5 T C H T N G BETONPR 5 M AMaar wat is vloeistofdicht? De bestaande regelgevingdefinieert deze term niet eenduidig. Bovendienbestaat er ook niet zoiets als een lijst met geschiktebodembeschermende voorzieningen.Er bestaat dan ook veel onduidelijkheid. De eigenaar/beheerder weet niet aan welke eisen de voorzieningnu precies moet voldoen. De leverancier van debodembeschermende voorziening loopt de kans eenover- of ondergekwalificeerd product aan te biedenWetten en richtlijnenHet Nederlandse milieubeleid is erop gericht om(verdere) bodemverontreiniging tegen te gaan.Verschillende milieuwetten moeten het indringenvan milieu-schadelijke stoffen in de bodem voor-komen. Zo is in de Wet Bodembeschermingvastgelegd dat bedrijven die in het productieprocesmilieu-schadelijke stoffen toepassen voorzieningenmoeten treffen om te voorkomen dat deze stoffenooit in de bodem terechtkomen, zelfs niet bijongevallen of calamiteiten.De bedrijven die met deze wet te maken hebben, zijndivers. Denk aan tankstations, bewerkingsinrichtingenvoor autowrakken, garages, (petro)chemischeindustrie en land- en tuinbouwbedrijven. Maar ookstortplaatsen en tijdelijke opslagplaatsen vanafvalstoffen vallen er onder. Met name vloeistoffenkunnen gemakkelijk de bodem indringen en zich snelverspreiden. Vandaar dat op relevante locatiesvloeistofdichte, bodembeschermende voorzieningenworden geëist.proe rginternationale noOnlan het buitenerzoek afgeron defdichtheid van betonconstructies.Naast een beter inzicht in het indrin-gingsme e van vloeistoffenleverde we t hodeop om d ichthet van dezeconstr te stDeze de ca re absorptie-proef t Iistischer en sluit beter aan bijde praktijk dan de ISO/DIS 7031 testme-thode. We kunnen dan ook verwachtendat deze methode de ISO/DIS 7031 proefop termijn zal vervangen. Wat zijn denieuwe inzichten op het gebied van hetindringingsmechanisme, hoe ziet decapillaire absorptieproeferuit en wat ishet verschil met ISO/DIS 7031? In ditnummer van SE.TONIE.K lichten we eentip van de sluier op.Vloeistofdicht beton 11mei 1996co Schematische weergave van het transport van vluchtigevloeistoffen door betonen de handhaver van de wet weet niet aan welke eisenhij de voorziening moet toetsen.Momenteel wordt in opdracht van de overheid de'Nederlandse Richtlijn Bodembescherming (NRB)'opgesteld. De NRB moet het bedrijfsleven en dehandhavers van de wet inzicht geven in de stand vande techniek op het gebied van bodembeschermendevoorzieningen. Een onderdeel van deze activiteit ishet 'Plan Bodembeschermende Voorzieningen (PBV)',een initiatief van eUR, Kiwa en NIBV. Dit plan moetleiden tot een samenhangend stelsel van richtlijnen,handleidingen, rapporten, eUR-Aanbevelingen enbeoordelingsrichtlijnen, die de basis gaan vormenvoor ontwerp, realisatie, certificatie en inspectie vanbodembeschermende voorzieningen in het kadervan het PBV. Ook de criteria voor de vloeistofdicht-heid van betonconstructies zullen in dit plan éénduidigworden vastgelegd.LuchtBetonBodemVloeistofbelastingWat is vloeistofdichtheidIn BETON/EK 9/8 'Vloeistofdicht beton' is al ingegaanop de begrippen waterdichtheid en vloeistofdichtheiden de relatie met de porositeit en permeabiliteit vanbeton. Vanwege de capillaire poriënstructuur van decementsteen is beton in principe niet water- ofvloeistofdicht. Toch spreken we van waterdichte envloeistofdichte betonconstructies. Wat bedoelen wedaarmee? Als aan één zijde van een betonconstructiewaterdruk aanwezig is en aan de andere zijde lucht,noemen we het beton waterdicht als er geen wateraan het oppervlak zichtbaarwordt. Dat wil niet zeggendat er in het geheel geen watertransport door hetbeton plaatsvindt. Het transport gaat echter zolangzaam dat het water vanuit de buitenste