?nlAlgemeen2000 Jaar BetonDe overgang naar een nieuw millennium is een hype. En ook Bet 0 n jekdoet daar op haar manier aan mee. De overgang van het jaar 1999naar 2000 vormt de directe aanleiding voor een terugblik in de historievan het materiaal beton. Maar dekt de titel wel de lading? Niet helemaal,de historie van beton gaat immers verder terug dan het begin vanonze jaartelling.Wat is beton eigenlijk? De 'dikke Van Dale' (dertien-de uitgave, 1999) geeft de volgende definitie:'Beton: Bouwmateriaal, een innig mengsel van kalk(en tras) ofcement met zand, grind ofsteenstukken.dat door toevoeging van een bepaalde hoeveelheidwater verhardt (het wordt gegoten op of tussenbekistingen).'De ontwikkeling van cement als bindmiddel, zoalswij dat vandaag de dag kennen, dateert pas van devorige eeuw, Kalk, de belangrijkste grondstofvoorcement, heeft als bindmiddel een veel langere his-torie en mag daarom als belangrijke voorloper vanhet huidige cement worden gezien. Het zou de vroe-gere beschavingen te kort doen om hun materiaal-en bouwkundige kennis hier niet te vermelden.Zeker omdat zelfs nu nog voorbeelden hiervanbeschikbaar zijn. Over duurzaamheid gesproken!Om de ontwikkelingen die het bouwmateriaalbeton in de loop der eeuwen heeft doorgemaakt tebespreken, kozen we voor een structuur waarin hetgetal 2 centraal staat (dat getal speelt bij dede jaarwisseling immers een belangrijke rol).november/december 1999Ge.schiedenisWe blikken terug over de laatste:? 20.000 jaar;? 2000 jaar;? 200 jaar;? 20 jaar;? 2 jaar.De laatste jaarhet beschrijven van heel vroege bouwtechnischewe afhankelijk van archeo-onderzoek en van wat op schrift staat.oudste culturen waarvan in Europa sporen zijnteruggevonden, dateren van 100.000 - 200.000 jaargeleden. Rond die tijd leefden er in zuid Frankrijken in Spanje volkeren in holen. Het enige wat daar-van bewaard is gebleven, zijn rotsschilderingen.De kleurstoffenwaarmee deze schilderingen zijngemaakt, bestaan uit ijzer- en mangaanverbindin-gen en uit houtskool. In tegenstelling tot wat jemisschien verwacht is kalk als witte kleurstof hier-bij niet aangetroffen. Uit deze periode zijn verdergeen bouwactiviteiten bekend.De eerste sporen van kalk als bindmiddel dateren uitcirca 7000 jaarvoor Chr. Resten van een vloercon-structie in Yiftah El (noord Israel, de grens metLibanon) laten een laagsgewijze opbouw zien waarbijeen drukvaste kalkmortel als bindmiddel is gebruikt.Toch was de toepassing van kalk in die tijd nog langgeen gemeengoed.In de jonge steentijd, rond het jaar 5000 voor Chr.,ontstaan in het Midden-Oosten, in het gebied tussende oostkant van de Middellandse zee en Iran en tus-sen de rivieren de Eufraat en de Tigris en de Nijlnieu-we culturen. Deze volkeren wonen in hutten en hui-zen opgetrokken uit leem, hout en steen. Ook injericho, waarschijnlijk de oudste stad op aarde, ston-den huizen met muren van handgevormde en aan delucht gedroogde, lemen stenen. De stenen werden losop elkaar gestapeld. Nergens werd daar een spoortjekalk teruggevonden wat zou kunnen duiden op detoepassing Vankalkmortels. Blijkbaar was de eerder-genoemde toepassing van kalk in de mortel bij Yiftahmeer geluk dan wijsheid!Belangwekkend lijken de