? ? onderzoek ? betontechnologieir.H.Borsj~ en dr.R.B.Pold~r, TNO Bouwing.J. d~ Vri~s, Bouwdienst RijkswaterstaatIn 1994 is in C~m~nt~~nartikel gepubliceerd over het hydrofoberen van beton [1]. In datartikel werden de eerste resultaten b~sprokenvan ~en meerjarig onderzoeksprogrammadat doorTNO Bouw is uitgevoerd in opdracht van de Bouwdienst Rijkswaterstaat. Het on-d~rzoek is inmiddels afgerond met de presentatie van het eindrapport [2]. In dit artikelwordt ingegaan op de effecten van hydrofoberen op chloride-indringing, corrosie van dewapening en vorst-dooizout-bestandheid: Ook wordtingegaan op de invloed van een aan-tal praktijkomstandigheden bij de applicatie van hydrofobe~rmidd~len.HYDROFOBERENVAN BETONDoor hydrofoberen wordt het betonopper-vlak waterafstotend. Als gevolg hiervan zalhet beton (veel) minder water opzuigen.Eventuele in dit water opgeloste stoffen dieschadelijk zijn voor beton of wapening, wor-den daardoorook niet opgenomen. Hydrofo-beren is dus een bescherming van het be-ton. Echter, dit moet niet worden gezien alseen excuus om slechtbetonwerkte leveren!Bij een goed uitgevoerde betonconstructieishet beton voldoende dicht om het materi-aal zelf en de wapening duurzaam te be-schermen. Maar in een aantal gevallen kanhet zinvol zijn een extra bescherming aan tebrengen, bijvoorbeeld op (voor inspectie enonderhoud) slecht of niet bereikbare plaat-sen, bij onvolkomenheden in het beton (teweinig of slechte dekking) of bij agressieveomstandigheden. In dat laatste geval kanbijvoorbeeld de toepassing van Zeer OpenAsfalt Beton (ZOAB) op viaducten wordengenoemd. Hier kunnen de omstandighedenagressief zijn als gevolg van het gebruik vandooizouten.Door de toepassing van ZOAB op betonnenbrugdekken laat de Bouwdienst Rijkswater-staat een extra bescherming onder het as-fait aanbrengen tegen het indringen vanchloriden in het beton. Hierbij ontstond devraag of hydrofobeermiddelen deze extra.bescherming kunnen leveren.Het uitgevoerde onderzoek heefttot doel deeffectiviteitvan hydrofobeermiddelen op be-ton in relatie tot chloride-indringing na tegaan, alsmede prestatie-eisen voor deze hy-drofobeermiddelen te formuleren. Dit be-treft zowel de toepassing van het middel on-der asfalt, als de toepassing waarbij hetbe-ton aan weer en wind wordt blootgesteld. Deresultaten van hetgehele onderzoek zijn sa-mengevat in [2].52Onderzoek, keuring en aanbevelingHet onderzoek is gestart in 1992 met een li-teratuurstudie naar de eigenschappen enprestaties van gehydrofobeerd beton. Aande hand van deze studie is een voorlopigeproefopzet opgesteld voor de keuring vanhydrofobeermiddelen, waarna negen op demarkt beschikbare middelen (tabel 1) zijngetest.Belangrijke aspecten bij de beoorde-ling van de middelen waren de waterabsorp-tie van gehydrofobeerd beton, de indring"diepte van het hydrofobeermiddel en de hit-tebestandheid in verband met later aan tebrengen heet asfalt.Uit dit vergelijkend onderzoek bleek dat eenaantal van de beproefde middelen niet vol-deden aan de gestelde eisen; slechts driemiddelen voldeden wel. Bij vergelijking vande resultaten valt op, dat de middelen afzon-derlijk bezien verschillend presteren op be-ton met portlandcement en met hoogoven-cement. Daarnaast werd een opvallend ver-schil gevonden tussen de prestaties op af-werk- en op kistvlakken. Deze verschillenhebben alles te maken metde dichtheid vanhet beton: hoe dichter de poriestructuur,hoe moeilijker een hydrofobeermiddel kanbinnendringen.Op basis van de resultaten van deze test isde proefopzet ge?valueerd en is een defini-tieve aanbeveling opgesteld voorhet keurenvan hydrofobeermiddelen [3]. In deze aan-bevelingzijn de betonsamenstelling, de ap-plicatie van het middel en de conditioneringvan de proefstukken nauwkeurig beschre-ven. Tevens zijn de eisen betreffende de wa-terabsorptie, de