Gekleurd beton en cementkleurstoffendoor Drs. E. RoelofsenHet uiterlijk van normaal beton is doods. Voor ver-schillende toepassingen wordt dikwijls een wat leven-diger en een gekleurd oppervlak gewenst.Dit is op verschillende manieren te bereiken o.a. door:het toevoegen van een kleurstof aan het betonmengsel,het gebruik van gekleurd toeslagmateriaal ofhet beton te bestrijken met oplossingen van bepaaldezouten, die in het beton dringen en met de kalk vanhet cement reageren, waarbij een gekleurde verbin-ding ontstaat.In de betonwarenindustrie worden dikwijls tegels,trottoirbanden, opsluitbanden, enz. voorzien van eengekleurde deklaag. Deze deklagen worden samen-gesteld uit cement en grind, gebroken grind, basalt,porfier of graniet, aan welk mengsel een bepaaldehoeveelheid kleurstof wordt toegevoegd.Om het oppervlak levendiger te maken, kan men dituitwassen of behakken.In dit artikel worden de vraagstukken, die samen-hangen met de cementkleurstoffen en met het ge-kleurde beton, besproken.Wanneer wij aan een betonmengsel een kleurstof t?e-voegen, dan moeten wij deze beschouwen als een zeerfijn toeslagmateriaal en ons bezighouden met de aarden de eigenschappen daarvan, en vaststellen aanwelke eisen een kleurstof moet voldoen om geschiktte zijn, in een betonmengsel verwerkt te worden.De voor het kleuren van beton gebruikte stoffen kanmen verdelen in de volgende groepen: A. natuurlijkekleurstoffen, B. kunstmatig bereide anorganischekleurstoffen en C. kunstmatig bereide organischekleurstoffen.Tabel IA. Natuurlijke kleurstoffenDit zijn in de natuur voorkomende mengsels van mi-neralen, die een gekleurde verbinding (bijv. ijzer-oxyde, mangaanoxyde) bevatten. Het ruwe materiaalwordt gemalen en enigermate door af slibben gezuiverd.samenstelling van enige natuurlijke kleurstoffenKLEUR NAAM samenstellingKLEUREND BESTANDDEEL ANDERE BESTANDDELENgeelgeelbruinbruingele okersienna aardverfomber{ ijzeroxydehydraat(waterhoudend ijzeroxyde){klei, kwarts, calciumcarbonaat,veldspaatrood Perzisch } roodSpaansijzer oxyde klei, kwartszwart bruinsteen mangaanoxyde ijzeroxydeTot de natuurlijke kleurstoffen kan men ook reke-nen de gekleurde steenmelen, die tegenwoordigweinig meer worden gebruikt voor het kleuren vanbeton. Ook deze fijngemalen soorten natuursteenbevatten een gekleurd mineraal bestanddeel. De na-tuurlijke kleurstoffen worden tegenwoordig voor hetvervaardigen van gekleurde betonproducteA vrijwelniet meer gebruikt.B. Kunstmatig bereide anorganische kleurstoffenbereid uit afvalproducten van de chemische industrie(o.a. ijzerzouten) en uit verschillende chemicali?nTabel . chemische samenstelling en bereidingswijze van enige kunstmatig bereide anorganische kleurstoffenKLEUR CHEMISCHE SAMENSTELLING BEREIDINGSWIJZEroodgeelbruinzwartijzeroxydeij zeroxydehydr aatij zeroxyde-oxyduulijzeroxydeUit ijzerzoutoplossingen worden met alkali?n, onderverschillende omstandigheden (concentratie, tempera-tuur) ijzeroxydehydraat, ijzeroxyde-oxyduul enmengsels van ijzeroxyde en oxydehydraat neergesla-gen. Door verschillende wijzen van verwerking ver-krijgt men de verschillende kleurstoffen.groen chroomoxyde reductie van kaliumbichromaat met zwavel of koolstofblauwgroen chroomoxydehydraat kaliumbichromaat gloeien met boorzuurblauw natrium, aluminium, kiezelzuur,zwavelverbindingenbranden van kaolin en kwarts met natriumsulfaat enkoolstofC. Kunstmatig bereide organische kleurstoffenDit zijn aniline- of teerkleurstoffen, die gehecht zijnop een