid) van de samenstelling, met name van het Si-gehalte. Si werkt nl •. als katalysator op de ontleding van Fe 3c tot Fe+C. Alle gietijzersoorten bevatten Si; er moet echter meer dan 1,5% Si aanwezig zijn om grafietafscheiding in de praktijk te doen optreden. In gewoon grauw gietijzer vindt men grafiet in de vorm van blaadjes. Deze werken in de ferriet-perliet-natrix als gaten gevuld met een zachte stof; trekspanningen worden bij de uiteinden der grafietkristallen geconcentreerd, ten gevolge hiervan vindt deformatie of breuk des te gemakkelijker plaats: barsten worden gemakkelijk van het ene grafietkristal naar het andere voortgeplant. Voortplanting van trillingen wordt belemmerd: grauw gietijzer werkt dempend. Men kan de graf ietaf scheidingingen in min of meer bolvormige i.p.v. blaadjesvormige kristallen doen plaatsvinden (door toevoegen van Mg of Ce); men krijgt dan het z.g. "modulaire" gietijzer. Dit is ductieler dan grauw gietijzer. Wit gietijzer bevat meestal minder dan 1% Si. Het is ook bros (Fe 3c), maar slijtagebestendig. Bij verhitten van wit gietijzer boven de eutectoide temperatuur kan ontleding van Fe 3c in ~ -Fe en graf iet optreden. Vindt de grafietafscheiding in de vaste phase plaats, dan ontstaan geen blaadjes doch zg. "clusters", d.z. opeenhopingen van kleine grafietdeeltjes. Dit gietijzer is smeedbaar daar de meeste carbiden verwijderd zijn en grafiet niet in de vorm van blaadjes aanwezig is. Thermische uitzetting: gietijzer 1,0.10-S (graad)- 1 , staal 1,2-2,0.10-S(graad)- 1 • 12.2.

Aanduiding der staalsoorten. Op het gebied der aanduiding van staalsoorten heerst een zekere verwarring, daar hier niet zo· lang geleden een nieuwe norm CEl.!tr-27-62) is ingevoerd. Volgens deze norm kan men e~n bepaalde staalsoort op verschillende

-91-

wijze aanduiden: a. Op grond van de gewaarborgde treksterkte. Men schrijft: staal Fe42 en bedoelt dan, dat de treksterkte ) 42 kgf .mm- 2 is. b. Op grond van de gewaarborgde vloeigrens of rekgrens. Men schrijft: staal Fe E 42(rek-of vloeigrens ~ . -2 42 kgf.mm ). De symbolen kunnen nog gevolgd worden door bepaalde letters (Y,V,U etc.) die indica·ties geven voor het gehalte van P en s. c. Op grond van andere eigenschappen, bv. chemische samenstelling (C-gehalte). De voorschriften zijn zeer ingewikkeld; in voorkomende gevallen raadplege men de norm. Naast deze nieuwe aanduiding wordt ook nog vaak de oude (norm V 1035,deel IV) gebruikt, bv. in de Gewapend Betonvoorschriften (GBV). Deze onderscheidt: a. :Staal H": Normale handelskwaliteit, waarbij de trek sterkte wordt aangenomen te vallen tussen 34 en 52 kgf .cm-2 • Het staal moet voldoen aan een koude buigproef: het moet zodanig over een hoek OC= 170 á 180° gebogen kunnen worden, dat D = 2x materiaaldikte (zie fig. 29), er mogen dan geen voor het blote oog zichtbare scheuren optreden. b. "Staal Q": Bijzondere kwaliteit, waarbij eisen worden geste~d op een of meer van de navolgende punten: 1. Mechanische eigenschappen: "Staal Qm 37" heeft een treksterkte ~ 37 kgf .mm- 2 • 2. Chemische samenstelling: "Staal Qb" moet voldoen aan bepaalde chemische eisen (die in de norm nader omschreven worden). c. Heeft men niet met ongelegeerde doch met laaggelegeerde staalsoorten te maken, dan duidt men deze aan door L Q m c. Bv.: Staal "LQmc52" is een laaggelegeerde staalsoort met een treksterkte ~ 52 kgf .mm- 2 , die voldoet aan bepaalde eisen qua chemische samenstelling. d. Dit zijn de aanduidingen voor constructiestaal. Voor betonstaal gelden weer andere aanduidingen: hier is

-

-92-

nl.niet de treksterkte maar de rekgrens het belangrijke punt. Men spreekt over "Staal QR40" als men een staalsoort met een rekgrens ? 40 kgf .mm- 2 bedoelt.Heeft men met nabehandeld staal te maken dan spreekt men van "Staal QRn40". Behalve qua rekgrens worden ook nog eisen qua treksterkte en buigen gesteld: De verhouding rekgrens/treksterkte mag niet groter worden dan een bepaald bedrag, bv. 0,72 voor QR30 en 0,82 voor Q~54. 12.3.

