a5 T c H T N G BETONPR 5 M Anovember/december 1995Wat is kalkuitslagKalkuitslag, ook wel kalkuitbloei of witte uitslaggenoemd, kan zich aan het oppervlak van betonopenbaren. Ondanks de zorg die we besteden aan hetmaken van betonsamenstellingen en het vervaardigenvan betonconstructies en -produkten worden we nogal eens met dit verschijnsel geconfronteerd. Op zichheeft kalkuitslaggeen negatieve invloed op deconstructieve waarde, de sterkte of de duurzaamheidvan een constructie. Bovendien verdwijnt het optermijn vaak vanzelf.Maar de visuele belevingvan eenbeton-, gevel- of straatoppervlak kan door kalkuitslagzo negatief zijn,dat een opdrachtgever het onaccepta-bel vindt. Het is dan ook een veel besprokenprobleem.Ook op bakstenen in gemetselde gevels kunnen weeen soortgelijke, visueel hinderlijke, witte uitslagtegenkomen. Deze uitslag, in de volksmond'zoutuitslag' , heeft een andere oorsprong dankalkuitslagop beton. Het is een uitbloei van sulfatenafkomstig uit de zwavelhoudende kleiof uit dezwavelhoudende brandstof voor het stoken van debaksteenovens. Bij metselwerk kan ook sprake zijn vaneen combinatie van zout- en kalkuitslag,waarbij dekalk in dat gevalafkomstig is van de metsel- ofvoegmortel.In deze aflevering van BETON/EK beperken we onsechter tot het fenomeen kalkuitslagop beton. Ditverschijnsel heeft een directe relatie met de aard vanhet materiaal cementbeton. Het is een gevolg vanchemische reacties en fysische processen. Eenvoudiggezegd: in het beton zitten stoffen die met elkaarreageren tot kalk (chemische reactie) en door(vocht)transport in het beton (fysischproces) wordtdeze kalk naar het betonoppervlak gebracht, waar hetals kalkuitslag zichtbaar wordt.Ylaar komt de kalk vandaanWanneer water en cement met elkaar in contactkomen, reageren ze met elkaar (hydratatie). Hierbijontstaat cementsteen. De klinkermineralentricalciumsilicaat (C3S) en dicalciumsilicaat (C2S) uithet cement reageren als volgt met water:2( 3CaO.Si02) + 6 H203 CaO.2Si02.3H20 + 3 Ca(OHh2( 2CaO.Si02) + 4 H203 +Bij deze reactie wordt naast het calciumsilicaathydraateen niet te verwaarlozen hoeveelheid zogenoemdevrije kalk (calciumhydroxide) gevormd, dat oplosbaaris in water.Als poriewater. dat calciumhydroxide bevat, inaanraking komt met de buitenlucht (op het grensvlakwater/lucht) reageert het calciumhydroxide metkooldioxyde uit de lucht:Deze reactie noemen we ook wel carbonatatie. Hetprodukt dat ontstaat, heet calciumcarbonaat Dit is witvan kleur en moeilijk oplosbaar in water. Tot zoverhebben we dus te maken met een puur chemischproces (fig. I).Of er sprake is van zichtbare, witte kalkuitslag isafhankelijk van de plaats waar het calciumcarbonaatwordt gevormd. Als de carbonatatie plaatsvindt onderhet betonoppervlak, in de (uitdrogende) poriën, danmerken we er niets van (fig. 2a). Er is dan geen sprakevan kalkuitslag.Als het calciumhydroxide het betonoppervlak kanbereiken, dan vindt de carbonatatie plaats op hetbetonoppervlak. In dat geval hebben we wel te makenmet kalkuitslag(fig. 2b).Het transport van calciumhy-droxide naar het betonoppervlak is een fysisch proces.Water speelt daarbij als transportmedium eenbelangrijke rol. We komen hierop later nog terug.a b cI = cement 11 = calciumsilicaathydraat 111 = poriewater = vrije kalkHet proces vanhydratatie en carbonatatie. Cement wordt omgezet incalciumsilicaathydraten en vrije kalk(a).Aande monding van de capillairen