resultaten van archeolo-gisch onderzoek in de omgeving van Dosariyah in hetuiterste oosten van Saudi Arabia, Dit gebied is bekendom zijn kwalitatiefhoogwaardige aardewerk uit deUbaid-periode (5000-4000 jaar voor Chr.).Bijopgravingen naar dit aardewerkstuitte men oppleisterwerk van een uitzonderlijke hoge kwaliteit:drukproeven op de mortel gaven een sterkte van12 MPa.Een bijzondere vondst, daterend uit een perio-de waarin de meeste behuizingen werden opgetrok-ken uit samengebonden riet en palmtakken en waar-in de wanden werden bepleisterd met modder en klei.Na nauwkeurig onderzoek, waarbij met name gebruikis gemaakt van r?ntgen-diffractie, kwamen de onder-zoekers tot de volgende conclusies:Het Ubaid-pleisterwerk bestaat grotendeels uitcalcium- en magnesiumcarbonaat (70%), hetgeenwijst op de aanwezigheid van kalk als bindmiddelen kalksteen als steenachtig toeslagmateriaal.De mortel bevat daarnaast 25%aan silicium-,aluminium- en ijzeroxides, afkomstig van het toe-gepaste grove zand. Dit zand, ook wel bekend alsdiatomee?naarde, heeft een duidelijk puzzolaankarakter.Bet 0 n jek november/december 19992Het gebruik van grote hoeveelheden ongebrandediatomee?naarde als zand in cominatie meteen kalkmortel is waarschijnlijk toeval geweest.Toch was het hoogstwaarschijnlijk de eerstekeer in de geschiedenis dat pleistermortels zijnvervaardigd waarbij een min of meer puzzlanejhydraulische reactie heeft plaatsgevonden.Bijtoeval is zo een waterbestendig bindmiddelontstaan.Rond 3000 voor Chr. begon de mensheid zijn activi-teiten op schrift te stellen. In de daarop volgendeeeuwen, ook wel bekend als de bronstijd, maakte hetMidden-Oosten een stormachtige ontwikkeling doorop het gebied van cultuur, kunst, wetenschap entechniek. De oude Egyptenaren realiseerden zeer totde verbeelding sprekende bouwwerken. Hun pirami-den zijn zonder meer staaltjes van bijzondere bouw-kunst. Vastgesteld is dat bij de bouw van de pirami-den hoofdzakelijk gebruik is gemaakt van gipsmor-tels, maar het gebruik vankalkmortels wordt daarbijniet uitgesloten.Men vermoedt dat de techniek van het branden vankalk ontdekt is door de Phoenici?rs. In Libanon, hetwoongebied van de Phoenici?rs, was kalksteen ruimvoorhanden. Voor het branden van de kalksteen isveel brandstof nodig. Ook dit was in de vorm vancederhout ruimschoots aanwezig in Libanon (dit integenstelling tot de rest van het Midden-Oosten).De Phoenici?rs, bekend als metselaars en timmerlie-den, worden in het Oude Testament ook genoemdals de ambachtslieden die in opdracht van koningDavid, en later koning Salomo, betrokken zijngeweest bij de bouw van de stad Jerusalem. Van 1000jaar voor Chr. dateren de gemetselde onderaardsewaterputten waarbij gebruikgemaakt is van water-vaste kalkmortels vermengd met gemalen baksteen.Een uitzonderlijk groot project is de watervoorzieningvan de Assyrische hoofdstad Niniv?.In een 50 km lang kanaal wordt bij Dscherwan een280 meter breed dal overbrugd. Het kanaal wordtover dit dal ondersteund door middel van vijf 2,6 mbrede en 5 m hoge, spitsbogen. De bodem van hetkanaal is afgedicht met de inmiddels bekende mortelvan de Phoenici?rs.Waarschijnlijk zijn het ook de Phoenici?rs geweest diehebben ontdekt dat een