Nyt fra Aalborg Portlands arbejdsmark
Lasse Frølich Kristensen | [email protected]
De upopulære
kalkudblomstringer
Fliser og belægningssten er uden
sammenligning den belægningstype, som vi foretrækker at omgive vore boliger med. Det skyldes måske, at det arkitektoniske
udtryk fra betonen passer godt
sammen med den måde, vi bygger
huse på. Det stiller dog også store
krav til udseendet af disse belægninger, hvor udtryk, farve og ikke
mindst ensartethed er væsentlige
parametre. I den sammenhæng er
kalkudblomstringer et upopulært
fænomen.
Introduktion
Anvendelsen af beton som bygningsmateriale slog historisk set
først rigtigt an, da man begyndte at
anvende konstruktiv armering. Derved blev det muligt også at anvende
beton til bøjnings- og trækpåvirkede konstruktioner – de første år
af betonens historie var det kun til
trykpåvirkede konstruktioner såsom
buebroer, hvor man fandt betonen
anvendelig. En af årsagerne til, at
armerede betonkonstruktioner blev
en succes, er, at portlandcements
reaktion med vand danner calciumhydroxid – en kalkforbindelse, som
gør betonen stærkt basisk. Det
basiske miljø passiverer indstøbte
armeringsjern og beskytter, så korrosion ikke finder sted. Armeret beton havde sikkert været et mindre
attraktivt materiale, hvis man altid
skulle bruge rustfrie armeringsmaterialer.
36
For fliser, belægningssten og
andre betonvarer uden armering
er ovenstående passivering uden
betydning. Her er det derimod af
betydning, at calciumhydroxiden, er
kimen til kalkudblomstringer.
Kalkudblomstringer er ikke
et kært barn, men det går under
mange navne. For det samme fænomen kan man bl.a. støde på:
Kalkudblomstringer, kalkudtræk,
kalkslør og salpeterudtræk. Den
mest anvendte benævnelse er
måske kalkudfældning. Det er dog
ikke kalk, der udfældes fra betonen men calciumhydroxid, som har
helt andre egenskaber end kalk.
Når calciumhydroxid kommer ud
til overfladen kan den omdannes
(calciumkrystallerne ”blomstrer”)
til kridhvid kalk, og derfor anvendes betegnelsen kalkudblomstring
i denne artikel. Calciumhydroxid
er i øvrigt det samme som læsket kalk – altså brændt kalk tilsat
vand, som anvendes til at fremstille
kalkmørtel. Salpeter er en gammel
betegnelse, som stammer fra udblomstringer på murværk. Det er
en nitratforbindelse, der ikke har
noget med kalkudblomstringer på
betonvarer at gøre.
Man kan måske allerede nu fornemme, at man ikke kommer udenom kemi, når man beskæftiger sig
med beton og kalkudblomstringer. I
det følgende findes en oversigt med
relevante kemiske forbindelser og
deres egenskaber.
Den lille kemiker
Ca(OH)2 Calciumhydroxid. Letopløselig. Gør betonen basisk.
Omdannes til kalk ved reaktion med CO2
CO2
Kuldioxid. Atmosfærisk luft
indeholder 0,03 % CO2
CaCO3
Calciumkarbonat. Tungtopløselig. Kalk, kridt, marmor og udblomstringer på
beton består primært af
CaCO3
H2O
Vand. Transportmedium
for Ca(OH)2 i betonens
porer.
Mekanisme
Calciumhydroxid er opløselig i vand,
og hvis en forholdsvis ny betonoverflade er våd gennem længere tid,
kan calciumhydroxiden nær overfladen opløses og transporteres ud i
vandfilmen på overfladen. Her kan
den reagere med luftens kuldioxid
og danne det tungtopløselige calciumkarbonat – kalkudblomstringer.
Disse er udelukkende et kosmetisk
problem – betonkvaliteten forringes
ikke.
Reaktionen forløber via opløsning af calciumhydroxid og kuldioxid i vand, men nettoreaktionen er
følgende:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
To ting er overordnet afgørende for
om der kommer kalkudblomstringer
eller ej:
1. Transportvej – Der skal være en
transportvej for calciumhydroxid
fra betonens indre til overfladen,
ellers sker der ikke noget. Her
spiller porestruktur og blokering
af de yderste porer en afgørende
rolle.