zet zichkalkaf:beginnende carbonatatie (b). De capillairen groeien dicht:gevorderde carbonatatie (c). Ontleend aan 'Uitbloeiing en uitslag', FEBELCEM.a-bDe plaats vande kalkafzetting bepaalt ofwemet zichtbare kalkuitslag te maken hebben. Kalkafzetting inde poriën veroorzaakt geenzichtbare kalkuitslag (a). Kalkafzetting op het oppervlak veroorzaakt dat wel(b). Ontleendaan 'Uitbloeiing en uitslag', FEBELCEM.vormen van kalkuitslagPrimaire kalkuitslag:Betonspecie en (heel) jong beton kunnen we onsvoorstellen als een matrix van vaste stoffen in water.Dit (aanmaak)water vormt een doorlopend systeemvan 'brede' capillaire poriën. De afmetingen van dezeporiën worden voor een belangrijkdeel bepaald doorde hoeveelheid aanmaakwater en de water-cement-factor. Inde 'brede' capillairen kan het water, met hetdaarin opgeloste calciumhydroxide, gemakkelijkbewegen. Bij een slechte nabehandeling kan het waterop het grensvlak beton/lucht betrekkelijk gemakkelijkverdampen. Daarbij reageert het meegevoerdecalciumhydroxide normaliter net onder het beton-oppervlak tot calciumcarbonaat, dat zich afzet rond deuitgangvan de capillaire poriën. Tegelijkertijd wordtvanuit het dieper gelegen beton nieuw water aange-voerd. Het proces herhaalt zich, net zo langtotdat deporie verstopt raakt met calciumcarbonaat (fig. Ic enfig. 2a). Het zogenoemde droogfront bevindt zichhierbij gedurende langere tijd net onder het betonop-pervlak.Als het jong-betonoppervlak echter bedekt is met eenwaterfilm, bijvoorbeeld door een nabehandeling metwater, regen of zelfs condensvorming, wordt hetcalciumcarbonaat niet afgezet in de capillaire poriënonder het betonoppervlak, maar juist op hetbetonoppervlak. Bij aanwezigheid van een waterfilm iser geen sprake van watertransport door verdamping.In dit geval verspreidt het calciumhydroxide zich doordiffusie over hetbetonoppervlak. Vanuit het jongebeton diffundeert calciumhydroxide naar het water ophet oppervlak totdat dit zijnverzadigingspunt heeftbereikt. Een voortdurende benatting zal dus steedsmeer calciumhydroxide uit het beton kunnen onttrek-ken. Eentoenemende hoeveelheid calciumcarbonaat,als gevolgvan de reactie met koolzuurgas uit de lucht,zal nu leiden tot zichtbare kalkuitslag. Deze vorm vankalkuitslag. die dus optreedt bij (zeer) jong beton ofbetonprodukten wordt primaire kalkuitslag genoemd(foto 3en 4en fig. 2b en 5).Secundaire kalkuitslagOok wanneer het beton al enige ouderdom heeft, kanop soortgelijke wijze als bijjong beton kalkuitslagontstaan. Voorwaarde hiervoor is dat het betonop-pervlak gedurende langere tijd bedekt is met een laagje(regen)water, waardoor het verzadigd raakt metwater. Door diffusie kan zich alsnog calciumhydroxideover het betonoppervlak verspreiden. De mate waarindit gebeurt, is ondermeer afhankelijkvan de matewaarin de capillaire poriën zijn 'dichtgegroeid' metcementsteen en de lengte van de periode waarin hetPrimaire kalkuitslag op een muur. Primaire kalkuitslag, detail.o0o0oPrimaire kalkuitslagontstaat als hetjong-betonoppervlak bedektismet een waterfilm.o 000 0oio oio oio oioo 0 0 0 0 0 0 0 00o00 o0 o 0 000Secundaire kalkuitslagontstaat inbetondat alenige ouderdom heeft.Voorwaarde isdat hetoppervlak enige tijd metwaterbedektis.o00000 0000000 0000000 0oAlswatervanafdebovenzijde instralen langseen betonwandstroomt,kunnen kalkstrepenontstaan.o 0 000 0 0 0-s-0 0 00000 C0000Alswatermet opgelostcalciumhydroxide door