Omgaan met Vocht en Zout€¦ · De geschiedenis van de monumentenzorg is er een van voortdurende...

Symposium MonumentenKennis

Omgaan met Vocht en Zout

Amersfoort, 28 november 2018

Symposium MonumentenKennis | Omgaan met Vocht en Zout

0

Colofon: Nijland, T.G., red., 2018. Omgaan met Vocht en Zout. Syllabus symposium MonumentenKennis, Amersfoort, 28 november 2018. ISBN 978-90-5986-494-8. In deze pdf versie zijn enige errata uit de gedrukte versie gecorrigeerd. MonumentenKennis is een programmatische samenwerking tussen TNO, de TU Delft en de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed. Voor info, zie www.monumentenkennis.nl Coverfoto: Obernkirchener zandsteen met alveoli, een vorm van zoutschade. © Artikelen en foto’s: auteurs, tenzij anders vermeld.


1

Inhoud

Programma 2 Nijland, T.G. Voorwoord

3

Hof, J. van ‘t Van droom naar materiaal; erfgoedzorg tussen Ruskin en heden

4

Nijland, T.G. Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van Een plaag van alle tijden: zout. Over oude en toekomstige schade, oud en toekomstig onderzoek

12

Granneman, S., Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van Kalkmortel met een snufje chemie

36

Bouvrie, E. des & Lubelli, B. In-situ onderzoek naar de zoutbestendigheid van (pleister)mortels met ingemengd kristallisatie-inhibitor

45

Quist, W., Dam, J. van & Hees, R. van Hydrofoberen: duurzaamheid in de praktijk

57

Hees, R.P.J. van, Lubelli, B. & Hacquebord, A. 60 Injectie tegen optrekkend vocht…werkt het ?

Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Bolhuis, J. Optrekkend vocht: Hoe kiest u een geschikte interventie ?

74


2

Programma

9.00 - 9.30 Ontvangst

9.30 - 9.40 Opening – Michiel van Hunen, RCE, dagvoorzitter

9.40 - 10.10 Van droom naar materiaal; erfgoedzorg tussen Ruskin en heden – Jan van ‘t Hof, RCE

10.10 - 10.20 Introductie op het thema Zout - Michiel van Hunen, RCE

10.20 - 10.50 Een plaag van alle tijden: zout. Over oude en toekomstige

schade, oud en toekomstig onderzoek – Timo G. Nijland, TNO

10.50 - 11.20 Koffie / thee

11.20 - 11.50 Kalkmortel met een snufje chemie – Sanne Granneman, ?

11.50 - 12.20 In-situ onderzoek naar de zoutbestendigheid van (pleister)mortels met ingemengd kristallisatie-inhibitor – Ernst des Bouvrie, TU Delft

12.20 - 13.15 Lunch 13.15 - 13.25 Introductie op het thema Vocht – Michiel van Hunen, RCE

13.25 - 13.55 Hydrofoberen: duurzaamheid in de praktijk – Wido Quist, TU

Delft

13.55 - 14.25 Wel of niet herhydrofoberen van hervoegd gehydrofobeerd metselwerk – Kim van Zundert, TNO

14.25 - 14.55 Injectie tegen optrekkend vocht…werkt het? – Rob van Hees,

TU Delft

14.55 - 15.25 Optrekkend vocht: Hoe kiest u een geschikte interventie ? – Barbara Lubelli, TU Delft

15.25 - 15.55 Koffie / thee

15.55 - 17.00 Excursies

17.00 - 17.15 Afsluiting

17.15 - 18.30 Receptie


3

Voorwoord

Timo G. Nijland TNO

In 2015 zijn TNO, de TU Delft en de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed een programmatische samenwerking gestart onder de naam MonumentenKennis. Deze samenwerking was in eerste instantie voor vier jaar. Na de symposia Kennis van Natuursteen in 2015 en Kennis van de gevel in 2016 markeert het symposium Omgaan met Vocht en Zout het einde van deze eerste periode. Dit symposium laat ook zien dat de drie partijen ook buiten het geprogrammeerde onderzoek samenwerken door resultaten van TNO-onderzoek met bedrijven TU Delft onderzoek in het kader van het JPI Cultural Heritage en het IOP Self-healing Materials te laten zien. 2018 markeert niet alleen het einde van de eerste vierjarige ,-eerste, want alle drie partijen willen de samenwerking verlengen-, periode van MonumentenKennis, maar ook het honderdjarig bestaan van de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed en voorgangers, waarvan het Rijksbureau voor de Monumentenzorg de eerste was. Ook daaraan wordt aandacht besteed op dit symposium.


4

Van droom naar materiaal. Erfgoedzorg tussen John Ruskin en heden.

Jan van ’t Hof Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed

Inleiding De geschiedenis van de monumentenzorg is er een van voortdurende wisselwerking tussen wetenschap en romantiek, en tussen populariteit tegenover afzondering. Door de tijd zijn allerlei middelen ingezet om het meervoudige doel, namelijk waardering voor en behoud en gebruik van erfgoed te bevorderen. Voorheen werd erg ingezet op inventariseren, beschrijven en duiden; men wist immers niet wat er was. Wetenschappelijke studie was ook een belangrijke activiteit. Tegenwoordig staan het gebruik en het toekomstbestendig maken, -in weerwil van bijvoorbeeld veranderend gebruik, klimaatverandering, duurzaamheid en toerisme-, meer centraal. Ook zijn de communicatiemiddelen veranderd: van het geschreven woord via televisie nu internet en sociale media. Verder wordt erfgoed tegenwoordig weer, na meer dan een eeuw specialiseren, integraal bekeken. Opvallend is hoeveel thema’s die tegenwoordig actueel zijn door Victor de Stuers, de grondlegger van der Nederlandse monumentenzorg, al benoemd zijn.

Het begin van de erfgoedzorg: een ideaal, geworteld in het verleden, met één juiste bouwstijl als uitkomst Voor monumenten en kunst is altijd gezorgd, maar het was niet altijd bewust zorg voor erfgoed en zeker niet geïnstitutionaliseerd. De bewustwording van monumenten en erfgoed kwam in, -na een eerdere start volgend op de Franse revolutie-, een Europabrede stand van ontwaken rond 1850, het tijdperk van revoluties en industrialisatie. Tegelijkertijd was er ook een andere omgang met kennis. Het creationisme was gedurende de negentiende eeuw dominant en de schepping van de wereld kon volgens sommige theorieën tot op de dag nauwkeurig bepaald worden. In 1815 werd echter de eerste versie van William Smiths geologische kaart van Engeland gepubliceerd. De opbouw van de aardlagen en de samenstelling van gesteentes kwamen in een heel ander daglicht te staan: de aarde bleek geen willekeurige brij te zijn, maar een specifieke opbouw te vertonen. Wetenschapsbeoefening aan bijvoorbeeld de beroemde Engelse universiteiten bestond in de eerste helft van de negentiende eeuw hoofdzakelijk bestaan uit godgeleerdheid, letteren en de klassieke oudheid. Zelfs zo dat de op zich wel bestaande wetenschappelijke verzamelingen in een dermate bedroevende staat verkeerden dat er echt iets moest gebeuren. In Oxford werd in 1847 het initiatief genomen tot een nieuw gebouw voor wetenschap en onderzoek, het huidige Oxford University Museum of Natural History (Ferry 2011). Het gebouw werd geopend in 1860. Het gaf een enorme impuls aan de groei van de exacte wetenschappen en anderhalve eeuw later kunnen we vaststellen dat de geesteswetenschappen in een omgekeerde positie verkeren ten opzicht van rond 1850. Het is fascinerend om te zien dat één van de adviseurs bij de bouw van het museum in Oxford Ruskin was.


5

John Ruskin John Ruskin (1819-1900) was een schrijver en criticus die een hang naar het verleden, naar de tijd dat Engeland bestond uit één maatschappij, één kerk, zelfs één bouwstijl beoefende, en dat combineerde met een missie. De romantiek zwelgde eerder in de negentiende eeuw in natuurgevoel en onbereikbare liefde. Ruskin combineerde liefde voor het verleden met een maatschappelijke opgave: goede kunst moet er zijn voor iedereen, hij moet ook worden gemaakt door betrokken en in hun vak vrije vaklieden en uiteindelijk leiden tot een betere maatschappij met eendrachtige Godsvrucht. Dat alles stond rond 1850 onder druk: industrialisatie, standaardisatie, groei van steden: dit leidde enerzijds tot Karl Marx’ en Friedrich Engels’ Communistisch manifest (1848) en anderzijds tot John Ruskins The Seven Lamps of Architecture (Ruskin 1851-1853) en The Stones of Venice (Ruskin 1851-1853). Overigens werd de archeologie ook diepgaand beïnvloed door de nieuwe inzichten en later ook door Darwins evolutieleer. Het museum in Oxford moest ruimte bieden aan de wetenschap en het gebouw moest daarvan ook in op meer manieren getuigen. De versiering werd afgeleid van planten uit de botanische tuin in Oxford en de zuilen die werden gebruikt voor de omgangen rond de binnenplaats zijn alle gemaakt van andere soorten Engelse, Schotse en Ierse natuursteen. Uiteraard mét vermelding van de naam, het was immers een wetenschappelijke instelling. Ruskin was een pleitbezorger van deze ‘natuurlijke’ versiering omdat hij Gods schepping de leidraad voor het leven en daarmee ook voor de decoratie van gebouwen vond. Het was dan ook volstrekt vanzelfsprekend dat het gebouw in gotische stijl moest worden opgetrokken: Engeland was immers de directe erfgenaam van twee eerdere, leidende beschavingen: Tyrus en Venetië. En Engeland beleefde haar grootste bloei tijdens de middeleeuwen, toen de gotiek dé bouwstijl was. Bovendien bestonden er toen geïdealiseerde denkbeelden over de maatschappij, die weliswaar hiërarchisch was maar ook doortrokken van gemeenschapszin. Ruskin was één van de eerste denkers over monumentenzorg en Venetië was een favoriet onderwerp en een grote inspiratiebron voor hem. Het is kan als programmatisch worden aangemerkt dat hij een boek over architectuurgeschiedenis en monumentenbehoud begint met het materiaal: The Stones of Venice. Ruskin ziet het verval van Venetië met lede ogen aan, alhoewel hij het begin van dat verval al zeshonderd jaar geleden laat beginnen: ‘I date the commencement of the Fall of Venice from the death of [doge] Carlo Zeno, 8th

May, 1418.’ (Ruskin 1851-1953 (2003), p. 15).

Al op de eerste bladzijde geeft Ruskin aan dat hij Engeland ziet als de enige erfgenaam van Venetië: ‘three thrones (…): the thrones of Tyre, Venice, and England.’ Het Bijbelse Tyrus is inmiddels vergaan, maar Venetië is er nog. Nog, want de stad wordt bedreigd, ze is in de laatste fase van verval (voor de goede orde, dit werd geschreven in 1853), ‘a ghost upon the sands of the sea.’ En hij ziet een waarschuwing in het beuken van de golven ‘against the STONES OF VENICE’ (Ruskin 1851-1853 (2003), p. 13).


6

Fig. 1. Het water stroomt Ca’ d’Oro in Venetië binnen. Uitdaging voor zowel materiaal als

mens (Foto J. van ’t Hof, 2016).

Ruskin zette de toon voor het debat over erfgoed en die toon wordt nog gehoord. De toon die aangeeft dat restauratie in wezen verlies is van materiaal en daarmee van de zeggingskracht van erfgoed. Tegelijkertijd waren er ook andere geluiden en die drongen wellicht nadrukkelijker tot Nederland door, namelijk van Franse en Duitse zijde. Nederland was immers veel minder op Engeland gericht dan we nu geneigd zijn te denken. In Frankrijk en vooral Duitsland werd de neogotiek ook als een belangrijke en zelfs nationale bouwstijl gezien; het belangrijkste voorbeeld daarvan is de afronding van de bouw van de dom van Keulen, die sedert de vijftiende eeuw stil lag. Ruskin nam een afwijkend standpunt in; hij vond weliswaar de gotiek de enig juiste bouwstijl voor nieuwbouw, maar had een afkeer van restauratie omdat daarmee de ziel van het gebouw verdween: ‘Aphorism 31. Restoration, so called, is the worst manner of destruction’ (Ruskin 18880 (1989), p. 194). En die ziel lag dan weer in het handwerk dat eerdere vaklieden hadden achtergelaten in hun vrije werk: vormgeving en uitwerking van decoratie. En in de verschillende kleurschakeringen van materialen, het liefst eigen daaraan en niet geschilderd’ (Brooks 1999). Toch was uiteindelijk de geschiedenis van een gebouw belangrijker voor hem: ‘For, indeed, the greatest glory of a building is not in its stones, nor in its gold. Its glory is in its Age’ (Ruskin 18880 (1989), p. 189). In Frankrijk werd ook wel een ander geluid vertolkt; Viollet-le-Duc had er bijvoorbeeld geen enkel probleem mee een gebouw te perfectioneren in wat hij vond dat de geest van de bouwtijd was, ongeacht het aanwezige materiaal (Denslagen 1987, p. 83-84). Dat de gotiek voor Ruskin dé bouwstijl was, was niet zomaar. Hij geeft aan dat smaken weliswaar verschillen, maar hij gelooft ‘in full that men are intended (…) to know good things from bad’ (Ruskin 1851-1853 (2003), p. 27). Uiteindelijk komt het er wat hem betreft op neer dat mensen Gods schepping in de natuur moeten herkennen en vervolgens omzetten in goede of zelfs gezonde architectuur; we moeten onszelf zetten tot ‘the revival of a healthy school of architecture in England’ (Ruskin 1851-1853 (2003), p. 244).’ Alles wat Vitruvius of Palladio te maken heeft moet worden uitgebannen (Ruskin 1851-1853 (2003), p. 245). Het antwoord ligt in de eigen Engelse gotiek, die is immers ‘animated, serviceable, and faithfull’ (Ruskin 1851-1853 (2003), p. 245). Niet voor niets had Ruskin eerder al een eigen ordening van de waarde van bouwkunst gemaakt en niet die van Palladio overgenomen. Palladio vond dat architectuur degelijk, functioneel en mooi moest zijn: ‘utility, or convenience, duration and beauty’ (Palladio 1738 (1965). Ruskin stelde daarentegen dat architectuur goed moet doen, spreken en uitzien (‘act well, speak well, look well’; Ruskin 1851-1853 (2003), p. 29).


7

De situatie in Nederland Onderwijl kwam in Nederland de industrialisatie pas ongeveer een eeuw later op gang dan in bijvoorbeeld Engeland. Maar erfgoed kreeg ook hier een stem toen de afbraak van monumenten en de uitverkoop van kunst leidde tot het schotschrift van Victor de Stuers Holland op zijn smalst (1873) en de oprichting van zowel de institutionele als de particuliere erfgoedzorg: het instellen van een bureau bij het ministerie van Binnenlandse Zaken (1875) en de oprichting van de Vereniging Rembrandt (1883). Later volgden de Bond Heemschut (1911), de Vereniging Hendrick de Keyser (1918) en andere organisaties, die steeds specifieker werden in hun doelstelling, bijvoorbeeld welstand, molens, of de negentiende eeuw. Ook werd de systematische beschrijving van monumenten ter hand genomen en die van de Nederlandse kunstgeschiedenis. Dat gebeurde soms ook nog in dezelfde boeken, want van verregaande specialisatie was nog geen sprake. Het loont de moeite om wat nadrukkelijker in te gaan op jonkheer Victor de Stuers (1843-1916). Het is bijna adembenemend om te lezen dat hij alle hedendaagse thema’s in 1873 al benoemde; hier volgen enkele voorbeelden. Hij noemde de verbindende kracht van erfgoed. Hij noemde, het economische argument: ‘met cijfers aan te toonen dat ook kunsten en wetenschappen een batig slot zullen afwerpen.’ Hij meldde het toerisme, en ook beladen erfgoed kwam langs; hij vond behouden daarvan geen punt, integendeel: ‘dat het een vrij kinderachtig begeeren is, om een gebouw te doen boeten voor gruwelen door menschen gepleegd.’ Maar ook de schade die via subsidie indirect wordt veroorzaakt, brandgevaarlijke situaties in musea enz. liet hij niet onvermeld. Dat erfgoed integraal moet worden bekeken benoemde hij niet; voor hem hadden monumenten, archeologie en voorwerpen van kunst én geschiedenis alle waarde en samenhang en die laatste was voor hem vanzelfsprekend. Regelmatig wond hij zich enorm op, bijvoorbeeld: ‘Alle daden van wandalisme op te noemen (…) zou een reuzenwerk wezen’. Hij zag erfgoed ook als een kans: erfgoed kan de maatschappij beschaven, bijdragen aan gepaste trots over het vaderlands verleden, inspiratie leveren voor nijverheid en bouw en leiden tot meer welvaart. Hij zag erfgoed als verbindend, meer nog dan bijvoorbeeld taal. Veel mensen lezen immers niet (een gedurende de anderhalve eeuw die hier wordt behandeld een terugkerend thema), maar kunnen wel van erfgoed genieten. De Stuers legde ook de basis voor een restauratie-ethiek: hij wilde geen ‘verkeerdelijk verrichte restauratiën’ en bij nieuwe toevoegingen wilde hij, zoals in Duitsland, harmonie tussen oud en nieuw. Bijna aan het eind van zijn epistel riep hij op tot het vormen van een aparte erfgoeddienst . Die kwam er ook, in 1875 en met hemzelf aan het hoofd. Ondertussen was het debat over bouwstijlen niet verstomd. Voor het eerst werden de verschillende bouwstijlen beschreven; Ruskin was daar al mee begonnen, maar ook andere schrijvers zoals de, van oorsprong Duitse, Delftse hoogleraar Eugen Gugel (1832-1905) werkten daaraan. Plaatwerken verschenen om een en ander te illustreren. De komst van nieuwe bouwmaterialen zoals destijds beton en steeds verder gaande mechanisatie en standaardisatie noopten tot een debat over nieuwbouw, maar ook over erfgoed. Bouwmaterialen werden onderwerp van academische studie onder leiding van de Delftse professor J.A. van der Kloes (1845-1935) In de nieuwbouw werd het pleit uiteindelijk en beslist door het moderne bouwen (in al zijn veelzijdigheid), maar in de monumentenzorg was dat minder vanzelfsprekend. Om het debat richting te geven werden door Jan Kalf de Grondbeginselen geschreven (publicatie in 1917), uitkomst van een eerder gevoerd discours binnen de Nederlandse Oudheidkundige Bond. De belangrijkste samenvattende en nog steeds veel in adviezen geciteerde uitspraak was ‘behouden gaat voor vernieuwen’, waarmee Kalf in wezen de ethiek van zowel Ruskin als van Franse en Duitse collega’s volgde. Hij was qua stijl echter minder eenkennig dan Ruskin en hij besteedde ook


8

aandacht aan bijvoorbeeld herbestemmen. Een ideologie zoals Ruskin of een verontwaardiging als De Stuers kende hij echter niet. In 1918, het jaar na de publicatie van de Grondbeginselen, werd het Rijksbureau voor de Monumentenzorg opgericht, voorloper van de huidige Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed.

Stroomversnelling vanaf 1945: techniek en televisie De jaren zestig waren het toneel van grote maatschappelijke omwentelingen. Ook in de archeologie, de bouwkunde en de kunstgeschiedenis waren er grote ontwikkelingen. Zo had de scheikundige Willard Libby (1908-1980) enorme invloed op de archeologie via zijn C14 techniek, die ertoe leidde dat archeologische voorwerpen veel preciezer konden worden gedateerd. De bouwkunde kreeg te maken met verdergaande invloed van de wetenschap, in het bijzonder door de introductie van de bouwfysica. En kunst werd onderworpen aan wetenschappelijk onderzoek van onder meer prof. J. van Asperen de Boer, wat grote invloed had op de kennis van de wordingsgeschiedenis én herschreven door de iconografische vernieuwing van prof. E. de Jongh. Bouwhistorie ontstond als nieuwe discipline. Naast deze wetenschappelijke ontwikkelingen kwamen massamedia op. Tot deze tijd moest men zich van het geschreven en gesproken woord bedienen, maar in de jaren zestig maakte de maatschappij op grote schaal kennis met het nieuwe massamedium televisie. In Engeland maar ook andere landen had de serie Civilisation een diepgaande invloed op de waardering van erfgoed. De presentator was kunsthistoricus Lord Kenneth Clark (1903-1983). Onberispelijk gekleed en met op de achtergrond bijpassende muziek voerde hij mensen langs allerlei plekken die de westerse beschaving wat hem betreft droegen: Rome, Parijs, Holland.1 Tot die tijd was erfgoed niet uitsluitend, maar wel in belangrijke mate iets van de maatschappelijke bovenlaag. Dat had uiteindelijk ook te maken met de definitie van erfgoed, die zich richtte op de top van de piramide. Maar via de genoemde serie maakten veel mensen kennis met erfgoed doordat de presentator ze meenam naar plekken waar ze vaak nooit geweest waren en hij die plekken via beelden, verhalen en muziek, -een integrale en vertellende manier-, liet spreken. Hij was in wezen een opvolger van Ruskin, die ook de relatie tussen erfgoed en beschouwer tot stand wilde brengen. Alleen had Clark de TV tot zijn beschikking. En mensen bleken daadwerkelijk geïnteresseerd. Vervolgens wilden ze die bijzondere plekken ook allemaal zien en dat leidde al tijdens Clarks leven tot een grote toename van toerisme. Clark kreeg bijvoorbeeld allerlei brieven van mensen hoe ze het eiland Iona, bakermat van het westerse christendom, konden bereiken. Het werd sindsdien druk op deze naar zijn aard afgelegen plek: een klooster op een rots (Stourton 2017, p. 327). Clark had ook specifieke ideeën over erfgoedzorg. Hij vond nieuwbouw moeilijk te verzoenen met historische steden en dorpen en voerde met succes campagne voor behoud; de jaren zestig waren immers ook in Engeland jaren van ongekende sloop en nieuwbouw. Hij werd daarbij geleid door idealen over schoonheid, maar ook: ‘no society (…) can cut itself of its history (…) without impoverishment or even destroying its spirit’ (Stourton 2017, p. 312 e.v.). Hij legde evenals anderen voor hem de relatie tussen erfgoed en maatschappij.

Omgang met erfgoed: uitgangspunten Door allerlei ontwikkelingen, zoals de herbouw na de Tweede Wereldoorlog, technologische en maatschappelijke ontwikkelingen werden er in de jaren zestig nieuwe


9

restauratiebeginselen opgesteld. Verregaande restauraties leidden tot ‘nieuwe historische monumenten’; reconstructie naar een eerdere staat leidde in allerlei historische kernen tot technisch én architectonisch verantwoorde restauraties, maar ook tot verlies van historisch materiaal.2 Naar analogie met ingrijpende restauraties van schilderijen kan worden gesproken van gebouwen ‘in de trant van’. Dit keer niet nationaal, maar op internationaal niveau: het Charter van Venetië (1965), International charter for the conservation and restoration of monuments and sites.3 Het charter wordt nog geregeld aangehaald, waarbij overigens sommige passages meer benadrukt worden al naar gelang de noodzaak: artikel 6 geeft aan: ‘No new construction, demolition or modification which would alter the relations of mass and colour must be allowed.’ Samenvattend: doe altijd onderzoek, respecteer het oude, laat het nieuwe afwijkend zijn maar nooit het bestaande overvleugelen. Meer dan eerder werd het belang van het gebruik van een monument benadrukt, daarbij vooruitlopend op de discussie over herbestemmen die tegenwoordig gangbaar is. Venetië was niet alleen voor Ruskin een dankbaar onderwerp, maar dat het charter daar werd gepresenteerd zal geen toeval geweest zijn. Het door Ruskin vastgestelde verval ging blijkbaar door en Gianfranco Pertot (2004) heeft aan één boek eigenlijk niet genoeg om alle misstanden inzake verkeerde restauraties, vernielingen en dergelijke aan de kaak te stellen. In Nederland werd het charter gebruikt als inspiratie voor het document ‘Het restaureren van gebouwen: algemene uitgangspunten’ (Rijksdienst voor de Monumentenzorg 1991). Conserverend herstel en omkeerbaarheid van ingrepen waren de leidende principes. Opvallend is dat Kalfs Grondbeginselen nog werden door tien mensen, 50/50 architecten en andere deskundigen, terwijl het document uit 1991 een ambtelijk stuk was.

