Analyse van literatuur en een schadegeval met loslatende toplaag in een monolietvloer Delaminatie maakt nog steeds veel los Een meta-analyse van bekende en minder bekende literatuur en van recente schadege- vallen werpt nieuw licht op het mechanisme ach- ter delaminatie van de toplaag van monoliet afgewerkte vloeren. A l decennialang wordt in tal van landen gepubliceerd over schades als gevolg van delaminatie van mono- liet afgewerkte betonvloeren. Enerzijds omdat er zeer veel monoliet afgewerkte vloeren worden gerealiseerd, ander- zijds omdat er een grote kans op defec- ten is. Het betonoppervlak is groot en het wordt sterk beïnvloed door de omgeving en diverse bewerkingen. In de praktijk treden uiteenlopende scha- des op, zoals (craquelé)scheuren, stof- fen of verzanden van het oppervlak, vorstschade, slijtage, pop-outs, onvlak- heden, kleurverschillen, stroefheid en delaminatie. Delaminatie van betonvloeren is het verschijnsel waarbij de samenhang ver- dwijnt tussen de toplaag (van enkele millimeters tot meer dan een centime- ter) en de ondergelegen laag van de vloer. Hierdoor komt deze bovenste laag na enige tijd los van het beton (foto 2). Het is herkenbaar door het holle geluid dat ontstaat als erop wordt geklopt. Delaminatie treedt relatief vaak op; vol- gens een recente Belgische publicatie [1] betreft 14% van de schadegevallen aan vloeren delaminatie. Volgens een eerder Stutech-rapport [2] treedt dela- minatie op bij 1 tot 3% van alle mono- liet afgewerkte vloeren. Omdat herstel niet eenvoudig is, is ook de economi- sche schade aanzienlijk. Desondanks is er in al die jaren nauwe- lijks experimenteel of wetenschappelijk onderzoek verricht. Schadeonderzoe- ken baseren zich vaak op beschikbare documenten en op onderzoek aan boorkernen, waarmee een groot deel van de informatie wordt gemist. Hier- door worden niet altijd de juiste conclu- sies getrokken. Om meer inzicht in dit fenomeen te krij- gen, zijn publicaties en rapporten verza- meld, ook in minder voor de hand lig- gende talen. Relevante informatie uit deze literatuur is met een frisse blik in kaart gebracht en toegepast bij een recent schadegeval, volgens de methode van forensic engineering [3]. Definities Monolietvloer Een vloer waarbij de constructieve laag en het gebruiksoppervlak in één arbeidsgang worden vervaardigd. Het oppervlak wordt door verdichten, vlakken, schuren, even- tueel instrooien en polijsten afgewerkt tot de juiste vlakheidsklasse en kwaliteit. Delaminatie Delaminatie van een monoliet afgewerkte vloer is het losraken van de toplaag van het beton. Ofwel: het optreden van scheuren parallel aan het betonoppervlak. De dikte van deze losse laag varieert van enkele millimeters tot meer dan een centimeter. Blazen Zeer plaatselijk delaminaties waarvan de mogelijke oorzaken grotendeels overeen- komen met die voor delaminatie. 22 VAKBLAD I 3 2019 auteur Martin Verweij MSc Cementbouw 1 Een monoliet afgewerkte vloer in een bedrijfshal (foto: Peter de Koning) BV3-2019_2 Delaminatie.indd 22 23-09-19 15:47 Delaminatie maakt Literatuuronderzoek Gevolgde werkwijze Op internet zijn technische publicaties over delaminatie en blazen in beton- oppervlakken gezocht. De eis hierbij was dat de publicatie minimaal een pas- sage over delaminatie of blazen moest bevatten, met mogelijke oorzaken of preventieve maatregelen. Er is gezocht in alle geïndustrialiseerde landen. Sleu- telwoorden zijn vertaald in betreffende talen en artikelen zijn terugvertaald met Google Translate. Vervolgens zijn de publicaties