Luchtbel

In de bouwpraktijk is de luchtbel meestal een ongewenste indringer. Het staat vaak synoniem voor een gebrek aan kwaliteit of een fout in de verwerking. In verse mortel, gietvloeren of verfsystemen kan lucht de integriteit van het materiaal ondermijnen. Toch is lucht niet altijd de vijand. In de betontechnologie worden luchtbelvormers specifiek toegevoegd om de vorst-dooiweerstand te verhogen. De kunst is beheersing. Ongecontroleerde lucht leidt tot zwakte; gecontroleerde lucht biedt bescherming. Het verschil zit in de diameter en de verdeling binnen de matrix van het materiaal.

Het ontstaan of juist verwijderen van luchtbellen is een integraal onderdeel van de materiaalverwerking op de bouwplaats. Bij betonstortingen wordt de massa mechanisch in beweging gebracht. Hoogfrequente trillingen doorbreken de interne wrijving van de specie. Lucht ontsnapt. Dit proces, de verdichting, dwingt de luchtbellen naar de oppervlakte waar ze uit elkaar spatten. De intensiteit en duur van dit proces zijn kritiek; onvolledige verdichting resulteert in grindnesten en een poreuze structuur terwijl te lang trillen ontmenging in de hand werkt. Bij zelfnivellerende gietvloeren verloopt de procedure anders. Hierbij wordt vaak een stekelroller over het vloeibare oppervlak getrokken. De pinnen doorprikken de bellen die door de chemische reactie of het gietproces zijn ontstaan. Het doorbreken van de oppervlaktespanning is hier essentieel.

In situaties waar lucht juist een functionele rol speelt, zoals bij vorstbestendig beton, vindt de uitvoering plaats tijdens de mengfase. Luchtbelvormers worden aan het mengwater toegevoegd. De mengtijd en de rotatiesnelheid van de betonmixer bepalen de uiteindelijke omvang en de homogene spreiding van de microscopische bellen. Het proces eindigt niet bij de machine. Tijdens het transport en het storten moet de stabiliteit van de ingebrachte lucht nauwlettend bewaakt worden om verlies van het beschermende effect te voorkomen. Consistentie is de sleutel. In de afbouwfase, bij lakwerk en coatings, is de verwerkingstechniek juist gericht op het vermijden van inslag. De hoek van de kwast of de snelheid van de roller beïnvloedt direct de hoeveelheid ingesloten gassen. Soms wordt er simpelweg gewacht. Een rustperiode na het mengen van tweecomponentensystemen laat de grootste bellen op natuurlijke wijze opstijgen voordat de applicatie begint.

Oorzaken van ongewenste gasinsluiting

Lucht zit overal. Zodra vloeibare componenten onder hoge snelheid worden samengevoegd, dwingt de mechanische actie atmosferische lucht in de substantie, wat resulteert in een instabiel mengsel vol micro-insluitingen. Soms ligt de bron echter in de ondergrond verscholen. Poreuze substraten zoals beton of hout bevatten van nature lucht in hun capillaire netwerk. Wanneer de temperatuur stijgt, zet deze lucht uit. Een vers aangebrachte laklaag of gietvloer fungeert dan als een hermetisch zegel. De expanderende lucht zoekt de weg van de minste weerstand en drukt de nog vloeibare massa omhoog. De viscositeit is hierbij de bepalende factor; een te stroperig materiaal verhindert dat de bel tijdig het oppervlak bereikt en ontsnapt. Ook chemische reacties spelen mee. Bij bepaalde tweecomponentensystemen ontstaan gassen als bijproduct van de uitharding, zeker wanneer de mengverhouding niet accuraat is of wanneer vocht de reactie verstoort.

Structurele en esthetische degradatie

De aanwezigheid van luchtbellen is zelden zonder consequentie. Elke holte is een discontinuïteit in de matrix. In constructieve elementen leiden grote concentraties lucht tot een reductie van de effectieve doorsnede. De druksterkte daalt lineair met het volume aan ingesloten lucht. Het is pure fysica. Bij coatings en afwerklagen manifesteren de gevolgen zich vaak als kraters of 'pinholes'. Een geknapte bel laat een opening achter die tot aan de ondergrond kan reiken. Dit is een open uitnodiging voor degradatie. Vocht dringt binnen. Corrosie van wapeningsstaal begint vaak bij dergelijke microscopische defecten. In vries-dooisituaties vormt een ongecontroleerde luchtbel een risicofactor; water verzamelt zich in de holte, bevriest en de resulterende expansiedruk veroorzaakt delaminatie of afbrokkeling van de toplaag. De esthetische schade is direct zichtbaar, maar de werkelijke schade zit in de aangetaste duurzaamheid van het gehele systeem.