z.g. ,,drager"; dit is een poeder van krijt,zwaarspaat e.d. Het percentage kleurstof van dezekunstmatige pigmenten, waarvan alleen het oppervlakder korrels gekleurd is, varieert zeer sterk. Wij von-den van 3--50% kleurstof.De meesten van deze kleurstoffen voldoen niet aanalle eisen, die aan een cementkleurstof moeten wordengesteld. Tot deze groep behoren ook roet, beenzwarten carbonblack, die door verkoling van organischestoffen worden verkregen en waarvan verschillendesoorten zeer goed als zwarte cementkleurstof te ge-bruiken zijn.317Aan cementkleurstof te stellen eisenDe eisen, die men aan een kleurstof moet stellen,hangen samen met:a. het gedrag van de kleurstof onder invloed van hetlicht en van het water;b. de reactie tussen de kleurstof en de kalk van hetcement;c. de schadelijkheid van sommige stoffen voor beton,die als verontreiniging of als ,,verdunningsmiddel"in de kleurstof aanwezig kunnen zijn;d. de mengbaarheid met cement en water.Bij elke eis is tevens aangegeven, op welke wijze menkan onderzoeken of de kleurstof aan die eis voldoet.1. De kleur moet onder invloed van het lichtonveranderd blijven.Deze eis behoeft geen nadere toelichting. Om te onder-zoeken, hoe een kleurstof zich in het licht gedraagt,kan men als volgt te werk gaan.Men mengt de kleurstof met een verdunde lijmop-lossing en bestrijkt met dit mengsel een stuk witpapier. Van het aldus behandelde en gedroogde papierworden stroken in het donker en in het licht be-waard. Door de kleur van deze stroken van tijd tottijd te vergelijken bepaalt men de mate van lichtge-voeligheid.2. De kleurstof moet volkomenonoplosbaar in water zijn.Wanneer de kleurstof ook maar enigszins in wateroplosbaar is, zoals bij organische kleurstoffen somsvoorkomt, dan vindt door het regenwater uitlogingplaats: de kleur van het beton verbleekt.Door 5 g kleurstof in 100 cm3gedestilleerd water ge-durende 5 minuten te koken en na filtreren de vloei-stof op kleur te beoordelen, kan men gemakkelijkvaststellen, of de kleurstof in water oplosbaar is.3. De kleurstof moet bestand zijntegen de inwerking van kalk.Bij de verharding van het cement komt een gedeeltevan de daarin aanwezige kalk vrij in de vorm vancalciumhydroxyde (gebluste kalk). Dit reageert metsommige kleurstoffen of met bestanddelen daarvan.Zo reageert de kalk met het in ultramarijn aanwezigeactieve kiezelzuur, waarbij de blauwe kleur verdwijnt.Zeer vele organische kleurstoffen verbleken onderinvloed van de inwerking van de kalk. De bepalingvan de bestendigheid tegen kalk kan op de volgendewijze worden uitgevoerd.100 g Wit portlandcement wordt met 5 g kleurstofgemengd en daarna met water tot een papje geroerd.Van het mengsel wordt op een glazen plaat een koekgegoten. Nadat de cementkoek gedurende 3 dagen ineen vochtige omgeving is verhard, wordt deze in 2stukken gebroken. Een der stukken wordt gedurende2 uren in kokend water geplaatst. Na afkoeling wor-den zowel het behandelde als het niet behandeldestuk doorgebroken en de kleur van de breukvlakkenna bevochtiging vergeleken. Zelfs een geringe ver-kleuring is op deze wijze vast te stellen.Op deze wijze onderzochten wij 8 monsters ultramarijn.We vonden: 1 monster : geen verkleuring;4 monsters: enige verkleuring;3 monsters: sterke verkleuring.De 8 monsters ultramarijn werden in gekleurde tegelsverwerkt. Na 3 maanden bleken alleen die tegels nietverkleurd te zijn, waarin het monster, dat bij de proefgeen verkleuring vertoonde, was verwerkt.Het buitenste laagje van het