Aantasting

Corrosion

Verwering van monumenten: van de regen in de drup?

Ir. P. K. van der Schuit Hoofd afd. Studiecoördinatie Stichting Bouwresearch te Rotterdam

Met de invoering van de term ‘Zure regen’ is een van oudsher belangrijk probleemgebied bij de monumentenzorg ontsloten voor een breed publiek. Aspecten van dit oude vraagstuk worden vergeleken met de huidige situatie. De belangrijkste mechanismen bij de verwerving van poreuze steenachtige materialen worden kort uiteengezet, waarbij de overheersende rol van water opvalt. De schade aan beeldhouwwerk spreekt tot de verbeelding van velen, maar de schade aan voeg- werk of pleisterwerk treft velen, zonder dat men dat voldoende beseft. Naast de ‘zure regen’ als oorzaak van schade wordt gewezen op de gevolgen van onjuiste detaillering van gebouwen, de materiaalkeuze, de uitvoering en het achterstallige onderhoud, waardoor de effecten van zure regen versterkt en zelfs overschaduwd kunnen worden. Tenslotte wordt gesteld dat het uiteindelijk effect van alle noodza- kelijke onderzoeksprojecten staat of valt met de wijze waarop de

Weathering of building materials

Verwering van bouwmaterialen UDC 620.193

vergaarde kennis de beoogde doelgroep bereikt.

Inleiding Onder invloed van de uitgebreide aandacht vanuit de media voor de ‘zure regen’-problematiek is de belangstelling vóór en de bewust- wording van een in kleinere kring al langer bestaande zorg: de strijd tegen de verwering, nieuw leven ingeblazen. De strijd tegen het verval van onze monumenten, of minder eerbiedig oude bouwmaterialen en bouwcon- tructies, wordt al langer gevoerd. In de loop van de geschiedenis werden er voorschriften en wetten uitgevaardigd en maatregelen genomen die verband hielden met luchtverontreiniging. Meestal kwamen deze maatregelen voort uit de zorg voor de gezondheid, een andere keer uit een oogpunt van veiligheid en dan weer op grond van economische motieven. Slechts zelden waren de materialen onderwerp van zorg; een enkele keer was het de zorg om monumen- ten die tot maatregelen aanleiding gaf. Wel was de schaal van het één en ander kleiner; de problemen waren doorgaans van lokale aard, hooguit van nationale aard. De huidige ‘zure regen’-problematiek is duidelijk van internationale aard en treft naar het zich laat aanzien

RVblad 01-1

in ieder geval de industrieel hoger ontwikkelde landen. De invloed van de luchtverontreiniging op de levensduur van daarvoor vatbare cultuurgoederen (lees materialen) staat vast. De publicaties van drs. J. F. Feenstra: ‘Cultuurgoederen en luchtverontreiniging’ I en drs. R. W. Lanting en ir. J. C. Moree: ‘Aantasting van materialen door luchtverontreiniging’2 geven daarover voldoende informatie. Hoe groot die invloed is in vergelij- king met andere invloeden wisselt van geval tot geval. Welke factoren daarbij nog meer een rol spelen komt later aan de orde. Ondanks de afname, die de laatste jaren kan worden geconstateerd, is in vergelijking met vroeger de totale luchtverontreiniging sterk toegenomen. Door het verhogen van de schoorstenen werd welis- waar de gemiddelde concentratie aan schadelijke stoffen rond de bron verlaagd, maar werden vervolgens tot dusverre onbelaste gebieden ruimschoots bedeeld. Voor een enkel monument is de situatie daarvoor wellicht verbe- terd; voor het totale monumenten- bestand is het beeld minder rooskleurig. De vraag dringt zich dan ook op of langdurige en latente blootstelling aan lagere concentraties niet nadeliger is dan een enkele ernstige aantasting waartegen ook eerder en ingrijpen- der maatregelen kunnen worden getroffen. Maar er zijn meer vragen die zich opdringen, die evenals de vorige nog niet beant- woord kunnen worden. Het blijkt dat het vastleggen van een kwantitatieve relatie tussen een zeker niveau van luchtverontreini- ging en de aantastingsprocessen nauwelijks mogelijk is. Het probleem is daarbij vooral dat goede en bruikbare gegevens uit de geschiedenis van de luchtveront- reiniging niet voorhanden zijn. Daarnaast is er ook sprake van

1. Bezuidenhoutseweg 3, Den Haag (architect W. B. van LIefland, gebouwd in 1907, foto uit f 1950, verz. Gemeente- archief)

RDMZRV 1987/7- 15

Aantasting

verwering als er in het geheel geen kunstmatige - of zo men wil antropogene - luchtverontreiniging meer zou bestaan. Hoe complex deze materie ook is, één ding is duidelijk: het beperken van de uitstoot is ook voor onze cultuurgoederen van groot belang. Maar met die beperking alléén zijn we niet direct uit de problemen. De schadeveroorzakende stoffen zitten inmiddels wel (en in soms hoge concentraties) in de muren. Deze stoffen doen hun werk zolang ze aanwezig zijn en zolang de omstandigheden de daarvoor gunstige voorwaarden scheppen. Deze voorwaarden zijn bekend: regen, mist en dauw, afgewisseld met droge perioden voor aan de buitenlucht blootgestelde materia- len en wisselende luchtvochtighe- den en condensvorming binnens- huis. Voor een goed begrip volgt nu een korte uiteenzetting over de mechanismen die bij de verwering van poreuze steenachtige materia- len een belangrijke rol spelen.

Kristallisatie en hydratatie De verwering, die bij oudere gebouwen het meest voorkomt, wordt veroorzaakt door kristallisa- tie en hydratatie van schadelijke zouten, die direct of indirect afkomstig kunnen zijn van de luchtvervuiling.

Kristallisatie Wanneer zich in gesteenteporiën oververzadigde oplossingen van bepaalde zouten bevinden, kan bij uitkristallisatie het volume van de gevormde kristallen plus dat van de verzadigde oplossing groter zijn dan de oorspronkelijk aanwezige oververzadigde oplossing. De drukken die zich daarbij ontwikke- len kunnen zeer hoog oplopen. Dit gebeurt volgens de formule

p= y .ln(C)

hierin is: Cs

I: de kristallisatiedruk in atm. de gasconstante

T de temperatuur in Kelvin V, mol. volume van het vaste

zout

2. Spectaculaire schade door gipskorstvorming op kalksteen van balustrade op foto 1 (foto 0. B. Boorsma uit 1985)

RVblad 01-2

c/c, de verhouding tussen de concentraties van de overver- zadigde oplossing/verzadigde oplossing

In tabel 2 is voor een aantal schadelijke zouten ter illustratie aangegeven tot welke hoogte de druk theoretisch kan oplopen.

Hydra ta tie Bij hydratatie worden moleculen water in de betreffende stof verankerd. Dit water kan er dus niet als bij een spons uitgeknepen worden. Aanvankelijk in watervrije toestand uitgekristalliseerde hydraatvor- mende zouten of na dé-hydratatie aangegroeide zouten kunnen kristalwater opnemen, waarbij ook hier weer het oorspronkelijk ingenomen volume sterk toeneemt. De hydratatietoestand van de belangrijkste zouten staan in tabel 3, waarbij natriumsulfaat (Na,SO,) misschien wel het schadelijkste zout is. Zoals bij bijna alle andere verweringsprocessen is ook hier weer de rol van het water van doorslaggevende betekenis. - Het water zorgt voor de aanvoer van schadelijke zouten van buitenaf via lekkages, regenover- last, optrekkend vocht en van binnenuit door condens. ~ Het zorgt voor het transport van de schadelijke zouten in de muren. - Het water zorgt, door plaatselijk sterker te verdampen dan elders, voor zones met een steeds toene- mende concentratie aan schadelijke zouten en het water zorgt via wisselingen in de relatieve vochtigheid en de dampspanning voor kristallisatie en hydratatie. - Het water zorgt er ook voor dat losgeraakte stukjes steen weer afgespoeld worden. Daarnaast speelt de invloed van de temperatuur een belangrijke rol. Bij een dalende temperatuur daalt voor bijna alle oplossingen de oplosbaarheid (CaSO, of gips is een uitzondering). In tabel 1 staat een overzicht van de oplosbaarheid van de belangrijkste zouten die in muren voorkomen of door een ‘anti-zoutbehandeling’ zijn

1 Aantasting

ingebracht. Met name bij het optreden van kristallisatiedrukken is deze temperatuurdaling van belang, in tegenstelling tot het uitkristalliseren door verdamping van het oplosmiddel (water), waarbij er geen sprake is van een volumetoename. Wanneer er sprake is van grote en vele wisselingen in de relatieve vochtigheid en temperatuur is het effect van deze verweringsmecha- nismen des te groter. De naam van Mortensen is vooral verbonden met het hydratatiever- schijnsel. In 1933 stelde hij al een theoretisch model op waarmee ondermeer de optredende krachten berekend konden worden. Hij constateerde dat zouten, die zich overdag in de onderzochte woestijn aan of net onder het oppervlak van poreus gesteente door de heersende hoge tempera- turen hadden afgezet, gedurende de nacht sterk in volume toenamen. Onder invloed van de temperatuur- daling nam de dissociatiedamp- spanning van de betrokken hydraten af tot beneden de partiële waterdampspanning van de atmosfeer, waardoor de watervrije zouten dan wel de lage hydraten kunnen overgaan in een hogere gehydrateerde toestand door de adsorptie van waterdamp uit de atmosfeer. Hij leidde voor de tegendruk, die overwonnen zou moeten worden als het gesteente de volumetoename niet elastisch opnam, de volgende formule af:

