Uzer
UDC69J.71
Iron
RVblad 01-1
Ijzer en ijzerconstructies drs. ing. D. J. de Vries 1. Inleiding
'Als het onontbeerlijkste van alle onedele metalen, en onmiddellijk van het grootste nut in de Bouwkunde,
doet zich in de eerste plaats voor het ijzer, zonder hetwelk de aarde onmogelijk zou kunnen worden
Revolutie zien we, dat belangrijke constructie-onderdelen en soms zelfs hele gebouwen van ijzer worden gemaakt. In deze bijdrage komt de geschiedenis van fabrikage en toepassing van ijzer aan bod; de belangrijkste eigenschappen en soorten van dit
metaal zullen worden besproken, evenals de problemen die zich
Aldus een 'Handleiding tot de
voor kunnen doen bij restauratie van ijzeren onderdelen of objecten. Tenslotte staan we nog even stil bij de oorsprong van het materiaal
burgerlijke bouwkunde', die in
gewapend beton omdat ijzer
1833 door de Maatschappij tot Nut van 't Algemeen te Amsterdam is uitgegeven. Tot de Industriële Revolutie, de tijd omstreeks 1800-1850, is het gebruik van ijzer zeer specifiek en gericht, omdat dit materiaal relatief kostbaar en moeilijk te maken was. Aanvankelijk werd ijzer in de bouw voornamelijk als verbindingsmiddel gebruikt, bijvoorbeeld spijkers, bouten, ankers, enz. Vanaf de Industriële
hierbij ook een onmisbare rol speelt.
bebouwd'.
l. Het natuurlijk voorkomen van ijzeroer in Nederland, tek. ROB (Brongers en Woltering)
2. Fabrikagemethoden, eigenschappen en toepassingen Vanaf ca. 1500 tot 1000 v. Chr. wordt in West-Europa en ook Nederland smeedijzer gemaakt door erts in een oven te verhitten met behulp van houtskool en een geforceerde luchtstroom. De
toepassing van ijzer werd voorafgegaan door die van brons, maar verspreidde zich in vergelijking veel sneller, omdat ijzererts overal
voorhanden was. In Nederland heeft men gebruik gemaakt van ijzeroer, dat voornamelijk in het oosten van ons land voorkomt en mogelijk ook van ijzerhoudende klapperstenen die onder andere op de Veluwe gevonden worden.
Ijzeroer of moerijzersteen (Fe2Ü3) komt in ruime mate voor in venige
gebieden en rivierdalen en verraadt zich door een geringe plantengroei ter plekke en doordat er op het water in de omgeving een vettig rood laagje drijft. Oude
winplaatsen van ijzeroer zijn niet terug te vinden, omdat zich op dezelfde plek na ca. 30 jaar opnieuw banken gevormd hebben. Opvallend is, dat er een duidelijke overeenkomst bestaat tussen
plaatsen waar vondsten van oude ijzerindustrie gedaan zijn en de plekken waar ijzeroer van nature gevonden wordt in Nederland afb. 1.
Ijzeroer is een metaal-oxide
verbinding. Om daaruit min of meer zuiver ijzer te krijgen moet dit erts gereduceerd - ontdaan van zuurstof - worden en vrijgemaakt 2. Keltische schachtoven
van aard-achtige elementen. In een kleine schachtoven afb. 2 worden afwisselend lagen houtskool en erts aangebracht en door een RDMZ RVI 985/1 -50
IJzer
RVblad 01-2
geforceerde luchtstroom uit blaasbalgen van huiden wordt de inhoud langzaam op temperatuur gebracht. Vanaf 700-800 “C komt de reductie op gang (Fe,O, + CO geeft Fe0 + CO,). Houtskool heeft in dit proces meerdere functies; door verbranding levert het de vereiste temperatuur, waarbij tevens CO-gas vrijkomt, dat als reducerend middel werkzaam is. Daarnaast levert de uit houtskool afkomstige koolstof een onmisbare bijdrage aan de struktuurverbetering van het ijzer. Lager in de oven is de temperatuur maximaal 1100-1250 “C en vormt zich zuiver metaal (Fe0 + CO geeft Fe + CO,). Bij een temperatuur van 1250 oC kan ijzer niet smelten, want daarvoor is een temperatuur van ca. 1540 oC nodig. Het enige dat smelt, zijn de ‘aard-achtige elementen’ die een vloeibare slakkenbrij vormen, waarin de ijzerdeeltjes naar onderen zakken en tot een deeg-achtige klomp (wolf, loep) samenkitten. Op die manier wordt in ca. 5 uur een wolf gevormd, die door de smid net zo lang behamerd moet worden tot alle slak er uit gedreven is. Het ijzer, dat aldus ontstaat, is vrij zuiver (ferritisch) en bevat zeer weinig C (koolstof). In een koolstofrijke omgeving - zoals in de oven het geval is - kan ijzer aan het oppervlak koolstof opnemen vanaf een temperatuur van ca. 910 “C; dit proces wordt ook wel ‘carboneren’ genoemd. De eigenschappen van ijzer worden in belangrijke mate bepaald door het element 3. Het verband tussen koolstof(C)% en resp. treksterkte, rek en hardheid (v.l.n.r.)
koolstof. Bij een toenemend koolstofgehalte wordt ijzer (staal) harder en sterker maar ook brosser en daarmee minder rekbaar afb. 3. De kennis over de rol van koolstof was tot de 18de eeuw niet bekend; de smid beheerste het proces vanuit ervaring, waarbij de natuurlijke kwaliteit van erts en brandstof ook belangrijk waren voor de eigenschappen van het eindprodukt.
beschrijft. Tegenwoordig wordt al het ijzer met een laag koolstofgehalte staal genoemd, ook als het niet is gehard. In de middeleeuwen was staal ongeveer zes.maal duurder dan het gewone smeedijzer, dat vrijwel geen koolstof bevatte. Het bundelen werd dus niet alleen vanuit een technisch oogmerk toegepast, maar bracht kennelijk ook financiële voordelen met zich mee. In de 14de eeuw werd vanuit de schachtoven de zogenaamde hoogoven ontwikkeld, waarschijnlijk voor het eerst in de Harz en niet lang daarna ook in andere delen van Noordwest-Europa. Deze hoge ovens zijn mogelijk, omdat men in die tijd al beschikking had over blaasbalgen die door middel van waterkracht werden aangedreven; ook smeedhamers en ertsbrekers konden op het mechanisme van watermolens worden aangesloten. In die tijd werd overal intensief
Vóór de jaartelling waren Europese smeden al op de hoogte van het carboneren en konden de eigenschappen van het staal doen variëren door korter of langer te verhitten bij een hoge temperatuur in een koolstofrijke omgeving. Zo ontstonden plakken met een verschillend koolstofgehalte die aaneen werden gesmeed. Op die manier kon een voorwerp ontstaan, bijvoorbeeld een bijl, met een hard oppervlak en een relatief taaie kern; dit proces noemt men 4. Doorsnede van smeedgzeren staaf bundelen. Het werd nog tot in de (62 x 75 mm) samengesteld door 19de eeuw door smeden toegepast bundeling van acht kleinere staven (foto afb. 4. Veel steenbeitels waren tot het begin van deze eeuw ‘ingelegd’, RDMZ) dat wil zeggen dat op de ijzeren beitel een stalen snijkant geweld werd. Vanaf een zekere hoeveelheid (enkele tienden van procenten) kan koolstofhoudend smeedijzer in gehard staal veranderd worden door het plotseling af te koelen -te schrikken - in water. De eerste geschreven vermelding van dit proces is afkomstig van de monnik Theophilus, die omstreeks 1100 het fabriceren van stalen vijlen
n
Uzer
RVblad 01-3
naar ijzererts gezocht om, wat de ijzerproduktie betreft, niet afhankelijk van andere, eventueel vijandige, gebieden te zijn. Als brandstof werd in de ertsreducerende ovens gedurende de middeleeuwen steeds houtskool (van eikehout) gebruikt, maar vanaf de 13de eeuw werd voor verdere verhitting
gende brosheid. Vanaf het begin van de 15de eeuw ontdekte men de praktische toepasbaarheid van het gietbare gesmolten ijzer. Aanvankelijk maakte men er kanonnen, kogels en iets later ook haardplaten, vijzels e.d. van. Opmerkelijk is, dat het vijf meter lange kanon 'De dulle Griet', in de
in aparte vuren ook steenkool gebruikt. De rook van gewone steenkool bevat te veel zwavel om
eerste helft van de 15de eeuw voor de stad Gent vervaardigd, nog
voor de primaire omzetting - reduktie - geschikt te zijn. Door de hogere temperatuur en de langere duur van het proces in de hoogovens neemt het koolstofgehalte van het ijzer toe, waardoor de smelttemperatuur van het ijzer lager wordt (zie het ijzer-koolstof diagram afb. 5). Als het ijzer dan toevallig zo heet werd, dat het smolt, gooide men het weg omdat het verder niet smeedbaar was wegens het veel te hoge koolstofgehalte en de daarmee samenhan5. Ijzer-koolstof diagram, het verband
tussen c% (hor.) en temperatuur (vert.). AC is grens van de vloeibare toestand
yoo 800
700
V*.-
RDMZRVJ985/1-5!
