Vergelijkend onderzoek vanbindmiddelen in metselwerkS.J.P.BrounsENCI-Research, MaastrichtInleidingTen GeleideTot voor kort werd in Nederland vrijwel uitsluitend gemetseld met bastaardspecie (metdaarin als bindmiddel een mengsel van portlandcement en kalk) ofwel met zand-cementspecie die was gemodificeerd met kunstmatig ingebrachte luchtbellen (met behulpvan een luchtbelvormer of 'mengolie').Sinds ongeveer een jaar is een Nederlands metselcement op de markt. Metselcement is eenspeciaal bindmiddel op basis van portlandcementklinker dat daarnaast gips en/of anhydriet,kalk, kalksteen, slak, vliegas en luchtbelvormer kan bevatten. Het Nederlandse ENCI-Metselcement is een homogeen mengsel, verkregen door samenmalen van portlandcement-klinker, gips of anhydriet, kalksteen en luchtbelvormer. Het specifiek oppervlak (Blaine-waarde) bedraagt ca. 650 m2/kg. Metselcement is daarmee fijner dan portlandcement klasseDeze fijnheid is afgestemd op een voldoende watervasthoudendheid bij toepassing inmetselspecie. De dosering van een luchtbelvormer is zodanig dat in de met dit metselcementbereide specie een luchtgehalte van ca. 15% wordt verkregen. Dit luchtgehalte is lager dantot nu toe in Nederland gebruikelijk is, zeker daar waar uitsluitend cement volgens NEN 3550als bindmiddel wordt toegepast. Hiertoe is bewust gekozen omdat verbruikers en onderzoe-kers steeds meer negatieve ervaringen opdoen met hogere luchtgehalten in metselspecie inrelatie met kritische aspecten van duurzaamheid van metselwerk, zoals hechting en buig-treksterkte.Hoewel een publikatie over metselcement indit tijdschrift minder voor de hand lijkt teliggen, behoort de ontwikkeling van ce-mentsoorten door de geaardheid van hetprodukt tot het terrein van organisaties bin-nen de betonwereld, zowel wat de bestude-ring en de kwaliteitsaspecten betreft als denormering.Ter bepaling van eigenschappen van mortels en metselwerk op basis van ENCI-Metselce-ment, werd deze cementsoort in de volgende vergelijkende onderzoekingen betrokken:- Het vermetselen van drie typen baksteen met bastaardmortel bij TNO-IBBC, in opdracht vande vereniging De Nederlandse Baksteenindustrie.- Het vermetselen van lichtbeton- en grindbetonblokken met mortel op basis van portlandce-ment klasse A en luchtbelvormer, bij het Centraal Laboratorium van de Verenigde Bedrijvenredero NV.Dit artikel vraagt wel om een toelichting,omdat betonspecie en metselspecie zowelovereenkomsten als verschillen vertonen.In beide gevallen is er sprake van eenbindmiddel om materialen aaneen te kitten,bij betonspecie van toeslagmaterialen, bijmetselspecie van een bepaald soort stenen.Belangrijk verschil: bij beton wordt de kwali-teit voor een groot gedeelte bepaald door dekubusdruksterkte, terwijl voor de kwaliteitvan metselspecie de watervasthoudendheiden de verwerkbaarheid van groot belangzijn. Het eerste waarborgt een behoorlijkesterkte-ontwikkeling, zelfs bij een zuigende -steen. De verwerkbaarheid van metselspe-cie beweegt zich binnen nauwe grenzen.- Hot vermetselen van ??n type kalkzandsteen met bastaardmortels, bij het ResearchcentrumKalkzandsteenindustrie.OnderzoekBaksteenBij TNO-IBBC zijn op verzoek van de Vereniging De Nederlandse Baksteenindustrie eenbastaardmortel en een mortel op basis van het genoemde metselcement vergelijkend getest.De proefmuurtjes, met afmetingen van 650 650 100 mm, werden gemaakt in 3 verschillen-de soorten baksteen, steeds in halfsteensverband (tabel 1).Alvorens de bakstenen in de proefstukken te verwerken werden deze zodanig met waterbevochtigd