189 T log(p, - ~2) P=

v waarin: p = de hydratatiedruk in atmosfe-

ren T = absolute temperatuur in

Kelvin p, = dampdruk van de atmosfeer

bij T in mmHg p2 = de dissociatiedampdruk van

het hydraat in mmHg V = het volume van 1 molecule

kristalwater

Met behulp van deze formule kan bijvoorbeeld berekend worden dat Na,SO,. lOH,O bij 20°C en een

RDMZRV 198717 16

RVblad 01-3

relatieve vochtigheid van 90% een druk van maximaal 338 atm. kan opbouwen. Tabel 4 geeft een aantal drukken van andere zouten bij verschillende temperaturen en luchtvochtigheden. Uit deze formule blijkt overigens dat zoutverwering ook bij vorst kan plaatsvinden, omdat ook beneden het vriespunt verschillen in dampdruk optreden. Dit kan dan ook in de poolstreken worden waargenomen.

Overige verweringsmechanis- men binnen het ‘kristal-kader’

Kristalgroei Zoutkristallen bezitten de eigen- schap om ondanks een aanwezige tegendruk aan te groeien. Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat het systeem streeft naar een toestand waarbij de vrije energie minimaal is. Het effect van deze eigenschap is enerzijds het opbouwen van de druk in poriën, anderzijds de aanvoer van zoutkris- tallen, zodat de volumetoename

Tabel 1. Oplosbaarheid van enkele zouten

samenstelling zout g zout/O, 11 water

koud warm

CaCO, Calciumcarbonaat (Kalk) 0,0015 CaCI, Calciumchloride 75 Ca(N0,),.4 H,O Calciumnitraat (Salpeter) 266 Ca(W), Calciumnitraat 121 CaS0,.2 H,O Calciumsulfaat (Gips) 0,24 CaF, Calciumfluoride 0,002

WO, Kaliumcarbonaat (Potas) 112 K,C0,.2 H,O Kaliumcarbonaat-Dihydraat 147 2 K,C0,.3 H,O Kaliumcarbonaat-Trihydraat 129 MgS0,.7 H,O Magnesiumsulfaat (Bitterzout) 71 MgCl,.G H,O Magnesiumchloride 167

Mg(W),.6 40 Magnesiumnitraat 125 Na,SO,. 10 H,O Natriumsulfaat (Clauberzout) 11 NaJO,. 10 H,O Natriumcarbonaat (Soda) 21 NaCl Natriumchloride 36 NaF Natriumfluoride 4 BaSO, Bariumsulfaat 0,0002 PbSO, Loodsulfaat 0,004 PbCl, Loodchloride 1

0,0019 159 660 376 0.22 0,002 156 331 268 91 367 -

92 420 39 -

0,0004 0,005 3

Tabel 2. Kristallisatiedruk van de belangrijkste schadelijke zouten

chemische formule

mol. kristallisatiedruk (Njmmz) volume c/c, = 2 clc, = 10

0” c 50°C 0°C 50” c

CaSO,.l/2 H,O 46 33,5 39,8 112.0 132,5 CaS0,.2 H,O 55 28.2 33.4 93,8 111,o MgS0,.7 H,O 147 10,5 12,5 35,0 41.5

MgSO,.G H,O 130 11,8 14,l 39,5 49.5 MgSO,.l H,O 57 27,2 32,4 91,0 107,9

Na,SO,. 10 H,O 220 72 8,3 23.4 27,7 Na,SO, 53 29,2 34.5 97.0 115,0 NaCl 28 55.4 65,4 184.5 219.0 Na,CO,.lO H,O 199 798 9.2 25.9 30.8

Na,C0,.7 H,O 154 10,o 11,9 33,4 36,5

Na,CO,.l H,O 55 28,0 33.3 93,5 110,9

c/c, = Mate van oververzadiging van de oplossing.

Aantasting

bij hydratatie wordt tegengewerkt, omdat er minder ruimte in de poriën overblijft. Hoe sterker de weerstand tegen volumetoename is, hoe groter is de daaruit vloeiende spanningstoename. Een minder bekende verwerende eigenschap van bepaalde zoutkris- tallen wordt gevormd door het feit dat de volumieke uiteenzettings- coëfficiënt van bijvoorbeeld keukenzout (NaCl) circa drie keer zo groot is als die van het gesteen- tevormende SiO,.

Osmose Opeenhopingen van zouten, gescheiden door een semi-perme- abel membraan (hierdoor worden sommige stoffen doorgelaten en andere tegengehouden), vertonen het verschijnsel te streven naar een toestand waarbij de concentraties van deze zouten aan beide zijden van de membraan gelijk is. Hierdoor treedt vochttransport op, waarbij de hydrostatische druk (of waterdruk) aan de zijde, waar zich de meeste zouten bevinden, soms aanzienlijk kan oplopen. Op dit mechanisme berust ondermeer het vermogen van bomen om water in de stam naar boven te transporte- ren. Dit effect is in muren van secundaire betekenis. Tenslotte wordt gewezen op het feit dat mengsels van schadelijke zouten de grenzen, waarbij kristallisatie en hydratatie optre- den, in belangrijke mate kunnen verschuiven. Zouten met een ogenschijnlijk ongevaarlijk omslagpunt, zoals natriumcarbo- naat (bij temperaturen van 30”- 40”), kunnen dan bijvoorbeeld bij kamertemperaturen de verwoes- tende hydratatie-cycli doorlopen.

Chemische verwering Onder chemische verwering wordt

’ verstaan de wijze waarop gesteente onder invloed van weer en wind in de loop van de tijd zijn samenhang . .

3. Na het afstoten van de gipskorst vervalt de bindmiddelarme steen steeds meer. In 1950 waren deze koppen nog redelijk intact (rechts van balustrade)

RVblad 01-4

Tabel 3. Hydratatietoestand van enkele schadelijke zouten

MgS0,.7 H,O 150°C - MgSO,.G H,O 200°C 4---, MgSO,.l H,O

CaSO,.Z H,O

NaSO,.lO H,O

- CaSO,.l/Z H,O 32,4”C - Na,SO,

WWO,),.6 40

Ca(N0,),.4 H,O

CaC1,.6 H,O

- Mg(NO,),.Z H,O 3oc - Ca(N0,),.3 H,O

t--, CaCJ.2 H,O

,100”c Ca(NO,), 260°C - CaCI,

Na,CO,.lO H,O 32°C - NaJO,. H,O 35,4”C - Na,CO,.l H,O

Tabel 4. Hydratatiedrukken in N/mm* bij verschillende temperaturen en relatieve luchtvochtigheden.

reactie: CaSO,.l/Z H,O + CaSO,.Z H,O relatieve luchtvochtigheid (%) 100

70 50

0” c 20” c 60” C 219.0 175.5 92.6 160,O 114,5 25,4 107,2 57,5 0

reactie: MgSO,.G H,O + MgSO,.7 H,O relatieve luchtvochtigheid (%) 100

70 50

10°C 20” c 30” c 14.6 11.7 92 9.7 6.8 4,O 0.5 12 0

reactie: Na,C03.H,0 -, NaJO,. H,O relatieve luchtvochtigheid (%) 100

80 60

0” c 93,8 63.7 24,3

20” c 30” c 61,l 43,0 28,4 9,4

0 0

--

Aantasting

verliest, waarbij er chemische reacties plaatsvinden. Deze vorm van verwering openbaart zich bij steenachtige materialen. Ook kan men verkleuring, afzanden, afschilferen, enzovoort waarne- men. Ook voor deze verwerings- vorm is veelal een bepaalde mate van porositeit vereist. Daarnaast moeten er in of rondom het gesteente stoffen aanwezig zijn die voor chemische omzettingen ‘open’ staan. Ook hier speelt het water weer een belangrijke zo niet overheersende rol als transportmid- del en als medium, waarin omzet- tingsprodukten kunnen worden opgelost. De stoffen die de chemische omzetting kunnen bewerkstelligen zijn voor het overgrote deel direct afkomstig uit de lucht danwel indirect in de vorm van ‘zure regen’. Hierbij wordt vooral gedacht aan sulfaten, nitraten en chloriden. De schade aan gevels, ornamenten, beeldhouwwerk enzovoort spreekt door korstvorming of erger het meest tot de verbeelding. De schade bijvoorbeeld aan het pleisterwerk binnenshuis is hiervan echter ook een vaak voorkomend gevolg, dat meestal alleen impo- neert als er zich waardevolle muurschilderingen op bevinden. Bij deze chemische verweringspro- cessen zal het effect van het terugdringen van de uitstoot grotere gevolgen hebben dan bij de kristallisatie- en hydratatiepro- cessen. Daarbij kan men denken aan de beruchte gipskorstvorming op kalkhoudende steenachtige materialen. Chemische analyses van de korsten wijzen vrijwel altijd op de aanwe- zigheid van gips (CaSO,), soms calciet (CaCO,) en diverse silicaten. Wanneer deze korsten zich hebben gevormd (aanvankelijk in de orde van grootte van enkele millimeters, maar soms wel centimeters dik), volgens de vereenvoudigde vergelijking H,SO, + CaCO, + CaSO, + CO, + H,O, dan is de zone nabij het gipsopper- vlak hierdoor kapotgegaan. Het volume van het gevormde gips is bovendien groter dan dat van het