beton blijft meestal welde blauwe kleur behouden. Dit komt doordat het kool-zuur van de" lucht de kalk bindt, zodat deze niet methet ultramarijn kan reageren. Hoe dichter het beton,hoe dunner het gekleurde laagje, daar dan slechtsweinig koolzuur kan indringen.4. De kleurstof moet vrij zijn van bijmengsels.Bevat de kleurstof gips, dan is het mogelijk, dat ten-gevolge hiervan het beton scheuren zal vertonen. Dithangt af: 1. van het percentage gips, in de kleurstof;2. van de hoeveelheid kleurstof, die aan hetbeton wordt toegevoegd;3. van het soort cement.318De gevoeligheid van cement voor gips is niet voor allesoorten gelijk. Bij het onderzoeken van organischekleurstoffen, behorende tot de onder genoemdegroep vonden wij er een, die hoewel bestand tegende inwerking van licht en kalk, toch onbruikbaar was,aangezien de verharding van het cement door dezekleurstof in sterke mate werd gestoord. Het bleek datde ,,drager" zinkoxyde bevatte, een stof die de ver-harding stoort. Ook werd bij een dergelijke kleurstofvastgesteld, dat de op de ,,drager" gehechte kleurstofzelf de verharding stoorde.Door een chemische analyse kan men gips en anderestorende stoffen opsporen. Om snel een inzicht tekrijgen in de hoeveelheid gips die aanwezig is, kanmen de volgende analysemethode toepassen:1 g kleurstof wordt geschud met 200 cm8gedestilleerdwater van ca 50 ?C en daarna gefiltreerd. Aan 10 cm3van het filtraat voegt men 1 cm3van een 10 % barium-chloride-oplossing toe en vergelijkt de optredende troe-beUng met die van sulfaatoplossingen van verschillendgehalte.In de Amerikaanse literatuur vindt men als toelaat-baar gipsgehalte opgegeven 5--15 %. Het is duidelijk,dat men het verstandigst doet, kleurstoffen te ver-werken, die slechts sporen gips bevatten.Om de prijs van de kleurstof te verlagen mengt mendeze soms met andere stoffen. Behalve de reeds be-sproken gips gebruikt men hiervoor bariumsulfaat opkrijt, terwijl men de kleurkracht in een dergelijk ge-val soms weer verhoogt door het toevoegen van eenorganische kleurstof. Het is duidelijk, dat hoewel dezebijmengsels, behalve de gips, volkomen onschadelijkzijn, het steeds aanbeveling verdient een zuivere kleur-stof te verwerken, en wel omdat men dan minderkleurstof nodig heeft om een gewenst kleureffect tebereiken en men steeds moet streven, een zo geringmogelijke hoeveelheid kleurstof toe te voegen, daarhet poedervormige kleurstofmateriaal in bepaalde ge-vallen de vastheid van het beton verlaagt.Wat de kosten betreft, blijkt een zuivere kleurstofvoordeliger te zijn dan een die bijmengsels bevat.Een chemische analyse geeft een beeld van de zuiver-heid. Zo werd gevonden, dat een natuurlijke rodekleurstof 55% ijzeroxyde en een kunstmatig bereide98% ijzeroxyde bevatte. Om vast te stellen of dekleurstof met een organische kleurstof is bijgekleurd,wordt deze geschud met alcohol en met aether. Naaffiltreren wordt het filtraat op kleur beoordeeld.5. De kleurstof moet fijn gemalen zijn enmag geen harde kluitjes bevatten.De fijnheid moet ongeveer gelijk zijn aan die vancement, waardoor een homogene verdeling bij hetmengen en een grote kleurkracht wordt gewaarborgd.De kluitjes geven aanleiding tot het optreden vanvlekjes op het betonoppervlak. De vorming van dekluitjes wordt door het opnemen van vocht bevorderd.Het is daarom nodig droge kleurstof te kopen en dezedroog op te slaan.6. De kleurstof moet gemakkelijkdoor water worden bevochtigd.Bezit de kleurstof deze eigenschap niet, dan wordthet