O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2005 868ir. Ch. de Bueger en ir. F. de Barquin, WTCBdr. N. Malengreau en dr. J. Tirlocq, CWOBKNUitbloeiingen op baksteenmetselwerk voor gevelmurenvormen een re?el probleem dat zich vaak voordoet net nade bouwuitvoering (foto 1). Ook al be?nvloedt het enkelde esthetiek van het gebouw, de gevolgen zijn ongetwij-feld nadelig, zowel op economisch vlak (in de toewijzingvan de verantwoordelijkheden tussen de verschillendebij de bouw betrokken partijen) als voor het kwaliteits-concept in de architectuur [1, 2]. Op enkele internelaboratoriumprocedures na, bestaan er geen genorma-liseerde beproevingsmethoden op Europees niveau dietegelijkertijd rekening houden met de invloed van debaksteen en de mortel op het uitbloeiingsfenomeen. Demeeste studies wijzen uit dat de wisselwerking tussen dietwee elementen de oorzaak is voor het verschijnen vanuitbloeiingen. Volgens de Belgische norm dient enkel degevoeligheid van de baksteen te worden getest, zonderde wisselwerking met het hydraulische bindmiddel teevalueren. Daarom hebben het Wetenschappelijk enTechnisch Centrum voor het Bouwbedrijf (WTCB) en hetCentrum voor Wetenschappelijk Onderzoek der BelgischeKeramische Nijverheid (CWOBKN) een onderzoek, gesub-sidieerd door het Ministerie van Economische Zaken,aangevat om een nieuwe beproevingsprocedure te defi-ni?ren, teneinde de uitbloeiingsgevoeligheid van eenbaksteen-mortelcombinatie te kenmerken.De onderzoeksmethodologie bestond enerzijds uithet begrijpen van het mechanisme van uitbloeiin-gen om de gevoeligheidsparameters ervan te bepa-len, en anderzijds uit het uitvoeren van laboratori-umexperimenten om de kritieke waarden van dezeparameters te bepalen en zo uiteindelijk eenbetrouwbare beproevingsprocedure te verkrijgen.M e c h a n i s m e v a n u i t b l o e i i n g e nZoutuitbloei is het verschijnen van gekristalliseerdeoplosbare zouten aan het oppervlak van poreuzematerialen, omwille van de migratie van zoutoplos-singen ten gevolge van verdamping. De meestvoorkomende uitbloeiing op metselwerk is te wij-ten aan de aanwezigheid van oplosbare sulfaten vanNa, K, Mg en Ca [1, 3]. Deze komen voort uit deinteractie van sulfaten (aanwezig in bakstenen) methydroxiden (aanwezig in hydraulische bindmidde-len) [4]. De interactie tussen de verschillende ele-menten vereist de aanwezigheid van water, afkom-stig van regen of water dat tijdens de bouw isgebruikt. De zouten worden dan in dit water opge-lost. Tijdens de droging van het metselwerk zorgthet transport van het water voor een migratie vande zouten, die op het oppervlak van de muur kris-talliseren. De vorming van uitbloeiingen is dus eeningewikkeld fenomeen dat ook afhangt van externefysisch-chemische parameters zoals de uitvoerings-kenmerken, de periode tussen het einde van hetwerk en de eerste regen (de rustperiode), de bevoch-tigingsduur en de drogingsomstandigheden. Dezeparameters moeten worden onderzocht en doormiddel van verschillende laboratoriumexperimen-ten geoptimaliseerd om een uitbloeiingstest tedefini?ren, teneinde resultaten te verkrijgen die zodicht mogelijk aansluiten bij de in situ waargeno-men fenomenen.O p s t e l l i n g u i t b l o e i i n g s t e s tDe ontwikkeling van de hieronder samengevattetestprocedure heeft een belangrijke hoeveelheidonderzoeksactiviteiten gedurende vier jaren vereist.We nemen hier alleen de onderzoeksfasen door dietot de uiteindelijke procedure hebben geleid.Om de test op te stellen, zijn in samenspraak metde sector representatieve bouwmaterialen gekozen.Er werden vier bakstenen geselecteerd op basis vanhun vervaardigingsproces (handvorm- en streng-persbakstenen) en sulfaatgehalte (hoog en laag). Erwerden drie mortels op basis van CEM I, CEM II enOntwerpen en dimensioneren van steenconstructies (25)Uitbloeiingen op baksteenmetsel-werk: een stap richting normalisatieW e t e n s c h a p1 |Voorbeeld van de ver-schijning van uitbloeiin-gen bij voltooiing van debouwwerkenreferentiemortelvoeg2 |Kleine constructie om debevochtigingsparameterte bepalen111Na(mg/l)K(mg/l)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2005 8 69CEM III (gecombineerd met rivierzand) en eendroge prefab mortel geselecteerd.De test is volgens de procedure uitgevoerd op proef-stukken van baksteen/mortel met een representa-tieve vorm voor een gemetselde muur. De proef-stukken (zie fig. 8) werden met droge bakstenen inlaboratoriumomstandigheden uitgevoerd. De mor-tel werd bereid volgens EN 1015-2 met leidingwateren de hoeveelheid water werd bepaald volgens denorm EN 1015-3 teneinde een consistentie van versemortel van ongeveer 2,0 ? 