bestandheid tegen verhit-ting, de indringdiepte, de alkalibestandheiden de verdampingssnelheid vastgelegd. Ookzijn methoden voor de identificatie van hy-drofobeermiddelen beschreven. In de aan-beveling wordt tevens aandacht besteedaan de keuring op het werk.CEMENT1996/7/8BetonsamenstellingBij de laboratoriumonderzoeken is gebruikgemaakt van een vaste betonsamenstel-ling, zoals omschreven in [3]. Dit is betonmet een nauwkeurig vastgelegde korrelgra-dering, welke samenstelling representatiefgeacht kan worden voor 'Rijkswaterstaat be-ton' voor de bovenzijden van brugdekken.Voor brugdekken is milieuklasse 3 vereist,hetgeen inhoudt dat zonder luchtbelvormerde maximaal toelaatbare water-cementfac-tor0,45 is (VBT 1995).Omdat laboratorium-beton vaak een hogere kwaliteit heeft daninhet werk aangebracht beton en omdat detoplaag van brugdekken vaak poreuzer isdan het bulkbeton (bleeding, uitdroging endergelijke), is ten behoeve van het laborato-riumonderzoek gekozen voor een betonsa-menstelling met water-cementfactor 0,50.De samenstelling is weergegeven in tabel 2.Met deze betonsamenstelljng zijn platenvervaardigd die 24 uur in de bekisting onderplastic folie zijn opgeslagen, waarna ze zijnontkist. Vervolgens zijn ze gedurende 48 uurin een vochtkamer opgeslagen (20 oeen eenrelatieve vochtigheid (RV) groter dan 95%),waarna ze zijn overgebracht naar eenkli-maatkamer met 20 oe en 65% RV.Na circa twee weken zijn uit de platen proef-stukken gezaagd met een oppervlak van100 x 100 mm2. Het zagen is zo uitgevoerd,dat elk beproevingsvlak - afwerkvlak (AV)c.q. kistvlak (KV) - grensde aan vier zaag-vlakken. De proefstukken meteen kistvlakzijn alleen afkomstig uitde onderzijde van deplaten, dus niet uit het zijvlak. Na het zagenzijn de proefstukken teruggeplaatst in dekli"maatkamer met 20 oe en 65% RY.Tabel 1Resultaten van de keuring van 9 middelenTabel 2Samenstelling betonmengselGebruikte hydrofobeermiddelenTen behoeve van de diverse onderzoekenzijn drie typen hydrofobeermiddel gebruikt,op dezelfde wijze gecodeerd als in [1] (zietabel 1, A, B en E).Middel Ais een oplosmiddelvrij hydrofobeer-middel op basis van isobutyl-tri-ethoxysilaan (dit is een alkyl-alkoxysilaan).Het gehalte werkzame stof is 99%.Middel B is een oplosmiddelvrij hydrofobeer-middel op basis van alkyl-alkoxysilaan (erzijn geen nadere gegevens over de identiteitvan de alkyl- en alkoxygroepen). Hetgehaltewerkzame stof is 100%.Middel E is een hydrofobeermiddel in water.Het gehalte werkzame stof is 20% alkyl-al-koxysilaan.Applicatie van dehydrofobeermiddelenheeft plaatsgehad in een laboratoriumruim-CEMENT1996/7/8te met een temperatuur van circa 20 oe, bijeen ouderdom van de proefstukken van mi-nimaal 28 dagen, zoals voorgeschreven inhet keuringsvoorschrift [3].ApplicatievariabelenIn de praktijk wordenhydrofobeermiddelenonder uiteenlopende omstandigheden aan-gebracht. Om na te gaan wat de invloed isvan een aantal applicatievariabelen op deeffectiviteit van hydrofobering, zijn met demiddelen B en E diverse deelonderzoekenuitgevoerd.De invloed van het aanbrengen van heet as-falt over gehydrofobeerd beton is onder-zocht door proefstukken op verschillendetijdstippen na applicatie van het hydrofo-beermiddel, gedurende een half uur te ver-hitten tot een temperatuurvan 160oe. Na af-koeling is van alle proefstukken de waterab-sorptiegedurende 24 uur en de indringdiep-te van de hydrofobeermiddelen bepaald.Uit het onderzoek is gebleken dat er geenverschil bestaattussenbeton datna Hot28dagen na applicatie is verhit en beton dat naapplicatie niet is verhit. De waterwerendewerking gaat niet achteruit door het verhit-ten op een wijze die het aanbrengen vanheet asfalt simuleert.53? ? onderzoek ? betontechnologieTabe/3/ndringdiepte van hydrofobeermidde/en (diepte van de waterwerende zone) en carbonata"tiediepte bij