themaDe verwerkbaarheid van metselmortel1201034themaDe verwerk-baarheid vanmetselmortelDe verwerkbaarheid van metselmortel is een complex fenomeen dat parallellenvertoont met de verwerkbaarheid van vers beton. Toch zijn er ook heel eigen proble-men, door de andere samenstelling van mortel, het belang van het vakmanschap vande uitvoerder en het proces van het metselen. Over dit onderwerp is van 2005 tot 2009een doctoraatsonderzoek aan de K.U.Leuven verricht [1].Het oordeel van metselaarsDe verwerkbaarheid van metselmortel 12010 35Een definitie van verwerkbaarheid ? in het Engels workabi-lity ? werd gevonden in normteksten van ASTM: "Workabi-lity is the most important property of plastic mortar. Work-able mortar can be spread easily with a trowel into the sepa-rations and crevices of the masonry unit. Workable mortaralso supports the weight of the masonry units when placedand facilitates alignment. It adheres to vertical masonrysurfaces and readily extrudes from the mortar joints whenthe mason applies pressure to bring the unit into alignment.Workability is a combination of several properties, includingplasticity, consistency, cohesion, and adhesion, which havedefied exact laboratory measurement. The mason can bestassess workability observing the response of the mortar tothe trowel." [2]We hebben dus te maken met een combinatie van reologischgedrag (de vervorming of stroming van de mortel onderinwerkende spanningen) met eigenschappen van watertrans-port in de mortel zelf en tussen de mortel en de baksteen. Ditwerd bevestigd in een praktijkgericht proefprogrammawaarin zes metselaars uit drie landen (Belgi?, Nederland enFrankrijk) een zelfde reeks proeven moesten uitvoeren meteen reeks van zes verschillende mortels. Tijdens het werkwerden ze ge?nterviewd over de kwaliteiten en gebreken vande gebruikte producten. De uitkomst van deze vraaggesprek-ken bevestigt de definitie van ASTM en maakte het mogelijkverschillende kwaliteiten toe te kennen aan de verschillendemortels, en ze te linken aan de eigenschappen van het bind-middel. Verder bleek ook het belang van de combinatie meteen bepaalde baksteen: een mortel kan goed verwerkbaar zijnmet ??n bepaalde baksteen, maar problemen opleveren meteen andere.Het vervolg van het doctoraatsonderzoek bestond uit een theo-retisch en experimenteel onderzoek van meetmethodes voor deverschillende aspecten van verwerkbaarheid, onder meer metrheometers, methodes uit de grondmechanica en R?ntgenstra-len-radiografie voor watertransport. Voor deze specifieke tech-nieken wordt verwezen naar de thesis; dit artikel gaat verderwat dieper in op de kwalitatieve en praktijkgerichte aspectenvan verwerkbaarheid.Keuze van het watergehalteDe metselaars waren in de experimenten vrij om de hoeveel-heid aanmaakwater voor de aangeboden droge mortelmengselste bepalen. Dit gebeurde tijdens het mengen op basis vanbeoordeling met het blote oog of met de troffel (foto 1). Hierbijblijkt dat de water-bindmiddelfactor heel wat hoger wordtgekozen dan gangbaar is in hedendaags beton: van ongeveer1,0 voor een gewone cementmortel tot 2 of meer voor mortelmet kalkhydraat als bindmiddel (fig. 2). Ondanks de internati-onale samenstelling van het testpanel blijkt er goede overeen-stemming te zijn tussen de verschillende metselaars: de co?f-fici?nt van variatie is niet meer dan 3 tot 9%, wat veel minder isdan op de resultaten van een plunger penetration test voorconsistentie van de mortel, uitgevoerd volgens EN 459-2onmiddellijk na het aanmaken van de mortel. In de test wordtgemeten hoe ver een plunjer die van op een welbepaaldehoogte valt, in de mortel indringt. Hieruit kan worden gecon-cludeerd dat het oordeel van de vakman een veel betrouwbaar-dere maatstaf is dan deze eenvoudige test.dr.ir.-arch. Roel Hendrickx1)K.U.Leuven, Departement Burgerlijke Bouwkunde,afdeling Bouwfysicaprof.dr.ir. Koenraad Van Balen enprof.dr.ir. Dionys Van GemertK.U.Leuven, Departement Burgerlijke Bouwkunde,afdeling Bouwmaterialen en Bouwtechnieken1 Metselaar bepaalt optimaal watergehalte van een aangebo-den droog mortelmengsel. Hierbij wordt gebruikgemaakt vaneen planetaire mixer1) dr.ir.