Toepassingsmogelijkheden, toelaatbare spanningen. Staal H kan worden toegepast voor constructies die niet aan trillingen van betekenis zijn blootgesteld. Voor bouwconstructies waaraan hogere eisen worden gesteld moet men minstens staal Qm37 gebruiken. Met name mag staal H niet in gewapend beton worden gebruikt. voor de toelaatbare spanningen gelden vrij ingewikkelde voorschriften. Men onderscheidt twee belastingsgevallen (zie Norm N 1055). a. Eigen gewicht + nuttige belasting + sneeuwbelasting + matige windbelasting. In dit geval mag staal Qm 37 een trekspanning 1400 kgf.cm- 2 , een drukspanning 1400 kgf.cm- 2 , een buigspanning 1400 kgf.cm- 2 , een schuifspanning 840 kgf. cm- 2 en een stuikdrukspanning 2800 kgf .cm- 2 ondergaan. Voor andere staalsoorten moeten deze getallen vermenigvuldigd worden met 2
NB.

Bij lichamen van grote slankheid worden de toelaatbare drukspanningen lager (knikgevaar). Men raadplege in dit geval de norm ...

-93-

Gietijzer is brosser en zwakker dan staal, maar beter korrosiebestendig. Toelaatbare spanning voor grauw gietijzer: trekspanning 250 kgf.cm- 2 , drukspanning 500 kgf.cm- 2 , buigspanning 300 kgf.cm- 2 , afschuifspanning 200 kgf.cm- 2 • Bij het toepassen van nabehandeld staal dient men te bedenken dat een blootstellen aan hoge temperatuur de nabehandeling weer teniet doet (rekristallisatie). Bij brand.bv. wordt de rekgrens van staal QRn 40 aanzienlijk verlaagd. Evenzo dient men bij het lassen van nabehandeld staal voorzichtig te zijn: de hoge temperatuur moet tot kleine gebieden en zeer korte tijden beperkt blijven (puntlassen, bv.bij bouwstaalnetten). 12.4.

Lassen. Lassen is het aan elkaar hechten van twee stukken metaal door lokaal smelten zonder verbindend kitmiddel (dit laatste in tegenstelling tot solderen). Bij het lassen van staal moeten twee metallisch zuivere oppervlakken roodgloeiend tegen elkaar worden gedrukt; men kan de verbinding ook door gesmolten ijzerdraad tot stand brengen. Verhitten geschiedt d.m.v. een electrische stroom (alleen bij puntlassen), door een hete vlam (H 2+o 2 , acetyleen + o 2 ) of door een electrische lichtboog. Om oxydatie van het hete ijzer te voorkomen dient de vlam reducerend te zijn; ook kan men het hete ijzer met een laagje gesmolten glas e.d. bedekken. In fig. 30 is een goede, in fig. 31 een slechte lasnaad schematisch weergegeven, waarbij oneffen~eden in het oppervlak ·c a,b ) , poriën ( c,d ) en een stuk slak in de naad (2) als fouten zijn aangeduid. De lasbaarheid neemt af met toenemend C-gehalte (de las wordt zeer snel gekoeld, kans op bros karakter;spanningen, ontstaan bij afkoelen kunnen dan tot breuk leiden). De lasbaarheid kan door bepaalde fabricageprocêdê's worden verhoogd. In de praktijk geldt staal met een C-gehê,lte 0,22% als niet lasbaar.

>

-94-

12.s.

Roest.· Roest ontstaat als ijzer, water en zuurstof bij elkaar komen. Men kan het roesten dus tegengaan door zuurstof .of vocht uit te sluiten (water in een centrale verwarming niet verversen). Dit zal echter slechts in uitzonderingsgevallen mogelijk zijn. Plaatselijk zuurstofgebrek versnelt juist de corrosie(zie deel I). Een tweede methode is, het ijzer te bedekken met een laag die· èontact met de omgeving kan voorkomen en/of passiverend werkt. In gewapend beton is dit het beton (hoge pH). Voor staal dat in aanraking komt met de lucht kan men denken aan: 1. Een aaneensluitende oxydelaag (dus roest bv.niet). Op gietijzer kan een dergelijke laag ontstaan. Op ijzer en staal kunnen sterke oxydatiemiddelen (geconcentreerd HN0 3 ) passiverend werken, ook Pb 3 o4 (menie) en ZnC~o 4 , men moet er dan zorg voor dragen, dat deze stoffen, die op zichzelf niet op ijzer hechten, tijdens het gebruik erop verdeeld blijven; zij moeten opgenomen worden in een verflaag. Passivering wordt tegenge~aan door =of so 4 2 -ionen. 2. Een laag van een ander .metaal, bv. Zn (gegalvaniseerd ijzer), Pb,Sn (blik). Ook een Al-laag kan door spuiten op ijzer worden verdeeld, waarbij op het oppervlak een Fe-Al-legering ontstaat ("aliteren"). Zn is bros, gegalvaniseerd ijzer mag daarom niet gebogen worden. Tegen zwakke zuren is Sn bestand, Zn echter alleen in een zuivere atmosfeer. Zo beschermt Zn niet tegen rook, Pb wel. 3. Een laag Fe-phosphaat of Fe-chrom.aat, aangebracht via onderdompelen in phosphor-resp.chroomzuur (parkeriseren, bonderiseren). Zo'n laag sluit niet volledig, beschermê dus slechts gedeeltelijk tegen roesten. Hard water vormt een dicht neerslag van roest met caco 3 ; dit is de reden waarom zeer zacht water ijzeren buizen sterker aantast dan hard water. 4. Een verflaag. De echte. korrosiewerende verflaag bevat meestal passiverende stoffen ingebed in een laklaag, dté zelf ook zo dicht mogelijk moet zijn

