O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVloeistofdichtheidcement 2003 7 85Het vereist nogal wat overredingskracht om een bui-tenstaander ervan te overtuigen dat waterdichte con-structies te maken zijn met het materiaal beton.Immers, beton is poreus. Zelfs goed verdicht betonbestaat voor 10 tot 15% (V/V) uit pori?n. Als we ooknog moeten toegeven dat we bij constructies in ge-wapend beton rekening moeten houden met de aan-wezigheid van scheuren, dan wordt het een heleopgave om de buitenstaander zo ver te krijgen dathij in vloeistofdichte betonconstructies gelooft. Deeerlijkheid gebiedt echter te zeggen dat ook onderbetonconstructeurs de vloeistofdichtheid nog steedseen punt van discussie is. Teleurstellende ervarin-gen met lekkende kelders,reservoirs, vloerenenwan-den geven voortdurend voedsel aan deze discussie.P r a k t i j k e r v a r i n g e nIn hoeverre de bouwkunde boeken van Jellema e.a.nog regelmatig worden geraadpleegd is mij nietbekend. Het zijn boeken die een schat aan prakti-sche informatie bevatten. In de zesde druk van deelV, uitgave 1967, wordt aandacht besteed aan keldersvan gewapend beton. Daarin wordt gesteld dat zowelvoor de sterkte als de waterdichtheid van kelder-wanden en -vloeren een dikte vari?rend tussen 100en 200 mm prima voldoet. Met het oog op de water-dichtheid wordt wel gesteld dat het wenselijk is dat`ook het beton in de trekzijde zijn samenhang niet ver-liest'. Deze wenselijkheid wordt nu nog onderschre-ven ook al weten wij dat scheurvorming in gewapendbetonnen constructies moeilijk te vermijden is.Zeker als ook rekening moet worden gehouden methet optreden van opgelegde vervormingen. Wat hierde aandacht vraagt is het feit dat we kennelijk de-cennia lang beschikken over goede ervaringen metkelders in gewapend beton, zelfs bij wanddikten vanniet meer dan 100 tot 200 mm.V l o e i s t o f d i c h t h e i d ? D e f i n i t i e sWie zich snel vertrouwd wil maken met de belang-rijkste facetten van vloeistofdichtheid kan goedterecht bij verschillende nummers van Betoniek. InBetoniek 11/9 `Vloeistofdichtheid beton III' gaat hetonder meer over de vraag wat onder vloeistofdicht-heid moet worden verstaan: `Een constructie wordt alsvloeistofdicht beschouwd wanneer het indringingsfrontvan een vloeistof gedurende de levensduur van de con-structie de niet met vloeistof belaste zijde van de con-structie niet bereikt'.Dit is een heldere, niet voor twee?rlei uitleg vatbaredefinitie. Deze definitie heeft betrekking op de televeren prestatie van een constructie, maar zegt niethoe een vloeistofdichte constructie moet worden ge-realiseerd. Op dit punt gaat CUR-Aanbeveling 65 [2]duidelijk een stap verder: `Een constructie kan alleendan vloeistofdicht zijn als tenminste een deel vande betondoorsnede ongescheurd is'. Doorgaande scheu-ren worden daar dus niet toelaatbaar geacht. De eis,dat in een vloeistofdichte constructie geen door-gaande scheuren aanwezig mogen zijn, heeft onderconstructeurs voor veel commotie gezorgd. Immersde hier gestelde eis betekent in feite dat vloeistof-dichte constructies in gewapend beton zo goed alsvolledig uit beeld zouden raken. En dat terwijl in hetverleden tal van vloeistofkerende constructies in ge-wapend beton zijn uitgevoerd die nog steeds naarvolle tevredenheid functioneren. Die kennis was bijJellema in elk geval aanwezig en bij vele anderen methem!Nu moet onmiddellijk