Is beton waterdicht? In de praktijk wel, zo bewijzen vele woonarken met betonnen casco in Nederland. Mensen wonen er jarenlang zonder zich zorgen te maken over lekkage. We kennen echter ook de betonnen kelderwanden en vloeren in bijvoorbeeld parkeergarages die helaas niet altijd waterdicht zijn. Oorzaak van de lekkages zijn meestal de aanwezige scheuren of voegen. Zelden komt het water door het beton zelf naar binnen. Toch blijkt ook de samenstelling van het beton invloed te hebben op de waterdichtheid. Auteurs:dr.ir. Ton van Beek (SKG-IKOB / TU Delft, fac. CiTG)
themaDe technologie van waterdicht beton1 201624themaDe technologievan waterdichtbeton1Waterdichtheid afhankelijk van materiaaleigenschappen, scheuren en voegenIs beton waterdicht? In de praktijk wel, zo bewijzen vele woonarken metbetonnen casco in Nederland (foto 1 en 2). Mensen wonen er jarenlangzonder zich zorgen te maken over lekkage. We kennen echter ook debetonnen kelderwanden en vloeren in bijvoorbeeld parkeergarages diehelaas niet altijd waterdicht zijn. Oorzaak van de lekkages zijn meestal deaanwezige scheuren of voegen. Zelden komt het water door het beton zelfnaar binnen. Toch blijkt ook de samenstelling van het beton invloed tehebben op de waterdichtheid.De technologie van waterdicht beton 1 2016 25De definitie van waterdicht beton is gegeven in NEN-EN 1992-3(deel 3 van Eurocode 2, [1]). Hieruit blijkt dat zelfs bij destrengste eisen beton waterdicht is zolang er geen scheuren inzitten. In de NEN-EN 1992-3 worden echter wel opmerkingengemaakt over betonmengsels met lagere water-cementfactorenvoor constructies dunner dan 120 mm in dichtheidsklasse 0,waar lekkage toegestaan is, of 150 mm in de overige dichtheids-klassen, waar lekkage wordt gelimiteerd. Exacte getallen voordeze water-cementfactor worden niet gegeven. Verder wordtgeadviseerd naar de maximale korrelafmeting van het toeslag-materiaal te kijken. Veel houvast geeft de norm verder nietmaar het materiaal lijkt dus van invloed te zijn op de water-dichtheid. In dit artikel wordt inzichtelijk gemaakt in welkemate de waterdichtheid van het beton effect heeft op de water-dichtheid van de constructie.In poreuze materialen vindt transport van vocht plaats zodra ereen droge en een natte kant is. Als het beton echter dichtgenoeg is, is dit transport van water zo langzaam dat het betonwaterdicht wordt genoemd. De `betonnen constructie' is water-dicht als aan de volgende drie basisvoorwaarden wordtvoldaan:- het `materiaal beton' is waterdicht;- er zijn geen doorgaande scheuren;- de voegen zijn goed aangebracht en lekken niet.De eerste is duidelijk primair afhankelijk van de materiaal-eigenschappen van het beton. De andere twee zijn constructiefvan aard, maar zoals vaak met constructieve aspecten is daaraltijd een relatie met de betontechnologie.Waterdicht betonBeton is een poreus materiaal dat zelfs als het goed verdicht isvoor 10 tot 15% uit pori?n bestaat [2]. Poreus betekent echterniet meteen dat een materiaal dan ook water doorlaat. Voordathet beton ook daadwerkelijk water doorlaat, moet aan tweevoorwaarden worden voldaan (fig. 3).Ten eerste moeten de pori?n met elkaar in contact staan. Opdie manier is er een netwerk van kanaaltjes waardoor het watervan het ene oppervlak van het beton naar het andere kan gaan.De tweede voorwaarde is dat de pori?n groot genoeg zijn. Erworden twee klassen van pori?n onderscheiden. De eerste zijnde gelpori?n: dit zijn de pori?n die kleiner zijn dan 10 nm. Indeze pori?n is het water sterk geabsorbeerd aan het cement-steen en zal daardoor niet gemakkelijk bewegen. Deze pori?nzijn te klein en transport van water zal door deze pori?n danook niet plaatsvinden. De tweede klasse van pori?n zijn decapillaire pori?n met een grote vanaf 10 nm. Hierin kan hetwater zich vrij bewegen.De mate waarin water door een materiaal stroomt, is afhankelijkvan de dikte, de waterdruk en de permeabiliteit (fig. 4). De wetvan Darcy beschrijft de stroming door poreuze media