ce

-95-

(volledig dicht is geen enkele lak) • Alvorens deze laag aan te brengen dient het ijzer volledig vrij te zijn gemaakt van roest en stof: borstelen, schuren met puimsteen e.d.; zandstralen levert een te ruw oppervlak, waar gemakkelijk vocht in kuiltjes achterblijft. Men kan een geroest oppervlak ook af laten schilferen door snel verhitten met een acetyleenbrander. Men kan roest verwijderen door oplossen in zuren, mits men hetzij achtergebleven zuur goed wegspoeld of een zuur toepast dat geen korrosievormende zouten levert (bv. H3Po 4 ). Deze korrosiewerende verflaag moet achteraf mechanisch beschermd worden via een deklaag, hetzij olieverf ,hetzij teer of bitumen. Voor de methode der kathodische bescherming, zie deel I.

'-96-

" 13.

Non-f er'rometalen.

13 .1 •

zware metalen.

13.1.1.

Lood. Zacht en ductiel; hoog s.g. (11.,4). Bestendig tegen H~ en a so , niet tegen HN0 2 4 3 of organische zuren, evenmin tegen basen (kalk). Lood lost langzaam op in zacht water, en ook in warm hard water. Dunµe loodplaten hebben een goede geluidisolatie t.g.v. hun grote massa en kleine buigstijfheid. Lood wordt toegepast in korrosiebestendige buizen (bv. voor afvoergassen van ovens), voor bescherming van staal tegen korrosie, en ter afdichting. Men gebruike nooit lood voor warmwaterleidingen (vergiftig). Thermische uitzettingscoëfficiënt: 3.10- 5 (graad)- 1 • Hard lood is een legering van lood met antimoon.

13.1.2.

Tin. Zacht en ductiel; goed bestendig tegen atmosferische korrosie, ook tegenover organische zuren (vertinnen van staal). Soldeerbaar. Thermische uitzettingscoëfficiënt: 2,3.10 -5 (graad) -1 •

13.1.3.

Zink. Bros (met Zn bedekt ijzer niet buigen). Is eigenlijk zeer onedel, maar is bestendig tegen atmosferische korrosie door het ontsta.an van een ondoordringbare laag Zn O of Zn co 3 .zn (OH) 2 , maar niet tegenover zuren of basen (beton). Lasbaar; werkt bij contact met andere metalen d.in het algemeen als anode" Daarom niet met cu- of Fe-:schroeven bevestigen. Thermische uitzettingscoëfficiënt 3.10- 5 (graad}- 1 •

13.1.4.

Koper. Tamelijk zacht, rekbaar en ductiel. Las-en soldeerbaar. Goede geleider voor warmte (À =41 8 J. s - 1 .m - 1 • gr - 1 ) • Bestendig tegen atmosferische korrosie, niet tegenover sterke zuren~H 2 s of ammoniakgas (riolen).

-97-

Toegepast in platen voor dakbedekking en als buizen (bestendig tegen warm water). Thermische uitzettingscolfficiënt 1,~.10- 5 (graad)- 1 • Voorts veel toegepast in legeringen met Zn{messing) :met toenemend Zn-gehalte neemt de hardheid toe, wordt de kleur lichter en wordt het metaal brosser. Legeringen met Sn heten "brons", met Al "aluminiumbrons". 13.2.

Lichte metalen.

13.2.1.

Aluminium. Tamelijk zacht en rekbaar, soldeer-en lasbaar. Goede warmtegeleider {À= 209.J.s- 1 .m- 1 .gr- 1 ), thermische uitzettingscoëfficilnt 2,4.10- 5gr- 1 • E:0,7.10 6 kgf.cm- 2 • Goed bestendig tegen korrosie, doordat het in de lucht met een dun, grijs oxydelaagje wordt bedekt. Bij het "anodiseren" of "eloxeren" wordt die oxydelaag kunstmatig dikker gemaakt. Die oxydelaag is bros. Het s.g. is laag {2,7), zodat de sterkte per eenheid van gewicht aanzienlijk is, terwijl de sterkte per eenheid van oppervlak niet bijzonder hoog is: zuiver aluminium heeft een druksterkte van 7 kgf.mm- 2 , die door koudvervormen tot 13 kgf .mm -2 opgevoerd kan worden. In de praktijk wordt Al voornamelijk in legeringen gebruikt. Legeringen met Mn bereiken druksterkten van 9-15 kgf .mm- 2 (toegepast als dakbedekking), met 3% Mg (A1Mg 3 ) van 18-26 kgf .mm-2 , met 5% Mg(A1Mg5) van 24-32 kgf.mm- 2 • Vooral de legeringen met Mg zijn goed bestendig tegen atmosfeer en zeewater. De genoemde legeringen zijn lasbaar, daar zij niet door afschrikken gehard zijn. Andere legeringen (bv.AlMgSi, AlCuMg) hebben een deel van hun mechanische eigenschappen aan harden te danken, mogen dus niet gelast worden. AlCuMg is ook niet bijzonder korrosiebestendig meer, moet bv. met een laag verf of zuiver Al tegen korrosie worden beschermd. Het is slechts in beperkte mate koud vervormbaar, heeft echter een druksterkte van 40-44 kgf .mm- 2 •

-98-

13.3.