het onderzoek 'buitenexpositie'De invloed van lage temperaturen tijdens deapplicatie en de uitharding op de effectiviteitvan hydrofobeermiddelen is onderzochtdoor deze bij een betontemperatuur van+5 oe aan te brengen. Na vier weken uithar-ding bij + 5 oe zijn de waterabsorptie gedu-rende 24 uur en de indringdiepte van de hy-drofobeermiddelen bepaald.Uithet onderzoek is gebleken dat het hydro-foberen bij een temperatuur van + 5 oe eenduidelijk negatieve invloed heeft op de mid-delopname en de indringdiepte van de hy-drofobeermiddelen in beton, in vergelijkingmet applicatie bij 20 oe. Op grond hiervankan worden vastgesteld dat applicatie bij la-ge temperaturen niet tot goede resultatenleidt.Normaliter worden hYdrofobeermiddelentwee keer, kort achter elkaar, nat-in-nat aan-gebracht; bij de keuring wordt circa 10 minu-ten gewacht tussen de twee applicaties.Teneinde na te gaan wat de invloed is vanlangere wachttijden tussen de twee applica-ties, is een aantal proefstukken gehydrofo-beerd met 1, 3, 9 en 28 dagen tussen beideapplicaties.Uit het onderzoek is gebleken dat het niettwee keer nat-in"nat hydrofoberen een dui-delijk negatieve invloed heeft op de middel-opname en de indringdiepte, ongeacht of 1dan wel 28 dagen tussen de twee applica-ties werd gewacht. Bij een te lange wachttijdwordt de middelopnamebij de tweede appli-catie geblokkeerd door de hydrofobe laagvan de eerste applicatie. Op grond hiervankan worden vastgesteld dat het twee keerkort achter elkaar, nat-in-nat appliceren vanhydrofobeermiddelen tot de beste resulta-ten leidt.54De invloed van een hoge vochtigheid van debetonnen ondergrond tijdens applicatie opde effectiviteit van hydrofobeermiddelen, isonderzocht door proefstukken gedurende??n uur te bevochtigen door onderdompe-ling in water, waarna deze werden opgesla-gen bij 20 0een 80% RV. Ditsimuleerteen re-genbui gevolgd door een droge periode. Ap-plicatie van hydrofobeermiddelen heeftplaatsgehad na verschillende tIroogtijden',waarmee tevens de invloed van de droogtijdna bevochtigen is onderzocht. De aange-houden droogtijden waren 1,3en 9 dagen.Uit het onderzoek is gebleken dat er geenduidelijke verschillen waarneembaar zijntussen een droogtijd van 1 dag en eendroogtijd van 9 dagen na een gesimuleerderegenbui, alvorens te hydrofoberen. Eendroogtijd van 1 dagwordtbij een gemiddelderelatieve vochtigheid van 80% dan ook vol-doende geacht.Om na te gaan of het gebruik van een curingcompound als nabehandelingsmiddel op af-werkvlakken invloed heeft op de effectiviteitvan hydrofobeermiddelen, zijn proefstukkenna het vervaardigen nabehandeld met eencuring compound op acrylaatbasis.Uit het onderzoek is gebleken dat alleen bijproefstukken vervaardigd met hoogovence-ment een negatieve invloed van de curingcompound uitgaat, zowel op de waterab-sorptie als op de indringdiepte. Aanbevolenwordt oppervlakken van beton vervaardigdmet hoogovencement die zijn voorzien vaneen curing compound, licht te stralen alvo-rens tehydrofoberen.DuurzaamheidOm informatie te verkrijgen over de duur-zaamheid van dewaterwerendewerkingvangehydrofobeerd beton in buitenexpositie, iseen aantal betonnen proefstukken aange-maakt en na hydrofobering buiten, in weeren wind, ge?xposeerd. Voor aanvang van deexpositie en op diverse tijdstippen geduren-de detweejaar daarna, is de waterabsorptievan de gehydrofobeerde oppervlakken be-paald (telkens na vier weken acclimatiserenbij 20 oe en 65% RV). Gelijktijdig zijn niet-ge-hydrofobeerde proefstukken ge?xposeerden beproefd, zodat de prestaties van gehy-drofobeerd beton vergeleken konden wor-den metdievan niet"gehydrofobeerd beton.Ten behoeve van het onderzoek zijn proef-stukken met afwerkvlakken en met kistvlak"ken aangemaakt, waarvan de ene helft metportlandcement en de andere helft methoogovencement is vervaardigd. De proef-stukken