Met kunststof gelegeerd betondoor ing. G. J. Hamer1. INLEIDING1.0. Kunststoffen zijn produkten van onze eeuw. Zij zijn nogzeer jong in jaren, maar hebben zich bijzonder snel ontwikkeld;zij bezitten bovendien zeer verrassende eigenschappen. Men kanhier dan ook spreken van een technisch wonderkind. Wel dientmen echter haar eigenschappen te kennen en hierdoor de ken-merken te respecteren, wil men goede resultaten bereiken.1.1. Hun ontstaan hebben zij te danken aan de Engelse chemicusBakeland. Tijdens proeven bemerkte hij bij toeval een hars-achtige verbinding tussen fenol en formaldehyde uit gaswater, datbij de kooksfabricage als kwalijk riekend afvalprodukt ontstaat.Hij vond dat deze verbinding met een vulstof bij verhitting tot150 ?C een vaste stof gaf, die behoorlijk sterk en zuurbestendigwas (1907, bakeliet) en dat vormlichamen op eenvoudige wijzedoor gieten en verwarmen konden worden gemaakt.1.2. Overwinning van de natuurlijke stoffen werd door hembereikt, nadat de mens duizenden jaren volstond met het winnenvan natuurstoffen, en het veredelen en bewerken ervan. Door zijnvondst werd voor het eerst een kunstmatige stof verkregen, eenkunststof, waarvan in de natuur geen voorbeeld aanwezig is.1.3. Andere kunststoffen, die daarna door het werk van velelaboratoria werden gevonden, hebben de laatste IS jaar zulk eenbelangrijke betekenis verkregen, dat praktisch elk technischprodukt tegenwoordig in een of andere vorm ook een kunststofbevat. Thans is het aantal kunststoffen dermate groot, dat zelfseen vakman slechts een deel ervan kan overzien.1.4. In de bouwwereld hebben de kunststoffen eerst later eenplaats gevonden, omdat de eisen hier bijzonder streng zijn enmoderne materialen moeilijk worden geaccepteerd; men wenstnog veelal voor ten minste een eeuw te bouwen.2. KUNSTSTOFFEN EN BETON2.0. Kunststoffen worden ook toegepast, zonder dat ze te zienzijn. Zij kunnen nl. door hun bepaalde eigenschappen wordentoegevoegd aan andere stoffen, die hierdoor nieuwe eigenschap-pen erbij krijgen.2.1. Ruwijzer uit de hoogoven is zonder meer niet bruikbaar omprodukten van te maken; het heeft nog niet de gewenste eigen-schappen, want het is o.m. bros. Door verdere behandeling endoor toevoeging van bepaalde stoffen wordt het echter verbeterden bruikbaar gemaakt voor velerlei doeleinden.2.2. Aan betonspecie wordt veelal een air-hulpstof toegevoegdom bepaalde eigenschappen te verbeteren, zonder dat de goedeerdoor worden verminderd.Bij staal spreekt men in zulk een geval van legeren. Dit is het toe-voegen van geringe hoeveelheden van andere stoffen (bijv.chroom, nikkel of molybdeen), waardoor de elasticiteit, deoppervlaktehardheid, de corrosie- en temperatuurbestendigheidworden vergroot. De gelegeerde staalsoorten nemen in de mo-derne techniek een belangrijke plaats in; zij zijn vaak onmisbaar.2.3. Bij beton zijn het de kunststoffen, die in analoge wijze alslegeringsstof kunnen worden gezien, omdat ook zij de kenmerkenvan het materiaal beton veranderden.2.4. In Amerika verscheen een omvangrijke publicatie over demogelijkheid, de betonsterkten te be?nvloeden door het leg?renmet kunststoffen van het type polyvinylharsen. Dit toen opzien-wekkende artikel berichtte o.a., dat een verhoging van:de treksterkte van beton tot het 3- tot 4-voudige,de breukrek tot het 20-voudige ende slijtbestendigheid tot het 10-voudigein het laboratorium was