Mortels die worden gebruikt voor reparatie en onderhoudsdoeleinden in monumenten, moeten aan bepaalde eisen voldoen (in § 2 komen we daar op terug). Veel te vaak wordt de diagnose van schade achterwege gelaten. Dat wil zeggen dat er wordt vergeten om te kijken waarom men eigenlijk de mortel wil vervangen. En dat terwijl er toch overduidelijk een reden moet zijn, meestal gelegen in enige vorm van degradatie waardoor de bestaande mortel zijn functie niet meer kan vervullen.
Na een periode waarbij in restauraties van (kalk)metselwerk recepten uit de nieuwbouw - dichte, harde cementvoegen - werden toegepast, is een reactie gevolgd waarin juist weer al te gemakkelijk op basis van een vaag begrip van de oude mortelsamenstelling of een oud recept een reparatiemortel werd voorgeschreven. Voor de keuze van de toe te passen mortel is echter meer nodig dan een analyse van de samenstelling van de oude mortel (of dan het zomaar gebruiken van een oud recept).
In de eerste plaats is de verhouding van bindmiddel en zand bij een oude mortel veelal totaal verschillend van die in een mortel, gemaakt volgens hetzelfde recept, maar dan van moderne materialen. Dunne doorsnede (dunslijppreparaat). Rechts het monster na verharding van de hars, waarin het wordt gedrenkt. De bovenzijde wordt geslepen, waarna er een objectglaasje op wordt gelijmd. Vervolgens wordt het monster parallel aan het objectglaasje afgezaagd en geslepen tot de gewenste dikte (20 tot 30 µm). Het resultaat is links te zien. Fresco op het gewelf van de kerk van Britsum, Friesland.
De locatie en hoeveelheid monstermateriaal dienen in zo'n geval zeer beperkt te zijn en op een onopvallende maar relevante plaats te worden genomen. Overzichtsfoto (PFM) (afmetingen 2,7 × 1,8 mm) van een kalkmortel (B = bindmiddel, Z = zandkorrel). zuiverder dan oude. Hetzelfde geldt tot op zekere hoogte ook voor schelpkalk, ook al wordt deze op traditionele wijze (maar nu beter gecontroleerd) vervaardigd. Daardoor loopt men de kans dat er bij een gelijk aandeel aan kalk uiteindelijk naar verhouding veel meer bindmiddel in de mortel zal zitten. Zo kan een mortel ontstaan met eigenschappen die sterk verschillen van de oude.
Verder zijn er in de loop der jaren allerlei omgevingsfactoren (bijvoorbeeld zoutaanbod) geweest, die invloed op het oude metselwerk hebben uitgeoefend of hebben geleid tot vormen van degradatie (zoals uitloging, verlies aan bindmiddel en gipsvorming). Daardoor hoeft ook een mortel met een vergelijkbare samenstelling niet noodzakelijk compatibel te zijn met de aanwezige materialen. Tenslotte wordt in de huidige uitvoeringspraktijk over het algemeen onvoldoende rekening gehouden met specifieke omstandigheden die voor bepaalde historische mortelsamenstellingen noodzakelijk zijn.
Bij de bespreking van schadegevallen in hoofdstuk 4 is onderzoek naar schadeprocessen uitvoerig aan de orde geweest. In dit hoofdstuk zullen we ons vooral concentreren op het karakteriseren van de aanwezige materialen met behulp van microscopie en chemische technieken. Hierbij komen de mogelijkheden om met deze technieken schadeprocessen te identificeren nadrukkelijk aan de orde. De mogelijkheid om historische gebouwen te bemonsteren hangt in de praktijk van veel factoren af.
Er zijn de nodige randvoorwaarden en beperkingen, die worden bepaald door de historische waarde van het object. Waar mogelijk zal getracht moeten worden niet-destructieve dan wel zo weinig mogelijk destructieve methoden van onderzoek toe te passen. Niettemin zal vaak toch enige bemonstering nodig blijken te zijn, bijvoorbeeld om tot een diagnose van de oorzaak van schade of tot een advies voor een compatibele reparatiemortel te komen. Heel belangrijk is dat van tevoren duidelijk komt vast te staan welke problemen moeten worden onderzocht en waar en welke monsters zullen worden genomen.
Bemonsteren kan in dit kader worden gedefinieerd als het permanent verwijderen van materiaal van een gebouw of constructie met het doel om te komen tot een analyse of een karakterisering van dat materiaal. Het bemonsteren van historische mortels heeft gewoonlijk een analyse ter ondersteuning van een ingreep of wetenschappelijke documentatie als achtergrond. Echter, wat het doel ook is, de kwaliteit van de conclusies hangt af van de kwaliteit en relevantie van de genomen monsters. Uiteraard dienen beschadigingen ten gevolge van het bemonsteren tot een minimum te worden beperkt.
