Viscositeit

Stelt u zich eens voor, hoe soepel een vloeistof door een leiding perst, of juist met welke moeite een dikke laag verf zich laat aanbrengen. Dat is viscositeit in de praktijk. Het beschrijft simpelweg de interne wrijving binnen een vloeistof, de weerstand die deeltjes bieden wanneer ze langs elkaar willen bewegen. Weinig weerstand? Dan spreken we van een lage viscositeit; de vloeistof vloeit als water, ongehinderd. Veel weerstand? Een hoge viscositeit, dan heb je te maken met iets stroperigs, denk aan honing of, nog erger, bitumen. In de bouw is dit geen abstract concept, zeker niet. Het beïnvloedt de verwerkbaarheid van bijna alles wat vloeibaar is, betonmortel, verf, kit, noem maar op. En die temperatuur, oh die is een sluwe factor: wordt het warmer, dan wordt de meeste vloeistof dunner, de viscositeit neemt af. Kouder, dan wordt het taaier. Dat is een cruciaal detail voor iedereen op de bouwplaats die materialen moet verwerken.

Niet elke vloeistof gedraagt zich hetzelfde onder spanning, weet je wel. Sommige vloeistoffen, de zogenaamde Newtoniaanse vloeistoffen, zijn redelijk voorspelbaar: hun viscositeit, of stroperigheid, blijft nagenoeg constant, ongeacht de snelheid waarmee je ze beweegt of roert. Denk aan water, veel oliën, of een standaard oplosmiddel; de interne weerstand die ze bieden, verandert niet zomaar als de schuifspanning toeneemt. Die zijn gemakkelijk in de omgang, zeggen we dan.

Maar dan heb je de Non-Newtoniaanse vloeistoffen, en die zijn een heel ander verhaal. Dit is waar de complexiteit voor de bouwprofessionals vaak schuilt. Bij deze materialen verandert de viscositeit wel degelijk met de toegepaste schuifspanning. Neem nu betonmortel, verse verf, een lijm, of een afdichtingskit. Hoe harder je deze materialen beweegt of bewerkt (bijvoorbeeld pompen, spuiten of smeren), hoe dunner (schuifverdunnend) of juist dikker (schuifverdikkend) ze kunnen worden. Dit fenomeen heeft directe invloed op de verwerkbaarheid, hoe het materiaal vloeit, of het zich laat verspuiten, en uiteindelijk hoe het eindresultaat eruitziet. Het is cruciaal om dit gedrag te kennen en te begrijpen, anders sta je voor verrassingen op de bouwplaats.

Alsof het nog niet ingewikkeld genoeg was, spreken we ook over verschillende ‘soorten’ viscositeit, die elk een specifiek aspect van de vloeistofeigenschappen belichten. Allereerst is er de dynamische viscositeit, vaak simpelweg aangeduid als 'viscositeit' of 'absolute viscositeit'. Dit is de primaire maat voor de interne wrijving, de weerstand die een vloeistof biedt tegen stroming of vervorming onder schuifspanning. Het vertelt je direct hoe stroperig een vloeistof is en hoeveel kracht je nodig hebt om het te verplaatsen. De eenheid hiervoor is de Pascal-seconde (Pa·s) of Poise.

Daarnaast hebben we de kinematische viscositeit. Dit begrip combineert de dynamische viscositeit met de dichtheid van de vloeistof. Kinematische viscositeit is bijzonder relevant wanneer de zwaartekracht de voornaamste drijvende kracht is voor de stroming, bijvoorbeeld bij het uitvloeien van een vloeistof uit een trechter of het egaliseren van een vloeistof op een horizontaal oppervlak. Het beschrijft de weerstand tegen stroming onder invloed van de eigen massa, vrij van externe krachten. De eenheid hiervoor is vierkante meter per seconde (m²/s) of Stokes. Het onderscheid tussen dynamisch en kinematisch is fundamenteel voor de correcte keuze en verwerking van bouwmaterialen; denk aan de pompbaarheid van beton versus de uitvloei van een zelfnivellerende dekvloer.

Hoe vertaalt al die theorie zich nu naar de werkvloer? Dat is de crux, toch. Denk eens aan een cementdekvloer die zichzelf moet nivelleren; de juiste kinematische viscositeit is dan essentieel. Te dun, en het loopt overal naartoe, moeilijk te controleren. Te dik, en het trekt niet vlak, een ramp voor de afwerking.

Of neem het verpompen van betonmortel over lange afstanden. Hier speelt dynamische viscositeit een hoofdrol. Een te hoge dynamische viscositeit betekent dat je enorme pompdruk nodig hebt, wat meer energie vreet en de slijtage van de pomp versnelt. Is de mortel echter te vloeibaar, dan ontstaat het risico op ontmenging, waarbij de zware aggregaten naar beneden zakken en het fijne cementwater omhoog komt. Geen gezicht, en zeker geen sterke constructie.