bereikt1).Het leek, alsof met ??n slag een geheel nieuwe betonsoort metwonderlijke eigenschappen was te maken.2.5. In Duitsland werd uitvoerig in de vakbladen bericht, datbij grote betonreparaties aan de auto-snelwegen en aan anderebetonwegen met behulp van kunststofemulsies zeer goederesultaten zijn bereikt2). Het sloopwerk verviel, de verbindingvan oud aan nieuw beton bleek uitstekend te zijn, en het makenvan dunne tot zeer dunne betonlagen bleek goed mogelijk.1) Industrial and Engineering Chemistry 45(1953), No. 4, blz. 759 e.V.2) Neue Bauwelt, April 1951, blz. 333. Der Maschinenmarkt, April 1951Natuurlijk waren deze resultaten oorzaak van vele discussies inde Duitse vakpers (zie litt.-opg. achteraan).2.6. Als massabeton zag men in Duitsland echter dit nieuwebeton niet; om economische redenen is dit met kunststoffengelegeerde beton nog uitsluitend voorbestemd voor bepaaldedoeleinden, echter met zeer vele mogelijkheden.2.7. De legeringsstof, PCI-emulsie genoemd, die aan de betref-fende betonmortels wordt toegevoegd, bevat als essentieel be-standdeel polyvi nylacetaat, waaraan bepaalde hulpstoffen zijntoegevoegd. De dispersie (oneigenlijk emulsie genoemd) ontstaatdoor de polymerisatie in tegenwoordigheid van water door tevoeren. Zij is willekeurig met water te verdunnen, lang houdbaarmaar tijdens opslag gevoelig voor vorst.De kunststofdeeltjes van de PCI-emulsie, die met een water-huid omhuld de dispersie geven, hebben een gr??tte van 2(0,002 mm). De fijnste stof in het beton, het portlandcement,bevat bij klasse A per cm3ca 70 000 deeltjes. In I cm3emulsie be-vinden zich 8? I09(8 miljard) kunststofdeeltjes. Deze zijn dus instaat alle deeltjes van het betonskelet met een dunne kunststof-film te bedekken. Dit huidje bestaat uit ca 50% water. Door defilm heen vindt nu de gel-uitwisseling plaats en ontstaat de kristal-lijne verbinding van de cementklinker onderling. De krachtbin-ding in het kunststofomhulsel is echter eerst mogelijk, nadat ditis uitgedroogd tot een taaihard membraan. Blijft dit omhulselechter zacht door gebrekkige uitdroging, dan ontbreekt dekrachtbinding van de klinkerdeeltjes. Niettegenstaande een nor-male, hydraulische binding verkrijgt het beste kunststofemulsie-beton dan geen sterkte. Heeft echter voldoende uitdroging plaatsgevonden, dan zijn de kunststofomhulsels om de kleine deeltjestaaihard geworden en vormen zij een soort half-elastische schar-nieren tussen de kristallijne verbindingen, waardoor de grotevervormbaarheid van het kunststofemulsiebeton ontstaat.Deze theoretische verklaring stemt tenminste met de uiterlijkcontroleerbare processen met kunststofmortels overeen.De Amerikaanse onderzoekers menen, dat het de kleef kracht vanhet polyvinylhars is, die alle holle ruimten in het beton vult en detoegevoegde bindingen geeft. Deze opvatting kan echter nietjuist zijn. Voor een betere verklaring volgt een aardig2.8. Voorval.Een wegenbouwer had, ofschoon gewaarschuwd, op een deel vaneen autosnelweg bij temperaturen om de 0 ?C reparaties metkunst-stofmortel laten uitvoeren. Het weer ging spoedig in vorstover en bleef dit enige weken. Het verkeer reed alras over degerepareerde plaatsen.Toen de dooi inviel, vlogen in enige uren de gerepareerde vlakkenuit elkaar.De verzamelde stukken werden naar een laboratorium gezondenmet het verzoek aan te tonen, dat de toegevoegdekunststofemuisiede