Daar waar sprake is van waardevolle muurschilderingen, zoals te zien is in figuur 35, is het bij uitstek noodzakelijk om omzichtig te werk te gaan. De voorzichtigheid mag echter niet het geven van een goed onderbouwd antwoord belemmeren, zeker wanneer belangrijke instandhoudingstechnische ingrepen noodzakelijk zijn. Zoals al eerder gezegd, vindt bemonstering plaats in een aantal stappen. In beide benaderingswijzen kunnen de mortels worden bestudeerd met technieken die kunnen variëren van een visuele analyse met het blote oog tot geavanceerde laboratoriumanalyses, bijvoorbeeld met behulp van Raster Elektronen Microscopie.
REM opname van de naaldvormige kristallen. De eerste analyse die moet worden uitgevoerd is een visuele inspectie van het gehele gebouw; pas daarna kan de mortel centraal staan. Zo is het van belang om inzicht te hebben in mogelijke verschillende bouwfasen. Dit kan helpen bij het vaststellen welke materialen relevant zijn voor nader onderzoek en bemonstering. Dit is vooral belangrijk in het geval dat variatie in historische materialen en hun ontwikkeling in de loop van de tijd centraal staan. Ook de schadeanalyse is gebaat bij een zo duidelijk begrip vooraf van de materialen die worden bemonsterd: uit welke bouwfase zijn ze, gaat het om oorspronkelijk materiaal of om latere ingrepen en herstellingen enzovoort.
De mortels kunnen worden geïnspecteerd na de algemene visuele analyse van het hele gebouw. Bij de visuele inspectie en bij de daarop volgende bemonstering verdient het aanbeveling een aantal voorzieningen en instrumenten paraat te hebben. De visuele analyse vormt de basis voor een hypothese omtrent schademechanismen en (verschillen in) materiaalsamenstelling. De hypothesen die werden opgesteld bij de visuele inspectie, moeten worden getoetst met een nader onderzoek. Dat onderzoek en de daarvoor benodigde analyseapparatuur bepalen op hun beurt het type monster en de minimale hoeveelheid materiaal die nodig is.
In tabel 11 wordt een aantal analysetechnieken genoemd, samen met het gebied waarvoor ze kunnen worden gebruikt (de vraag die ermee kan worden beantwoord) en de minimum hoeveelheid monstermateriaal. Het is erg belangrijk dat details van de bemonstering, zoals de locatie van de monsters, de staat van conservering (en samenhang) en eventueel het type schade en het doel van het bemonsteren goed worden vastgelegd. Bij het bemonsteren van historische gebouwen zal er zeker geen sprake zijn van een aselecte steekproef, waardoor een statische benadering eigenlijk niet van toepassing kan zijn. Bemonstering zal in het algemeen juist zeer gericht plaatsvinden teneinde specifieke problemen of schadefenomenen, die op basis van de visuele inspectie als relevant voor de instandhouding worden beschouwd, grondig te kunnen analyseren.
Vaak zal de laboratoriumanalyse niet worden uitgevoerd door degene die de monsters neemt. Het verdient wel sterke aanbeveling dat de persoon die de monsters neemt goed op de hoogte is van de mogelijkheden en beperkingen van de voorziene analysetechniek. Om een bemonstering en daaropvolgende analyse tot een goed einde te brengen zijn ervaren medewerkers nodig. Ondanks de groeiende beschikbaarheid van instrumenten en technieken voor nietdestructief onderzoek, vormt het bemonsteren vooralsnog een essentieel onderdeel van de analyse van historische gebouwen. Het doel van de bemonstering kan variëren van schadeanalyse tot documentatie en archeologische beschrijving. De doelstellingen van het onderzoek en daarvan afgeleid het doel van de bemonstering dienen van tevoren grondig te worden bepaald.
Het petrografisch onderzoek is een klassieke onderzoeksmethode uit de geologie, waarbij circa twintig tot dertig micrometer dikke gesteentepreparaten met gebruikmaking van een polarisatiemicroscoop worden bestudeerd in doorvallend wit gepolariseerd licht. Vanwege hun geringe dikte worden de preparaten dunne doorsneden genoemd, of slijpplaatjes, omdat zij met een slijpproces worden vervaardigd. Bij circa twintig tot dertig micrometer dikte zijn de meeste componenten doorzichtig en kunnen hierdoor worden gedetermineerd. Aldus wordt de mineralogische samenstelling van gesteenten bepaald en kan hun interne structuur, ofwel textuur, worden vastgesteld.