Tegenwoordige trends en uitdagingen Inmiddels bleken deze uitgangspunten aan herziening toe. De Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed heeft deze in november 2018 afgerond onder de werktitel interventie-ethiek. Een wezenlijk verschil met de eerdere documenten is tweeledig. Ten eerste: de openingspassage meldt ‘monumenten veranderen’; dat is een heel ander uitgangspunt dan ‘behouden gaat voor vernieuwen’ (1917), laat staan dan Ruskins maatschappij-omvattende ideeën over inspiratie en behoud. Ten tweede: de ethiek gaat vergezeld van een wegingsinstrument en van een wegwijzer voor gemeentes. Daarmee is afgestapt van het maken van een papieren document alleen: hoe het kan worden gebruikt is onderdeel van het project. Erfgoed heeft uitdagingen van materiële aard (instandhouding via ingrepen, ondersteund door onderzoek én geld), maar deze moeten altijd worden begeleid door gedachtes en zelfs modellen over de erfgoedwaarde. Hieraan is ingaande 2015 gewerkt door een consortium van TNO, TU Delft en de RCE onder de naam MonumentenKennis.4 Het vernieuwende is tweeledig. Enerzijds wordt er onderzoek gedaan op basis van daadwerkelijke casus, anderzijds zijn daarbij steeds de drie partijen betrokken zodat praktijk, onderzoek en onderwijs steeds met elkaar verbonden zijn. In het afgelopen decennium zijn ook onderzoeken gefinancierd door het Joint Programming Initiative Cultural Heritage5 en wordt gewerkt aan en structurele samenwerking via de European Research Infrastructure Heritage Science.6 Deze initiatieven aan dat onderzoek grensoverschrijdend is en streven daarbij ook naar een minder impulsgestuurde aanpak. De Europese Commissie is geregeld bereid deze initiatieven te ondersteunen aangezien erfgoed wordt gezien als verbindend, verdienend én vernieuwend. Daarmee draagt het bij aan welvaart en welzijn in Europa. Een interessante trend hierbij is wel dat Brussel de laatste jaren de maatschappelijke kant van erfgoed meer belicht (en van subsidie voorziet)


10

en minder genegen is tot ondersteuning van wetenschappelijk onderzoek.7 Terwijl een meer brede trend juist is dat de geesteswetenschappen zich in het licht van onder meer big data en wisdom of the crowd opnieuw moeten uitvinden: wat zijn de vragen die bijvoorbeeld natuurwetenschappelijk onderzoek moet beantwoorden ? Hoe gaan we om met de tot nu toe vruchtbare invalshoeken via multi- en interdisciplinair onderzoek ? Die welvaart van de afgelopen decennia leidde tot een belangstelling voor en een toevloed naar erfgoed die Ruskin, Kalf en Clark niet hadden kunnen voorzien. Erfgoedtoerisme is inmiddels een bekend begrip. Nu mensen meer te besteden hebben én ze beter zijn opgeleid willen ze het erfgoed blijkbaar ook in het echt zien. Venetië is hierbij niet voor het eerst in de geschiedenis trendsettend: Ruskin zag de stad als ijkpunt in de geschiedenis, maar inmiddels wil men op allerlei plaatsen ter wereld en zeker ook in Amsterdam ‘geen Venetië worden’. Hoogleraar Paul Scheffer (2018) vroeg zich onlangs af wat wij én erfgoed allemaal opschieten met massatoerisme. Opvallend is daarbij ook de ‘democratisering’: Clark noemde zijn TV-serie Beschaving; een eigentijds programma over erfgoed en plekken is veelzeggend naar de hoofdpersonen genoemd: Hier zijn de Van Rossems.

Afronding Na communicatie via woord, geschrift en televisie zijn we inmiddels aangeland in het tijdperk van internet en sociale media. Deze bieden allerlei kansen, van serious gaming tot en met apps die het interieur van ontoegankelijke monumenten laten zien. Tegelijkertijd is er een bepaalde vluchtigheid ontstaan in het vastleggen van bijvoorbeeld restauraties en het ontsluiten van nieuw en bestaand bronnenmateriaal. Dit is één van de nieuwe uitdagingen. Een deel van de huidige uitdaging is uiteraard benoemd en van geld of aandacht voorzien in de beleidsbrief Erfgoed telt van de minister van OCW, Ingrid van Engelshoven9. Naast herbestemming van kerken, verduurzaming van monumenten, erfgoed en de leefomgeving en instandhouding van archeologisch en gebouwd erfgoed staat wéér het verhaal centraal. De minister noemt de waarde van erfgoed voor verbinding en identiteit en roept op om, bijvoorbeeld via de Canon van Nederland ‘het verhaal’ van ons erfgoed te vertellen.10 Daarmee is de cirkel rond, want sedert de negentiende eeuw is al de vraag gesteld: wat is erfgoed, wat zegt het ons, hoe gaan we er mee om, en hoe vertellen wij daarover. Frappant is wel dat ‘het verhaal’ eerst werd verteld door de liefhebbers, later door professionals, en nu door ‘iedereen’. En tegelijkertijd is het begrip erfgoed verbreed van topkunst en architectuur naar alle materiële en immateriële en zowel klassieke als populaire en hedendaagse cultuur. John Ruskin vroeg aandacht voor erfgoed en onderstreept daarbij materiaal, de stenen van Venetië. Victor de Stuers benoemde beladen erfgoed al. Het verbinden van erfgoed en identiteit is actueel, zie Ons erf van Warna Oosterbaan (2014). Hopelijk leidt het bovenstaande niet alleen tot meer studie over de materiële en maatschappelijke kanten van erfgoed, maar ook tot een nieuwe droom.


11

Fig. 2. Eén van de vele cruiseschepen die Venetië dagelijks aandoen. Toerisme: kans of

bedreiging ? (Foto J. van ’t Hof, 2016).

Noten 1 Via de zoekterm civilisation 1969 kunnen alle dertien afleveringen eenvoudig via youtube bekeken worden. 2 Een recent overzicht hiervan is te vinden in Stenvert & Van Tussenbroek (2016). 3 Zie: https://www.icomos.org/charters/venice_e.pdf. 4 Zie: https://www.monumentenkennis.nl. 5 Zie: http://www.jpi-culturalheritage.eu/. 6 Zie: http://www.e-rihs.eu/. 7 Zie: http://blogs.encatc.org/culturalheritagecountsforeurope//wp-content/uploads/

2015/06/CHCfE_FULL-REPORT_v2.pdf. 8 Via Uitzending gemist eenvoudig te vinden op de webstek van de publieke omroep. 9 Zie: https://cultureelerfgoed.nl/nieuws/beleidsbrief-erfgoed-telt-vandaag-gepubliceerd. 10 Zie: https://www.entoen.nu/.

Referenties Brooks, C., 1999. The Gothic revival. Phaidon, Londen. Denslagen, W.F., 1987. Omstreden herstel. Kritiek op het restaureren van monumenten. SDU, Den

Haag.

Ferry, G., 2011. A wonderland of natural history. A souvenir guide. Oxford University Museum of Natural History, Oxford.

Ooosterbaan, W., 2014. Ons erf. Identiteit, erfgoed, culturele dynamiek. De Bezige Bij, Amsterdam. Palladio, A., 1738. The four books of architecture. Herdruk 1965, Dover Publicaitons. Boek 1,

hoofdstuk 1.

Pertot, G., 2004. Venice. Extraordinary maintenance. A history of the restoration, conservation, destruction and alteration of he city from the fall of the Republic to the present. Paul

Holberton, Londen. Rijksdienst voor de Monumentenzorg, 1991. Restauratie Vademecum. SDU, Den Haag.

Ruskin, J., 1851-1853. The Stones of Venice. Redactie J.G. Links (2003), De Capo Press, New York.

Ruskin, J., 1880. The seven lamps of architecture. Herdruk 1989. Orpington, Sunnyside, Kent. Scheffer, P., 2018. Een dweilpauze voor dagjesmensen. NRC Handelsblad, 29 augustus 2018.

Stenvert, R. & Tussenbroek, G. van, red., Het gebouw als bewijs. Matrijs, Utrecht. Stourton, J., 2017. Kenneth Clark. Life, art and civilisation. 2e editie, Knopf, Londen.

Stuers, V. de, 1873. Holland op zijn smalst. De Gids 37:320-403.


12

Een plaag van alle tijden: zout

Over oude en toekomstige schade, oud en toekomstig onderzoek

Timo G. Nijland1, Barbara Lubelli2 & Rob P.J. van Hees2

1TNO, 2TU Delft

Inleiding Met zout, waarvan Mark Kurlansky in zijn boek Salt, a world history (2002) de talrijke invloeden op de geschiedenis beschrijft, is het een beetje ongemakkelijk. De Middeleeuwse folklore wil weliswaar dat ‘das wolthätige Salz abgesprochen und als Sicherungsmittel gegen alle zauberei angesehn werden konnte, denn der Hexenküche und den teuflischen Mahlzeiten fehlt gerade das Salz’ (Grimm 1844), toch wist men al lang dat zout niet alleen wit was, maar ook een donkere kant had die zeer destructief kon zijn. Dat geldt, -hoewel er zowel ondergronds (b.v. de in de zoutmijnen van W … in Polen (Fig. 1) als bovengronds (b.v. Rovero et al. 2009) ook een architectuur in zout bestaat-, in het bijzonder voor de kwalijke rol van zouten bij de achteruitgang van poreuze bouwmaterialen als natuursteen. Deze was al bij de oude Grieken en Romeinen bekend. Wat dat betreft niets nieuws. Zo schreef Herodotos in de 5e eeuw voor Christus in Het verslag van mijn onderzoek: ‘… dat heb ik zelf gezien. Verder kun je op de heuvels zeeschelpen aantreffen; daar komen ook zoutkorsten voor waardoor zelfs de pyramiden zijn verweerd.’ (Herodos z.j. (1995)). In de 1e eeuw voor Christus waarschuwde de Romeinse architect Vitruvius in zijn Bouwkunst voor het gebruik van zeezand voor metselwerk en pleisters vanwege hun zoutgehalte, -hier aangehaald in de mooie vertaling van Mialaret uit 1914: ‘Wanneer echter geen zandgroeven aanwezig zijn … of ook nog, het van den zeeoever betrekken. Maar in metselwerk toegepast heeft dit (laatste) de nadeelen dat het moeilijk droogt … Zeezand heeft dit (nadeel) bovendien, dat de wanden, wanneer de bepleisteringen er op zijn aangebracht, door het afscheiden van ziltigen uitslag de pleisterhuid afstooten.’ (Vitruvius z.a. (1914)). Zijn landgenoot Plinius de Oudere stelt in de eerste eeuw na Christus: ‘Van de vele stenen die nog resteren is de tufsteen1 door zijn geringe duurzaamheid en zachte structuur onbruikbaar voor bouwwerken. Toch kennen sommige plaatsen, zoals Carthago in Afrika, geen andere steensoort. Het wordt door zeedampen aangevreten, door wind verbrokkeld en door regenbuien tot puin gegeseld. Maar de Carthagers beschermen hun muren zorgvuldig …’ (Plinius Secundus 77 (2004). Dat was twee millennia geleden, en we zitten er nog steeds mee. Wanneer ze eenmaal aanwezig zijn, of hun aanvoer niet te verhinderen is, zijn er verschillende om daar mee om te gaan:

• Gebruik van intrinsiek minder of niet zoutgevoelige vervangende materialen. • Accommoderen van het zout zoals mortels met ruimte om zouten op te vangen,

materialen waarin het vochttransport is gewijzigd om de zout toevoer te remmen of kristallisatie-inhibitoren

• Ontzouten • Beheersen van het vochtaanbod.

In deze bijdrage wordt nader ingegaan op de achtergronden van zoutschade, de vraag of we er in de toekomst meer last van zullen krijgen, en op oud, nieuw en gewenst onderzoek.


13

Fig. 1. Ondergrondse zoutarchitectuur in de zoutmijn van Wieliczka bij Krakow in Polen

(Uit: Van Geuns 1858). De mijn is inmiddels UNESCO Werelderfgoed.

Zouten Onder zouten in dit verband verstaan we niet alleen het wijdverbreide keukenzout, NaCl, door mineralogen haliet genoemd, maar alle wateroplosbare zouten in chemische zin, dat wil zeggen chemische stoffen met een ionbinding, gevormd uit een positief ion (een metaal zoals Na+, K+, Ca2+, Mg2+, etc.) en een negatief ion (bijvoorbeeld Cl-, SO4

2-, NO32-, CO3

2-). Dat betekent dat ze bij oplossing in deze ionen uiteenvallen, getransporteerd kunnen worden, en dan weer kunnen combineren en vaste kristallen vormen. Sommige zouten bevatten kristalwater: naast het zout is er ook een relatief los gebonden hoeveelheid water, H2O, aanwezig. Een voorbeeld is gips, Ca2SO4•2H2O. Ook natriumsulfaat, Na2SO4, kent verschillende vormen met verschillende hoeveelheden kristalwater: thenardiet (watervrij), heptahydraat (•7H2O) en mirabiliet (•10H2O). Daarnaast zijn zouten in meer of minder mate hygroscopisch, wat zo veel wil zeggen als dat ze water uit de lucht (RV, relatieve luchtvochtigheid) aantrekken en daardoor kunnen oplossen. Vloeibaar water (regen, optrekkend vocht, etc.) is dus niet altijd nodig. Een overzicht van in Nederland op baksteen- en natuursteenmetselwerk met Röntgen diffractie-analyse (XRD) aangetroffen zouten wordt gegeven in tabel 1. Het valt op dat er een verschil is tussen zouten die in metselwerk tot schade leiden en witte uitslag op baksteenmetselwerk bij nieuwbouw (cf. Brocken & Nijland 2004). Van de eerste zijn haliet, thenardiet en gips verreweg het meest gangbaar, terwijl in het tweede geval glaseriet, syngeniet en gips het meest voorkomen. Het valt tevens op dat Mg-zouten afwezig zijn.2 Met rasterelectronenmicroscopie (SEM) zijn daarnaast nog enkele zouten aangetroffen waarvan de mineralogische samenstelling niet nader onderzocht is, waaronder kalium-,


14

magnesium-, lood- en zinksulfaten. SEM laat ook zien dat de kristalvorm van dezelfde zouten sterk kan variëren (Fig. 2, 3). Tabel 1. Overzicht van in Röntgen diffractie-analyse (XRD) aangetroffen zouten op metselwerk in Nederland, op basis van niet gepubliceerde TNO rapporten door de jaren heen en Lubelli (2006). Polymorfen van CaCO3 (calciet, vateriet, aragoniet) zijn in het overzicht niet opgenomen. Expositie: I – interieur, E – exterieur. Situatie: M – monument (schade), N – nieuwbouw (witte uitslag en vergipsing/Vergrauung). Zout Formule Expositie Situatie

Anhydriet Ca2SO4 E N Darapskiet Na3NO3SO4•H2O I, E M Eugsteriet Na4Ca(SO4)3•2H2O I M Gaylussiet Na2Ca(CO3)2•5H2O I M Gips Ca2SO4•2H2O I, E M, N Glaseriet K3Na(SO4)2 E N Haliet NaCl I, E M Heptahydriet Na2CO3•7H2O I M Mirabiliet Na2SO4•10H2O I, E M Natron Na2CO3•10H2O I M Niter KNO3 I M Nitratine NaNO3 E M Syngeniet K2Ca(SO4)2•H2O E M, N Thenardiet Na2SO4 I, E M, N Thermonatriet Na2CO3•H2O I, E M Trona Na3H(CO3)2•2H2O I, E M

Witte uitslag Witte uitslag op metselwerk3, -dikwijls ten onrechte salpeter genoemd-, is een probleem waar de bouw als sinds jaar en dag mee worstelt. Zo laat de vereniging De Nederlandse Baksteenindustrie begin jaren ’60 het rapport Muuruitslag verschijnen (Tucker z.j.). Naast uitspoeling van kalk kunnen drie types witte uitslag op nieuwbouwmetselwerk onderscheiden worden (Brocken & Nijland 2004ab): uitbloei van sulfaten (veelal glaseriet, syngeniet, thenardiet), uitbloei van gips op betonstenen, en de vorming, na enige tijd, van een eerst dunne waas, later dikkere korst van gips op baksteenmetselwerk, ook wel Vergrauung of vergipsing genoemd. De uitbloei van sulfaten in de vorm van witte, pluizige afzettingen op het oppervlak, gebeurt al in een vroeg stadium (Fig. 4), vaak nog voordat gevoegd is, en ook op stenen die zelf amper wateroplosbare zouten bevatten. Vergipsing treedt pas na enige tijd op, eerst als een dunne waas die later in intensiteit toeneemt en de vorm van een korst kan aannemen (Fig. 5). Naar analogie van de vorming van gipsuitbloei op betonstenen, wordt verondersteld dat sulfaat, vrijkomend door carbonatatie van ettringiet in de metselmortel, een rol speelt bij de vorming van dit type witte uitslag (Brocken & Nijland 2004ab).


15

Fig. 2. SEM foto’s van haliet, NaCl, met verschillende habitussen.


16

Fig. 3. SEM foto’s van gips, Ca2SO4•2H2O, met verschillende habitussen.


17

Fig. 4. Vroege sulfaatuitbloei op metselwerk vlak na uitvoering.

Fig. 5. Vergipsing op metselwerk.

Zoutschade: kristallisatiedruk Bij het verklaren van zoutschade speelt het concept van kristallisatiedruk een centrale rol. De hypothese is dat een kristal dat groeit druk uitoefent op de poriewand (al dan niet met nog een minuscuul laagje vloeistof daartussen) en daardoor, indien deze druk de treksterkte van een materiaal overstijgt, schade veroorzaakt. De grootte van deze druk is afhankelijk van de hoek tussen een kristal en de oververzadiging van een oplossing:

en waarin Pc de kristallisatiedruk is, n het aantal ionen in het betreffende zout, R en T de gasconstante zijn, Vc het molair volume van het zout, c en c0 respectievelijk de verzadigingsconcentratie van het zout in de porie en in de bulk oplossing, γ de oppervlaktespanning, θ de contacthoek tussen het zoutkristal en de poriewand en rp de straal van de porie. Dit concept is voor het eerst geïntroduceerd door de Jean Lavalle (1820-1880), een Franse arts, botanicus, geoloog, vinoloog, afgevaardigde en verdediger van de stad Dijon, kortom een man die van vele markten thuis was (Nijland & Touret 2014). De publicatie in de Comptes Rendu de l'Académie des Sciences à Paris (Lavalle 1853) heeft de vorm van claims, zoals toen niet ongebruikelijk, en omvat geen duidelijke beschrijving van de experimenten waarop hij zich baseerde. Duidelijk is dat hij meer dan twintig zouten gebruikte, waarvan het er maar twee bij naam noemt (aluin en loodnitraat). De relevante claims in dat artikel zijn de voor ons vandaag nogal cryptisch geformuleerd.

n R T

VC

lnC

C0

PC =rP

-2 γ cos θPC =


18

In de eerste helft van de 20e eeuw doen onder ander George Becker (1849-1919) en Arthur Day (1869-1960) aan het Carnegie Institution of Washington (Becker & Day 1905, 1916), Stephen Taber (1882-1963) van de Universiteit van South Carolina (Taber 1916ab) en Carl W. Correns (1893-1880) aan de Universiteit van Rostock (Correns 1926, 1949, Correns & Steinborn 1939) vergelijkbare experimenten. Een uitgebreider historisch overzicht wordt gegeven in Nijland et al. (2010a) en Nijland & Touret (2014). Het huidige begrip gaat daar, en dan met name op Correns, terug4 en is recent uitgebreid beschouwd door Steiger (2015). Sinds Lavalle is het concept van kristallisatiedruk zowel terecht als ten onrechte ingeroepen in allerlei wetenschappelijke en technische disciplines. De kristallisatiedruk wordt uitgeoefend op microschaal, treksterkte is een eigenschap van een materiaal op macroschaal; ze zijn dus niet direct te vergelijken. Het naast elkaar zetten van de waarden laat echter wel zien dat de kristallisatiedruk aanzienlijk kan zijn, een orde van grootte groter dan de treksterkte.5 Toch valt er wel wat af te dingen op de brede toepassing van het concept van kristallisatiedruk ter verklaring van de schade aan poreuze bouwmaterialen. Uit de relatie voor de kristallisatiedruk volgt dat deze het grootst is bij de groei van kristallen in de kleinste poriën, omdat daar de oververzadiging het grootst is. Echter, bij electronenmicroscopisch onderzoek blijkt telkens weer dat de zoutkristallen meestal juist niet in de kleinste poriën zitten. Dat is vaak weggewuifd met de opmerking dat ze te klein zouden zijn om te zien. Met de huidige generatie NanoSEM’s, waarbij het ook bij steenachtige materialen niet meer nodig is een materiaal te coaten om oplading te voorkomen en een resolutie van de orde van grootte van 10 nm (10-9 m) prima gehaald kan worden, is dat argument moeilijk vol te houden. Tevens valt op dat de zouten lang niet altijd een goed gedefinieerd kristal vormen, maar vaak als een deken de poriewand bedekken (Fig. 6). In een dergelijk geval is dus geen sprake van een duidelijke contacthoek tussen zoutkristal en poriewand die deel uitmaakt van bovenstaande vergelijking. Nadeel van SEM is echter wel dat het slechts de eindsituatie laat zien in het (beschadigde) materiaal, niet de situatie tijdens de kristallisatie van de zouten en het ontstaan van de schade.

Fig. 6. SEM foto van NaCl dat de hele poriewand bedekt.

Dit is wel mogelijk met een andere techniek waarbij gebruik gemaakt wordt van magnetische kernspinresonantie, NMR6, zoals dat wordt uitgevoerd aan de TU Eindhoven. Dergelijk laat zien dat voor Na2SO4 de oververzadiging in de kleine poriën inderdaad het hoogst is (Rijniers 2004). Om ook het ontstaan van kristallisatiedruk in grotere poriën te verklaren, is aangevoerd dat grovere poriën vaak kleinere toegangen hebben, en dat er een tijdelijke porie ontstaat tussen het zoutkristal en de poriënwand tijdens kristallisatie (Scherer 1999, 2004). Ook hiervoor is onderbouwing uit NMR onderzoek. In een recent


19

artikel laten Saidov et al. (2017) dit zien: ze hebben de kristallisatiedruk indirect gemeten als uitzetting van het materiaal en tegelijkertijd de oververzadiging en kristallisatie gevolgd met NMR. Zo laten ze het ontstaan van de kristallisatiedruk en schade zien in relatie tot het kristalliseren van thenardiet en mirabiliet. Voor NaCl is de situatie ingewikkelder. Zo laat NMR onderzoek zien dat alleen in heel kleine poriën (< 5 nm) de kristallisatiedruk hoog genoeg wordt om tot schade te leiden (Rijniers 2004) en is er controverse over de oververzadiging die nodig is. De volgens sommige experimenten nodige extreme mate van oververzadiging (Desarnaud et al. 2014), wordt volgens NMR metingen in de praktijk niet gehaald (Pel et al. 2002).

