Een maandelijkse uitgave van deVereniging Nederlandse Cementindustriepostbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenbosch mei 1988Beton voor mestopslagMestoverschotten in de intensieve veehouderijvormen een groot milieuprobleem. Als maatregelheeft de Nederlandse overheid bepaald dat metingang van 1988 in bepaalde perioden (met namebij vorst en sneeuw) geen dierlijke mest magworden uitgereden. Als gevolg daarvan zal op veelveehouderijen in aanvullende mestopslag-capaciteit moeten worden voorzien. Inmiddels iseen grote bouwactiviteit op dit gebied op ganggekomen, die ongetwijfeld nog in omvang zaltoenemen. De hausse in relatief kleine, verspreidliggende bouwprojecten draagt het gevaar in zichdat de duurzaamheid van de constructies tegen-valt en dat schadegevallen zich zullen mani-festeren.In deze aflevering van BETON/EK zetten we uiteenwelke maatregelen nodig zijn om tot duurzamesiloconstructies van beton te komen.Het wettelijk kaderHet Besluit Mestbassins Hinderwet dat vorigvoorjaar werd bekendgemaakt, bepaalt dat vooreen mestbassin voor het bewaren van dunne mest,onder bepaalde voorwaarden geen hinderwet-vergunning nodig is. Met deze vrijstelling van denormale hinderwet-procedure beoogt de overheidde bouw van voldoende opslagcapaciteit voormest op korte termijn mogelijk te maken. Er zijnechter wel beperkende voorwaarden ingebouwd,zoals minimale afstand tot woningen en totgebieden die gevoelig zijn voor verzuring van debodem. Deze voorwaarden zijn dan nog weerafhankelijk gesteld van het feit of er wel of geenafdekking op het bassin komt.De belangrijkste eis die de overheid, vanwege dezorg voor het milieu, aan mestsilo's stelt, is dateen lekvrije opslag is gewaarborgd. Om dit tebereiken is in het Besluit Mestbassins bepaald datde uitvoering moet voldoen aan eisen van dedaartoe opgestelde Bouwtechnische RichtlijnenMestbassins (BRM). Deze BRM onderscheidt folie-bassins en siloconstructies van beton, staal, houten metselwerk. Mestsilo's van beton, staal, hout ofmetselwerk moeten gedurende 20 jaar (!) aan deeis van een lekvrije opslag voldoen. De bouwervan de mestsilo moet een schriftelijke verklaringafgeven bij de bevoegde gemeentelijke instantie,dat de te bouwen constructie aan de bouwtech-nische richtlijnen zal voldoen.De eis van mestdichtheid heeft in de eerste plaatsconsequenties voor het ontwerp van de construc-tie. Voor ter plaatse gestorte betonnen silo'sbetekent dit dat in het ontwerpstadium goed moetworden nagedacht over maatregelen die scheur-vorming in de monoliete constructie zullenvoorkomen. Gaat het om een mestsilo die wordtopgebouwd uit geprefabriceerde betonelementen,dan moet de detaillering van de voegen zodanigworden ontworpen dat via deze voegen geenlekkage zal optreden.De eis dat de mestsilo gedurende 20 jaar aan devoorschriften blijft voldoen, heeft direct te makenmet de duurzaamheid van het beton. Als menbedenkt dat de opgeslagen mest matig tot zeeragressief is voor beton, dan zal duidelijk zijn dataan beton voor mestopslag hoge kwaliteitseisenmoeten worden gesteld. Dat wil zeggen dat voorhet bouwen van een mestsilo niet zonder meereenzelfde beton kan worden toegepast zoals die ineen willekeurige andere toepassing in de land-bouw wel toereikend zou zijn. De mengsel-samenstelling van beton voor mestsilo's, alsook deverwerking en de nabehandeling ervan, verdienenspecifieke aandacht.De BRM heeft een algemeen, richtinggevendkarakter en geeft geen gedetailleerde voorschrif-ten ten aanzien van de toe te passen bouwmate-rialen. Wel geeft de BRM omtrent de agressiviteitvan mest voor beton aan dat voor gesloten silo'smilieuklasse 5d (zeer sterk agressief) van toepas-sing is en voor open silo's rnilieuklasse 5a (matigagressief). Toegenomen ervaring met de aanwe-zigheid van agressieve stoffen in mest en inzicht inde aantastingsmechanismen heeft echter geleerddat voor open silo's milieuklasse 5b moetwordenaangehouden. De verwachting is dat de BRM opdit punt spoedig zal worden