alle geanalyseerd. De bevin- dingen van dit literatuuronderzoek zijn als volgt: ? De oudste publicatie stamt uit 1970, het begintijdperk van monolietvloe- ren. Sinds medio jaren negentig is er een stroom aan publicaties over dela- minatie gevonden (fig. 3). ? In bijna alle geïndustrialiseerde lan- den wordt over delaminatie geschre- ven, dus daar zal dit type schade ver- moedelijk ook voorkomen. ? De meeste publicaties betreffen scha- deonderzoeken (casuïstisch) of richt- lijnen om delaminatie te voorkomen. ? Er zijn slechts twee experimentele praktijkonderzoeken naar delaminatie gevonden [4, 5]. ? Er zijn drie onderzoeken gepubliceerd in wetenschappelijk tijdschriften [6, 7, 8]. ? In een aantal publicaties wordt petrografisch onderzoek aan boorkernen beschreven. ? Informatie over de invloed van de verwerking en specie-eigenschappen is summier of ontbreekt. ? Een recent en uitgebreid RILEM-rap- port [9] beschrijft proeven bij het WTCB in België. Hierbij zijn enkele mogelijke factoren onderzocht, maar niet in causaal verband gebracht met het optreden van delaminatie. Wel worden maatregelen geformuleerd om op te nemen in regelgeving. ? Er wordt veel onderling verwezen en geciteerd, waardoor er weinig nieuwe inzichten worden ontwikkeld in de loop van de tijd. ? Meestal wordt de hoofdoorzaak voor delaminatie niet gevonden, maar worden mogelijke bijdragen aan delaminatie opgesomd. Analyse van de publicaties In de gevonden publicaties worden als oorzaken voor delaminatie wisselende combinaties van de volgende factoren genoemd: ? hoog luchtgehalte (onvoldoende ver- dichting, luchtbelvormer, bepaalde superplastificeerders); ? traag opstijfgedrag (koude omstan- digheden, trage cementsoorten, ver- tragende hulpstoffen); ? bleeding tijdens het vlinderen (te veel samenhang, traag opstijven, te vroeg vlinderen); ? dikte van de vloer (meer kans op bleeding); 23 VAKBLAD I 3 2019 2 Delaminatie (bron: omvärldsbevakning. se) 3 Geografische en chronologische spreiding van publicaties over delaminatie BV3-2019_2 Delaminatie.indd 23 23-09-19 15:47 ? te veel pasta aan het oppervlak (meng- selopbouw, segregatie, te veel trillen); ? uitdroging (temperatuur specie, ondergrond, geen bleeding, omge- vingstemperatuur, wind/tocht, en zonnestraling); ? onjuiste afwerking (te vroeg of te laat, te veel energie, te schuine bladen); ? onjuist aanbrengen van een instrooi- laag (te laat, te droog); ? oversmeren van pasta bij het vlinderen. De mogelijke invloedsfactoren en hun onderlinge relaties zijn in een mindmap (fig. 4) weergegeven. Forensic engineering Om meer inzicht te krijgen dan uit de literatuur naar voren kwam, is een recent schadeonderzoek nader onder de loep genomen. Hierbij is forensic engineering gebruikt. Volgens deze methode zijn zes stappen gevolgd: 1 beschrijving van de constructie (opbouw, uitvoering en materialen); 2 beschrijving van de schade (aard, omvang en verloop in de tijd); 3 vinden van verbanden (correlaties); 4 inventarisatie van mogelijke oorzaken en bijbehorende scenario's; 5 aanwijzen van de meest waarschijn- lijke oorzaak (causale relatie); 6 beschrijving van het mechanisme / scenario. 