Schadevormen Zoutschade aan poreuze bouwmaterialen (baksteen, natuursteen, mortel) kan vele vormen aannemen. Bij herkenning daarvan kan de schadeatlas in het Monument Diagnose en Conserverings Systeem (MDCS), vrij beschikbaar op mdcs.monumentenkennis.nl, behulpzaam zijn. Hier wordt volstaan met enkele voorbeelden, gegeven in figuur 7. Het zijn alleen materialen met een duidelijke porositeit. Dat wekt ten onrechte de illusie dat weinig poreuze steensoorten niet gevoelig zullen zijn voor aantasting door zouten. Dat is niet het geval, ook een kleine hoeveelheid fijne porositeit kan er al voor zorgen dat een dicht gesteente als graniet toch door zouten aangetast kan worden (Fig. 8).


20

Fig. 7. Voorbeelden van zoutschade. Bovenste rij: verpoederen en sterk terugverweren van Bontzandsteen, links aan de Römerbrücke in Trier (2012), rechts op de Schlossberg

in Saarburg (2012). Middelste rij: links vergelijkbare schade aan baksteen van de Hooglandse kerk in Leiden (2005), rechts schade aan gehydrofobeerd baksteen

metselwerk van pakhuis Zondag in Amsterdam (2008). Onderste rij: selectief verweren van Udelfanger zandsteen: de ene laag wel, de andere niet; links aan de pandhof van de

Dom in Utrecht (2005), rechts aan de St. Jan in Gouda (2013).


21

Fig. 7 (vervolg). Voorbeelden van zoutschade. Bovenste rij: alveoli in links Savonnières kalksteen, Place St. Pierre 2, Bar le Duc (2010) en rechts Obernkirchener zandsteen, Nieuwe Badkapel, Scheveningen (2017). Middelste rij: alveoli in mortel, links aan de Laurentiuskerk in Baflo (2004), rechts aan de NH Kerk in Hoorn, Terschelling (2005). Onderste rij: zoutschade aan pleister, Frantiskanske namestie 4, Bratislava (2014).


22

Fig. 7 (vervolg). Voorbeelden van zoutschade. Bovenste rij: zoutschade aan pleister,

Suur-Kloosteri, Tallinn (2005). Onderste rij: Afspringen van Weiberner tuf, St. Maria im Kapitol, Keulen (2009 & 2017).

Fig. 8. Zoutaantasting van graniet, Misericordia van Viana do Castelo (2004).

Rustig achteroverzitten ? Is zoutschade een langzaam proces, dus kunnen we rustig achteroverzitten nadat we een beschadigd materiaal vervangen hebben ? Dat valt tegen. Bij een ongunstige combinatie van zouttype, zoutbelasting, ondergrond en expositie kan zoutschade al na een paar jaar optreden. De onderstaande figuren illustreren dat (Fig. 9, 10).


23

Fig. 9. Zoutschade aan een in 2003 geplaatste kalkstenen plaquette en gevelbekleding van een gebouwtje in de haven van het Portugese Lagos. De foto is slechts drie jaar

later genomen.

Fig. 10. Achteruitgang van een paar jaar oude kalksteentegels op de esplanade in

Cascais waar regelmatig de golven over heen slaan (2010).

Voorkomen en beheersen Willen wateroplosbare, hygroscopische zouten tot schade leiden, dan dient aan een aantal voorwaarden te worden voldaan:

• Er moet een zoutbron zijn (geweest). Deze kan velerlei zijn: eigen aan het materiaal, bijvoorbeeld door gebruik van zout zand uit mariene afzettingen als toeslag, of van buiten. In dat geval kan het zout uit talrijke bronnen afkomstig zijn: optrekkend vocht, zout of brak water, dooizouten, de zoutnevel van de zee, gebruik (zoutopslag, mestberging), eerdere interventies (zoals verwijderen van pleisters met zuur).

• Er moet een vochtbron zijn. Dat kan vloeibaar water zijn (regen, optrekkend vocht) maar ook afkomstig zijn uit de lucht wanneer de relatieve luchtvochtigheid (RV) daarvan boven de evenwichts-RV van een specifiek zout ligt.

• Het materiaal moet poreus zijn. De zouten moeten getransporteerd kunnen worden en zich ophopen.

• De vochttransporteigenschappen zoals poriegrootteverdeling en -structuur en balans tussen vochtaanbod en droging moet zodanig zijn dat de zouten zich ophopen achter het zichtvlak (cryptoflorescentie).

• Het materiaal moet gevoelig zijn voor zoutaantasting. In principe zijn alle poreuze materialen dat, maar het ene wel veel meer dan het andere. Dit overlapt deels met


24

bovenstaande: het moet voldoende poreus zijn, kleine poriën geven in de regel een groter risico dan grote, etc. De wijze waarop een materiaal (of combinatie daarvan) droogt, is ook van belang: als de zouten zich ergens kunnen verzamelen omdat het transport niet continue is, zal daar schade ontstaan. Ook de mechanische sterkte is van belang. Toch is het niet zo dat een zwakke steen per definitie zoutgevoelig is (lage sterkte maar grof poreus kan heel wel goed gaan in de praktijk). Zoutbestandheid is daarom lastig in (eenvoudig) meetbare getallen en duidelijke grenswaarden te vatten.

Op basis hiervan zijn verschillende maatregelen te bedenken om zoutschade te voorkomen. Het vermijden van het gebruik van materialen die zelf zout mee brengen, is evident. Simon Stevin realiseerde zich dat al in de 16e eeuw: ‘Maer Leydts calck, gemaeckt zynde van gebrande zeeschelpen, maeckt vochtige muyren om de souticheytswille’ (Van den Heuvel 2005). De keuze van een zoutbestande steen ligt eveneens voor de hand. Echter, het laatste punt betekent dat het verre van evident is om vooraf op basis van bijvoorbeeld treksterkte en porositeit een uitspraak te doen. Om dat probleem te omzeilen, is men overgegaan tot versnelde zoutkristallisatieproeven (Fig. 11). Die geven geen absolute waarde in termen van zoutbestandheid, maar maken wel onderscheid tussen verschillende materialen waaruit men overweegt te kiezen. Zoutkristallisatieproeven bestaan al sinds het begin van de 19e eeuw. Ze dienden toen een ander doel: Men had nog geen vrieskasten, en wou toch een uitspraak doen over de vorstbestandheid van bouwmaterialen. De analogie tussen de kristallisatie van water en zouten was snel gemaakt. Zouten in plaats van vorst. Het eerste bekende voorschrift is opgesteld door Louis-Étienne Héricart de Thury (1776-1854), ingenieur van de fameuze Ecole des Mines (Héricart de Thury 1828). Zo beproefde Louis Vicat (1786-1861) voor de bouw van de brug van Souillac in 1819-1820 honderd mortels met een natriumsulfaatoplossing en realiseerde zich meteen dat een verzadigde oplossing van dit zout veel agressiever was dan de vorst (Vicat 1837). Later in de 19e eeuw werd het idee van zoutkristallisatietesten toch weer opgepakt, maar niet meer om vorst te simuleren. Nu ging het om de zouten zelf, een ontwikkeling die zich tot nu toe voortgezet heeft (zie historisch overzicht in Nijland et al. 2010a).

Fig. 11. Resultaten van een versnelde zoutkristallisatieproef met Na2SO4 op twee soorten tufsteen, Ettringer en Römer tuf, na vier weken (Brendle 2003).


25

Fig. 12. Resultaten van de zoutkristallisatie experimenten van P.F. van der Wallen uit 1915. Boven (fig. 10 in het citaat): De proefstukken na beproeving; de stenen zijn

telkens een handvormsteen (links) en een hardgrauwe steen (rechts), v.l.n.r. belast met respectievelijk Na2SO4, Na2CO3 en NaCl. Midden (fig. 11 in het citaat): Het afgekomen

materiaal. Onder: detail van de Na2SO4 met belaste handvormsteen. Nederland heeft er een lange traditie in. Begin vorige eeuw deed P.F. van der Wallen al experimenten met baksteen om aan te tonen dat de kristallisatie van zouten en daarmee gepaard gaande volumevergroting tot schade aan metselwerk kon leiden (Van der Wallen 1915; fig. 12): ‘Om nu aan te toonen dat inderdaad het natriumsulfaat en ook het


26

natriumcarbonaat … een vernielende invloed op de steen kan uitoefenen, werden in de breedte in vieren gezaagde steenen gedrenkt met verzadigde oplossingen van natriumsulfaat, natriumcarbonaat en -ter vergelijking, chloornatrium … Na gedurende een week in de verzadigde oplossingen te hebben doorgebracht en daarna gedurende drie dagen aan de lucht te hebben gestaan, werden de proefstukken gephotografeerd (fig. 10). Hetgeen bij het uitkristalliseeren was afgeschilferd, werd verzameld; deze hoeveelheden zijn in dezelfde volgorde van links naar rechts in fig. 11 afgebeeld …’ Later zette Christian Visser, opvolger van Van der Kloes in Delft als hoogleraar Bouwstoffen, deze traditie voort en deed ook experimenten met natrium- en magnesiumsulfaat (Visser 1922), Er valt echter nog steeds wel wat af te dingen in hoeverre de bestaande testen de werkelijkheid goed simuleren (Lubelli et al. 2014, 2018). De ontwikkeling gaat dus door. Een andere optie om zoutschade te reduceren, is het aanpassen van het materiaal of materiaalcombinatie. In dat laatste geval probeert men om schade aan de oorspronkelijke historische materialen te beperken is door restauratiematerialen te gebruiken die de zoutbelasting op de historische materialen kunnen wegnemen in plaats van tegenhouden. Dit kan bijvoorbeeld een fijn poreuze mortel zijn op een grof poreuze steen. Wat aanpassen van de materialen zelf betreft, is het evident dat dat niet gaat voor natuursteen. Voor mortels is dat een ander verhaal. Wellicht kan een mortel dusdanig aangepast worden, dat er geen of minder schade ontstaat ? Dit kan door de structuur van de mortel aan te passen, een concept dat ten grondslag ligt aan zout accumulerende en -transporterende restauratiepleisters (Van Hees et al. 2010a). Hierbij wordt ruimte gecreëerd voor de zouten, dan wel geprobeerd ze sneller naar het oppervlak af te voeren. Een andere mogelijkheid is het direct beïnvloeden van de kristallisatie van zouten zelf. Daartoe wordt een kleine hoeveelheid van een hulpstof, een z.g. kristallisatie-inhibitor toegevoegd, die de vorm van de zoutkristallen verandert (en daarmee bijvoorbeeld de contacthoek tussen zoutkristal en poriewand) of de mate van verzadiging beïnvloedt. Deze gedachte is niet nieuw; ze is al onderwerp van het proefschrift van Van Damme-Van Weele uit 1965, die eerder voor haar promotie aan de TU Twente in het Centraal Laboratorium van TNO onderzoek deed aan de gevolgen van de Watersnoodramp van 1953 voor bouwmaterialen (Van Damme 1956) en later de eerste vrouwelijke hoogleraar aan de TU Twente werd. Het concept is begin deze eeuw opnieuw onderwerp van onderzoek geworden bij TNO en TU Delft. In ieder geval voor NaCl geldt dat de schade duidelijk vermindert door toevoeging van een kleine hoeveelheid inhibitor (Lubelli et al. 2010). Dit empirisch onderzoek verklaart nog niet volledig waarom, al is de invloed van de inhibitor op de kristalhabitus duidelijk (Fig. 13). Een deel van de verklaring is zonder inhibitoren grotere kristallen ontstaan die beter aan de poriewand hechten en zo transport naar het oppervlak verhinderen, terwijl met inhibitor de kristallen kleiner zijn, een andere morfologie hebben en minder slechter gehecht zijn aan de poriewand (Gupta et al. 2014, 2015). Hierdoor kristalliseren er meer zouten aan het oppervlak dan in een mortel zonder inhibitor en is er minder schade. Waarvoor nog geen verklaring is, is het feit dat er geen uitzetting wordt gemeten tijdens het kristalliseren van NaCl in de poriën van een mortel met daarin een inhibitor (Lubelli 2006), wat er op duidt dat er geen (meetbare) kristallisatiedruk is. Vooralsnog is er alleen een inhibitor geïdentificeerd voor NaCl, niet voor het andere belangrijke en zo mogelijk nog schadelijker natriumsulfaat, noch voor zoutmengsels; dit is momenteel onderwerp van onderzoek aan de TU Delft (Grannemann et al. 2018); er lopen momenteel ook praktijkproeven (Des Bouvrie & Lubelli 2018). In het geval van pleisters is het ook nu al, zonder inhibitoren, mogelijk meer zoutbestendige pleisters te kiezen bij restauratie; de toepassing van dergelijke zout accumulerende en -transporterende pleisters wordt beschreven in Van Hees et al. (2010a).


27

Fig. 13. SEM foto van NaCl in een kalk-cementmortel met kristallisatie-inhibitor. Let op

de ongebruikelijk lange kristallen van NaCl, dat idealiter kubussen vormt. In bestaande, te handhaven situaties is keuze van meer zoutbestendige materialen van zelfsprekend geen optie. Er wordt immers niets vervangen. Toch is het lang niet in alle gevallen onmogelijk zoutschade te verminderen. Als er geen vocht beschikbaar en dus geen transport mogelijk is, dan wordt de actuele situatie stil gezet: er worden geen zouten opgelost en getransporteerd naar een plek waar ze zich ophopen en dus zal de door de zouten uitgeoefende druk niet toenemen. Er zit echter wel een addertje onder het gras: het stoppen van de toevoer van vloeibaar vocht is niet voldoende. De meeste zouten zijn hygroscopisch, wat betekent dat ze vocht onttrekken aan de lucht. Elk zout doet dat bij een verschillende relatieve luchtvochtigheid (RV); boven deze evenwichts-RV trekken ze voldoende vocht uit de lucht aan om in oplossing te gaan, daaronder blijven ze in vaste toestand, zich niet verplaatsen en ook ter plaatse niet onderhevig zijn aan oplossings- en kristallisatiecycli (Fig. 14). Om de actuele situatie stil te zetten, moet dus niet alleen de toevoer van vloeibaar water gestopt worden, maar ook de relatieve luchtvochtigheid van een ruimte permanent onder de evenwichts-RV van het aanwezige zout gehouden worden. Dat is soms een optie, maar vaak ook niet. Een andere mogelijkheid om schade te beheersen, is niet de klok stil zetten, maar deze zelfs terugzetten. Immers, als het totale zoutgehalte verlaagd wordt, zijn er ook minder zouten die zich op één plaats kunnen ophopen en zo schade veroorzaken. Dit is ontzouten. Ook als ontzouten beperkt blijkt tot de buitenste 4-5 cm van een materiaal, zal dit al helpen de schade te verminderen. De invloed van RV-cylci en daarmee samenhangend oplossings- en kristallisatiecycli is op diepte veel minder. Ontzouten kan ook nuttig zijn om de levensduur van een renovatiemateriaal zoals een pleister of vertinlaag te verlegen. Inmiddels zijn er verschillende projecten in de praktijk uitgevoerd, zoals het ontzouten van de meesterstukken in De Waag in Amsterdam (Lubelli & Van Hees 2013) en het metselwerk van de Witte Kerk in Katwijk.


28

Fig. 14. Evenwichts-RV’s van verschillende voor bouwmaterialen relevante zouten bij 20 °C (Data uit Arnold & Zehnder 1990) in relatie tot de gemiddelde RV in Nederland over de periode 1981-2010 (groene lijn) en verwachte af- c.q. toename van de gemiddelde

RV gedurende de zomer in de KNMI’14 klimaatscenario’s (KNMI 2014; rode lijnen). Ontzouten kan in situ, met behulp van compressen (z.g. poultices), of door spoelen na het uitnemen van materiaal. De eerste methode is gebaseerd op advectie, de tweede methode op diffusie. Het zal evident zijn dat de tweede methode laatste vooral voor beelden en in museale situaties een optie is. In die context is het ook ontwikkeld (Fig. 15), zelfs voor grote objecten. Zo is de Ishtar poort in het Pergamon Museum in Berlijn na het overbrengen uit Irak indertijd steen voor steen ontzout (Marzhan 1995). In Nederland is er bij restauraties vanaf de jaren ’70 mee geëxperimenteerd en de methode onder andere toegepast bij het grafmonument van Willem van Oranje in de Nieuwe Kerk in Delft (Ex & Scholten 2001).

Fig. 15. Vroeg voorbeeld van ontzouten in het laboratorium, afkomstig uit Rathgen‘s Die

Konervierung von Altertumsfunden uit 1915. Hoe ontzouten met compressen in zijn werk gaat, is uitgebreid beschreven in Van Hees et al. (2010b); meer informatie over de achtergronden is te vinden in bijvoorbeeld Pel et al. (2008). De methode is primair gebaseerd op advectie: eerst wordt het materiaal vocht


29

gemaakt, daarna wordt dit vocht met daarin opgelost de zouten onttrokken. Essentieel daarbij is dat het compres in staat is vocht (met daarin opgeloste zouten) op te zuigen uit de ondergrond. De poriestructuur van het natte (!) compres dient dus zodanig te zijn, dat het opzuigen van vocht uit de ondergrond mogelijk is7; het dient dus in die toestand kleinere poriën te hebben dan de ondergrond. Een standaard, op elke ondergrond toepasbaar compres bestaat dus eigenlijk niet. Minstens zo belangrijk is het om daadwerkelijk te meten of het zoutgehalte met de diepte omlaag gebracht is; alleen het meten van zouten in het compres, b.v. door middel van electrische geleidbaarheid, geeft daarover te weinig informatie.

Op weg naar meer schade ? De verandering van het klimaat heeft ook implicaties voor de aantasting van bouwmaterialen door zouten (Nijland et al. 2009, 2010b, Grossi et al. 2011, Brimblecombe 2014). Het KNMI hanteert vier scenario’s, gebaseerd op een combinatie van verwachte temperatuurstijging en verandering van luchtstromingspatronen (KNMI 2014): gematigde temperatuurstijging (G) en warm (W), in combinatie met lage (L) en hoge (H) waarden voor verandering in het luchtstromingspatroon. Dit leidt tot de scenario’s GL, GH, WL en WH (Fig. 16). Wat dit betekent voor een aantal voor zoutkristallisatie relevante variabelen zoals temperatuur, neerslag, verdamping en RV wordt samengevat in tabel 2. De scenario’s hebben het volgende gemeen:

• Stijging van de temperatuur • Toename van de hoeveelheid neerslag (behoudens GH in de zomer) • Toename van de verdamping

• Beperkt effect op de RV in de zomer • Geen zicht op verandering in het aantal RV cycli

Deze veranderingen hebben mogelijk een effect op de mate van zoutschade aan gebouwd erfgoed. Hogere neerslag die in de scenario’s voorzien is, met name in de winter (en met uitzondering van in de zomer voor de H-scenario’s), in combinatie met meer extreme neerslag en door de wind voortgestuwde regen, kan leiden tot dieper doordringen van vocht in de gevel, waardoor niet alleen hygrisch-thermische effecten kunnen optreden (Sabbioni et al. 2006), maar ook zouten dieper in het metselwerk, -bijvoorbeeld bij massief metselwerk met binnenin zachte, bij relatief lage temperatuur gebakken stenen-, opgelost kunnen worden en gaan deelnemen aan de cycli van oplossing en kristallisatie die aanleiding geven tot de schade. Hogere temperaturen en toename van de verdamping zullen hier eveneens aan bijdragen.

Fig. 16. Schematische weergave KNMI’14 scenario’s.

Vera

ndering luch

tstr

om

ingsp

atr

oon

Hoge w

aard

e

Gematigd Warm

Lage w

aard

e

Wereldwijde temperatuurstijging

GH

GL WL

WH


30

Tabel 2. Selectie huidige en verwachte klimaatdata volgens de KNMI’14 scenario’s voor 2050 (KNMI 2014). Variabele Huidig

klimaat Verandering per scenario

1951- 1980

1981- 2010

GL GH WL WH

Gemiddelde temperatuur

°C

Jaar 9,2 10,1

°C

+1,0 +1,4 +2,0 +2,4

Winter 2,4 3,4 +1,1 +1,6 +2,2 +2,7

Lente 8,3 9,5 +0,9 +1,1 +1,8 +2,1

Zomer 16,1 17,0 +1,0 +1,4 +1,7 +2,3

Herfst 10,0 10,6 +1,1 +1,3 +2,2 +2,3

Neerslag mm

Jaar 774 851

%

+4,0 +2,5 +5,5 +5,0

Winter 188 211 +3,0 +8,0 +8,0 +17,0

Lente 148 173 +4,5 +2,3 +11,0 +9,0

Zomer 224 224 +1,2 -8,0 +1,4 -13,0

Herfst 214 255 +7,0 +8,0 +3,0 +7,5

Verdamping mm Jaar 534 559

% +3,0 +5,0 +4,0 +7,0

Zomer 253 266 +5,0 +17,0 +4,5 +25,0

RV % Zomer 78 77 % -0,6 -2,0 +0,1 -2,5

Vorstdagen Winter 42 38 % -30 -45 -50 -60

IJsdagen Winter 11 7 % -50 -70 -70 -90

De grote onzekerheid zit in de rol van de relatieve luchtvochtigheid (RV). De verandering van de landelijke gemiddelde RV in de zomer ten opzichte van het langjarig gemiddelde is beperkt (Tabel 3). De mate waarin dit van belang is, hangt sterk af van de evenwichts-RV van een zout (Fig. 14) en of de zouten individueel of als mengsel aanwezig zijn. We beperken ons hier tot de twee voor Nederland belangrijkste zouten, NaCl en Na2SO4. De gemiddelde dag-RV blijft volgens de verwachtingen net boven de evenwichts-RV van NaCl en net onder die van Na2SO4 (Fig. 14). Zoals blijkt uit figuur 17, zijn de verschillen in RV, tussen binnenland en de meer kustnabije zone, echter aanzienlijk. Dit zegt echter niets over het aantal RV-cycli. Juist deze cycli, het telkens passeren van de evenwichts-RV, geven aanleiding tot schade (Lubelli 2006). Het effect van slechts een geringe toename in het aantal cycli is evenwel groot (Koster et al. 2009). De vraag is wel hoe lang de RV onder c.q. boven de evenwichts-RV moet zijn. In veel gevallen is, ook op dagen waarop de gemiddelde dag-RV onder de evenwichts-RV van zowel NaCl als Na2SO4 ligt, de maximum-RV op een dag wel hoger dan deze evenwichts-RV. Het lijkt echter waarschijnlijk dat, als de gemiddelde RV omhoog gaat, het aantal RV-cycli waarbij de evenwichts-RV van NaCl en Na2SO4 wordt overschreden, toeneemt, ook bij gelijkblijvend totaal aantal RV-cycli. Als de vergelijking tussen 1950 en 2017 representatief is, lijkt zich voor Zuid-Limburg zo iets af te spelen (Fig. 17). De, -op wat oudere klimaatscenario’s gebaseerde-, risicokaarten voor RV-cycli waarbij de evenwichts-RV van NaCl wordt overschreden laten voor de nabije toekomst (2010-2039) een duidelijke, voor de verre toekomst (2070-2099) een sterke toename van deze cycli zien voor Noordwest-Europa, waarbij voor Nederland het verschil tussen de kustprovincies en het binnenland eveneens blijkt, met daaraan gekoppeld een toename van de schade door zouten (Sabbioni et al. 2012). Behalve verandering van het klimaat als zodanig, heeft een van de directe gevolgen daarvan, de zeespiegelstijging, afhankelijk van de locatie, invloed op zowel het aanbod van zouten als vocht door de volgende effecten (Deltacommissie 2008):


31

Fig. 17. Gemiddelde RV per dag (zwarte curve) en (voor zover beschikbaar) maximum

RV per dag (rode data) voor de KNMI weerstations De Kooy, De Bilt, Eelde en Maastricht in 1950 en 2017 in relatie tot de evenwichts-RV bij 20 °C van NaCl (rode lijn) en Na2SO4

(blauwe lijn). Klimaatdata van https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/daggegevens.