Een dunne doorsnede wordt als volgt vervaardigd. Van het gesteentemonster wordt een representatief blokje steen afgezaagd, waarvan één van de vlakken een afmeting heeft van 40 × 25 mm. Na droging bij 60°C wordt dit monstertje onder vacuum geïmpregneerd met een heldere epoxyhars, waaraan een groen fluorescerend pigment is toegevoegd. De impregnatie heeft twee doelen. De interne consistentie van het monster wordt ermee verhoogd, zodat het mogelijk wordt het monster te slijpen. Eén vlak wordt op een glazen plaat met slijppoeders en water vlak geslepen. Na droging wordt dit vlak met een epoxyhars op een objectglaasje gemonteerd. Wanneer de hars is uitgehard wordt zoveel mogelijk gesteente weggezaagd, parallel aan het objectglaasje. Dan vangt het slijpproces aan. Met steeds fijner wordende slijppoeders op een glazen plaat wordt het preparaat op zijn vereiste dikte van circa twintig tot dertig micrometer gebracht (zie figuur 34).
Vervolgens wordt het preparaat met een dun glazen plaatje en met epoxyhars afgedekt. Het slijpplaatje is nu gereed voor het petrografisch onderzoek. Deze techniek kan ook worden toegepast op andere materialen dan natuursteen, waaronder mortels en baksteen. Het petrografisch onderzoek wordt uitgevoerd in doorvallend wit gepolariseerd licht. vast te stellen. Ook degradatie- en rekristallisatieverschijnselen van de mortel zijn op deze manier te onderzoeken. Het onderzoek wint aan informatiegehalte wanneer het contactvlak van de mortel met de baksteen, of natuursteen, in het deelmonster aanwezig is. Hierdoor is informatie te verkrijgen over het soort (bak)steen en over het contact tussen mortel en steen.
Na onderzoek in wit licht, worden de preparaten onderzocht in doorvallend violet licht met een golflengte van 310 nm. Daarbij is in de lichtweg een sperfilter opgenomen als compensator voor het verstrooide violette licht. Het microscoopbeeld is dan vrijwel zwart, want alleen de open structuren zijn nu zichtbaar als groen fluorescerende fenomenen. Ook de microporositeit, resulterend in capillaire eigenschappen van de mortel, is dan zichtbaar, als een diffuus fluorescerend fenomeen. Slechts de aanwezigheid van capillaire poriën kan hiermee worden aangetoond. De grootte van de poriën kan echter niet met deze optische methode worden bepaald. Daarvoor zijn andere technieken beschikbaar, bijvoorbeeld kwikporosimetrie, waarbij de microporiën met kwik worden gevuld of stikstofporosimetrie.
Het petrografisch onderzoek in combinatie met het fluorescentieonderzoek aan kalkmortels is derhalve een onderzoekstechniek aan samenhangend materiaal, waarbij de samenstelling van de mortel kan worden bepaald en gegevens kunnen worden vergaard over de open structuren, al dan niet van secundaire oorsprong in de vorm van degradatieverschijnselen. In geval van historische mortels kan bovendien met het petrografisch onderzoek worden bepaald welke soort kalk is gebruikt: hydraulische steenkalk of niet hydraulische luchtkalk. In hydraulische kalk zijn vaak nog relicten aanwezig van hydrauli-sche mineralen die niet met water hebben gereageerd en hierdoor niet zijn verteerd door de reactie. Bovendien zijn vaak kalkklontjes aanwezig die niet goed gemengd zijn met zand. Daarnaast worden in geval van trashoudende kalkmortels ook relicten aangetroffen van trasdeeltjes, die niet door puzzolane reacties met de vrije kalk en water zijn verteerd. Deze relicten betreffen fijne deeltjes van vulkanische tuf, de grondstof van tras.
In geval van zoutbelaste mortels kunnen soms in open poriën nog kristallen aanwezig zijn van bouwschadelijke zouten. Hierbij moet men wel bedenken dat de bouwschadelijke zouten wateroplosbaar zijn en dat bij het slijpproces tijdens de vervaardiging van de dunne doorsneden water wordt gebruikt. Fenomenen op submicroscopische schaal zijn echter niet met boven omschreven technieken te onderzoeken. Een voorbeeld van specifiek mineralogisch onderzoek is het PFM onderzoek aan baksteen. Het petrografisch onderzoek aan bakstenen richt zich hoofdzakelijk op de porositeit van de stenen. De componenten kunnen weliswaar worden gedetermineerd, maar deze gegevens zijn louter interessant voor bouwhistorisch onderzoek, in verband met de toepassing van lokaal gewonnen klei en zand. Ten behoeve van de keuze van bakstenen voor inboetwerk in historisch metselwerk moet vastgesteld worden welke soort porositeit in de historische steen bepalend is.