aangepast.Bovendien zijn er goede redenen om aan tenemen dat over enkele jaren alle silo's geslotenmoeten worden. Er bestaat een toenemende druk(politiek en maatschappelijk) om strengere milieu-beschermende maatregelen door te voeren.Daarom is het verstandig ook voor nieuw tebouwen open silo's nu al uit te gaan van milieu-klasse 5d.Een uitzondering kan misschien gemaakt wordenvoor silo's waar drijvende afdekkingen wordentoegepast. Milieuhygiënisch is dan wel sprake vaneen gesloten bassin, maar betontechnologisch isdat 'open', omdat het gevaar van aantasting sterksamenhangt met het al of niet ventileren van deruimte boven de mestspiegel,De milieuklassen 5b en 5d betekenen volgens deVBT 1986 een maximale wcf van 0,50 (voor openmestsilo's) resp. 0,45 (voor gesloten silo's).21Mestsilo opgebouwd uit geprefabriceerde beton-elementen. Uitwendige spanbanden verzekerendestabiliteit en mestdichtheidGezien de relatie tussen water-cementfactor ensterkte, betekent dit voor de betonconstructeur dathij ten minste kan rekenen met sterkteklasse B 25voor open constructies en met sterkte klasse B 35voor gesloten constructies.Zoals gezegd worden in de BRMgeen gedetail-leerde voorwaarden ten aanzien van het ontwerpen de toe te passen materialen gegeven. Omhierin te voorzien heeft het Instituut voor Mechani-satie, Arbeid en Gebouwen (IMAG) in samen-werking met de CUR een 'Handleiding voor deBouwtechnische Richtlijnen Mestbassins' op-gesteld.Deze handleiding bestaat uit drie delen, te wetenA. Ontwerp, berekening en uitvoeringB. Specificaties bouwmaterialenC. Specificaties foliesIn deze aflevering van BETON/EK zullen we despecificaties voor het materiaal beton toelichten.Eerst is het op z'n plaats het milieu in mestsilo'swat nader te beschouwen.Wat is mest?Mest bestaat uit droge stof (faecaliën, stalstrooiselen voederresten) en vloeistof (urine, spoel-, hemel-en morswater). Het droge-stofgehalte van mest isafhankelijk van onder andere de diersoort en debedrijfsvoering. Wordt de mest gescheidenopgeslagen, dan spreekt men van vaste mest en2Uitvoering van een ter plaatse gestorte"betonnenmestsiloTabel 1Gehalte aan voor beton agressieve stoffen in drijfmest(mg/I)runderen kippen varkensMg (MgD) 810-1570 1260-2380 640- 2000Cl 1810-4180 80-3220 640- 3360N 3800-7600 5950-1575 4320-11520S03 2000-3000 2000-4000 1000- 2000gier. Om technische en economische redenenwordt in de intensieve veehouderij thans devoorkeur gegeven aan gemengde opslag. Destallen kunnen dan ontmest worden met wateronder hoge druk. Hierbij ontstaat de zogenaamdedrijfmest. Deze mest is, bij een droge-stofgehaltevan maximaal 15% nog verpompbaar, wat nood-zakelijk is voor het transport en de verwerking.Samenstelling van mestTabel 1 geeft een indicatie van de samenstellingvan drijfmest. Opvallend is de grote spreiding in deconcentratie van de verschillende stoffen. In deeerste plaats is de diersoort bepalend (pluimvee,runderen of varkens). Daarnaast is de bedrijfs-voering van invloed op de samenstelling; ookblijken er regionale verschillen te zijn. Ook deouderdom van de mest heeft een belangrijkeinvloed.Tijdens de opslag van mest vindt er namelijkvergisting plaats, dat wil zeggen afbraak van orga-nische verbindingen. Enkele belangrijke tussen-en restprodukten zijn vetzuren, alcoholen, aminen,ammonium, zwavelhoudende verbindingen, kool-zuur en methaan. (Methaan is het brandbare gasdat in biogasinstallaties wordt afgevangen voorgebruik als brandstof).Het vergistingsproces wordt sterk beïnvloed doorde samenstelling van de verse mest, de tempe-ratuur, de turbulentie of beroering van de mest ende verblijftijdin de silo.Verse mest heeft een pH van 7 tot 9; een vrijneutrale waarde dus. Ten gevolge van devergisting zal de pH dalen. Na een verblijfstijd vanenkele maanden zal de pH ongeveer 5 kunnenbedragen. AI met al blijkt drijfmest dus betontech-nologisch gezien een agressieve vloeistof te zijn(zie ook BETON/EK 7/17 - Milieuklasse 5).Samenstelling van de lucht boven demestspiegelUit