Soldeer·. Bij het solderen brengt men een verbinding tussen twee stukken metaal tot stand door middel van een ander metaal. Dit laatste wordt in gesmolten toestand tussen de twee te verbinden stukken gebracht. De laatstgenoemden smelten zelf niet. Zij moeten wel vrij van oxyde zijn, wil het soldeer erop hechten. Men onderscheidt hard-en zachtsoldeer. Zachtsoldeer is meestal een legering van tin en lood; s-tin 30 bevat bv. 30% tin, S-tin 35 35% tin etc. De smelttrajecten van zachtsoldeer (30-50% tin) liggen zo laag(183-260°c),dat men met een soldeerbout of-lamp het metaal tot smelten kan brengen. s-tin 30 wordt gebruikt voor het verbinden van loden buizen, zachtsoldeer met hogere tingehalten voor het solderen van Zn. Ook andere legeringen worden gebruikt (bv. 97% Pb+Ag,Cu,Cd etc.). Hardsoldeer wordt toegepast voor het solderen van koper, staal en gietijzer. Vaak zijn dit cu-zn-legeringen; ook Al-legeringen worden gebruikt, hierbij dient men echter een korrosiewerende verf op de soldeerplaats aan te brengen (werking als anode). De smeltpunten van hardsoldeer liggen zo hoog~ dat men met een soldeerbout of -lamp de voor smelten benodigde temperatuur niet bereikt: men moet met een brander werken.

il

. -99-

14. 14 .1.

Verf . Algemene karakterisering. Een verf bevat verschillende bestanddelen: a. Een bindmiddel. Functie:het vormen van een aaneensluitende laag1 bij het opbrengen moet de verf vloeibaar zijn, het bindmiddel moet over kunnen gaan in een.min of meer vaste toestand. b. Pigment~n, bestaande uit kleine vaste deeltjes, die onoplosbaar zijn in alle andere bestanddelen van de verf. Opgeloste stoffen worden slechts in uitzonderingsgevallen gebruikt. Functie: het geven van de gewenste kleur, en.het onzichtbaar maken van de ondergrond ("dekkend vermogen"). Wil de verflaag glanzend worden, dan dienen de afmetingen der pigmentdeeltjes klein te zijn vergeleken bij de dikte der verflaag; zij mogen dus niet uitvlokken.Bovendien neemt de glans af met toenemend gehalte van de verflaag aan pigment. c. Vulstoffen ("versnijdingsmiddelen"), toegevoegd hetzij om economische redenen, hetzij voor het wijzigen der vloeieigenschappen. Als voorbeeld zij vermeld: het vervaardigen van een halfglanzende zwarte verf op roetbasis. Om de verf halfglanzend te krijgen moet zoveel roet worden toegevoegd dat de verf erg stijf wordt. In zo'n geval voegt men een andere vaste stof toe die qua brekingsindex zo weinig van het bindmiddel verschilt dat hij geen invloed heeft op de optische eigenschappen van de verf. d. Oplosmiddelen. Functie: het dunvloeibaar maken van het bin~iddel, zodat dit in een dunn~ laag uitgespreid kan worden. vaak is het voordelig om de verf in een vrij viskeuze toestand te bewaren {bv.om bezinken der pigmentdeeltjes te voorkomen) en het oplosmiddel pas kort voor het gebruik toe te voegen. e. Hulpstoffen, die bv. het "drogen" van de verf na toepassing bevorderen, of tijdens opslag tegengaan. Vaak moet men meer dan êên verflaag aanbrengen ,.bv. om de ondersite laag,. qe z.g. "grpndverf" of "primer.",

-100-

• waarvan de keuze veelal door de ondergrond wordt bepaald, mechanisch te beschermen. Zo'n combinatie van verflagen heet een "verfsysteem". Bij de keuze van de grondverf bedenke men, dat deze goed moet hechten op de ondergrond, bij voorkeur de ondergrond moet beschermen, en niet mag aangetast worden door stoffen afgegeven door de ondergrond (vrije kalk uit mortel). De grondverf hoeft niet te glanzen; dit zou eerder nadelig zijn voor de hechting van de erop volgende laag. "Gron~lak" is een grondverf die speciaal goede vloeieigenschappen heeft (minder last van kwaststrepen). · -