En wat te denken van die koude winterdag waarop je een kitkoker moet leegpersen? Die kit, normaal gesproken redelijk soepel, voelt dan aan als bijna bevroren boter. De viscositeit is door de lage temperatuur flink toegenomen, waardoor je je een breuk duwt om een constante, strakke ril te krijgen. Dat is een directe ervaring met hoe temperatuur de verwerkbaarheid van materialen beïnvloedt; de interne wrijving van de moleculen neemt exponentieel toe bij lagere temperaturen.

Een ander treffend voorbeeld is de verf die je op de muur smeert. Die wil je dun genoeg dat hij soepel vloeit onder de roller of kwast (een lagere viscositeit onder schuifspanning, een non-Newtoniaans, schuifverdunnend gedrag), maar niet zó dun dat hij direct van je kwast afdruipt of zakt op een verticale ondergrond. Hier zoek je de perfecte balans, een slim geformuleerde vloeistof die zich precies goed gedraagt, zowel tijdens het aanbrengen als kort erna, voordat hij begint te drogen.

Directe wetgeving die de term 'viscositeit' als zodanig definieert of dwingend voorschrijft, bestaat doorgaans niet. Het zit net iets anders in elkaar. Wat wel cruciaal is in de bouw, zijn de vele productnormen en bouwregelgeving die de verwerkbaarheid en de uiteindelijke prestaties van materialen vastleggen.

Viscositeit, in al zijn facetten, dynamisch, kinematisch, Newtoniaans of non-Newtoniaans gedrag, is een onderliggende, bepalende factor voor deze verwerkbaarheid. Denk aan de consistentie van verse betonmortel, de vloeieigenschappen van een gietvloer, of de spuitbaarheid van een coating. Deze eigenschappen, die direct gekoppeld zijn aan de viscositeit, worden in nationale en Europese normen, zoals diverse NEN-EN-normen voor bouwmaterialen, vastgelegd. Dit gebeurt vaak door middel van eisen aan vloeimaat, verspreidingsmaat, of andere indirecte methoden die de stromingsweerstand kwantificeren. Het doel? Kwaliteitsborging, veiligheid op de bouwplaats en de zekerheid dat een product naar behoren functioneert onder de gespecificeerde omstandigheden.

De mensheid heeft door de eeuwen heen altijd al intuïtief de 'stroperigheid' van materialen begrepen. Van het smelten van bitumen voor waterdichting in de oudheid tot het mengen van mortels en verven, de praktische ervaring met de vloei-eigenschappen van vloeistoffen was alomtegenwoordig, zij het zonder formele theoretische onderbouwing. Men wist, zonder er een naam aan te geven, dat warme teer anders vloeide dan koude, en water gemakkelijker dan modder.

Het was Isaac Newton die in de late 17e eeuw de basis legde voor een wetenschappelijke benadering van viscositeit. Hij stelde dat de weerstand die een vloeistof biedt tegen vervorming, oftewel de schuifspanning, evenredig is met de snelheid waarmee de lagen van die vloeistof langs elkaar schuiven. Dit fundamentele principe van Newtoniaanse vloeistoffen was een doorbraak, een kwantificeerbare benadering van wat voorheen enkel een zintuiglijke waarneming was. Zijn werk transformeerden het begrip van vloei van een kwalitatieve observatie naar een meetbare grootheid.

Echter, de directe toepassing en verfijning van deze concepten in de bouwsector kwamen pas veel later echt op gang. Eeuwenlang bleef de materiaalkunde in de bouw sterk empirisch. Met de industriële revolutie en de opkomst van meer geavanceerde materialen, denk aan portlandcement, moderne coatings en polymeren, werd het cruciaal om de verwerkbaarheid en de uiteindelijke prestaties nauwkeurig te kunnen voorspellen en controleren. De behoefte aan consistente kwaliteit en efficiënte verwerking op grote schaal dwong de bouwsector om verder te kijken dan alleen het blote oog. Laboratoria begonnen in de 20e eeuw methoden te ontwikkelen om de viscositeit van bouwmaterialen te meten en te standaardiseren, van de consistentie van betonmortel tot de vloeieigenschappen van verf, waardoor het van een louter academisch concept evolueerde naar een onmisbare parameter in materialenonderzoek en kwaliteitsborging.

• https://www.joostdevree.nl/shtmls/viscositeit.shtml
• https://fastercapital.com/nl/inhoud/Viscositeit--inzicht-in-de-impact-van-stromingsderivaten-op-viskeuze-vloeistoffen.html
• https://pcebrookhuis.nl/viscositeit-wat-is-het-en-hoe-meet-je-het/
• https://www.noppertbeton.nl/nb/producten/betonmortel/zelfverdichtend-beton