worden opgemerkt dat CUR-Aanbeveling 65 betrekking heeft op bodembescher-mende voorzieningen. Deze voorzieningen hebbennaast een vloeistofkerende functie primair een be-schermende functie. Als het milieu moet worden be-schermd tegen (ernstige) verontreiniging mogen westreng zijn. Echter het in alle gevallen ontoelaatbaarachten van doorgaande scheuren in vloeistofkeren-de constructies onder verwijzing naar CUR-Aanbe-veling is te ongenuanceerd. We gaan dan voorbij aaneen schat aan praktijkervaring die uitwijst dat con-structies met doorgaande scheuren zich wel degelijkvloeistofdicht kunnen gedragen. De vraag is dan na-tuurlijk wel hoe het zit met de relatie tussen vloei-stofdichtheid en scheurvorming.Self-healing envloeistofdichtheidprof.dr.ir. K. van Breugel, TU Delft, faculteit CiTG, sectieBetonconstructiesHet beheersen van scheurvorming is van belang bij devloeistofdichtheid van beton. Laboratoriumproeven enwaarnemingen uit de praktijk hebben echter aangetoonddat doorgaande scheuren in beton het vermogen hebbenlangzaam dicht te groeien. Dit vermogen staat bekendals `self-healing'. In hoeverre kan hiermee rekening wor-den gehouden bij het bepalen van de mate van vloeistof-dichtheid van beton?W e t e n s c h a pO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVloeistofdichtheidcement 2003 786B e t o n e n v l o e i s t o f d i c h t h e i dZoals eerder gememoreerd is beton een poreus ma-teriaal. Het reactieproduct van cement met water,ook wel gel genoemd, heeft een intrinsieke porosi-teit van circa 28% (V/V). De gelpori?n, met een dia-meter van 20 ? 40 ? (1 ? = 10-10m), zijn ondernormale omstandigheden altijd gevuld met water endragen niet bij aan het transport van een vloeistofdoor het beton. Van wezenlijk belang voor transportzijn de capillaire pori?n. Dit zijn pori?n die aanwezigzijn in de cementsteen en afmetingen hebben totcirca 0,05 mm. Of de aanwezigheid van deze pori?nzal leiden tot transport van een vloeistof of gas doorhet beton zal afhangen van de mate waarin dezepori?n met elkaar in verbinding staan (fig. 1).De mate waarin pori?n met elkaar verbonden zijn,of wel de connectiviteit van de pori?n, wordt bepaalddoor de water-cementfactor (wcf) en de hydratatie-graad. In figuur 2 is aangegeven hoe groot de hy-dratatiegraad van een mengsel met een zekere wcfmoet zijn om zeker te zijn van een gesloten porie-systeem. Tevens is aangegeven hoe groot de hydra-tatiegraad onder praktijkomstandigheden maximaalkan worden. Uit de figuur kan worden afgelezen datbij een wcf kleiner dan ongeveer 0,5 de hydratatie-graad hoog genoeg kan oplopen om een gesloten ca-pillair poriesysteem te bewerkstelligen. Bij een wcfgroter dan 0,50 kan niet langer op een gesloten ca-pillair poriesysteem worden gerekend, ook niet opde lange duur.De mate van connectiviteit bepaalt de doorlaatbaar-heid of permeabiliteit van het beton. De permeabili-teitvanbetonisafhankelijkvandepermeabiliteitvan:? het toeslagmateriaal;? de cementsteen;? de grenslaag tussen cementsteenmatrix entoeslagmateriaal.Voor de meeste betonsoorten wordt de permeabili-teit voornamelijk bepaald door de permeabiliteit vanhet cementsteen en van de genoemde grenslaag. Deintrinsieke doorlaatbaarheid k van normaal beton ligttussen de 10?14en 10?19m2. Voor normaal grindbe-ton met een wcf tussen 0,4 en 0,5 wordt vaak gere-kend met een doorlaatbaarheid k = 10?11tot 10?12m/s.Bij