geheel uit aaneengesmede (smeed)ijzeren ringen bestaat. Grotere voorwerpen moesten altijd uit relatief kleine staven samengesteld worden, zoals ook de 'iseren dore' die zich in het Raadhuis te Kampen bevindt afb. 6. Deze imposante deur is in 1362 als krijgsbuit meegenomen, nadat het
bijna onneembare kasteel van de heren van Voorst in de buurt van Zwolle door een gemeenschappelijke aktie van Deventer, Zwolle, Kampen en de bisschop van Utrecht uiteindelijk toch veroverd werd. Het geheel bestaat uit 22 naast elkaar geplaatste ijzeren staven, die door middel van forse
6. Ijzeren deur in het Raadhuis te Kampen, waarschijnlijk late 13de eeuw (behalve slot) afkomstig van kasteel de Voorst bij Zwolle t oou u o
$" 00 0
o o o oo £
o
I
o u l_ o
^5s
0 do o o o o o o
fc\
o0 °
o o
oo 0 0 o o o o o o o o D 0 0 o o o o 0 oo
0
0
0
§00 0 o 0
} o o o o 0 o o o o o o o 0 oo
o
o
£) o 0
o
o
o o o o o 0 o o o 0 0 o o o o o o o o o oo Q
o
Q
^_
o o
oo o 0 0 0 o 0 o o 0 0 o o °f ?5= fCöjo
OO
m
oo
tejj^ï
o Q
oo0 0 o00o „ D o °° oo 0 o o o 0 o o o o o o o
0
o 0
O
^^ö 0 0 0
Q
o o
oo o o o o o 0 o 0 0 o o 0 o 0 o o 0 o 00 0
o
O 0ooo Q
o
o o o o o o o oo 0 o o o o o O o o 000
0
o o oo o 0 o 0 0o o 0 o0 o 0 0 o0 o 0 « o o 0
0
c
0
oo o 0 0 0 o 0 o 0 0 o o • 0 0 o 0 ö 0 00 o
0
£a 0 0 0-0 o o-0 o o o 0 0 o 0
0
ooo
Uzer
RVblad 01-4 nagels op 13 'klampen' geklonken zijn. In 1543 heeft de deur nog goede diensten bewezen toen het Kamper stadhuis afbrandde en het archief, dat achter de deur in een overwelfde ruimte bewaard werd, gespaard bleef voor de vlammen. Een vergelijkbare funktie heeft de deur van de 'Ijzeren Kapel' in de Oude Kerk te Amsterdam gehad, hoewel de bruikbaarheid daar gelukkig nooit op de proef is gesteld. Reeds in de middeleeuwen trad onder de smeden, die verenigd waren in de gilden van St. Eloy, verregaande specialisatie op; spijkers bijvoorbeeld werden vanouds in de stad Luik gemaakt, vaak bij wijze van bijverdienste in de vorm van huisvlijt. Verder kende men wapensmeden, messemakers en slotenmakers; het werk van de ijzergieters had echter meer gemeen met dat van de koper- (brons)gieters.
een halfhoutse of koude verbinding met enkele spijkers. Vanaf de 16de eeuw worden vliering-dragende balken soms aan de wormen of flieringen opgehangen door middel van ijzeren beugels.
In de late middeleeuwen hebben woonhuisvensters vaak diefijzers in de openingen, die alleen met een luik werden afgesloten (bijvoorbeeld bij klooster- of kruisvensters). Bij een struktuuronderzoek van zo'n ijzer uit de late 15de eeuw kon duidelijk een geharde struktuur aangetoond worden. Soms zijn vensters voorzien van een fraai gesmeed traliewerk, zoals bij de stadhuizen van Kampen en Nijmegen en het Markiezenhof te Bergen op Zoom. De stenen montants in gotische vensters werden gekoppeld aan het muurwerk door middel van ijzeren brugstaven. Op de roestvorming en daarbij optredende schade bij deze bouwwijze komen we later Vanaf de tijd dat ijzer in hoogovens terug. Het hang- en sluitwerk werd vaak fraai gedekoreerd; middeltot smelting komt bevat het eeuwse gehengen zijn zeldzaam, basisprodukt, het ruwijzer, maar soms kan het beslag van ongeveer 4% koolstof. Het ruwe gietijzer kan direkt uitgegoten deuren vergeleken worden met beslag op meubels. worden maar het kan ook in een tweede procesgang elders hersmol- Twee portaaldeuren van de Utrechtse Dom hebben middelten of ontkoold worden. Deze ontkoling - smeedbaar maken van eeuws beslag, evenals de z.g. spinden uit 1447/'48 in het ruw- of gietijzer - noemt men stadhuis te Zwolle die oorspronkefrissen of louteren, en wordt vanaf lijk - zoals wel vaker gebeurde de 15de eeuw in Wallonië toegevertind waren. (Afb. 7 toont enkele past, in Zweden waarschijnlijk geheng-uiteinden.) Trekankers in reeds in de 12de eeuw. Omdat het smeedijzer in de late middeleeuwen muurconstructies werden al zeer vroeg toegepast. Behalve in torens een wat hoger koolstofgehalte kreeg werd het relatief eenvoudiger werden ze veelvuldig ingezet om spatkrachten bij gewelven op te en goedkoper om goed gereedvangen. In sommige kerken zijn schap te vervaardigen. De belangrijkste indikatoren voor de kwaliteit deze ankers bij de bouw reeds aangebracht, omdat men bijvoorvan het metaal waren het uiterlijk van het breukvlak, de aanloopkleu- beeld rekening hield met grote ren bij het verhitten en de klank bij zettingen wegens de bodemgesteldheid. In andere gevallen het smeden. werden ankers later aangebracht In de loop van de late middeleeuwen is men steeds meer volgens om erger te voorkomen. Ringankers werden soms in koepelgewelven een materiaal- en tijdbesparende bouwmethode te werk gegaan. De aangebracht, of zoals bij grotere gotische kerken gebruikelijk was, ijzeren nagel of spijker voldoet geheel aan deze eis; de tijdrovende in de (veelhoekige) koorsluiting, pen-en-gat verbindingen in hout waar het ringanker soms aan de brugstaven van de vensters was konden vervangen worden door
7. Uiteinden van gehengen; J. 15de eeuw; 2 en 3. vanaf ca. 1500;
4. begin 16de eeuw
gekoppeld. Hoewel in de koepel van de Sint Pieter te Rome tijdens de bouw omstreeks 1575 een drietal ijzeren ringen werd aangebracht om weerstand te bieden aan de ringtrekkrachten, moesten in 1743 en 1744 extra ringen aan de buitenzijde geplaatst worden om verdere scheurvorming te voorkomen. Bij de restauratie van de Laurenskerk te Rotterdam heeft men een ringanker in de koorpartij aangetroffen. Het verkeerde in puntgave toestand, omdat het eeuwen lang beschermd was door een laagje mos. Dit soort ankers waren soms ook verpakt in een windsel van vettig jute, zoals staven in de muren van de Grote Kerk te Dordrecht. Bij de restauratie van de Nieuwe Toren te Kampen bleken de ankers door een soort leem in het muurwerk te zijn omgeven. Gevelankers verbinden balklagen met zijmuren of gevels; als een stenen gevel op vlucht gebouwd werd (vooral in West-Nederland) was een goede ankerverbinding natuurlijk onontbeerlijk. Naarmate het muurwerk lichter werd of kans liep scheef te zakken werd een hecht verband met de houten balklaag belangrijker. Het ankeroog steekt net door het muurwerk heen en daarin wordt vervolgens de schieter of sleutel geplaatst. De oudste en meest voorkomende schieters zijn recht, zonder
Uzer
RVblad 01-5 8. Smeedijzeren sierankers uit Delft, van na de stadsbrand van 1536; l en 8 uit ca, 1615
C »
i)
versiering, vaak met een eenvoudige afschuining naar de muur toe. Naast de rechte ankers kennen we in de middeleeuwen ook ankers in de vorm van een X of een Y. Vanaf het tweede kwart van de 16de eeuw tot even na het midden van de 17de eeuw werden veel sierankers toegepast (zie afb. 8). De verscheidenheid van vormen bij dit soort ankers is enorm. Soms kunnen deze vormen vergeleken
worden met versieringen van bijvoorbeeld gehengen en tegels uit dezelfde tijd. Tenslotte kennen we ook nog ankers met luifelhaken afb 8: nr. 2 en 4 en de zogenaamde jaartalankers. Soms is de onderste punt van de schieter opgebogen, om te voorkomen dat het roestige lekwater langs de gevel kan lopen. S?