dat het oppervlak van de steen goed vochtig was. Direct na het metselen werdende muurtjes afgedekt met plastic folie, waaronder de luchtcondities op 20 ?C en 98% RVwerden gehouden. Na 7 dagen werd de folie verwijderd en werden de muurtjes blootgesteldaan de luchtcondities 20 ?C en 65% RV.Met name de laatste eigenschap heeft in Ne-derland geleid tot de ontwikkeling van een -speciale cementsoort. Met het tot dusvergebruikte normale portlandcement maaktede metselaar zelf de gewenste verwerkbaar-heid door aan de metselspecie hulpstoffentoe te voegen. Daarbij bestaat het gevaar datde nauwkeurigheid van de dosering ter willevan een smeu?ge specie geweld wordt aan-gedaan met alle gevaren van dien voorsterkte en duurzaamheid van het metsel-werk.Metingen aan metselwerk, waarbij verschil-lende samenstellingen worden vergeleken,vormen de hoofdmoot van dit artikel.Red.Tabel 1Toegepaste soortenbaksteensteensoort 1 steensoort 2 steensoort 3soort baksteen geperforeer-de strengpersklinker,sterk zuigendhardgrauwdruksterkte (N/mm2) 78,9 23,4 51,0conform NEN 2489wateropneming(vol. %) 16,6 28,5 25,0volumieke massa(kg/m3) 1953 1599 1664Cement XXXV (1983) nr. 2 127De meetresultaten aan metselmortel c.q. metselwerk zijn opgenomen in respectievelijk tabel2 en 3. De hechtsterkte is gemeten na 10 weken verharden, alle overige metingen aan mortelen metselwerk zijn uitgevoerd na 14 weken verharden. Deze meetresultaten zijn overgeno-men uit de TNO-rapporten B80-469 en B81-54.Tabel 2Gegevens van de morteltypen waarmee debakstenen zijn vermetseldTabel 3Metingen aan baksteenmetselwerktype mortel(mengverhoudingin volumedelen)bastaardmortel(1:0,5:4)mortel, waarinmetselcement(1:3)Samenstelling (kg/m3)pc-A 300 -poederkalk 85 -ENCI-Metselcement - 310metselzand 1220 1285spreidmaat (mm) 170 170volgens NEN 3534Eigenschappenkrimp (mm/m) 0,93 0,89druksterkte (N/mm2) 17,3 4,9buigtreksterkte (N/mm2) 3,8 1,4E-modulus (N/mm2) 17870 6920type mortel(mengverhoudingin volumedelen)bastaardmortel(1:0,5:4)mortel, waarinmetselcement(1:3)krimp (mm/m)steensoort 1 0,10 0,09steensoort 2 0,11 0,06steensoort 3 0,06 0,04druksterkte (N/mm2)steensoort 1 16,3 10,8steensoort 2 10,1 8,9steensoort 3 12,5 11,6E-modulus bij drukbelasting (N/mm2)steensoort 1 15250 12680steensoort 2 3070 3620steensoort 3 6000 4850buigtreksterkte (N/mm2)steensoort 1 0,70 0,40steensoort 2 0,37 0,39steensoort 3 0,40 0,35E-modulus bij buigbelasting (N/mm2)steensoort 1 9910 8490steensoort 2 2950 3590steensoort 3 5550 6320hechtsterkte aan kruisproefstukken (N/mm2)steensoort 1 0,25 0,17steensoort 2 0,07 0,09steensoort 3 0,10 0,13hechtsterkte gemetenaan metselwerk (N/mm2)steensoort 1 0,21 0,11steensoort 2 0,11 0,14steensoort 3 0,11 0,13De metingen aan metselwerk vertonen, afgezien van de voordergelijke metingen gebruikelij-ke vrij grote spreiding, een grote invloed van de toegepaste steensoort. De gelijkmatigheidvan de eigenschappen bij variatie van de steensoort blijkt bij het gebruik van metselcementwat groter. In combinatie met de vrijwel overeenkomende gemiddelden van de diverseeigenschappen blijkt hieruit dat gesproken mag worden van een gelijkwaardig metselwerk.Cement XXXV (1983) nr. 2 128Een duidelijke conclusie is ook dat de aan mortel verkregen meetresultaten, met namebuigtreksterkte en druksterkte (die grote verschillen vertonen), niet zonder meer kunnenworden gerelateerd aan de kwaliteit van het metselwerk.BetonblokkenBij het Centraal Laboratorium van de Verenigde Bedrijven Bredero is een vergelijkendonderzoek uitgevoerd naar de eigenschappen van