De op één na laatste verflaag heet "voorlak", de laatste verflaag heet "aflak" of "dekverf". Vele soorten verf bevatten gifti•;e bestanddelen, en vele oplosmiddelen zijn brandbaar. Men heeft een codering ingevoerd om de giftigheid aan te duiden, een combinatie van een letter (A-D) en een cijfer (0 of 1). De letter duidt de vergiftigheid der vluchtige bestanddelen aan (A: onschadelijk; B: inademen van veel damp is gevaarlijk; c en D: idem in sterker mate). Het cijfer slaat op de niet-vluchtige bestanddelen: cijfer 1 betekent "vergiftig bij inwendig gebruik en bij inade. men van schuurstof en spuitnevels." Ook bij gebruik van een A-0 verf dienen enige voorzorgsmaatregelen te worden getroffen; verwerken van verf met een andere codering eist goede ventilatie, desnoods een verse luchtmasker (C: masker alleen bij verfspuiten nodig; D:ook bij verwerken met de kwast) • Enige verfsoorten: a. Plamuur: een verf waarmee een ruw oppervlak glas gemaakt kan worden. Bij het. schilderen van bouwwerken wordt het meest plakplamuur toegepast: gelijke delen lijnolie en tarwestijfsel, + krijt. b. Stopmiddelen: pasta's voor het vullen van gaten en naden en het aanstoppen van spanningen. Stopverf bv. bestaat meestal uit caco 3 of gips en lijnolie. Stopverf wordt op de duur hard en bros; een stopmiddel dat niet hard wordt doch plastisch blijft heet

-101-

stoppasta of welpasta (toegepast bv. voor het afdichten van ruiten in stalen sponningen). c. Voorstrijkmiddel: een middel om een oppervlak beter verfbaar te maken, bv. door omzetting van vrije kalk in het substraat. d. Vernis: een ongepigmenteerde verf, toegepast voor het beschermen van de ondergrond. e. Muurverf: een verf voor beton, pleisterwerk e.d • . "Veegvàste" muurverf geeft_ bij droog vegen niet af, "wasbare" muurverf kan met water gereinigd worden, "afwasbare" muurverf kan met water verwijderd worden. . 14.2. 14.2.1.

Bindmiddelen in verven • Bindmiddelen, reeds als zodanig aanwezig in de verf. Deze bindmiddelen bevinden zich in de verf in opgeloste vorm (ter verkrijging van een dunvloeibaar karakter), de verff ilm ontstaat ten gevolge van het verdampen van het oplosmiddel. Deze wijze van "drogen" verloopt snel, speciaal bij dunne verflagen. Als oplosmiddel kan men water gebruiken; van de f ilmvormende stoffen lossen hierin op: natrium- en/of kaliumsilikaten ("waterglas"), en enige organische stoffen· (d.ierlijk of plantaardige lijm, caseinelijm of celluloselijm). Van deze lijmsoorten kunnen alleen caseinelijm op kalkgebonden ondergrond en silikaatverven voor buitenwerk worden gebruikt. Andere filmvormende stoffen lossen in water niet of nauwelijks, in andere oplosmiddelen (bv. esters) daarentegen wel op: nitroce~lulose, viny~lak (=een copolymeer van vinylacetaat en vinylchloride). Een vaak toegepaste stof is ook "cloorrubber" (ontstaan door behandelen van rubber met chloor), opgelost in een keten of ester. Silikaatverven worden veel gebruikt voor het verven van pleisterwerk en eterniet.

14.2.2.

Bindmiddelen, die hard worden ten gevolge van een chemische reactie. Hiertoe behoren bv. de drogende oliën. Dit zijn esters van glycerol,_waarbij meer dan êên OH-groep vervangen

-102-

door een organische zuurgroep met onverzadigde bindingen (bv.oliezuur). Onder invloed van zuurstof uit de lucht worden er bruggen tussen de vetzuurgroepen gevormd: H H - C =C -C H =C H-

-cH-c~

l 1 o, ç - c-cH 1I

en paar iedere vetzuurgroep aan één uiteinde via het glycerol met andere vetzuurgroepen verbonden is, ontstaat aldus een driedimensionaal netwerk. Men kan de bruggen tussen vetzuurgroepen ook via polymerisatie aanbrengen; men moet dan spec iale katalysatoren toevoegen. De bij polymerisatie ontstaande C-C-brug is beter vocht-en weerbestendig dan een c-o-c-brug. Tot deze groep behoren ook sommige van de z.g. alkydharsen. Dit zijn reactieprodukten van een meerwaardige alcohol (bv. glycerol) met een meer-basischzuur, bv.phtaalzuur0

an~ydride,

waarbij in het geval van in verf toegepaste alkydharsen ook een aantal onverzadigde vetzuren ingebouwd zijn die net als in drogende oliën onder invloed van o 2 met elkaar kunnen vernetten.Voorbeeld: 70% vetzuren, 15,3% glycerol, 14,7% phtaalzuuranhydride. Men onderscheidt, al naar het phtaalzuur~nhydridegehalte, vette typen (15-20%), middenvette typen (20-35%), en magere typen.Met toenemend phtaalzuuranhydridegehalte neemt de bestendigheid tegenover de atmosfeer af, maar verloopt het harden sneller. De tot nog toe besproken bindµliddelen reageren onder invloed van de lucht~ Het is ook mogelijk de reagentia,die samen een film vormen, allen in de verf op te nemen; dit heeft het voordeel dat een dikke verf laag ineens op het voorwerp kan -worden gebracht. De reagerende componenten

-103-

dienen natuurlijk pas kort voor gebruik met elkaar te worden gemengd ("twee-componenten-verven"). 14.2.3.