poriënkan verdampen, vóórdat het als vrij water aan hetoppervlak zichtbaar wordt. Het criterium voor dewaterdichtheid is dus afgestemd op de functie vande betonconstructie.Aan vloeistofdicht beton in het kader van bodem-beschermende voorzieningen worden ook functioneleeisen gesteld. Daarbij is de eis dat er geen milieu-schadelijke stoffen in de bodem mogen komen.Wat betekent dat precies? Bij vluchtige, organischevloeistoffen, zoals benzine, zullen de dampvormigecomponenten via diffusie relatief snel door het betondringen en de onderliggende bodem bereiken(zie fig. I).Maar via dampdiffusie komen er aanzienlijkminder milieu-schadelijke stoffen in de bodem terecht,dan via het weglekken van vloeistoffen. Daarom vindenwe contact van een damp met de bodem nogacceptabel, maar rechtstreeks contact tussen bodemen de milieu-schadelijke vloeistof niet.Voor vloeistofdichtheid wordt in Nederland daaromvaak de volgende definitie gehanteerd: een constructieis vloeistofdicht als er gedurende de levensduur vandie constructie geen vloeistoffen door de constructiekunnen heendringen.EJeoordeling vloeistofdichtheidDe waterdichtheid van beton wordt al vele jarenbeoordeeld met de zogenoemde ~proef. Op het betonoppervlak van een proefstukwordt een waterdruk aangebracht van I, 3 en 7 bargedurende respectievelijk 48, 24 en 24 uur.Onmiddellijkna het beëindigen van de proef wordthet proefstuk gespleten en wordt de maximaleindringingsdiepte van het water vastgesteld. Als dezeminder dan 50 mm is, krijgt het beton de kwalificatie:'waterdicht'. In de praktijk is gebleken dat goeduitgevoerde constructies zich 'waterdicht' gedragenals ze zijn vervaardigd met beton dat aan dit criteriumvoldoet. Deze testmethode is vastgelegd in de normISO/DIS 703 I. In Nederland gebruiken we dezemethode voor de beoordeling van de permeabiliteitvan beton in het algemeen en voor de beoordelingvan de waterdichtheid in het bijzonder.Voor de bepaling van de vloeistofdichtheid van eenbetonconstructie hebben de certificatie-instellingenJJJJJJJJffJJJJJJJJJKiwa en Stichting BMC beoordelingsrichtlijnenopgesteld. Als testmethode selecteerden zij ookde voorgenoemde ISO/DIS 703 I proef, waarbijStichting BMC water en Kiwa dieselolie als indringings-vloeistof voorschrijft. Onderzoek aan één betonmeng-sel resulteerde in dezelfde maximaleindringingsdieptevoor deze vloeistoffen. Op grond hiervan isgeconcludeerd dat er geen verschillen in testresultatenzijn wanneer één van beide vloeistoffen wordtgebruikt. Water en dieselolie zijn gelijkwaardig aanelkaar gesteld, maar vanwege de grote spreiding inde resultaten (variatiecoëfficiënt ca. 50%) mag dezegelijkwaardigheid in twijfel worden getrokken.Daarnaast wordt er beweerd dat de in.dringingsproeflSO/DIS 7031 een te zware testmethode is, omdat eenvloeistofdruk oplopend tot 7 bar (= 70 m waterko-lom) weinig relatie heeft met de omstandigheden inde praktijk. In de praktijk komt er hooguit een laagjevloeistof Op de betonconstructie te staan en in datgeval zal de vloeistofindringing meer afhangen van dezuigkracht van het betonoppervlak dan van devloeistofdruk.Stichting BMC en Kiwa kozen deze testmethode opeen moment dat er nog weinig inzicht bestond in derelatie tussen de waterdichtheid volgens ISO/DIS 7031en de dichtheid voor vloeistoffen in het kader vanbodembeschermende voorzieningen. Het was op datmoment de beste keus. Maar inzichten veranderen.Onlangs is in Duitsland een uitgebreid en diepgaandonderzoek naar de vloeistofdichtheid van beton enbetonstructies afgerond. De resultaten geven onsmeer inzicht in het indringingsmechanisme vanvloeistoffen in beton.rndringingsmechanismeUit het Duitse onderzoek is gebleken dat ondernormale omstandigheden (uitwendige