RDM7RV1987 7- 17

materiaal waaruit het gevormd wordt. Achter deze korst bevindt zich het gebied waar het bindmid- del CaCO, aan de steen geheel of gedeeltelijk is onttrokken. Op den duur komt de gipskorst dus los te staan van de ondergrond. Ook hier spreken wegkwijnende beelden het meest tot de verbeel- ding. De kalkvoeg bij baksteenmet- selwerk vertoont echter hetzelfde beeld. Hoewel dit minder spectacu- lair is, zijn de gevolgen wellicht even schadelijk. Naast het verlies

RVblad 01-5

van het historische oppervlak met zijn ‘bewerkingsinformatie’ is er het bijkomende probleem van de verhoogde wateropname. De muur met alles wat er op en in zit (zowel binnen als buiten) wordt hierdoor zwaarder belast; de kans op schade neemt toe. Deze schade hoeft dan niet rechtstreeks in verband te staan met luchtverontreiniging. Andere schademechanismen, zoals vorstschadezwelling en krimp door wateropname, thermische uitzet- ting, enzovoort, kunnen verhou-

4 Gphoi ~rcw ooh op de kalkvoe.qrn I ar1 h~ll~\ic~c’i~i~~~itei~l <‘IA

5. Bo de lichte voegen is de zwarte korst inmiddels afgestoten

Andere oorzaken van schade Dit brengt ons op de andere factoren die de snelheid van het verval beïnvloeden of zelfs de oorzaak daarvan vormen. Zo kan een onjuiste detaillering schade veroorzaken, waar dat bij een juiste detaillering niet het geval is. Toch ziet men in de nieuwbouw de beruchte ezelsruggen, de rollagen en soortgelijke zaken van vroeger weer verschijnen met alle gevolgen van dien. Bij de planvorming kunnen er fouten bijvoorbeeld in de materiaal- keuze gemaakt worden. Zo kan een natuursteensoort, die in verticaal werk (dus in gevels) voldoende vorstbestand is, als afdekking van topgevels falen. De

Aantasting

dingsgewijs voor grotere schade zorgen dan eerst het geval zou zijn geweest.

De bovengenoemde voorbeelden van aantastingsmechanismen zijn bedoeld als illustratie en geven dan ook geen compleet beeld. Uit de voorbeelden kan worden opgemaakt dat er sprake is van aangetaste materialen, direct of indirect veroorzaakt door, dan wel onder invloed van luchtverontreini- ging in onze naaste omgeving. Aangezien dit tot het vertrouwde beeld behoort staat men er nauwelijks bij stil waardoor dit veroorzaakt wordt. Dientengevolge is men minder snel geneigd hiertegen maatregelen te treffen, tenzij men op een indringende manier met de neus op de feiten wordt gedrukt. De ‘Zure Regen Campagne’ had dat effect ten aanzien van ons erfgoed, maar of men zich nu ook bewust is van de effecten op de eigen woning is nog maar de vraag. Tegelijkertijd kan men ook het gebruikelijke bijverschijnsel waarnemen dat de ‘zure regen’ nu van alles de schuld krijgt. Niet in de laatste plaats wanneer men daarmee kan voorkomen, dat er twijfel over de kundigheid van de bij schadegevallen betrokkene ontstaat of zelfs dat er schadeclaims worden ingediend.

RVblad 0 -6

omstandigheden bij onbewolkte hemel zijn daar met betrekking tot de vochtbelasting veel zwaarder. Tevens zullen bij onbewolkte hemel horizontale vlakken sneller afkoelen. De kans dat hier vorstscha- de optreedt is dan ook vele malen groter. Maar ook als het ontwerp

goed is kunnen er tijdens de uitvoering, bewust of onbewust, fouten gemaakt worden, waardoor de duurzaamheid sterk wordt verminderd. Hierbij valt te denken aan het scheutje afwasmiddel dat de metselaar aan de metselmortel toevoegt om de verwerkbaarheid

7. Het pleisterwerk binnen wordt aangetast door zouten die dwars door de muur getransporteerd worden ‘hier Na,SO,)

Aantasting

te verbeteren. Ook het werken bij te lage temperaturen, vooral bij kunststoffen en verf van invloed, vindt in Nederland meer dan incidenteel plaats. Of het pleisteren bij te hoge temperaturen en tocht, waardoor te snelle verdamping van het water plaatsvindt met krimpscheuren en onthechting als resultaat.

Achterstallig onderhoud

r- Wanneer er bij de materiaalkeuze, de detaillering en de verwerking geen fouten worden gemaakt kan er bij onjuist gebruik of onvoldoende onderhoud veel schade veroorzaakt worden. Tegen de druk gebruikte douche, waarbij de mechanische ventilatie niet wordt aangezet of het ontbrekende verflaagje tussen glas en sponning, of de lekkende goot is geen kruid gewassen. Door de bovengenoemde factoren kunnen de effecten van de zure depositie zelfs overschaduwd worden. Bij de zorg om ons cultuurbezit, maar ook voor de overige gebouwen moet men er wel voor waken dat niet alle schuld op het ene of andere aspect wordt afgewenteld. Het is geen òf situatie, meer een èn-èn. Dit laatste is ook van toepassing voor de prioriteitenstel- ling bij onderzoekprogramma’s. Het belang van het verder onder- zoeken van oorzaken en mechanis- men wordt dezerzijds onderschre- ven. Maar aangezien de ‘patiënt’ niet alle tijd heeft om op resultaten van die onderzoeken te wachten, is het noodzakelijk dat er meer aandacht wordt besteed: - aan het verbeteren van de diagnostiek (wat is er precies aan de hand); - aan de ontwikkeling en keuring van de ‘geneesmiddelen’, de toepassingsgebieden en de bijwerkingen ervan; ~ aan de ontwikkeling van de geneeswijze (vervangen of oplap- pen).

Tenslotte Uit het bovenstaande blijkt dat er van de aantastingsprocessen al het nodige bekend is. Tevens blijkt uit

RVblad 01-7

het voorkomen van bijvoorbeeld gipskorsten de onweerlegbare schadelijke invloed van de luchtver- ontreiniging. Door de complexe materie blijkt het nog onmogelijk de schade als gevolg van de ‘zure regen’ te kwantificeren. Met name op het gebied van de schadefuncties is nog veel onderzoek nodig. Dat de luchtverontreiniging een belangrijke rol speelt in de

aantastingsprocessen staat buiten discussie. Voor de monumenten- zorg geldt echter dat ook wanneer het ophoudt met ‘zuur te regenen’ (en dat is zeker nodig) de schade door de hiervan afkomstige zouten in een trager tempo, maar wel gestadig, door blijft druppelen of wel: van de zure regen in de zoute drup.

8. Gevolgen van een lekke dakgoot: witte gipsuitslag (in dit geval)

Aantasting

Literatuur

’ Drs. J. F. Feenstra: Cultuurgoederen en luchtverontreiniging. Publicatie reeks Lucht no 1, Ministerie van VROM Leidschendam. ’ R. W. Lanting en J. C. Moree: Aontosting van materialen door luchtverontreiniging. Rapport G 1157, Instituut voor milieu- hygiëne en gezondheidstechniek TNO.

/ RVblad 01-8

Summary

The weathering of monuments from bad to worse

With the introduction of the term ‘acid rain’ an important problem in the preservation of monuments has become known to the genera1 public. Aspects of this classica1 question are compared to the present day situation. The most important mechanisms in the weathering of porous stony materials are explained briefly in this article, whereby the prevailing role of water is notable. The damage to sculpture strikes the imagination of many, but the damage to pointing of plastering touches many more, which they do not sufficiently realise. In addition to ‘acid rain’ as the cause of damage, the consequences

of incorrect detailling of buildings, the choiche of materials and the execution of back maintenance is pointed out, which can reinforce the effects of acid rain and even overshadow them. Finally the statement is made that the ultimate result of al1 necessary research stand or falls with the way in which the collected knowledge reaches the intended group of people.