-arch. Roel Hendrickx is gepromoveerd op het onderzoek `Geschikte meetmethodes voor deverwerkbaarheid van metselmortel'. Dit onderzoek is uitgevoerd aan de K.U.Leuven onder begelei-ding van de promotoren prof.dr.ir. Koenraad Van Balen en prof.dr.ir. Dionys Van Gemert.1themaDe verwerkbaarheid van metselmortel12010362 Geselecteerde water-bindmiddelfactoren (W/B)en resultaat van een plunger penetration test (PP)op het verkregen mengsel. Het achtervoegsel HSstaat voor de aanwezigheid van hulpstoffen. Delijnstukken geven de standaarddeviatie aan3 De geselecteerde water-bindmiddelverhouding(W/B) van metselmortel als functie van het speci-fiek oppervlak van het bindmiddelhet eerste type steen, is dat het water zeer snel uit de mortelwordt gezogen, zodat die te snel verstijft en het zeer moeilijkwordt de baksteen correct te plaatsen. Met het tweede typebaksteen daarentegen wordt er zeer weinig water weggezo-gen, zodat het verstijven wordt uitgesteld en er risico ontstaatop `drijven' van de baksteen, terwijl er verder wordt gemet-seld. De mortel met kalkhydraat vertoont zeer goede eigen-schappen in combinatie met de sterk zuigende steen, maarwerd iets minder geapprecieerd met de zwak zuigende. Hetomgekeerde kan worden gezegd van cementmortel enhydraulische kalkmortel: deze vertoonden sterke problemenvan bleeding en inhomogeniteit, en verloren ook te snel hunwater aan de sterk zuigende steen. Beide problemen zijnernstig en kunnen op de werf worden vermeden doorbijvoorbeeld een combinatie te maken van kalk en cement, ofdoor hulpstoffen te gebruiken.Een bijkomend nadeel van een mortel met lage waterretentie,die gewoonlijk ook bleeding vertoont, is dat de mortel inhomo-geen wordt in de kuip en dus met de hand moet worden her-mengd om bruikbaar te blijven. Dit kost de metselaar tijd enenergie. Vooral cementmortel zonder hulpstoffen en hydrauli-sche kalkmortel vertoonde dit probleem.Invloed werkmethodes van metselaarsOndanks de lage variatie in waterdosering tussen de metselaars,kon toch een zeker systematisch verschil worden opgemerkt datverbonden is aan de werkwijze van de metselaar. Twee van dezes metselaars werken met een volledige vulling van de horizon-tale voegen. Dat wil zeggen dat ze een volledig mortelbeduitspreiden en vervolgens de baksteen daarin duwen (met dehand of door te tikken met een troffel of hamer). Hiervoor is inhet algemeen een vrij vloeibare mortel nodig, dus een hogerewaterdosering. Andere, voornamelijk Vlaamse metselaarswerken met onvolledige voegvulling: men legt slechts in hetmidden een hoopje mortel, en drukt dit dan met de baksteenuiteen tot de gewenste dikte. Er wordt gerekend op het voegenom de lege ruimtes op te vullen. Voor deze methode werdminder water gebruikt. Deze bevindingen werden aangetoondmet statistische tests met een significantieniveau van 85% [3].Prioriteiten en voorkeuren van metselaarsMetselaars hechten zelf erg veel belang aan de goede verwerk-baarheid van mortel. Als het testpanel werd gevraagd een reeksvan twaalf eigenschappen van mortel te rangschikken in volg-orde van belangrijkheid, komen verwerkbaarheid en verwerk-Invloed bindmiddel en baksteenDe verschillende bindmiddelen beslaan een breed gamma, vanluchthardend en lage sterkte (kalkhydraat) naar zuiver hydrau-lisch en hoge sterkte (portlandcement). Het kalkhydraat is eenrelatief zuiver calciumhydroxide (gebluste kalk) CL90-Svolgens EN459-1. Hetzelfde product werd ook getest met lucht-belvormer en in combinatie met het cement (CEMI 42,5R).Een natuurlijke hydraulische kalk werd eveneens gebruikt(NHL5). Het cement werd ook gebruikt in combinatie methulpstoffen: Rheomix 359 en Micro-air 100 van BASF.Het specifieke oppervlak van het bindmiddel blijkt eenessenti?le parameter te zijn die het gekozen watergehaltebe?nvloedt. Dit wordt verklaard doordat een deel van hetwater wordt geadsorbeerd door het bindmiddel, zodat slechtshet overblijvende deel echt de ruimte tussen de korrels vult.Figuur 3 illustreert dit, en ook het feit dat het gebruik vanluchtbelvormers een duidelijke vermindering van het water-gehalte oplevert. Hierbij is het belangrijk te vermelden dat debindmiddel-zandverhouding in massa-eenheden per volumegedroogd zand 180 kg/m? bedraagt voor kalkhydraat, 300 kg/m? voor