druk kleiner dan2 m vloeistofkolom) de indringing van zowel waterigeoplossingen als organische vloeistoffen in betonnagenoeg volledig wordt bepaald door capillaireabsorptie. Populair gezegd door de 'zuigkracht' vanhetbetonoppervlak. De indringingsdiepte (e) van eenvloeistof in beton als functie van de tijd (t) kan wordenbeschreven door de formule:(rIT)l 1e = 271 2 · t 2waarin:e = indringingsdiepte;t = expositieduur;r = equivalente poriënstraal, die de poriënstruetuurvan het beton karakteriseert;a =oppervlaktespanningvan de vloeistof;1] = (dynamische) viscositeit van de vloeistof.Bovenstaande vergelijking geeft aan dat de indringings-diepte van een vloeistof in beton evenredig verlooptmet de wortel.uit de tijd (v't). De evenredigheidsfactorwordt de vloeistofindringingscoëfficiënt genoemd(symbool: B, eenheid: m/v's).De indringing van vloeistoffen in beton wordt vaakdoor gewichtsmetingen (gravimetrisch) bepaald.De massatoename per eenheid van oppervlak is daneveneens evenredig met v't. De evenredigheidsfactorwordt in dat geval de vloeistofopnamecoëfficiëntgenoemd (symbool: A, eenheid: kg/m2v's).De relatie tussen beide coëfficiënten is:waarin:A= vloeistofopnamecoëfficiënt;B== vloeistofindringingscoëfficiënt;E = effectief poriënvolume in het beton;p = volumieke massa van het beton.Uit dit wetmatige gedrag kunnen we conclusiestrekken over de invloed van de expositieduur enexpositie-aard, de gebruikte vloeistof, de temperatuuren vochtcondities en de betontechnologische aspectenop de indringing van vloeistoffen in beton.Expositieduur en -aardDe indringing van vloeistoffen in beton geschiedtevenredig met de wortel uit de tijd. Dit betekent datwanneer na 1dag een indringingsdiepte van 1 cmwordt gemeten, het respectievelijk 4, 9, ·16, I00dagen duurt voordat een indringingsdiepte van 2, 3,4,...... 10 cm wordt verkregen. Vloeistoffen die kalkkunnen oplossen, zoals zacht water, gedragen zichanders. Water is daarom niet geschikt als algemenetestvloeistof om de indringing van andere vloeistoffente voorspellen.In de praktijk wordt een betonoppervlak vaak nietcontinu maar slechts af en toe belast door milieu-schadelijke vloeistoffen.JJJJJJJJJJJaJJJJJMassa-toename353025201510oH1HZ28 \!Tijd7Massa-toename353025201510H1eO2ll\!TijdIIIMassatoename bij intermitterende belasting met een vluchtige (links) en een niet-vluchtige (rechts) brandstof. MI en M2 zijn tweebetonmengsels met dezelfde samenstelling maar een andere korrelopbouw van het toeslagmateriaal.1612Denk bijvoorbeeld aan tankstations. Ook bij dergelijkeintermitterende belastingen (afwisselend droge ennatte perioden) blijkt deindringingsdiepte evenredigmet de wortel uit de tijd te verlopen (zie fig. 2).Gebruikte vloeistofVoor een gegeven betonsamenstelling zal deindringing op een bepaald tijdstip evenredig zijnmet de wortel uit de factor (u/'T]). De waarde van rinde formule op blz. 3 wordt bepaald door de capillaireporiënstructuur van het beton en is indat geval constant. Dit betekent dat wanneer hetindringingsgedrag van een bepaalde vloeistofin eenbeton bekend is, het indringingsgedrag van eenandere vloeistof in dat beton kan worden afgeleid.Daarvoor moeten van beide vloeistoffen wel deoppervlaktespanning en de viscositeit ('stroperigheid')bekend zijn. Voor een aantal vloeistoffen is het lineaireverband tussen indringing en ELDqzF weergegeven infiguur 3. Uit deze figuur blijkt wederom het afwijkendegedrag van water.betonoppervlak.Het vochtgehalte van het beton speelt een belangrijkerol bij de indringing van vloeistoffen in beton.Naarmate dit toeneemt, zal de indringing vanvloeistoffen afnemen. Figuur 4 illustreert dit.Betontechnologische aspectenDoor het beton een dichtere poriënstructuur tegeven, zal de