met devolgende formule:pq kAd=waarin:q stroomsnelheid in m3/sA oppervlakte in m2p drukverschil in md dikte van de constructie in mk permeabiliteit (materiaaleigenschap) in m/sdr.ir. Ton van BeekSKG-IKOB / TU Delft, fac. CiTG1 Woonark met betonnen cascofoto 1 en 2: Van Ommeren Architecten, www.vo-a.nl2 Storten betonnen casco woonark2themaDe technologie van waterdicht beton1 2016263 (a) Poreus maar niet-permeabel beton en (b) beton met een laag porievolumedat wel permeabel is4 Stroming van water door een poreus medium5 Transport van water door scheuren in het beton6 Scheurwijdte en verhinderde vervorming in de betonconstructieMet de volgende vuistregels wordt betontechnologisch gezieneen waterdicht beton verkregen [4]:- een goede korrelverdeling van het toeslagmateriaal;- voldoende fijn materiaal in het mengsel;- water-cementfactor die niet hoger is dan 0,55.Worden er echter strengere eisen gesteld, bijvoorbeeld bij vloei-stofdichte voorzieningen [5], dan worden deze eisen aangescherptmet bijvoorbeeld een water-cementfactor die niet hoger magzijn dan 0,5, eisen aan de korrelgraderingen en het bepalen vande indringingsdiepte van de vloeistof in het beton volgens deEN 12390-8, Beproeving van verhard beton ? Deel 8: Indring-diepte van water onder druk [6].VoorbeeldAls voorbeeld wordt de stroomsnelheid bepaald voor eenconstructie van 20 cm dik [3]. Er is een beton gebruikt met eenpermeabiliteit van 10-11m/s. Uitwerking van de formule levertbij 1 m waterdruk en een oppervlak van 1 m2:11 11 3 3110 1 5 10 m / s 365 24 3600 0,0016 m / jaar0,20q - -= = =Dit betekent dus dat er 1,6 mm per m2per jaar door dezebetonconstructie komt. Als je hierbij bedenkt dat het waterbijvoorbeeld met 1 mm per m2per dag verdampt, dan is duide-lijk dat de constructie er aan de zijde waar het beton verdamptvolledig droog uitziet.Conclusie waterdicht betonDe conclusie is dat beton waterdicht is en dat pas bij hogewaterdrukken naar de waterdichtheid van het beton zelf hoeftte worden gekeken. Om te kijken of de betonnen constructiewaterdicht is, blijft het belangrijk te weten wat de waterdicht-heidseigenschappen van het materiaal zelf zijn. Als deze al nietafdoende zijn, is de vraag of er scheuren in het beton zitten ofdat er voegen zijn die watervoerend zijn, al helemaal niet vanbelang.Waterdichte scheuren en voegenEen scheur die door een constructie heengaat, leidt tot eenzeer waterdoorlatende betonconstructie (fig. 5). Als vuistregelwordt aangehouden dat er circa 10 000 keer zo veel water doorgescheurd beton gaat vergeleken met het niet-gescheurde beton[2]. Met de resultaten van het eerdergenoemde voorbeeld vanhet niet-gescheurde beton, zou dit leiden tot een lekkage van1600 mm per jaar oftewel ruim 4 mm per dag. Dit is meer dande aangenomen 1 mm verdamping per dag. Het water zal waar-schijnlijk dus zichtbaar worden aan de `droge' kant van deconstructie.De stroomsnelheid door beton is te bepalen door op eenschijfje beton een waterdruk te zetten en dan te meten hoeveelwater er per tijdseenheid doorheen stroomt [3]. Dit is echtergeen genormaliseerde beproeving en wordt in de praktijkweinig gevraagd. De proef geeft wel inzicht van het stroom-gedrag van water door beton.De permeabiliteit k varieert tussen de 10-11tot 10-12m/s. Dit iseen indicatieve waarde die onder andere afhankelijk is van dewater-cementfactor, de hydratatiegraad, type cement, soort enhoeveelheid toeslagmateriaal, gebruikte vulstoffen, mate vanverdichting en de nabehandeling.3a4 563bscheurwijdteverhinderde vervormingbetonwapeningscheurwijdtewater waterbeton beton ddqDp DpDe technologie van waterdicht beton 1 2016 277 Watervoerende scheuren in betonnen keldervloercement dat is gebruikt. Beton met hoogovencement heeftbijvoorbeeld meer verhardingskrimp dan beton met port-landcement. Daarentegen zijn de thermische vervormingenvan beton met hoogovencement kleiner dan bij portland-cementbeton. Of scheurvorming optreedt, zal vooral afhangenvan de mate van verhindering van de vervormingen.