mengsel van kalk met vulka-nische as een zeer bruikbare, goed verhardende enwaterdichte mortel oplevert. Het belangrijkste bewijshiervoor is gevonden op het Griekse eiland Thira(Santorini) dat behoort tot de eilandengroepCycladen. De Phoenici?rs bouwden hun huizen daarmet lavastenen vermetseld met een mortel van kalken zand van vulkanische oorsprong, de zogenoemdeSantorinaarde. De term puzzolaanaarde was toennog niet bekend.De laatste 2000 jaarVlak voor het begin van onze jaartelling zijn het deGrieken geweest die de techniek van het branden vankalk van dePhoenici?rs hebben overgenomen en ver-der hebben toegepast. De vloeren en kolommen vanmonumentale gebouwen uit die tijd, zoals inAlexanderi? en op Rhodos, werden bestreken met eenkalkmortel waarin fijne brokjes marmer waren ver-werkt.Zo'n 200 jaar voor Chr. duikt in het zuiden van Itali?in de buurt van Napels (toen nog een Griekse kolonie)voor het eerst een nieuwe bouwtechniek op. Tussentwee wanden, opgebouwd uit gestapelde stenen, stort-te men ruwe breuksteen in lagen. Deze lagen werdenovergoten met een kalkmortel en het geheel werddoor porren verdicht. Het doel van deze 'gevulde'muren was een dichter en hechter geheel te krijgen.De Grieken noemden deze muren 'Emplekton' watletterlijk betekent: 'in elkaar gestampt'. Feitelijk staanwe hier aan de wieg van ons huidige beton.Na de Grieken waren het de Romeinen die de kennisvan het bouwen overnamen. De Romeinen warenmeesters in het bouwen en hebben de hierbovenbeschreven techniek van het 'gieten en stampen vanmuren' verder ontwikkeld en op zeer ruime schaaltoegepast.Bijde vervaardiging van muren uit stampbeton, ookwel 'opus caementicium' genoemd, werd gebruikge-maakt van een belasting van brokken natuursteen.Ook was men al bekend met de toepassing van houtals belasting, waarmee constructies in elke gewenstevorm werden gemaakt.Bet 0 n i e k november/december I 9993Wanden en gewelven werden soms opgetrokken uitbeduidend minder dikke en zware constructies.De 'belasting' bestond dan uit 3 tot 5 cm dikkegebakken stenen. Bijdergelijke toepassingen werdde betonspecie door de Romeinen niet gestamptmaar gestort ofgegoten. De specie werd opgebouwduit een mengsel van steengruis en een kalkmortel.Opus CaementiciumDebetonspecie van deRomeinen werdsamengesteld uitsteenstukken (caementa) en eenmortel.Voor de mortelgebruiktemen al verschillende samenstellingen:1 deel kalk op3 delen zand;1 deel kalken 1 deel puzzolaanaarde op3 delen(groj) rivierzand;1 deel kalk op3 delen grofrivierzanden1 deelgezeefd steenmeel. Hetsteenmeel wasafkomstigvanfijngemalen 'misbaksels' uit de pannen-bakkerijen.Vervaardiging vanRomeins beton(opus caementicium)tussenhoutenbekistingen [lJ'Tussen debekistingwerdeersteenlaag morteluitge-spreidtot eendiktevan 10 tot 15 cm.Hierop werdeenevendikkelaagsteenslag gestort. Vervolgens werdhetsteenslag in demortelgestampttotdat eendichtgeheelwasverkregen en desteenstukken goedmet mortelwer-denomgeven. Devolgende lagenwerden op gelijke wijzegestortengestampt.Uit de Romeinse tijd zijn niet alleen veel fysiekevoorbeelden bewaard gebleven, ook over de toege-paste bouwtechnieken staat veel op schrift. Dat is tedanken aan de Romeinse bouwmeester