Aantasting Corrosie van klokken

Corrosion Corrosion of bells

Beiaarden en luchtverontreini- ging Waarom Nederlandse klokken niet meer corroderen

Carillons and air pollution Why bells in The Netherlands do not corrode anymore

Lin Tabak

Inleiding Het verband tussen luchtverontrei- niging en historische monumenten is zo complex, dat directe verban- den tussen oorzaak en gevolg zelden eenduidig zijn vast te stellen. Daarop is één uitzondering: de historische beiaarden in Nederland. Ze zijn nauwkeurig gestemd en elke aantasting van het metaal verraadt zich in de klank. Die klankverandering is zo duidelijk meetbaar dat een tijdlang zelfs met de gedachte is gespeeld, beiaarden te gebruiken als indica- tor voor luchtvervuiling. Die optie kan voorlopig niet worden getest. Een onderzoek in opdracht van het ministerie van Welzijn, Volksgezondheid en Cultuur ’ toont aan dat de enkele decennia geleden nog onrustba- rende achteruitgang van de Nederlandse carillons tot een nauwelijks meetbaar niveau is gedaald. Hoofdoorzaak is naar alle waarschijnlijkheid de overgang op andere energiebronnen.

Aanleiding tot onderzoek Dat met de Nederlandse beiaarden iets mis was, bleek voor het eerst in 1953*. De Koninklijke Eijsbouts klokkengieterij te Asten voerde toen een restauratie uit aan de Hemonybeiaard van de Onze Lieve Vrouwetoren in Amersfoort. De firma stuitte daarbij op een merkwaardig fenomeen: het instrument was duidelijk door corrosie aangetast. Bovendien bleken vrijwel alle intervallen (afstanden tussen twee tonen) te klein. Aanvankelijk bracht bijna niemand het één met het ander in verband. De meeste betrokkenen verweten

UDC 620.193

RVblad 02-1

‘het vals zijn’ aan veroudering van het brons en fabricagefouten. Een enkeling zelfs trok de vakbekwaamheid van de gebroe- ders Hemony in twijfel, de klokkengieters die tussen 1650 en 1725 de kunst van het gieten en stemmen van beiaardklokken in de Nederlanden tot een hoogte hadden gebracht die pas sinds het midden van de 20ste eeuw weer wordt geëvenaard. ‘De enige mogelijke conclusie welke de Hemony-vereerders wellicht wat pijnlijk zal treffen is, dat ook het werk van de Hemony’s, hoe geniaal ook in het licht van hun tijd, onvolkomenheden heeft gekend en dat de klokken in hun huidige staat hun oeuvre praktisch gesproken nog wel weergeven.’ schreef de commis- sie van deskundigen, die de restau- ratie van de Amsterdamse Hemonybeiaarden moest voorbe- reiden, in 1957 in haar eind- analyse3.

Een studie van campanoloog dr. André Lehr van de Koninklijke Eijsbouts uit 1960 echter toont aan, dat de gebroeders Hemony geen steek hadden laten vallen: dat ze goed brons hadden gebruikt, nauwelijks gietfouten hadden gemaakt en - zo leidde hij af uit historische getuigenissen - hun instrumenten haarzuiver hadden afgeleverd. Daarmee werd corrosie de meest waarschijnlijke oorzaak. Die corrosie kon alleen zijn veroorzaakt door chemische verbindingen in de lucht.

Onderzoek Intussen kwamen steeds meer gevallen van aantasting aan het licht, waaronder zelfs enkele van pas opgeleverde instrumenten. Sommige historische beiaarden waren zo ernstig gecorrodeerd, dat herstemmen niet toereikend was en de hoogst klinkende klokjes moesten worden vervan- gen door replica’s. In diezelfde periode groeide de algemene onrust over luchtverontreiniging. Dat alles deed in de klokkenwereld de angst rijzen dat een groot deel van het nationale klokkenbezit in

versneld tempo aftakelde. Men zag zich geconfronteerd met hoge reinigings- en herstelkosten en - een klok is slechts tot een bepaalde grens bij te stemmen - met het schrikbeeld dat grote aantallen historische klokken definitief verloren zouden gaan. Ook op regeringsniveau was inmiddels de aandacht voor luchtverontreiniging gewekt. In 1984 gaf het ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke ordening en Milieubeheer opdracht tot een veelomvattend onderzoek naar de omvang en de financiële gevolgen van de schade aan natuur en cultuurgoederen. In het kader van dat project kreeg de Koninklijke Eijsbouts, door tussen- komst van de Rijksdienst voor de Monumentenzorg, de opdracht het hoofdstuk beiaarden voor zijn rekening te nemen. Het doel van het onderzoek was tweeledig: de omvang van de aantasting vaststellen, en nagaan in hoeverre de mate van aantasting samenhing met de spreiding van luchtveront- reinigingsconcentraties over het land.

,

De fysicus drs. Jos Thomassen voerde het onderzoek uit. Hij werd daarbij begeleid door een commis- sie bestaande uit: ir. P.K. van der Schuit (voorzitter) en H.J. van Nieuwenhoven van de Rijksdienst voor de Monumentenzorg, drs. J. Swager van het Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer, dr. D. Onderdelinden van het Rijks- instituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne, ir. J. Lodewijks van het Ministerie van Welzijn, Volkshuisvesting en Cultuur en drs. R. Lanting van het Instituut voor Mylieuhygiëne en Gezond- heid TNO. Het rapport verscheen in 1988.

De chemische aantasting De onderzoeker heeft geen makkelijke taak gehad. Bij aantas- tingsprocessen door luchtveront- reiniging is een veelheid van elementen en verbindingen betrokken. Dat maakt een nog veel groter aantal chemische reacties

RLMZRV 1992/27-8

Aantasting

mogelijk. In het geval van klokken gaat het om de reactie tussen de verontreinigingscomponenten en koper en tin: aan het koper is bij een carillonklok omwille van de hardheid en de heldere klank gemiddeld 22% tin toegevoegd. Beide elementen neigen, zoals alle metalen, tot terugkeer naar de ertstoestand waarin ze in de natuur voorkomen, dat wil zeggen tot verbindingen met andere elementen. Bij het halfedelmetaal brons duurt dat proces verhou- dingsgewijs langer dan bij het minder edele element tin. Het corrosieproces van klokke- brons kent drie stadia. In lucht ontstaat onder invloed van zuurstof cupro-oxyde (Cu,O), dat geleidelijk aangroeit tot een donkerbruine deklaag. Die reactie verloopt langzaam: na ongeveer zeventig jaar is de laag voltooid. Bovendien komt het proces vanzelf tot staan, want het patina is vrijwel onoplosbaar en sluit het metaaloppervlak af van water en lucht. Industrie, landbouw, verkeer en dergelijke brengen echter ook sulfaten, nitraten en chloriden in de atmosfeer. Deze lossen op in water of in de eventuele condens- laagjes op het metaaloppervlak en vormen daarbij zuren waartegen noch het metaal, noch het bovengenoemd patina bestand zijn. Vooral zwaveldioxyde (SO,) is agressief, zo blijkt uit analyse van de aangetroffen corrosieproduk- ten. Het reageert met water tot zwavelzuur (H,SO,), dat weer met koper en ook met de koperoxyden en koperzouten uit het patina reageert. Die reactie verloopt aanmerkelijk sneller. Soms vertonen zich al na enkele weken de eerste kristallen kopersulfaat. Na een jaar of zes zijn ze uitgegroeid tot het bekende groene patina dat de hele klok bedekt. Dit patina, waarvan het basische kopersulfaat (brochantiet, CuS0,.2Cu(OH),) het belangrijkste bestanddeel is, is minder stabiel. Eenmaal voltooid, blijft het langzaam maar gestaag doorgroeien tot het door het

R Vblad OZ-2

.

1. Den Haag, Nieuwe kerk, bmnenzQde van een gecorrodeerde hdklok, gegoten door Coenraet Wegewaert in 1656.

trillen barst en afbrokkelt, waarna kleuren vertoont tussen groen, het proces plaatselijk opnieuw bruin en zwart en waarin een begint. keten optreedt van zichzelf Bij intensieve vervuiling (bijvoor- instandhoudende reacties. In dit beeld bij nog hogere SO,-concen- stadium blijft het aantastings- tratie al dan niet in combinatie tempo hoog afb. 1, 2 en 3. met chloor uit zee of zoutzuurgas uit fabrieken) volgt een derde Behalve de vervuilingsconcentra- stadium: er ontstaat een bros ties is de tijdsduur dat het patina bestaande uit allerlei oppervlak van de klok vochtig is zouten (zoals het donkergroene van invloed. De meeste kwaadaar- atacamiet CuC1,.3Cu(OH),), dat alle dige gassen zijn immers alleen

2. Den Haag, Nieuwe kerk, detail van de binnenzijde van dezelfde klok.

Aantasting

werkzaam in oplossing. Vocht betekent in dit verband voorname- lijk condens; regen spoelt de vervuiling juist weg. Normaal hangt het zogeheten dauwpunt, waarop waterdamp condenseert, alleen af van de temperatuur en de waterdampconcentratie: hoe lager de temperatuur en hoe meer waterdamp, hoe eerder condensa- tie plaatsvindt. Maar op een ruw oppervlak zoals dat van poreuze corrosieprodukten condenseert waterdamp al bij hogere tempera- turen. Vuildeeltjes op de klokke- wand hebben hetzelfde effect. Eventueel aanwezige hygroscopi- sche (luchtvochtigheid opnemende) metaalzouten (chlori- den, sulfaten, nitraten) kunnen de kritieke grens nog verder verleg- gen.