1. Constructie De volgende gegevens golden voor het project: Opbouw: puinfundering, dikte ca. 250 mm, bovenwapening Ø12-100, dek- king 30 mm, onderwapening Betonmengsel: C30/37, F5, XA3- XC4, wcf < 0,45, PCE lage dosering Verwerking: betonpomp Verdichting: trilnaald en trilrei Afwerking: instrooien met cement, schuren en polijsten Nabehandeling: curing compound op basis van harsen in oplosmiddel Omstandigheden: buiten, 10 tot 15 °C, wind, RV 83% 2. Schade Na meer dan zes weken is geconsta- teerd dat de toplaag voor een groot deel losligt of hol klinkt. In deze delen van de vloer is grove cra- quelé aanwezig. De dikte van de loslig- gende laag is 5 tot 12 mm. Uit petrografisch onderzoek aan boor- kernen blijken veel grove luchtbellen aanwezig te zijn. De visueel gemeten luchtgehalten zijn 2 tot 6%. Ook in de delen met 2% lucht in het beton is dela- minatie opgetreden. De toplaag bevat zeer weinig lucht. In deze toplaag is een horizontale zone met afgeplatte lucht- bellen zichtbaar. Deze zwakke zone is ook in het massief klinkende (niet-gede- lamineerde) deel aanwezig. In de ker- nen met delaminatie lopen scheuren tussen de luchtbellen. Er zijn geen aanwijzingen voor bleeding gevonden, zoals holten onder grof toe- slagmateriaal (waterlenzen) of een ver- hoogde wcf boven in de kernen. Er zijn evenmin tekenen van segregatie of een verhoogd gehalte pasta aan het oppervlak. De porositeit is gemeten volgens de RILEM-methode CPC 11.8 op drie ver- schillende posities in de boorkernen (fig. 5): A aan het oppervlak, de bovenste 8 mm; B net onder deze laag, 8 tot 16 mm diep; C aan de onderzijde van de kernen, de onderste 8 mm. Voor een beter inzicht zijn deze metin- gen omgezet naar een relatieve waarde; de laagste porositeit krijgt de waarde 0 en de kleur groen en de hoogste porosi- teit de waarde 1 en de kleur rood. Hier- mee wordt het beeld verkregen als in figuur 5. intacte kernen gedelamineerde kernen 1 2 34 5 6 zone AB C 24 VAKBLAD I 3 2019 4 Inventarisatie van invloedsfactoren en hun onderlinge relaties 5 Relatieve porositeit in zes kernen BV3-2019_2 Delaminatie.indd 24 23-09-19 15:47 3. Mogelijke verbanden Uit de porositeitsmetingen is geen cor- relatie gevonden tussen de porositeit en het optreden van delaminatie. In de gedelamineerde kernen 4 en 5 is de toplaag meer poreus, maar in de intacte kern 3 ook. Op grond van deze infor- matie is de conclusie dat niet alleen een hoog luchtgehalte of hoge porositeit delaminatie heeft veroorzaakt. Er is daarom verder gezocht naar correlaties. Omdat uit de literatuur is gebleken dat het opstijgen van lucht en water een rol kan spelen bij delaminatie, is het ver- schil in porositeit tussen twee posities in de kernen berekend; A min B en B min C. Als deze verschilwaarden worden gerangschikt, ontstaat het beeld als in figuur 6. Nu is er wel sprake van een eenduidig patroon; in alle gedelamineerde kernen is er een relatief sterke toename van de porositeit in de toplaag en een afname in de onderliggende zone. De correlatie voor deze zes kernen is gelegd. De volgende stap is het vinden van mogelijke oorzaken voor deze correla- tie. Want als twee fenomenen tegelijk optreden, is het ene het gevolg van het andere, of vice versa, of zijn ze beide het gevolg van een derde fenomeen, of is er sprake van toeval (fig. 7). 4. Mogelijke oorzaken Het gaat te ver om alle overwegingen in deze fase van het onderzoek te beschrij- ven. Er is gekeken naar fenomenen die het opstijgen van luchtbelletjes in de toplaag kunnen veroorzaken. Hierbij is onderscheid gemaakt tussen zeer fijne stabiele luchtbelletjes en grovere lucht- bellen. De grovere luchtbellen kunnen door trillingen opstijgen. Spontaan opstijgen is zeer onwaarschijnlijk van- wege het thixotrope karakter van de (niet-zelfverdichtende) betonspecie. Trillingen treden op bij het verdichten van betonspecie en vlinderen van het opstijvende beton. Bij verdichten is een laag luchtgehalte in de toplaag te verwachten, met name bij het inzetten van een trilrei. Een sterke gelaagdheid, zoals gemeten, is niet waarschijnlijk, eerder een geleide- lijke gradiënt. Blijft over het vlinderen. Ook is de omgekeerde causale relatie beschouwd: delaminatie veroorzaakt een verhoogde porositeit in de toplaag. Daarmee moet een andere oorzaak voor delaminatie en voor het optreden van de gradiënt in de porositeit worden gezocht. 