de opgeslagen dunne mest vervluchtigendiverse stoffen, zoals zwavelwaterstof (H2S),kooldioxyde (C02) , ammoniak (NH3)en methaan(CH4)en diverse zwavelverbindingen. Indien desilo is afgedekt, zal de concentratie van dezegassen in de ruimte boven de mestspiegeltoenemen.Aantasting van beton ontstaat doordat de gevaar-lijke componenten uit de lucht boven de mest-spiegel oplossen in het condenswater dat in zo'nvochtige ruimte boven de mestspiegel altijd welaanwezig is op de wanden en de onderzijde vanhet dek. In deze vochtige laag leven diverse bacte-riënsoorten, die zich voeden met bijvoorbeeld3boven mestspiegelConcentratie van in een niet-geventileerde ruimte boven demestspiegelTabel 3Conclusies uit een praktijkonderzoeknaar betonschade in mestsilo's(bron: tit.6)geroerde mestniet-geroerde mestrundermest90 ppmppmvarkensmest460 ppm10 ppmdruksterkteporositeitwaterindringingbeton van mestsilo'swaaraan geen schade is waargenomen50- 80 N/mm211,3 - 15,2% (vlv)7-25 mmnog gaaf beton aan mestsilo'swaar wel schade is waargenomen12 - 23 N/mm215,1 22,3% (vlv)50-75 mmammoniak en koolzuur. Dankzij de activiteit vandeze bacteriën wordt zwavelwaterstof omgezet inhet gevaarlijke zwavelzuur. Een indicatie van dede zwavelwaterstof-concentratie in de ruimteboven mestspiegel is gegeven in tabel 2.Uit praktijkonderzoek is gebleken dat schades aanmestsilo's van beton in hoofdzaak worden veroor-zaakt doorzwavelzuuraantasting in in minderemate door sulfaataantasting. Over de preciezeaard van dit schademechanisme is al veelgeschreven. Hiervoor kan bijvoorbeeld wordenverwezen naar BETONlEK 5/1 en CUE-rapport 96.Naar duurzame betonnen mestsilo'sWat ons interesseert is: hoe kunnen, uitgaandevan het agressieve milieu in mestbassins, beton-nen silo's worden gebouwd, die minstens 20 jaaraan de functionele eisen voldoen?In de voorbereidingsfase van de Handleiding bij deBRM is een praktijkonderzoek verricht, dat voor debeantwoording van deze vraag nuttige informatiegeeft (lit. 6). Er is een aantal mestsilo's geïnspec-teerd van meer dan 10 jaar oud, waarvan er enkeleernstige aantasting vertoonden en andere nog eengoede conditie hadden. Bij inspectie zijn visuelewaarnemingen gedaan en monsters genomenwaaraan in het laboratorium bepalingen zijngedaan, zowel op betontechnologische alschemisch/fysische eigenschappen.Het beeld is niet in alle opzichten eenduidig. Tochzijn er wel enkele conclusies te trekken. Deze uit-komsten zijn samengevat in tabel 3. Daaruit blijktdat schade vooral samengaat met permeabelbeton. De duurzaamheid kan kennelijk aanzienlijkworden verhoogd indien hoge eisen wordengesteld aan de permeabiliteit.Dat betekent in de eerste plaats een lage water-cementfactor en vervolgens een voldoende nabe-handeling om een zo hoog mogelijke hydratatie-4graad te bereiken (zie hiervoor nog eensBETONlEK 6/6 - Permeabiliteit). Het gaat immersvooral om de permeabiliteit van de buitenste laagvan het beton. Als daar, door voortijdige uitdro-ging, de hydratatie wordt geblokkeerd, zal ook bijeen lage water-cementfactor een zeer permeabelbeton ontstaan.Voorts is ook de gunstige invloed van hoogoven-cement op de poriestructuur bekend, indientenminste een zorgvuldige nabehandeling in achtwordt genomen.Ondanks al zulke maatregelen, zal blijken dataantasting van het betonoppervlak in het zeeragressieve milieu van gesloten mestsilo's onver-mijdelijk is. Met het toepassen van een extra grotebetondekking als opofferingsdekking, kan echtereen voldoende levensduur worden bereikt.Om te voldoen aan de eis van '20 jaar mestdicht',zullen we ervoor moeten zorgen dat in dezetijd3Verloop van aantasting, schematisch. Constructie 1 isgebouwd met beton met grotere permeabiliteit en meteen kleinere betondekking dan constructie4Interieur van een (ter plaatse gestorte) mestsilo met eenbetonnen dak5Interieur van een mestsilo van geprefabriceerdebetonelementen, met een tentconstructie als afdekkingperiode geen ernstige wapeningscorrosieoptreedt. Het komt er dus