toepassen van hoogovencement met een lage wcfkan de doorlaatbaarheid een factor 100 kleiner zijn.Toevoegen van vliegas aan het cement levert ook eenlagere doorlaatbaarheid op. Zeer dicht beton wordtverkregen door toevoegen van silica fume. De door-laatbaarheid van beton vervaardigd met een licht,enigszins water absorberend toeslagmateriaal kaneen factor 1000 lager zijn dan van normaal grindbe-ton. Oorzaak hiervoor is de dichte grenslaag tussentoeslag en matrix.Als gevolg van een relatief poreuze grenslaag tussenhoge porositeitlage permeabiliteitporeus, permeabelporeusniet permeabellage porositeithoge permeabiliteit0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8100806040200 wcfhydralatiegraad[%]maxgesloten poriesysteem1009080706050403020101008060400 10 20 30 40 hoeveelheid capillaire pori?n [vol. %]hydratatiegraad[%]permeabiliteit[10?13m/s]wcf0,40,20,30,50,60,73 | Permeabiliteit k [m/s] van cement voor water (zie [3])1 | Kenmerkende voorbeelden van verschillende manifestaties vanporiesystemen [3]2 | Maximaal bereikbare hydratatiegraad en vereiste hydratatie-graad voor het realiseren van een gesloten capillair pori?nsys-teem [3]O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVloeistofdichtheidcement 2003 7 87het dichte toeslagmateriaal en de cementsteenma-trix kan de permeabiliteit van grindbeton een factor10 groter zijn dan van de cementsteen. Uit figuur 3valt af te lezen hoe de doorlaatbaarheid k van ce-mentsteen wordt be?nvloed door de hydratatiegraaden de water-cementfactorS c h e u r v o r m i n g e n v l o e i s t o f d i c h t h e i dDe dichtheid van beton is vooral van belang met hetoog op de duurzaamheid. Voor de vloeistofdichtheid isde aanwezigheid van scheuren veel belangrijker. Alsvuistregels voor het transport door beton, via scheu-ren en niet goed functionerende voegen, wordt weleen verhouding aangehouden van 1 : 104: 1010. On-middellijk blijkt hier het belang van het beheersenvan scheurvorming als het op vloeistofdichtheidaankomt. Tegelijkertijd wordt met deze vuistregelimpliciet toegegeven dat er door beton zelf ook trans-port plaatsheeft.Dit brengt ons ertoe om voor de praktijk het begripvloeistofdichtheidtenuanceren.InCUR-rapport196`Ontwerp en detaillering bodembeschermende voor-zieningen' [4], heeft men zich voor een classificatievan dichtheidscriteria laten leiden door een publica-tie van de fib-Werkgroup `Concrete Protective Struc-tures'. Onder- scheid wordt gemaakt tussen volledigedichtheid, schijnbare of nominale dichtheid en ade-quate dichtheid. In tabel 1 worden deze criteria naderomschreven. Tevens worden in genoemd CUR-rapport toetsingscriteria gegeven voor vloeistofdich-te betonconstructies (tabel 2). Deze toetsingscriterazijn gebaseerd op praktijkervaringen en vormen eenzeer goede handreiking voor de constructeur. Tege-lijkertijd moet worden gezegd dat tabel 2 ook vragenopenlaat. Die vragen hebben betrekking op hetaspect self-healing. Om nominale dichtheid te ga-randeren wordt het bestaan van doorgaande scheu-ren toelaatbaar geacht mits deze niet te wijd zijn endoor self-healing dicht kunnen groeien. Maar alsself-healing van doorgaande scheuren optreedt,wordt daarmee dan ook niet voldaan aan de criteriavoor volledige dichtheid? Kennelijk heeft men inCUR-rapport 196 deze stap niet durven maken. Wel-licht omdat self-healing een verschijnsel is dat nogteveel discussie oproept. Daarom