- Uitdrogingskrimp komt in het geval van een waterbelastingminder voor. Alleen aan de droge kant zal het beton kunnenkrimpen. Door het poreuze karakter van beton is er meestalgenoeg aanvoer van water om totale uitdroging van deconstructie te voorkomen.- Carbonatatiekrimp vindt vooral aan het oppervlakte van dedroge kant van de constructie plaats. Dit proces duurt jarenen zal in deze situatie meestal niet leiden tot doorgaandescheuren.- Plastische krimp vindt vooral plaats in de eerste uren na hetstorten als het beton nog plastisch is. Scheuren door plastischekrimp bevinden zich meestal aan het oppervlakte maarkunnen ook scheuren veroorzaken tot enkele decimetersdiep.Naast de belastingen en vervormingen wordt de scheurwijdtevan een betonconstructie bepaald door de mate waarop hetbeton reageert op deze belastingen. Hierbij zijn de volgendeeigenschappen van de betonconstructie van belang:- elasticiteitsmodulus van het beton;- treksterkte van beton;- hechtsterkte van het beton met de wapeningsstaal;- wapeningspercentage en wapeningsconfiguratie;- elasticiteitsmodulus van het staal.In de praktijk zien we echter veel constructies die wel zijngescheurd maar toch niet lekken. Blijkbaar is de gevolgde rede-nering iets te eenvoudig en is het ook mogelijk met gescheurdbeton een waterdichte constructie te maken. Dit is wel afhanke-lijk van de mate van scheurvorming. Belangrijke parametershiervoor zijn:- Scheurwijdte: naarmate de scheur verder openstaat, zal hetwater makkelijker door de scheur kunnen stromen en neemtde waterdichtheid van de constructie verder af. Door scheurenkleiner dan 0,05 mm komt bijna geen water en is de water-dichtheid gelijk aan die van een niet-gescheurde betoncon-structie. In kleine scheuren kan water niet vrij stromen en dekans is klein dat deze scheuren doorlopen over de hele diktevan de constructie.- Aantal scheuren: als er meer scheuren in het beton zitten,kunnen de lekkages door al deze scheuren bij elkaar wordenopgeteld om de totale lekkage te bepalen.- Diepte van de scheur: zolang er een niet-gescheurde zone ismet beton dat weinig permeabel is, zal de betonconstructieniet lekken. De drukzone moet volgens EN 1992-3 minimaal50 mm zijn of 20% van de dikte van de constructie.- Selfhealing: dit is het dichtslibben van de scheuren in de loopvan de tijd onder meer doordat ongehydrateerd cementreageert met water. Hiervoor moeten de scheuren echter welklein blijven [7]. Boven de 0,2 mm is selfhealing uitgesloten,behalve als er speciale modificaties aan het beton zijn gedaan.Samengevat zal een constructie met kleine scheuren geen extralekkage veroorzaken. Worden de scheuren groter en lopen zedoor de constructie heen, dan neemt de lekkage toe.Oorzaken scheurvormingDe scheuren in het beton kunnen ontstaan door de belastingendie op de constructie staan. Bij watertanks en kelders zijn dewaterdrukken groot en kunnen trekspanningen scheuren in hetbeton veroorzaken. Daarnaast kunnen de scheuren ook ontstaandoor verhinderde vervormingen (fig. 6). Deze vervormingenkunnen ontstaan door verschillende vormen van krimp van hetbeton zoals:- Thermische krimp door het afkoelen van het beton. Dit speeltniet alleen bij het verharde beton maar ook in de jonge fase.Vooral bij dikke constructies kan de binnenkant van hetbeton warm worden door de reactie tussen cement en water.Bij het afkoelen kunnen bijkomende vervormingen ? als zijverhinderd zijn ? leiden tot scheuren. Deze scheuren zijn tevoorkomen door koeling of door het mengsel zo samen testellen dat de temperatuur laag blijft.