eenwatervoerende scheur naarbuiten treedt, vindtkalkafzetting plaats, vaakinde vorm vanstalaaieten.water in contact staat met het betonoppervlak.We noemen dit secundaire kalkuitslag. Het zal duidelijkzijn dat dit zich voornamelijk voordoet bij horizontalebetonoppervlakken (fig. 6 en foto 11).KalkstrepenBij watertransport over betonoppervlakken kan zichmet name op verticale wanden ook kalkafzetten.Dat gebeurt wanneer in het water als gevolg vanprimaire ofsecundaire kalkuitslagcalciumhydroxide isopgelost. Dit verschijnsel nemen we vaak waar bij pasontkiste betonvlakken waarbij (regen)water vanafdebovenzijde van het beton in stralen langsde wandstroomt.Na het opdrogen blijven witte kalkstrepen zichtbaarop het oppervlak achter (fig. 7 en foto 9).KalkuittredingIn het inwendige van het beton is een aanzienlijkehoeveelheid calciumhydroxide aanwezig (zie 'Invloedgrondstoffen'). Normaliter blijftdit voor het grootstedeel gewoon in het beton zitten. Iser in de betoncon-structie echter sprake van een lokale onvolkomenheid,bijvoorbeeld scheurvorming of een poreuze, onver-dichte plek, dan kan het calciumhydroxide op dieplaats naar buiten treden. Voorwaarde hierbij is dat deonvolkomenheid watervoerend is. Het water stroomtdoor de constructie heen en voert het opgelostecalciumhydroxide mee naar buiten. Hierna vindt doorcarbonatatie kalkafzetting plaats (fig. 8). Dat gebeurtzeer plaatselijk.Vaak in de vorm van stalactieten, eenvorm van kalkafzettingdie we kennen uit druipsteen-grotten (foto 10).Kalkstrepen.grondstoffenhet voorgaande hebben we gezien dat in verhar-dend beton altijd een zekere hoeveelheid vrije kalkwordt gevormd. Pas als deze kalkaan het oppervlakkan komen, ontstaat kalkuitslag.De vraag is inhoeverre de samenstelling van het beton of degebruikte grondstoffen nog van invloed zijn op hetontstaan van kalkuitslag. We moeten hierbij tweebelangrijke aspecten in het achterhoofd houden: dekalkbron zelf en de dichtheid van het beton. Want alshet beton een dichte poriënstructuurheeft, kan devrije kalk slechts met moeite aan het oppervlakkomen. Hieronder nemen we de mogelijke invloed opkalkuitslagvan achtereenvolgens cement, toeslagmate-riaal en hulp- en vulstoffen onder de loep.CementIneen kubieke meter beton, vervaardigd met port-landcement, is bijvolledige hydratatie globaal 100kgvrije kalk aanwezig,dat in potentie voor kalkuitslagkanzorgen. Het ligtdaarom voor de hand de cementsoortals de belangrijkste invloedsfactor voor kalkuitslagaante wijzen. Intheorie is dat juist. Inde praktijk blijkende verschillen tussen diverse cementsoorten slechtseen zeer geringe invloed te hebben op de kalkuitslag.Bij een onderzoek in Duitsland [I] zijn dertienverschillende cementsoorten onderzocht en metelkaar vergeleken op hun gevoeligheid voor met nameprimaire kalkuitslag. Tot de onderzochte cementenbehoorden naast het normale portlandcement, ondermeer: hoogovencement met hoge en lage slakgehaltes,Kalkuittreding;n de vorm vanstalactieten.portlandvliegascement, wit cement, C3A-arm cementen portlandleisteencement. Ondanks dat er tussen decementen onderling redelijke verschillen bestaan inhet gehalte aan calciumoxide (CaO), bleek uit hetonderzoek geen éénduidig verband tussen dechemische samenstelling van het cement en de kans opkalkuitslag.Op zich is dit best te verklaren. Portlandcementbestaat ruwweg voor tweederde deel uit het klinker-mineraal C3S. Bij volledige hydratatie