B2-metselwerk met enerzijds portlandce-ment klasse A en luchtbelvormer, anderzijds metselcement als bindmiddel.De mortelproefstukken, bestemd voor het meten van de buigtreksterkte, druksterkte enE-modulus, zijn gedurende 7 dagen bewaard bij 20 ?C en 95% RV; vervolgens gedurende 3weken onder dezelfde omstandigheden als de gemetselde proefstukken, alvorens beproefdte worden. De gemetselde proefstukken zijn eveneens na vier weken verharden in laborato-riumomstandigheden, beproefd. De mortelproefstukken, bestemd voor de krimpmeting, zijntot aan de eerste meting zodanig opgeslagen, dat vochtverlies is voorkomen.Na de eerste meting werden de proefstukken gedurende 10 weken bewaard bij 20 ?C en 50%RV en werden de lengten regelmatig gemeten. Een samenvatting van de meetresultaten aanmetselmortel en metselwerk ?s weergegeven in respectievelijk tabel 4 en 5.Tabel 4Gegevens van de morteltypen waarmee debetonstenen zijn vermetseldTabel 5Metingen aan betonsteenmetselwerktype mortel pc-A/zand pc-A/zand metsel-cement/zand(mengverhouding in volumedelen) (1:3,5) (1:4,5) (1:3)Samenstellingbindmiddel (kg/m3) 355 285 340metselzand (kg/m3) 1330 1360 1430lucht (l/m3) 185 215 150water (l/m3) 204 183 193volumieke massa (kg/m3) 1890 1825 1965spreidmaat (mm)10 minuten na bereiding 155 160 145Eigenschappen metselmortelvolumieke massa (kg/m3) 1800 1740 1830druksterkte (N/mm2) 16,2 11,6 9,6buigtreksterkte (N/mm2) 4,7 3,5 2,2E-dynamisch (N/mm2) 12200 9890 9420krimp (mm/m) 1,15 1,08 1,20lichtbetonblokken grindbetonblokkentype mortel pc-A metsel-cementpc-A metsel-cement(mengverhouding in volumedelen) (1:4,5) (1:3) (1:3,5) (1:3)Samenstellingbindmiddel (kg/m3) 275 325 340 335water (l/m3) 179 186 194 194lucht (l/m3) 230 180 220 160volumieke massa (kg/m3) 1790 1890 1805 1930spreidmaat (mm) 160 145 155 142Eigenschappenkolomdruksterkte (N/mm2) 7,7 8,2 16,6 17,6buigtreksterkte (N/mm2)loodrecht op lintvoeg - - 0,82 1,21buigtreksterkte (N/mm2)evenwijdig aan lintvoeg - - 0,43 0,33hechtsterkte (N/mm2)aan kruisproefstukken 0,125 0,11 0,19 0,15Uit de resultaten van dit onderzoek mag worden afgeleid dat metselmortel op basis vanmetselcement, bij het vermetselen van B2-blokken, gelijkwaardig kan worden ingezet.De meetresultaten, verkregen aan mortel op basis van metselcement, zijn hierin vergelijkingmet het onderzoek bij TNO gunstiger doordat de voor de verwerkbaarheid gewenste aan-vangsspreidmaat lager is.Cement XXXV (1983) nr. 2 129Het afleiden van druk- en buigtreksterkte van metselwerk uit de meetresultaten van demortels waarbij zowel de karakteristiek van het betonblok als de situatie van de metselmorteltussen de steen een rol spelen, blijkt ook niet mogelijk.KalkzandsteenBij het Researchcentrum Kalkzandsteenindustrie is met ??n soort kalkzandsteen een verge-lijkend onderzoek uitgevoerd naar de eigenschappen van metselwerk, waarin mortels opbasis van bastaardmengsels en metselcement. Zie voor de meetresultaten de tabellen 6 en 7.De buigtreksterkte van het metselwerk (tabel 7) is bepaald overeenkomstig de Britse norm BS5628 met uitzondering van de stand van de metselwerkproefstukken tijdens de beproeving.In afwijking van deze norm werden de proefstukken liggend beproefd.Uit deze meetresultaten moet worden afgeleid, dat voor het vermetselen van kalkzandstenen,een mortel op basis van metselcement gelijkwaardig is aan de bastaardmortel 1:1:6.Tabel 6Gegevens van de morteltypen waarmee dekalkzandstenen zijn vermetseldTabel 7Metingen aan kalkzandsteenmetselwerktype mortel(mengverhouding in volumedelen) bastaardmortel(1:1:6)bastaardmortel(1:2:9)mortel waarinmetselcement(1:3)Eigenschappen (verse) mortelspecieluchtgehalte(vol.