Akoestische gevolgen Welke reacties precies plaatsvin- den en in welke mate is bij objecten in de buitenlucht meestal moeilijk vast te stellen. Enerzijds ,zijn op het moment dat de schade blijkt, veel reactieprodukten reeds lang weggespoeld, afgeschilferd, weggewaaid of anderszins verdwe- nen. Anderzijds zijn uitgangsge- wicht en samenstelling van het aangetaste object zelden exact

3. Den Haag, Nieuwe kerk 1961.

bekend. Dat laatste ligt bij beiaar- den anders. Beiaarden bestaan uit een aantal klokken van dezelfde vorm en hetzelfde materiaal, die in hetzelfde produktieproces zijn gemaakt, even lang in vrijwel dezelfde omstandigheden hebben verkeerd en gestemd zijn volgens bekende muzikale en akoestische principes. Elke aantasting brengt een verandering ten opzichte van die principes teweeg. Die verandering blijkt als volgt: 1. De klank wordt doffer. De corrosielaag verkort de uitklinktij- den van de klokken. 2. De klokken dalen in toon. Omdat het omgezette metaal niet meer volledig meedoet met de trilling, wordt de effectief klinkende wand dunner, dus minder stijf, en trilt hij bij aanslag in lagere frequenties. Die toonver- laging is niet voor alle klokken van het instrument even groot. Een hoger klinkende klok is niet alleen kleiner van doorsnee en hoogte maar heeft ook een dunnere wand. Omdat het materiaalverlies in millimeters voor elke klok gelijk is - ze hangen allemaal in dezelfde omstandigheden - is bij de hogere klok het effect op de toon dus verhoudingsgewijs groter. Het oor hoort relatief. Het neemt gelijke frequentieverhoudingen waar als gelijke toonsafstanden. De verhouding 1 : 2 staat daarbij voor een octaaf, dat als het meest zuivere interval wordt waargeno- men en waarbij de hoogste toon het oor bereikt met exact tweemaal zoveel trillingen per seconde als de laagste. (De kwint heeft een verhouding 2 : 3, de kwart 3 : 4). Het is in de muziek- wereld gebruikelijk, deze vaste verhoudingen te ‘vertalen’ in gelijke getallen. Als eenheid geldt daarbij de cent, een honderdste van het volgens de tegenwoordig gangbare stemming kleinste interval: de halve secunde. (Een octaaf telt 12 halve secundes ofwel 1200 cents.) Voor de afwijking van de beoogde stemming @In) uitgedrukt in cents geldt ongeveer de volgende (vereenvoudigde) formule:

R Vblad 02-3

61, = a’, m + b f,D*

a’n en b zijn constanten. 6d is de wanddikteverandering, f, frequen- tie en D de diameter. Frequentie en diameter zijn omgekeerd evenredig. Bij eenzelfde wanddik- tevermindering is de frequentie- verlaging dus groter naarmate de diameter van de klok kleiner is. Vertaald in muzikale termen betekent dit, dat alle intervallen krimpen, waarbij de verkleining van het octaaf als meest zuivere interval het eerst hoorbaar is en dat die verkleining toeneemt met de toonhoogte: de beiaard wordt vals. Verwijderen van de corrosie leidt tot nog meer materiaal- verlies en dus tot nog grotere toonhoogtedalingen en interval- verkleiningen. 3. Het timbre verandert. De klokkeklank is niet één toon maar een complex van partialen (eigentrillingen van het klokke- lichaam), waaraan het oor een toonhoogte, de slagtoon, en een timbre toekent 4. Het aantal partialen is in theorie oneindig. Maar slechts vijf ervan gelden vanouds als essentieel voor de slagtoon. In de regel worden alleen die vijf, aangeduid als grondtoon (priem, terts, kwint en octaaf), gestemd en wel in een trillingsverhouding van 5 : 10 : 12 : 15 : 20. De partialen dalen bij corrosie niet in gelijke verhouding, want de klokkewand is niet overal gelijk van dikte en kromming. Door deze ongelijke daling verandert ook het timbre van de klok: hij wordt inwendig vals.

Toonhoogteanalyse Deze akoestische veranderingen bieden goede aanknopingspunten voor corrosieonderzoek. De verandering in uitklinktijd is daarbij het minst bruikbaar. Cijfers over de uitgangstoestand zijn slechts in heel beperkte mate voorhanden. Over het verband tussen het doffer worden van de klank en de patinadikte is bovendien nog weinig bekend.

RDMZ RV 1992/27-9

Aantasting

Analyse van de toonhoogteveran- dering is minder problematisch. Uit het verband tussen frequentie en wandverdunning volgt dat de grootste klokken maar weinig in hoogte dalen. Combinatie van dit gegeven met de kennis van de muzikale stemmingspraktijk levert de oorspronkelijke toonhoogte van alle klokken. Bij een aangetast instrument zullen de gemeten toonhoogtes gaande van laag naar hoog, van .bas naar discant, ten opzichte van deze nullijn een toenemende afwijking naar beneden vertonen. Hoe ernstiger het materiaalverlies, hoe sterker de daling. De hoek die de toonhoogtegrafiek van de aangetaste klokken maakt met de nullijn, is dus een maat voor de aantasting afb. 4, 5 en 6. Volstaat een enkele meting om de schade ten opzichte van de uitgangstoestand vast te stellen, het vergelijken van metingen op verschillende tijdstippen laat zien hoe de aantasting voortschrijdt in de tijd. Het herhalen van die vergelijking op andere lokaties in het land tenslotte, zou kunnen vertellen hoe dat aantastingspa- troon per regio verschilt. Wellicht zou uit zulke verschillen weer de luchtkwaliteit per regio door de jaren heen zijn af te leiden. Thomassen heeft zich dan ook op de toondalingen geconcentreerd. Uit het totale bestand van beiaar- den nam hij een steekproef van 22 instrumenten waarvan al frequentiemetingen beschikbaar waren, omdat zij op enig moment in de afgelopen vier decennia waren opgemeten, gerestaureerd of nieuw opgeleverd. Uit deze groep van 22 koos hij zeven historische beiaarden, op lokaties waarvan de gemiddelde verontrei- nigingsconcentraties van zwaveldi- oxyde en chloor voldoende verschilden: de Nicolaïtoren in Utrecht afb. 7, het Stadhuis van Maastricht, de Laurenskerk te Rotterdam, de Sint-Jan te Gouda, het Stadhuis van ‘s-Hertogenbosch afb. 8, de Gasthuistoren in Zaltbommel en het Koninklijk Paleis te Amster-

R Vblad 02-4

3.. . . AMSTERDAM PALEIS: OPNAME IN DE TOREN 20-9-1962

(analyse: Koninklijke Eijsbouts. Asten1

I I : ! ., 1. 1. I 1 1. 1. I 1. I : 1. t 1. 1. I 1. I I I I ., BOCi 01 EIFI G1 Ai ElC 02 E2F2 62 A2 82C3 03 EJFJ G3 13 B3C4

verklaring van de symbolen: 0 = grondtoon 0 = priem

n = terts + = kwint

0 = octaaf

4. Analyse van de geluidsopname van het ongereinigde aangetaste instrument. De vijf hoofdpartialen, aangegeven met vf j f verschillende symbolen, zijn voor vrijwel alle klokken steeds gedaald ten opzichte van de ‘nullijB’ van de (gereconstrueerde) uitgangsstemming. Deze daling neemt toe met de toonhoogte.

8.. _. AMSTEROAN PALEIS: STEMKAMER NA REINIGING 28-ii-1963

(analyse: Koninklijke Eijsbouts. Asten1

2 c .?!

F D

middentoonstemming 8-20 cents

J! !:!:! !:!:!:!!: !:‘!!:!:!:!!:!:!!:!:!:! !!’ BOCl oi EIFI Gl Al 81C2 02 E2F2 62 A2 B2C3 03 EJF3 63 A3 BJC4

dam. Déze heeft hij in de loop van 5. Analyse van de geluidsopname van het 1984 en in 1985 opnieuw gereinigde instrument. De daling van de gemeten. partialen is nog groter geworden. (Zie

voor verklaring symbolen afb. 4.)

Meetresultaten De resultaten waren verrassend, nieuws over het milieu. De oude zeker tegen de achtergrond van analyses geven stuk voor stuk een groeiende stroom van slecht aanzienlijke inwendige onzuiver-

A

Aantasting

AMSTERDAM PALEIS: NA RESTAURATIE 15-1-1956

lanalyse. Koninkli,ke Ei,sbouts. Asten1

.z

.z .e 3 -- m __ ml**entaonstemml”g s-is cents

I I. 1. I 1. 1. I : ! ! : 1. ! ! : ! : ! : ! ! : ! : ! ! : ! : ! : ! ! :, GOCl Dl ElFl Gl Al sic2 02 E2F2 62 A2 82C3 03 EJFJ 63 A3 83C4

6. Analyse van de qeluidsooname van het gerestaureerde in&ument.& De partialen bevinden zich weer vrijwel op één lijn. (Zie voor verklaring symbolen afb. 4.)