op aan een zodanigdichte betondekking te realiseren dat deaantastingssnelheid laag is. Als daarbij de beton-dekking voldoende dik is, zullen betonnen mest-silo's zeker voldoen aan het uitgangspunt '20 jaarmestdicht' (fig. 3).Zoals eerder opgemerkt, dient er dan wel in hetontwerp voor te worden gezorgd dat de voegcon-structies blijvend dicht zijn en dat geen ontoelaat-bare scheurvorming optreedt.CoatingIn plaats van een extra dekking is er (in theorie)ook de mogelijkheid van een coating als extrabescherming. De praktische waarde hiervan moetevenwel met de nodige reserve worden bezien.Gezien de aard van handelingen bij mestsilo's(vullen, ledigen, mengen, onderhoud mengmotor),is het ontstaan van beschadigingen niet denk-beeldig. Elk defect in de coating is al fataal, omdatdoor de vorming van gips als resultaat van zwavel-zuuraantasting, de coating wordt weggedruk enhet gat snel groter zal worden. De coating zal duseen forse dikte moeten hebben om voldoendebetrouwbaar te zijn. De kosten hiervan zullenrelatief hoog zijn in vergelijking met het vergrotenvan de betondekking.De Handleiding bij de BRMDeze aspecten zijn in de Handleiding bij de BRMvertaald in enkele regels voor de praktijk. Voor terplaatse gestorte silo's en voor constructiesopgebouwd uit geprefabriceerde elementen gaathet om: cementsoort, watertndrtnqinq, beton-dekking en coating.CementsoortDe Handleiding schrijft· in overeenstemming metde VBT '86 - een cementsoort met hoge sulfaat-bestandheid voor.Dit zou de keuze tussen hoogovencement enC3A-arm portlandcement kunnen openlaten.Gezien de chlorideconcentraties in mestbassins,moet de toepassing van C3A-arm portlandcementechter beslist worden ontraden.Voor geprefabriceerde betonelementen voor mest-silo's staat de Handleiding het gebruik van port-landcement of portlandvliegascement toe.Daaraan is dan wel de voorwaarde verbonden datbij de produktie geen versnelde verharding doormiddel van stoom mag worden toegepast. Eentweede voorwaarde is dat de geprefabriceerdeelementen bij gebruik van pc of pvlc moetenworden nabehandeld totdat 75% van de druk-sterkte na 28 dagen is bereikt.Deze opmerking in de Handleiding neemt natuur-5lijk niet weg dat bij toepassing van hoogoven-cement voldoende nabehandeling op z'n minstvan even groot belang is.In wezen is de cementsoort bij het aantastings-mechanisme in mestsilo's niet bepalend voor desnelheid van aantasting. Bij de aantasting doorzwavelzuur is de dichtheid van het beton debelangrijkste parameter. En een goed dicht betonis betontechnologisch gezien net zo goed temaken met portland- of portlandvliegascement alsmet hoogovencement. Dit is waarschijnlijk ook dereden dat in het praktijkonderzoek geen signifi-cante verschillen in aantasting konden wordenwaargenomen tussen silo's met hoogovencementen silo's waarvoor beton met portlandcement wastoegepast.WaterindringingDe waterindringing is een maat voor de permeabili-teit van buitenste laag van het beton. De meestgebruikte methode voor bepaling van de water-indringing is die volgens de Duitse norm DIN 1048(zie ook BETON/EK 6/29).Volgens de Handleiding mag de waterindringingaan de binnenzijde van de constructie, bepaaldvolgens DIN 1048, na 28 dagen verharding onderpraktijkomstandigheden, maximaal 30 mmbedragen. Volgens de Duitse normen is dansprake van beton dat bestand is tegen chemischeinvloeden.De bepaling kan alleen worden uitgevoerd in eenlaboratorium. Daartoe moeten uit de constructie,na minstens 28 dagen, boorkernen wordengenomen, terwijl op het betreffende oppervlakgeen coatings of waterafstotende middelen mogenzijn aangebracht. U begrijpt dat dit geen prak-tische controleproef is; dat was ook niet debedoeling van de opstellers van de Handleiding.Vooraf zal moeten worden vastgesteld met welke66-7Nabehandeling is essentieel voor de duurzaamheidvanbetonnen mestsilo's. De voorkeur wordt gegeven aan hetgebruik van een dampremmende folie oteen curningcompound (foto links)Bij het sproeien met water dient men er