Vitruvius,die, als architect in dienst van het leger van julinsCeasar, belast was met de bouw van verdedigings-werken. Onder keizer Augustus werkte hij aan hetherstel van aquaducten. Vitruvius was de eerste dieeen compleet handboek schreefover de architec-tuur, waarin hij naast veel bouwkundige aspectenook de toegepaste bouwmaterialen beschreef.Daarbij werd de kwaliteit van de materialen nietuit het oog verloren. Het handboek van Vitruvius ishet enige bewaard gebleven boek op dit gebied.Deberoemde Pontdu GardHet Pantheon in Rome is ??n van de huzarenstukjesvan de Romeinse bouwkunst. Maar ook de Pont duGard, het beroemde aquaduct bij N?mes inFrankrijk is vandaag de dag een toeristische trek-pleister. Het Romeinse rijk spreidde zich echter uitover een groot deel van Europa: het keizerlijk paleiste Trier; de stadsmuren van Keulen; de 90 km langewatertoevoerleiding van de Eifel naar Keulen zijnoverblijfselen van de Romeinse bouwtechniek InNederland zijn de oudste sporen teruggevonden ophet Domplein in Utrecht. Betonblokken, oorspron-kelijk afkomstig van een Romeinse legerplaats, zijnin de 10e eeuw verwerkt in de fundering van deHeilige Kruiskapel.Bet 0 n i e k november/december 19994Romeinse waterleiding doorde Eifel(model in Keuls stadsmuseum)Na de ondergang van het West-Romeinse Rijk ver-toont de bouwnijverheid een inzinking. Toch raaktde Romeinse kennis over hydraulische mortels nietvolledig verloren. In de Middeleeuwen herontdek-ten met name de Hollanders de gunstige eigen-schappen van puzzolaan-aarde. Door tufsteen, eenvulkanisch gesteente uit de Eifel, te vermalen endaarna te vermengen met kalk verkregen zij eenAquaductvoorde watervoorziening in Romehydraulische mortel. Met dit bindmiddel werden inHolland waterbouwkundige werken als havens ensluizen gemaakt. Het trascement is dan een feit.Dat in de Oudhollandse bouwtechniek veel waardewerd gehecht aan dit materiaal als bestanddeel inmortels blijkt wel uit benamingen als trasraam enZand voor mortels (naarVitruviusuit het Handboek bouwkunde)Bijmuurwerkmet breuksteen gaat heterallereerst om ofhet zand geschikt is om de specie te mengenenniet is ver-ontreinigddooraarde. De volgende soortenzand wordengedolven: zwart, grijs,roodenroodbruin. Hiervan kan menhet bestede zandsoortnemendie bijwrijventussende vin-gerseenknisperend geluidmaakt;zand dat aardebevatzalnietscherp genoeg blijken. Menkan ookwat zand opeenwit kleedstortenenheter vervolgens vanaf schudden ofkloppen. Als het kleedniet vuil is geworden en ergeenaardeop achterblijft, is dat zand geschikt.Als ergeengroeven zijn waaruitzand gedolven kan worden,zal men het moetenziften uit eenrivierbedding, uit grind ofzelfsvande zeekust.Voor muurwerkkleven daar echter nadelenaan.Hetdroogtmoeizaam, zodat de muUrniet achterelkaardoorkan wor-den opgehoogd, maar dooronderbrekingen tot rust moetKalk (naarV?truvius uit hetHandboek bouwkunde)De kalk moetworden gebrand uit witte steenof/deze!. Kalkuit eenvasteofnogalhardesteensoort is bruikbaarvoormuurwerk.Kalk uit poreus gesteente is geschiktvoorpleis-terwerk. Nahet blussen moetmende mortelmengen.Bijgroevezand: driedelen zand opeendeel kalk. Bij rivier- ofzeezand: tweedelenzand opeendeel kalk.Bijtoepassingvan