In de 16de en 17de eeuw geraakten grote bankiershuizen als investeerders betrokken bij ertswinningsprojekten van adellijke grootgrondbezitters. Ze kregen daarbij een direkt belang in de reeds omvangrijke handel in metalen en metaalprodukten. In het begin van de 17de eeuw vestigden zich belangrijke metaal- en wapenhandelaren in de opkomende wereldstad Amsterdam. Mensen als Trip en De Geer hadden omstreeks het midden van die eeuw een monopolistische handelspositie. Louis de Geer beheerde in Zweden diverse hoogovens en had daar zelfs het
alleenrecht om geschut te mogen maken. De produktie van ijzer had zich sinds de late middeleeuwen op vaste locaties geconcentreerd, bij voorkeur in gebieden met toereikende reserves aan erts en brandstof en met waterstromen voor het aandrijven van de blaasbalgen. Men bouwde stenen hoogovens die in tegenstelling tot de lemen schachtovens meerdere malen, zelfs jaren achtereen gebruikt konden worden. Abraham Cronström, een Zweedse ijzerfabrikant van Nederlandse afkomst, schreef in de jaren zestig en zeventig van de 17de eeuw een verhandeling over de produktie en RDMZ RVI 985/1 -52
handel van ijzer en staal in West-Europa. Hij ging langs alle destijds bekende centra en beheerste het vak vanaf de ertswinning tot en met de kleinste nuances in de exportbepalingen van de diverse landen. Tot de 17de eeuw produceerden veel landen voornamelijk voor eigen behoefte en was de handel beperkt. De Noordelijke Nederlanden vormden hierop sinds ca. 1400 tot in de late 17de eeuw een uitzondering. De economische expansie die ons land in de late 16de en de eerste helft van de 17de eeuw doormaakte, was verantwoordelijk voor een enorme toename in de vraag, ook omdat Nederland door oorlogen van bepaalde exportgebieden was afgesneden. De Zweedse export bijvoorbeeld bedroeg 7000 ton in 1600, 18.000 ton in 1640 en 28.000 ton in 1700. We kunnen hierin een parallel zien met de vrij plotselinge opkomst van Skandinavisch naaldhout in ons land. Na het midden van de 17de eeuw was de hausse uit Zweden wat getemperd en kwamen streken als Spanje (Baskenland), Duitsland en het Alpengebied, Polen, Luik, Lotharingen en eventueel Rusland weer terug. Het eindprodukt dat de smeedijzerindustrieën via de hamermolens verliet, had doorgaans de vorm van een staaf met min of meer nominale afmetingen. De fabrikanten voorzagen hun staven vaak van merken, die dpor anderen, soms tot in de 19de eeuw, geïmiteerd werden. De merken van bijvoorbeeld de Oostenrijkse Steiermark werden vooral in Zweden nagemaakt. Cronström schrijft hierover: 'Het allerbeste staal uit de Steiermark is gemerkt met Denneboom en Rijksappel, het daarop volgende met klaverblad, hellebaard of sabel'. De Zweedse hamersmeden kregen strikte instrukties om hun produkten van merken te voorzien. Hoewel niet verplicht, werd het ijzer in Zweden al vanaf het begin van de 17de eeuw gemerkt. Vanaf 1637, 1659,1669 en 1671 werden
Uzer
RVblad 01-6 de voorschriften dienaangaande strenger; zelfs ruwijzer moest van merken zijn voorzien. Uit dit alles blijkt de behoefte om de kwaliteit van het ijzer kontroleerbaar te maken, niet alleen in Zweden, maar zoals vermeld wordt, ook in
Nederland. Over het verschijnsel van deze en
andere merken is in de bijdrage van H. N. Karsemeijer meer te vinden (R Vblad Merk op smeedwerk 01). Wat de aktiviteiten in Nederland zelf betreft kan vanaf de tweede helft van de 17de eeuw een tweedeling gemaakt worden: de ijzerindustrie in het westen, die was aangewezen op erts- of ruwijzerimport en de Oostnederlandse hoogovens, die gebruik maakten van moerasijzer en waterkracht. De gieterijen in het oosten van het land hadden als gemeenschappelijk kenmerk, dat er geen smeedijzer werd gemaakt, maar direkt uit de hoogoven werd gegoten. Tot de produktie behoorden: haarden, roosters, potten, platen, komforen, ijzeren ramen, ornamenten, lantaarnpalen,
1765 moet in Amsterdam reeds een cokesfabriek zijn opgericht door een Engelsman, zodat het aannemelijk lijkt, dat in het westen van ons land al vroeg met cokes gewerkt werd. In relatief houtrijke gebieden vond de overgang van houtskool naar cokes pas veel later plaats; in het Roergebied omtreeks 1850, in het oosten van ons land
nog iets later en in Zweden pas na 1900. Door het gebruik van cokes konden hoogovens nog groter worden. Houtskool had als nadeel dat het in grote ovens zo sterk werd samengeperst, dat een goede
alwaar Ulrich Huguenin als direkteur de leiding kreeg. Deze Huguenin schreef enkele interessante traktaten over 'het gietwezen', die zelfs als basis voor de moderne ijzerindustrie in Japan hebben gefunctioneerd!
ITT
balusters, vuurtorens, gewichten, granaten, enz.
3. Veranderende technologie, de Industriële Revolutie Tot in de 18de eeuw was het gebruikelijk om hoogovens met
houtskool te stoken. In landen als Nederland en Engeland was hout schaars geworden, zodat men moest zoeken naar een alternatieve brandstof. Kolen waren op zich niet geschikt voor het reduceren van erts, maar in 1711 wist de Engelsman Abraham Darby voor 't eerst ijzer te maken met behulp van cokes. Hij verkreeg cokes door steenkool te roosteren, waardoor verontreinigingen als zwavel en andere schadelijke gassen werden uitgesloten. Na enige aarzeling werd cokes omstreeks het midden van de 18de eeuw op grotere schaal in Engeland gebruikt. Tegen het eind van die eeuw werden de eerste met cokes gestookte ovens in Frankrijk genoemd, evenals in Silezië. In
9. 19de-eeuwse hoogoven
10. Engelse gieterij vlamoven uit de 18de eeuw
trek niet meer mogelijk was. Met
In Engeland werden omstreeks
cokes wordt ijzer beter vloeibaar, maar het veroorzaakt wat meer
1780 stoommachines ingezet om de blaasbalgen voor de hoogovens aan te drijven, waarmee men onafhankelijk werd van stromend water. In 1836 hadden de ijzergieterijen Nering-Bögel te Deventer en de pas opgerichte Grofsmederij te Leiden, evenals de (nieuwe) Rijks ijzergieterij te Delft de beschikking over stoommachines. De belangrijkste verbetering van de hoogoven in de 19de eeuw was
onzuiverheden in het metaal dan houtskool. Na de val van Napoleon proclameerde Willem I zichzelf in 1815 tot koning van de Noordelijke en Zuidelijke Nederlanden. Hij wilde in beide landsdelen de moderne methoden van de Industriële Revolutie invoeren, maar slaagde daarbij het beste in het zuidelijk deel. Er werden vele kanalen gegraven en in Seraing werd een gigantische ijzerindustrie gebouwd tussen 1820 en 1830, waarbij de Engelsman John Cockerill de leiding had. De nieuwe hoogovens werden (uiteraard) met cokes gestookt. De Nederlandse rijksgeschutsgieterij werd omtreeks 1815 van Holland naar Luik verplaatst,
de toepassing van verhitte blaaslucht, waarmee aanzienlijke brandstofbesparingen mogelijk waren. Dit systeem werd voor het eerst bij de Engelse Clyde Ironworks in 1829 gebruikt en in 1835 reeds bij Nering-Bögel in Deventer.
Naast de hoogoven afb. 9, waaruit direkt gesmolten werd, waren in
Uzer
RVblad 01-7 de 18de eeuw diverse oventypen bekend voor hersmelting of zuivering en ontkoling van ruwijzer. Voor hersmelting van gietijzer kon een reverber- of vlamoven gebruikt worden afb. 10. Behalve dit liggende type kende
verband houdende verhoging van de smeltgrens (zie afb. 5). Het eindprodukt van de puddeloven wordt, evenals het gefriste ijzer, weiijzer genoemd. De stukken weiijzer uit de puddeloven konden tot staven worden gesmeed, of zoals in Engeland in korte stukken worden geknipt, opnieuw verhit in een andere oven, samengesmeed en meerdere keren gewalst worden, dan weer geknipt en opnieuw gebundeld, enz. In feite is dit een (gedeeltelijke) mechanisatie van het oude smids-ambacht. Hoewel het puddelen een zeer
11. Moderne koepeloven met voorhaard
12. Puddeloven volgens het patent van Henri Cort uit 1784
men ook schachtovens, die koepelof Cupol-ovens genoemd worden afb. J1. Voor het vervaardigen van smeedijzer uit ruwijzer maakte men tot ver in de 19de eeuw gebruik van het frisvuur, maar deze methode leverde slechts kleine hoeveelheden ineens op. Henri Gort verkreeg in 1784 patent op zijn z.g. puddeloven afb. 12. Deze oven is in feite een vlam- of reverberoven waarin 150-300 kg ruwijzer tot smelten kon worden
zware bezigheid was kon met behulp van groefwalsen in 12 uur tijds 15 ton weiijzer gemaakt worden, terwijl in dezelfde tijd op traditionele wijze (smeedhamer) met moeite slechts l ton geproduceerd kon worden.
gebracht, waarbij het vuur met een overmaat aan lucht gestookt dient
bodem van de convertor van onzuiverheden en een teveel aan
te worden. Onder toevoeging van oxide-houdende slakken moet het ijzer aanhoudend geroerd (gepud-
koolstof te ontdoen. Met dit soort convertors kan in relatief zeer korte tijd een grote hoeveelheid
deld) worden, tot het geheel dikvloeibaar en taai wordt. Dit
vloeibaar smeedijzer (vloeistaal) gemaakt worden.
laatste verschijnsel wordt veroorzaakt door afname van het koolstofgehalte en de daarmee
Bij het bouwen van walsinstallaties liep Engeland voorop: wanneer
RDMZRV 1985/1-53
In 1856 werd door Henri Bessemer met succes de zogenaamde peerconvertor afb. J 3 ingezet om ruwijzer in vloeibare toestand door een sterke luchtstroom vanuit de
meerdere walsen achter elkaar geplaatst worden is er sprake van een zogenaamde walsenstraat. In tegenstelling tot de smeedhamer (al dan niet mechanisch aangedreven) wordt het gewalste ijzer in één richting in plaats van alle richtingen gedeformeerd. De gelijkmatigheid van het oppervlak en de doorsneden maakt het mogelijk wals-ijzer (staal) van smeedijzer te onderscheiden.