Een van de belangrijke eigenschappen van (bak)steen met betrekking tot de compatibiliteit is de vrijwillige wateropname. De zuigkracht van de steen wordt bepaald door de poriënverdeling en de porositeit. De eerste bepaalt de kracht van de zuiging. In het algemeen leiden smallere poriën tot een grotere zuigkracht dan brede poriën. De totale porositeit is bepalend voor de totale hoeveelheid water die via zuiging kan worden geborgen en zo aan de mortel kan worden onttrokken. Traditioneel werd de kwaliteit van de (bak)steen getest door het klinken van de baksteen. De toonhoogte van het geluid wordt bepaald door de porositeit en de hardheid en hangt daardoor samen met de baktemperatuur, die op zijn beurt de kans op de aanwezigheid van fijne poriën bepaalt. Wetenschappelijke analytische technieken stellen ons in staat de kwaliteit van de (bak)steen met meer nauwkeurigheid en meetbaar te bepalen. Het bepalen van het Hallergetal kan daarbij helpen. Dit is een relevante en makkelijk te bepalen grootheid. De laatste jaren wordt ook meer PFM-onderzoek gedaan omdat deze techniek ons in staat stelt de poriënverdeling en de porositeit rechtstreeks te bepalen.
Naarmate de kennis toeneemt, worden ook de traditionele onderzoeksmethoden toegepast bij kalkmortels (zie § 1.4). De meeste historische mortels hebben kalk (portlandiet) als bindmiddel en soms bevatten ze toevoegingen zoals tras. Onderscheid tussen luchtkalk, putkalk en hydraulische kalk heeft belangrijke gevolgen voor gedrag en compatibiliteit. Voegen repareren met kalk, zoals luchtkalk en putkalk, en (natuurlijk) hydraulische kalk hebbenover het algemeen belangrijke voordelen ten opzichte van mortels die gemaakt zijn van cement. Ze zijn zachter en poreuzer, waardoor vocht uit de voegen kan verdampen in plaats van uit de steen. Dit helpt het vochtgehalte in de muur te verlagen en vermindert de ophoping van oplosbare zouten in het stenen oppervlak.
Zoals met alle materialen op basis van kalkdeeg vereist het beste resultaat geduld. Voordat u begint met het repareren van voegen, is het belangrijk om het bestaande voegwerk goed voor te bereiden. Het oude, gebrekkige voegwerk moet worden uitgehakt tot een diepte die gelijk is aan 1,5 tot tweemaal de breedte van de voeg. Het is belangrijk om de achterkant van de voeg grofweg vierkant te maken. Zo kan de nieuwe voegmortel goed hechten aan de stenen. Dit kan worden gedaan met gekamde voegbeitels. Zorg ervoor dat het oppervlak schoon en vrij is van losse stukjes en stof voordat u verder gaat.
Stap 2. Voordat u begint met het aanbrengen van de nieuwe kalkmortel moeten de voegen goed bevochtigd worden. De kalkmortel moet zo droog zijn als praktisch mogelijk is om mee te voegen. Stap 3. Bij het repareren of restaureren van voegen adviseren wij om eerst contact met ons op te nemen voor advies over de meest geschikte kalkmortel of voor het uitvoeren van een mortelonderzoek en analyse. Over het algemeen is bij monumenten van vóór de industriële revolutie een luchtkalkmortel, al dan niet met een hydraulische toeslag, de meest voorkomende keuze. Een goede keuze kan onze veel besproken 3/1 gerijpte putkalk mix zijn, bestaande uit scherp, goed gesorteerd zand en lang gerijpt kalkdeeg. Deze mix kan zowel binnen als buiten worden gebruikt en puzzolaan kan worden toegevoegd in vochtige, vorstgevoelige of zeer blootgestelde situaties om de druksterkte en vorstbestendigheid van de mortel te verhogen.