Grootte dicteert de impact. In de betontechniek scheiden we de geesten tussen ingevoerde en ingesloten lucht. De ene is een zegen, de andere een vloek. Ingevoerde lucht betreft microscopische bellen, vaak tussen de 10 en 500 micrometer dik. Ze worden bewust toegevoegd met hulpstoffen. Een absolute noodzaak voor de vorst-dooiweerstand van civiele kunstwerken. Ingesloten lucht daarentegen zijn de onbeheerste macro-poriën. Groter dan een millimeter. Grillig van vorm. Funest voor de uiteindelijke druksterkte van het bouwelement.

In de wereld van coatings en gietharsen verandert de terminologie met het uiterlijk van het defect. Een 'pinhole' is feitelijk de geest van een luchtbel; de bel is weg, maar het verticale kanaaltje naar de ondergrond bleef openstaan tijdens het uitharden. Een kritiek punt voor corrosie. Dit verschilt wezenlijk van 'kraters', waarbij de oppervlaktespanning van de vloeistof voorkwam dat de laklaag weer dichtvloeide nadat een bel aan de oppervlakte knapte. En dan de blaar, in vaktermen 'blistering' genoemd. Hier zit de gasbel nog gevangen onder de gedroogde film, vaak gevoed door osmotische druk of restvocht in de ondergrond.

Niet elke luchtbel bevat overigens atmosferische lucht. Bij polyurethaanharsen zien we vaak CO2-insluiting. Een chemische bijreactie door ongewenst contact met vocht. Het resultaat oogt identiek aan een mechanische luchtbel, maar de oorzaak is moleculair. Ook in houtwerk komt een specifieke variant voor: 'gassing'. De zon verwarmt de ondergrond, de lucht in de houtporiën zet uit en drukt zich door de verse, nog niet uitgeharde verf heen. Het lijkt een verwerkingsfout. Het is pure fysica.

In de bekisting van een vers gestorte betonkolom zie je ze soms dansen. Zodra de trilnaald de specie raakt, bruist het oppervlak als een vers geopend koolzuurhoudend drankje. Grote bellen spatten uiteen. Dit is de lucht die we eruit willen hebben. Een goed verdichte kolom vertoont na het ontkisten een strak beeld, zonder de kenmerkende gatenkaasstructuur van ongewenste insluitingen. Bij een epoxyvloer in een werkplaats gaat het er subtieler aan toe. De verwerker loopt op spijkerschoenen en trekt methodisch de stekelroller door de vloeistof. Elke pin doorboort een belletje. Gebeurt dit niet? Dan ziet de vloer er de volgende ochtend uit als een maanlandschap vol kleine kraters waar vuil zich ophoopt.

Denk aan een viaduct in de ijzige winterlucht. Het beton lijkt massief, maar bevat miljoenen onzichtbare luchtbelletjes die daar bewust zijn geplaatst. Wanneer water in de poriën bevriest, zet het uit. De microscopische bellen fungeren als expansievaten. Ze vangen de druk op. Zonder deze gecontroleerde lucht zou de toplaag van het beton na enkele strenge winters simpelweg kapotvriezen en afschilferen. Het is de kunst van de betontechnoloog: precies genoeg lucht toevoegen om bescherming te bieden, maar niet zoveel dat de constructieve sterkte in gevaar komt.

Een schilder brengt een diepblauwe lak aan op een houten pui die vol in de middagzon staat. De donkere kleur absorbeert de hitte. Lucht in de diepe nerven van het hout zet razendsnel uit. Je ziet de blaasjes voor je ogen ontstaan terwijl de verf nog nat is. De vakman noemt dit 'gassing'. Het is een herkenbaar gevecht tegen de natuurwetten. De enige oplossing is vaak het werkritme aanpassen aan de stand van de zon; eerst de schaduwzijde, dan pas de zonkant wanneer de ondergrond is afgekoeld en de lucht in het hout tot rust is gekomen.