een paar opmer-kingen hierover.S e l f - h e a l i n g ? s c h i j n o f w e r k e l i j k h e i d ?Als oorzaken van self-healing worden genoemd:? voortgaande hydratatie;? afzetting van calciumhydroxide en/of calcium-carbonaat;Tabel 1 | Classificatie van dichtheidscriteria [4]klasse karakteristieken realisatiemogelijkheden commentaarvolledige dichtheid geen volume/massa stroming. volledig dicht materiaal `systeem technologie' in principe niet bereikbaar met enkel(fysische dichtheid) diffusie mogelijk (ionen/moleculair nivo1) (bijvoorbeeld een dubbelwandige constructie) poreus/permeabel beton, tenzij voor eenkorte periodeschijnbare dichtheid geen zichtbare lekkage, verdamping uitgebalanceerde betonsamestelling schijnbare dichtheid hangt af van de(nominale dichtheid) aan achterzijde van de barri?re overtreft minimum betondrukzone relatieve vochtigheid, de temperatuur enaanvoer aan voorzijde. de windsnelheid buiten de constructies.adequate dichtheid zichtbare, maar gecontroleerde lekkage beheersen scheurwijdte voor veel beschermingsconstructies isadequate dichtheid toereikend.voor korte periode kan ook gescheurdbeton zich `volledig dicht' gedragen.1) Diffusie heeft plaats door vrijwel elk medium; ook door staal en kunststof. In die zin is de term `volledige dichtheid' strikt genomen niet geheel juistTabel 2 | Toetsingscriteria voor vloeistofdichte betonconstructies [4]klasse criterium commentaarvolledige dichtheid ongescheurd beton: elastisch ondersteunde betonvloeren in ongewapendh 2 e beton of staalvezelbeton volledig voorgespannenh 50 mm betonconstructies gewapend beton, geen wisselbelastingh 2 Dmaxniet-doorgaande scheuren:xb 2 exb 30 mmxb 2 Dmaxschijnbare dichtheid niet-doorgaande scheuren of doorgaande gewapend beton, al dan niet met bewegende scheuren,(nominale dichtheid) scheuren met beperkte veranderingen alleen self-healing in geval van water of waterigein de scheurwijdte (w 10%) oplossingenself-healing met w wkritconform (fig. 4)adequate dichtheid niet-doorgaande scheuren of doorgaande de scheurwijdte moet voldoen aan overeengekomenscheuren met beperkte scheurwijdte gewapend beton, met bewegende scheuren (w < 50%).lekdebiet door de scheuren.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVloeistofdichtheidcement 2003 788? sedimentatie van in de penetrerende vloeistofaanwezige vaste deeltjes;? dichtzetten van de scheur door cementdeeltjesuit het breukvlak;? zwellen van de cementsteen.Eennoodzakelijkevoorwaardevoorhetoptredenvanself-healing is de aanwezigheid van water. Is wateraanwezig, dan zal self-healing optreden mits descheurwijdte niet te groot is. Welke scheurwijdte toe-laatbaar is hangt af van de dikte van het vloeistofke-rende betonelement en de waterdruk over de scheur.Verder speelt de ruwheid van het scheuroppervlakeen rol.K r i t i s c h e s c h e u r w i j d t e v o o r s e l f - h e a l i n gAdam Neville, die van elk onderwerp uit de beton-technologie wel eens een uitvoerige studie heeftgemaakt, heeft dit ook gedaan van de kritischescheurwijdte waarbij self-healing optreedt [5]. In zijnoverzicht maakt hij melding van een publicatie uit1938 [6]. In constructies met een dikte van 1,5 tot2,4 m bleken scheuren met een wijdte van 0,8 tot1,5 mm na vijf jaar volledig dicht te zijn. [7] meldtself-healing van 0,76 mm wijde scheuren in beton-nen buizen na vijf jaar. Zelfs een 1,56 mm wijdescheur bleek na verloop van tijd volledig dicht te zijn.In meer recent onderzoek vond [8] dat een kwart totde helft van 0,2 mm wijde scheuren na zeven wekenvolledig dichtgetrokken waren. De scheurwijdte van0,2mmwasdegemiddeldescheurwijdtegemetenaanproefstukken in het laboratorium.