EXPOSITIE- EN L ABOR ATORIUMONDERZOEK NA AR VERSCHILLENDE INVLOEDSFACTOREN Op het oppervlak van beton, blootgesteld aan buitencondities, kan biologische aangroei ontstaan. Dit bijvoorbeeld in de vorm van algen en mossen. In opdracht van Stutech is praktijkonderzoek uitgevoerd naar invloedsfactoren op dit fenomeen. Curing compound en het type cement blijken hierbij een belangrijke rol te spelen. BIOLOGISCHE aangroei op beton STUTECH STUDIEGROEP 64 Studiegroep 64 'Biologische aangroei van beton', bestaat uit de volgend leden: ? R ene Albers - Ecocem ? C ees Cornet (tot december 2019)- Van den Bergh & Co ? Mar no Dingenouts (tot mei 2018) - BASF ? H ans Huppertz (vanaf mei 2018) - Cugla ? W iljan de Moor (tot januari 2019) - Movares Nederland ? Mar c Ottelé - TU Delft ? An gelo Sarabèr (voorzitter) ? Vliegasunie / Sarabèr Consultancy ? Maar ten Swinkels - SGS INTRON ? E dwin Vermeulen - Betonhuis / Cement&BetonCentrum ? R onald de Vree (rapporteur) ? G ert van der Wegen (mentor) - SGS INTRON H et is de nachtmerrie van iedereen met een terras op het noorden: algen en mosgroei op terrastegels. Wat je er ook aan doet, het komt terug. Steeds meer en sneller. Maar we zien ook algen op gevels, zwarte schimmels op geluidschermen en mosgroei op betonwanden. Biologische aangroei op beton: het is vaak lelijk, veroorzaakt gladde opper - vlakken en tast soms zelfs het beton aan. En het lijkt steeds meer voor te komen. Mosaangroei op gebouwen wordt tegenwoordig ook wel als iets positiefs gezien: meer groen in de stedelijk omgeving, waardoor de tempera - tuur daalt, CO 2 wordt verbruikt en water wordt gebufferd [1]. Maar in het algemeen wordt biologische aangroei (ook zwartkleuring, biofilm geheten) meestal niet op prijs gesteld. ONDERZOEK De laatste jaren zijn er diverse publicaties over aantasting van beton door biofilm verschenen. Deze publicaties waren voor het merendeel 18 VAKBL AD 4 2023 Auteur ir. Maarten Swinkels, SGS INTRON, Stutech Studiegroep 64 18-23-Biologische aangroei op beton.indd 1818-23-Biologische aangroei op beton.indd 18 11-12-23 12:1911-12-23 12:19 1 Algen en kortmossen op een tegel gebaseerd op er varingen en literatuurstudie en maar weinig op vergelijkend onderzoek. Ook is een CROW-CUR Aanbeveling opgesteld met maatregelen om de aantasting door biolo- gische aangroei te voorkomen [2]. De aandacht werd getriggerd door mosaangroei die, enkele jaren na oplevering, op diverse onderdelen van kunstwerken in de HSL-spoorlijn [3] werd geconstateerd. Binnen Stutech werd in 2015 de behoefte gevoeld aan een projectonafhankelijke werk- groep die zich verdiept in het ontstaan van deze biologische aangroei en de gevolgen er van. Deze werkgroep heeft voornamelijk literatuur - studie gedaan en in 2017 een rapportage opgesteld. In deze rapportage worden diverse hypothesen beschreven over het ontstaan van biologische aangroei. Dit onderzoek is beschreven in [4] en [5]. Als ver volg hierop is deze studiegroep voortgezet en heeft SGS INTRON twee opdrachten gekregen om een aantal van deze hypothesen te toetsen, een met een expositieonderzoek en een met een laboratoriumonderzoek. Daarnaast is door de commissieleden ook nog veldonderzoek aan verschillende objecten gedaan. Voor het expositieonderzoek betreft het de volgende hypothesen: 1 Door v erandering in het milieu neemt de groei van organismen toe. Sinds 1980 is de pH van regenwater geste - gen terwijl bekend is dat mossen en micro- organismen niet van een zuur milieu houden. 