73. Bessemer peer van het staalbedrijf Henri Bessemer & Co te Sheffield 1859
Begin 19de eeuw had het walsen van profielijzer nog geen gestalte gekregen, maar vanaf de jaren twintig werd geëxperimenteerd met spoorstaven van gewalst ijzer in plaats van gietijzer. Na het walsen van spoorstaven met een paddestoelvormige doorsnede was de stap naar het T-ijzer niet zo groot. Dit profielijzer werd in Duitsland in 1828 al toegepast voor de kap van de Dom te Mainz. In het tweede kwart van de 19de eeuw werden ook hoekprofielen gewalst, zoals onder andere bij de tralieliggers van Telford in 1840 is toegepast (zie afb. 14}. In 1849 werd een zware profielbalk nog gemaakt van aan elkaar gesmede stukken plaatijzer. In hetzelfde jaar
werden op de Parij se industrie-tentoonstelling door .een zekere Zorès gewalste profielen (I) getoond met
Uzer
RVblad 01-8 een hoogte van 10-18 cm. In Duitsland worden de eerste zware I-balken in 1857 gemaakt; in de jaren zestig kon men in Frankrijk en Engeland balken met een hoogte van 40 tot 50 cm walsen. De Grofsmederij te Leiden beschikte vóór het midden van de 19de eeuw al over een door stoom aangedreven walsinrichting. Toch hebben we de indruk dat de Nederlandse ijzerindustrie moeilijk met de grotere buitenlandse firma's kon konkurreren. Tussen 1850 en 1860 zien we een sterke
Het grootste deel van de Nederlandse ijzer-export ging dankzij bepaalde voorrechten naar Nederlands-Indië. Nederlandse produkten werden in het buitenland vaak zwaar belast; in ons land stonden openbare aanbestedingen doorgaans ook open voor buitenlanders wegens het vrijhandelsprincipe. Onze eigen regering stond skeptisch tegenover steunverlening aan de ijzerindustrie en twijfelde vaak aan de technische kunde van de Nederlandse ondernemers. De metaalnijverheid - vooral de metaalverwerkende bedrijven -
te Coalbrookdale in Engeland (zie afb. 16). Het gieten vond bij Abraham Darby (III) plaats in 1778, de montage van het geheel was in 1779 gereed. De brug bestaat uit 5 naast elkaar geplaatste boogspanten, die ieder uit 3 gietijzeren boogstaven bestaan met een doorsnede van maar liefst 15x28 cm. De onervarenheid van het bouwen met dit soort konstrukties spreekt uit de wijze waarop de verbindingen tot stand zijn gebracht. Aan de boogvorm ligt de stenen brug ten grondslag. Steenwerk is in zekere zin wel
\\\\\\\XXXXXXXXXX//
14. Tralieligger van Telford 1840
15. Ontwerp van de spoorbrug bij Culemborg 1868 (Koolhof 1982)
toename van de invoer van
leeft omstreeks 1900 sterk op; de zaken worden beter georganiseerd en men schakelt wetenschappelijk geschoold personeel in. In 1902 startte de heer Muinck Keizer een staalgieterij (gereedschap- en machinestaai) in Martenshoek bij Hoogezand, die later zal uitgroeien tot de Utrechtse Demka. Op 20 september 1918 vond de oprichting van de Koninklijke Nederlandse Hoogovens en Staalfabrieken plaats. Na lang wikken en wegen koos men als vestigingsplaats IJmuiden. De kapaciteit van deze moderne staalfabriek bedraagt thans ca. 20.000 ton per etmaal.
smeedijzer. Het was goedkoper geworden dan gietijzer, dankzij de uitvinding van het vloeistaal. Grote opdrachten zoals de Waalbrug bij Zaltbommel en werken van de Staatsspoorwegen gingen naar gespecialiseerde bedrijven in het buitenland. De gigantische ijzeren spoorbrug bij Culemborg, die in 1868 gereedkwam, is ontworpen door Nederlandse ingenieurs afb. 15. Dit onlangs gesloopte meesterwerk met een overspanning van 150 meter, kon wegens verkeerde aannamen niet door de Amsterdamse aannemer P. Quant gerealiseerd worden; de Pruisische firma Harkort moest de
klus afmaken. De Moerdijkbruggen (1872) werden echter wél door een Amsterdams bedrijf gebouwd maar door Franse ingenieurs ontworpen.
4. Ijzer als constructiemateriaal De Industriële Revolutie en de daarmee gepaard gaande toepassing van ijzer op grote schaal begint met de brug over de Severn
16. Coalbrookdale bridge 1779
vergelijkbaar met gietijzer, omdat het ook slecht op trek kan worden belast. Zoals bij houtconstructies maakte men gebruik van zwaluwstaart en gewigde verbindingen. De totstandkoming van een dergelijke brug kan niet los gezien worden van de mogelijkheid veel goedkoper en op veel grotere schaal gietijzer te produceren met behulp van cokes
IJzer
RVblad 01-9
in plaats van houtskool. De Coalbrookdale Comp. moet in 1791 een mogelijk vergelijkbare brug naar Nederland geëxporteerd hebben; helaas weten we niet waar die terecht gekomen is.
P
P
De oudste bekende gietijzeren bruggen in Nederland dateren uit het tweede kwart van de 19de eeuw en hebben doorgaans niet zo’n grote overspanning. In de Bouwkundige Bijdragen van 1847 wordt door de architekt L. Looman een beschrijving gegeven van een gietijzeren ophaalbrug te Goor, die in 1845 door de fa. Nederburgh, Nering-Bögel & Comp. te Deventer gegoten is. Dit zou het eerste exemplaar van zo’n type brug zijn, vijf jaar nadat de eerste Franse gietijzeren ophaalbrug over de Lyse Estaires werd gebouwd. Spoedig daarna zien we overal in ons land dergelijke bruggen verschijnen, in Alphen aan den Rijn in 1846, te Schiedam in 1849, en een dubbele te Dordrecht, waarvan de gietijzeren priemen in 1855 braken door de schok waarmee de brug werd neergelaten. Over de gracht in de Voorstraat te Delft werd in 1869 een witgeschilderd voetgangersbrugje van gietijzer gelegd. Een iets ouder voorbeeld bevindt zich te ‘s-Gravenhage aan de Boomsluiterskade. Net boven het verhoogde brugdek kan gelezen worden: L. J. ENTHOVEN& C” TE ‘S HAGE 1861. Tot even na het midden van de 19de eeuw, zal men voor onderdelen die op druk belast worden, bij voorkeur gietijzer nemen; gietijzer was per gewichtseenheid twee maal zo goedkoop als smeedijzer. Een balk van smeedijzer kan echter half zo zwaar zijn als een balk van gietijzer met dezelfde overspanning, omdat smeedijzer een aanzienlijk hogere treksterkte heeft. Wat de kosten betreft maakte het tot 1850-‘60 niet zo veel uit of men voor dit doel smeed- of gietijzer gebruikte, omdat smeedijzer tot die tijd ongeveer twee keer zo duur was. RDMZ RV 1985/1-
54
Vanaf ca. i860 is smeedijzer voordeliger (Bessemerstaal) en zal gietijzer alleen voor specifieke doeleinden gebruikt worden, vooral wanneer het onderdelen met een wat moeilijker vorm betreft. In dergelijke gevallen kon met behulp van één set mallen een vrijwel onbeperkt aantal afgietsels gemaakt worden. Deze produkten werden vaak als imitatie natuursteenwerk verkocht, bijvoorbeeld standbeelden die na het schilderen met zand bestrooid werden, waardoor ze van zandsteen leken te zijn. Rond 1800 zijn er gebouwtypen waarbij - om verschillende redenen - ijzer een belangrijke rol als constructiemateriaal gaat spelen: de broeikas en het fabrieksgebouw. Broeikassen (wintertuinen) werden gebruikt voor het opslaan van palmen en andere niet-wintervaste planten. De tropische hitte binnen de oudere houten kassen deed de draagstruktuur al snel wegrotten; ijzer bleek beter tegen deze extreme omstandigheden bestand te zijn. In de eerste kassen werd veel gietijzer verwerkt, namelijk voor kolommen, gootbalken en dakspanten.