5. Meest waarschijnlijke oorzaak Bij het schuren, instrooien en polijsten wordt het opstijvende beton over een beperkt deel van de hoogte in bewe- ging gebracht. Het is bekend dat de invloed van trillingsenergie van vlinder- machines bij onvoldoende opgesteven beton 20 tot 30 mm diep is [4, 10]. Als het jonge beton plastisch is of plastisch wordt onder de bewerkingsenergie, kan lucht uit dit deel van het beton opstij- gen. Ophoping van lucht kan plaatsvin- den wanneer dit opstijgen wordt gestopt. Een dichte toplaag kan het opstijgen stoppen. Het is het meest aannemelijk dat opstijgende luchtbelle- tjes onder de dichte (lage wcf) en harde (uitgedroogde) huid kunnen worden gevangen.6. Beschrijving van het mechanisme / scenario De laatste stap is het vinden van een mechanisme waarmee het optreden van delaminatie wordt beschreven. Cementbouw concludeert op basis van de analyse van de onderzoeksgegevens en de literatuur dat over het betreffende schadegeval het volgende kan worden gezegd ten aanzien van de delaminatie: a Beton is gestort en waarschijnlijk onvoldoende verdicht (ontlucht). b Het mengsel was bleeding-arm. c Er is te laat en waarschijnlijk onvol- doende nabehandeld (curing com- pound met onbekende effectiviteit pas aangebracht na het vlinderen). d Water is uit de ondergrond onttrokken. e De toplaag is daardoor bij de genoemde weersomstandigheden (temperatuur en wind) uitgedroogd. f Huidvorming en craquelé waren het gevolg. g Omdat het betonoppervlak droog leek, is te vroeg begonnen met vlinderen. h Instrooien met cement heeft de wcf van de toplaag verlaagd en het beto- noppervlak verder gedroogd. i Er is op gevoel en ervaring begonnen met vlinderen, vooral bepaald door de consistentie van het betonoppervlak. j De Humm-sonde, ontwikkeld om het tijdstip voor het begin van vlinderen te bepalen, is niet gebruikt. k Onder de droge toplaag was het beton nog plastisch. l Tijdens het vlinderen zijn luchtbelle- tjes uitgedreven uit de bovenste cen- timeters van het plastische beton. 1 2 3 45 6 waarde A min B B min C intacte kernen gedelamineerde kernen toename van porositeit in de toplaag optreden van delaminatie ander fenomeen of toeval 25 VAKBLAD I 3 2019 6 Verschillen in relatieve porositeit tussen de zones in de kernen 7 Oorzakelijke verban- den bij delaminatie BV3-2019_2 Delaminatie.indd 25 23-09-19 15:47 Deze luchtbelletjes zijn gevangen onder de droge, verdichte toplaag. m De concentratie van luchtbelletjes vormde een zwakkere zone onder de toplaag. n Craqueléscheuren loodrecht op het betonoppervlak lopen tot in deze zwakkere zone. Door uitdroging is het beton verder doorgescheurd in de zwakkere zone parallel aan het oppervlak. o Spanningen, veroorzaakt door uitdro- ging, temperatuurwisselingen of belasting op de vloer, veroorzaken het losraken van de toplaag (delaminatie). In figuur 8 is dit mechanisme gevisualiseerd. Samenvattend Bij een recent geval van delaminatie van een monolietvloer is gebleken dat het luchtgehalte van betonspecie niet door- slaggevend is bij het ontstaan van dela- minatie. Ook bij