2 Cur ing compounds en ontkistingsmiddelen vormen een voedingsbodem, waardoor de biofilm sneller ontstaat. Curing compounds en ontkistingsmiddelen zijn middelen op een polymeer basis, deze kunnen dienen als voedingsbodem. 3 Het bet on wordt aangetast door de biofilm, de aantastingssnelheid is echter laag. In biofilms ont staan zuren, deze kunnen het betonopper vlak aantasten. 4 De aan wezigheid van een mostapijt versnelt de aantasting. In een mostapijt blijft het betonopper vlak vochtig en kunnen zuren lang werken. 5 De aant asting verloopt minder snel bij een kwalitatief goed betonopper vlak door goede nabehandeling en een lage water-cement - factor. Bij een dicht betonopper vlak zijn er weinig aanhechtingspunten voor een biofilm en blijft het beton minder lang vochtig. 6 De aant asting wordt beïnvloed door het type bindmiddel. Betonsoorten met minder klinker worden normaal als dichter beschouwd, ze zijn ech- ter gevoeliger voor slechte nabehandeling en hebben minder alkalische buffer en een andere poriestructuur. 7 Door het g ebruik van strooizout ontstaat er minder snel een biofilm. Deze hypothesen zijn beoordeeld door 110 proeftegels met verschillende betonsamen- stelling en verschillende nabehandeling te maken en die gedurende drie jaar te exposeren. Met het laboratoriumonderzoek aan diverse prisma's is de invloed van het bindmiddel op de zuuraantasting bepaald. De hypothese die hiermee getoetst is, is de volgende: beton met een bindmiddel met een laag klinkergehalte (hoog percentage slak) wordt, na slechte nabehandeling en bij regelmatig ver versen van zuur, als gevolg van de verminderde buffer aan kalk in het beton, 2 Mallen en aanbr engen lossingsmiddel 19 VAKBL AD 4 2023 18-23-Biologische aangroei op beton.indd 1918-23-Biologische aangroei op beton.indd 19 11-12-23 12:1911-12-23 12:19 sneller door zuur aangetast dan beton met een bindmiddel met een hoog klinkergehalte. Dit in tegenstelling tot de gangbare verwachting dat betonsoorten met een laag klinker gehalte als dichter worden beschouwd. Het is bijvoorbeeld bekend dat beton met CEM III (mits goed nabehandeld) beter bestand is tegen biogene zwavelzuuraantasting dan beton met CEM I. Het veldonderzoek had als doel de hypothesen ook in de praktijk te toetsen. ONDERZOEKSOPZET De proefopzet is binnen de studiecel uitgewerk t. De tegels van 300 x 300 x 40 mm3 zijn in elf verschillende storten in mallen van nieuw betonplex gemaakt (foto 2). Voor de beton- samenstelling is gekozen voor water-cement - factoren van 0,45, 0,50 en 0,55 en voor portland - cement (CEM I 52,5 N), hoogovencement (CEM III/B 42,5 N) en portlandcement met vliegas. Er is gebruikgemaakt van twee typen ontkis -tingsmiddelen: op basis van minerale olie en plantaardige olie. Tot slot is met de nabehande - ling gevarieerd door niet na te behandelen, de tegels zeven dagen onder folie te bewaren (foto 3) of ze na twee dagen voor een deel met polyvinylacetaat en een deel met acr ylaat curing compound te behandelen. De tegels zijn niet in de waterbak bewaard en na zeven dagen buiten geplaatst. De tegels zijn in Sittard achter het laboratorium van SGS INTRON in een steeg tussen twee gebouwen met een breedte van ongeveer 8 m geplaatst (foto 4). Ze liggen tegen een oost - gevel en zijn vrijwel horizontaal onder een kleine hoek geplaatst. De tegels liggen hierdoor vrij beschut tegen wind en regen, en in een omgeving met maar een klein deel van de dag zon. De omgeving kent geen hoge zuur- of stikstofdepositie. Het milieu ter plekke