De Engelse (landschaps/tuin)-architekt J. C. Loudon deed omstreeks 1816 al pogingen kassen te maken met boogvormige draagkonstrukties, waarbij de wand en het dak één doorlopend ijzer/glasgewelf vormden. De tuinier J. Paxton bouwde in 1850-‘51 het absolute hoogtepunt in deze traditie: het Crystal Palace,een expositiegebouw voor de wereldtentoonstelling van 1851 te Londen. Het ontwerp voor het gebouw met een grondoppervlak van 124 x 563 meter werd hem gegund. In enkele maanden tijds moest de produktie van alle onderdelen georganiseerd worden: 3500 ton gietijzer en 900.000 ft2 glas, hetgeen % van de gehele Britse jaarproduktie was. Een dergelijk, maar dan veel kleiner, expositiegebouw van ijzer en glas heeft ook in Nederland gestaan, namelijk het in 1861 door C. Outshoorn gebouwde Paleis voor Volksvlijt te Amsterdam (zie afb. 17).
Restaurants kregen in de tweede helft van de vorige eeuw ook wel eens zogenaamde wintertuinen. In Amsterdam bijvoorbeeld café-restaurant Roetemeyer in 1876 en Krasnapolsky in 1879.
17. Paleis voor Volksvlijt te Amsterdam van C. Outshoorn 185%‘64 (foto RDMZ, z.j.)
Uzer
RVbladOl-10 De ontwikkeling van de broeikasbouw is tot 1850 een vrij zelfstandig gebeuren geweest. Het constructiemateriaal ijzer bleek bij uitstek geschikt om een minimum aan draagsysteem en een maximum aan glasoppervlak te realiseren en vond overal toepassing. De bouwers van broeikassen (veelal tuinarchitekten) hebben wegen gevonden, die vanuit het traditionele constructieve denken niet denkbaar waren geweest.
liggers en stenen gewelfjes. Het grootste deel van de ijzerconstructies dateert niet uit de stichtingstijd maar van omstreeks 1880. In Nederland blijkt in de hele 19de eeuw nog een grote aarzeling ten aanzien van het gebruik van ijzer, vooral wanneer het om traditionele gebouwtypen, zoals bijvoorbeeld woonhuizen gaat. Bij relatief nieuwe of afwijkende typen is die aarzeling veel kleiner.
In Engeland werden omstreeks 1800 al grote fabrieken met meerdere verdiepingen gebouwd. Het belangrijkste probleem bij deze fabrieken was het brandgevaar, omdat dit soort gebouwen, afgezien van de buitenmuren, geheel in hout waren opgetrokken. Men ging er al spoedig toe over, houten vloerplanken door stenen gewelfjes te vervangen en de houten balken en kolommen van (giet)ijzer te maken. Omdat de industrialisatie in de Noordelijke Nederlanden pas laat op gang kwam kennen wij bij ons niet zulke oude voorbeelden. De pakhuizen
Tuinhuisjes werden soms van gietijzer gemaakt; in Artis te Amsterdam werden omstreeks 1852 een muziektent en een apenhuis uit ijzer opgetrokken. De ingang van Nederlands eerste warenhuis - de winkel van Sinkel te Utrecht werd in 1837 opgesierd met een viertal uit Engeland afkomstige gietijzeren kariatiden, die de bovengevel dragen. In het laatste kwart van de 19de eeuw verschijnen tal van ijzeren/glazen winkelpuien, vooral ook in Den Haag afb. 19.
aan het oude entrepotdok te
ook nogal eens voorzien van een
Amsterdam uit 1838 hebben enkel nog gietijzeren kolommen afb. 18. De fabrieken van Van Heek te Enschede zijn gesticht in 1852 en hebben meerdere verdiepingen, die op verschillende wijzen zijn samengesteld. Er zijn gietijzeren kolommen met houten balken en vloeren, maar ook met ijzeren
bekroning in de vorm van een gietijzeren spits. In 1823 kreeg de kathedraal van Rouen zo'n spits. De toren van de St. Antoniuskerk te Overlangel (gem. Ravenstein) heeft nog steeds een opengewerkte gietijzeren torenspits. Het ontwerp is van de Utrechtse architekt W. J. Vogelpoel en dateert uit 1854-'55.
Torens werden in de vorige eeuw
18. Pakhuizen aan het oude entrepotdok met gietijzeren kolommen op de bovenste
verdieping 1838
*t
n 1 p^
r
"l r ——^
p—— ^ r ———^ r———^
r '
^
r
i
pnnr
[TTT1 fS»T« [ » » * 5 L»».?.^3-»»"J
Q
n
S t! D D lift 0 D 3 fl 0 D D 0 D 0 O.D D. D D ÏO 0 ü a B B B B B B B B D B B B n f l B ü B l l I J B B B l l D D B f l i
In 1863 kreeg de toren van de St. Jacobskerk te 's-Gravenhage een opengewerkte, 35 meter hoge spits van gietijzer. In dezelfde stad werd in 1861 het oude dak van de Ridderzaal vervangen door een zeer omstreden gietijzerconstructie naar een ontwerp van de rijksbouwmeester W. N. Rose. Binnen de zaal werd een driebeukig neogotisch basiliek-achtig draagsysteem neergezet, dat in 1902 weer door een reconstructie van de middeleeuwse houten kap werd vervangen. Behalve allerlei klein gietijzerwerk kent men in de 19de eeuw ook gietijzeren kerkramen en werden molenassen ook veelvuldig van gietijzer gemaakt, evenals standbeelden en zelfs komplete grafmonumenten. Vanaf het midden van de 19de eeuw zijn in Nederland enkele tientallen gietijzeren vuurtorens gebouwd, waarvan een aantal naar Nederlands Indië werd 19. Groenmarkt 34 Den Haag 1883
Uzer
RVbladOl-ll verscheept. Deze torens werden opgebouwd uit segmenten van elk ongeveer l m2, die door middel van bouten aan elkaar werden gezet. Gietijzeren vuurtorens waren drie keer zo goedkoop als vergelijkbare stenen constructies. Ze waren sneller te bouwen (monteren) en waren beter bestand tegen aardbevingen, vloedgolven en de invloed van zout water.
Overspanningsconstructies in ijzer Grote overspanningen doen zich voor bij verschillende gebouwtypen, o.a. maneges, stations, markthallen, beurzen, enz. Er zijn vele soorten draagconstructies ontwikkeld in de 19de eeuw. In principe kunnen ze tot enkele elementaire constructieschema's teruggebracht worden. De kleinste eenheid bij een ijzerconstructie is de staaf of balk (indien hol noemen we het een buis of koker), die zelfstandig een overspanning kan
overbruggen of als onderdeel van een groter samenstel kan funktioneren. Zo'n samenstel is doorgaans terug te brengen tot twee hoofdvormen: 1. de driehoeksvorm, het element dat stijve driehoek genoemd wordt, toegepast bij een zogenaamde onderspande balk, een Polonceauspant, een hangspant/hangwerk, vakwerkligger, enz. 2. de boogvorm, maakt een gunstige statische krachtenverdeling mogelijk; er treden hoofdzakelijk drukkrachten in de boog op; een omgekeerde boog is de constructie van bijvoorbeeld een hangbrug, waarvan de kabels of kettingen vrij zuiver op trek worden belast. Het hangwerk heeft als uitwendige vorm de driehoek. De basis van de driehoek is de trekbalk, die aan één of meerdere hangers is opgehangen. Afhankelijk van het aantal hangers wordt het hangwerk enkelvoudig, dubbel, drievoudig, enz. genoemd afb. 20..
20. Enkelvoudige smeedijzeren hangwer-
ken.
1. Nymphenburg München 1807
2. Marché de la Madeleine Parijs ontw. 1824
21. Onderspande balken, a: hout, b: gietijzer
RDMZRV 1985/1-55
den door T. Romein. Hier zijn hout en ijzer nog door elkaar gebruikt. De slanke smeedijzeren stangen werden voor de op trek belaste onderdelen gebruikt. De idee van de vakwerkconstructie komt neer op het aaneenkoppelen van stijve driehoeken. Dit principe werd door Loudon al in het begin van de 19de eeuw toegepast. Paxton neemt dit idee over en zet het voort in het ontwerp van het Crystal Palace in 1850 afb. 23.