wordt ongeveer30%van het cementgewicht omgezet in vrije kalk(calciumhydroxide).Bij een cementgehalte van 300 kg/m3 betekent dit dater potentieel 100kg Ca(OHh in een kubieke meterbeton aanwezig is. De buitenste centimeter van hetbeton bevat dus altijd nog I kgvrije kalkper m2·Voorts is vastgesteld dat kalkuitslagals visueel hinder-lijkwordt beoordeeld wanneer er een kalkafzettingvan slechts 20 tot 30 g/m2 op het beton-oppervlakaanwezig is. Dit betekent dat vanuit de klinker eenvoorraad vrije kalkwordt gevormd die ruimschootsvoldoende is om voor een visueel hinderlijkekalkuitslagte zorgen.Wat voor portlandcement geldt, geldt ook voor port-landvliegascement (met 30%vliegas) en zelfs voorhoogovencement met een hoog (75%)slakgehalte.Er wordt weleens gesuggereerd dat bijgebruik vanhoogovencement minder problemen met kalkuitslagontstaan, omdat er minder vrije kalkwordt gevormd.Toch is ook in beton met hoogovencement voldoendevrije kalk voorhanden om kalkuitslagte veroorzaken.Wel is de poriënstructuur van beton met hoogoven-cement veel dichter dan van beton met portland-cement. De vrije kalk kan zich daardoor in beton vanhoogovencement moeilijker verplaatsen. Maar dit gaatniet op voor heel jong beton. Want de hydratatie-snelheid van hoogovencement is bij normale tempera-turen lager dan van portlandcement. Het duurt bijbeton van hoogovencement dus langer voordat deporiën met hydratieprodukten gevuld zijn.Ook hetfeit dat beton met hoogovencement lichter van kleuris dan beton met portlandcement draagt ten onrechtebijaan de opvatting dat beton met hoogovencementminder gevoelig is voor kalkuitslag.Het valt hoogstensminder op!Wel is beton met hoogovencement vanwege de dichteporiënstructuur waarschijnlijkminder gevoelig voorsecundaire kalkuitslag.Duidelijk mag zijn dat in het gevalvan watervoerendescheuren er ongeacht de cementsoort altijd sprake zalzijnvan kalkuittreding.ToeslagmateriaalTot nu toe zijn er geen aanwijzingendat er een ver-band bestaat tussen de oorsprong van het toeslagma-teriaal en een verhoogde kans op kalkuitslag. Hoeweler geen onderzoek bekend is naar bijvoorbeeld heteffect van zeemateriaal (dat een hoger gehalte aanoplosbare alkaliën bevat) is het niet aannemelijk dathierin een belangrijke factor schuilt die kalkuitslagkanveroorzaken. Immers de diverse cementsoorten (metverschillende alkali-en kalkgehaltes)bleken ook nietvan invloed te zijn. Belangrijker is de korrelgradering.Deze moet zodanig worden opgebouwd dat met eenlagewaterbehoefteeen goed verdichtbarebetonspecie ontstaat, die weinig holle ruimte bevat.Hierdoor wordt vochttransport van binnen naarbuiten zoveel mogelijk bemoeilijktHulp- en vulstoffenHet zou ideaal zijnwanneer er hulp- en vulstoffenzouden bestaan die kalkuitslagkunnen voorkomen.We kunnen hierover kort zijn:dergelijke stoffen zijner niet. Hiervoor hebben we al bescheven welkeenorme buffer aan calciumhydroxide in het betonaanwezig is. Het is economisch niet haalbaar eendergelijk grote hoeveelheid met een hulp- of vulstofzodanig (chemisch) te binden dat kalkuitslagwordtvoorkomen. Bovendien zou het de eigenschappen vanhet beton nogal kunnen wijzigen.De enige rol die hulp- en vulstoffen wellicht kunnenspelen, is voorkomen dat vanuit het binnenste van hetbeton naar het oppervlak transport ontstaat van watermet opgeloste, vrije kalk.Plastificerende- en luchtbel-vormende hulpstoffen zijn daartoe het beste in