rivier- ofzeezandgeeftooktoevoeging van eenderdedeel fijngestampte engezeefde baksteen eenspeciemengseldat beteris in hetgebruik.Waaromkalk vermengd met wateren zand het muurwerklaat hechten, schijntte kunnen worden verklaard uit hetfeitdat ookgesteenten, net alsalleandere lichamen, uit de vierelementen zijn samengesteld. Bevatten zemeerlucht, danzijn zezacht.Meteenhogergehalte aan waterzijn ze soepeldoorhetvocht. Zit ermeeraardein, dan zijn zehard enmetmeervuur breekbaarder.Als kalksteen dus in kleinestukjeswordtgehaktzonderteworden gebrand, en met zand vermengd in het muurwerkwordtverwerkt, geefthij geenstevigheid en hechtniet.Bet 0 n i e k november/december I9995komen. Bovendien kan hij geengewelfdragen. Bij zeezandtreedt, wanneerop dewandeneenpleisterlaag is aange-bracht, nogeeneuvel op:eenzouteuitslagdie hetoppervlakaantast.Zanduit de zandgroeve droogtin muurwerksnel; de pleis-ter blijft vastzittenengewelfbelasting wordtgedragen, mitshet om versgedolven zand gaat.Want als hetzand na win-ning te lang blijft liggen, verweert het doorinwerkingvanzon, maan en nachtvorst, en raakt het vervuild. Als hetzandzoin de mortelwordtgemengd, kan dezede steenbrokkennietvasthouden, waardoor dezelosraken en eruitvallen,zodat de muren hun lastniet meerkunnen dragen.Ondanks de voortreffelijke kwaliteitenvan versgedolvenzand in muurwerk, is het voorstuc niet bruikbaar. Vanwegezijn vettigheidkan demet strovermengde kalk namelijknietzonderbarsten opdrogen, juist doordegrotehechtkracht.Rivierzand daarentegen, omdat het'mager'is,geeftnabewerking met polijstgereedschap vastheid aan de stuclaag.Maarwanneerde kalksteen in deallen is geworpen en doorde inwerkingvan de enorme hitte vanhet vuur zijn oor-spronkelijke eigenschap vanvastheid heeftverloren, dan iszijn eigenkrachtopgebrand enuitgeputen blijft hij achtermet openen lege pori?n.Wanneerhet vochtdat zichin hetlichaamvan diesteenbevindt,net alsde lucht, erdus is uitgebrand envrijgeko-men,en de steende resterende warmte nogin zichbeslotenhoudt,en op dat moment in waterwordtgedompeld, voor-dat hij uit het vuur opnieuwkrachtopdoet, dringt het vochtbinnenin de openpori?n. De kalksteenbegintte stomenennadat hij is afgekoeld drijft hij ten slottede hitte uit de sub-stantiedienu kalk is geworden. Vandaardat stukken kalk-steendieuit de ovenworden gehaaldniet meerhetzelfdegewichthebben alstoenzeerinwerdengeworpen. Bijwegingblijktdat, hoewel hun groottehetzelfde blijft,doorhet uitkokenvan hetvochthun gewichtmet ongeveer een-derde is afgenomen. Daardoor latende pori?nen holteninde kalk, dienu openzijn,gemakkelijk vermengingmet zandtoe.De tweematerialenvormenzoeenverbindingen tijdenshet drogen hechten zezichaan de breuksteen en zorgenvooreenstevigmuurwerk.trasraamklinker. Het in Holland gemalen tras vindtook zijn weg naar de ons omringende landen enoverzeese koloni?n. Het wordt een zeer belangrijkhandelsartikel. Lange tijd kunnen Engeland enFrankrijk uitsluitend via tussenkomst vanHollandse kooplieden trascement betrekken,Zo waren in de jaren 1680-1690Dordtse trashande-laren hofleverancier bij de uitbreiding van hetpaleis van Lodewijk XIVen was de stad Dordrechtgedurende zo'n honderd jaar het bloeiende middel-puntvan