In de eerste helft van de 19de eeuw werden ook gietijzeren spanten in boogvorm gegoten, vergelijkbaar met de Coalbrookdale bridge afb. 16. Dit soort spanten zijn ook toegepast in een ontwerp voor een postkantoor van J. H. Leliman in 1852. Vergelijkbare vormen zijn door de leermeester van Leliman, de Franse architekt H. Labrouste, ook veelvuldig toegepast, o.a. bij de bibliotheek Sainte-Géneviève te Parijs (1843-
'50). Men kan een houten of gietijzeren 22. Polonceauspant balk verstevigen door er een zogenaamde onderspande (onderspannen of 'gearmeerden') balk van te maken afb. 21. In deze constructie worden trek- en drukkrachten gescheiden. De smeedijzeren spanners nemen de 23. Vakwerken in het Crystal Palace door trekbelasting voor hun rekening. foseph Paxton 1850-51 Met twee van dergelijke elementen a ligger van 24 voet in gietijzer wist Polonceau in 1837 een b 48 of 72 voet lange ligger van giet- en spantconstructie samen te stellen smeedijzer door ze met een trekstang aan c 72 voet, giet- en smeedijzer elkaar te verbinden afb. 22. Vanaf 1840 worden deze spanten op grote schaal toegepast. Een vroeg Nederlands voorbeeld is de in 1848 gebouwde cavaleriestal in Leeuwar-
Uzer
RVblad 01-12
Smeedijzeren boogspanten werden al vroeg in Frankrijk toegepast, onder andere op de Halle au Blé te
24. Sikkelspant
Parijs uit 1811. De Engelse constructeur R. Turner was de eerste die
gebogen dubbele T-profielen van 25. Overkapping Centraal Station
gewalst ijzer toepaste (1844). Deze ervaring werd verwerkt in zijn overkapping van het Lime Street
Amsterdam door L. J. Eymer 1884-89
26. Overdekte markt Mariaplaats Utrecht 1863
27. Metaalverlies in verschillende
omgevingen
Z
(1847-52).
Gebouwen met een geheel ijzeren skelet werden tegen 1900 ook in Nederland gebouwd. Als voorbeeld kan de door J. W. Bosboom gebouwde winkel aan de Denneweg te Den Haag genoemd worden (1898).
5. Problemen bij het restaureren van ijzer In tegenstelling tot de meeste smeedijzersoorten is gietijzer alleen onder bepaalde omstandigheden met speciale elektroden te lassen. Over het algemeen is smeedijzer met minder dan ca. 0,2% koolstof goed lasbaar. Tot en met de vorige eeuw werden grote stukken ijzer gemaakt door gesmede, later ook gewalste Station (II) te Liverpool, die in 1851 bundeling van plakjes smeedijzer. gebouwd is. Het soort spant dat hij Vooral bij oudere voorbeelden (ankers e.d.) kunnen zich plakjes toepaste noemen we het sikkelspant, dat naast het Polonceauspant met verschillend koolstofgehalte ook veel in Nederland gebouwd is. voordoen, waardoor het lassen Sikkelspanten zijn bij onder andere soms problemen oplevert. de stations van Arnhem, AmsterEen ander probleem is de roestvordam (Weesperpoort) en Zwolle ming of corrosie van ijzer. Afhantoegepast afb. 24. De oudste, nog bestaande sikkelspantconstructie is kelijk van de omgeving zal bij
te zien bij de overkapping van het
onbehandeld ijzer ten gevolge van
station in Zwolle, dat in 1868
corrosievorming metaalverlies
gebouwd is.
optreden (zie afb. 27] en het
Vakwerk-boogspanten van gewalst smeedijzer werden vooral bij grote
uiterlijk onherkenbaar veranderen. Er zijn vele vormen van roest (FeO, Fe2O3, Fe3O4, Fe(OH)2, enz.) die
overspanningen in de tweede helft van de vorige eeuw toegepast, onder andere bij het St. Pancras-Station te Londen uit 1866 en de
/ƒ
deel van gewalst plat-ijzer en T-ijzers. De constructie is een kombinatie van een boogspant en een Polonceauspant en komt qua opzet sterk overeen met de kap van het Gare de l'Est te Parijs
ontstaan door een elektro-chemisch
proces.
overkapping van het Centraal Station te Amsterdam (1884-'89) ontworpen door L J. Eymer afb. 25. In 1863 werd door het Amsterdamse
In tegenstelling tot de meeste non-ferro metalen, is het corrosieprodukt van ijzer poreus en blijft het proces in principe doorgaan tot al het metaal omgezet is. Dit is
aannemersbedrijf W. J. van Berkum
anders dan bijvoorbeeld koper, dat
een overdekte boter-, kaas- en eierenmarkt gebouwd te Utrecht volgens een ontwerp van C. Vermeys afb. 26. De overspanning is circa 19 meter en de onderdelen van de kap zijn ten dele van gietijzer en voor een belangrijk
door verblijf in vochtige lucht na enige jaren overdekt wordt met een beschermend 'patina', een laagje giftig kopergroen. In een vochtige atmosfeer komt het roesten van ijzer op gang, hetgeen aanzienlijk versterkt kan worden
Uzer
RVbladOl-13
wanneer die atmosfeer door zwaveldioxide (SO2) verontreinigd is. Een andere, voor ijzer nadelige luchtverontreiniger is het chloride ion, dat in regenwater oplost en daarmee een agressieve vloeistof vormt. Kontaktcorrosie kan optreden wanneer ijzer in direkt kontakt staat met een ander metaal. De aard van de corrosie is afhankelijk van de plaats in de zogenaamde spanningsreeks. De kombinatie ijzer/zink is voor ijzer minder problematisch (integendeel) dan ijzer/koper, omdat zink minder edel is dan ijzer, maar ijzer minder edel is dan koper.
Een voor de bouw mogelijk gevaarlijke kombinatie van materialen, die niets met kontaktcorrosie te maken heeft, is die van ijzer dat in een steenachtig materiaal bevestigd is. In sommige gevallen werkt het alkalisch (kalk) milieu als beschermer van net metaal, bijvoorbeeld ijzer, in andere gevallen zal kalk agressief werken, bijvoorbeeld bij zink. Als ijzer corrodeert in een
steenachtig materiaal kan dat gepaard gaan met zo'n enorme kracht, dat hele stukken van het
bak- of natuursteenwerk afspringen. Hierbij kan gedacht worden aan bijvoorbeeld ijzeren brugstaven, die de montants van een (kerk)venster koppelen aan de dagkanten van het muurwerk. Vergelijkbare problemen kunnen ontstaan bij koppel-, ring- en trekankers, die in metselwerk zijn aangebracht. In dergelijke gevallen zal men bij restauratie veelal kiezen voor vervanging door brons of roestvast staal. De weerstand tegen corrosie wordt bij roestvast staal grotendeels bereikt door het staal te legeren met een bepaald gehalte aan chroom. Dit element veroorzaakt de vorming van een dunne beschermende oxidelaag op het staaloppervlak. Naast ijzer en chroom bevat roestvast staal vaak ook nikkel en molybdeen als legerende elementen. In het algemeen bezitten alle soorten RDMZRV 1985/1-56
roestvast staal een goede weerstand tegen atmosferische invloeden. Uit de praktijk is echter gebleken dat roestvast staal type 304 niet bestand is tegen kalk, het type 316 wel. In andere gevallen hoeft dit probleem bij een juiste detaillering niet op te treden. Vanouds worden brugpaaltjes, diefijzers, vensterharnassen, duimen, enz. met behulp van lood in het steenwerk bevestigd. Hierbij moet wel gezorgd worden dat het (giet)lood de ruimte tussen ijzer en steen helemaal vult. Blijven er holten, dan kan er alsnog roestvorming optreden met alle gevolgen van dien. Een soortgelijke ernstige schadevorm, vooral bij jongere monumenten, is roestvorming op wapeningsstaal in gewapend beton. Hierbij speelt de alkaliteit een belangrijke rol. Normaal gesproken biedt het alkalisch milieu een uitstekende bescherming voor de wapening. Afhankelijk van de kwaliteit van het beton, de atmosferische omstandigheden en de dikte van de dekking, kan de alkaliteit vanaf het oppervlak zodanig teruglopen, dat de wapening gaat roesten en het beton er af drukt. De populaire benaming voor dit verschijnsel is 'betonrot'. Het teruglopen van de alkaliteit blijkt vooral veroorzaakt te worden door 'carbonatatie', aantasting van het wapeningsstaal door middel van koolzuur (CO2). Om dit proces tegen te gaan wordt dikwijls aanbevolen het oppervlak te behandelen met een coating die penetratie van koolzuur en eventuele andere stoffen afremt. Uit een door Van der Schuit gepubliceerd artikel (zie literatuurlijst) blijkt chloorrubberverf in dit opzicht het beste te voldoen en silicaat-dispersie het slechtste.