9. Schiedam, Sint-Janskerk, toonanalyse van de beiaard. Dit instrument, gelegen te midden van de industrieën van Rijnmond, was één van de sterkst aangetaste. (Zie voor verklaring symbolen afb. 4.)

RVblad 02-5

7. Utrecht, Nicolaïtoren met carillon (waterverftekening J. van Lieder, 1775).

SCbTtEDAH ST. JAN LUS-6-19741

lanalyse: Koninklijke Eilsbouts. Asten1

8. ‘s-Hertogenbosch, stadhuis, toren met carillon (tekening A. Beerstraten).

J! !:‘:!!: !:! :! !:!:.! !:!:!:! !:!:! !:!:!:! !:4 BlC2 02 E2F2 62 A2 S2C3 03 E3F3 63 A3 83C4 IJ4 E4F4 64 A4 84C5

heden en toondalingen te zien. Daarbij spannen die de beiaarden van het Paleis, de Oude kerk in Amsterdam en de Janskerk in

,-- Schiedam de kroon, met afwijkin- gen van rond de 55 cents ofwel ruim een kwarttoon (voor een hypothetische referentieklok a” in

het midden van het spel) afb. 9. De nieuwe metingen uit 1984 echter tonen een totaal ander beeld. Alleen de Hemonybeiaard van het Koninklijk Paleis was ten opzichte van de restauratie in 1963 nog iets in toon gedaald. Bij de overige instrumenten was van

meetbare toondalingen geen sprake meer. Om deze eerste bevindingen te toetsen, heeft Thomassen vervol- gens nog vier andere beiaarden bij het onderzoek betrokken: nieuwere instrumenten, gelegen in gebieden met meer dan

RDMZRV 1992/27-10

Aantasting

gemiddelde luchtverontreiniging, waaronder dat van de Sint-Agatha- kerk in Beverwijk onder de rook van de Hoogovens en dat van de Sint-Willibrordkerk in Vlaardingen in het Rijnmondgebied. Deze uitkomsten wijzen in dezelfde richting: alleen de Vlaardingse beiaard is in de twintig jaar tussen de oplevering en het onderzoek licht in toon gedaald (gemiddeld vijf cents per octaaf), de overige instrumenten zijn op hoogte gebleven. Verder blijkt: - dat corrosie geen probleem kan zijn van laatste decennia maar reeds veel eerder moet zijn begonnen. De beiaard van de Oude kerk in Amsterdam immers was al in 1950 ernstig aangetast. - dat het proces bij sommige beiaarden tussen 1950 en 1975 versneld doorzette en bij weer andere pas na 1950 begon, maar in alle gevallen rond 1975 stagneerde. Zo nam de aantasting van het carillon van de Martini- toren in Groningen pas rond 1975 af. De Hemonyklokken van de Utrechtse Dom, die in 1951 nog vrijwel gaaf in de toren hingen, hadden bij de restauratie in 1974 octaafverkortingen van gemiddeld 5 cents. - dat beiaarden in landelijke gebieden duidelijk gaver zijn gebleven dan die in grote steden en industrie- en kassengebieden. Rond 1975, zo concludeert Thomassen uit het totaal van de metingen, moet een ommekeer hebben plaatsgevonden in de corrosie van een toenemende snelheid naar een veel lager, nauwelijks meetbaar tempo.

Interpretatie De verklaring voor de gevonden veranderingen heeft de onderzoe- ker gezocht in een verschuivend patroon van luchtverontreiniging. Qua tijd vond hij daarbij opmerke- lijke parallellen. De kentering in het corrosietempo blijkt tamelijk nauwkeurig samen te hangen met de overgang in Nederland van kolen en stookolie op aardgas als belangrijkste energiebron.

Steenkoolverbranding gaat gepaard met een aanzienlijke uitstoot van zwaveldioxyde. Typerend voor steenkool is bovendien het hoge gehalte aan vaste verontreiniging, die fungeert als condensatiekern voor waterdamp. Roet en zwaveldi- oxyde samen scheppen optimale voorwaarden voor corrosie. Oliestook heeft ongeveer hetzelfde effect als steenkool. De deeltjes die hierbij vrijkomen zijn vermoedelijk nog agressiever door hun onregel- matig oppervlak en grotere porosi- teit, dus veel groter reactief oppervlak. (De invloed van de verbrandings- produkten van stookolie blijkt duidelijk bij koperen leihaken op kerkdaken. Vlakbij de schoorsteen van een stookolie-installatie is het koper veel sterker gecorrodeerd.)

Na de aardgasvondsten begin jaren 1960 en de geleidelijke overschakeling op deze zwavelarme brandstof, is het zwaveldioxydegehalte in de lucht beduidend gedaald. Maar meer nog is de uitstoot van roet afgeno- men en wel zozeer, dat de huidige SO,-niveaus niet hoog genoeg meer zijn om klokkebrons nog langer kwaad te doen, althans in een mate die na twee tot drie decennia meetbaar is. Op dezelfde manier is het begin van de aantasting te traceren: tussen 1870 en 1890, toen in Nederland de industriële revolutie begon. Die industrialisatie ging gepaard met een sterke groei van de steden. Het gevolg was een sterke toename van het steenkool- verbruik. Met name in een aantal stadscentra moet al rond de eeuwwisseling de SO,-roetcombi- natie desastreus zijn geweest. Dat men het begin van het onheil aanvankelijk vele decennia later legde en daardoor de snelheid overschatte waarmee het zich voltrok, komt omdat die schade aanvankelijk niemand opviel. De echte onrust ontstond pas rond 1950, toen alle kritische grenzen waren gepasseerd en de effecten op de klank van de klokken niet

RVblad OZ-6

meer vielen te loochenen. In deze periode ook zette de industrialisatie pas goed door, met alle gevolgen voor de S02- en roetconcentraties vandien. Een groeiend deel van die uitstoot komt op het conto van de stookolie, die na de Tweede Wereldoorlog steeds belangrijker werd voor de onstuitbaar stijgende energiebehoefte. Vooral de tot 1970 gebruikte zware olie was rijk aan zwavel, katalytisch werkende zware metalen en moeilijk brandbare bestanddelen en gaf daardoor zeer corrosief roet. Rond 1965 bereikte de SO,-roetver- vuiling zijn maximum. Daarna kwam niet alleen aardgas beschik- baar, maar ook laagzwavelige Afrikaanse olie, die geleidelijk de hoogzwavelige soorten verving. Vanaf 1974 tenslotte werd het toelaatbaar zwavelgehalte in brandstof trapsgewijs verlaagd.

Bovenstaand verband tussen corrosie en vervuiling verklaart behalve het corrosieverloop in de tijd ook een aantal aanzienlijke lokale verschillen in aantasting. Beiaarden in een landelijke omgeving hebben minder te lijden gehad van kolen- en oliestook dan carillons in grote steden en industrie- en kassengebieden, waar vooral op nevelige winterochten- den de SO,-concentraties tot gevaarlijke hoogte konden oplopen afb. 10. Verder vermoedt Thomassen dat de extreme aantas- ting van sommige stedelijke beiaarden veroorzaakt is door een vervuilingsbron in de onmiddel- lijke nabijheid. Zo hing de Paleis- beiaard letterlijk in de rook van de koninklijke schoorstenen5.

Dosis-effectrelatie Een volledige verklaring voor alle geografische verschillen echter levert het onderzoek van Thomas- sen niet. Waarom bijvoorbeeld bleven de klokken van de Laurens- toren in Rotterdam afb. 11 zoveel gaver dan die van de janskerk in Schiedam? Waarom begon de beiaard van de Utrechtse Dom pas na 1950 te corroderen en de

Aantasting

10. Grafiek met toondaling van de referentieklok. Lokaties in volgorde van afnemende stadsgrootte.

Paleisbeiaard in Amsterdam al voor of rond de eeuwwisseling? Zo resten meer vragen. Waren .S02 en roet de enige boosdoeners? Veel beiaarden hebben de afgelo- pen decennia ingrijpende restaura- ties ondergaan met middelen waarvan resten op de klokkewand