Emulsieverven. Hierbij is de f ilmvormende stof als emulsie in water verdeeld. Als het water verdampt gaan de emulsiedeeltjes aan elkaar zitten. In de emulsiedeeltjes kan.nu filmvorming ·optreden op de onder 14.2.1. of 14.2.2 genoemde wijze.

14.3.

Enkele pigmenten.

14.3.1.

Loodwit = basisch loodcarbonaat. Vergiftig (niet gebruiken voor binnenschilderwerk). Bovendien wordt het aangetast door H2 s ( ~PbS), de aantasting is echter weer onzichtbaar te maken door a 2o 2 (~ Pbso ). Eist weinig bindmiddel, hetgeen de vocht4 bestendigheid bevordert, en is daardoor geschikt voor toepassing op hout, stoppasta etc. Metalen worden echter door verontreinigingen erin gecorrodeerd.

14.3.2.

Zinkwit

=

ZnO.

Niet vergiftig, eist echter meer bindmiddel dan loodwit. Toepassing op hout en plamuur binnenshuis. 14.3.3.

Titaanwit

= Ti0 2

Niet vergiftig. Dekt uitstekend {hoge brekingsindex, waardoor een lichtstraal bij iedere passage van een grens pigmentkorrel/verffilm sterk wordt afgebogen, en dus minder kans heeft door de verf laag. heen te dringen). Is echter duur en stelt hoge eisen aan het bindmiddel. Toepassing: afschilderverven buitenshuis. 14.3.4.

Loodtitanaat

= PbTio 3 •

Niet vergiftig, dekt goed, en vraagt weinig bindmiddel.

-104-

"

14.3.5.

Loodmenie= Pb 3o4 • Eist veel bindmiddel, Werkt passiverend op staal, en wordt veel gebruikt in grondverf op staal. Kan ook hout beschermen tegen vochtopname uit metsel-of pleisterwerk. Is echter niet bestand ~egen atmosferische invloeden en H2 s.

14.3.6.

Ijzeroxyderood, voornamelijk Fe 2o 3 • Bruinrood, kan bij binnenwerk in grondverf voor staal worden toegepast •

. 14.4. 14.4.1.

Enige praktische wenken. Verven van hout. Een probleem is dat de eerste verf laag voor een vrij groot deel in het hout (vnl.vroeghout) dringt. Voorbereiding van het houtoppervlak vraagt zoveel mogelijk verwijderen van relief en dichten van de poriën (schuren na het schaven; toepassen van plamuur). Men kieze een sneldrogende grondlak of-vernis om wegzakken te voorkomen. Houtsoorten die voor de verf schadelijke bestanddelen bevatten (yang, afzelia, azobé), moeten goed drogen alvorens geschilderd te worden • Ook andere houtsoorten moeten bij voorkeur gedroogd zijn tot een vochtgehalte ~ 16%, om werken te voorkomen. Men.besteie vooral aandacht aan het verven van kops hout en aan onderaofpels van ramen en kozijnen. Hout droogt in het algemeen van binnen naar buiten, daar binnen meestal een hogere absolute vochtigheid heerst. Bij voorkeur moet de vochtafdichting aan de binnenzijde dus beter zijn dan die aan de buitenzijde. Dit noemt men "relatieve vochtafsluiting".

14.4.2.

Verven van staal. Het oppervlak dient zo veel mogelijk vrij gemaakt te worden van roest (zie 12.5) en vet (behandelen met alkali of organ~sche oplosmiddelen). om korrosie tegen

-105-

te gaan dient de grondverf bij voorkeur menie,chromaten of calciumplumbaat te bevatten. De roestvorming onder een verflaag begint vaak in streepjes-vormige gebieden, waar de verf bij het opstrijken te dun is gebleven.

14.4.3.

Verven.van stenen, mortels en pleisterwerk. Bij olieverf of oliehoudende verf treedt vaak een reactie op tussen het bindmiddel en vrije kalk of cement (verzeping, waardoor de samenhang verloren gaat). Dit treedt vooral op bij het verven van vochtige muren. Men kan het oppervlak behandelen met een voorstrijkmiddel waardoor de kalk in onoplosbare verbindingen wordt omgezet (silicofluoriden), of, beter nog, een bindmiddel toepassen dat niet kan verzepen (chloorrubber bv.). Voor een goede hechting moet het bindmiddel wel enigszins de ondergrond binnendringen, dit mag echter niet te sterk gebeuren, anders blijft te weinig bindmiddel over voor het pigment. Bij een "zelfreinigende muurverf" kiest men met opzet de samenstelling zo dat er voor het pigment weinig bindmiddel overblijft. Regen spoelt dan de buitenste pigmentlaag en het daarin opgehoopte vuil weg. Bij reparaties van muurwerk lette mèn er op, dat gerepareerd en oorspronkelijk muurwerk niet te sterk verschillen in opzuigend vermogen.

-

-106.-

15.

Lijm.

.