eqUivalente poriënstraal kleiner worden.Hierdoor neemt de snelheid waarmee de vloeistof inVloeistofindringingscoëfficiënt[mm/Vhl.. WaterIJ. Acetono Ethanol14 D H'ropanolxn-Heptaan+n-Oecaan10I[TI Vloeistofindringing als functie van (ulriTemperatuur en vochtconditiesDe temperatuur heeft geen noemenswaardige invloedop de poriënstructuur van het beton, maar wel op deoppervlaktespanning en viscositeit van de vloeistof.Bij stijgende temperatuur neemt de verhouding u/'T]toe en daarmee ook de indringingsdiepte. Dit geldtuiteraard voor continue vloeistofbelasting aan het44 10 12 14{ii-;'1) [",,",Is))JJJJJJJJJJJJffJ J JJJJJJJJRelatieve waardevloeistofindringingscoëfficiënt100%Verzadigingsgraadvan poriën met waterIII Invloed van het vochtgehalte op de relatieve waarde von devloeistofindringingscoëfficiënt.het beton dringt af en zal hij na een bepaalde tijd ookminder diep in het beton doordringen. Verschillendebetontechnologische aspecten hebben invloed op deporiënstructuur.In het Duitse onderzoek is geen duidelijke invloedwaargenomen van de cementsoort (portlandcementen hoogovencement) op de indringing van vloeistoffenin het beton. Bedenk daarbij wel dat dit onderzoek isuitgevoerd aan relatief jong beton, dat onderongunstige condities is verhard (drogende omstandig-heden), hetgeen een meer permeabele structuuroplevert.De water-cementfactor (wet) heeft een sterkeinvloed op de dichtheid van het beton (zie BETONlEK9/8) en daarmee op de vloeistofindringing.Dit is weergegeven in figuur 5. Een reductie van wcf0,60 naar wcf 0,50 en van wcf 0,50 naar wcf 0,40vermindert de vloeistofindringing steeds met ongeveereen factor 2.Reductie van het cementgehalte bij gelijkblijvendewcf (dus minder volume aan cementsteen, maar welvan dezelfde samenstelling) vermindert de vloeistofin-dringing eveneens (vergelijk beide wcf =0,50 in figuur5). Dit geldt alleen als beide betonmengsels even goedzijn verdicht.6...----------------------,z= 300 kg/m3R||JJJJJJJJJJ||N4 eDWWWfWWWWWWfJJHKWWWfJJJJJJJJJJJMethyleenchlorideN-HeptaanlIJ Invloed wcfen cementgehalte op de vloeistofindringingDe korrelopbouw van het toeslagmaterialenmengselis van groot belang voor de vloeistofdichtheid van hetbeton. Slecht gegradeerde mengsels vragen meerwater voor de benodigde verwerkbaarheid. Zij zijnbovendien gevoeliger voor waterafscheiding enontmenging, hetgeen de vloeistofdichtheid van hetbeton niet ten goede komt. Door een slechtekorrelopbouw van het toeslagmaterialenmengsel kande vloeistofindringing in het beton met een factor 3toenemen.Toevoeging van inerte vulstoffen, als kalksteenmeel,kwartsmeel ofpoederkoolvliegas, blijkt bij goedgegradeerde mengsels geen significante invloed op devloeistofdichtheid van het beton te hebben. Silicafume, een uiterst fijne en reactieve vulstof, kan devloeistofdichtheid van beton wel verbeteren.Daarbij is wel toepassing van geschikte superplastifi-ceerders nodig (zie BETON/EK 3/23 en 4/9).Een goede verdichting van het beton is essentieelom de gewenste eigenschappen te krijgen. Hiermeeworden luchtbellen uit de betonspecie verdreven enkrijgen we een dicht betonoppervlak. Bij betonwaren,die vanwege de productiewijze een 'groene sterkte',moeten bezitten, zal na verdichting altijd een zekeremate van luchtholten aanwezig zijn.Het belang vaneen goede nabehandeling van hetbeton wordt nogal eens onderschat.JJJJJ JJJJJJaJJJJ JJJJJMet nabehandelen voorkomen we dat na hetverdichten en afwerken water uit de betonspecieverdampt. Indien het nabehandelen op onjuiste wijzegeschiedt, zal er een tekort aan water in hetbetonoppervlak optreden. Hierdoor zal de reactietussen cement en water (hydratatie) sterk afnemenof zelfs stoppen, waardoor het oppervlak een poreuzestructuur krijgt. Een