zijn in totaal met drie hydrofobeer-middelen behandeld (A, Ben E). De hydrofo-beermiddelen zijn aangebracht nadat deproefstukken drie maanden waren opgesla-gen in een klimaatkamer bij 20 oe en 65% RV,voordat het beton buiten is ge?xposeerd.Alle proefstukken zijn op het dak van hetTNO-laboratorium in Rijswijk aan weer enwind ge?xposeerd, metde gehydrofobeerdezijde omhoog.De indringdiepten van de gebruikte midde-len zijn weergegeven in tabel 3.Uit deze gegevens blijkt dat de indringdiep-ten in de afwerkvlakken vergelijkbaar zijnmet die in de kistvlakken.In tabel3 zijn ookcarbonatatiediepten weer-gegeven na circa 21 maanden buitenexposi"tie. Hieruit blijkt dat gehydrofobeerd betondat aan een buitenmilieu is blootgesteld,een grotere carbonatatiediepte vertoontdan niet-gehydrofobeerd beton. Dit wordtveroorzaakt doordat gehydrofobeerd betonlangzaam droger wordt.Voor aanvang en gedurende de buitenexpo-sitie is een aantal malen de waterabsorptievan de proefstukken gedurende 24 uur ge-meten. De resultaten zijn weergegeven in defiguren 1 en 2, waarbij de waterabsorptieszijn berekend als waterabsorptieco?ffici?n-ten, uitgedrukt in gjm2j Js. De waterabsorp-tieco?ffici?ntls de helling van de lijn die hetverband aangeeft tussen de opgenomenhoeveelheid waterperoppervlakte (vertica-leas) en de wortel uitdetijd (horizontale as).Dit is een waarde waarmee het gedrag vaneen al dan nietgehydrofobeerd betonopper"vlak kan worden gekarakteriseerd.CEMENT1996j7j8blanco middel B middel A16 21middel E@ Buitenexpositie: waterabsorptieco?ffici?nt b? begin expositie(0) en na 11., 16 en 21 maanden; portlandcement, afwerkvlakken? Buitenexpositie: waterabsorptieco?ffici?nt b? begin expositie(0) en na 11., 16en 21 maanden; hoogovencement, afwerkvlakken? Chloride-indringing na 12 maanden dooizoutbelasting op 0-4, 4-8, 8-12, 12-16 en16-20 mm vanaf het oppervlaka. portlandcementbetonb. hoogovencementbetonmiddel Emiddel E4-8 8-12 12-16 16-20middel BblancoaDe resultaten van dit onderzoek zijn weerge-geven in figuur 3.is een techniekwaarbij dunne laagjes van deproefstukken droog worden afgeslepen,waarna hetchloridegehalte van de opgevan-gen stofmonsters wordt bepaald. Hier wer-den vijf lagen van elk 4 mm afgeslepen engeanalyseerd.Chloride-indringingOm het effectvan hydrofoberen op deindrin-gingvan chloride in beton te onderzoeken, iseen aantal proefstukken blootgesteld aancyclische dooizoutbelasting.Hiertoe zijn proefstukken vervaardigd metportland- c.q. hoogovencement. E?n derdevan de proefstukken (alle afwerkvlakken)werd gehydrofobeerd met middel B, ??n der-de met middel E en ??n derde bleef onbe-handeld. De indringdiepte van de middelenbedroeg circa 2,5 mm voor de proefstukkenvervaardigd met portlandcement en circa6,5 mm voor de proefstukken met hoog-ovencement.Na vierweken uitharden van de hydrofobeer-middelen in een klimaatkamer (20?C en65% RV) zijn de zijkanten van de proefstuk-ken gecoat. De proefstukken werden weke-lijks 24 uur met het behandelde vlak gedom-peld in een dooizoutoplossing (10% m/mNaCI). De rest van de week zijn ze gedroogdbij 20?C en 50% RV.Na twaalf maanden cyclische dooizoutbe-lasting is de chloride-indringing in hetbetongemeten door middel van profielslijpen. DitUit dit onderzoek naar de waterwerendewerking van gehydrofobeerdbeton in bui-tenexpositie blijkt dat er na 21 maanden ex-positie geen sprake is van achteruitgang inde waterwerende werking. Verder blijkt datde waterabsorptie van niet-gehydrofobeerdportlandcementbeton bij buitenexpositieafneemt in de tijd, terwijl deze bij hoogoven-cementbeton maar in geringe mate af-neemt. Dit verschil wordt veroorzaakt door-dat portlandcementbeton bij carbonatatiedichter wordt en hoogovencementbetonniet.De expositie van de proefstukkenwordt nogsteeds voortgezet.CEMENT1996j7j8 55? ? onderzoek ? betontechnologieDe