Bij het op elkaar lijmen van twee voorwerpen dient de luchtlaag die zich tussen de twee voorwerpen bevindt, vervangen te worden door een andere stof (zie deel I). Deze stof moet aan de ~olgende voorwaarden voldoen: a. Voor het tot stand brengen van een goed contact en het binnendringen in oppervlak-spleten dient de lijm bij het toepassen dunvloeibaar te zijn, en een geringe . randhoek te vertonen. De laatstgenoemde eis brengt met zich mee, dat we een polair oppervlak (glas, metaal) niet zullen trachten te lijmen met een apolaire stof (polytheen) of omgekeerd. Lijmsoorten die een verbinding tot stand moeten brengen tussen een polaire en een apolaire stof zijn daarom vaak mengsels van polaire en apolaire stoffen. Van het oppervlak van polaire stoffen dienen laagjes vet e.d. te worden verwijderd. b. De combinatie polair materiaal - polaire lijm verdient de voorkeur boven de combinatie apolair materiaal- apolaire lijm (zie deel I over de grootte der chemische bindingskrachten). Apolaire stoffen (polytheen, teflon) zijn vaak moeilijk te lijmen1 veelal maakt men hun oppervlak voor het lijmen wat sterker polair, bv. door behandelen met een gasvlam. Ruw maken van het oppervlak heeft vaak een gunstig effect op het lijmen (mechanische verankering). Bij kool~ stof staal bereikt men dit door zandstralen, bij de meeste andere metalen (Al,Mg,Cu) door etsen. Men kan aan de eis: dunvloeibaar karakter bij toepassing naderhand hard worden voldoen door de lijm in opgeloste of geemulgeerde vorm toe te dienen en he~ oplosmiddel of emulsiemedium te laten verdampen (net als bij verven). Een verschil met de situatie bij verven is, dat dit principe in het algemeen slechts bij .het lijmen van poreuze stoffen mogelijk zal zijn: ontwijken van damp van oplosmiddel of emulsiemedium bij randen van de lijmnaad heeft slechts een ondergeschikte betekenis. Het lijmen van poreuze stoffen (hout,papier, leer) is hierdoor - en door de verankering - relatief gemakkelijk.

-

-107-

Als dit principe niet toegepast kan worden, dan zou men bv. een thermoplastische kunsthars als lijm gebruiken; dit eist echter verhitten voor het tot stand brengen van goed contact. Thermohardende kunstharsen kan men slechts toepassen als men de polymerisatiereactie in de lijmnaad kan laten plaatsvinden. Men moet dan de reagerende stof fen hetzij pas kort voor het lijmen mengen ("twee-componenten-lijm") of een zodanig mengsel kiezen dat bij kamertemperatuur de reactie zeer traag is: dit brengt echter weer verhitten tijdens het lijmen met zich mee. Men onderscheidt niet-spleetvullende lijmen en spleetvullende lijmen. De eerstgenoemde kunnen slechts in lijmvoegen 0,1mm gebruikt worden, bij de laatstgenoemde mag de lijmvoeg tot 1 mm dik zijn. Spleetvullend zijn bv. vlees-en beenderlijm en resorcinol:-formaldehyde, niet spleetvullend is phenol-formaldehyde. Van een "contactlijm" spreekt men, als de lijm op beide te verbinden delen wordt aangebracht, waarna men wacht tot het oplosmiddel verdampt is ("open tijd"). Pas dan brengt men de te verbinden vlakken met elkaar in contact. Voorbeeld: polychloropreen. In bijgaand tabelletje zijn enige veel toegepaste lijmsoorten met hun gebied van toepassing vermeld. Als voorbeeld voor de sterkte van een lijmverbinding zij vermeld, dat caseinelijm bij hout-hout-verbindingen een sterkte kan bereiken van 100-125 kgf .cm- 2 (beuk) of 65-75 kgf.cm-2 (den).

<

-108-

.

ro Ul J.I 1-1

$...1 (J)

•r-1

0.

Cd

j:l.i

Beender,vlees,vislijm Caseïne Bitumen Rubber lijm Cellulosenitraat Chloorrubber Waterglas Phenolhars Rer·sorcinol-form. Araldit Polyester

IU

Cd .!::

:SUl g i::

1-1 Q)

::s .!:: ~..µ

..µ• Ul Ul !tl

l-lr-1

ltl 0. .!:: 0

..µ

::s .!::

0

~

Q)

..µ

x x x

::s

$...1

•r-1

Q)

~

,Q ,Q

..µ

Q)

.!::

..µ

x x

x x

::s

J.I

...; ~

J.I

Q) ~

x

x x x x

Q)

~~ i::

~ Q)

r-1

x

x

x x x x

x x x x x x

"'"'

.....ltl

..µ

0\

a

x

x

Q)

x x

x x

x x

x x

.r-1 Ul

x x

x

-

1

16.

Enige boeken. L.Ploos van Amstel, Bouwstoffen. (Spruyt,van Mantgem en De Does N.V., Leiden). W.Scholz, Baustoffkenntnis,(Werner-Verlag,Düsseldorf). Houtvademecu.i.~,Publikatie van de Stichting Houtvoorlichtingsinstituut,Amsterdam, in samenwerking met het Houtinstituut TNO (P.V.Kampen en Zoon,Amsterdam). Vooral deel I (Houtsoorten) en deel VI(Houtverd~urza­ ming). R.Karsten, Bauchemie (Strassenbau,Chemie und Technik Verlagsges.m.b.H.,Heidelberg). O.Graf, Die wichtigsten Baustoffe des Hoch-und Tiefbaus, Sammlung G8schen Band 984 (W.de Gruyter & Co,Berlijn}. Encyclopedie van de Materialenkennis(Agon Elsevier, Amsterdam/Brussel). A.J.Wildschut, Kunststoffen en rubbers, Argus,Amsterdam 1967.