een zeer laag luchtge- halte is delaminatie opgetreden. Na een hernieuwde analyse en forensic enginee- ring is gebleken dat vlinderen van te plastisch beton de meest aannemelijke oorzaak is voor het optreden van dela- minatie. Bij het voorkomen van delami- natie zijn daarom een goede nabehan- deling en het bepalen van het juiste moment voor vlinderen minstens even belangrijk als het luchtgehalte. Aanbevelingen Monolietvloeren Op basis van één schadegeval is het niet mogelijk algemene conclusies te trek- ken over de rol van het luchtgehalte in beton, een verschijnsel als huidvorming en het tijdstip van vlinderen. De focus van vloerenbedrijven, betonproducen- ten en schadeonderzoekers ligt vaak op het luchtgehalte, omdat dit eenvoudig gemeten kan worden in specie en boorkernen. Een professionele methode voor het bepalen van het tijdstip voor vlinderen is al jaren bekend, de Humm-sonde [11]. Deze kan helpen bij het voor-komen van te vroeg vlinderen. Elke methode om door de betonhuid in het onderliggende beton te prikken, is al een verbetering ten opzichte van de voetafdruk. Ook curing kan veel beter; dit is wat anders dan het aanbrengen van curing compound. Hier zouden we van werk- wijzen en voorschriften in Duitsland kunnen leren, waar veelal direct na ver- dichten de (juiste) curing compound wordt aangebracht [12]. Een integrale verwerkingsrichtlijn kan hier een goed hulpmiddel zijn. Schadeonderzoek Met gestandaardiseerd petrografisch onderzoek naar gevallen van delamina- tie kan veel meer informatie worden verkregen. Een onderzoeksprotocol kan hierin verbetering brengen. In schadeonderzoeken wordt de uitvoe- ring vaak onderbelicht, omdat die niet of slecht wordt gedocumenteerd. Regis- traties kunnen hier een belangrijke bij- drage leveren aan het totaalbeeld. Onderzoek Wanneer (veel) schades blijven optre- den en onvoldoende informatie over oorzaken wordt verkregen, kunnen aan de hand van bijvoorbeeld proefvakken de verschillende hypotheses en invloedsfactoren worden onderzocht. Veel economische schade aan monoliet- vloeren, maar ook aan het imago ervan, is te voorkomen. A B C á zone onvolledig verdichte specie, lucht uitdroging,instrooien craquelévlinderen, lucht stijgt op, zwakke zone uitdroging, spanningen, delaminatie Literatuur 1 Pollet, V.,CSTC, Pathologie et réparation des sols industriels, 2016. 2 Stutech rapport 25A, Losse toplagen in monoliet afgewerkte betonvloe- ren, 2006. 3 Borsje, H., Schadeonderzoek met forensic engineering, Cement 2016/1. 4 Suprenant et al, Diagnosing slab delaminations, publication C980029, 1998. 5 Büttner, D., Schadensbilder beim maschinellen Glätten von LP-Beton ? Ursachen und Lösungsansätze, 2010. 6 Broekmans, M.A.T.M., Microscale sedimentary transport phenomena reveal the origin of delamination in an industrial floor, Materials Charac- terization, 53 (2004). 7 Fernandes et al., Petrography and geochemical analysis for the forensic assessment of concrete damage, 2008. 8 Jana, D., Delamination ? a state of the art review, Proceedings of the 29th conference on cement microscopy, 2007. 9 RILEM TC 268-SIF Surface delamination of concrete industrial floors and other durability related aspects ? guide, 2017. 10 Lankard, D.R., Air entrainment and delaminations, Concrete Internatio- nal, November 2004. 11 Betoniek 11/27 'Dag- of nachtvlinders?'. 12 Technische Lieferbedingungen für flüssige Beton-Nachbehandlungsmit- tel, TL NBM-StB 09. 26 VAKBLAD I 3 2019 8 Mechanisme voor dela- minatie BV3-2019_2 Delaminatie.indd 26 23-09-19 15:47