goed op te lettendat het beton voortdurend nat blijft (foto rechts)mengselsamenstelling en uitvoeringsmethodenaan de eis kan worden voldaan. In geval van twijfelaan de toegepaste mengselsamenstelling enlofuitvoeringsmethode kan ter controle achteraf dewaterindringing worden bepaald.Als wordt voldaan aan de betontechnologischeeisen die voortvloeien uit de milieuklasse envervolgens een goede uitvoering wordt gegaran-deerd, zal verlangde permeabiliteit worden bereikt.BetondekkingDe Handleiding bepaalt dat voor gesloten mest-silo's de betondekking aan de binnenzijde van deconstructie minstens 10 mm meer dient tebedragen dan is voorgeschreven in de VB1974/1984 (art. A-707). Dit betekent voor debinnenzijde van wanden en dek een betondekkingvan tenminste 35 mm op de buitenste wapening envoor balken tenminste 40 mmoCoatingAls alternatief voor de 10 mm extra betondekkingwordt in de Handleiding het toepassen van eencoating genoemd. De geschiktheid van eencoating moet vooraf worden aangetoond. Eencoating wordt als geschikt beschouwd als dediffusieweerstand voor waterdamp tenminste 30 mbedraagt (bepaald volgens DIN 53122). De mini-maal benodigde totale laagdikte van de uitgehardecoating is dus afhankelijk van het type coating.Een eis is evenwel dat minimaal 2 lagen moetenworden aangebracht.De dichtheid moet in de praktijk worden gecon-troleerd met vonkapparatuur. Er mag dan geendoorslag plaatsvinden; plaatsen waar doorslagoptreedt, dienen te worden opgevuld.De hechtsterkte, bepaald volgens ISO 4624, dienttenminste 1 N/mm 2 te bedragen.UitvoeringDe Handleiding geeft ten aanzien van de uitvoe-ring geen aanvullende regels ten opzichte van debestaande voorschriften.De Handleiding attenteert met nadruk opdenoodzaak van verdichting, voorkomen vanontmenging en nabehandeling. In de praktijk wordtnogal eens de hand gelicht met de vereistenabehandelingstijden, die voor duurzame beton-nen mestsilo's juist zo belangrijk zijn. Als concreteeis voor nabehandelingstijden wordt daaromgesteld dat 'verdampen van water uit vrij aan debuitenlucht blootgestelde betonoppervlakkentijdens de eerste 7 dagen na het storten moetworden voorkomen'.Als methode van nabehandelen wordt de voorkeurgegeven aan afdekken met een dampremmendefolie of aanbrengen van .eencuring-compound.Ook wandvlakken die na 1 of 2 dagen wordenontkist, moeten na ontkisten onmiddellijk tegen uit-droging moeten worden behandeld met eencuring-compound.BesluitHet milieu in mestsilo's is agressief voor beton.Voor het bouwen van duurzame betonnen mest-silo's zijn een goed ontwerp, hoogwaardig betonen een goede uitvoering noodzakelijk, waarbij denadruk ligt op verdichting en nabehandeling.Het realiseren van betonnen bouwwerken waaraanhoge kwaliteitseisen worden gesteld is op zich nietiets bijzonders. Het bijzondere bij de uitvoeringvan betonnen mestsilo's is dat er, in tegenstellingtot andere sectoren in de bouw, doorgaans geenonafhankelijke toezichthouder is, die de kwaliteitgedurende de bouw controleert. Dit legt een extraverantwoordelijkheid op de bouwbedrijven entoeleverende bedrijven, die betrokken zijn bij hetbouwen van betonnen mestsilo's.literatuur1. BETON/EK 5/1, Zwavelzuuraantasting; januari19802. BETON/EK 6/6, Permeabiliteit; juni 19833. BETON/EK 6/29, De huid van beton; oktober19854. BETON/EK 7/17, Milieuklasse 5, juli/aug. '875. CUR-rapport 96, Beton en afvalwater, 19796. J. Bijen, Onderhoud en reparatie van beton-constructies, deel 111- Enkele gevallen vanchemische aantasting, Cement 1987 nr. 107BETONlEK verschijnt 10 x per-jaar.Abonnernentsprljzen per jaar, inclusief verzamelbandvoor 3 jaargangen (incl. 6% BTW):Nederland, Nederlandse Antillen, België f 19,-overige landen f188N0166-137x8administratie:postbus 3011, 5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon (073) 401231Abonnementen lopen per kalenderjaar. Aan het eindvan een kalenderjaar wordt het abonnement auto-matisch verlengd, tenzi] het abonnement vóór1 december schriftelijk wordt opqezeqd,