0,1 (met de schoktafel) teverkrijgen. Na voltooiing werd er een massa boven-op geplaatst om de hechtsterkte tussen baksteen enmortel tijdens de rustperiode te verhogen.Daarop is volgens de testprocedure de rustperiodevan de proefstukken beschouwd. De duur van dezerustperiode is een belangrijke factor om rekeningmee te houden. Om de tijd te bepalen die het alkalinodig heeft om binnen de mortel vrij te komen enin de proefstukken te migreren, werden kleineproefstukken getest, in functie van de verhardings-tijd (tussen 4 en 28 dagen). Een baksteen werd indrie delen gesneden, waarvan ??n deel werdbewaard als referentie. De twee andere delen wer-den gebruikt in een kleine constructie (fig. 2).Na een bepaalde tijd werden de proefstukken in eendroogoven met een temperatuur van 105 ?Cgeplaatst om de migratie van Na en K te be?indi-gen. De kleine proefstukken werden dan in schij-ven gesneden (fig. 3). Het referentiedeel werd ookin drie schijven gesneden. Elk stuk werd gemalenen uitgeloogd in water. De Na- en K-gehaltes wer-den via ICP (Inductively Coupled Plasma: analyti-sche techniek om chemische elementen te trace-ren) geanalyseerd.Vastgesteld kon worden dat na veertien dagen degehaltes aan Na en K het hoogst zijn (fig. 4). Boven-dien is op dat ogenblik de stevigheid van de con-structie voldoende voor verdere behandeling. Deverharding heeft dan bijna veertien dagengeduurd.Na de rustperiode werden de proefstukken blootge-steld aan de bevochtigingsfase. Het doel van debevochtiging is een goede homogenisering van Naen K te verkrijgen vanuit de mortel in de proefstuk-ken. Hiertoe moet de meest geschikte bevochti-gingsduur worden bepaald. Er zijn gelijkaardigetests uitgevoerd als voor de bepaling van de verhar-dingsduur, met de uitzondering dat de kleine proef-stukken in een recipi?nt werden geplaatst met eenpermanente laag water van 3 mm, na een verhar-dingsduur van 2 tot 28 dagen. De rest van het expe-riment is gelijkaardig. De resultaten tonen aan datna bevochtiging, de Na en K uit de mortel wordenuitgeloogd en reeds na zeven dagen verminderen ingrootteorde. De gehaltes homogeniseren in de con-structie en zijn hoger in de baksteenschijven van deconstructie dan in de schijf van de referentiebak-steen. We zien ook over het algemeen dat hoe lan-schijf 1schijf 2schijf 3schijf 4schijf 5schijf 6schijf Aschijf Bschijf Cconstructieschijf 7: mortelreferentie 3 |Versnijden van de con-structie en de referentievoor het uitlogen en deanalyse0,002,004,006,008,0010,0012,0014,001 2 3 7 4 5 6 A B C0,005,0010,0015,0020,0025,001 2 3 7 4 5 6 A B C2 dagen4 dagen7 dagen14 dagenNa(mg/l)K(mg/l)schijfschijf2 dagen4 dagen7 dagen14 dagen6810l)02468101 2 3 7 4 5 6 A B C7 dagen14 dagenschijfNa(mg/l)7 dagen14 dagen02468101 2 3 7 4 5 6 A B CschijfK(mg/l)02468101 2 3 7 4 5 6 A B C7 dagen14 dagenschijfNa(mg/l)7 dagen14 dagen0,002,004,006,008,0010,0012,0014,001 2 3 7 4 5 6 A B C0,005,0010,0015,0020,0025,001 2 3 7 4 5 6 A B C2 dagen4 dagen7 dagen14 dagenNa(mg/l)K(mg/l)schijfschijf2 dagen4 dagen7 dagen14 dagen4 |Na- en K-gehaltes inde constructies voorverschillende verhar-dingstijden. Schijven Atot C zijn de delen van dereferentiebaksteen5 |Alkali-gehaltes in kleineproefstukken na 7 en14 dagen bevochtiging.Schijven A tot C zijn dedelen van de referentie-baksteenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2005 870ger de bevochtigingsduur is, hoe lager de Na- enK-gehaltes in de mortellaag zijn (fig. 5).Er is dus, tot besluit, een bevochtigingsduur vanveertien dagen gekozen om een goede homogenise-ring van het alkali in de constructie te verkrijgen.De laatste fase van de test is de drogingsfase. Het isuiterst belangrijk de droogomstandigheden te opti-maliseren. Een te ver gaande droging zou voor eenkristallisatie in de baksteen kunnen zorgen inplaats van op het oppervlak. Onvoldoende drogingkan leiden tot een gebrek aan kristallisatie. Om deoptimale droogomstandigheden te bepalen, is eenblootstellingslocatie ingericht (fig. 6), met ondermeer de geselecteerde baksteen-/mortelcombina-ties. Voor elke combinatie worden twee muren, eenin ZW-richting en een in NO-richting, gebouwd.Dicht bij deze blootstellingslocatie registreert eenweerstation elke tien minuten de weersomstandighe-den: temperatuur (?C), relatieve vochtigheid (%),windrichting, windsnelheid (m/sec) en zonnestraling(W/m2K). Elke dag wordt een visuele inspectie uitge-voerd om te zien welke muren uitbloeiingen verto-nen. Deze informatie wordt vervolledigd aan de handvan drie webcams, die om het uur de evolutie regi-streren van drie muren, die worden verondersteld erggevoelig te zijn voor de verschijning van uitbloeiin-gen. Door deze informatie kunnen de gunstigstedroogomstandigheden voor de verschijning van uit-bloeiingen worden vastgesteld. Deze omstandighe-den houden nauw verband met de temperatuur en derelatieve vochtigheid van de lucht, die zullen bepalenwat hierna de `Air Drying Power' (ADP) wordtgenoemd. De ADP (g/kg) komt neer op de hoeveel-heid damp die de lucht bijkomend kan bevattenalvorens het dauwpunt te bereiken. Deze waarde ishet verschil tussen het maximale vochtgehalte`Xs' (g/kg) en het werkelijke vochtgehalte `x' (g/kg).Dankzij een opvolging van de blootstellingslocatie, ishet mogelijk de ADP te bepalen en deze te koppelenaan de visuele inspectie om de kritieke ADP-waardete bepalen waarboven steeds uitbloei optreedt.Figuur 7 geeft een voorbeeld van de gekoppeldevisuele en ADP-gegevens gedurende ??n dag(1 september 2004). Tussen 12 en 17.30 uur werdeen ADP-waarde opgemerkt tussen 9 en 11 g/kg.Het verschijnen van uitbloeiingen werd tijdensdeze periode met een webcam geobserveerd.Met meer dan twee jaren aan geregistreerde gege-vens, is nu de kritieke ADP-waarde bekend waarbo-ven verschijning van uitbloeiingen zo goed alszeker is. Deze ADP-waarde schommelt rond 10 g/kg lucht. Elke ADP-waarde wordt door oneindigveel koppels (temperatuur, relatieve vochtigheid)aan de hand van de vochtige-luchtvergelijking [5]verbonden. Dankzij deze ADP-waarde van 10 g/kglucht, is het mogelijk de omstandigheden van tem-peratuur en relatieve vochtigheid te defini?ren diegemakkelijk in een laboratorium te verwezenlijkenzijn. Deze waarden zijn 25 ?C, 50% RV.Wanneer er een temperatuurgradi?nt tussen deomgevingslucht en het muuroppervlak is, moet dekritieke ADP-waarde worden beschouwd in de lucht-laag die zich het dichtst bij het muuroppervlakbevindt. Er zijn algemene weersomstandighedenmet een lage ADP van ongeveer 4 g/kg (bijv. 10 ?C,50% RV), terwijl zonnestraling zorgt voor een ADPvan ongeveer 10 g/kg op het metselwerkoppervlak.Deze omstandigheden zijn erg gunstig voor het ver-schijnen van uitbloeiingen, aangezien er een tempe-ratuurgradi?nt ontstaat tussen het inwendige en hetoppervlak van het metselwerk. Deze omstandighe-den doen zich vaak voor in de lente, wanneer uitbloeioptreedt op het metselwerk. Deze drogingsomstan-digheden werden in het laboratorium gereprodu-ceerd door drie uur per dag IR-lampen in te schake-len. De IR-lampen werden 0,5 m boven het opper-0246810121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24gwater/kglucht252 dag/uurAir Drying Power6 |Blootstellingslocatie7 |ADP-grafiek (01-09-2004) en foto's van ??nmuur van de blootstel-lingslocatie (01-09-2004om 12 uur en 17.30 uur)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2005 8 71vlak van de proefstukken geplaatst. De hydrother-male waarden bedroegen 10 ?C, 50% RV, en tijdensde straling van de IR-lampen