Ijzer brandt niet, maar verliest bij een temperatuur van ca. 500° C de helft van z'n treksterkte. Bij handhaving van een oude ijzerkonstruktie kunnen zich esthetische bezwaren voordoen, als op grond van de brandvoorschriften isolatie
vereist is. Traditioneel zou een dergelijke isolatie in bijvoorbeeld hout of steengaas met stuc uitgevoerd kunnen worden, maar er kan tegenwoordig ook voor een brandwerende verf gekozen worden die geen esthetische bezwaren met zich meebrengt. Een dergelijke verf valt bij hogere temperaturen uiteen in gas en een schuim, waarmee een instortingsvertraging van ongeveer 30 minuten bereikt wordt. Er zijn vele methoden om roest te bestrijden en ijzer een duurzame bescherming te geven tegen atmosferische invloeden. Bij restauraties blijft doorgaans echter een beperkt aantal mogelijkheden over, omdat de meeste onderdelen van een gebouw nu eenmaal vast zitten of te groot zijn om ze bijvoorbeeld een chemische of galvanische behandeling te geven. Indien ijzer ontroest of schoongemaakt moet worden, kan dit door borstelen, slijpen, beitsen of (grit)stralen geschieden. Tegenwoordig wordt veel gestraald; om overmatige ruwheid en daarmee gepaard gaande slechte verfdekking te voorkomen, is het beter om fijne straalmiddelen te gebruiken, omdat daarmee sneller en zorgvuldiger gewerkt kan worden. De toestand van de ondergrond wordt in zogenaamde reinigheidsgraden uitgedrukt, die aan de Zweedse voorbehandelingsnorm, SIS 055900-1967 ontleend zijn. Het principe 'behoud gaat voor vernieuwing' geldt zeker ook voor ijzer. Afhankelijk van de vereiste duurzaamheid en bereikbaarheid kan men kiezen uit verschillende reinigings- en afdekkingsmethoden. Zo zullen aan een tuinhekje minder zware duurzaamheidseisen worden gesteld dan aan een trekanker of brugijzer, dat weer ingemetseld zal worden. In het 'laatste geval zou gedacht kunnen worden aan een voorbehandeling met de maximaal haalbare
Uzer
RVblad 01-14
reinigingsgraad. Daarna zou een zinklaag van een behoorlijke dikte aangebracht kunnen worden, door middel van zinkstofverf, of (nog beter) thermisch verzinken. Zink wordt echter door kalk aangetast. Daarom moet het zink door een absoluut dichte (verf)laag worden afgesloten. Aan het schilderen van zinkoppervlakken worden speciale eisen gesteld. Op olie gebaseerde verfsoorten zijn ongeschikt, omdat bepaalde corrosieprodukten van zink kunnen ontstaan door vochtpenetratie en dan reageren met de olie en verlies van hechting veroorzaken. Een epoxyteerverf zou geschikt kunnen zijn; deze verf geeft een goede hechting, is mechanisch sterk en bestand tegen chemicaliën. De kleur van deze verf is donkerbruin. Indien gewenst kan echter ook een andere kleur als toplaag worden aangebracht. Verfsystemen voor ijzer (of constructiestaai) bestaan meestal uit: 1. een grondlaag; 2. tussenlagen en 3. een toplaag. De grondverf vormt de hechtende basis voor de verdere lagen en bevat vaak corrosiewerende pigmenten, zoals zinkchromaat, zinkfosfaat, loodmenie of zink. Loodmenie (op basis van alkydhars) is voor het gronden van oud ijzerwerk nog steeds goed bruikbaar, zeker als het object niet gestraald maar geborsteld wordt. De tussenlagen dragen bij tot de totale dikte van de verflaag. Ze moeten goed op de grondverf hechten en de juiste basis vormen voor de toplagen. De toplaag is de eerste hindernis tussen de atmosfeer en het ijzeroppervlak en moet zo lang mogelijk weerstand bieden. Toplagen bevatten daarom vaak plaatvormige pigmenten (ijzerglimmer, bladvormig aluminium).
Op grond van het bindmiddel onderscheidt men fysisch drogende en chemisch hardende verfsoorten. Tot de fysisch drogende verfsoorten
worden bijvoorbeeld drogende oliën en chloorrubberverven gerekend. Chemisch hardende verven zijn onder andere alkydharsen en epoxyharsen. Bezien naar de resistentie onderscheidt men olie- en alkydverven en chemisch resistente verven. De eerste groep kan alleen in een niet te agressieve omgeving worden toegepast; deze typen kunnen gemakkelijk worden overgeschilderd en zijn niet zo duur. Chemisch resistente verven kunnen worden verdeeld in twee belangrijke groepen: 1. Eéncomponentverfsoorten (gereed voor gebruik): chloorrubberverven en bitumineuze verven. 2. Tweecomponentenverfsoorten (menging vlak voor het gebruik): epoxyverven en polyurethanverven.
Er bestaan ook produkten, die op chemische wijze roest omvormen en verharden. De verhouding tussen de aan te brengen hoeveelheid van dit middel en de hoeveelheid roest is in de praktijk moeilijk af te wegen, zodat de bescherming vaak niet optimaal is en verder verval na enkele jaren reeds optreedt. Informatie over verftechnieken en systemen wordt op verzoek door het Verfinstituut van T.N.O. te Delft verstrekt. Aanbevelenswaardig is het boekje Duurzaamheid van staalkonstrukties dat bij het Staalcentrum te Rotterdam besteld kan worden.
6. Gewapend beton De toepasbaarheid van gewapend beton houdt verband met de ontwikkeling van twee faktoren: wapening van steenachtige constructies en de verbetering van de mortelsamenstelling. In de klassieke oudheid werden blokken natuursteen soms met bronzen doken aan elkaar gekoppeld. Het praktische nut van deze oplossing is onder normale omstandigheden niet zo groot. De massaliteit van de gebouwen is
een waarborg voor de stabiliteit. Hiervoor hebben we voorbeelden genoemd van gewapende steenconstructies door middel van ankers. De architekt J. G. Soufflot verwerkte bij de bouw van de Ste Géneviève (later Pantheon) en de St. Sulpice te Parijs (XVIHB) ijzeren raamwerken in het metselwerk om grotere overspanningen mogelijk te maken. Voor de geschiedenis van het bouwen is dit erg belangrijk, omdat het vroege pogingen zijn om los te komen van een bouwwijze, die afhankelijk is van de massa en natuurlijke stabiliteit van het metselwerk. Op vergelijkbare wijze kan in de 19de en 20ste eeuw, dankzij het gebruik van ijzer, op een vrijere manier ontworpen en gebouwd worden. Vormgeving wordt onafhankelijk van materiaalgebonden eigenschappen, die aan traditionele steen- en houtconstructies verbonden zijn.
Op de internationale tentoonstelling te Londen in 1851 was een grote bakstenen balk opgesteld, die een enorme belasting kon dragen dankzij een wapening van smeedijzer.
Het grote nadeel van dit soort oplossingen is, dat het metselwerk en/of de mortel lucht en vocht doorlaten, waardoor de wapening kan gaan roesten. De kracht waarmee roest expandeert is zo groot, dat het in staat is het omliggende steenachtige materiaal kapot te drukken. Er ontstaan scheuren die het proces doen versnellen. Echt gewapend beton was pas mogelijk vanaf het moment dat een bindmiddel gevonden werd, waarmee waterdichte mortel gemaakt kon worden, een mortel die het alkalische beschermende milieu handhaaft waarin ijzer niet (verder) roest. Traditionele bindmiddelen als kalk en tras hebben deze eigenschap niet of in onvoldoende mate, kunstmatige cement wel. Kunstcement bestaat uit een mengsel van kalk en klei, dat op zeer hoge temperatuur 'tot sinterens toe' gebrand moet worden.
Uzer
RVbladOl-15
In 1891 werd een 4 cm dikke buitenwand van gewapend beton bij de achtergevel van de brood- en
met een overspanning van 8,5 meter. Het rekenwerk voor deze vloeren was door ir. L. A. Sanders verricht, die aan de Amsterdamsche Fabriek van Cementijzerwerken was verbonden en een internationale reputatie genoot op het gebied van proefnemingen en berekeningen. Ir. E. J. Nusselder
bij een zeer hoge temperatuur,
meelfabriek Ceres te Amsterdam
trof bij de bescheiden over het
met andere woorden het maken van kunstcement, algemeen bekend.
geplaatst. In 1892 is door een
buitenlandse aannemer een
Algemeen Rijksarchief in Den Haag een brief van de Amsterdamse cementijzerfabriek aan, waaruit
De bekendste kunstmatige cement is de Portland cement, die in 1824 zo werd genoemd door de uitvinder J. Aspin. Hij hoopte dat de grijze kunstmatige steen, die hij vervaardigde met zijn cement, een
acceptabel vervangingsmiddel was voor de natuurlijke Portland steen. Omstreeks 1850 was het branden
het schip, de transept-armen en de viering gezegd, dat daarbij een cementijzer constructie is toegepast van de betonfabriek Stevens volgens het systeem Monier.