[9] vond dat in watervoerende scheuren van 0,08 tot0,1 mm de stromingssnelheid binnen 24 uur zeersterk afnam. Onafhankelijk van drukverval over descheur (waterhoogte/plaatdikte) was bij een scheur-wijdte van 0,06 mm vrijwel geen lekkage meer waar-neembaar.Volgens [10] is selfhealing van scheuren mogelijkbij w < 0,2 mm, indien de stroomsnelheid door descheur beperkt blijft. De scheurwijdte van 0,2 mm iskennelijk een vrij kritische scheurwijdte als het omself-healing gaat. Ook in [11] blijkt dat. Dit werk isvooral van belang vanwege het feit dat zijn bevin-dingen zijn gebaseerd op metingen aan constructiesin de praktijk. Op grond van die praktijkmetingenheeft hij een grafiek opgesteld waarin de kritischescheurwijdte voor het optreden van self-healingwordt weergegeven als functie van de verhoudingtussendewaterhoogtehDbovendescheurendediktehwvan het waterkerende betonelement (fig. 4). Bijtoenemende waarde van het quoti?nt hD/hwneemtde kritische scheurwijdte af. In de figuur zijn ook re-sultaten weergegeven van laboratoriumproeven van[12] en [13]. Duidelijk blijkt dat de kritische scheur-wijdte gevonden in [11] kleiner is dan die welke inlaboratoriumproeven zijn gevonden. Een verklaringhiervoor is dat in [11] effecten zijn verdisconteerd diein het laboratorium meestal niet worden meegeno-men. Belangrijk is in dit verband het feit dat in depraktijk scheuren vrijwel altijd aan belastingwisse-lingen onderhevig zijn. Hierdoor wordt het self-healingproces nadelig be?nvloed.S e l f - h e a l i n g i n h e t c o n s t r u c t i e f o n t w e r pZowellaboratoriumproevenalswaarnemingenindepraktijk hebben onomstotelijk aangetoond dat hetverschijnsel self-healing bestaat. Toch wordt in depraktijk dit verschijnsel met enige argwaan bekeken.Self-healing zou een te onberekenbaar verschijnselzijn om rekening te houden bij het ontwerpen vanvloeistofkerende constructies. Wat hier echter speeltis niet de onberekenbaarheid van het verschijnselself-healing, maar ons kennelijke onvermogen metvoldoende zekerheid de noodzakelijke randvoor-waarden voor het optreden van self-healing te reali-seren. Deze noodzakelijke randvoorwaarden zijn:? de scheurwijdte moet beneden de kritischewaarde zijn (grafiek in [11], fig. 4);? de scheur moet (nagenoeg) stabiel zijn [8];? de stroomsnelheid in de scheur mag niet tegroot zijn (deze is afhankelijk van de verhoudingtussen waterhoogte en wanddikte, bijvoorbeeldals weergegeven in fig. 4);? de penetrerende vloeistof mag geen uitlogendeeigenschappen hebben;? er moet water aanwezig zijn.De dominante rol die de scheurwijdte in het self-healingproces speelt, dwingt de constructeur er toeervoor te zorgen dat de maximale scheurwijdtekleinerblijftdandekritischescheurwijdte.Wordtditgedaan en wordt daarbij gerekend met een belas-tingfactor 1 (gebruikstoestand), dan moeten we onsrealiseren dat we op het scherp van de snede di-mensioneren. Immers, theoretisch zal in 5% van degevallen de scheurwijdte toch groter zijn dan de ver-eistekritischescheurwijdte.Daterdanenkelescheu-ren zullen zijn die niet door self-healing dichttrek-ken, moet in dat geval eerder worden