2. Ydre omstændigheder – Hvis ikke
der er opfugtning og/eller udtørring, er der ikke nogen drivende
kraft, og så bliver calciumhydroxiden inde i betonen.
Temperatur og fugtighed giver
gode hærdeforhold, og calciumhydroxiden forbliver inde i betonen,
hvor den gradvis reagerer med luftens kuldioxid (karbonatiserer) og
danner tungtopløseligt calciumkarbonat. Når overfladen efterfølgende
udsættes for vand, vil det karbonatiserede lag besværliggøre transport
af calciumhydroxid til overfladen, og
gøre den meget mere robust overfor
kalkudblomstringer. Et karbonatiseringslag på blot 1/10 mm regnes at
give en væsentlig beskyttelse.
I en portlandcement vil der i forhold til cementmængden typisk
dannes 20-25 vægt-% calciumhydroxid, hvilket med f.eks. 300 kg
cement pr. m³ vil medføre 60-75
kg calciumhydroxid pr. m³ beton.
Til sammenligning vil en aflejring
på overfladen svarende til godt 1 g
calciumhydroxid pr m² medføre et
synligt kalkslør. Det svarer til den
mængde, som findes i et 2/100 mm
tykt betonlag. Selvom det ikke er al
calciumhydroxiden i de yderste lag,
der opløses og aflejres på overfladen på én gang, illustrerer det dog,
at mængderne af calciumhydroxid
er enorme i relation til problemet
kalkudblomstringer.
Hærdebetingelserne i de første
døgn har stor betydning for risikoen
for kalkudblomstringer. De ideelle
hærdeforhold for at undgå problemet er følgende:
• Høj temperatur
• Høj luftfugtighed
• Højt indhold af CO2 i luften
Kalkudblomstringer er det samme
som karbonatisering – det sker
blot udenpå betonen i stedet for
indeni
Indholdet af kuldioxid i et hærdekammer vil ofte ligge langt under de
ca. 0,03%, som er i almindelig luft.
Det skyldes, at betonen bruger kuldioxiden. Når indholdet af kuldioxid
i luften falder, vil karbonatiseringshastigheden også falde. Derfor kan
man ikke forvente nogen væsentlig
karbonatisering i et normalt hærdekammer, hvor luftskiftet er ret
begrænset.
Selvom betonen ikke karbonatiserer vil gode hærdeforhold medføre en tættere beton, hvilket i sig
selv giver en vis beskyttelse mod
kalkudblomstringer.
Figur 1
Betonvareproduktion
Kalkudblomstringer omtales hyppigere som et problem for betonvarer
end for eksempelvis fabriksbeton og
betonelementer. En del af forklaringen hertil kan måske være, at der i
stigende grad anvendes farvepigmenter, og at der generelt er stor
interesse for belægningers udseende. Pigmenterne i sig selv menes
ikke at påvirke kalkudblomstringer,
men på eksempelvis en sort belægningssten er en hvid kalkudblomstring mere skæmmende end på en
almindelig grå. Der er dog forhold
ved produktion og lagring, som spiller ind.
Sammenlignet med andre typer
beton har betonvarer en speciel
porestruktur. Det skyldes, at betonen produceres meget tør og komprimeres under høj energitilførsel,
hvorved der indføres en mængde
irregulære porer. Så selvom v/cforholdet er meget lavt, er der ofte
en betydelig porøsitet i betonvarer
til transport af calciumhydroxid.
De senere år har mange betonvareproducenter skiftet til større og
kraftigere blokstensmaskiner. Dette
har sandsynligvis gjort det muligt/
nødvendigt, at producere betonen
endnu tørrere.
Produktion af betonvarer og
sammenhæng med dannelse af
kalkudblomstringer er skematisk illustreret på figur 1.