De Kooy 1950

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Re

latie

ve

lu

ch

tvo

ch

tigh

eid

(%

)

40

60

80

100

De Kooy 2017

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Rela

tieve luchtv

ochtigheid

(%

)

40

60

80

100

De Bilt 1950

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Rela

tieve luchtv

ochtigheid

(%

)

40

60

80

100

De Bilt 2017

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Rela

tieve luchtv

ochtigheid

(%

)

40

60

80

100

Eelde 1950

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Rela

tieve luchtv

ochtigheid

(%

)

40

60

80

100

Eelde 2017

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Rela

tieve luchtv

ochtigheid

(%

)

40

60

80

100

Maastricht 1950

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Rela

tieve luchtv

ochtigheid

(%

)

40

60

80

100

Maastricht 2017

Dagen

0 50 100 150 200 250 300 350

Rela

tieve luchtv

ochtigheid

(%

)

40

60

80

100


32

• Afname van de afvoer van water door de rivieren gedurende de zomer • Binnendringen van zoutwater via rivieren en grondwater gedurende langere droge

perioden. • Variabel effect op grondwaterstanden (zowel verhoging als verlaging), afhankelijk

van de locatie. • Toename van het zoutgehalte van het grondwater. • Verhoging van het waterniveau in het IJsselmeer, afhankelijk van te nemen

maatregelen. Hoewel bijvoorbeeld in de recente verkenning van Deltares met betrekking tot de gevolgen van een mogelijk versnelde zeespiegelstijging (Deltares 2018) geen aandacht besteed wordt aan de mogelijke gevolgen voor gebouwd erfgoed, moge duidelijk zijn dat deze effecten waarschijnlijk tot een toename van zoutschade zullen leiden.

Besluit Het zal duidelijk zijn dat zoutschade aan poreuze bouwmaterialen een plaag van alle tijden is, die ook na millennia ervaring en meer dan een eeuw onderzoek nog onvoldoende onder controle is, terwijl in de Nederlandse situatie de intensiteit waarschijnlijk zal toenemen. Dit maakt de noodzaak tot goed fundamenteel begrip als basis voor praktische, hanteerbare oplossingen alleen maar groter.

Noten 1 Plinius doelt hier duidelijk op kalktuf (‘tufa’) en niet op vulkanische tufsteen. 2 Hetgeen waarschijnlijk in belangrijke mate verklaard wordt doordat dolomitische kalkmortels in

Nederland niet gebruikt zijn. 3 Naast de witte uitslag zijn er overigens ook kleurige uitbloeiïngen (Van der Klugt 1994). 4 Het is overigens opmerkelijk dat Correns’ bijdrage op dit gebied in levensbeschrijvingen van hem geheel genegeerd wordt (b.v. Hoefs 1982). 5 Bijvoorbeeld 39 N mm-2 voor de kristallisatie van NaCO3 in een porie kleiner dan 5 μm (Rijniers et

al. 2003) of 11 N mm-2 voor de hydratatie van anhydriet tot gips (Keulen et al. 2001). 6 NMR (Nuclear Magnetic Resonance) gebaseerd op het feit dat sommige atoomkernen, als zij zich

in een magnetisch veld bevinden dat verstoord wordt door een oscillerend magnetisch veld, een electromagnetisch signaal afgeven dat karakteristiek is voor het atoom. Dit effect kan gebruikt

worden om de concentratie op een plaats in een materiaal met de tijd (en dus transport en kristallisatie) van deze atomen (zoals waterstof, natrium, chloor, sulfaat) te volgen. 7 Ander zal alleen diffusie optreden; dit proces is langzaam en vindt slechts plaats zolang het

compres zelf nog niet verzadigd is.

Referenties Arnold, A. & Zehnder, K., 1990. Salt weathering on monuments. In: Advanced Workshop Analytical

Methodologies for the Investigation of Damaged Stones, Pavia, 31-58. Becker, G.F. & Day, A.L., 1905. The linear force of growing crystals. Proceedings of the Washington

Academy of Sciences 7:283-288.

Becker, G.F. & Day, A.L., 1916. Note on the linear force of growing crystals. Journal of Geology 24:313-335.

Bouvrie, E. des & Lubelli, B., 2018. In-situ onderzoek naar de zoutbestendigheid van (pleister)mortels met ingemengd kristallisatie-inhibitor. Deze syllabus.

Brimblecombe, P., 2014. Damage to materials and buildings in a changing urban climate. In:

Freedman, B. red., Global environmental change. Springer, Dordrecht, 455-460.


33

Brocken, H. & Nijland, T.G., 2004a. White efflorescence on brick masonry and concrete masonry blocks, with special emphasis on sulfate efflorescence on concrete blocks. Construction and

Building Materials 18:315-323. Brocken, H. & Nijland, T., 2004b. Witte uitslag op baksteen- en betonsteenmetselwerk. Cement

56:80-85.

Correns, C.W., 1926. Über die Erklärung der sogenannten Kristallizationskraft. Sitzungs-Berichte der Preuβische Akademie der Wissenschaften 11:81-88.

Correns, C.W., 1949. Growth and dissolution of crystals under linear pressure. Discussions of the Faraday Society 5:267-271.

Correns, C.W. & Steinborn, W., 1939. Experimente zur Messung und Erklärung der sogenannten Kristallizationskraft. Zeitschrift für Kristallographie etc. 101:117-133.

Damme, M.A. van, 1956. Destructie van bakstenen door zeewater. Centraal Laboratorium TNO,

Delft, rapport CL/56/49. Damme-Van Weele, M.A. van, 1965. Influence of additives on the growth and dissolution of sodium

chloride crystals. Proefschrift, TH Twente, Enschede. Deltacommissie, 2008. Samen werken met water: Een land dat leeft, bouwt aan zijn toekomst.

Bevindingen van de Deltacommissie. Deltacommissie, Den Haag.

Deltares, 2018. Mogelijke gevolgen van versnelde zeespiegelstijging voor het Deltaprogramma. Een verkenning. Deltares, Delft.

Desarnaud, J., Derluyn, H., Carmeliet, J., Bonn, D. & Shahidzadeh, N., 2014. Metastability limit for the nucleation of NaCl crystals in confinement. Journal of Physical Chemistry Letters 5:890-

895. Ex, N. & Scholten, F., 2001. De Prins en de Keyser. Restauratie en geschiedenis van het

grafmonument voor Willem van Oranje. Thoth, Bussum.

Geuns, W.A.J. van, 1858. Het steenzout en zijne begeleiders. Album der Natuur 4:1-18. Grannemann, S.A. Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2018. Kalkmortel met een snufje chemie. Deze

syllabus. Grimm, J., 1844. Deutsche Mythologie. 2. Band. 2e druk, Dieterische Buchhandlung, Göttingen.

Grossi, C.M., Brimblecombe, P., Menéndez, B., Benavente, D., Harris, I. & Déqué, M., 2011.

Climatology of salt transitions and implications for stone weathering. Science of the Total Environment 409:2577-2585.

Gupta, S., Huinink, H.P., Pel, L. & Kopinga, K., 2014. How ferrocyanide influences NaCl crystallization under different humidity conditions. Journal of Crystal Growth & Design

14:1591-1599.

Gupta, S., Pel, L., Steiger, M. & Kopinga, K., 2015. The effect of ferrocyanide ions on sodium chloride crystallization in salt mixtures. Journal of Crystal Growth 410:7-13.

Hees, R.P.J. van, Lubelli, B. & Naldini, S., 2010a. Verantwoord kiezen van een restauratiepleister. Onderzoeken en afwegen van risico's bij vocht- en zoutbelasting. In: Koldeweij, E., Hunen,

M. van & Hermans, T., red., Stuc, kunst en techniek. Waanders, Zwolle / RCE, Amersfoort, 142-157.

Hees, R.P.J. van, Lubelli, B. & Naldini, S., 2010b. Richtlijn voor het ontzouten van poreuze

ondergronden. Praktijkreeks Cultureel Erfgoed 12(32). Héricart de Thury, L., 1828. Sur le procédé proposé par M. Brard pour reconnaître immédiatement

les pierres qui ne peuvent pas résister à la gelée, et que l’on désigne ordinairemant par les noms de pierres gelives ou pierres gelisses. Annales de Chimie et de Physique 38:160-192.

Herodotos, z.j. Het verslag van mijn onderzoek. Nederlandse vertaling: H.L. van Doolen (1995),

Sun, Nijmegen, boek 2:12. Heuvel, C. van den, 2005. ‘De Huysbou’, a reconstruction of an unfinished treatise on architecture,

town planning and civil engineering by Simon Stevin. Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen, Amsterdam.

Hoefs, J., 1982. Memorial of Carl Wilhelm Correns May 19, 1893-August 29, 1980. American Mineralogist 67:399-400.

Keulen, N.T., Brok, S.W.J. den & Spiers, C.J., 2001. Force of crystallisation of gypsum during

hydration of synthetic anhydrite rock. In: 13th DRT conference Deformation Mechanisms, Rheology, and Tectonics, Noordwijkerhout.

Klugt, L.J.A.R. van der, 1994. Farbige Ausblühungen an Ziegelmauerwerk. ZI-Jahrbuch 1994, 33-44.


34

KNMI, 2014. KNMI’14: Climate Change scenarios for the 21st century - A Netherlands perspective. KNMI, De Bilt, rapport WR2014—01. Zie ook: www.climatescenarios.nl.

Koster, T., Nijland, T.G. & Hees, R.P.J. van, 2009. Faalkansen van zoutbelast natuursteen: een probalistische benadering. Praktijkreeks Cultureel Erfgoed 8(21).

Kurlansky, M., 2002. Salt, a world history. Jonathan Cape, Londen.

Lavalle, J., 1853. Recherches sur la formation lente des cristaux à la température ordinaire. Comptes Rendu de l'Académie des Sciences à Paris 36:493-495.

Lubelli, B.A., 2006. Sodium chloride damage to porous building materials. Proefschrift, TU Delft, Delft.

Lubelli, B., Cnudde, V., Diaz-Goncalves, T., Franzoni, E., Hees, R.P.J. van, Ioannou, I., Menendez, B., Nunes, C., Siedel, H., Stefanidou, M., Verges-Belmin, V. & Viles, H., 2018. Towards a

more effective and reliable salt crystallization test for porous building materials: state of

the art. Materials & Structures 51:55. Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2013. Desalination of historical brick masonry-The case of the Waag

building in Amsterdam. In: Heritage, A., Heritage, A. & Zezza, F., red., Desalination of historic buildings, stone and wall paintings. Archetype Publications, Londen, 122-129.

Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Nijland, T.G., 2014. Salt crystallization damage: how realistic are

existing ageing tests ? In: Proceedings of SWBSS 2014, 3rd International Conference on Salt Weathering of Buildings and Stone Sculptures, Brussels, 259-273.

Lubelli, B.A., Nijland, T.G., Hees, R.P.J. van & Hacquebord, A., 2010. Effect of mixed-in crystallization inhibitor on resistance of lime-cement mortar against NaCl crystallization.

Construction & Building Materials 24:2466-2472. Marzahn, J., 1995. The Ishtar gate. Philipp von Zabern, Mainz.

Nijland, T.G., Adan, O.C.G, Hees, R.P.J. van & Etten, B.D., 2009. Evaluation of the effects of climate

change expected for the Netherlands on durability of building materials, with suggestions for adaptation. Heron 54:37-48.

Nijland, T.G., Hees, R.P.J. van, Adan, O.C.G. & Etten, B.D. van, 2010b. Evaluation of the effects of expected climate change scenarios for the Netherlands on the durability of building

materials. In: Bunnik, T., Clercq, H. de, Hees, R. van, Schellen, H. & Schueremans, L., red.,

Effect of climate change on cultural heritage. WTA Schriftenreihe 34:33-44. Nijland, T.G., Hees, R.P.J. van, Lubelli, B.A. & Touret, J.L.R., 2010a. Zoutschade aan natuursteen

en metselwerk: De ontwikkeling van ideeën en concepten ter verklaring van de verpoedering van gebouwd erfgoed. Praktijkreeks Cultureel Erfgoed 10(27).

Nijland, T.G. & Touret, J., 2014. Un naturaliste aux multiples facettes: Jean Lavalle (1820-1880) et

la notion de pression de cristallisation. Travaux du Comité Français d´Histoire de la Géologie, 3e série, 28:55-72.

Pel, L., Gils, van, N., & Voronina, V., 2008. De fysische principes achter en de effectiviteit van ontzoutingsmethoden. In: Gemert, D. van & Hees, R. van, red., Syllabus WTA studiedag

Zout en behoud, Bergen op Zoom, 6 pp. Pel, L., Huinink, H.P. & Koppinga, K., 2002. Ion transport and crystallization in inorganic building

materials as studied by nuclear magnetic resonance. Applied Physics Letters 81:2893-2895.

Plinius Secundus, G., 77. De Wereld. Nederlandse vertaling: J. van Gelder, M. Nieuwenhuis & T. Peters (2004), Athenaeum-Polak & Van Gennip, Amsterdam, boek 36:166-167.

Rathgen, F., 1915. Die Konervierung von Altertumsfunden. 1. Teil. Stein und steinartige Stoffe. 2e druk, Gerog Reimer, Berlijn.

Rijniers, L.A., 2004. Salt crystallization in porous materials: An NMR study. Proefschrift, TU

Eindhoven, Eindhoven. Rijniers, L.A., Huinink, H.P., Pel, L. & Koppinga, K., 2003. Salt crystallization in porous materials

and its implications for stone decay. In: EUROMAT 2003, Lausanne. Rovero, L., Tonietti, U., Fratini, F. & Rescic, S., 2009. The salt architecture in Siwa oasis - Egypt

(XII-XX centuries). Construction & Building Materials 23:2492-2503. Sabbioni, C., Brimblecombe, P. & Cassar, M., 2012. The atlas of climate change impact on European

cultural heritage. Anthem Press, London & New York.

Sabbioni, C., Cassar, M., Brimblecombe, P., Tidblad, J., Kozlowski, R., Drdácký, Saiz-Jimenez, C., Grøntoft, T., Wainwright, I. & Ariño, X., 2006. Global climate change impact on bluit

heritage and cultural landscapes. In: Fort, R., Alvarez de Buergo, M., Gomez-Heras, M. &


35

Vazquez-Calvo, C., red., Heritage, weathering and conservation I. Taylor & Francis, London, 395-401.

Saidov, T.A., Pel, L. & Kopinga, K., 2017. Sodium sulfate salt weathering of porous building materials studied by NMR. Materials & Structures 50:145.

Scherer, G.W., 1999. Crystallization in pores. Cement & Concrete Research 29:1347-1358.

Scherer, G.W., 2004. Stress form crystallization of salt. Cement & Concrete Research 34:1613-1624.

Steiger, M., 2005. Crystal growth in porous materials I: The crystallization pressure of large crystals. Journal of Crystal Growth 282:455-469.

Taber, S., 1916a. The growth of crystals under external pressure. American Journal of Science 41:532-556.

Taber, S., 1916b. The origin of veins of the asbestiform minerals. Proceedings of the National

Academy of Sciences 2:659-664. Tucker, J.F.E., z.j. Muuruitslag. De Nederlandse Baksteenindustrie, Arnhem.

Vicat, J.L., 1837. A practical and scientific treatise on calcareous mortars and cements, articicial and natural, containing directions for ascertaining the qualities of the different ingredients,

for preparing them for use, and for combining them toghether in the most advantageous

matter; with a theoretical investigation of their properties and modes of action. Engelse vertaling J.T. Smith. John Weale, Londen.

Vitruvius, M., z.j. Bouwkunst. Nederlandse vertaling J.H.A. Mialaret (1914). L.J. Veen, Amsterdam, boek 2:4.


36

Kalkmortel met een snufje chemie

Sanne J.C. Granneman, Barbara Lubelli & Rob P. J. van Hees TU Delft

Inleiding Zoutkristallisatieschade aan poreuze bouwmaterialen bedreigt ons gebouwd cultureel erfgoed. Vooral kalkgebonden mortels zijn vatbaar voor dit soort schade door hun lage mechanische sterkte. Bij restauratie- of renovatiewerkzaamheden vormen de kosten van het vervangen van stuc en pleisters vaak een groot deel van het totale projectbudget. Bestaande oplossingen, zoals het gebruiken van een sterker bindmiddel of het veranderen van de vochttransporteigenschappen van de mortel, kunnen niet altijd goed tegen zoutschade en hebben vaak een lage compatibiliteit met de bestaande materialen (Lubelli et al. 2006, Groot et al. 2009). Als alternatief is het gebruik van kristallisatiemodificatoren voorgesteld (Selwitz & Doehne, 2002). Kristallisatiemodificatoren zijn er niet op gericht om de materiaaleigenschappen aan te passen, maar juist het schademechanisme zelf. Het gebruik van kristallisatiemodificatoren in poreuze bouwmaterialen heeft brede onderzoeksinteresse verworven in de laatste jaren (b.v. Selwitz & Doehne (2002), Lubelli & Van Hees (2007), Rodriguez-Navarro & Benning (2013)). Echter, het gebruik van de modificatoren in een verse mortel is nog relatief nieuw. Doordat de modificatoren al worden ingemengd in de mortel tijdens de productie, kunnen ze direct actief worden zodra de schadelijke zouten de poreuze materialen binnendringen. Veelbelovende resultaten zijn al verkregen in een proefonderzoek (Lubelli et al. 2010). Om de mogelijkheden van het gebruik van kristallisatiemodificatoren om zoutschade te voorkomen verder te onderzoeken, werd er een promotieonderzoek gestart. Dit onderzoek had de volgende doelen: 1) het identificeren van geschikte modificatoren voor twee van de meest voorkomende en schadelijke zouten: natriumchloride en natriumsulfaat, 2) het onderzoeken van de modificator-zout interactie in bulkoplossing om het werkingsmechanisme te verduidelijken en een geschikte concentratie te definiëren, 3) het testen van het effect van het toevoegen van de modificatoren op morteleigenschappen (een negatieve verandering zou het gebruik van modificatoren in de weg kunnen staan), en 4) het testen van de duurzaamheid van de mortel met modifcator door middel van een versnelde zoutkristallisatietest. Aan de hand van literatuuronderzoek werden natriumferrocyanide en borax (natrium- tetraboraatdecahydraat) geïdentificeerd als mogelijke modificatoren voor respectievelijk natriumchloride en natriumsulfaat (Granneman et al. 2014). Ferrocyanide is een welbekende modificator voor natriumchloride; daarom focuste dit onderzoek alleen op de mogelijke effecten van ferrocyanide op de verse en verharde morteleigenschappen en op zijn mogelijkheden om zoutschade in mortel te verminderen. Borax daarentegen is minder bekend, en werd daarom eerst onderzocht in experimenten in bulkoplossing. In dit onderzoek is het effect van de toevoeging van borax op de vloeistofeigenschappen en kristallisatie van natriumsulfaat onderzocht. Zoals gemeld in Granneman et al. (2017), kunnen er, afhankelijk van de concentratie van de oplossing aan het begin, twee verschillende vormen van borax neerslaan, die elk een ander effect hebben op de kristallisatie van natriumsulfaat.


37

In deze bijdrage worden de belangrijkste bevindingen gerelateerd aan het effect van toevoeging van de modificatoren op morteleigenschappen en op de duurzaamheid van de mortels gerapporteerd. Allereerst wordt er een experiment beschreven waarin wordt getest of de effectiviteit van borax wordt beïnvloed door het carbonatatieproces. Vervolgens worden de effecten van de modificatoren op morteleigenschappen zoals verwerkbaarheid, waterabsorptie en droging, en buig- en druksterkte gerapporteerd. Als laatste wordt de weerstand van de mortels met modificatoren tegen zoutschade bediscussieerd aan de hand van resultaten van een versnelde zoutkristallisatietest. Materialen en methoden Mortelkarakterisering Twee soorten monsters werden bereid: monsters met alleen kalk en mortel (kalk + zand) monsters. De eerste, gebruikt om het effect van borax op natriumsulfaatkristallisatie te bekijken, werden gemaakt door calciumhydroxidepoeder (Sigma-Aldrich, ≥ 96% zuiverheid) te mengen met alleen gedistilleerd water of gedistilleerd water met daarin opgelost de modificator. Na carbonatatie, werd er een blanco monster behandelt met boraxoplossing. Daarna werden het blanco monster en de twee borax monsters gecontamineerd met natriumsulfaatoplossing. Na het drogen van de monsters werden ze gebroken en werd het breukvlak bekeken met een rasterelectronenmicroscoop. Door de monsters waarin borax was toegevoegd vóór de carbonatatie te vergelijken met die waarin borax pas later was toegevoegd, kon het effect van de carbonatatie op de effectiviteit van borax als modificator van natriumsulfaatkristallisatie worden onderzocht. De volledige details van dit experiment staan in Granneman et al. (2018). Mortelmonsters werden bereid (volgens EN 1015-2) om verse en verharde morteleigenschappen te testen en om de duurzaamheid tegen zoutschade van de mortels met toegevoegde modificatoren vast te stellen. In de handel te verkrijgen luchtkalk (Supercalco90) en standaardzand (cf. EN 196-1) werden hiervoor gebruikt. De modificator werd toegevoegd aan het water dat werd gebruikt om de mortels te maken: 0,94 gew.% natriumferrocyanide en 3,2 gew.% borax werden toegevoegd ten opzichte van het gewicht van de kalk. Verschillende verse en verharde morteleigenschappen werden getest aan de hand van standaardprocedures of –technieken: verwerkbaarheid (EN 1015-3), waterabsorptie en droging (EN 1015-18), porositeit en poriegrootteverdeling (kwikintrusieporosimetrie, MIP) en druk- en buigsterkte (EN 1015-11). De volledige details van het bereiden van de mortels en de testmethodes kunnen gevonden worden in Granneman et al. (2018).