wordt met name beïnvloed door het verkeer. Vooraf was het de wens om ook een deel van de tegels in een milieu met veel of heel weinig stikstofdepositie te leggen. Helaas lukte het niet om medewerking van grondeigenaren hier voor te krijgen. Een aantal tegels is regelmatig, als er op straat ook werd gestrooid, besproeid met een pekel- oplossing om het strooien van dooizouten te simuleren. Een andere set tegels is met een afdakje voor de regen afgeschermd en is via een druppelinstallatie kunstmatig beregend met een oplossing van zwavelzuur, salpeter - zuur en ammoniak met ongeveer een zelfde pH en samenstelling als de 'zure regen' uit 1984. Ver volgens zijn de tegels drie jaar gevolgd. Hierbij is de verkleuring (grijs/zwart- en groenverkleuring) en aangroei regelmatig gemonitord. Het was opvallend dat het veel langer dan verwacht duurde voordat er enige verkleuring zichtbaar werd en dat er geen aangroei van mos was opgetreden. Blijkbaar was de situatie niet zo gunstig als verwacht, terwijl er ter plekke wel op het oude beton mosgroei aanwezig was. Op een andere locatie [1] is in andere onderzoeken wel veel sneller mosgroei vastgesteld. Het bleek dat de verkleuring met de seizoenen fluctueerde; veel verkleuring en toename in het voor- en najaar en een achteruitgang in de zomer. De grijs/zwart- en groenverkleuring is subjectief met het oog vastgesteld en gewaardeerd met een score van 1-5. Daarnaast zijn de tegels regelmatig gefotografeerd waarbij het daglicht Het onderzoek is na 3 jaar expositie afgesloten en de tegels zijn beoordeeld 3 Aanbrengen keukenfolie 20 VAKBL AD 4 2023 18-23-Biologische aangroei op beton.indd 2018-23-Biologische aangroei op beton.indd 20 11-12-23 12:1911-12-23 12:19 werd afgeschermd om vergelijkbare foto's te kunnen maken. Voor het laboratoriumonderzoek naar zuur- aantasting zijn mortelprisma's gemaakt met als bindmiddel CEM I 52,5 N en een zelf samen- gestelde CEM III/C met 85% slak. Deze pris - ma's zijn anders dan gebruikelijk niet 28 dagen onder water maar respectievelijk twee of zeven dagen bij >95% RV en 20 ?C bewaard. Ver vol- gens zijn de prisma's drie maanden bij 65% RV en 20 ?C bewaard. Aansluitend zijn de prisma's zes maanden in een oxaalzuuroplossing met een pH van 2 of in (kraan)water bewaard. Om de vier weken werd het water en de oxaal- zuuroplossing ver verst en zijn de prisma's gewogen. Wekelijks is de pH van de vloeistof - fen bepaald. Tot slot is de druksterkte en de buigtreksterkte van de prisma's bepaald. RESULTATEN Het onderzoek is na drie jaar expositie voorlo- pig afgesloten en de tegels zijn beoordeeld. De groenverkleuring is bij tegels met portland- cement veel minder, of is later op gang geko- men, dan bij tegels met hoogovencement en in minder mate bij portlandcement met vliegas. De grijs/zwartverkleuring varieert veel minder. De grijs/zwartverkleuring is echter moeilijk te vergelijken omdat er direct na expositie al grote verschillen in grijs/zwartverkleuring waren. De verschillende water-cementfactoren zijn alleen voor tegels met hoogovencement onderzocht. Hierbij bleek dat er nauwelijks verschillen zijn tussen de gebruikte water- cementfactoren en dat de minste verkleuring optrad bij een water-cementfactor van 0,50 en niet bij 0,55. Dit wijkt af van de verwachting dat door een poreuzer opper vlak bij een hoge water-cementfactor meer verkleuring zou ontstaan. De tegels zijn zowel aan de stortzijde als de kistzijde geëxposeerd. Het blijkt dat de stort - zijde meer groenverkleuring