verkrijgen van een homogeen mengsel bemoeilijkt.Verschillende soorten zwart van het type roet, enverschillende organische kleurstoffen vertonen eenslechte bevochtiging door water.Men kan dit als volgt vaststellen. In een reageer-buisje, driekwart gevuld" met" water, strooit men eenkleine hoeveelheid kleurstof. Wordt de kleurstof goedbevochtigd, dan zal deze als afzonderlijke deeltjesin het water worden verdeeld en naar beneden zinken.Wordt deze niet of slecht bevochtigd, dan treedtsamenballen op, of de kleurstof blijft op het waterdrijven.7. De kleurstof moet een grote kleurkracht hebben.Dit is nodig, zoals reeds opgemerkt, om met zo weinigmogelijk kleurstof een zo groot mogelijk effect te be-reiken. Om de kleurkracht te bepalen, gaat men alsvolgt te werk. Meng b.v. 100 g cement met verschil-lende percentages van de te onderzoeken kleurstof.Doe hetzelfde met verschillende percentages van eenstandaardkleurstof, waarvan de eigenschappen nauw-keurig bekend zijn.Voeg aan de mengsels dezelfde hoeveelheid water toe,zodanig dat een papje ontstaat, waarvan men op eenglasplaat een koek giet. Na verharding vergelijkt mende kleur van de cementkoeken.In Tabel III zijn de resultaten van een onderzoek vanenige kleurstoffen, behorende tot de groepen kunst-matig bereide anorganische en organische, opgenomen.Tabel III resultaten met kunstmatig bereide kleurstoffenkleurstof oplosbaarheidin watergekleurdecem.koek nade kookproefsulfaat gedrag in hetlichtgekleurde tegel1 jaar oudinwendigrood-ij zeroxyde niet opl. niet verkl. sporen niet verkl. niet verkl.rood-ijzeroxyde niet opl. niet verkl. sporen niet verkl. niet verkl.bruin-ijzeroxyde oxyduul niet opl. niet verkl. sporen niet verkl. niet verkl.geel-ij zeroxydehydraat niet opl. niet verkl. sporen niet verkl. niet verkl.zwart-ij zeroxydehydraat niet opl. niet verkl. sporen niet verkl. niet verkl.groen-chroomoxyde niet opl. niet verkl. sporen niet verkl. niet verkl.blauw organische kleurstof oplosbaar sterk verkl. sporen geheel verkl. iets verkl.paars organische kleurstof oplosbaar verkleurd sporen geheel verkl. iets verkl.rood organische kleurstof oplosbaar weinig verkl. sporen geheel verkl. niet verkl.rood organische kleurstof oplosbaar verkleurd sporen geheel verkl. iets verkl.rood organische kleurstof oplosbaar sterk verkl. sporen geheel verkl. verkleurdgroen organische kleurstof niet opl. niet verkl. sporen geheel verkl. niet verkl.geel organische kleurstof oplosbaar niet verkl. sporen geheel verkl. niet verkl.Het blijkt dat de kunstmatig bereide anorganischekleurstoffen aan de gestelde eisen voldoen.Hoeveel kleurstof kan aan het mengselworden toegevoegd, zonder dat de kwaliteitvan het beton achteruitgaat?Bij deze vraag moeten de volgende punten in be-schouwing worden genomen.1e. De hoeveelheid toe te voegen kleurstof hangt afvan het effect, dat men wil bereiken, doch menvindt, dat er een bepaald percentage kleurstof is(afhankelijk van de soort kleurstof en het ge-bruikte cement), waarboven het kleureffect prac-tisch niet verandert.2e. Zonder bezwaar zal men tot 10% toevoeging kun-nen gaan (roetzwart niet meer dan 3%).3e. De invloed van de kleurstof is afhankelijk van dekorrelsamenstelling van het toeslagmateriaal. Bijfijn toeslagmateriaal zal door het toevoegen vanpoedervormig materiaal eerder een daling van devastheid optreden dan bij een grover mengsel.Men zal dus aan het benodigde percentage kleur-stof de samenstelling van het toeslagmateriaalmoeten aanpassen.In een