betonstructuur had verstoord.In het Instituut bleef de zending enige dagen in een verwarmd ver-trek wachten. Toen met het onderzoek werd begonnen, constateer-de men een reparatiebeton met zeer goede sterktecijfers. Men kanzich de verwondering van beide partijen voorstellen.Wat was er nu gebeurd ?Bij de lage temperatuur was het onmogelijk, dat het kunststof-emulsiebeton, waarvan de hydraulische verharding ongetwijfeld inorde was, zijn emulsiewater kon afstaan. De ontbrekende sterktewerd door de vorst vervangen. Na het ontdooien toonden zich,zoals reeds was gezegd, de kunststofscharnieren tussen decementklinker als niet stabiel; hierbij had het beton de sterkte vanbiscuit.Hieruit blijkt, dat gelegeerd beton ook zijn eigen wetten heeft,waar- mee men rekening dient te houden.2.9. Laagdikten. De in de Amerikaanse litteratuur aangetoondeverbeteringen door kunststoffen kunnen inderdaad worden be-reikt, wanneer men dunne lagen aanbrengt; dikten dus, die ookin de praktijk worden toegepast.Algemeen bekend is, dat bij dikten van 2--I0 mm de sterktecijfersvan normale betonmengsels slechter zijn dan die bij proefstavenmet een doorsnede van 4?4 cm2worden bereikt. Dikten van ca4 cm voor kunststofemulsiebeton zijn echter reeds te veel. Ermoet daarom met relatief ongunstige resultaten worden gere-kend, die met de praktijk overeenstemmen, waar in geen gevaldikten van 4 cm met een hoog kunststofemulsiegehalte zijn toe-gepast. Uitdrogen van zulke dikke lagen onder normale voor-waarden duurt veel te lang om de optimale kwaliteitseigenschap-pen te kunnen bereiken.3. EIGENSCHAPPEN VAN KUNSTSTOFEMULSIES3.0. De belangrijkste eigenschappen van kunstofemulsiemortelsin vergelijking met normaal beton, dat in dunne lagen wordt toe-Cement 8 (1956) Nr 13-14 327foto I. door tanks en vrachtauto's zwaar beschadigde trottoir-bandenfoto 2. met de hand aanbrengen van de kunststofmortel op detrottoirbandengepast, zijn de volgende.Zij maken allerlei reparaties mogelijk en verhogen de slijtbe-stendigheid (foto I en 2).Sloopwerk komt te vervallen.Afgebroken hoeken, kromme bekistingsvlakken en andere foutenen beschadigingen, die bij de bouw kunnen voorkomen, zijn ge-heel en ook duurzaam op te heffen.De algemene belangstelling in Duitsland is vooral gevestigd op deresultaten bij de autosnelwegen, waar sinds 1951 elk jaar onder-houdswerken zijn uitgevoerd. Hier zijn zeer verschillendemethoden toegepast:schoon maken en vuil laten van de ondergrond,aanbrengen met en zonder vertinnen,aanbrengen met de hand, met de betonspuit en met hetslingerapparaat.Na een ervaring van 4 jaar is gebleken, dat bepaalde methodengoed bruikbaar zijn, terwijl verscheidene variaties ongeschiktmoeten worden geacht.Door 3,2, 3.3 en 3.5 wordt het kunststofemulsiebeton gestempeldtot een nieuwe, toekomstrijke oplossing voor industrie-dek-vloeren in dikten van 4 tot 12 mm.3.1. De hechting van kunststofemulsiemortels is uitstekend opgewoon beton bij overeenkomstige verwerking, met en zondervertinnen (foto 3). Alhoewel de krimp ervan groter is dan die vangewoon beton, ontstaan ?r geen scheurtjes, zelfs niet in laagjesdie tot 0 mm uitlopen.3.2. De slijtbestendigheid van met kunststof gelegeerdemortels is opvallend hoog. Zelfs bij de ongunstige vergelijkingmet norm-prisma's is de slijtbestendigheid het zesvoudige en bijzeer dunne lagen nog aanzienlijk meer.3.3. De elasticiteit is bijzonder