38

Fig. 1. Temperatuur- en luchtvochtigheidscycli gebruikt in de versnelde

zoutkristallisatietest. Deze hele cyclus werd 5 keer herhaald. Versnelde zoutkristallisatietest De weerstand van de referentie en mortel met modificatoren tegen zoutschade werd getest met een speciaal ontworpen zoutschadetest (Fig. 1), die praktijkomstandigheden simuleert. 80 RV% zit boven de evenwichts relatieve luchtvochtigheid van natriumchloride (RVeq = 75%) maar onder die van de natriumsulfaatvormen. Als gevolg daarvan zullen de natriumchloridekristallen oplossen als de luchtvochtigheid omhoog gaat en herkristalliseren als de luchtvochtigheid weer omlaag gaat. Dit garandeert meerdere kristallisatiecycli voor natriumchloride, een vereiste voor dit specifieke zout om schade te ontwikkelen. Herkristallisatie van natriumsulfaat werd alleen veroorzaakt door het natmaken met vloeibaar water aan het einde van een cyclus. Aan het begin van de test werden alle monsters gecontamineerd met zoutoplossing via capillaire absorptie. Een specifieke hoeveelheid oplossing werd gebruikt om ervoor te zorgen dat de monsters werden gecontamineerd met 1 gew.% natriumsulfaat of 2 gew.% natriumchloride ten opzichte van het gewicht van de mortel. In totaal werd er 3,46 (referentie NaCl), 3,91 (ferrocyanide), 1,77 (referentie Na2SO4) of 1,91 (borax) gram zout toegevoegd aan de monsters tijdens de volledige test. Voor ieder mortel type werden er 3 replica’s getest. Na iedere volledige cyclus werden alle monsters opnieuw natgemaakt met een hoeveelheid water die gelijk was aan de hoeveelheid die was gebruikt tijdens de eerste contaminatie met zoutoplossing. Na 3 cycli werden er opnieuw zoutoplossingen gebruikt voor het natmaken (genoeg om opnieuw 1 gew.% natriumsulfaat of 2 gew.% natriumchloride in de monsters te krijgen), om het afgeborstelde zout weer aan te vullen. Na het natmaken werd eventueel los materiaal afgeborsteld en vervolgens startten de monsters een nieuwe cyclus. Het afgeborstelde materiaal werd gewassen en daarna gedroogd om zo de hoeveelheid zout uitbloei te kunnen onderscheiden van de hoeveelheid afgeborsteld vast materiaal. Het vaste materiaal werd gewogen en de hoeveelheid zout werd berekend aan


39

de hand van het verschil in gewicht. De monsters werden in totaal met 5 cycli getest. De volledige details van het experiment kunnen worden gevonden in Granneman et al. (2019). Resultaten Morteleigenschappen Het effect van borax op natriumsulfaat kristallisatie kan worden geien in de rasterelectronenmicroscoopfoto’s in figuur 2. Als figuur 2a wordt vergeleken met figuur 2bc is het duidelijk dat de kristallen van natriumsulfaat zonder borax anders zijn dan de kristallen gegroeid met borax. Als vervolgens echter figuren 2b en 2c worden vergeleken, worden er dezelfde soort kristallen gezien in beide figuren. Dit betekent dat het carbonatatieproces geen effect heeft op de effectiviteit van borax als modificator van natriumsulfaat. Een selectie van de gemeten verse en verharde morteleigenschappen is samengevat in tabel 1 (aanvullende karakteriseringsresultaten kunnen gevonden worden in Granneman et al. (2018). Als de waardes voor de mortels met modificatoren en de referentiemonsters worden vergeleken, worden er geen opvallende verschillen gezien. Er kan daarom worden geconcludeerd dat er geen negatieve bijwerkingen zitten aan het mixen van deze hoeveelheden modificatoren in de mortel tijdens de productie, aangezien het toevoegen van deze modificatoren geen van de morteleigenschappen negatief beïnvloedt. Tabel 1. Verse en verharde mortel eigenschappen van de verschillende 1:3 kalk:zand mortelmengsels. Resultaten werden eerder gerapporteerd in Granneman et al. (2018). Eigenschap Methode Modificator

Geen Ferrocyanide Borax

Verwerkbaarheid mm Schudtafel 170 161 161

Watergehalte gew.% 15,95 15,14 14,59

Waterabsorptie-coëfficiënt

kg m-2h-0,5 Capillaire wateropname

8,05 7,62 7,84

Dichtheid kg m-3 Verzadiging bij atm. druk

1943 1964 1933

Open porositeit vol.% 26,7 ± 0,19 25,9 ± 0,24 27,1 ± 0,06

Bulk dichtheid kg m-3 MIP 1977 1971 1961

Open porositeit vol.% 25,1 ± 0,11 25,4 ± 0,36 25,1 ± 0,55

Buigsterkte N mm-2 0,79 ± 0,11 0,85 ± 0,03 0,92 ± 0,11

Druksterkte N mm-2 2,01 ± 0,33 2,08 ± 0,18 2,61 ± 0,22

Zoutbestendigheid Tijdens de versnelde zoutkristallisatietest werden de monsters zowel visueel als gravimetrisch gemonitord (Granneman et al. 2019). Het materiaalverlies (ten opzichte van de mortel) is geplot in figuur 3, en het zoutverlies in figuur 4. Het is duidelijk dat de referentiemonsters aanzienlijk materiaalverlies vertonen door toedoen van beide zouten. De mortels met modificatoren daarentegen vertonen niet of nauwelijks materiaalverlies. De ferrocyanide stimuleert zout uitbloei, dat wil zeggen kristallisatie buiten het materiaal. Borax doet hetzelfde maar in mindere mate. Figuur 5 vergelijkt monsters gecontamineerd met natriumchloride aan het begin en einde van de test. De referentiemonsters vertonen significant materiaalverlies van het oppervlak aan het einde van de test. De monsters met ferrocyanide als modificator daarentegen laten geen materiaalverlies zien, maar wel veel


40

uitbloei. Deze ontwikkelde zich heel snel, direct na het natmaken en afborstelen van de monsters. In figuur 6 worden de monsters gecontamineerd met natriumsulfaat vergeleken. Aan het einde van de test hebben beide monsters enige schade aan het oppervlakte, maar bij de monsters met borax als modificator is dit behoorlijk minder dan bij de referentiemonsters. Zowel het materiaalverlies en als de visuele observaties laten zien dat zowel natriumchloride en natriumsulfaat de potentie hebben om behoorlijke schade aan de referentiemonsters te veroorzaken. Echter, als aan de mortels modificatoren worden toegevoegd ontstaat er geen, of behoorlijk minder, schade.

Fig. 2. Rasterelektronenmicroscoopfoto’s van kalk monsters gecontamineerd met

natriumsulfaat. A: referentie monster; B: monster met 3,2 gew.% borax ingemengd tijdens bereiding (dus voor carbonatatie); C: Monsters met borax toegevoegd na

volledige carbonatatie van het monster. Een duidelijk verschil kan worden gezien tussen de kristallen in het referentiemonster en beide monsters met borax. Daarentegen is er

geen verschil te zien tussen B en C, wat betekent dat het carbonatatieproces geen effect heeft op de effectiviteit van borax als modificator van natriumsulfaatkristallisatie.


41

Fig. 3. Cumulatief materiaalverlies, vergelijking tussen referentie en monsters met

modificatoren.

Fig. 4. Cumulatief zoutverlies, vergelijking tussen referentie en monsters met

modificatoren.


42

Fig. 5. Vergelijking tussen referentie (a, b) en monsters met ingemengde ferrocyanide (c, d), beide gecontamineerd met natriumchloride. Fig. 5a en c laten de monsters zien

aan het begin van de test, fig. 5b, d laten de monsters zien ca. 15 minuten na afborstelen na de 5e cyclus. Het referentiemonster (b) vertoont verzanding van het

oppervlak. Het monster met ferrocyanide vertoont geen oppervlakteschade, alleen een grote hoeveelheid uitbloei.

Fig. 6. Vergelijking tussen referentie (a, b) en monsters met ingemengde borax (c, d), beide gecontamineerd met natriumsulfaat. Fig. 6a, c laten de monsters zien aan het

begin van de test, fig. 6b, d laten de monsters zien na afborstelen na de 5e cyclus. Het referentiemonsters (b) vertoont duidelijke schade aan het oppervlak. Het monster met

borax vertoont alleen lichte oppervlakteschade linksonder (d).


43

Conclusies Het al tijdens de productie toevoegen van kristallisatiemodificatoren aan mortels is hier voorgesteld om zoutschade in poreuze bouwmaterialen te verminderen. Als geschikte kristallisatiemodificatoren zijn respectievelijk natriumferrocyanide voor natriumchloride en borax voor natriumsulfaat geïdentificeerd. In dit onderzoek werd eerst de effectiviteit van borax als modificator voor natriumsulfaatkristallisatie onderzocht en bevestigd. In een volgende stap werden de mortels met toegevoegde modificatoren gekarakteriseerd en vergeleken met referentiemortels om zo eventuele (negatieve) effecten op verse en verharde morteleigenschappen te identificeren. Geen van de geteste eigenschappen werd beïnvloed door de toevoeging van de modificatoren. Dit betekent dat er geen bezwaren zijn tegen het inmengen van de gebruikte concentraties modificatoren tijdens de productie van de mortel. Tenslotte is de zoutkristallisatieweerstand van de mortels met daarin de modificatoren beproefd met een speciaal ontworpen versnelde zoutkristallisatietest. De mortels met daarin de modificatoren lieten een aanzienlijke verbetering van de zoutkristallisatieweerstand zien ten opzichte van de referentiemortels. Het combineren van al deze resultaten leidt tot de conclusie dat de toevoeging van kristallisatiemodificatoren aan mortels tijdens de mortelproductie een geschikte methode is om zoutkristallisatieschade in poreuze bouwmaterialen te verminderen.

Vooruitblik Het promotieonderzoek beschreven in deze bijdrage laat de uitvoerbaarheid zien van het gebruik van kristallisatiemodificatoren om zoutschade in poreuze bouwmaterialen te verminderen. Hoewel het concept bewezen is in het laboratorium, is er meer onderzoek nodig om het materiaal in een commercieel product te ontwikkelen, geschikt voor renovatie- of restauratiewerken. Interessante onderzoekpaden om de in dit onderzoek ontworpen mortel verder te ontwikkelen zijn:

• Het onderzoeken van het effect van de modificator in mortels met een andere samenstelling (bijvoorbeeld cementgebonden).

• Het onderzoeken van de snelheid van uitloging van de modificator en indien noodzakelijk het ontwikkelen van mogelijke oplossingen zoals inkapseling.

• Het beoordelen van het effect van de geïdentificeerde modificatoren op andere zouten en zoutmengsels en de mogelijkheden van het combineren van verschillende modificatoren.

• Het beoordelen van de verwerkbaarheid en effectiviteit van de ontwikkelde mortel (op test vlakken) in de praktijk.

Dankwoord Dit onderzoek is gefinancierd via het IOP Programma Self-Healing Materials, subsidienummer

SHM012018.

Noten 1 Dit artikel is gebaseerd op: Granneman, S.J.C., Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2017. Mitigating

salt damage in lime-based mortars with mixed-in crystallization modifiers. In: Proceedings 4th International PhD symposium.


44

Referenties Granneman, S.J.C., Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2018. Characterization of lime mortar additivated

with crystallization modifiers. International Journal of Architectural Heritage 12:849-858.

Granneman, S.J.C., Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2019. Effect of mixed in crystallization modifiers

on the resistance of lime mortar against NaCl and Na2SO4 crystallization. Construction & Building Materials 194:62-70.

Granneman, S.J.C., Ruiz-Agudo, E., Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Rodriguez-Navarro, C., 2014. Study on effective modifiers for damaging salts in mortar. In: Proceedings of the 1st

International Conference on Ageing of Materials and Structures.

Granneman, S.J.C., Shahidzadeh, N., Lubelli, B. & Hees, R.P.J., 2017. Effect of borax on the wetting properties and crystallization behavior of sodium sulfate. CrystEngComm. 19:1106–1114.

Groot, C., Hees, R. van & Wijffels, T., 2009. Selection of plasters and renders for salt laden masonry substrates. Construction & Building Materials 23:1743-1750.

Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2007. Effectiveness of crystallization inhibitors in preventing salt damage in building materials. Journal of Cultural Heritage 8:223-234.

Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Groot, C.J.W.P., 2006. Sodium chloride crystallization in a ‘salt

transporting’ restoration plaster. Cement & Concrete Research 36:1467-1474. Lubelli, B., Nijland, T.G., Hees, R.P.J. van & Hacquebord, A., 2010. Effect of mixed in crystallization

inhibitor on resistance of lime-cement mortar against NaCl crystallization. Construction & Building Materials 24:2466-2472.

Rodriguez-Navarro, C. & Benning, L.G., 2013. Control of crystal nucleation and growth by additives.

Elements 9:203-209. Selwitz, C. & Doehne, E., 2002. The evaluation of crystallization modifiers for controlling salt

damage to limestone. Journal of Cultural Heritage 3:205-216.


45

In-situ onderzoek naar de zoutbestendigheid van (pleister)mortels met ingemengd kristallisatie-inhibitor

Ernst des Bouvrie & Barbara Lubelli TU Delft

Abstract Zoutkristallisatie is een van de meest voorkomende oorzaken van schade aan poreuze bouwmaterialen. In het bijzonder mortels lijden vaak aan zoutschade. De tot nu toe beschikbare oplossingen, zoals bijvoorbeeld speciale renovatiepleisters, zijn niet altijd compatibel met de bestaande, historische materialen. In de laatste jaren is een nieuwe aanpak ontwikkeld met betrekking tot renovatiemortels. Deze bestaat uit het toevoegen van kristallisatie-inhibitoren (d.w.z. ionen of moleculen die het kristallisatieproces wijzigen door nucleatie van zouten te vertragen en/of de habitus van de kristallen veranderen) tijdens het mengen van de mortel. Uit recent laboratoriumonderzoek aan kalkmortels is gebleken dat het toevoegen van een inhibitor de bestendigheid van de mortel tegen zoutschade verbetert. De inhibitor blijkt het transport van de zouten naar het oppervlak te bevorderen, waar ze vervolgens kristalliseren in de vorm van zoutuitbloei, wat geen schade veroorzaakt. In dit artikel wordt een lopend onderzoek gepresenteerd naar het effect van een inhibitor op de zoutbestendigheid van pleistermortels in de praktijk. In de Sint Nicolaaskerk in Brouwershaven zijn proefvlakken met twee type pleistermortels aangebracht: een kalkmortel (dezelfde als al in het lab getest) en een speciale, zout accumulerende pleister; voor elke type pleister is één vlak met en één vlak zonder inhibitor getest. Het gedrag van de mortels is onderzocht door, enkele maanden na de applicatie, een visuele en fotografische inspectie uit te voeren en door het vocht- en zoutgehalte in de pleister zelf en de achterliggende muur te meten.

Inleiding

Zoutkristallisatie in poreuze materialen is een van de meest voorkomende oorzaken van schade bij gebouwd erfgoed en kan resulteren in een aanzienlijk verlies van het historische bouwmateriaal (Goudie & Viles 1997, Charola 2000, Charola & Bläuer 2015, Nijland et al. 2018). Door het herhaaldelijk oplossen en kristalliseren van zouten in de poriën van het bouwmateriaal ontstaat schade. De steeds groeiende zoutkristallen zorgen voor een druk op de poriënwand; wanneer deze kristallisatiedruk groter wordt dan de treksterkte van het materiaal ontstaat schade (Scherer 2004, Steiger 2005). In het bijzonder mortels (inclusief pleisters) lijden vaak aan zoutschade: dit komt door hun relatief laag mechanische strekte en hun bimodale porieverdeling die nadelig is voor het ontwikkelen van zoutschade (Rossi-Manaresi & Tucci 1991). De tot nu toe beschikbare oplossingen, zoals bijvoorbeeld speciale renovatiepleisters, zijn niet altijd compatibel met de bestaande historische materialen. In de laatste jaren is een nieuwe aanpak ontwikkeld m.b.t. renovatiemortels. Dit bestaat uit het toevoegen van een kristallisatie-inhibitor tijdens het mengen van de mortel. Kristallisatie-inhibitoren zijn ionen of moleculen die het kristallisatieproces wijzigen door nucleatie van zouten te vertragen en/of de habitus van de kristallen veranderen.


46

Recent laboratoriumonderzoek (Lubelli et al. 2010, Granneman et al. 2019) heeft aangetoond dat het toevoegen van natriumferrocyanide, een kristallisatie-inhibitor effectief in het geval van natriumchloride, de duurzaamheid van de kalkmortels verbetert en schade, veroorzaakt door de kristallisatie van dit zout, reduceert. De inhibitor beïnvloedt het kristalliseren van natriumchloride op twee manieren: 1) als inhibitor zorgt de natriumferrocyanide ervoor dat het zout langer in oplossing blijft, wat betekent dat het transport van zouten naar het oppervlak van het materiaal wordt bevorderd, en 2) de natrium ferrocyanide wijzigt het kristallisatiepatroon van natriumchloride van een kubische naar een dendritische habitus (Lubelli & Van Hees 2007, Gupta et al. 2012, Granneman et al. 2019); hierdoor vergroot het verdampingsoppervlak van het zout, wat het drogen van het materiaal bevordert. Als resultaat, stimuleert de inhibitor de kristallisatie van de zouten aan de oppervlakte van het materiaal, in plaats van in de poriën, waardoor schade minder wordt. Om de resultaten van het eerdere laboratoriumonderzoek in de praktijk te valideren, zijn, in het kader van MonumentenKennis, proefvlakken met pleisters met en zonder inhibitor op zoutbelast metselwerk aangebracht en is het ontwikkelen van schade gemonitord. Het onderzoek is op dit moment (november 2018) nog lopend. In dit artikel worden de voorlopige resultaten gepresenteerd.

Materialen en werkwijze Selectie van een casus Bij het selecteren van een casus is op twee criteria gelet. Ten eerste moesten een hoge zoutbelasting, en meer specifiek natriumchloride (de gekozen kristallisatie-inhibitor is effectief voor dit type zout), en voldoende vocht aanwezig zijn in het metselwerk. Bij het bestaan van beide condities is schade aan de pleister op relatief korte termijn te verwachten, wat het mogelijk maakt het effect van de inhibitor op zoutschade te beoordelen. Ten tweede moest het gebouw beschikbaar zijn voor de periode van het onderzoek. De Sint Nicolaaskerk in Brouwershaven (Zeeland) voldeed aan deze criteria. Daarnaast waren er van deze kerk veel data over vocht- en zoutbelasting bekend uit eerder onderzoek (Lubelli 2006).

Fig. 1. Plattegrond van de Sint Nicolaaskerk in Brouwershaven met locatieaanduiding van

de proefvlakken.


47

Fig. 2. Schadebeeld (mei 2018) van de losstaande muur in de absis voor het aanbrengen

van de pleistermortels, locatie proefvlakken B.

In de kerk is een gefundeerde, losstaande muur in de absis geselecteerd (Fig. 1) om de vier proefvlakken (A1, A2, B1, B2) aan te brengen, twee aan elke zijde van de wand. Op deze manier zijn de proefvlakken vergelijkbaar qua zoutgehalte en vochttoevoer, wat de beoordeling eenvoudiger maakt. Op basis van het schadebeeld (Fig. 2) en van de resultaten van eerder onderzoek (Lubelli 2006) is duidelijk dat deze muur een hoge vocht- en zoutbelasting heeft. Pleistermortels Het effect van de inhibitor op het gedrag van de zouten wordt getest op twee typen pleistermortels. Elk type pleistermortel wordt op twee proefvlakken aan dezelfde kant van de wand aangebracht, waarbij er in de pleistermortel op één vlak een inhibitor wordt ingemengd (Tabel 1). De twee pleistermortels bestaan uit een zelf samengestelde kalkmortel en een zout accumulerende renovatiepleister op cementbasis. De kalkmortel is bereid met een luchtkalk (Supercalco97 van Carmeuse) en kwartszand in een volume verhouding 1:3. De korrelgrootteverdeling van het zand, zoals bepaald door middel van een zeefanalyse uitgevoerd door Strikolith, is in figuur 3 aangegeven. De kalkmortel is in twee lagen met dezelfde samenstelling aangebracht. In het geval van de mortel met inhibitor (vlak A1), is deze in beide lagen ingemengd; slechts op een klein deel van vlak A1 (Fig. 4) is de inhibitor alleen in de binnenste laag gebruikt. Als renovatiepleister is gekozen voor een tweelaagse zout accumulerende pleister op cementbasis. Zoals gebruikelijk in dit soort pleistersystemen (Groot et al. 2009), is de binnenste laag bedoeld om de zouten op te bergen, terwijl de buitenste laag hydrofoob is en bedoeld om het transport van een zoutoplossing naar het oppervlak te vermijden. De inhibitor is alleen in de eerste, binnenste laag van de pleister toegevoegd.


48

Tabel 1. Samenstelling van de pleisters aangebracht op de vier proefvlakken. Vlak Type

pleistermortel Kalk:zandverhouding Inhibitor

Vol. Gew. Met/zonder T.o.v. bindmiddel

A1 Kalkmortel 1 : 3 1 : 8 Met 0,94 gew.% A2 Kalkmortel 1 : 3 1 : 8 Zonder - B1 Renovatiemortel - - Met 0,94 gew.% B2 Renovatiemortel - - Zonder -

Fig. 3. Korrelgrootteverdeling van het zand.

Fig. 4. Proefvlakken A (juli 2018) met aanduiding deel van proefvlak A1 waar de inhibitor

alleen in de binnenste, eerste laag van de kalkmortel is ingemengd. Inhibitor Uit eerder onderzoek (Rodriguez-Navarro et al. 2002, Granneman et al. 2018) is gebleken dat natrium ferrocyanide (Na4[Fe(CN)6•10H2O) een effectieve kristallisatie-inhibitor is om zoutschade door natriumchloride tegen te gaan. De inhibitor wordt vooraf ingemengd in het water gebruikt bij het maken van de pleister (Lubelli & Van Hees 2007, Lubelli et al. 2010). De hoeveelheid in te mengen inhibitor is gebaseerd op eerder onderzoek


49

(Granneman et al. 2018, 2019). Bij de kalkmortel is dit 0,94 gew.% ten opzichte van de kalk. Hetzelfde gewichtspercentage wordt aangehouden bij de renovatiepleister; de hoeveelheid inhibitor is berekend op basis van de samenstelling van de pleister, die voor ongeveer 25 gew.% uit bindmiddel bestaat. Applicatie van de pleister Na het verwijderen van het bestaande pleisterwerk in juni 2018 is de eerste laag van de kalk- en renovatiemortel (ongeveer 18 mm dik) aangebracht. De droge mortelcomponenten zijn daarvoor met water gemengd tot de juiste consistentie. De invloed van de inhibitor op de verwerkbaarheid van kalkmortel is te verwaarlozen, terwijl de consistentie van de eerste pleisterlaag van de renovatiemortel met ingemengd inhibitor volgens de stukadoor vetter en smeuïger lijkt dan de pleister zonder inhibitor. Twee weken later (juli 2018) is de tweede laag (ongeveer 10 mm dik) van de pleistermortels aangebracht. De kalkmortels hebben een goede hechting en zijn goed op te schuren. De tweede laag van de renovatiepleister was aan het einde van de dag nog te nat en kon daardoor niet worden afgewerkt. Monitoren van het gedrag van de pleistermortels Het effect van de inhibitor op de duurzaamheid van de pleisters is beoordeeld door:

• Visuele en fotografische inspectie van de proefvlakken. • Vocht- en zoutgehaltemetingen in de pleister en in het achterliggende metselwerk.

In de toekomst zullen ook microscopische observaties op slijpplaten van de pleisters en versnelde kristallisatietesten op pleisterkernen uitgevoerd worden in het laboratorium. Al voordat de proefvlakken zijn aangebracht, is het metselwerk in mei 2018 op verschillende hoogtes bemonsterd. Op dat moment was de oude pleister nog aanwezig, een zout transporterende pleister aangebracht in de jaren ’90. Op elke hoogte (Fig. 5) zijn gruismonsters genomen op verschillende diepten (0-2 cm, 2-5 cm, 5-10 cm en 10-20 cm). In het laboratorium zijn het vochtgehalte (MC) en het hygroscopisch vochtgehalte (HMC) van de monsters bepaald. Het HMC geeft een indicatie van de aanwezigheid van hygroscopische zouten (Lubelli et al. 2004). Om het MC te kunnen meten worden de monsters in een oven bij 40 °C gedroogd tot een constant gewicht. Door de monsters vooraf en na deze stap te wegen kan het MC worden bepaald met de volgende formule:

MC [%] = 100 × (initieel gewicht − droog gewicht) / droog gewicht Om vervolgens het HMC te bepalen worden de monsters 4 weken in een klimaatkast met een luchtvochtigheid (RV) van 95% en een temperatuur van 20 °C geplaatst. De monsters worden vervolgens weer gewogen. Het HMC wordt met de volgende formule berekend:

HMC [%] = 100 × (gewicht na 4 weken bij 95% RV – droog gewicht) / droog gewicht Eind september 2018 zijn weer gruismonsters op dezelfde locaties genomen en is hun MC en HMC in het laboratorium gemeten volgens dezelfde procedure. In februari 2019, aan het einde van het onderzoek, zullen bemonstering en metingen worden herhaald.