dergelijk geval vonden wij voor de kwali-teit van een deklaag van tegels het volgende re-sultaat:hoeveelheid kleurstofin % vanhoeveelheid cementmateriaalverliesbij de zandblaasproefin g01351032,231,832,032,834,5Bij 10% vertoont het gewichtsverlies een lichte stij-ging. Van een ongunstige invloed van de kleurstofis niets te bemerken.Het mengen van de kleurstof en de andere materialenvan het beton moet met grote zorg geschieden. Menonderscheidt 3 gevallen:a. het cement wordt in de cementfabriek met kleur-stof gemengd en aldus in de handel gebracht. Indit geval is het mengen gelijk aan dat voor gewoonbeton;b. het cement en de kleurstof worden in de cement-warenfabriek gemengd;c. de kleurstof wordt in de mengmachine toegevoegdaan het cement en het toeslagmateriaal. Hierbijheeft men een zeer goede mengmachine nodig; dekorrelmaat en de aard van het toeslagmateriaalspelen een grote rol. Wanneer voldoende lang droogen daarna nat gemengd wordt, zijn op deze wijzegoede resultaten te krijgen.Het is bij het mengen van gekleurd beton nodig, dooruitstrijken van het mengsel, de homogene verdelingvan de kleurstof te controleren.BEZWAREN TEGEN KLEURSTOFFEN IN BETONTegen gebruik van kleurstoffen in beton worden somsbezwaren geuit; deze zijn:I. de kwaliteit van het beton wordt slechter tenge-volge van het toevoegen van de kleurstof;II. de kleur verbleekt.Naar aanleiding van deze bezwaren willen wij hetvolgende opmerken.Wij hebben uitvoerig behandeld de verschillendeeisen, waaraan een goede kleurstof moet voldoen ener tevens op gewezen, dat de kleurstof met kennisvan zaken moet worden toegepast. In zulk een gevalis het uitgesloten, dat de kwaliteit van het betonslechter wordt.Wanneer men een goede kleurstof gebruikt, is hetonmogelijk dat de kleur van de korrels zal verbleken.Toch zien we bij gekleurde betonproducten inderdaadwel verandering van tint optreden. Daarvoor zijn devolgende redenen aan te geven. Wanneer een ge-kleurd betonproduct vers is, zal de kleur donkerderzijn dan wanneer het enige maanden oud is. Dit komt,doordat het beton water verliest. Hetzelfde verschijn-sel treedt ook bij normaal grijs beton op.Wanneer wij een goed verharde gekleurde tegel be-schouwen, dan bevindt zich op het bovenvlak eendun huid je van fijn materiaal, n.l. cement, kleurstofen fijne delen van het toeslagmateriaal. Indien nu dithuidje afslijt, komt het grovere materiaal voor de dag.Vooral indien de kleur van het toeslagmateriaal af-wijkt van die van de gekleurde mortel, die zich tussende grove korrels bevindt, zal het afgesleten oppervlakeen minder gekleurde indruk maken.Het aanhechten van stof zal eveneens veranderingvan tint tengevolge hebben, terwijl ook een lichteuitslag, die soms optreedt en die natuurlijk op eengekleurd oppervlak zeer duidelijk waarneembaar is,verandering van tint tengevolge zal hebben.RESUM?Vatten wij het behandelde samen, dan komen wij totde volgende belangrijke punten:1. gebruik een zuivere kunstmatige anorganischekleurstof, of een organische kleurstof, die geheelvoldoet aan de gestelde eisen;2. voeg niet meer kleurstof toe dan nodig is;3. besteed grote zorg aan de menging.Geraadpleegde litteratuurE. Probst, Handbuch der BetonindustrieProceedings of the American Concrete Institute, Vol. XXIII 1927, biz.226 e.V.Proceeding of the American Concrete Institute, 1935 No. 7, biz.228e.V.; 1931, No. 2, biz. 975; 1930, No. 6, biz. 616Zement, 1938, H. 41, biz. 645 en H. 42, biz. 665Die Betonstrasse, 1941, biz. 75319
Reacties