betonnen duiker gebouwd voor de
In 1848 bouwde de Franse ingenieur J. L. Lambot een roeibootje van gewapend beton, dat in 1855 in Parijs werd tentoongesteld. Hij nam wel een patent op deze vinding, maar ging niet tot verdere produktie over, in tegenstelling tot Joseph Monier. Die begon in 1849 met de fabrikage van plantenbakken van gewapend beton en kreeg in 1877 patent op balken van hetzelfde materiaal;
zijn ideeën en patenten vonden algemene erkenning en toepassing in het Europa van de late 19de eeuw. In Engeland en Frankrijk werd al vroeg geëxperimenteerd met vloersystemen van gewapend beton (Wilkinson 1854, Coignet 1890). Door Francois Hennebique werd in 1892 patent verkregen op een kompleet systeem van gewapende vloeren, balken en kolommen afb. 28. De firma Pisca te Gent, werkend volgens het systeem Monier, gaf in 1887 een bootje van gewapend beton aan oud-burgemeester Stevens van Sas van Gent. Een jaar later werd in deze plaats de firma Pisca-Stevens opgericht, die startte
met de fabrikage van betonnen produkten zoals vloertjes, waterreservoirs, e.d. Deze fabriek ontwikkelde al vroeg aktiviteiten op het gebied van de kerkelijke architektuur. Het betreft de gewelven van de O.L. Vrouw Hemelvaart te Sas van Gent, die in 1892 naar een ontwerp van Jos Cuypers gereed kwam. In het bestek wordt met betrekking tot de gewelven boven RDMZRV:985/l-57
28. Het constructiesysteem van F. Hennebique
regulering van de Bergse Maas bij Heusden. De genie paste gewapend beton toe in de militaire bakkerij te Amsterdam, de Willemskazerne in Gorinchem en de infanterie-kazerne te Ede. In 1894 werd een ondergrondse tunnel tussen de hoofdgebouwen van de Staatsspoorwegen te Utrecht aangelegd, die eveneens volgens het patent van Monier is vervaardigd. De tunnel is 20 m lang, 1,4 m breed, 2,25 m hoog en slechts 6 cm dik; de constructie werd alom in Europa bewonderd. Vanaf omstreeks 1900 worden in Amsterdam waterdichte kelders van gewapend beton gemaakt, onder andere bij de Rijkspostspaarbank. In dit gebouw, dat in 1890 door D. E. C. Knuttel is ontworpen, werden balkloze, vrijdragende gewapend betonvloeren gestort
blijkt, dat de betonnen goten van het depot in 1898 reeds ernstige scheurvorming vertonen. Als oorzaak werden de te grote plotselinge temperatuurwisselingen genoemd. In het beschilderen van de goten zag men geen heil; in 1900 koos men uiteindelijk voor een Duits taai asfalt produkt in kombinatie met 'Kautschuckleim', waarvan totaal 600 kg is verwerkt. In 1902 is de eerste betonskeletconstructie gebouwd in Nederland, opgericht als pakhuis voor de fa. Swildens en Kuipers te Leeuwarden. Het gebouw is 16 meter hoog en telt vijf verdiepingen. Door ongelijkmatige belasting van het graan, dat er in werd opgeslagen, kwam het hele pakhuis 16 cm uit het lood te staan. Dit werd gekorrigeerd door de vloeren enige malen
Uzer
RVbladOl-16
volledig te belasten, hetgeen zonder enige scheurvorming in het skelet kon plaatsvinden. Enkele voorbeelden van gewapend beton na 1900: een 64,4 meter hoge schoorsteen op het terrein van de H.B.M, te Leidschendam in 1902, de pier te IJmuiden in 1903, een caissonfundering voor kademuren te Rotterdam in 1904, vlakke brug in de Voorstraat te Utrecht in 1907, boogbrug over de Roer bij St.
Odiliënberg in 1908 enz.
Literatuur Aitchison, L., A history ofmetals (2 delen), Londón 1960.
Blijstra, R., Staal in de architectuur, Staalcentrum Amsterdam 1969.
Brongers, J. A. en P. J. Woltering, De prehistorie van Nederland, Haarlem 1978. Crommelin, L. en H. v. Suchtelen,
Nederlandse vuurtorens. Nieuwkoop 1978.
Eisenarchitektur, Internationales Colloquium Icomos Bad Ems, sept. '78 Mainz. Grothe, D., Het ijzer, zijne bewerking,
eigenschappen en toepassing, 's-Gravenhage 1873. A history of technology, Oxford 1979 (Ie druk 1954).
Huguenin, U., Het gietwezen in 's Rijks Ifzer-geschutsgieterij te Luik... 's-Gravenhage 1826. Iron and Steel on the European Market in the 17th Century, Stockholm 1982. Johannsen, O., Geschichte des Eisens, Düsseldorf 1953 (Ie dr. 1924).
Kapsenberg, B. S., Uit ijzer gegoten, Zutphen 1982.
Kohlmaier, G. en B. von Sartory, Das Glashaus, München 1981. Koolhof, G. J. L., De spoorbrug bij Culemborg 1868-1982, Culemborg 1982.
Meijer, J. de, Bruggen oud en nieuw in Nederland, Amsterdam 1946.
Nieuwe bouwen, het; voorgeschiedenis, Delft 1982. Oosterhoff, J., Constructies, Delft 1978.
Schild, E., Zwischen Glaspalast und Polais des Illusions, Berlin 1967. Schuit, P. K. van der, De keuze van maatregelen tegen betonschade. Betekent veel kennis ook voldoende kennis?, PT/Bouwtechniek 39 (1984), nr. 10,13-16. Stokroos, M. L., Gietijzer in Nederland,
het gebruik van gietijzer in de 19e eeuw, Amsterdam 1984. Werner, E., Technisierung des Bauens, Düsseldorf 1980.
Wertime, T. A., The coming of the age of steel, Leiden 1961. Wertime, T. A. & J. D. Muhly, The
coming of the age ofiron, New Haven 1980.
Westermann, J. C., Geschiedenis van de Ijzer- en Staalgieterij in Nederland, Utrecht 1948.
Uzer
RVblad 01-17
Iron making in the Netherlands Summary Iron making on a larger than a local scale began only in 1924 at the 'Hoogovens' (blast-furnaces) plant, which produced steel for the first time. These Hoogovens are situated at the North Sea port of IJmuiden, 30 kilometers north-west of Amsterdam. The ironworks have all of the features that belong to a modern factory. There is no geographical relation between the site where the blast-furnace was founded and the places where the ore, fuel and power originate. The ore is imported from Sweden, Spain, Africa, Canada, Brazil and Australia, coal for the necessary cokes comes from the U.S.A., Germany, Poland and Australia. This all is entirely opposite to the oldest situation of wrought iron production in the Netherlands which was initiated in the late Bronze age, about 1200 B.C. Traces of small production centres (slag, furnaces, forges, etc.) were found throughout the iron age, Roman period, and Middle Ages in an area that is rich in bog-ore and wood for charcoal: the eastern part of the Netherlands. Examples of primitive bloomery hearths are found there and seem to have been worked for local needs rather than for export. During the Middle Ages, or possibly even earlier, this primitive ambulant wrought iron industry seems to have been pushed aside by specialized industrial centres, for example in Germany, which applied water-driven bellows and hammers and which produced at one location in a continuous process. During the Middle Ages specialisation in certain iron products had gone far, Liège for example was famous for its nails. Since the seventeenth century wealthy Amsterdam merchants (of Belgian origin) exploited international production (Sweden, Russia) and ironmongery, especially weapons. RDMZ RVI 985/1 - 58
Bef ore 1400 cast iron was hardly ever made, not only because the temperatures in the furnaces were too low, but also because cast iron is a product with a totally different character. During the fifteenth century several applications had been found for this new material. Some patents for iron casting were taken out in Dordrecht and the Hague during the first half of the seventeenth century, but we do not know whether they resulted in real industries. Probably the initiatives in the eastern part of the country were more effective during the late seventeenth and the eighteenth centuries, which resulted in iron foundries near the Oude IJssel river (for water-power). The natural sources of bog-iron were used here until 1870-1880 when the area changed over to the use of cheaper imported pig iron that could be melted in cupola furnaces. Due to the high cost of fuel and the ineffective power-supply of water-power, the Dutch foundries chose coke starting from the first half of the nineteenth century and steam-driven bellows since 1836. The real Industrial Revolution could break through after 1815, especially in the Southern Netherlands where new and gigantic works were constructed on the advice of John Cockerill. Important innovations were carried out by Ulrich Huguenin who was director of the 'Rijksgeschutsgieterij' (State Cannon Foundry) in Liège. His theoretical treatises (1826 and 1834) were of great importance for example in Japan, as professor Shuji Ohashi wrote to his Dutch colleague Wessel Reinink: 'This book is estimated as a first book published on iron casting method in Netherlands. Japanese engineers transported this book during about 1847-1850 (three groups) and published it. This book was the only guide-book to make iron canon and iron making by blast-furnace 1850-1870 in Japan. Man builded about twenty Reverberier-ofen (air furnace) placed all over the country during 1850-1860.
And about ten blast-furnace was built three places during 18251863. This is the beginning of the modern industrialization in Japan. So Huguenin is recognized in Japan (as) the father of the Japanese modern industry'. When the Southern and Northern Netherlands split up in 1830, the northern part was - especially for wrought iron - largely dependent on foreign wrought iron and steel, but the number of foundries in the Northern Netherlands (also in the west) increased from 10 in 1830 to 56 in 1877. Actually these foundries were hardly capable of export, which they did only to some colonies thanks to a certain financial protectionism. Nowadays the lively nineteenth century iron foundries have almost all disappeared, but the modern steel-works Hoogovens produces more than 20,000 tons of iron per day, 75% for export.
