candlot-zout

In de wereld van de betonchemie fungeert Candlot-zout als een dubbelzinnige factor. Tijdens de eerste uren van de hydratatie van cement is de vorming van deze naaldvormige kristallen essentieel; ze reguleren namelijk de binding van het beton door te voorkomen dat het tricalciumaluminaat (C3A) te snel reageert. Zonder deze gecontroleerde procesgang zou het beton direct 'verstijven' en onverwerkbaar worden. De chemische formule ontstaat wanneer opgeloste sulfaten, afkomstig van toegevoegd gips in het cement, reageren met de aluminaatfase in een waterig milieu. Zolang dit proces plaatsvindt terwijl het beton nog plastisch of jong is, kan de matrix de lichte volumetoename probleemloos opvangen. Het gevaar schuilt echter in de latere levensfase van een constructie, waarbij externe factoren de balans verstoren.

Chemische interactie tijdens de hydratatie

De vorming van Candlot-zout begint zodra aanmaakwater wordt toegevoegd aan de cementmix. In deze vloeibare fase lossen de sulfaatdragers, veelal gips of anhydriet, op en treden in een directe reactie met de tricalciumaluminaten uit het cementklinker. Er ontstaan microscopisch kleine, naaldvormige kristallen die zich op de oppervlakken van de cementkorrels afzetten. Dit proces creëert een tijdelijke barrière. De hydratatiesnelheid vertraagt aanzienlijk. Cruciaal voor de verwerkbaarheid. Deze primaire kristallisatie vindt plaats binnen de plastische fase van het mengsel, waardoor de volumetoename door de vloeibare matrix wordt geabsorbeerd zonder structurele schade te veroorzaken.

Zodra de sulfaatvoorraad in de porie-oplossing is uitgeput, stopt de groei van deze naalden. De kristallen kunnen in een later stadium transformeren naar monosulfaat, afhankelijk van de chemische balans in het beton. Bij een latere blootstelling aan vocht en externe sulfaten kan dit proces echter omkeren. Nieuwe kristalvorming vindt plaats. In verhard beton, waar de matrix al star is, oefenen de groeiende kristallen een enorme druk uit op de wanden van de poriën. Interne spanningen bouwen zich op. Het resultaat is een expansieve kracht die de cohesie van het beton van binnenuit verbreekt.

Invloed van thermische omstandigheden

Bij hoge temperaturen tijdens het uitharden, vaak boven de 65 graden Celsius, verloopt het proces afwijkend. De initiële vorming van Candlot-zout wordt onderdrukt of de kristallen lossen op in de matrix. Na afkoeling blijven de componenten latent aanwezig in de betonstructuur. Wanneer de constructie later in contact komt met vocht, kristalliseert het zout alsnog. Dit fenomeen, bekend als uitgestelde ettringietvorming, manifesteert zich doorgaans via een karakteristiek patroon van haarscheuren of grotere structurele defecten. De snelheid van dit proces varieert. Omgevingsfactoren zoals de porositeit van het beton en de aanwezigheid van alkaliën bepalen de uiteindelijke intensiteit van de reactie.

De destructieve werking van Candlot-zout in uitgehard beton vindt zijn oorsprong in een ongewenste volumevergroting. In een reeds versteende matrix is simpelweg geen ruimte voor expansie. De oorzaak ligt vaak verscholen in een verstoorde balans tussen de aanwezige aluminaten en de beschikbare sulfaten in de porie-oplossing. Vocht fungeert hierbij als de onmisbare katalysator. Zonder water vindt er geen reactie plaats. Bij uitgestelde ettringietvorming (DEF) is een te hoge temperatuur tijdens de initiële hydratatie de boosdoener; boven de 65 graden Celsius wordt de stabiele vorming van kristallen belemmerd, waardoor de benodigde componenten latent in de matrix achterblijven. Pas jaren later, wanneer water de structuur binnendringt, begint de kristallisatie alsnog. Ditmaal in een starre omgeving.

Mechanisme van interne druk

Wanneer sulfaten vanuit de omgeving — denk aan agressief grondwater of verontreinigde bodems — het beton binnendringen, reageren zij met de aanwezige calciumaluminaten. De naalden van het ettringiet dringen zich op in de microscopische poriënstructuur. De kristallen groeien. Ze oefenen een onstuitbare druk uit op de wanden van de poriën. Starre matrix. Geen uitweg. De interne spanningen bouwen zich op tot het punt waarop de treksterkte van de cementsteen wordt overschreden. De cohesie tussen de cementpasta en de toeslagmaterialen verslechtert onherroepelijk.