gezien als dejuistheid van de berekening dan als het falen van hetself-healingmechanisme! Willen we net als bij eensterkteberekening zeker zijn van onze zaak, danhw hD / hw [?]Wcrit./[mm]0,250.200,150,100,0500 5 10 15 20 25 30 35selfhealing uitgeslotenselfhealing zeer waarschijnlijkLohmeijerMeichsnerSchiesslhD4 | Relatie tussen kritischescheurwijdte en de ver-houding tussen vloei-stofhoogte en wanddikte[11], [12] en [13]O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVloeistofdichtheidcement 2003 7 89zouden we voor het self-healingproces moeten reke-nen met een belastingfactor groter dan 1. En dat kostextra wapening. Of dat het waard is zal per gevalmoeten worden bekeken.Behalve de scheurwijdte en de spreiding daarinspelen ook de andere hiervoor genoemde randvoor-waarden een rol. In welke mate de verschillendefactoren bijdragen aan het wel of niet optreden vanself-healing, is een zaak waar zeker meer kwantita-tief onderzoek naar gedaan zou moeten worden. Depraktijk zou bij de resultaten van zulk onderzoekzeker gebaat zijn. L i t e r a t u u r1. Betoniek 11/9, Vloeistofdicht beton III.2. CUR-Aanbeveling 65, Ontwerp en aanleg vanbodembeschermende voorzieningen.3. Braam, C.R., e.a., Ontwerpen en dimensione-ren van vloeistofkerende constructies, Beton-Praktijkreeks 3. ENCI Media.4. CUR-rapport 196, Ontwerp en detaillering bo-dembeschermende voorzieningen.5. Neville, A., Autogenous healing ? A concretemiracle. Concrete International, Vol. 24, No. 11.6. Loving, M.W., Autogenous healing of concrete.Bulletin 13, American Concrete Pipe Association.7. Wagner, E.F., Autogenous healing of cracks incement mortar linings for grey-iron andductile-iron water pipes. Journal of the Am.Water Works Ass., Vol. 66.8. Edvardsen, C., Water permeability and autoge-nous healing of cracks in concrete. ACI Mate-rials Journal, Vol. 96, No. 4.9. Schn?tgen, B., Durchl?ssigkeitsuntersuchun-gen an gerissenen Betonbauteilen (mit Wasserund w?ssrigen Losung). Deutscher Ausschussf?r Stahlbeton, 25. Forschungskolloquium.10. Bomhard, H., Wasserbeh?lter aus Beton ?M?glichkeiten und Wirklichkeiten, Entwurfs,Planungs- en Bemessungskriterien. M?nchen.11. Lohmeyer, G., Wasserdurchl?ssige Betonabau-werke ? Gegenmassnahmen bei Durchfeuch-tungen. Beton 2/84.12. Meichsner, H., Ueber die Selbstheilung vonTrennrissen in Beton. Beton- undStahlbetonbau, Vol. 87, No. 4.13. Schiessl, P. e.a., Massgebende Einflussgr?ssenauf die Wasserdurchl?ssigkeit von gerissenenStahlbetonbauteilen. DBV Arbeitstagung,Wiesbaden.Wegens uitbreiding vanwerkzaamheden zoeken wij vooronze vestiging in Delft:Met als belangrijkste functie-eisen:- TU-opleiding, afstudeerrichtingbeton-/staalconstructies(Eventueel met HBO-opleiding)- Ervaring in ontwerpen enberekenen van constucties inbeton en staal- Kennis van modernerekentechnieken- Uitstekende contactueleeigenschappenSchriftelijke sollicitaties richten aan:Van der Vorm engineering Delft b.v.t.a.v. de heer ir. R.P.M. de GroenDelftechpark 19, 2628 XJ Delftwww.vandervorm.nlVan der Vorm engineeringis een ingenieursbureau voorbeton-, staal- en houtconstructiesmet vestigingen in Maarssen,Delft en `s-Hertogenbosch.Het bureau heeft specialistischekennis op het gebied van:prefab constructies; staalconstructies;voorgespannen betonconstructies;bedrijfsvloeren; uitvoeringstechniek;bouwkosten.V A N D E R V O R ME N G I N E E R I N GCONSTRUCTEUR/PROJECTLEIDER