%) 11,3 13,6 14,5volumieke massa (kg/m3) 1960 1870 1920spreidmaat(mm) 167 169 171Eigenschappen (verharde) morteldruksterkte (N/mm2)na 4 weken 9,9 3,8 6,7na 10 weken 9,3 3,3 6,1buigtreksterkte (N/mm22)na 4 weken 2,9 0,9 1,7na 10 weken 2,6 1,1 1,8splijttreksterkte (N/mm2)na 4 weken 1,2 0,4 0,95na 10 weken 1,05 0,3 0,95E-modulus (N/mm2)na 4 weken 17400 7000 11800na 10 weken 12900 5600 11800volumieke massa (kg/m3)na 4 weken 1840 1720 1802na 10 weken 1820 1720 1800krimp (mm/m)na 4 weken 0,62 0,81 1,04na 10 weken 0,62 0,92 1,11type mortel bastaardmortel bastaardmortel mortel waarinmetselcement(mengverhouding in volumedelen) (1:1:6) (1:2:9) (1:3)buigtreksterkte (N/mm2)muurtjes, 2 stenen, 12 lagenna 4 weken 0,38 0,19 0,26na 10 weken 0,28 0,13 0,37buigtreksterkte (N/mm2)muurtjes, 4 stenen, 5 lagenna 4 weken 1,23 0,95 1,40na 10 weken 1,52 0,81 1,74hechtsterkte (N/mm2)na 3 dagen 0,16 0,10 0,12na 1 week 0,14 0,08 0,18na 4 weken 0,17 0,10 0,24na 10 weken 0,16 0,07 0,15Ook hier blijkt weer dat er geen duidelijke relatie bestaat tussen mortelsterkteen de kwaliteitvan het metselwerk.Cement XXXV (1983) nr. 2 130Metselcement in samenhang met conceptnorm NEN 3835In Nederland is momenteel een norm voor metselmortels (NEN 3835) in voorbereiding,volgens welke in principe alleen cement volgens NEN 3550 en luchtkalk volgens NEN 931 alsbindmiddel kunnen worden toegepast. Volgens dit concept kunnen andere bindmiddelenworden toegepast, zoals metselcement, indien aan de hand van een voorgeschrevenreferentie-onderzoek tenminste gelijkwaardige meetresultaten worden behaald. Dit voorge-stelde referentieonderzoek betreft voornamelijk de mortel en omvat de aspecten: verwerk-baarheid, druksterkte, krimp, splijttreksterkte, elasticiteitsmodulusen hechtsterkte.Uit de hier vermelde onderzoeken blijkt:- dat referentieonderzoek aan mortels onvoldoende informatie geeft over de kwaliteit vanmetselwerk;- de gelijkwaardigheid van metselwerk bij toepassing van ENCI-metselcement in plaats van devoorheen gebruikelijke bindmiddelen.Niet alleen de kolomdruksterkte, maar ook enkele wezenlijke aspecten van metselwerk, zoalsbuigtreksterkte en hechtsterkte zijn, bij toepassing van metselcement, ongeacht de vermet-selde steen steeds gewaarborgd.Tenslotte geeft tabel 8 nog de druksterkten van een aantal metselmortels op basis vanENCI-metselcement, conform conceptnorm NEN 3835. De spreidmaat bedraagt, zoals even-eens aangegeven in bovengenoemde norm, 155 mm. De gevonden morteldruksterkten kun-nen dienen als richtwaarden voor de bepaling van de rekenwaarde van de druksterkte vanmetselwerk, volgens NEN 3853 TGB-1972-steen'.Tabel 8Druksterktecijfers van metselmortels opbasis van metselcement, vergeleken met inde conceptnorm voorgeschrevendruksterktenaanduiding metselmortel me 1 me 2 mc3 me 4mengverhouding (volumedelen)metselcement 1 1 1 1vochtig zand 2 2,5 3 4volumieke massametselspecie (kg/m3) 1990 1965 1940 1925druksterkte(N/mm2) na 28 dagen 21,5 16,0 11,0 7,0metselmortels op basis vancement volgens conceptnormNEN3835 C1 C2 C3 C4voorgeschreven druksterkte(N/mm2) na 28 dagen verhardenvolgens conceptnorm NEN 3835 17,5 12,5-17,5 5-10 2,5-7,5N.B.De meetresultaten, in deze publikatie samengevat, zijn met de gewaardeerde medewerkingvan de meermalen genoemde instituten verkregen. De gebrachte resultaten kunnen eenbijdrage leveren en uitsluitsel geven bij het kiezen van mortelrecepturen in de bouw.Cement XXXV (1983) nr. 2 131