50

Fig. 5. Situatie (proefvlakken A) in mei 2018, voor het aanbrengen van de

pleistermortels, en locatieaanduiding van de genomen monsters.

Fig. 6. Proefvlakken met kalkmortel (A1 en A2) na vier maanden, met detail driehoek

proefvlak A1.

Voorlopige resultaten Visuele analyse


51

Allereerst zijn de proefvlakken visueel onderzocht op schade en/of zoutuitbloei. Bij geen van de proefvlakken zijn (krimp)scheuren in de pleistermortels ontstaan. Geen van de proefvlakken toont (nog) cohesieverlies door de kristallisatie van de zouten. Het proefvlak met de kalkmortel met ingemengd inhibitor (vlak A1) vertoont op de inspectie in september 2018, 4 maanden na de applicatie, blauwige en gelige verkleuringen (Fig. 6). De gelige kleur is veroorzaakt door de inhibitor: natrium ferrocyanide heeft van zichzelf een gelige kleur. De blauwe verkleuring is waarschijnlijk veroorzaakt door de reactie van de natrium ferrocyanide met ijzer (III) ionen, wat leidt tot het ontstaan van het blauwe pigment Pruisisch blauw (Gail et al. 2012). In het driehoekige oppervlak rechtsonder op proefvlak A1, waar de inhibitor alleen in de binnenste laag van de pleister is ingemengd (Fig. 6) is de verkleuring veel minder duidelijk dan in de rest van het proefvlak. Op hetzelfde proefvlak A1 is op sommige locaties pluizige zoutuitbloei zichtbaar (Fig. 7). Dit is veroorzaakt door de aanwezigheid van de inhibitor (er is geen zoutuitbloei op de referentiemortel, vlak A2, zichtbaar) die het transport van zouten naar het oppervlak bevordert. Het effect van de inhibitor wordt bevestigt door het typisch dendritische habitus van de uitbloei. Het wordt verwacht dat het ontstaan van zoutuitbloei, zoals al in het laboratoriumonderzoek is opgemerkt, de ontwikkeling van de zoutschade zal vertragen.

Fig. 7. Details van proefvlak met kalkmortel en ingemengd inhibitor (A1) in oktober

2018.


52

Fig. 8. Proefvlakken B (na vier maanden) met links het proefvlak B2 zonder en rechts het

proefvlak B1 met ingemengd inhibitor. Bij het proefvlak B1 (renovatiepleister met ingemengd inhibitor) zijn geen visuele verschillen waarneembaar t.o.v. het vlak met de renovatiepleister zonder inhibitor (Fig. 8). Zoals verwacht is er, vanwege de hydrofobe buitenste pleisterlaag, geen vochttransport naar de buitenste laag mogelijk en dus geen kans op zoutuitbloei. Vocht- en zoutgehalte Bij de eerste meting, voor het aanbrengen van de pleistermortels, is geconstateerd dat het vochtgehalte in het lagere deel van de muur veel hoger is dan het HMC; dit betekent dat een vochtbron anders dan het hygroscopische gedrag van de zouten aanwezig is. Het MC neemt af met de hoogte terwijl het HMC juist hoger wordt. Op basis van deze resultaten kan worden geconcludeerd dat in de muur sprake is van optrekkend vocht tot een hoogte van maximaal 200 cm (Fig. 9). Het HMC is het hoogste dichtbij het oppervlak, in de toen nog aanwezig zout transporterende pleister, aangebracht in de jaren ’90.

Fig. 9. Kalkmortel met inhibitor (proefvlak A1), MC en HMC voor het aanbrengen van de

proefvlakken; de pleister in dit geval is een oude, beschadigde pleisterlaag.


53

Vier maanden na het aanbrengen van de proefvlakken zijn de bemonstering en de MC- en HMC-metingen herhaald. In het geval van de kalkmortel, is het HMC van de pleistermortel in beide vlakken (met en zonder ingemengd inhibitor) iets verhoogd (tussen 1 en 3 gew.%), een teken dat zouten al zijn verplaatst naar de nieuwe pleisterlagen. Wanneer de proefvlakken met en zonder (Fig. 10, 11) ingemengd inhibitor met elkaar vergeleken worden, zijn de verschillen in HMC nog minimaal. De meetdata over een aantal maanden zullen hier naar verwachting meer duidelijkheid over geven. In het geval van de zout accumulerende pleister, is in beide vlakken, met en zonder inhibitor (Fig. 12, 13), een verhoogd HMC gemeten (tussen 1 en 7 gew.%) teken dat ook in dit geval zouten zijn verplaatst van de muur naar de pleister. Zoals verwacht, is het HMC in de buitenste laag van de pleister veel lager: omdat deze laag hydrofoob is, kan hier geen transport van de zoutoplossing plaatsvinden. Er zijn (nog) geen duidelijk en consistente verschillen in het HMC te zien tussen de pleister met en zonder inhibitor.

Fig. 10. Kalkmortel met inhibitor (proefvlak A1), MC en HMC na vier maanden.

Fig. 11. Kalkmortel zonder inhibitor (proefvlak A2), MC en HMC na vier maanden.


54

Fig. 12. Renovatiepleister met inhibitor (proefvlak B1), MC en HMC na vier maanden.

Fig. 13. Renovatiepleister zonder inhibitor (proefvlak B2), MC en HMC na vier maanden.

Conclusies Dit onderzoek heeft als doel het effect van een inhibitor op de zoutbestendigheid van pleistermortels in de praktijk te testen. Er zijn twee typen pleistermortels getest: een kalkmortel en een zout accumulerende pleister. Beide mortels zijn met en zonder ingemengd inhibitor getest. Het effect van de inhibitor op de schade is geëvalueerd door visuele inspectie en door het vocht- en zoutgehalte in de pleister te meten. Bij de visuele inspectie is er nog geen zoutschade in de vorm van cohesieverlies van de pleister, waargenomen. In het geval van de kalkmortel heeft de inhibitor het transport van zouten naar het oppervlak bevordert. Het is te verwachten dat het kristalliseren van de zouten aan het oppervlak het schadeproces zal vertragen. Helaas is er ook een blauwe


55

verkleuring van de kalkmortel met inhibitor ontstaan. In het geval van de zout accumulerende pleister is er geen visueel waarneembaar verschil tussen het vlak met en dat zonder inhibitor. Voor wat de zoutverdeling in de pleister betreft, de pleistermortels gedragen zich zoals verwacht: de kalkmortel transporteert de zouten, de zout accumulerende pleister verzamelt de zouten in de binnenste laag. Wanneer het zoutgehalte in beide pleisters met inhibitor wordt vergeleken met de vlakken zonder inhibitor, zijn de verschillen (nog) erg klein. Om conclusies te kunnen trekken over het effect van de inhibitor op zouttransport en schade, zullen de inspectie en de bemonstering herhaald worden aan het eind van het onderzoek. Daarnaast zullen in de komende maanden ook microscopische observaties op slijpplaten van de mortels en versnelde kristallisatietesten op kernen van de mortels uitgevoerd worden.

Dankwoord De auteurs willen Anton van Delden (Delstuc Stucadoors), Nico Karper (Strikolith B.V.) en Rob van

Hees (TU Delft) graag bedanken voor hun actieve bijdrage aan het onderzoek. Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van MonumentenKennis.

Referenties Charola, A.E., 2000. Salts in the deterioration of porous materials: an overview. Journal of the

American Institute for Conservation 39:327-342.

Charola, A.E. & Bläuer, C., 2015. Salts in masonry: an overview of the problem. Restoration of

Buildings and Monuments 21:119-135. Gail, E., Gos, S., Kulzer, R., Loré, J., Rubo, A., Sauer, M., Kellens, R., Reddy, J., Steier, N. &

Hasenpusch, W., 2012. Cyano compounds, inorganic. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag, New York, 673-710.

Goudie, A. & Viles, H., 1997. Salt weathering hazards. John Wiley, New York. Granneman, S., Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2018. Characterization of lime mortar additivated

with crystallization modifiers. International Journal of Architectural Heritage 12:849-858.

Granneman, S., Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2019. Effect of mixed in crystallization modifiers on the resistance of lime mortar against NaCl and Na2So4 crystallization. Construction and

Building Materials 194:62-70. Groot, C., Hees, R. van & Wijffels, T., 2009. Selection of plasters and renders for salt laden masonry

substrates. Construction & Building Materials 23:1743-1750.

Gupta, S., Terheiden, K., Pel, L. & Sawdy, A., 2012. Influence of ferrocyanide inhibitors on the transport and crystallization processes of sodium chloride in porous building materials.

Crystal Growth & Design 12:3888-3898. Lubelli, B., 2006. Sodium chloride damage to porous building materials. Proefschrift, TU Delft, Delft.

Lubelli, B. & Hees, R.P.J. van, 2007. Effectiveness of crystallization inhibitors in preventing salt damage in building materials. Journal of Cultural Heritage 8:223-234.

Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Brocken, H.J.P., 2004. Experimental research on hygroscopic

behaviour of porous specimens contaminated with salts. Construction & Building Materials 18:339-348.

Lubelli, B., Nijland, T.G., Hees, R.P.J. van & Hacquebord, A., 2010. Effect of mixed in crystallization inhibitor on resistance of lime-cement mortar against NaCl crystallization. Construction &

Building Materials 24:2466-2472.

Nijland, T.G., Lubelli, B. & Hees, R.P.J., 2018. Een plaag van alle tijden: zout. Deze syllabus. Rodriguez-Navarro, C., Linares-Fernandez, L., Doehne, E. & Sebastian, E., 2002. Effects of

ferrocyanide ions on NaCl crystallization in porous stone. Journal of Crystal Growth 243:503-516.

Rossi-Manaresi, R. & Tucci, A., 1991. Pore structure and the disruptive or cementing effect of salt

crystallization in various types of stone. Studies in Conservation 36:53-58.


56

Scherer, G.W., 2004. Stress from crystallization of salt. Cement & Concrete Research 34:1613-1624.

Steiger, M., 2005. Crystal growth in porous materials. I: The crystallization pressure of large crystals. Journal of Crystal Growth 282:455-469.


57

Hydrofoberen: duurzaamheid in de praktijk

Wido Quist, Jacqueline van Dam, Rob van Hees TU Delft

Naar aanleiding van het historisch georiënteerde onderzoek naar oppervlaktebehandelingen (Nijland & Quist 2018) en het onderzoek naar het hervoegen van gehydrofobeerd metselwerk, beide uitgevoerd binnen de samenwerking tussen TNO, RCE en TU Delft in MonumentenKennis, ontstond het idee om aan de hand van een aantal casussen te kijken naar de duurzaamheid van hydrofoberingen. Voor de keuze van de casussen is teruggegrepen op twee onderzoeken/publicaties uit de jaren ’90 van de vorige eeuw waarin de prestatie van hydrofoberingen werd onderzocht (Van Hees & Koek 1994, Van Hees et al. 1998). Een aantal objecten dat in deze studies is onderzocht is in juni 2018 opnieuw bezocht en bij een deel van deze objecten zijn in november 2018 Karstenbuismetingen verricht om de waterabsorptie van de (bak)steen en het voegwerk te meten. De bezochte objecten zijn: de Hervormde kerken van IJsselstein, Oudewater, Harderwijk, Molenaarsgraaf, Rossum en Leerdam, het Huis Oud-Amelisweerd en de molen van Zoelen. Aanvullende Karstenbuismetingen zijn verricht in IJsselstein, Oudewater, Harderwijk, Molenaarsgraaf en Leerdam. Uit waarnemingen tijdens de inspectie in juni 2018 is naar voren gekomen dat:

• Veel bakstenen hydrofoob zijn.

• Een beperkt aantal bakstenen schade aan het oppervlak vertoont.

• De voegen in veel mindere mate (of niet) hydrofoob zijn.

• Het voegwerk (deels) is vervangen.

Fig. 1. Het baksteenmetselwerk van de NH kerk te IJsselstein is hydrofoob op diverse

plekken. Van de casussen is bekend dat de buitenmuren in het verleden zijn gehydrofobeerd; dat was de reden dat ze in de jaren ’90 onderdeel van het onderzoek uitmaakten. Op basis van de waarnemingen kan worden geconcludeerd dat grote delen van de muren van de


58

objecten nog steeds hydrofoob zijn. Naar aanleiding van deze voorlopige conclusie is nader archiefonderzoek verricht in de pandsdossiers bij de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed om te achterhalen of er een hydrofobering heeft plaatsgevonden vanaf midden jaren ’90. Bij geen van de casussen is hiervoor bewijs aangetroffen. Hieruit kan worden geconcludeerd dat het hydrofobe karakter van de bakstenen toe te schrijven is aan een oudere behandeling van 30-50 jaar geleden. Uit de archieven komt wel naar voren dat er recentelijk voegwerk is vervangen. Of de noodzaak tot hervoegen verband houdt met de hydrofobering komt uit geen van de dossiers naar voren. Wat bijvoorbeeld wel uit de dossiers (e-mailwisseling uit 1997-1999) naar voren kwam, is het terughakken en opnieuw voegen van het tufstenen basement van een steunbeer aan de NH kerk te Oudewater. Op een foto uit 1994 is de schade aan de tufsteen goed zichtbaar, op een recente (2018) foto is te zien dat het steenoppervlak er weer gezond uitziet. Aan het oversteken van de bakstenen afzaat is te zien dat het steenoppervlak is teruggehakt.

Fig. 2. Twee foto’s van het tufstenen basement van een steunbeer aan de NH kerk te Oudewater. Links: foto uit het rapport uit 1994 met duidelijke schade aan de steen.

Rechts: situatie 2018 met teruggehakt en hervoegd tufsteen oppervlak. Tijdens de presentatie wordt verder ingegaan op de conclusies en aanbevelingen uit de onderzoeken uit de jaren ’90, de waarnemingen aan de genoemde objecten en vergelijking tussen de recente Karstenbuismetingen en die van 25 jaar geleden.

Referenties Hees, R.P.J. van & Koek, J.A.G., 1994. Schade aan monumenten na hydrofoberen. TNO-rapport

94-BT-R0712. Hees, R.P.J. van, Koek, J.A.G., Clercq, H. de, Witte, E. de, Binda, L., Ferrieri, E.D. & Carraro, E.,

1998. The assessment of the performance of surface treatments in the field: results of 60 case studies confronted with lab results. In: Hees, R.P.J. van, red., Evaluation of the

performance of surface treatments for the conservation of historic brick masonry. Office

for Official Publications of the European Communities, Luxemburg, 33-53. Nijland, T.G. & Quist, W.J., 2018. Historische oppervlaktebehandelingen voor de conservering

van steenachtige materialen (natuursteen, beton, metselwerk) in Europese context. TNO-rapport 2018-R-10436.


59

Fig. 3. Bij diverse Karstenbuismetingen was zichtbaar dat het water naar alle kanten capillair werd getransporteerd. Dit is vermoedelijk een indicatie van de aanwezigheid van een hydrofobeermiddel juist onder het oppervlak van de baksteen. Ten gevolge

van UV-inwerking zijn vermoedelijk de siliconen afgebroken.


60

Nieuwe testmethoden voor injectieproducten tegen optrekkend vocht1

Rob van Hees1,2, Barbara Lubelli1,2, Anke Hacquebord1 1TU Delft, Faculteit Bouwkunde, 2TNO

Abstract Injectie van chemische producten is wellicht de meest verbreide methode om optrekkend vocht te bestrijden. Bij de meerderheid van deze producten gaat het om hydrofobeermiddelen, ofwel op basis van koolwaterstoffen, of (en dat in toenemende mate) met water als oplosmiddel. In hun oorspronkelijke vorm ging het om vloeibare producten, maar er is de laatste jaren een groeiend aantal producten in de vorm van crèmes. Uit de praktijk komen tegengestelde berichten met betrekking tot de effectiviteit van de injecties; vaak ontstaat een controverse tussen gebouweigenaar en uitvoerend bedrijf over de werkzaamheid van het product. Soms wordt daarbij de noodzakelijk lange droogtijd voor een natte muur als argument gebruikt om een tekortschietende behandeling te camoufleren. In andere gevallen is het onduidelijk of de injectie danwel een gelijktijdig aangebrachte restauratiepleister verantwoordelijk is voor een (in elk geval visuele) verbetering. In deze bijdrage wordt onderzoek beschreven gericht op het ontwikkelen van een methode waarmee op eenvoudige en snelle wijze de werkzaamheid van een product kan worden aangetoond, zowel in de praktijk als in het laboratorium. Een interessant nevenaspect van het onderzoek was overigens dat diverse essentiële factoren die bepalend zijn voor de effectiviteit van injectieproducten duidelijk zijn geworden. In deze bijdrage zal de snelle methode voor de praktijk centraal staan.

Inleiding

Injectie en impregnering met chemische producten

Er zijn veel methoden beschikbaar om optrekkend vocht in metselwerk te bestrijden. Desondanks bestaat er maar weinig wetenschappelijke literatuur omtrent de effectiviteit van die methoden (Franzoni 2014). Injectie of impregneren met chemische producten behoort tot de meest toegepaste methoden om optrekkend vocht in gebouwen te bestrijden. Hierbij worden aan de onderzijde van de muur gaten geboord met een onderlinge afstand van 0,1 tot 0,15 m. De gaten kunnen aan één of soms aan beide zijden van de muur worden geboord, afhankelijk van de dikte van de muur. De chemische producten kunnen vervolgens met druk (injectie) of zonder druk (impregnering, met gebruik van hydrostatische druk) worden ingebracht. De producten werken hetzij door het afsluiten van de poriën, hetzij door het waterafstotend maken van de poriën, waardoor in beide gevallen capillair transport wordt tegengegaan. Tegenwoordig behoren de meeste producten tot de tweede categorie. De producten hebben ofwel een organisch oplosmiddel danwel gaat het om oplossingen in water of emulsies in water. De laatste jaren bestaat een tendens om meer water-


61

gebaseerde producten toe te passen, omdat ze meer milieuvriendelijk zijn. Tenslotte is er nog verschil in viscositeit: variërend van volledig vloeibaar tot gels of crèmes. De crème-achtige producten worden steeds belangrijker; redenen daarvoor zijn het gemak van applicatie en de langere contacttijd tussen product en ondergrond. Er bestaan diverse problemen rond de applicatie en effectiviteit van chemische producten. Eén daarvan is de moeilijkheid om het product in poriën te brengen die geheel of gedeeltelijk met water zijn gevuld. Sommige producten blijken beter geschikt voor toepassing in natte muren dan andere. Dit probleem is beschreven in Lubelli et al (2013). Om effectief te worden moet het product alle poriën en openingen bereiken en vervolgens een hydrofobe of niet-permeabele horizontale laag creëren, waar geen water doorheen kan worden getransporteerd. Wanneer deze horizontale barrière niet continu is, kan water nog steeds worden getransporteerd en zal optrekkend vocht niet effectief worden bestreden. Injectie of impregnering moet dus tot overlappende zones leiden waarin het product werkzaam is. Uit de praktijk komen nogal tegenstrijdige berichten over de werkzaamheid, zoals in Balak (2007). Ook ontstaan er vaak discussies tussen gebouweigenaar en uitvoerder. Het trage proces van drogen wordt daarbij nogal eens gebruikt om niet-werkzaamheid te camoufleren. Ook is het soms niet duidelijk of een visuele verbetering nu aan de injectie of aan een gelijktijdig aangebrachte restauratie pleister te danken is. Het is duidelijk dat de bouwpraktijk gebaat is bij een onderzoekmethode die op snelle en simpele wijze kan aantonen of een behandeling effectief is. Dat geldt zowel voor de praktijk als voor het laboratorium. Met dit als doel is onderstaand onderzoek uitgevoerd. Internnationaal bestaan verschillende procedures voor de evaluatie van injectieproducten in het laboratorium (BBA 1988, Van Hees & Koek 1995, WTA 2003, Van Hellemont et al. 2007). Doel van het hier beschreven onderzoek was een methode te ontwikkelen voor de betrouwbare evaluatie van de effectiviteit van chemische producten binnen korte tijd na applicatie. Er zijn uiteindelijk twee nauw aan elkaar gerelateerde methoden ontwikkeld, één voor het laboratorium en één voor de praktijk. De laboratoriummethode wordt beschreven in Lubelli et al. (2013, 2017) en Hacquebord et al. (2013). Hieronder wordt de snelle praktijkmethode beschreven, die is afgeleid van de laboratoriummethode.

Testmethoden voor de praktijk Een onomstreden methode om gegevens te verzamelen omtrent het vocht- (en zout)gehalte is poedermonsters te boren uit de desbetreffende muur op verschillende hoogten en diepten, waardoor na droging van de monsters een vochtverdeling over hoogte en diepte zichtbaar kan worden gemaakt. Door dezelfde monsters vervolgens bij een hoge RV te brengen kan uit de hygroscopische vochtopname vervolgens een betrouwbare indicatie van de zoutverdeling worden verkregen (Lubelli et al. 2004). Door vervolgens de curves voor het vochtgehalte (MC) en de hygroscopische vochtopname (HMC) met elkaar te vergelijken, kan de aanwezigheid van optrekkend vocht worden vastgesteld (Lubelli et al. 2018). Deze procedure kan in eerste instantie worden gebruikt om de aanwezigheid van optrekkend vocht vast te stellen en te beslissen of behandeling zinvol is; dezelfde procedure kan één of twee jaar later worden herhaald om het droogproces te volgen. Het moge duidelijk zijn dat in geval van twijfel een dergelijk lang durende procedure eigenlijk onwenselijk is. Om die reden is een snelle methode ontwikkeld, afgeleid van de snelle laboratoriummethode beschreven in Hacquebord et al. (2013). De methode omvat het


62

boren van kernen (diameter ca. 10 cm) en het nemen van poedermonsters uit de behandelde zone enkele weken nadat injectie heeft plaatsgevonden. Wegens het enigszins invasieve karakter van de methode, kan de methode niet zonder meer worden ingezet in gebouwen of muurconstructie met monumentale waarde. De test op de kernen omvat verschillende stappen en duurt voor de meeste injectieproducten ongeveer 8 weken, gerekend vanaf het moment van injecteren. De methode en toepassing ervan in een case study worden besproken in dit artikel.

Case study en gebruikte producten Gekozen project De Sint Bernardusabdij in Hemiksem (België) werd geselecteerd voor het valideren van de testmethoden (Fig. 1).

Fig. 1. Buitenzijde (links) en binnenzijde (rechts) van de proefmuur in de St.