goed, ook bij temperaturenonder het vriespunt. Zoals foto 4 toont, splintert het kunststof-emulsiebeton door hamerslagen niet af; het vervormt zich plas-tisch ter plaatse van de aanrakingen.3.4. De buigsterkte is bij de van belang zijnde dunne lagen zekertweemaal zo groot als normaal beton met hetzelfde cement-gehalte. Daarom is het zo geschikt voor bovenlagen, die aan span-ningen (afkomstig van de ondergrond) of aan trillingen blootstaan.3.5. De druksterkte van kunststofemulsiemortels stijgt in drogetoestand met ca 50% in vergelijking met gewoon beton.3.6. Stofvorming vindt praktisch niet meer plaats.3.7. De oliebestendigheid is aanzienlijk beter dan van gewoonbeton.3.8. De waterdichtheid is uitstekend.4. WAT IS REEDS VAST KOMEN TE STAAN ?4.0. Alhoewel in de toekomst veranderingen zeker niet uitgeslo-ten zijn, kunnen toch enige algemene richtlijnen worden gegeven.4.1. Het verwijderen van olie en rubberdeeltjes op autosnel-wegen is met zandstralen goed te bereiken; echter worden ookzowel zoutzuurbehandeling als afbranden toegepast.4.2. Het vertinnen is in het algemeen steeds noodzakelijk.4.3. Zo droog mogelijke mengsels geven de beste resultaten.4.4. Goed verdichten bevordert de kwaliteit aanzienlijk.4.5. Niet schadelijk voor de gezondheid bij de verwerking.5. MORTELSAMENSTELLINGEN5.0. Er bestaan 2 soorten kunststofemulsies voor betonmortels:5.1. Objekten die aan voortdurende waterinvloed bloot staandoch niet gelijktijdig aan mechanische belasting zijn onderworpen :normale kunststofemulsie;5.2. Objekten waarbij naast waterinwerking tegelijk mechani-sche belasting kan optreden: speciale kunststofemulsie.foto 3. fragment van een beschadigde betonweg op een fabrieks-terrein door te vroege ingebruikneming en door be-lastingen boven de elasticiteitsgrens van het skeletfoto 4. slechts plaatselijke indeukingen door zware hamerslagen,zonder afsplinteringen door het elastische kunststof-emulsiebeton328 Cement 8 (1956) Nr 13-14foto S. een met de zandstraal gereinigd veld van foto 3foto 6. het nivelleren met de rij van een kunststofmortel laag opeen ruw oppervlak5.1. Normale mortels:5.11 bindmiddel : niet al te vers (grijs) portlandcement, klasseA, of waar nodig wit portlandcement;5.12. toeslagstof: scherpkantig, leemvrij rivierzand. Bij zwaremechanische eisen wordt een deel van het zand vervangen doorgebroken grind. De afmeting van de grootste korrel dient ca dehelft te zijn van de aan te brengen laagdikte. De verhouding vancement tot toeslagstof varieert van I : 1 tot I : 3 (volumedelen)voor zware resp. lichte belasting. Ook steenmeel, kwartsmeel,terrazzokorrels worden, waar nodig, toegevoegd;5.13. kleurstof: cementverven aan aanmaakwater of aan kunst-stofemulsie toevoegen;5.14. water. Na toevoeging van de emulsie dient de mortel devereiste plasticiteit voor de verwerkbaarheid te hebben. Is hetzand vochtig, dan is watertoevoeging soms overbodig. De water-cementfactor is afhankelijk van de laagdikte; reparatiemortelhoudt men liefst zo stijf mogelijk.5.15. emulsie: voor reparatiemortels globaalen nieuwe slijtlagen < 5 mm ca 1: 5voor slijtlagen 5--8 mm ca 1: 8 -- 1:10envoorlagen > 8 mm ca I :I0 -- 1:121/25.16. laagdikte en emulsiegehalte zijn afhankelijk van de be-lasting en van de aard en intensiteit van het verkeer.5.2. Speciale mortels:5.21. bindmiddel: trascement 30/70;5.22. toeslagstof: rivierzand ....................31%