goede nabehandeling bevorderteen dichte structuur van het betonoppervlak,waardoor de vloeistofdichtheid van het beton sterkkan verbeteren (met een factor 2 of meer).TestmethodenCapillaire absorptieproefCapillaire krachten bepalen de indringing vanvloeistoffen in beton. In Duitsland is daarom eencapillaireabsorptieproef ontwikkeld, waarmee devloeistofdichtheid van beton kan worden vastgesteld.Het principe van deze methode geven we hieronderin het kort aan.De capillaire absorptieproef kan zowel metboorkernen uit speciaal vervaardigde proefstukkenals met boorkernen uit constructies wordenuitgevoerd. De betonnen proefstukken wordenluchtdicht ingepakt in folie met een dikte van tenminste 0,3 mmo Na 7dagen verharding bij 20°Cworden er (drie) boorkernen met een diameter van80 mm ofl 00 mm uit de proefstukken genomen.Deze worden tot een ouderdom van ten minste56 dagen geconditioneerd bij 20°C en 65% RV.Boorkernen uit bestaande constructies wordenminimaal 42 dagen bij 20°C en 65% RV opgeslagen.Hierna worden de proefstukken van een afdichtingvoorzien en wordt er een glazen trechter metvloeistof op geplaatst (zie fig. 6) .De hoogte van de vloeistofkolom is 0,40 m en deexpositieduur meestal 72 uur. In bepaalde gevallenwordt een andere expositieduur voorgeschreven.Zo geldt voor tankstations een expositieduur van144 uur. Deze proef is goed reproduceerbaar.De variatiecoefficient voor de hoeveelheid ingedron-gen vloeistof is normaal gesproken 10%, beduidendbeter dan de eerdergenoemde 50% voor deISO/DIS 703 I proef.Vergelijking ISOlDIS 7031 en capillaire absorptieproefDe capillaire absorptieproef sluit beter aan bij depraktijksituatie, want in deze testmethode wordtEEgJ VloeistofVloeistofdichteafsluitingBetonnenproefstuko Schematische weergave proefopstelling voor de bepaling vande capillaire vloeistofindringing in betonhet betonoppervlak niet blootgesteld aan eenvloeistof onder hoge druk. Bovendien geeft dezeproef beduidend minder spreiding in resultaten dande ISO/DIS 7031 proef.Helaas bestaat er geen vaste relatie tussen deindringingsdiepten die zijn verkregen met deabsorptieproef en de ISO/DIS 7031 proef, zodat wede resultaten van de een nog niet naar de anderkunnen vertalen. Volgens theoretische modellen isdeze relatie afhankelijk van de poriëngrootte-verdelingin het beton. Ze wordt daardoor mede bepaald doorcementsoort en water-cementfactor. Berekeningenop basis van deze modellen tonen aan dat deresultaten verkregen met beide testmethodenaanzienlijk kunnen verschillen. Momenteel vindt ervoor een aantal veel toegepaste betonmengselsexperimenteel onderzoek plaats naar deze relatie.VeiligheidsconceptVloeistofdichte constructies moeten voorkomen datmilieuschadelijke vloeistoffen door de constructieheendringen en de onderliggende bodem verontreini-gen. Zoals we al beschreven, hebben we in Nederlandnog geen eenduidige en praktische uitwerking van hetbegrip 'vloeistofdicht'. In Duitsland heeft men wel eentechnische definitie voor dit begrip geformuleerd.Volgens deze definitie is een betonconstructievloeistofdicht wanneer het indringingsfront van eenstof als vloeistof (dus niet als damp of gas) tijdens deJ JJJ JJJJJ fffJJ J J JJJJJJ>WI . Izonder scheuren : d .;" "Ie. etmet scheuren : x > "Ie. et[[] Schemotische weergave van het aantonen van devloeistofdichtheid volgens Duitse veiligheidsconceptexpositieduur de van expositie afgewende zijde van deconstructie aantoonbaar niet bereikt. Daarbij wordtbovendien een veiligheidsafstand aangehouden.De vloeistofdichtheid kan worden onderzocht inongescheurd en gescheurd beton (zie fig. 7).In ongescheurd beton moet worden voldaan aan:(I)waarin:d = dikte betonconstructie;"Ie = veiligheidsfactor voor indringingsdiepte