- Verhardingskrimp speelt vooral in de eerste fase een rolwanneer chemische krimp en interne uitdroging als gevolgvan voortgaande hydratatie het beton doen krimpen. Demate van de verhardingskrimp is afhankelijk van het type7De technologie van waterdicht beton1 201628thema8 Het aanbrengen van voeg-band als afdichting kanvervormingen en scheuren,en daarmee lekkage voor-komenfoto: Sika Nederland B.V.ConclusieBetontechnologisch is het van belang de juiste keuzen te makenom een waterdicht beton te krijgen. Enerzijds wordt een dichtbeton gevraagd. Dit is te verkrijgen door bijvoorbeeld de water-cementfactor te verlagen. Anderzijds betekent het ook dat desterkte omhooggaat. Als er dan scheuren ontstaan, zullen diegroter zijn dan bij een lagere sterkte. Hierdoor neemt depermeabiliteit weer sterk af. De praktijk heeft echter bewezendat als deze keuzen goed worden gemaakt, de betonconstructiewaterdicht is. LITERATUUR1 NEN-EN 1992-3:2006/NB:2011 Nationale bijlage bij NEN-EN 1992-3Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies ? Deel 3:Constructies voor keren en opslaan van stoffen.2 Breugel, K., van, Self Healing en vloeistofdichtheid. Cement 2003/7.3 Betoniek 6/6 Permeabiliteit, 1983.4 Betoniek 1/11 Waterdicht beton, 1971.5 CUR-Aanbeveling 65, Ontwerp, aanleg en herstel van vloeistofdichtevoorzieningen van beton. SBRCURnet, 2005.6 NEN-EN 12390-8:2000 Beproeving van verhard beton ? Deel 8:Indringdiepte van water onder druk.7 Wegen, G.J.L., van der, Waterdichtheid van beton: de theorie.Cement 2005/6.8 Betoniek 12/24 De B van Beton, 2003.Uit de formules voor het bepalen van scheurwijdten [8] blijktdat de scheurwijdte toeneemt bij een toenemende sterkte vanhet beton. Het beton scheurt pas bij een hogere spanning, maarals het dan scheurt zal ook een grotere scheurwijdte ontstaan.De scheurwijdte kan weer worden gereduceerd door meerwapeningsstaal toe te passen.Voorkomen scheurenScheuren beperken met wapening is een methode om de water-dichtheid te regelen. Indien scheuren echter niet zijn toegestaan,dan moeten ze worden voorkomen. Door vervormingen nietmeer te verhinderen, zullen er geen spanningen in het betonontstaan en zal de kans op doorgaande scheurvormingaanzienlijk worden gereduceerd. Een methode hiervoor is hetaanbrengen van voegen met afdichtingen (foto 8). Deze moetende vervormingen kunnen opnemen en waterdicht zijn, andersis de oplossing erger dan de kwaal. Lekkende voegen vergrotende waterdoorvoering ten opzichte van het ongescheurde betonmet een factor 10 [2]. Er is geen som nodig om uit te leggendat we het dan niet meer hebben over een waterdichte beton-constructie. Het water heeft bij een voeg twee plaatsen waar-door het kan stromen. Ten eerste door beschadigingen in devoeg. Indien er scheuren of gaten in deze afdichting zitten,zullen deze tot lekkage leiden. Ten tweede door een slechteaansluiting tussen de voeg en het beton. Bij de aansluiting is hetvan belang dat het beton goed is verdicht. Dit kan bijvoorbeeldmet wapening worden bemoeilijkt. Een juiste korrelgraderingen verwerkbaarheid van de betonmortel zijn dan belangrijk.8
Reacties
Marjo van der Schoor 29 september 2017 11:42
Heb even een vraagje aan jullie als beton experts; mijn woonark met betonnen bak van De Blauwe Wimpel wordt vele jaren door een 16 tal 200 liter vaten ondersteund vanwege een calculatiefoutje van mijn zwager ten tijde van mijn verbouwing (inmiddels 18 jaar geleden; de split-level verdieping werd veel zwaarder dan oorspronkelijk geraamd en met behulp van de vaten werd de ark uitgetrimd). Nu is een raam aan de kant waar de vaten (mede) zitten scheef en zodanig klem gekomen dat deze ramen niet meer te gebruiken zijn. Inmiddels zijn er meer vaten bijgezet maar nu meer verspreid richting midden van de ark en vroeg mij af of het raadzaam is om de verdeling van de vaten beter te verspreiden. Mijn sleepogen zijn inmiddels weer ruim boven de waterlijn aan de kant waar de vaten bijgezet zijn maar de sleepogen aan de andere kant van de ark raken net wel, net niet de waterlijn zodat ik ook hier vaten wil laten plaatsen. Hebben jullie enig idee of er toch in de bak spanning kan zijn veroorzaakt door het plaatsen van de oude vaten? Hoor graag jullie ideeën hierover als het mogelijk is. Zou een hoop slapeloze nachten van de laatste paar dagen kunnen verhelpen. Alvast bedankt. Met vriendelijke groet, Marjo van der Schoor Woonark "Nirwana"