Skematisk illustration af betonvareproduktion og kalkudblomstringer
Temperaturen skal helst over 1520°C (gerne 30-40°C), luftfugtigheden er optimal ved 80-95% RF uden
kondens og indholdet af kuldioxid i
luften må gerne være mange gange
højere end i normal atmosfærisk
luft. Sådanne forhold er mulige –
men naturligvis økonomisk meget
tunge – at etablere. De nævnes for
at få beskrevet hvilken retning, det
er fordelagtigt at gå mod.
B eton 3 • A u g u st 2 0 1 0
37
Nyt fra Aalborg Portlands arbejdsmark
Figur 2
Betonen blandes og fyldes i blokstensmaskinens fyldkasser, hvor
den komprimeres under tryk. Efter
blokstensmaskinen køres fliser og
belægningssten typisk i hærdekammer et døgns tid, og derefter bliver
de palleteret og kørt på lager, hvor
de stakkes til en højde på 5-6 paller – se figur 2. Nogle producenter
beklæder pallerne med en plastfilm,
men ofte er pallerne udækkede.
Sædvanligvis ses der ikke kalkudblomstringer på det øverste lag
af sten på en palle. Det skyldes,
at det øverste lag ikke udsættes
for så lang tids opfugtning som de
øvrige. Den fugt, der sætter gang i
transportmekanismen, som fører til
kalkudblomstringer, stammer overvejende fra regn og andet nedbør
samt dug, men afdampning af betonens egen vand og kondens kan
også have indflydelse. Derfor forekommer kalkudblomstringer også,
selvom pallerne er overdækkede
med plastfilm.
Når det regner, trænger vandet
på ubeskyttede paller ned gennem
lagene af sten. Efterfølgende udtørring i tørvejr vil hurtigt tørre det
øverste lag af sten, mens lagene
længere nede kun tørrer langsomt
– her er der meget lidt ventilation,
og stenene vil derfor være opfugtet gennem længere tid, hvilket er
ugunstigt i forhold til kalkudblomstringer. Når stenene nede i lagene
så tørrer, sker det først i randzonerne, der ligger tæt på mellemrummet
mellem stenene, da ventilationen er
38
størst i disse områder. Derfor vil stenene ofte få et udseende som vist
på figur 3.
Cementtyper
Det kunne være nærliggende at
tro, at kalkfillercementer som f.eks.
BASIS cement ville have større tendens til at give kalkudblomstringer
end cementer uden kalkfiller. Sådan
forholder det sig imidlertid ikke! De
kalkforbindelser, der transporteres
ud af betonen, når vi ser kalkudblomstringer på overfladen, bevæger sig i opløst form. Kalkfilleren
i BASIS cement består primært af
calciumkarbonat, som er tungtopløseligt og bundet i betonen – kalkfilleren er med andre ord immobil og
indkapslet i cementens reaktionsprodukter. Det, der har betydning,
og som er i stand til at bevæge sig
fra betonens indre til overfladen, er
calciumhydroxid.
Forskellige cementer kan danne
lidt forskellige mængder af calciumhydroxid, men det er helt uden
betydning i forbindelse med kalkudblomstringer – calciumhydroxid
vil som tidligere nævnt dannes i
mængder, der langt overstiger det
der skal til for at danne en synlig
hvidfarvning uanset cementtype.
Ud over mængden af calciumhydroxid har den porestruktur, som
cementen danner, betydning. Her vil
der igen ikke være noget at bekymre
sig om ved at anvende kalkfillercement sammenlignet med en ren
Lager fra
betonvareproduktion
klinkercement. En tæt porestruktur
i cementpastaen, som er påkrævet
for at minimere kalkudblomstringer,
hænger sammen med holdbarhed
af beton i aggressive miljøer. Her
har BASIS cement gennem mange
år vist sit værd, og på grundlag af en
lang række undersøgelser, må BASIS cement også anvendes i næsten
alle miljø- og eksponeringsklasser
– eneste undtagelse er sulfatholdige miljøer, og det er af helt andre
årsager.
Minimering af
kalkudblomstringer
Kalkudblomstringer kan forekomme
i forskellige grader. Hovedparten af
det hvide uønskede slør forsvinder
typisk i løbet af et par år som følge
af slid og regn. Desuden findes der
metoder til at fjerne lette kalkudblomstringer såsom kostning med
skarpkantet sand og let syrebehandling. Der er dog nogle tilfælde,
hvor kalkudblomstringerne er så
tykke og ”sammengroede” med
betonen, at de ikke forsvinder inden for en overskuelig tidshorisont
og i øvrigt er vanskelige at fjerne.