Bernardusabdij in Hemiksem (België). Een buitenmuur grenzend aan een binnenhof van de abdij werd geselecteerd voor de injectie. Deze locatie is goed bruikbaar zowel voor het vaststellen van de effectiviteit van de injectiemethoden als voor de validatie van de testmethoden zelf, omdat hier een duidelijk probleem van optrekkend vocht speelt (zie hieronder). Bovendien biedt de relatief lange muurconstructie de mogelijkheid om verschillende producten tezamen met een niet behandelde referentie naast elkaar, onder dezelfde condities, met elkaar te vergelijken. Geselecteerde producten Er werden vier producten geselecteerd voor injectie in de abdijmuur. Deze producten representeren de voornaamste klassen van producten als aangetroffen bij een marktonderzoek. De selectie omvatte zowel een watergebaseerd product als een product in organisch oplosmiddel en daarnaast een crème.

• C2: siliconaat (kalium methylsiliconaat; % actieve stof niet gespecificeerd) in water, vloeibaar.

• B3: siloxaan (oligomere siloxaan; actieve stof ca. 10 gew.%) in organisch oplosmiddel (isoparaffine), vloeibaar.

• B2: siloxaan (geen verdere omschrijving beschikbaar) in water, vloeibaar. • E5: silaan (geen verdere omschrijving beschikbaar; actieve stof ca. 80 gew.%),

crème.


63

Er moet worden onderstreept dat producenten vaak slechts minimale informatie omtrent moleculaire structuur, soort oplosmiddel en aanwezigheid van additieven verstrekken, hoewel dergelijke informatie van belang zou zijn om de wetenschappelijke kennis te vergroten. In alle gevallen berust het principe van de geteste producten op het waterafstotend maken van de poriën, dus het belemmeren van capillair watertransport. Beginsituatie Voor de betreffende muur werden zes locaties geselecteerd voor de applicatie (vier) en als referentie (twee). Voor injectie werd voor elke locatie een vochtprofiel bepaald om de beginsituatie vast te leggen. Figuur 2 toont de 6 locaties; de rode stippellijnen geven de plaats van de vochtprofielen, de zwarte de plaats van de injecties.

Fig. 2. Buitenmuur met proefvlakken, abdij Hemiksem. De locatie van de vochtprofielen

(rode stippellijnen) en de injectielocatie (zwarte stippellijn) is aangegeven; hoogte injectie ca. 0,40 m, hoogte raamdorpels ca. 1,50 m; lengte van de geïnjecteerde zone is

voor elk van de producten B2, B3, C2, E5 tussen haakjes aangegeven

Een representatief voorbeeld van de vochtprofielen en hygroscopische vochtprofielen wordt gegeven in figuur 3. De profielen tonen duidelijk de aanwezigheid van optrekkend vocht in de muur. De hoeveelheid hygroscopische zouten is, zoals blijkt uit het vastgestelde hygroscopisch vochtgehalte, beperkt. Injectie van de testvlakken De producten werden geïnjecteerd in de zones zoals aangegeven in figuur 2. Er werd geen ruimte gelaten tussen een injectiezone en de aansluitende; op deze wijze was het niet noodzakelijk een extra verticale reeks injectie gaten te maken en te vullen om behandelde en niet behandelde delen van elkaar te scheiden. De lengte van de geïnjecteerde zone varieerde tussen 1,50 en 1,70 m (13 tot 15 injectiegaten). De vloeibare producten op waterbasis, C2 en B2 en de crème, E5, werden zonder druk aangebracht, terwijl het product op basis van een organisch oplosmiddel, B3, werd geïnjecteerd met lage druk (2 bar) (Fig. 4-6).


64

Fig. 3. Vochtprofielen (baksteen, respectievelijk mortel) voor een van de locaties

(startsituatie). Deze locatie is representatief voor alle gekozen proefvlakken

Fig. 4. Impregnering zonder druk.

Fig. 5. Injectie met druk.


65

Fig. 6. Impregnering met een crème.

Tabel 1. De meest relevante gegevens m.b.t. de producten en applicatie.

Product

C2 B2 B3 E3

Siliconaat in water

Siloxaan in water

Siloxaan in organisch oplosmiddel

Silaan

Vloeistof Vloeistof Vloeistof Crème

Injectie

Afstand gaten, mm 25 25 14 14

Hoek gaten, ° 25-30 25-30 25-30 0

Druk Hydrostatisch Hydrostatisch Laag (2 bar) Zonder druk

Duur, uur Ca. 5 + 3 Ca. 3 + 3 5x tot aan verzadiging

Eén applicatie

Lengte zone, m 1,50 1,60 1,80 1,50

Aantal gaten 12 12 13 14

Hoeveelheid product, l

Totaal, geïnjecteerd 15 8 7 3,08

Totaal, voorschrift 15 14,4 12,2 3,08

Per gat, geïnjecteerd 1,25 0,67 0,54 0,22*

Per gat, voorschrift 1,15 1,17 0,94 0,22*

* Genoeg om injectiegat te vullen. De injectiegaten werden geboord op ca. 40 cm boven het vloerniveau. De afstand tussen twee gaten bedroeg ca. 12 cm; de diameter van de injectiegaten was 25 mm voor de vloeibare watergebaseerde producten en 14 mm voor zowel het product op basis van een organisch oplosmiddel als voor de crème. De hoek met de horizontaal was 25-30° voor de vloeibare producten, terwijl voor de crème horizontale gaten werden geboord. De diepte van de injectiegaten bedroeg ca. 55 cm bij een muurdikte van ca. 60 cm. Aansluitend aan het boren werden de gaten gereinigd met perslucht en achtergebleven stof werd weggezogen, waarna injectie plaatsvond. De hoeveelheid geabsorbeerd product (totale hoeveelheid voor de injectiezone) werd tijdens de applicatie gemeten, gebaseerd op de hoeveelheid product die achterbleef in de houders voor elk van de producten. De belangrijkste gegevens staan vermeld in tabel 1. Na de injectie werden de gaten aan het oppervlak afgesloten met behulp van een mortel.


66

Snelle testmethode Boorkernen Twee weken na de applicatie zijn 5 boorkernen (diameter 10 cm) verzameld (Fig. 7). De kernen werden genomen uit elk van de behandelde proefvlakken en uit één van de referentievlakken. De kern kwam daarbij steeds uit het midden van het behandelde vlak, om zo eventuele beïnvloeding door producten uit de naastliggende proefvlakken te voorkomen. De kernen werden genomen onder een hoek van ca. 30° voor zones die waren behandeld met de vloeibare producten alsmede voor de referentie. Voor het proefvlak behandeld met crème werd horizontaal geboord. De kernen werden in principe genomen tussen twee injectiegaten, teneinde de zijdelingse spreiding te kunnen controleren, behalve voor de crème, waar de kern werd geboord concentrisch met het injectiegat, omdat er werd verwacht dat op het moment van boren nog geen volledig zijdelingse spreiding van het product kon hebben plaatsgevonden; bij de evaluatie van de effectiviteit moet hiermee rekening worden gehouden. Omdat de kernen werden genomen door boren met water, kan het vochtgehalte van de kernen theoretisch hoger zijn geworden dan aanvankelijk het geval in de muur. Er wordt evenwel vanuit gegaan dat de extra vochtopname zeer beperkt was, omdat de muur op het moment van boren vrijwel verzadigd was met vloeistof (door de aanwezigheid van zowel het oorspronkelijke water in de natte muur als de injectievloeistof). De gemiddelde vrije waterabsorptie bij verzadiging bedroeg 16,5 gew. %. Nadat de kernen waren gefotografeerd, werden ze in plastic folie verpakt teneinde verdamping van vocht tegen te gaan. In het laboratorium werden ze (verpakt in folie) gewogen en verpakt bewaard tot de start van de experimenten. Bij de start vond een hernieuwde weging plaats, die toonde dat geen enkele significante droging had plaatsgevonden.

Fig. 7. Links: Boren van kernen uit behandeld en niet-behandeld metselwerk. Rechts:

Referentie boorkern (niet behandeld) Testprocedure op boorkernen Van elke kern werden twee schijven met een lengte van 80 mm gezaagd (met water, ter vermijding van schade aan het proefstuk). De afstand van het bewuste proefstuk tot aan het muuroppervlak is gegeven in tabel 2. Het bleek niet mogelijk de schijven van de verschillende kernen op precies dezelfde afstand te nemen, omdat de verschillende kernen op verschillende plaatsen gebroken waren. In geval van de crème kon zelfs maar één proefstuk uit de kern worden genomen.


67

Tabel 2. Schijven genomen uit de boorkernen. Product Afstand schijf tot muuroppervlak (mm)

Schijf A Schijf B

Referentie geen Ca. 150-250 Ca. 250-350 C2 siliconaat in water, vloeistof Ca. 200-300 Ca. 300-400 B2 siloxaan in water, vloeistof Ca. 120-220 Ca. 220-320 B3 siloxaan in organisch oplos-

middel, vloeistof Ca. 230-330 Ca. 330-430

E5 silaan, crème Ca. 240-340 -

Een van de belangrijkste onderdelen van de ontwikkelde test methode is de mogelijkheid een constante vochttoevoer, vergelijkbaar met die aanwezig in situ, te handhaven na injectie of impregnering. Er werden diverse experimenten met verschillende materialen uitgevoerd om dit te bereiken en een realistische optrekkend vocht situatie te simuleren. Uiteindelijk werd een relatief constante vochttoevoer voor een behandelde bakstenen kern gevonden door het gebruik van een ‘torentje’ bestaande uit lagen baksteen en klei (Fig. 8; zie Lubelli et al. (2017)).

Fig. 8. Model van het baksteen/klei torentje, gebruikt om een constant vochttoevoer te

garanderen, waardoor een zekere verzadigingsgraad in de referentie bakstenen kan worden gehandhaafd. Vrije verdamping uit de baksteen kern kan alleen plaatsvinden via

het bovenvlak (de zijkanten zijn afgesloten).

• Het ‘torentje bestaat uit 1, 2 of 3 lagen baksteen/kaolienklei, afhankelijk van de vereiste vochttoevoer, nodig om verzadigingsniveau van referentie bakstenen kernen te handhaven.

• Het kaolienpoeder wordt gemengd met water in een verhouding water/kaolien: 40/60 in gewichtsdelen.

• Het baksteen/kaolientorentje wordt vervolgens geplaatst op een rooster met een hoogte van 5 mm in een reservoir met water, met een hoogte tot juist boven het rooster.

• Een tissue filter wordt gebruikt om te voorkomen dat de bakstenen kern kleideeltjes zou opnemen.

Tijdens de test moet het gewicht van de kernen worden gemonitord, waarbij het gewicht van de onbehandelde proefstukken dient als referentie (het gewicht van de referentie moet constant blijven) om, indien nodig, de watertoevoer aan te passen door baksteen en kleilagen toe te voegen of weg te nemen. Het volgende criterium werd gebruikt om de ‘werkelijke effectiviteit’ van een product te evalueren: een product wordt als effectief beschouwd wanneer aan het einde van de test

Kaolin


68

het vochtgehalte in de behandelde kernen lager is dan het vochtgehalte in de referentiekernen. Het komt er op neer dat het product dan in staat is geweest te reageren onder natte omstandigheden en dat dankzij de ontwikkelde waterafstotendheid, geen water meer wordt opgenomen; in dit geval droogt de kern en neemt het gewicht af. Aan het einde van de periode van waterabsorptie (ca. vier weken) werd de werkelijke effectiviteit van de producten vastgesteld. De werkelijke effectiviteit van een product kan worden gedefinieerd als de effectiviteit in een situatie waarin de vochttoevoer constant is gehouden, tijdens en na de injectie, vergelijkbaar dus met de praktijk. Vervolgens werden de kernen gedroogd in een oven bij 40 C; daarna werd de capillaire waterabsorptie van

de droge kernen bepaald via het grondvlak. Na drie weken van capillaire waterabsorptie werd op basis van het dan vastgestelde vochtgehalte de potentiele effectiviteit bepaald (zie hieronder). De potentiele effectiviteit van een product kan worden gedefinieerd als de effectiviteit die het product kan krijgen in een situatie waarin de vochttoevoer na injectie wordt onderbroken en het product kan polymeriseren onder droge omstandigheden. Aanvullende test op poedermonsters In het project werd ook een aanvullende test ontwikkeld voor de evaluatie van de aanwezigheid en verspreiding van waterafstotende producten in een metselwerk muur. Deze, zogenaamde druppeltest komt neer op het vaststellen van het waterafstotend gedrag van boorpoeder, gebruikmakend van een waterdruppel. In het geval van de case study Hemiksem, werd poeder (zowel steen als mortel) voor de test genomen uit de eerder beschreven boorkernen. Een voordeel van de methode is dat om een indruk te krijgen, geen verder onderzoek aan de monsters nodig is om de aanwezigheid van het product vast te stellen, resulterend in een snelle beoordeling tegen lage kosten. De druppeltest bestaat uit het beoordelen van de vorm van waterdruppels aangebracht op (gedroogde) poedermonsters. De test geeft een indicatieve evaluatie van de aanwezigheid van het waterafstotend product. Wanneer hydrofobering aanwezig is zal de druppel worden afgestoten en een bolle of elliptische vorm hebben, terwijl bij afwezigheid ervan de druppel wordt geabsorbeerd (Fig. 9). Met behulp van deze procedure is het in de meeste gevallen mogelijk om eenvoudig conclusies te trekken met betrekking tot de verspreiding van een waterafstotend product en de potentiele effectiviteit. De werkelijke effectiviteit dient te worden vastgesteld middels de eerder beschreven procedure.

Fig. 9. Monsters met (links) en zonder (rechts) duidelijk waterafstotende eigenschappen.

Bespreking Test op kernen - actuele effectiviteit van de producten


69

Het vochtgehalte (MC) van de kernen uit het metselwerk varieerde bij aanvang van de test tussen 12 en 16,6 gew.%, afhankelijk van verschil in samenstelling van de kernen (verschillende verhouding baksteen / mortel) en daarnaast verschil in eigenschappen tussen verschillende bakstenen. Het vochtgehalte (MC) aan het begin was de test was hoger dan het actuele vochtgehalte zoals gemeten in de muur zelf. Er wordt verondersteld dat het hogere vochtgehalte correspondeert met verzadiging van het metselwerk: het hoge vochtgehalte in de kernen is toe te schrijven enerzijds aan bemonstering en verwerking tot schijven met behulp van water en aan de ingebrachte producten anderzijds. Het volgende criterium werd gebruikt om de werkelijke effectiviteit van een product vast testellen: een product wordt als effectief beschouwd wanneer, aan het einde van de test, het vochtgehalte in de behandelde proefstukken lager is dan dat in de referentie proefstukken. Dit betekent dat het product in staat is geweest te reageren onder vochtige omstandigheden en dat dankzij het ontwikkelde hydrofobe gedrag, geen water meer wordt geabsorbeerd via het capillair systeem; het proefstuk droogt dan en het gewicht neemt af. Figuur 10 toont de gewichtsverandering van de verschillende proefstukken tijdens de test. De veranderingen in vochtgehalte werden gravimetrisch vastgesteld; het droge gewicht van de proefstukken werd geheel aan het einde van de test bepaald. In het begin nam het gewicht van de referentieproefstukken duidelijk af (eerste deel van de grafieken), hetgeen erop wees dat de toevoer van vocht via de baksteen/kleilagen onvoldoende was. Om de vochttoevoer aan te passen werden enkele baksteen/klei lagen verwijderd, waarna de proefstukken werden teruggeplaatst op de ‘torentjes’. Op basis van de testresultaten kunnen de volgende conclusies worden getrokken (Fig. 10).Voor B3 (siloxaan op basis van koolwaterstof), C2 (siliconaat op waterbasis) en B2 (siloxaan in water) kon niet onomstotelijk een werkelijke effectiviteit worden vastgesteld. Voor B3 en C2 lagen de vochtgehalten op hetzelfde niveau als dat van de referenties. Voor B2 gaven de twee proefstukken zeer uiteenlopende resultaten (1x zeer goed, 1x zeer slecht). Het enige proefstuk dat beschikbaar was voor E2 (silaan crème) gaf een positief resultaat, maar nog los van dat het maar een proefstuk betreft, was in dit geval de kern genomen ter plaatse van het injectiegat (zie boven); daarom kunnen de resultaten niet zomaar worden vergeleken met die van de andere proefstukken en producten.

Fig. 10. Vochtgehalte (MC) in behandeld en referentie metselwerk kernen uit Hemiksem, tijdens de test met constant vochttoevoer. A en B betreft schijven van respectievelijk het

oppervlak en het diepere deel van het metselwerk. Test op kernen - potentiele effectiviteit van de producten


70

Na droging van de kernen, werd de water absorptie gemeten teneinde de potentiele effectiviteit van de producten vast te stellen. Figuur 11 toont het vochtgehalte (MC) van de proefstukken na droging en daaropvolgende waterabsorptie.

Fig. 11. Vochtgehalte (MC) in kernen van behandeld metselwerk uit Hemiksem (als

percentage van de MC in referentiekernen) na drie weken capillaire waterabsorptie. De kernen waren tevoren gedroogd bij 40 °C. A en B betreft schijven van respectievelijk het

oppervlak en het diepere deel van het metselwerk. Product E5 toont behalve de al vastgestelde werkelijke effectiviteit (uiteraard) ook een goede potentiele effectiviteit. Product B2 toont, net zoals bij de vaststelling van de werkelijke effectiviteit een (zeer) goede potentiele effectiviteit voor het proefstuk dieper in de muur en een slechte potentiele effectiviteit voor het proefstuk bij het muuroppervlak; dit valt mogelijk te verklaren uit het feit dat het product dieper in de muur in grotere hoeveelheid en gedurende langere tijd aanwezig is dan aan het muuroppervlak (als gevolg van de hellende boorgaten). Product B3 en C2 tonen een matige potentiele effectiviteit. Druppeltest De resultaten van de druppeltest zijn gegeven in tabel 3. De test werd in dit geval uitgevoerd na het drogen van het boorpoeder, ter ondersteuning van de vaststelling van de potentiele effectiviteit. In het algemeen vertoont het boorpoeder van de baksteen een matig tot sterk hydrofoob effect; de mortel vertoont in enkele gevallen (B2, C2) geen enkel hydrofoob effect. Alleen de siloxaan in organisch oplosmiddel (B3) toont goede waterafstotende eigenschappen op zowel baksteen als mortel. De mortel behandeld met het crème product (E5), vertoont een zeer sterk hydrofoob effect, echter pas na bevochtigen en opnieuw drogen. De resultaten van de druppeltest zijn in de meeste gevallen in overeenstemming met die verkregen uit de test op de proefstukken. In een enkel geval (B3) is wel een positief effect gemeten op poeder terwijl de proefstukken een matige effectiviteit vertoonden. Daar moet wel bij worden aangetekend dat de druppeltest maar op een klein oppervlak (diameter van de boor is ca. 5 mm) wordt uitgevoerd; voor een echt representatief oordeel zullen dan ook meerdere poederboormonsters moeten worden genomen.


71

Tabel 3. Resultaten van de druppel test op poeder monsters van baksteen en mortel. Product Materiaal Waterafstotend

Referentie Mortel – – Referentie Baksteen – – C2 Mortel – – C2 Baksteen + B2 Mortel – – B2 Baksteen + – B3 Mortel + B3 Baksteen ++ E5 Mortel ++ * E5 Baksteen ++

Evaluatie Toelichting

– – Geen waterafstotend effect: water wordt onmiddellijk door het materiaal geabsorbeerd

– Zwak waterafstotend effect: water wordt na enkele seconden door het materiaal geabsorbeerd

+ – Gemiddeld waterafstotend effect: water wordt niet geabsorbeerd; druppels blijven op hun plaats

+ Sterk waterafstotend effect: duidelijk pareleffect zichtbaar; druppels worden afgestoten of blijven op hun plaats

++ Zeer sterk waterafstotend effect: druppels worden onmiddellijk afgestoten * Mortel in eerste instantie niet waterafstotend; echter na bevochtigen en opnieuw drogen,

blijkt de mortel zeer sterk hydrofoob.

Conclusies Testmethoden De snelle methode voor de praktijk maakt het mogelijk om kort na behandeling de effectiviteit van injectie tegen optrekkend vocht vast te stellen, zelfs wanneer geen vochtprofielen van de muur voor behandeling beschikbaar zijn. De nieuwe testmethode, toegepast op boorkernen uit een behandelde muur is een betrouwbare methode om al kort na het injecteren de verwachte effectiviteit van producten te voorspellen. Het is mogelijk onderscheid te maken tussen verschillende niveaus van effectiviteit (zowel de werkelijke als de potentiele). De test vormt behalve een objectieve vaststelling van de werkelijke effectiviteit en de mate van verspreiding van het product ook de basis voor suggesties tot verbetering van de interventie, zoals aanvullende injecties of (kunstmatige) droging van het metselwerk. De tijd nodig voor het vaststellen van de effectiviteit van vloeibare producten bedraagt ca. 8 weken vanaf het moment van applicatie. Voor producten in crème-vorm wordt de periode geschat op ca. 16 weken; in dit laatste geval wordt aanbevolen de kernen bij voorkeur pas plaatsvindt na enkele maanden vanaf de applicatie, omdat zijdelingse verspreiding pas dan kan hebben plaatsgevonden. Verbetering van de methode kan verder

bestaan uit het nemen van boorkernen zowel op de plaats van het injectiegat als tussen de

gaten. Verder is enige verdere ontwikkeling gewenst met betrekking tot de

baksteen/kleitorentjes teneinde een constante vochtstroom naar het behandelde proefstuk

nog beter te garanderen.

Beperkingen van de methode zijn: 1) het invasieve karakter en 2) het risico dat de boorkern uit elkaar kan vallen, hetgeen dan uitvoering van de test onmogelijk zou maken.


72

Het feit dat nat moet worden geboord wordt niet als een punt van zorg gezien, omdat in de zone waar wordt bemonsterd uit de aard der zaak al een zeer hoog vochtgehalte in het metselwerk aanwezig is en ook de behandeling zelf bijdraagt aan het vullen van de capillairen met ‘vocht’. De druppeltest geeft een goede indicatie van de potentiele effectiviteit van de producten; de test maakt het ook mogelijk te beoordelen of er grote verschillen zijn in gedrag op baksteen en op mortel. De test vormt dan ook tevens een goede aanvulling op de test op de boorkernen. Indien de druppeltest als enige wordt uitgevoerd, moet worden gestreefd naar een voldoende representatief aantal monsters; ook dan nog geeft deze test slechts een indicatie van de effectiviteit. Effectiviteit van injectieproducten in de case study Op basis van de resultaten van de vier producten in de beschreven case study, moet worden geconcludeerd dat in dit geval zowel de werkelijke als de potentiele effectiviteit van verschillende producten tamelijk laag was. Een zeer hoog vochtgehalte in de muur (ongeveer verzadiging in de injectiezone) vormt kennelijk een beperking zowel voor het tot stand komen van polymerisatie als voor zijdelingse verspreiding; dit blijkt uit de betrekkelijk lage potentiele effectiviteit van verschillende producten. Er kan worden geconcludeerd dat een hoge verzadigingsgraad in de muur de voornaamste beperking vormt voor de effectiviteit van injectieproducten: zowel het reactieproces als de verspreiding worden negatief beïnvloed. Dit laatste is ook in labonderzoek al eerder aangetoond (Lubelli et al. 2017). Tijdelijke (eventueel kunstmatige) droging van het metselwerk ook na applicatie zou dan ook kunnen helpen de effectiviteit van een chemische behandeling te verbeteren.

Dankwoord De auteurs danken het Ministerie van Economische Zaken, het Bedrijfsschap Afbouw, Remmers

Bouwchemie BV en TNO voor het mogelijk maken van dit onderzoek.

Noten 1 Dit artikel is een Nederlandstalige bewerking van een artikel dat eerder werd gepubliceerd in het

Engels.