kalk-cement en hydraulische kalk, en 350 kg/m?voor cement. Aangezien het specifiek oppervlak van dezandkorrels veel kleiner is dan dat van het bindmiddel, is hetsteeds dit laatste dat de benodigde hoeveelheid water hetsterkst be?nvloedt. Uit metingen van waterretentie is ookgebleken dat die mortels met een bindmiddel met grootspecifiek oppervlak niet alleen meer water nodig hebben,maar het ook nog eens sterker vasthouden in contact met eenporeus materiaal.Deze eigenschap toont zijn belang wanneer verschillendestenen worden gebruikt. In het proefprogramma werden erdrie getest, waarvan twee geperforeerde stenen met relatiefhoge absorptieco?ffici?nt (0,3 kg/m?s0,5) en ??n volle gevel-steen met zeer lage absorptieco?ffici?nt (0,004 kg/m?s0,5).Het voornaamste probleem gesignaleerd in de proeven met0,00,51,01,52,02,53,03,54,0kalkhydraatkalkhydraat+HSkalk-cementcementcement+HSPPW/Bhydraulischekalk2De verwerkbaarheid van metselmortel 12010 37De middelen die ter beschikking staan van de productontwer-per zijn van verschillende aard: bij een bepaald type zand eneen geschikte bindmiddel-zandverhouding kan ervoorworden gekozen verschillende bindmiddelen te combineren,om zodoende een geschikte waterretentie te verkrijgen, of hetgedrag kan worden be?nvloed door toevoegen van hulpstof-fen. Zowel luchtbelvormers als plastificeerders maken hetmogelijk met een lager watergehalte te werken en/of de water-retentie te verhogen. In het geval van de geteste cementmortelkonden ernstige problemen heel bevredigend worden opge-lost met deze hulpstoffen.In het doctoraatsonderzoek dat over dit onderwerp is uitge-voerd, werd een hele reeks proeven uitgevoerd om deelaspectenvan verwerkbaarheid te meten, maar vooralsnog blijft debeoordeling door vaklui een - hoewel omslachtige en dure -zeer betrouwbare bron van gegevens. bare tijd bovenaan. In tabel 1 worden genormaliseerde scoresin % gegeven, alsook een begroting van de standaarddeviatietussen de leden van het panel. Als uitvoerder van het nieuwewerk heeft de metselaar weinig of geen boodschap aan lange-termijneigenschappen, en hij ligt zelf ook niet wakker van dekostprijs.De voorkeur qua type mortel ligt nog steeds bij de mortel diewordt gemengd op de bouwplaats, boven geprefabriceerdedroge mortel (in silo op de bouwplaats) en geprefabriceerdenatte mortel. Dit tweede type mortel wordt wel bijna even-veel gebruikt als de zelf gemengde mortel. In de marge moetworden opgemerkt dat de proefpersonen werden geselec-teerd op minimaal vijf jaar ervaring met kalkhoudendemortels, en dat dus de meeste van hen werkzaam zijn in derestauratiesector. Het voorgaande is dus niet algemeen geldigvoor de hele bouwsector.SamenvattingEen goed verwerkbare mortel moet aan heel wat eisen voldoen:zowel goede reologische eigenschappen als een voldoendewaterretentie zijn absoluut noodzakelijk. Afhankelijk van hetgebruikte type bindmiddel kan er meer of minder specifiekoppervlak aanwezig zijn, wat een sterke invloed heeft op dewaterbehoefte en de waterretentie van de mortel. Daarbij moetmen er nog rekening mee houden dat het werken met volledigevoegvulling meer water vereist voor een betere vloeibaarheid, endat sterk zuigende stenen en zwak zuigende stenen specifieke entegengestelde eisen stellen. Maatwerk is dus de boodschap. liteRatuuR1 Hendrickx, R., The adequate measurementof the workability of masonry mortar, PhDthesis, Katholieke Universiteit Leuven, 2009.2 ASTM, C270-04a Standard specification formortar for unit masonry. ASTM, WestConchohocken, 1992.3 Hendrickx, R., Balen, K. Van and Gemert, D.Van, The workability of masonry mortarassessed by masons. Restoration of buil-dings and monuments, 2009, 15(1).Tabel 1 Prioriteiten van het testpanel van metselaars voor de eigenschappen van metselmortelgenormaliseerde score standaarddeviatieverwerkbare tijd 82% 10%verwerkbaarheid 71% 27%adhesie aan baksteen 68% 34%productiviteit 63% 31%vroege sterkte 61% 16%sterkte 58% 22%krimp 54% 14%uitzicht 47% 19%kostprijs 46% 44%thermische isolatie 42% 23%milieuhinder 33% 14%vorstbestendigheid 26% 29%0,00 5 10 150,51,01,52,02,50,00,51,01,52,02,5zonder hulpstoffenmet hulpstoffenspecifiek oppervlak bindmiddel (BET) (m2/g)W/B(kg/kg)3