Fig.t

Klei

t

Grind

Zand

Si// Ffjn

Hiddel

GrtJf

fjner

1

:JO

10- 3 Diameter der. deeltjes,

ITI.

Fig.2

0

d

0

d

g

d

g

10

g

tOO

50 Noor: Encyet. ):/q/erialenkennil

Fig.3 t.O

t

.il ( :J. m

-1.

a-t. gr-1}

+ + 0.6

6()()

+

1000

+

/l,ODO

Sch/jn/Jaar ,a.w. (kll'.f. :m-3)

Fig.4

30

0 Tr;;\ ç

ps

\Gehalte o.an AliOa IJl)

CaO '--_ __..__ _.,.;.....;.___ __.__ _---i,_,__ __.__ __ _ . . . __ __.__ _ _ 90%

ac

10

60

so

6ehalle aan Ca {)

40

ao

~.__-_..__

20

to

\

_

__..Ala Oa.

t

Warm te onlwiJdte/ingsanelheid, ea/.s11e-•.g-'

s.10.-

so

Fig.5

drtJog

droog

Fig6

a Fig. 7

Tiid (hr)

aoo

1

Hu.urdruksterkle (kgf. e.m-•)

Cemenlmcrlel 1: 3

100

Basterd :mortel 1 : 2 : 9

drult.spann ing 0'----~-10~0~----2~00------3~00------,·oo------&~oo--~----------~-----------

Druksferltie der

.bakstenen (ltgl*. cm-i)

Fig.8

Y ast e stor

Luchi

..::---=

_ _.=-:::--Y~-r=a-Jë _ ntUl. 1

r- -:_=--- ...:._-:. -··--

-

-

-

h

a

Fig.9

1

l'emenlgll!fra/ü, kg p~r m 3huf011

soo

400

300

200

100

10

6

...

Jtl

Ge 'IUichia~erhouding toeslag/eemen

Fig. JO

!!! !!!

t t 1t t t b

ttt a

Fig.11

t

Gevo.ruien drukslerkle.

(% 21on

druksterkte 'Pa:n een huhus .mei ribbe 20 c.m)

JO()

50

_ _..,.,.....,.R ibhe (cm)

ao

20

J()

Fig.12

t

Druksterkte (%der sterkte na 28dagen)

0

0

+

1()0

+ 0

*

+

+

0

o

"*

*

1

3

1'

10

1,8

100

180

+

hardend cement

anel

normaal lang:taam

" ,,

,, n

--->-Tfid(dagen) 360

f 000

Fig.13 Oruksterlcte bii harde1t bii 5 °C in %der n " " " ,, ao °C

t 100

•

----P.. Tjd (da,,.en) JO

Fig. 14-

3()

Drukslerkle (% van druksler/tte '1/an beton met 900kg cement per m'h1ton}

Î aoo

Geart!eerd gt!.bied: meuf -PODr.komende gez,allen

aoo 10

100

flOO

aoo

400

!100

600

kg

'?(JO

cf'mtlni pw

BfJD

ml.beton

Fig.t5

î

Zeel'resi, %

so

ol__~--L~=====~~~ JO llO 90 mm Diameter :1t1tt.Fopeni1:1.g

Fig.f6

1

0,5

. 8.4.t.a. 8.4.t.d.

f $00

8c/l.j/nbaar 11ocrtelji# gewidit

Fig.17

t&k,%

O,ll

Fig.18

o, 1

1.00

Il/)()

300

-400

Il()() ...

Tifd, uren

Flg.i9

Fig.20

. Fig.21

Fig.22

Fig.23

Fig.25

Fig.24

t·1

Sterkte,%

100

5()

Helling

~.d. ~etl!el

o.._~~----~~~~_._~~~.._~~--:.•~~~--'-~~~~~~_..~~~~~~~f: 211 fl 1 : 10 1 : 15 1 : ~o

:t :

Fig.26

t

st"n.t.., ût % d"r

sier/de na tl'? jarrm .

zoo%

150%

100

0

6

0

.10-

10--4

to- 3

10-~

10-a

10°

JO~

f0 2

:10 3

Tfid, in

~

tsecDnde

t

t .ll'linuut

t

1uur

•

tdtx.g

Fig.21

da.ge~

+

tja.ar

to 4

t

ll.'?jarttn

J()(J

Treli.slerlete, kgf'. mm -a

50

- - Vloeigrens,ltg.t:. mm-•

Reductie der dooranedtt, %

0,1

0,2

o,a o,4:. op 0,6

0,11 o,B ~9

.F'ig.J!,8

--

___ " "

---

"-=:.:1-a ... ---" " __ - -

--

"._

Fig.29

"" "

"" " ......

Ji'lg.30

Fig./Jt

1,0

% C!