Referenties Balak M., 2007. Injektionsverfahren zur nachträglichen Abdichtung von Mauerwerk – neueste

Erkenntnisse. Mauerwerk 11(2):82-86. British Board of Agrément, 1988. The assessment of damp-proof course systems for existing

buildings. BBA, Garston, Watford, Method of Assessment and Testing 39.

Franzoni, E., 2014. Rising damp removal from historical masonries: A still open challenge, Construction and Building Materials 54:123-136.

Hacquebord, A., Lubelli, B., Hees, R. van & Nijland, T., 2013. Evaluation of spreading and effectiveness of injection products against rising damp in mortar/brick combinations.

Procedia Chemistry 8:139-149.

Hees R.P.J. van & Koek J.A.G., 1995. Bestrijding van optrekkend vocht in muren. TNO-rapport 94-BT-R0719.

Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Bolhuis, J., 2018. Effectiveness of methods against rising damp in buildings: Results from the EMERISDA project. Journal of Cultural Heritage 31:S15-S22.

Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Brocken, H.P.J., 2004. Experimental research on hygroscopic

behaviour of porous specimens contaminated with salt. Construction and Building Materials 18:339-348.


73

Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Hacquebord, A., 2013. Experimental study of the distribution of chemical products against rising damp in substrates with different water saturation

degrees, Construction and Building Materials 40:891-894. Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Hacquebord, A., 2017. New insights into the effectiveness of injection

products against rising damp. In: Caner-Saltik, E.N., Tavukcouglu, A. & Zezza, F., red.,

Proceedings of the 9th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean Basin, Ankara, 2014, 627-637.

Vanhellemont, Y., Clercq, H. de & Pien, A., 2007. A proposal for test procedure for injection products against rising damp. In: Proceedings of the 7th European Conference SAUVEUR, Praag,

2006, 165-170. WTA (Wissenschaflich-Technische Arbeitsgemeinschaft fur Bauwerserhaltung und Denkmalpflege),

2003. WTA Merkblatt 4-4-04/D, Mauerwerksinjektion gegen kapillare Feuchtigkeit.


74

Optrekkend vocht: hoe kiest u een geschikte interventie?

B. Lubelli1, R.P.J. van Hees1, J. Bolhuis1,2

1TU Delft, 2Architektenburo Veldman | Rietbroek | Smit, Leiden

Abstract Optrekkend vocht is een vaak voorkomend fenomeen in gebouwen. Vooral oude gebouwen die geen waterkerende laag (zoals bijvoorbeeld een trasraam) hebben, lijden aan dit probleem. De relevantie van optrekkend vocht blijkt ook uit het grote aanbod van producten voor het bestrijden van dit probleem. Het grote, gevarieerde aanbod en de beperkte literatuur over de effectiviteit van de bestrijdingsmethoden maken het moeilijk voor mensen werkzaam in de praktijk om een keuze te maken tussen de verschillende methoden. Binnen het project EMERISDA, gefinancierd door het Europese Joint Program Initiative Cultural Heritage (JPI-CH), is onderzoek uitgevoerd naar de effectiviteit van de verschillende methoden met als uiteindelijke doel een beslissingssysteem te ontwikkelen ter ondersteuning van de praktijk. Het onderzoek bestond uit literatuuronderzoek, een online enquête om de tevredenheid van de gebruiker (gebouweigenaren en instanties werkzaam in de conservering van cultureel erfgoed) te meten en experimenteel onderzoek in het laboratorium en in situ (aan schaalmodellen en aan gebouwen). De resultaten van het project zijn samengebracht in een digitaal beslissingssysteem. Dit systeem is ontwikkeld om gebruikers te ondersteunen in het vaststellen van de aanwezigheid van optrekkend vocht in gebouwen en in het kiezen van een geschikte interventie.

Inleiding Optrekkend vocht, dat wil zeggen water dat door capillariteit in een muur optrekt, is een vaak voorkomend fenomeen in gebouwen (Fig. 1). In Nederland is optrekkend vocht uit grondwater door de hoge grondwaterstand een bekend probleem, vooral in oude (monumentale) gebouwen die geen waterkerende laag (zoals een trasraam) hebben. Door de klimaatverandering (intensere regenperiodes, stijging van de zeewaterspiegel) kan worden verwacht dat de relevantie van het probleem groter zal worden (Nijland et al. 2009, Cassar 2016, Sabbioni et al. 2012).

Fig. 1. Optrekkend vocht in de muur van een gebouw.


75

Het mechanisme achter optrekkend vocht is capillariteit (Vos 1971, Hoff 1986, Hall & Hoff 2007): capillaire druk kan water in de poriën van een materiaal transporteren, tegen de zwaartekracht in. Hoe kleiner de poriën van het materiaal, hoe groter de hoogte die het water kan bereiken in de muur. In theorie kan optrekkend vocht in een materiaal met poriën van 1 μm een hoogte van 15 m bereiken; echter is de hoogte van optrekkend vocht in de praktijk meestal beperkt tot 1,5 - 2 m. Dit heeft verschillende redenen, waaronder de aanwezigheid van verdamping en de belemmering van de overgang tussen materialen met verschillende poriegrootte (bij voorbeeld baksteen en mortel). Veranderingen in de grondwaterstand en de aanwezigheid van zouten (zouten bevorderen optrekkend vocht) beïnvloeden de hoogte en relevantie van het fenomeen (Van Hees 1980). Een hoog vochtgehalte in de muur, zoals veroorzaakt door optrekkend vocht, is niet alleen onaangenaam en ongezond voor de bewoners, maar kan ook schadeprocessen zoals zouten vorstschade in de materialen van de constructie bevorderen. De relevantie van het probleem blijkt ook uit het grote aanbod van methoden en producten om optrekkend vocht tegen te gaan (Franzoni 2018). Er zijn verschillende typen bestrijdingsmethoden: het aanbrengen van een mechanische onderbreking (Massari & Massari 1985), injectie met chemische producten (Fig. 2), ventilatievoorzieningen (aan te brengen in de grond (Torres 2018) of in het metselwerk zelf, zoals Knapen sifons (Fig. 3) en vergelijkbare producten) en methoden gebaseerd op meer of minder duidelijke fysische fenomenen (Camuffo 2018, Vanhellemont et al. 2018). Naast methoden die optrekkend vocht stoppen of verminderen, zijn er ook oplossingen die enkel de symptomen van optrekkend vocht tegengaan of verbergen, zoals speciale renovatiepleisters (WTA 2005, Groot et al. 2009) en voorzetwanden. Het grote en gevarieerde aanbod en de onafhankelijke publicaties over de effectiviteit in situ van de verschillende bestrijdingsmethoden maken het moeilijk voor mensen werkzaam in de praktijk om een onderbouwde keuze te maken. Wetenschappelijk onderzoek is vaak gelimiteerd door meerdere factoren, te beginnen met het feit dat om conclusies te kunnen trekken vaak monitoring van het vochtgehalte op lange termijn op een statistisch relevant aantal casussen nodig is. Daarnaast worden in de praktijk vaak meerdere methoden tegelijkertijd toegepast (bijvoorbeeld chemische injectie samen met een renovatiepleister), zodat het ingewikkeld wordt de effectiviteit van een specifieke methode te beoordelen. Als laatste is vaak onvoldoende documentatie beschikbaar over de uitgevoerde interventies, wat het moeilijk maakt om informatie te verzamelen over de effectiviteit van de methoden in de praktijk.

Fig. 2. Applicatie van chemische injectie tegen optrekkend vocht.


76

Fig. 3. Knapen sifons.

In 2014 is het internationale JPI-CH project EMERISDA Effectiveness of Methods against Rising Damp in Buildings (www.emerisda.eu) opgezet met als doel de effectiviteit van verschillende methoden tegen optrekkend vocht te evalueren. Het onderzoek bestond uit literatuuronderzoek, een online enquête om de tevredenheid van de gebruikers (eigenaren maar ook instanties voor de conservering van cultureel erfgoed) over de verschillende bestaande methoden te peilen en experimenteel onderzoek in het laboratorium en in situ (in schaalmodellen en in gebouwen). Zowel traditionele methoden (chemische injecties) als meer recente methoden (bijvoorbeeld de zogenaamde ‘electro-cybernetische’ methoden) zijn in het project onderzocht. Daarnaast is een onderzoeksprocedure, in een eerder onderzoek ontwikkeld voor het vaststellen van de aanwezigheid van optrekkend vocht, verder gevalideerd en meer in detail beschreven. De resultaten van het project zijn samengebracht in een digitaal beslissingssystem met als doel mensen werkzaam in de praktijk te helpen bij het vaststellen van de aanwezigheid van optrekkend vocht en bij het kiezen van een bestrijdingsmethode. In dit artikel wordt het beslissingssysteem beschreven, inclusief de onderzoeksprocedure die voorgesteld wordt om de aanwezigheid van optrekkend vocht vast te stellen.

Prototype beslissingssysteem Het beslissingssysteem is ontwikkeld om architecten, aannemers en eigenaren van gebouwen te helpen bij het vaststellen van de aanwezigheid van optrekkend vocht en bij het kiezen van een bestrijdingsmethode. Het systeem is niet bedoeld om een advies te geven, maar om een zo compleet mogelijk overzicht te bieden van voordelen, beperkingen en risico’s van elke methode. Het beslissingssysteem is nog een prototype wat op dit moment nog wordt gevalideerd; de bedoeling is het systeem in de toekomst online vrij beschikbaar te maken. Het systeem is zo flexibel mogelijk opgezet om nieuwe kennis eenvoudig te kunnen toevoegen. Het systeem is in het Engels ontwikkeld en gebruikt de Excel software om de toegankelijkheid voor de meeste potentiele gebruikers te garanderen. Het systeem bestaat uit een eenvoudig bestand met meerdere tabbladen, inclusief een gebruikershandleiding.


77

Vastellen van de aanwezigheid van optrekkend vocht In het eerste tabblad (LIKELINESS) worden enkele simpele vragen gesteld om te beoordelen of, in de aangegeven situatie, optrekkend vocht aanwezig kan zijn (Fig. 4).

Fig. 4. Schermafbeelding van blad 1 LIKELINESS. In het geval dat deze mogelijkheid bestaat, wordt geadviseerd om de aanwezigheid van optrekkend vocht te verifiëren door middel van bemonstering. De gesuggereerde experimentele procedure, gebaseerd op de gravimetrische methode, is ontwikkeld in eerder onderzoek en verder in detail beschreven in het EMERISDA project: met name criteria voor de keuze van de bemonsteringslocaties, details over de meetprocedure en de interpretatie van de resultaten zijn hierin gespecificeerd. De voorgestelde methode is licht destructief en bestaat uit het nemen van gruismonsters op verschillende diepten en hoogten in de muur, langs verticale profielen (Fig. 5). De bemonsteringslocaties moeten, wanneer mogelijk, gekozen worden op plekken waar optrekkend vocht mogelijk aanwezig is, maar andere bronnen (zoals regenwaterindringing, lekkages, etc.) zoveel mogelijk uitgesloten zijn. Binnenmuren met fundering zijn daarom meestal geschikt als bemonsteringslocaties. Soms kan het nuttig zijn ook onbeschadigde locaties te bemonsteren om de oorzaak van de schade te bevestigen. Gruismonsters moeten in luchtdichte bakjes of zakjes verzameld worden en naar het laboratorium worden vervoerd. Hier worden de gruismonsters dan direct gewogen, vervolgens gedroogd en weer gewogen. Het vochtgehalte (moisture content, MC) van de monsters wordt als volgt berekend:

MC [%] = 100 × (initieel gewicht − droog gewicht) / droog gewicht


78

Daarna worden dezelfde monsters 4 weken lang in een klimaatkast geplaatst bij 20°C / 95% RV. Na 4 weken worden de monsters gewogen en wordt hun hygroscopische vochtgehalte (HMC) als volgt berekend:

HMC [%] = 100 × (gewicht na 4w bij 95%RV – droog gewicht) / droog gewicht

Fig. 5. Bemonsteringslocaties (links) en MC en HMC resultaten: in dit geval is er

optrekkend vocht aanwezig in combinatie met hygroscopische zouten. Het HMC geeft een indicatie van de aanwezigheid en hoeveelheid hygroscopische zouten (Lubelli et al. 2004). Het HMC is dus ook nodig om de eventuele bijdrage van de hygroscopiciteit van de zouten aan het gemeten MC vast te stellen. Aangezien de meeste schadelijke zouten een hygroscopisch gedrag vertonen (d.w.z. vocht uit de lucht adsorberen) bij een RV lager dan 95%, wordt bij deze RV-waarde het hygroscopische effect van alle zouten meegenomen. De periode van 4 weken is gekozen om een betrouwbare indicatie van de aanwezigheid van hygroscopische zouten te krijgen, zonder te wachten tot de gruismonsters een constant gewicht hebben bereikt. Op basis van het MC en HMC kunnen conclusies over de aanwezige vochtbronnen getrokken worden. Een MC hoger dan het HMC, geeft een indicatie dat meestal een vochtbron anders dan het hygroscopische effect van de zouten aanwezig is (er kunnen uitzonderingen ontstaan indien de omgeving erg vochtig is). Hoge MC-waarden, die toenemen in de diepte en afnemen met de hoogte van de muur, zijn een teken van de aanwezigheid van optrekkend vocht (niet noodzakelijk optrekkend vocht uit grondwater; ook slecht zakkend regenwater zou een vergelijkbaar effect kunnen hebben). Optrekkend vocht uit grondwater komt meestal samen voor met de aanwezigheid van hygroscopische zouten: als dit het geval is, zullen de MC- en HMC-lijnen elkaar kruisen op de hoogte waar het optrekkend vocht zijn maximale hoogte in de muur heeft bereikt (Fig. 5). Dit gebeurt omdat de zouten zich verzamelen waar verdamping plaatsvindt; daarnaast zijn de meer oplosbare zouten (bijvoorbeeld chloriden en nitraten) ook meer hygroscopisch: beide factoren dragen bij aan het ontstaan van een hoog HMC bij de maximale hoogte bereikt door het optrekkende vocht. De resultaten van de MC- en HMC-metingen kunnen in het tweede blad van het beslissingssysteem (CONFIRM) worden toegevoegd; het systeem helpt bij de interpretatie van de resultaten (Fig. 6).


79

De beschreven procedure kan ook gebruikt worden om de effectiviteit van een interventie tegen optrekkend vocht te beoordelen, door dezelfde metingen bijvoorbeeld een jaar na de interventie opnieuw uit te voeren. Aangezien seizoenvariaties in grondwaterstanden vaak plaatsvinden moeten bemonsteringen voor en na de interventie bij voorkeur in dezelfde periode van het jaar uitgevoerd worden. Een duidelijke verlaging van het vochtgehalte in de muur is een teken dat de behandeling effectief is geweest. Indien er zouten aanwezig zijn, zal er ook een bijkomende verhoging van het HMC dichtbij het oppervlak van de muur te zien zijn, als resultaat van het transport van de zouten tijdens het drogen van het metselwerk. De tijd nodig voor het drogen van de muur is afhankelijk van veel factoren, zoals het type interventie, het initiële MC, de dikte van de muur, de aanwezigheid van zouten en het omgevingsklimaat.

Fig. 6. Schermafbeelding van blad 2 CONFIRM.

Het derde blad van het beslissingssysteem TECHNIQUES vergelijkt de verschillende oplossingen met hun voor- en nadelen en faciliteert daarbij een keuze. Dit blad bestaat uit een serie vragen (aangegeven in verschillende rijen), verdeeld in 4 groepen (tabel 1):


80

Tabel 1. Structuur van het blad TECHNIQUES in het beslissingssysteem.

oplossingen→

situatie↓

vermindering

van water toevoe

r

stoppen/verminderen

van watertransport hoger in

de muur

verhoging van

verdamping

electro-kinetisch

andere methoden/methoden die de symptomen bestrijden

dra

inage

Mech

anis

che o

nderb

rekin

g

Chem

isch

e o

nderb

rekin

g

Knapen s

ifons

&

verg

elij

kbaar

Muurv

oet-

of

funderingsb

elu

chtingn

Therm

isch

e m

eth

oden

Act

ieve e

lect

ro-o

smose

Pass

ieve e

lect

ro-o

smose

'Ele

ctro

-kybern

etisc

he' en

verg

elij

kbare

syst

em

en

Geen inte

rventie

Voorz

etw

anden,

wate

rdic

hte

afw

erk

ingen

Zoutb

lokkere

nde p

leis

ters

Zoutb

uff

ere

nde p

leis

ters

Zoutt

ransp

ort

ere

nde

ple

iste

r

Klim

aatb

eheers

ing e

n /

of

luch

tontv

och

tigin

gsy

stem

en

eisen van gebruiker/eigenaar

monumentale aspecten

eigenschappen Van de muur

vocht- en zoutgehalte

• Wensen en eisen van de gebruiker: de gebruiker mag bijvoorbeeld aangeven dat

na de interventie weinig onderhoud nodig moet zijn of dat een beperkt budget beschikbaar is.

• Culturele waarde van het object: deze vragen hebben betrekking op de reversibiliteit, herbehandelbaarheid en compatibiliteit van de interventie. Er kunnen ook beperkingen zijn door wetgeving.

• Eigenschappen van de muur: hier worden bijvoorbeeld factoren gegeven die de toepasbaarheid en effectiviteit van sommige methoden kunnen beïnvloeden, zoals de aanwezigheid van holtes in het metselwerk, de dikte van de muur, etc.

• Aanwezigheid van schade en vocht- en zoutgehalte: deze vragen kunnen beantwoord worden als een onderzoek naar het MC en HMC volgens de hierboven beschreven methode is uitgevoerd. Hoge vocht- en zoutgehaltes kunnen de effectiviteit van sommige methoden verlagen.

De verschillende bestrijdingsmethoden zijn in kolommen aangegeven; ze zijn verdeeld in vijf categorieën (Tabel 1):

• Interventies die de vochttoevoer onder aan de muur verminderen (bijvoorbeeld drainage).

• Interventies die de capillaire opzuiging in de muur stoppen of verminderen (bijvoorbeeld mechanische en chemische onderbreking).

• Interventies die streven naar een versnelde vochtverdamping (bijvoorbeeld muurvoet- c.q. funderingsbeluchting, Knapen sifons en vergelijkbare producten).

• Interventies die (claimen) het transport van water in de poriën te beïnvloeden (bijvoorbeeld actieve en passieve electro-osmose en de zogenaamde ‘electro-cybernetische’ methoden.

• Andere methoden en interventies die alleen de symptomen bestrijden, zoals voorzetwanden, sommige renovatiepleisters, waterdichte afwerkingen etc.. Onder


81

de categorie andere methoden vallen ook klimaatbeheersing en de optie van geen interventie.

Door een vraag te beantwoorden, wordt in de tabel voro elke mogelijke interventie een korte tekst zichtbaar. De achtergrondkleur van de cel geeft aan of de interventie aan de in de vraag gestelde eisen kan voldoen (groen), kan voldoen met enkele beperkingen (geel) of niet kan voldoen (rood) (Fig. 7). Op basis van de antwoorden, en dus op basis van de voor- en nadelen van elke interventie en van het risico van elke techniek, kan de gebruiker een onderbouwde keuze maken voor zijn specifieke situatie. In de toekomst zou, naast het verder volledig maken en valideren van het beslissingssysteem, aan de gebruiker ook de mogelijkheid kunnen worden geboden om de relevantie van elk aspect mee te wegen in de beslissing.

Fig. 7. Schermafbeelding van het blad TECHNIQUES; de kleur van de cel geeft aan of een interventie aan de gestelde eisen, geformuleerd in de vraag in de linkse kolom, voldoet.

Conclusies De voorgestelde testprocedure voor het vaststellen van de aanwezigheid van optrekkend vocht maakt het mogelijk, op een simpele maar betrouwbare manier, de aanwezigheid van optrekkend vocht en de effectiviteit van een interventie vast te stellen. De procedure is licht invasief en zou aangevuld kunnen worden door niet destructieve methoden voor het monitoren van de effectiviteit van een interventie op langere termijn. Het prototype van het beslissingssysteem ontwikkeld in het EMERISDA-project maakt het eenvoudig om verschillende methoden voor het bestrijden van optrekkend vocht te vergelijken. Op deze manier kan een geschikte methode gekozen worden afhankelijk van de specifieke situatie. Het systeem presenteert een aanpak die het mogelijk maakt om met de verschillende aspecten in het beslissingsproces rekening te houden: zo helpt het systeem de relevantie van de verschillende aspecten aan alle betrokken partijen te verduidelijken en wordt het eenvoudiger om overeenstemming te bereiken tussen de betrokken partijen. Dankwoord De auteurs willen alle partners van het EMERISDA-project, in het bijzonder Michiel van Hunen en Yves Vanhellemont, bedanken voor hun bijdrage aan het ontwikkelen van het beslissingssysteem.


82

Referenties Camuffo, D., 2018. How much temperature will increase the efficiency of electro-osmosis ? Journal

of Cultural Heritage 31:S2-S5. Cassar, J., 2016. Climate change and archaeological sites: adaptation strategies. In: Lefevre, R.A.

& Sabbioni, C., red., Cultural heritage from pollution to climate change, Ediipuglia, Bari, 119-128.

Franzoni, E., 2018. State-of-the-art on methods for reducing rising damp in masonry. Journal of Cultural Heritage 31:S3-S9.

Groot, C., Hees, R. Van & Wijffels, T., 2009. Selection of plasters and renders for salt loaded

masonry substrates. Construction & Building Materials 23:1743-1750. Hall, C. & Hoff, W.D., 2007. Rising damp: Capillary rise dynamics in walls. Proceedings of the Royal

Society A – Mathematical, Physical & Engineering Science 463:1871-1884. Hees, R.P.J. van, 1980. Optrekkend grondvocht. TNO-rapport BI-80-36.

Hoff, W.D., 1986. Water movement in porous building materials VIII. Effects of evaporative drying

on height of capillary rise equilibrium in walls. Building & Environment 21:195-200. Lubelli, B., Hees, R.P.J. van & Brocken, H.J.P., 2004. Experimental research on hygroscopic

behaviour of porous specimens contaminated with salts. Construction & Building Materials 18:339-348.

Massari, G. & Massari, I., 1985. Damp buildings, old and new. Bulletin of the Association for Preservation Technology 17:2-30.

Nijland, T.G., Adan, O.C.G., Hees, R.P.J. van & Etten, B.D. van, 2009. Evaluation of the effects of

expected climate change on the durability of building materials with suggestions for adaptation. Heron 54:37-48.

Sabbioni, C., Brimblecombe, P. & Cassar, M., 2012. The atlas of climate change impact on European cultural heritage. Anthem Press, London & New York.

Torres, I., 2018. New technique for treating rising damp in historical buildings: Wall base

ventilation. Journal of Cultural Heritage 31:S60-S70. Vanhellemont, Y., Bolhuis, J., Bouw, M. de & Hees, R.P.J. van, 2018. Are electrokinetic methods

suitable for the treatment of rising damp ? Journal of Cultural Heritage 31:S23-S29. Vos, B., 1971. Suction of groundwater. Studies in Conservation 16:129-144.

WTA (Wissenschaflich-Technische Arbeitsgemeinschaft fur Bauwerserhaltung und Denkmalpflege),

2005. Merkblatt 2-9-04/D. Sanierputssysteme (Renovation mortar systems).

Omgaan met Vocht en Zout€¦ · De geschiedenis van de monumentenzorg is er een van voortdurende...

Documents

Transcript of Omgaan met Vocht en Zout€¦ · De geschiedenis van de monumentenzorg is er een van voortdurende...