staat.Enerzijdsverlagen zijde waterbehoefte en verhogenze dus de dichtheid. Anderzijds zorgen ze voor eenbetere verdichtbaarheid en in het geval van luchtbel-vormers doorbreken ze het capillairporiënsysteem.Ook het gebruik van vulstoffen bevordert de dichtheidvan de poriënstructuur.te voorkomen?Uit het voorgaande mag duidelijkzijn dat kalkuitslag,in welke vorm dan ook, niet zal optreden wanneer ergeen water van buitenaf aanwezig is. Op een droogbetonoppervlak zal dus geen kalkuitslagontstaan.Dit lijktop zich vrij simpel, maar in de praktijk is hetniet altijd gemakkelijkte realiseren.Bij pas vervaardigde betonwaren bijvoorbeeld, beginthet al met het gevaar voor condensvorming. Wanneerdeze produkten in klimaatkamers verharden, mag hetverschil tussen de temperatuur van het verse beton ende temperatuur in de vochtige klimaatkamers niet tegroot zijn,omdat vocht uit de lucht op het relatiefkoude oppervlak van het beton kan condenseren.Na vervaardigingen na de eerste verharding inklimaat-kamers is het jonge beton nog steeds gevoeligvoor kalkuitslag. Het hydratatieproces is immers nogmaar enkele uren op gang. De verharding in deklimaat-kamer heeft voornamelijk tot doel eenzodanige vroege sterkte te krijgen, dat de produktengetran-sporteerd, opgestapeld en verpakt kunnenworden zonder dat er schade zal ontstaan. Om ook indeze fase de hinderlijke kalkuitslagop jong beton tevoor-komen, moeten we direct contact met water vanbuitenaf zo langmogelijk uitstellen. Het is het besteom de betonprodukten enige tijd onder een bescher-mende dakconstructie op te slaan en te zorgen voorvoldoende ventilatie.Bij bestratingselementen als stenen en tegels ontstaatjuist in deze fase de kalkuitslag. De produkten wordenin pakketten gestapeld. Precies op de plek waar deprodukten tegen elkaar aankomen, bestaat gevaarvoor condensvorming. Op dergelijke produkten zit dekalkuitslagvaak in het midden. Meer naar de randen,waar het beton verder is uitgedroogd, is geenkalkuitslag zichtbaar.IEen zeer ingrijpende en kostbare methode om kalk-uitslag te voorkomen, is het opspuiten van een trans-parante coating op het verse betonprodukt. Een der-gelijke coating moet voorkomen dat de kalkzichvanuit de poriën over het betonoppervlak verpreidt.Met name bij de produktie van betonnen dakpannenwordt deze methode met succes toegepast.De coating zal door inwerking van weer en wind naver-loop van tijd verdwijnen. Tegen die tijd zijn deporiën vrijwel volledig met hydratatieproduktengevuld, waarmee het uittreden van kalk wordttegengegaan.Integenstelling tot betonwaren verhardt 'in het werkgestort beton' vaak bij lagetemperaturen en hogerelatieve vochtigheid. Voor beton zijn dit in feite idealeomstandigheden. Wanneer het verhardingsprocesechter langzaamverloopt, groeien de poriën slechtslangzaam dicht. Het gevormde calciumhydroxide kaneenvoudig naar het oppervlak diffunderen. Als hetbeton door nabehandelen of gewoon een regenbui ooknog eens bedekt wordt met een laagjewater, dan zalde vrije kalk zich over het betonoppervlak verspreiden,vervolgens reageren met koolzuur uit de lucht en zichafzetten als calciumcarbonaat. Ook hier geldt dus: geenwater op het oppervlak. geen kalkuitslag. Dit is, zekerin ons klimaat, nooit te garanderen.et verwijderen van kalkuitslagVooropgesteld dat ernstige kalkuitslagniet fraai is,moeten we ons toch realiseren dat het verwijderenvan kalkuitslagniet eenvoudig is. Daarom is hetwellicht