Structurele effecten

De gevolgen manifesteren zich traag maar uiterst methodisch. In de eerste fase is de schade vaak onzichtbaar voor het blote oog, maar intern vindt reeds demineralisatie en micro-scheurvorming plaats. Na verloop van tijd ontstaan de volgende verschijnselen:

• Karakteristieke scheurpatronen: Vaak begint dit als een fijnmazig netwerk van haarscheurtjes aan het oppervlak, ook wel gecraqueleerd beton genoemd.
• Afschilfering: Door de expansieve krachten vlak onder het oppervlak laat de betondekking los (spalling).
• Verlies van stijfheid: De constructieve integriteit van het element neemt af doordat de interne structuur verpulvert.
• Secundaire schade: De ontstane scheuren vormen een autosnelweg voor andere schadelijke stoffen, zoals chloriden, die de wapening sneller doen corroderen.

Uiteindelijk leidt de aanhoudende druk van het Candlot-zout tot een algehele desintegratie van het materiaal. Het beton verliest zijn functie als beschermende schil voor de wapening en als drager van de constructieve last. De snelheid van dit proces hangt sterk samen met de porositeit van het beton; hoe toegankelijker de structuur voor vocht, hoe korter de weg naar structureel falen.

Het ene Candlot-zout is het andere niet. Cruciaal is het moment van ontstaan. Men maakt in de betontechnologie een strikt onderscheid tussen de primaire en de secundaire vorming, waarbij de eerste variant als een noodzakelijke voorwaarde voor verwerkbaarheid geldt. De primaire kristallen vormen zich binnen enkele minuten tot uren na de hydratatie. Ze reguleren de binding. Zonder deze microscopische naaldvorming zou de specie direct 'verstijven' in de mixer. Een proces van essentieel belang voor elke betonstorter. De secundaire variant, vaak aangeduid als Delayed Ettringite Formation (DEF), is daarentegen de vijand van de constructeur. Deze vorm ontstaat pas wanneer het beton al volledig is uitgehard en de matrix geen ruimte meer biedt voor volume-uitzetting. De chemische samenstelling van beide is identiek, maar hun fysieke impact op de structuur verschilt fundamenteel. De primaire variant integreert, de secundaire variant desintegreert.

In de chemische huishouding van cementsteen komt Candlot-zout zelden alleen voor; het balanceert vaak met monosulfaat. Dit monosulfaat ontstaat wanneer de sulfaatvoorraad uitgeput raakt maar er nog wel aluminiumverbindingen beschikbaar zijn. Het is minder volumineus. Niet expansief. Echter, bij een nieuwe toevoer van sulfaten uit de omgeving kan dit monosulfaat weer 'terugslaan' naar ettringiet. Een chemische omkeerbaarheid die constructies kwetsbaar maakt voor wisselende milieuomstandigheden. Daarnaast bestaat er vaak verwarring met thaumasiet. Hoewel de naaldvormige kristallen onder een microscoop op elkaar lijken, is de schade die thaumasiet aanricht vele malen ernstiger. Thaumasiet tast namelijk de calciumsilicaten aan. De eigenlijke lijm van het beton verdwijnt. Waar Candlot-zout voor interne druk en scheurvorming zorgt, verandert een thaumasiet-aanval de cementsteen in een brijige massa zonder enige samenhang. Dit fenomeen treedt specifiek op bij lage temperaturen en een hoge vochtigheidsgraad, vaak in combinatie met kalksteenmeel als vulstof. Het onderscheid is technisch subtiel maar constructief van levensbelang.

In de dagelijkse bouwpraktijk komt de destructieve kant van Candlot-zout vaak pas na jaren aan het licht. Het begint subtiel. Een massieve funderingsvoet van een brugpijler, waar de hydratatiewarmte tijdens het storten niet goed is beheerst, vormt een klassiek scenario. De kerntemperatuur steeg boven de 70 graden Celsius. De vorming van ettringiet werd onderdrukt. Pas tien jaar later, onder invloed van constant grondwater, begint het mineraal alsnog te groeien in de inmiddels starre constructie. De pijler vertoont een fijnmazig netwerk van scheuren. De constructieve veiligheid komt in het geding.

Een ander herkenbaar voorbeeld is te vinden in de prefab-industrie. Om de productiesnelheid te verhogen, worden elementen soms versneld uitgehard met stoom. Als de thermostaat faalt en de temperatuur doorschiet, ontstaat de 'tikkende tijdbom' van uitgestelde ettringietvorming. De gevelplaten zien er bij levering perfect uit. Na vijf jaar blootstelling aan slagregen op de bouwplaats begint het beton echter van binnenuit te zwellen. De dekking op de wapening laat los. Spalling. Reparatie is kostbaar en vaak slechts een tijdelijke oplossing.