laat zien, de grijs/ zwartverkleuring varieert nauwelijks. Bij het gebruik van de ontkistingsmiddelen blij- ken er nauwelijks verschillen tussen de twee gebruikte middelen. De wijze van nabehandelen bleek wel grote verschillen te geven. Het bleek dat de met curing compound nabehandelde tegels minder groen verkleurde, terwijl ze juist meer grijs/ zwart verkleurde. De met zout besproeide tegels blijken minder grijs/zwart- en groen- verkleuring te geven. Tot slot bleek er nauwe - 4 Overzicht expositielocatie 5 Tegels met portlandcement na 2,5 jaar expositie, tegel linksonder en rechtsonder en -boven met curing compound, andere tegels zonder curing compound lijks verschil te zijn tussen tegels die behan- deld waren met zure regen en die in de normale regen hadden gelegen. We hebben geen mossen aangetroffen en het opper vlak bleek bij bestudering met het oog en onder een microscoop niet aangetast te zijn. Een mossendeskundige heeft delen van de tegels onderzocht en hij zag met name op tegels en delen zonder curing compound algen en korstmossen (groene algen, Trebouxia en gele korstmossen, Xanthoria Parietina). Waar wel curing compound aanwezig was, zag hij 21 VAKBL AD 4 2023 18-23-Biologische aangroei op beton.indd 2118-23-Biologische aangroei op beton.indd 21 11-12-23 12:1911-12-23 12:19 Tabel 1. Vergelijking tegels na 1 maand expositie, er zijn direct al grote kleurverschillen zichtbaar PORTL ANDCEMENTHOOGOVENCEMENTPORTL ANDCEMENT MET VLIEGAS 53 63 73 2 dagen plasticfolie Acrylaat 54 64 74 2 dagen plasticfolie PVA 1 11 21 1 dag plasticfolie 2 12 22 2 dagen plasticfolie 90 100 110 Geen folie of nabehandeling 22 VAKBL AD 4 2023 18-23-Biologische aangroei op beton.indd 2218-23-Biologische aangroei op beton.indd 22 11-12-23 12:1911-12-23 12:19 geen of veel minder algen en korstmossen maar wel zwarte schimmels. Na twee jaar expositie is de carbonatatiediepte van verschillende tegels bepaald. Hierbij bleek dat de tegels met portlandcement nauwelijks gecarbonateerd waren (0,5 mm), terwijl de tegels met hoogovencement veel meer gecarbonateerd waren (2-6 mm) en de carbo- natatiediepte van tegels met portlandcement met vliegas daartussen lagen (2-3 mm). Uit het zuuronderzoek bleek dat de prisma's die gemaakt zijn met een laag klinkergehalte, na korte opslag in de nevelkamer en drie maanden blootstelling aan 65% RV en 20 ?C, een grotere carbonatatiediepte hadden en na blootstellen aan het zuurbad een lagere druk- en buigtreksterkte hadden dan de prisma's met een hoog klinkergehalte. Het veldonderzoek liet zien dat de porositeit van het (beton)opper vlak maatgevend is voor het al dan niet aangroeien van mos. CONCLUSIES Aan de hand van deze set tegels kan het volgende worden geconcludeerd: Omdat er nauwelijks verschil is aangetroffen tussen tegels in normale en zure regen, kan hypothese 1, dat door veranderingen in het milieu de groei van organismen toeneemt, niet worden bevestigd. Curing compounds vormen een voedingsbodem voor het ontstaan van grijs/zwarte aanslag of schimmels. Er zijn geen aanwijzingen dat ze een voedingsbodem voor algen vormen. Hiermee wordt hypothese 2 voor schimmels bevestigd en voor algen niet bevestigd. De gebruikte ontkis- tingsmiddelen vormen geen voedingsbodem voor algen of schimmels. Doordat er geen mosgroei is geconstateerd maar ook geen aantasting is ontstaan, kunnen hypothesen 3 en 4, dat een biofilm het beton aantast en dat de aanwezigheid van een mostapijt dit versterkt, niet worden beoordeeld. Algen en schimmels