/4 kunnen zijn achtergebleven. Voorts is in de jaren vijftig tot zeventig veel hout in klokketorens behandeld met chloorhoudende houtbeschermingsmiddelen (pcb’s). Wellicht hebben ook deze hun sporen achtergelaten. Kunnen tenslotte ook de eigenschappen van de beiaarden zelf van invloed zijn geweest op de mate van aantasting? Een Hemonyklok is gemiddeld dikker dan een klok van de oudere Van den Ghein, waardoor corrosie minder effect heeft op de toon. De antwoorden levert de studie van Thomassen niet en kan ze gezien haar opzet ook niet leveren. Daarvoor immers moeten behalve de gevolgen ook de oorzaken uitputtend in de analyse worden betrokken. Voor het A vaststellen van een dosis-effectrela- tie tussen vervuiling en aantasting moet - althans voor een aantal beiaarden - worden nagegaan: - welke verbindingen hoe lang in welke concentraties en onder welke temperatuur+ en vochtcon- dities hebben ingewerkt; - welk effect ze hadden op het metaal. Dergelijk onderzoek levert waarschijnlijk problemen op. Het effect van chemische verbindingen op klokkebrons is alleen vast te stellen aan de hand van een analyse van de reactieprodukten. Maar weggevoerd materiaal kan niet meer worden geanalyseerd. Ook het achterhalen van de exacte vervuilingsdoses en - omstandig- heden is moeilijk. In 1973 is - met

r‘ het Nationaal Meetnet voor Luchtverontreiniging - een begin gemaakt met het systematisch in kaart brengen van de samenstel-

RDMZRV 1992/27-11

RVblad 02-7

Amsterdam, Paleis Amsterdam, Oude kerk Rotterdam, St.-Laurens Utrecht, Nicolaï-toren Utrecht, Domtoren Haarlem, Grote of Sint-Bavo kerk Groningen, Martinitoren Maastricht, Stadhuis Schiedam, St.-Jan Delft, Nieuwe kerk Amersfoort, O.L.V.-toren Vlaardingen, St.-Willibrord Gouda, St.-Jan Alkmaar, Grote kerk Zaltbommel, Gasthuis

Afwijking in cents -90 -80 -70 -60 -50 40 -30 -20 -10 -0

0 0

0

0

C 0

0

0

0

lo

0

0

0

Toondalingen van de referentieklok. Lokaties in volgorde van afnemende stadgrootte. 0 = gemiddelde daling grondtoon, priem en octaaf ten opzichte van de

nullijn.

ling van de lucht boven Nederland. Dit meetnet was pas eind jaren zeventig volledig operatief en toen had de verontrei- niging waarschijnlijk vrijwel geen effect meer op klokkebrons. Een dosis-effectonderzoek kan dus alleen betrekking hebben op een betrekkelijk recent verleden. Of de uitkomsten ook op oudere aantas- tingen toepasbaar zijn, is niet bij voorbaat te zeggen. Of beiaarden als meetinstrument kunnen dienen bij het bepalen van de luchtkwali- teit in een verder verleden, zoals sommigen hoopten, is daarmee hoogst onzeker.

ll. Rotterdam, Sint-Laurenskerk vóór 1936. Na het bombardement in de Tweede Wereldoorlog bleek dat het overgrote deel van het Hemonycarillon, 28 klokken, gespaard gebleven was.

Aantasting

Toekomstverwachting Is, gezien de uitkomsten van dit onderzoek, het gevaar voor het historisch klokkenbezit geweken? Thomassen beantwoordt deze vraag voorzichtig positief. ‘Indien voldoende aandacht besteed wordt aan onderhoud en corrosiepreventie en aan eventuele lokale bronnen, kunnen nieuwe correcties waarschijnlijk een aanzienlijke tijd worden uitgesteld.’ Maar de onderzoeker houdt een aantal slagen om de arm. Allereerst, stelt hij, is er de langzame progressie bij de Vlaardingse beiaard en die van het Paleis op de Dam. Die kan erop duiden ‘dat we nog in het grensgebied zitten’. Voorts zijn er de onvermijdelijke meetonnauw- keurigheden. Ze moeten met een factor tien tot twintig worden vermenigvuldigd, want normaal gesproken gaat een beiaard enkele eeuwen mee. In het ongunstigste geval zal dan blijken dat ook bij andere instrumenten de aantasting nog steeds doorgaat. Deze mogelijkheid is reëel. Volgens Arie Abbenes, beiaardier van de Utrechtse Dom en hoofd van de Adviescommissie van de Nederlandse Klokkenspel-vereni- ging, vertoont onder andere de Dombeiaard alweer aanzienlijke hoeveelheden groen patina en wordt de klank duidelijk doffer. Teneinde een uitspraak over de toekomst te kunnen doen stelt Thomassen derhalve voor, de klankmetingen over een jaar of tien te herhalen. Voor gegronde voorspellingen echter zijn nieuwe toonanalyses alleen niet genoeg. Ook de toekomstige luchtkwaliteit moet in zo’n onderzoek worden betrokken. Weliswaar geven bestaande energiebronnen zoals olie en aardgas, en nieuwe zoals mogelijk kolengas niet die SO,-roetemissies van destijds. Bovendien dringen technische maatregelen de emissies belangrijk terug. Dat blijkt duidelijk uit de cijfers van het Rijks Instituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne (RIVM): de zwaveluitstoot is tussen 1980 en 1989 met 50% gedaald.

Prognoses uit het Nationaal Milieu Beleidsplan-plus voorspellen tot 2000 een verdere daling tot minder dan de helft van het peil van 1989. Maar de prognoses uit het NMP-plus zijn, zo menen niet alleen milieuorganisaties maar ook deskundigen bij het RIVM, aan de optimistische kant. Het energiever- bruik in Nederland en omringende landen stijgt nog steeds. Wanneer die stijging niet wordt afgeremd, is niet uit te sluiten dat op den duur ook SO,- en roetvervuiling weer omhoog gaan 6. Bovendien zijn SO, en roet niet de enig mogelijke boosdoeners. De NO,-concentratie is volgens het RIVM de laatste decennia niet gedaald. Een hard bewijs dat NO, onschuldig is ontbreekt, omdat eventuele reactieprodukten oplosbaar zijn en dus niet meer te traceren. NO, zou bovendien een belangrijke indirecte bijdrage kunnen leveren, omdat het de ozonconcentratie in de lucht verhoogt. Ozon in combinatie met vocht versnelt de corrosie van koper. De vraag naar de toekomst van de Nederlandse beiaarden zou dus moeten luiden: onder welke omstandigheden houdt aantasting op, en onder welke begint ze weer? Ook het antwoord op deze vraag is alleen mogelijk op grond van een kwantitatief verband tussen oorzaak en gevolg.

Gevolgen voor beleid en praktijk Geeft het onderzoek geen uitput- tend antwoord op de corrosiepro- blematiek, voor het beleid op korte termijn is het inmiddels alleszins bruikbaar gebleken. Maatregelen die de oorzaak van corrosie wegnemen, zoals het verlagen van de .SO,-uitstoot en het aanbrengen van roetfilters op schoorstenen of centrales zijn, gezien de resultaten, voorlopig niet meer aan de orde. Hetzelfde geldt voor corrosiepreventie op de instrumenten zelf. De Koninklijke Eijsbouts heeft een tijdlang ongeveer een kwart van de instru- menten uit haar onderhoudsbe- stand bespoten met een mengsel

R Vblad OZ-8

van paraffines, naftenen en aromaten. Ze sloten het metaal afdoende af voor atmosferische invloeden. Maar de behandeling had, afgezien nog van de kosten, ook nadelen: de vloeistof deed eventueel aanwezig goedaardig patina schilferen, het trok stof aan en het moest regelmatig worden vernieuwd. Daarbij verzuimden de schoonmakers meestal de oude vuile laag te verwijderen, zodat bijvoorbeeld de klokken van de Grote of Sint-Bavokerk in Haarlem afb. 12 en 13 na verloop van jaren bedekt raakten met een dikke vuile koek die de klank dempte en in 1989 voor enkele duizenden guldens is verwijderd. Sinds het bekend worden van de resultaten van het onderzoek van Thomassen wordt corrosiepreventie bij klokken niet meer toegepast.

Herstel van aantastingen uit het verleden is wel nog aktueel. Het verwerken van deze erfenis van het steenkooltijdperk verloopt niet zonder problemen. Het aantas-

12. Haarlem, Grote of Sint-Bovokerk, vieringtoren 1977.

Aantasting

13. Haarlem, Grote kerk, detail van een klok. Licht gecorrodeerd en vervuild, 1970.

tingsproces is onherroepelijk: eenmaal omgezet metaal is voorgoed verloren. De enige manier om althans de toonverhou- dingen te herstellen is: nog meer materiaal wegnemen. Het wijzigen van de toonhoogte kan op twee manieren: omhoog en omlaag. Omhoog stemmen gebeurt door aan de onderkant van de klok materiaal weg te draaien. Omlaag stemmen gebeurt door de wand te verdunnen. Dit laatste is het minst ingrijpend voor de verhoudingen en wordt het meest toegepast. Maar aan het bijstemmen is een grens: bij meer dan 50 cents ofwel een kwarttoon gaat het te zeer ten koste van de kracht van de klank. Is het totaalverschil tussen hoogst en laagst klinkende klokken groter, dan is het enige alternatief: een of meer van de hoogste klokjes te vervangen. In alle gevallen betekent herstel van de muzikale kwaliteit nog meer materiaalverlies ofwel een verdere aantasting van de oorspronkelijke toestand. Muzikale en oudheidkundige belangen staan dus bijna per definitie op gespan- nen voet. .-