Under alle omstændigheder er det
ønskværdigt at minimere risikoen
for at kalkudblomstringer i det hele
taget forekommer. Det skal igen understreges, at man kan ”minimere”
men ikke med 100 % garanti ”eliminere” kalkudblomstringer.
Figur 3
I det følgende nævnes nogle foranstaltninger, som vil kunne nedbringe risikoen for kalkudblomstringer:
• Tilstræb ideelle hærdeforhold
(høj temperatur, høj luftfugtighed og højt CO2 niveau)
• Tilstræb høj densitet af betonvarerne
• Optimer kornkurve på tilslag
• Brug af vandskyende tilsætningsstoffer indblandet i betonen
• Påfør vandskyende coating efter
hærdekammer
• Ekstra tid i hærdekammer
• Indfør ventilerende mellemrum
mellem lagene ved palletering
Først og fremmest er det vigtig, at
betonen er tæt. Dette opnås ved
en god og homogen komprimering,
ved at anvende tilslag med en hensigtsmæssig sammensat kornkurve
samt ved at køre med en tilpas høj
fugtighed. En god komprimering vil
komme til udtryk ved en høj densitet af betonvarerne. Det er svært
at angive, hvad densiteten præcis
skal ligge på, da det også afhænger
af, hvilke materialer der er til rådighed. Det er dog Aalborg Portlands
erfaring, at der er forhøjet risiko for
kalkudblomstringer, hvis densiteten
af fliser er under 2280 kg/m³ og
densiteten af belægningssten under
2300 kg/m³.
Dernæst er det en mulighed,
at forhindre/reducere vandets bevægelser i betonen – og dermed
transport af calciumhydroxid fra
betonens indre til overfladen. Dette
kan opnås ved brug af vandskyende
tilsætningsstoffer – enten til iblanding i betonen eller som coating.
Tilsætning af vandskyende midler
i betonen kan erfaringsmæssigt
mindske risikoen for kalkudblomstringer betydeligt.
Styring af kuldioxidindholdet under hærdningen praktiseres ikke i
Danmark, men bl.a. i Tyskland og
USA benyttes systemer, hvor man
opvarmer hærdekamrene med direkte gasfyrede fordampningsanlæg, så man udover optimale
temperatur- og fugtforhold opnår
et kuldioxidindhold på op til 300
gange højere end i almindelig luft.
Hvis dette system er økonomisk fornuftigt, synes det at være ideelt.
Undersøgelser har vist, at mellemlæg mellem lagene af sten på
pallerne, har en gavnlig effekt til reduktion af kalkudblomstringer [1].
Mellemlæggene skal være udformet,
så der sker ventilation mellem la-
Belægningssten med
kalkudblomstringer i midten
gene, og det sikres bl.a. ved en minimumstykkelse på 5 mm.
Afrunding
Dette er tredje artikel fra Aalborg
Portland i bladet Beton om kalkudblomstringer (omend med lidt forskellige vinkler). Der er flere årsager
til, at vi bliver ved med at skrive om
kalkudblomstringer – det er ikke
bare for at gentage os selv – men
vi kan endnu ikke sætte flueben ved
”problem med kalkudblomstringer
løst”. Forklaringen hertil blev måske
allerede belyst i en gammel BetonTeknik fra 1961 [2], hvori der står
”udblomstringsprocessen er ret
vanskelig tilgængelig eksperimentelt og teoretisk”. Det er med andre
ord temmelig kompliceret, og derfor
er det stadig knap 50 år senere et
relevant og aktuelt emne.
Kilder
[1] Mario Romero, Estetisk betong
och kalkutfällningar, 1995
[2] C.A Bang Petersen, Udblomstringer, særtryk af Beton-Teknik nr.2:1961
Postboks 165 | DK-9100 Aalborg | Tel. +45 99 33 77 54 | www.aalborgportland.dk
B eton 3 • A u g u st 2 0 1 0
39