doen dit in de beproefde periode niet. Een goede nabehandeling zorgt voor minder groenverkleuring, maar bij gebruik van curing compound ontstaan schimmels. De gebruikte water-cementfactor blijkt nauwelijks invloed gehad te hebben, de commissie verwacht dat er veel hogere water-cementfactoren noodzakelijk zijn om een invloed te zien. Wel blijkt de poro- siteit van het (beton)opper vlak essentieel te zijn voor het ontstaan van mos. Hypothese 5 wordt hierdoor gedeeltelijk bevestigd. Het gebruikte bindmiddel heeft een grote invloed op het ontstaan van de biofilm. Hiermee wordt hypothese 6 bevestigd. Bij gebruik van hoogovencement ontstaat veel meer biofilm dan bij portlandcement en in mindere mate bij portlandcement met vliegas. De commissie wijdt dit aan de grotere gevoeligheid voor nabehan - deling van mengsels met hoogovencement en daardoor de grote carbonatatiediepte en opener poriënstructuur, die bij carbonatatie van beton met een laag klinkergehalte ontstaat, bij aanvang van de expositie. Tot slot wordt hypothese 7 bevestigd, bij gebruik van strooizout ontstaat minder snel aangroei. Omdat er na drie jaar nog niet veel aangroei is opgetreden, heeft de commissie besloten om de expositie in beperkte omvang nog enige jaren voort te zetten om te beoordelen of de gecon- stateerde verschijnselen ook op de langere duur optreden. Het laboratoriumonderzoek naar zuur- aantasting bevestigde de hypothese dat het mengsel met een laag klinkergehalte (dus met een zeer hoog percentage slak) in de beproefde omstandigheden en de gebruikte beproevings - methode de zuuraantasting hoger is dan bij het mengsel met een hoog klinkergehalte. Het - geen kan worden verklaard door ten eerste de carbonatatie en ten tweede door het lagere neutraliserend vermogen. Dit is in tegenstelling met de gangbare verwachtingen dat in beton met slak een dichtere structuur ontstaat. Dit onderzoek is mogelijk gemaakt door de financiële bijdrage van SKKB, de Vliegasunie, Cement&BetonCentrum en Ecocem en de inzet van de commissieleden. Op het moment werkt de commissie aan het afronden van het Stutech- rapport dat als resultaat van deze studie zal verschijnen. De resultaten van de dit onderzoek zijn onlangs verschenen in Stutech-rapport 37: Biologische aangroei op beton: fase 2: Laboratorium- en praktijk onderzoek [7]. Literatuur[1] W esthoff, L., Spontaneous moss growth on concrete. Masterthesis TU Delft, 24 maart 2020 [2] CR OW-CUR Aanbeveling 125:2020: Maatregelen voor het beperken van biologische aangroei op beton. [3] CR OW Onderzoeksrapport: CRW 1008: Verkennend onderzoek naar betonaantasting in combinatie met mosaangroei - Eindrapport; CROW 29-oktober 2018. [4] S tutech-rapport 35: Biologische aangroei op beton Stutech, 25 februari 2017. [5] V ermeulen, E., Inzicht op biologische aangroei op beton. Betoniek 2016/4. [6] S arabèr, A., Vermeulen. E., Mosaangroei en betonaantasting. Betoniek 2021/1. [7] S tutech Rapport 37 'Biologische aangroei op beton, Fase 2: Laboratorium- en praktijkonderzoek. Er zijn 110 proeftegels met verschillende betonsamenstelling en verschillende nabehandeling gemaakt STUTECH R APPORT Het rapport 'Biologische aangroei op beton, Fase 2: Laboratorium- en praktijkonderzoek' is voor leden van Stutech beschikbaar op www.stutech.nl. 6 Bankjes met ernstige mosaangroei, in dit onderzoek is geen mosaangroei ontstaan 23 VAKBL AD 4 2023 18-23-Biologische aangroei op beton.indd 2318-23-Biologische aangroei op beton.indd 23 11-12-23 12:1911-12-23 12:19