Een artikel in het Bulletin van de Koninklijke Nederlandse Oudheid- kundige Bond van 1953 typeert het dilemma als volgt: ‘... de ellende is dat de klokkengieters, die de

RDMZRV 1992/27-12

nieuwe klokken leveren, niet kunnen uBlijven van de oude en deze daardoor alle historische waarde ontnemen. Dat bijstemmen op de draaibank moest strafbaar zyn, zo goed als elke andere opzettelijke beschadiging van een kunstvoor- werp ’ ? Maar de oudheidkundigen hebben niet de zwaarste stem. Die lag in de jaren vijftig en zestig, meer nog dan bij de klokkengieters, bij de beiaardiers. Op advies van de Nederlandse Klokkenspel Vereni- ging zijn toen ingrepen uitgevoerd die soms aanzienlijk verder gingen dan herstel van zuiverheid en timbre. Bij de beiaarden van onder meer de Westerkerk en de Oudekerksto- ren in Amsterdam is de restauratie aangegrepen om een vierde octaaf toe te voegen aan de oorspronke- lijke drie, zodat ook nieuwer concertrepertoire kon worden gespeeld. Bij de Paleisbeiaard ging de restaurateur nog verder. Omdat het nieuwe octaaf conform het heersende klankideaal een veel vollere, krachtigere toon had, sloot het niet goed aan op de aanwezige klokken. Die werden daarom ook grotendeels vervan- gen. De klokken van het tweede en derde octaaf hangen nu naast in plaats van ín het spel, of kwamen terecht in gemeentelijke opslagplaatsen en het Amsterdams Historisch Museum. Alleen het laagste octaaf bevat nog de oorspronkelijke Hemonyklokken. Voor de beiaard van de Grote of Sint-Bavokerk in Haarlem vond de restaurateur een andere oplossing. De bovenste twee octaven werden overgebracht naar de Bakenesser- toren afb. 14 in dezelfde stad, het onderste bleef in de Grote kerk. Beide werden aangevuld tot een volledig spel. Zodoende bezit Haarlem nu twee ‘Hemony’-beiaar- den. Sinds 1970 restaureert men terughoudender. Enerzijds zijn onder musici, die nog steeds een belangrijke stem hebben in de adviesprocedures, de inzichten veranderd. Ze hebben nu meer waardering voor het vakmanschap

R Vblad 02-9

, i 14. Haarlem, Rakenessertoren. 1976.

van de 17de- en 18de-eeuwse instrumentmakers en hun trans- parantere klankideaal. Dat blijkt onder meer uit adviezen om - vervangende klokken aan te passen aan de bestaande in plaats van andersom; - historische drie-octaafsinstru- menten, zoals dat van de Zuider- kerk te Amsterdam, niet uit te breiden tot vier oktaven; - slechts minimaal bij te stemmen, dat wil zeggen tot de afwijking nog net valt binnen de tolerantie- grens van gemiddeld vijf cents per octaaf. Anderzijds wordt incidenteel ook het advies van de Rijksdienst voor de Monumentenzorg opgevolgd en het bijstemmen geheel achter- wege gelaten. In het geval van de beiaard van Kampen stuitte dat op weinig muzikale weerstand: het instrument was niet erg aangetast. Bij de uit 1596 daterende Van den Gheinbeiaard van de Speeltoren te Monníckendam was de tegenstand van de muziekwereld om tegenovergestelde reden gering: het instrument was muzikaal nooit erg hoog geschat. In Sint- Maartensdijk op Tholen (Z.) zijn musici en monumentenzorgers tot een compromis gekomen: de Van den Gheinklokken, die al bij hun aflevering in de 16de eeuw erbarmelijk vals waren, werden op de automatische speeltrommel

Aantasting

RVblad 02-10

Koninklijke Eijsbouts in 1990 twee instrumenten die beide ongeveer dertig jaar eerder waren afgele- verd of gereviseerd. Het ene, de Philipsbeiaard uit Eindhoven, was nog nagenoeg gaaf. Het andere had in de Sint-Pieterstoren in Leuven gehangen en bleek ernstig gecorrodeerd. België stookt nog steeds steenkool.

15. Haarlem, Grote kerk. Gedeelte van de beiaard, bestaande uit nieuwe klokken, in de vieringtoren van de Grote kerk te Haarlem, 7 9 70.

aangesloten. De beiaardier bespeelt een nieuw instrument ernaast.

Internationaal Het zou interessant zijn om dit onderzoek te vergelijken met buitenlandse bevindingen. Zo zou wellicht de steenkoolhypothese getest kunnen worden of de toonanalysemethode vergeleken met andere methodes. Helaas is zulk onderzoek er niet. In de meeste andere landen is de klokkenkunst beperkt tot luidklok- ken. Die hangen niet bij elkaar in grote aantallen van gelijkvormige klokken en zijn ook minder nauwkeurig gestemd. Toonveran- deringen vallen daardoor minder snel op en zijn moeilijker

meetbaar. Luidklokken zijn bovendien gemiddeld veel groter, zodat de invloed van materiaalver- lies op de toon geringer is. Binnen de landen die wel over carillons beschikken, is Nederland bovendien nog steeds toonaange- vend. Een indicatie: in 1970 hingen in Nederland ongeveer 140 carillons, in België 80, in Frankrijk 25 en in de Verenigde Staten en Canada samen eveneens 140. Die concentratie van instrumenten geeft Nederland ook een centrum- positie in kunde en kennis. Wat in ons land bekend is over de staat van beiaarden in het buiten- land berust op ervaringen van Herkomst afbeeldingen 7 beiaardiers en klokkengieters en bevestigt de bevindingen van A. Lehc 1, 2 Thomassen. Zo restaureerde de RDMZ: 3, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15

Aantasting

Noten

1 Aantasting van beiaarden door luchtverontreiniging. Koninklijke Eijsbouts B.V. Klokkengieterij en fabriek van torenuurwerken. Asten, februari 1988. 2 A. Lehr. De restauratie van de beiaard van Amersfoort. Asten, 1956. 3 Studie betreffende de eventuele uitbreiding onder andere van de vier Hemonycarillons te Amsterdam. Amsterdam, Publieke Werken 1957, 41-42. I De partialen zijn fysisch aantoonbare verschijnselen van de klokkewand. De slagtoon daarentegen is een iysiolo- gisch verschijnsel in het oor en de hersenen. Voor het corrossieonderzoek is de slagtoon niet belangrijk, omdat metingen en berekeningen uitsluitend aan fysische trillingen mogelijk zijn. 5 De klokken zijn in 1664 door de gebroeders Hemony gegoten. De oktaven bleken bij restauratie tussen 1963 en ‘66 gemiddeld 17 cent te kort, de hoogste nominale c was een kwarttoon = 55 cent te laag. Na reinigen waren de octaafverkortingen nog groter: 22 cent, en was de hoogste c een derde toon te laag. 5 Als bron noemt Thomassen het Internationaal Energie Agentschap in Brussel. ’ J. Kalf. Carillons zijn monumenten. Bulletin KNOB 1953. 129-142.

Summary

The problem of corrosion of Dutch carillons came to light between 1950 and 1960 and within a short period of time, the full extent of the problem became clear. It was so extensive that experts feared that large parts of the national collection of bells would definitely be lost. Air pollution appeared to be the greatest cause. Around 1985, the government commissioned the Royal Eijsbouts, inc. bel1 foundry to investigate the extend of the damage in relation to the spread of air pollution around the country. Eijsbouts chose the method of sound analysis. In bel1 bronze, damage in the form of material loss reveals itself immediately in the sound; the extent of this damage can be traced by means of existing knowledge about historie tuning methods. The result was surprising: the corrosion had practically come to a standstill, based on analysis from various tone recordings from 26 instruments located around the country. The deviations in relation to the original tuning, which were often substantial in recordings taken in the years between 1950 and 1970, were scarcely more than measurement error in recordings in 1984 and 1985. Furthermore, the degree of corrosion coincided with the concentration of air pollution above The Netherlands, and especially with the concentration of sulphur-soot emission from coal and oil heating. The corrosion began in the second half of the 19th-century when the use of coal increased under the influence of the industrial revolution. In the case of a number of instruments, the corrosion continued at an even quicker pace after 1950 - the period of renewed industrial growth - when the use of coal and oil rose to a peak. Finally, the stagnation after 1975 coincides with the gradual transition to natura1 gas as a primary source of energy.

RVblad 02-11

The investigation did not produce enough data about local sources of pollution to be able to explain al1 the local differences in corrosion. Nor did it completely exclude causes other than sulphur and soot. The results have already proved their genera1 usefulness in practice. When it became apparent that the situation was no longer acutely dangerous, al1 preventative treatments for corrosion of instruments were discontinued. In actuality, it is not certain that Dutch carillons are definitely out of the danger zone. On the one hand, there are indica- tions that the progression of the corrosion is slow. On the other hand, considering the predictions concerning the use of energy, the tempo could increase again.

ROMZ RV 1992127-13