de internationale trashandel.De laatste 200 jaarontwikkeling van het materiaal beton.heeft in detwee eeuwen van dit millennium een flinkevoorwaarts kunnen maken. Dit dankzij tweePuzzolaanaarde (naarVitruvius uithet Handboek bouwkunde)Erbestaatookeensoortaardedievan nature eenwonder-baarlijkeuitwerkingheeft.Deze ontstaatin de streekomBaiaeenop hetgrondgebied van de stadjesrond deVesuvius. Vermengd met kalk en breuksteen verleent dezeaardeniet alleen aan gewone bouwwerken soliditeit, zelfseendam die mendaarmeein zeeopwerpt, wordtonderwaterhard.Dit schijntte komendoordatin dezestreken deaardbodem onderhet gebergte heetis,met talrijkehetebronnen. Diezoudenerniet zijn alsbeneden in de dieptegeengeweldige vurenvan zwavel, aluin of aardpekbrand-den.Hetvuur met de gloed van de vlammenbaant zichVan-uit de dieptedoorspleteneenwegomhoog en maakt metzijn hitte de gronddaarlicht; de aan de komen-de tufsteenbevatgeenvocht. Wanneerdriesubstanties, diealleop dezelfde manier doorde krachtvan het vuur zijngevormd, tot ??nmassaworden vermengd en opeens voch-tigheid opnemen, dan hechten zezichvastaan elkaar. Hetvochtverhardtzesneltot zo'nsterkgeheel, dat geengolfengeenwaterkracht ze uiteenkan trekken.Voorde aanwezigheid van onderaardse hitte in dezestrekenis ooknogeenaanwijzingdat in de heuvels van BaiaebijCumae grottenzijn uitgehouwen voorzweetbaden. Degloei-endedamp diein de diepteontstaat,doorboort daar met deBet 0 n i e k november/december 19996belangrijke uitvindingen.De eerste is de uitvinding van het portlandcement.Vanuit de cementhistorie is de ware uitvinder ervanmoeilijk aan te wijzen, maar de Duitser prof.Dr.J.P. john (1782-1847), hoogleraarin de chemie teBerlijn en de Fransman LJ.Vicat(1786-1861) ingenieurdu Corps Royaldes Ponts et Chaus?es hebben er zon-der twijfel een belangrijke bijdrage aan geleverd. Zijverrichtten ongeveer gelijktijdig, maar onafhankelijkvan elkaar, onderzoek naar het kunstmatig samenstel-len van cement uit een mengsel van klei en fijngema-len kalk dat daarna werd gebrand.Voortbordurend op de bestaande kennis was het demetselaar Joseph Aspdin uit Leedsdie er in 1824 inslaagde een zeer goed hydraulisch bindmiddel temaken, dat hij de naam portlandcement gaf. Hijmaakte het cement door een van tevoren bereidkrachtvan het vuur de aarde. Daardoorheen stromendkomt hij in dezestreken aan de oppervlakte en bereidtzobijzonderwerkzamezweetbaden. Verder wordtvertelddatin vroeger tijdenonderdeVesuvius golven van vuur aan-zwollen, overborrelden en dan vanaf debergvlammenuit-braaktenoverhet omliggende land. Daarom schijntdat watwe nu sponssteen ofPompejaanse puimsteennoemen, in dietijd uit eenandere steensoort na het uitgloeien te zijn over-gebleven enzo zijn huidigeeigenschap te hebben verkregen.Deze soortsponssteen die hierwordtgewonnen treft menechter niet overal aan, alleen rondde Etnaen in de heuvelsvan Mysi? (door de Grieken Katakekaumene, 'DeVerschroeide Aarde',genoemd) en misschien op andereplaatsenmet dezelfde karakteristieke verschijselen. Dusalsin dezestrekenhetebronnen enWarme dampenin allegrot-ten worden aangetroffen, en alsoudemensennog wetentevertellen dat zichvroeger in de omgevingweleensbrandenoverdeveldenverspreiden, lij/