bereikte het oppervlakvan de proefstukken 30 ?C. Hoewel de resultaten ergaantrekkelijk blijken, wordt deze drogingsmethodeniet in de uitbloeiingstest ge?ntegreerd aangezien zete complex is voor een laboratorium-testprocedure.Het testprotocol komt rechtstreeks overeen met deresultaten van de experimenten in de optimalisatie-fase. Figuur 8 toont de verschillende teststappen entabel 1 geeft de parameters van elke testfase weer.Op het einde van de test werden de resultatenge?valueerd op basis van het volgende schema:? een foto nemen van alle constructies;? de proefstukken selecteren die op meer dan 1%van hun oppervlak uitbloeiingen vertonen;? driemaal met een vochtige spons over de uitbloei-ingen wrijven;? vijftien minuten wachten;? groepering van de proefstukken zonder uitbloei-ingen of met uitbloeiingen op minder dan 1%van hun oppervlak, de proefstukken met uitbloei-ingen die niet verschijnen na het wrijven met devochtige spons en de proefstukken met uitbloei-ingen die verschijnen na het wrijven met eenvochtige spons.T e s t r e s u l t a t e n e n v a l i d e r i n gOm de reproduceerbaarheid van de methode teevalueren, werd elk van de zestien combinatiesvijfmaal getest. De resultaten tonen duidelijk dateen aantal combinaties voor de verschijning vanuitbloeiingen gevoelig is en de andere niet.Voor de validering hebben we gekozen voor tweeverschillende methoden: de blootstellingslocatie(hierboven beschreven) en de uitvoering van de testop baksteen-mortelcombinaties uit praktijkgevallenmet uitbloeiingen. Dankzij een onderzoek vanmeer dan twee jaar, is nauwkeurige informatievoorhanden met betrekking tot de onderzochtebaksteen-mortelcombinaties die het gevoeligst zijnvoor uitbloeiingen (de combinaties tussen de hand-vormbaksteen met hoog sulfaatgehalte en de mor-tels op basis van CEM I, CEM II en CEM III). Dezeinformatie vormt een valideringsbasis voor deresultaten van de laboratoriumtests. De vergelij-king tussen de testresultaten en de resultaten vande blootstellingslocatie wordt aan de hand van hetverschijningspercentage van uitbloei gedaan (vijfherhalingen van de test in het lab, meting gedu-rende meer dan twee jaren op de blootstellingsloca-tie). De analyse toont aan dat de test en de blootstel-lingslocatie geneigd zijn dezelfde combinaties aante geven qua gevoeligheid voor uitbloei. De tweedevalideringsmethode werd voor drie gevallen gedaan.Ook hier blijken de praktijkgevallen en tests gelijk-aardige resultaten op te leveren.T o e k o m s t p e r s p e c t i e fAan het einde van vier jaar onderzoek is een nieu-we beproevingsmethode voor uitbloei uitgewerkt.Momenteel wordt deze beproevingsmethode intechnische en normatieve documenten ge?nte-greerd. In de eerste plaats zullen de baksteen- enmortelproducenten hun producten met de nieuwemethode testen. Ten slotte zal de beproevingsme-thode worden voorgesteld op nationaal en Europeesnormeringsniveau teneinde de metselwerknorm tevervolledigen. In dat opzicht is TNO Bouw enOndergrond momenteel bezig een gelijkaardigetestprocedure op te stellen. De huidige samenwer-king tussen TNO, WTCB en CWOBKN, kan leidentot een gemeenschappelijke procedure, wat eensterkere positie ten aanzien van de Europese nor-malisatie mogelijk maakt. nL i t e r a t u u r1. De Barquin, F., R. G?rard, J. Elsen, P. Deplus, E.Dugniolle en G. Muzzin, Uitbloeiingen op bak-steenmetselwerk. WTCB-tijdschrift, lente 1996.2. De Bueger, Ch., F. de Barquin, N. Malengreauen J. Tirlocq, Efflorescence on clay bricksmasonry: towards a new test method. Proc. 10DBMC: International Conference on Durabilityof Building Materials and Components. Lyon,april 2005.3. Muzzin, G., Uitbloeiingen in baksteenmetsel-werk. WTCB-tijdschrift, 1982 nr. 4.4. Brocken, H. en T.G. Nijland, Witte uitslag opbaksteen- en betonsteenmetselwerk. Cement2004 nr. 1.5. Carpentier, G., J.-P. De Kesel, H. Hens, J. Uyt-tenbroeck en F. Vaes, Vochttransport in poreuzematerialen. WTCB-tijdschrift, 1982 nr.1.uitvoering rustperiode bevochtiging drogingP [kN]8 |Afbeeldingen vanprotocolfasen