raadzaam in eerste instantie niets teondernemen. Want vaak zal blijken dat het betonop-pervlak na verloop van tijd een meer en meergelijkmatig uiterlijk krijgt. Zeker op betonelementenen -verhardingen zal de kalkuitslagdoor blootstellingaan weer en wind in de meeste gevallen binnen eenjaar verdwenen zijn.Kalkuitslagkan mechanisch worden verwijderd meteen roterende staalborstel. Een nadeel van dezebehandeling is dat ze redelijk afslijtend werkt, waar-door niet alleen de kalk verdwijnt maar ook een deelvan de textuur. Bovendien bestaat het gevaar dat fijnestaaldeeitjes op het betonoppervlak achterblijven, wataanleiding kan zijn voor roestachtige vlekvorming.Ook bestaat de kans dat oppervlakken die op eendergelijke wijze zijn behandeld naderhand opnieuw lastkrijgen van kalkuitslag.Bij kalkstrepen ofkalkuittreding bijscheuren is vaaksprake van dikke korsten, die zich niet zo goedmechanisch laten verwijderen. In dat geval kunnen weproberen de kalk op te lossen met een verdundezoutzuur-oplossing. Het zoutzuur tast echter ook decementsteen aan. Daarom moet het te behandelenoppervlak van te voren volledig met water wordenverzadigd, zodat het zuur niet te diep in de poriën kanbinnendringen. Na de behandeling moet het zuurherhaaldelijk en zorgvuldig worden afgespoeld. Dit isbelangrijk omdat uit de reactie van het zuur met dekalk calciumchloride ontstaat. Dit zeer hygroscopischezout zorgt er onder normale omstandigheden voordat het opppervlak vochtig blijft.Bij zeer droog weerblijfthet echter als een ....witte neerslag achter.Hoe we kalkuitslag ook te lijfgaan, de behandeling iszelden effectief. Dikwijlsblijvende behandeldeplekken door een afwijkende structuur toch nogzichtbaar. Het middel kan daardoor wel eens ergerzijn dan de kwaal!Opbetonelementen en verhardingen zal dekalkuitslag door blootstelling aanweeren wind in demeeste gevallen binnen eenjaarverdwenen zijn.LiteratuurDr. P. Kresse, Krefeld-Uerdingen, 'Ausblühungenund ihre Verhinderung', Betonwerk und Fertigteil-Techniek, 1991 nr. 10[2] Dipl.-Ing.Thilo Deichsel, Stuttgart, 'Ausblühungen- Entsthehung, Ursachen, GegenmaBnahmen',Betonwerk und Fertigteil-Techniek, 1982 nr. 10[3] Uitbloeiing en uitslag, Dossier Cement, nr.5,februari 1995,FEBELCEM, BrusselBetoniek 1/14 Witte UitslaglofonBE· ONIEKis een praktijkgericht voorlichtingsbladop het gebied van de betontechnologie en verschijnt10 keer per jaar.Uitgave: Stichting BetonPrismapostbus 3532, 5203 DM 's-HertogenboschRedactie: 073 - 6 40 12 22Abonnementen: 073 6 40 31De Stichting BetonPrisma is een initiatiefvan deVereniging Nederlandse Cementindustrie (VNC).In onze volgende uitgaveBeton met kunststofYeze/sDe toepassing van kunststofvezels in beton staat sindsenkele jaren in de belangstelling. Maar wat kunnen weeigenlijkvan deze vezels verwachten, hoe werken zeen waarvoor en wanneer kunnen we ze toepassen?Deze aflevering van BETONlEKgeeft voor polypropy-leenvezels een antwoord op deze vragen.Dit antwoord isgebaseerd op de onlangs verschenenCUR Aanbeveling 42: Bepalingvan de invloed vanpolypropyleenvezelsin beton op de vorming vanplastische krimpscheuren.Overname van artikelen en illustraties is toegestaan,onder voorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen:Nederland f 26,50Belgiëf 27,50andere landen fAbonnementen lopen per kalenderjaar en wordenautomatisch verlengd, tenzij voor I decemberschriftelijk wordt opgezegd.ISSN 0166-137x