• Slootkanten en rioleringen: Beton dat direct in contact staat met sulfaatrijk water vertoont vaak na enkele jaren witte uitbloei in de scheuren. Dit zijn de uitgekristalliseerde naaldjes.
• Koele kelders: In vochtige, koude omgevingen waar kalksteenmeel is gebruikt, kan de reactie doorslaan naar thaumasiet-aanval. Het beton verandert daar niet in een gescheurde massa, maar in een zachte, brijige substantie die je met een schroevendraaier weg kunt schrapen.

Soms is de werking juist gewenst. Bij krimpcompenserende mortels wordt de expansieve kracht van Candlot-zout bewust ingezet. De gecontroleerde volumetoename tijdens de eerste uren heft de natuurlijke krimp van de cementpasta op. Het resultaat? Een nagenoeg naadloze vloer. De timing is hier allesbehalve toevallig. De chemie werkt hier vóór de bouwer, niet tegen hem.

Regels zijn er niet voor niets. In de Nederlandse betonbouw vormen de NEN-EN 206 en de aanvullende NEN 8005 het wettelijke fundament voor de duurzaamheid van constructies. Het draait hierbij om de milieuklassen. Specifiek de XA-klassen. Deze klassen richten zich op chemische aantasting door sulfaten in grondwater of bodem. Wanneer de concentratie sulfaten bepaalde drempelwaarden overschrijdt, is de keuze voor cement met een hoge sulfaatbestendigheid dwingend voorgeschreven. De norm NEN-EN 197-1 classificeert deze zogenaamde SR-cementen (Sulfate Resisting). Het doel is simpel maar essentieel: de vorming van expansief Candlot-zout in verhard beton blokkeren.

Geen willekeur bij de betonmix. Bij milieuklasse XA2 en XA3 is het gebruik van cement met een laag C3A-gehalte vaak de enige route naar conformiteit. De wetgever eist een constructie die de beoogde levensduur behaalt. Chemie mag dat niet verhinderen.

Hitte is de vijand van stabiliteit in jong beton. De CUR-Aanbeveling 102 speelt een cruciale rol bij de preventie van uitgestelde ettringietvorming, de destructieve variant van het Candlot-zout. Grote betonstorten genereren hydratatiewarmte. Veel warmte. De richtlijnen stellen strikte eisen aan de maximale kerntemperatuur van vers beton tijdens het uitharden. Meestal ligt de kritieke grens bij 65 graden Celsius. Wordt deze grens overschreden? Dan voldoet het element technisch gezien niet aan de geldende kwaliteitsstandaarden voor duurzaamheid.

Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) vormt de overkoepelende juridische schil. Het verwijst naar de Eurocodes. Deze eisen een constructieve veiligheid die niet in het gedrang komt door interne chemische reacties. Monitoring van de temperatuurontwikkeling in massieve delen is daarom geen vrijblijvende keuze. Het is een noodzaak voor het bewijzen van de kwaliteit. Bij prefab elementen die een versnelde uitharding ondergaan via stoom, gelden vergelijkbare thermische limieten om latere schadeclaims te voorkomen.

Édouard Candlot. De Franse ingenieur identificeerde het dubbelzout in 1890. Een chemische mijlpaal. Destijds was de focus beperkt tot de directe interactie tijdens het mengen van cement. De industrie zocht controle. Controle over de bindingstijd. Het mineraal werd aanvankelijk vooral gezien als een technisch hulpmiddel om 'valse binding' te voorkomen. Maar de tijd stond niet stil. In de loop van de twintigste eeuw veranderde het perspectief fundamenteel door de toenemende schadegevallen in waterbouwkundige constructies.

Onderzoekers linkten de expansieve krachten aan externe sulfaatinfiltratie. De betontechnologie reageerde. Er ontstond een behoefte aan normering. In de jaren zestig en zeventig van de vorige eeuw kristalliseerde de kennis over sulfaatbestendige cementen uit tot harde technische eisen. De grootste paradigmashift vond echter plaats in de jaren tachtig. Men ontdekte dat Candlot-zout niet alleen door externe bronnen kon ontstaan, maar ook latent aanwezig kon blijven na een te heet uithardingsproces. Uitgestelde ettringietvorming werd een begrip. Dit inzicht dwong de sector tot strikte temperatuurbeheersing tijdens de hydratatie. Van een chemisch curiosum transformeerde het naar een kritische factor in de moderne constructieve veiligheid.

• https://www.joostdevree.nl/shtmls/ettringiet.shtml
• https://www.joostdevree.nl/shtmls/candlot-zout.shtml
• https://en.wikipedia.org/wiki/AFt_phases
• https://www.febelcem.be/fileadmin/user_upload/dossiers-ciment-2008/nl/T5-NL-BelgischCement.pdf