In de betontechnologie is lucht geen mening, maar een getal. De NEN-EN 206-1 vormt samen met de Nederlandse aanvulling NEN 8005 het wettelijke kader voor de samenstelling van betonmortel. Voor beton dat wordt blootgesteld aan vorst en dooizouten, zoals in de milieuklassen XF2 tot en met XF4, is een minimaal volume aan kunstmatig ingebrachte lucht wettelijk verplicht. Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) stelt de fundamentele eisen aan de constructieve veiligheid. Wanneer ongecontroleerde luchtinsluiting de effectieve doorsnede van een constructie-element teveel reduceert, voldoet het materiaal simpelweg niet meer aan de rekenwaarden uit de Eurocodes. Druksterkteverlies is de harde consequentie. Elke procent extra lucht boven de norm resulteert in een significante daling van de karakteristieke betonsterkte.

Schoon beton kent zijn eigen regels. CUR-Aanbeveling 100 is hier de leidraad die de visuele acceptatie van luchtporiën aan het oppervlak kwantificeert. Het gaat om esthetiek, maar ook om techniek. Voor de bescherming van staalconstructies tegen corrosie is de NEN-EN-ISO 12944-reeks bepalend. Deze norm eist een porievrije film. Pinholes of kraters door knappende luchtbellen zijn hier geen cosmetisch probleem maar een technisch falen. De continuïteit van de coatinglaag is een harde eis voor de duurzaamheidsklasse. In bestekken wordt vaak verwezen naar deze normen om de aansprakelijkheid bij vroegtijdige corrosie vast te leggen. Geen gesloten laag betekent geen garantie.

Lucht als toevalstreffer. De Romeinen wisten het nog niet, maar met hun toevoegingen van dierlijk vet en bloed aan kalkmortels creëerden ze de eerste luchtbelvormers. Onbewust. De organische zuren zorgden voor een microscopisch bellensysteem dat de Romeinse constructies hielp de eeuwen te trotseren. De techniek bleef daarna eeuwenlang hangen in een stadium van trial-and-error. Pas in de vroege twintigste eeuw werd de luchtbel een serieus studieobject binnen de betonchemie.

De grote doorbraak kwam onverwacht. In de jaren 30 van de vorige eeuw in de Verenigde Staten. Wegenbouwers ontdekten dat betonvloeren die met specifieke types cement waren gestort, veel beter bestand waren tegen strenge winters. Het geheim zat in de maling. Er werd gebruikgemaakt van harsen en vetten als maalhulpstof. Deze stoffen fungeerden onbedoeld als oppervlakteactieve middelen. Ze sloegen lucht in de specie. Een toevallige ontdekking die de moderne betontechnologie fundamenteel veranderde. De 'air-entrained concrete' was geboren.

Parallel hieraan liep de mechanisering van de bouwplaats. Voor 1920 was verdichting een kwestie van pure mankracht. Stampen tot de lucht eruit was. De uitvinding van de interne trilnaald zorgde voor een paradigmaverschuiving. Lucht werd van een onzichtbaar risico een beheersbare factor. In de schilderwereld veranderde de dynamiek door de verschuiving van trage natuurlijke oliën naar snelle polymeersystemen. De tijd die een bel had om naar het oppervlak te drijven, kromp plotseling. Innovatie dwong verwerkers tot nieuwe methoden. Chemische ontluchters en mechanische hulpmiddelen werden de standaard. Het gevecht tegen de porie werd een exacte wetenschap.

• https://betonhuis.nl/betonmortel/hulpstoffen-voor-beton
• https://www.vhb-hulpstoffen.nl/hulpstoffen/luchtbelvormers/
• https://schepenscompany.be/nl/oplossing/holtes-aan-het-oppervlak
• https://www.encyclo.nl/begrip/luchtbellen
• https://www.encyclo.nl/begrip/luchtbel
• https://huysman-schilderwerken.nl/waardoor-ontstaan-blaasjes-in-verf-en-hoe-voorkomt-u-dit/