vorst-dooizoutbestandheid van betonwordt onder meer bepaald door de verzadi-gingsgraad van het poriesysteem van hetbeton. Indien het poriesysteem tot ondereen bepaalde verzadigingsgraad met wateris gevuld, zal het massaverlies bij de vorst"dooizoutproef beperkt blijven; daarbovenneemt de hoeveelheid massaverlies toemet toenemende verzadigingsgraad. Doorde geringe wateropname van gehydrofo-beerd beton heeft dit beton een lagere ver-zadigingsgraad en daardoor een duidelijkhogere vorst-dooizoutbestandheid dan niet-gehydrofobeerd beton, zelfs bij een betrek-kelijk geringe indringdiepte van het hydrofo-beermiddel.Een andere parameter die sterke invloedheeft op de vorst-dooizoutbestandheid vanbeton is de afmeting van de pori?n. In grotepori?n wordt water eerder in ijs omgezet entreedt dus ook eerder vorstschade op. Omdeze reden heeft beton vervaardigd methoogovencement een anderverloop van hetmassaverlies in de tijd dan beton vervaar-digd met portlandcement, zoals te zien is infiguur 4.Voor beton vervaardigd met hoogovence-ment geldt dat het gecarbonateerde deeleen grove poriestructuur heeft en daardoorbij de vorst-dooizoutproef snel kapot vriest.Als deze laagisverdwenen zal hettempo vanhet massaverlies afnemen, doordat betonmet een fijnere poriestructuurwordt bereikt.Voorbeton vervaardigd met portlandcementgeldt het tegenovergestelde. Het gecarbo-nateerde deel heeft juist een fijnere porie-structuur en zal daardoor bij de vorst-dooi-zoutproef in eerste instantie een geringetoename van het massaverlies te zien ge-ven. Als deze laag is verdwenen zal het tem-po van het massaverliestoenemen, doordatbeton met een grovere poriestructuur wordtbereikt.tingsdiepte van circa 6tot 10 mmo Van de ge-hydrofobeerde proefstukken vertonenslechts enkele beproefde oppervlakken,over een deel van het oppervlak, aantasting,met een maximale aantastingsdiepte vancirca 2 tot 5 mmoCorrosieBij deze proeven is heteffect bepaald van hy-drofoberen op de corrosiesnelheid van wa-pening in beton dat blootstond aan dooi-zoutbelasting en waarbij (geforceerd) corro-sie was opgewekt.Ten behoeve van dit onderzoek zijn macro-ceiproefstukken vervaardigd (fig. 5), met242016De resultaten van de vorst-dooizoutproefzijn weergegeven in figuur 4. Hieruit blijkt dathet materiaalverlies na 25 vorst-dooizout-cycli voor niet-gehydrofobeerd beton circa 3tot 6 kg/m2bedraagt, terwijl dit voor gehy-drofobeerd beton ruim onder 1 kg/m2ligt,metvoor diverse proefstukken zelfs een ver-waarloosbarehoeveelheid materiaalverlies.Uit een verder visuele beoordeling van debeproefde oppervlakken blijkt datde blancoproefstukken over het gehele oppervlakaangetast zijn, met een maximale aantas-Vorst"dooizout?bestandheidOm na te gaan watde invloed is van hydrofo"beringop de vorst-dooizoutbestandheid vanbeton zijn diverse proefstukken onderwor-pen aan 25 vorst-dooizout-cycli.Ten behoeve van dit onderzoek zijn proef-stukken vervaardigd met portland- c.q.hoogovencement, met zowel kist- als af"werkvlakken. Na vier weken verharding vanhet beton werd een deel van de proefstuk-kengehydrofobeerd met middel B en eendeel metmiddel E, waarbij degemiddelde in-dringdiepte van de middelen varieerde van0,6 tot 3,5 mm. De overigeproefstukken bIe-ven onbehandeld (blanco). Na vier wekenuitharding van de middelen werd de vorst-dooizoutbestandheid van alle proefstukkengemeten conform de procedure in ISO/DIS4846.2 [5]. tot 25 cycli. De proefstukkenhadden een beproevingsoppervlak van 150x 150 mm2?weest, komt de tendens van deze profie"len sterk overeen met die in betonnenproefstukken die jarenlang ondergedom-peld zijn geweest in zeewater [4].- 0 - pc, middel Bo 4 8 12---? aantal vorst-dooi cycli- ___ he, middel B-+- pc,middel E- _x---,... hC,middel EV-- 0 - pc, blqnco---r-----~- he, blanco~r'----- JJV//rr"/ // 1// -if,./~/ ---v-----f-