Het toevoegen van puzzolaan leidt niet tot directe verharding, maar zal na enkele dagen langzaam enige extra druksterkte aan de mortel toevoegen. Als alternatief kan ook een zwakke hydraulische toeslag of NHL-mortel worden gebruikt. Voordat u begint met het repareren van voegen met (put)kalk is het belangrijk om de kalkmortel goed voor te bereiden. Kalkmortels hebben er baat bij als ze minimaal een paar weken voor gebruik worden gemengd. Dit proces wordt ook wel rijpen, in de rot zetten of verouderen genoemd. Wanneer de kalkmortel voldoende heeft gerijpt, moet deze vóór gebruik opnieuw worden “opgeklopt”, “opgewreven” of gestampt om deze kneedbaar te maken. Hierdoor worden de aanwezige luchtbelletjes uit de mortel verwijderd en wordt de consistentie verbeterd. Dit zorgt voor een betere hechting en verdichting van de kalkmortel in de voegen.
Start met voegen aan de bovenkant van de muur, zodat er tijdens het voegen schoongemaakt en beneveld kan worden. Gebruik een voegspijker in de juiste maat en druk de mortel met een zettende beweging vanaf een spaarbord in de voeg. Als de voegen dieper zijn dan 20 mm, is het nodig om deze voor te voegen. Dit doe je om krimpen van de mortel te voorkomen. Werk de voeg af zoals het belendende intacte metselwerk. Strijk de voegen bijvoorbeeld vlak af of maak ze iets verzonken.
Deze stap is van groot belang omdat dit het uiteindelijke visuele beeld van de muur bepaalt en vaak het eerste is wat mensen opvalt bij een restauratie. Zodra de mortel stevig genoeg is om te vegen zonder te smetten maar nog steeds vervormbaar genoeg om te bewerken, is het tijd om de voegen te borstelen, af te vegen of te beslaan. Dit geeft het voegwerk een grovere textuur en benadrukt het aggregaat. Als het voegwerk te grof is kan een zachte stoffer worden gebruikt voor de finishing touch.
De bescherming van de voegen tijdens het uitharden is cruciaal voor het uiteindelijke succes van de restauratie. Bij voegwerk in buitengevels moet er regelmatig schoon water over de voegen worden gesproeid om uitdroging te voorkomen. Het voegwerk moet daarnaast beschermd worden tegen direct zonlicht en wind om scheuren te voorkomen. In de winter is het belangrijk om het voegwerk te beschermen tegen regen en vorst. Hierbij wordt het gebruik van jute doeken aanbevolen in zowel zomer- als winterkwaliteit. 20 kg kalkmortel is ongeveer voldoende voor 3 tot 4 vierkante meter voegwerk met kalk op een gemetselde muur met voegen van 8 mm breed en 16 mm diep. Het is echter belangrijk om te onthouden dat de exacte hoeveelheid kalkmortel die nodig is afhankelijk kan zijn van verschillende factoren. Zoals de grootte van de stenen en de diepte en breedte van de voegen.
Kalk is bijtend. Draag altijd oogbescherming en beschermende handschoenen en kleding en volg de veiligheidsinstructies op de etiketten. Onze adviezen en informatie worden te goeder trouw gegeven. Het is belangrijk dat gebruikers zich ervan vergewissen dat zij een geschikt product hebben gekozen. Let erop dat je niet te laat of te vroeg in het jaar voegen repareert met kalk i.v.m. vorstschade. Het is belangrijk te voorkomen dat zich kort na het aanbrengen vorstkristallen in de mortel vormen. Hier zijn belangrijke verschillen in het gebruik tussen hydraulische, puzzolane en luchtkalkmortels. Bij luchtkalkmortel duurt het uiteindelijke uithardingsproces tot een maand per millimeter dikte. Het kan dus 20 maanden duren voordat mortel tot een diepte van 20 mm is uitgehard. Bij hydraulische mortels wordt aangenomen dat deze vorstbestendig is als een druksterkte heeft van ten minste 2-3 N/mm². Het is echter belangrijk om te benadrukken dat er geen specifieke druksterkte is die de vorstbestendigheid van kalkmortel garandeert. Daarom is het altijd het beste om de instructies van de fabrikant te volgen.
3 Wand berapen met Kalkmortel
De kalkshop raadt aan om een praktijkcursus van één dag te boeken. Zo leer je om onder gecontroleerde omstandigheden en onder toezicht van onze specialisten ervaring op te doen met kalkvoegen. Dit kan zowel bij u op het werk als bij één van onze geselecteerde specialisten. Dit kan een goede manier zijn om de techniek te leren en vertrouwen te krijgen voordat u zelf aan de slag gaat met een project. Zo kan het helpen om fouten en problemen te voorkomen die kunnen ontstaan door gebrek aan kennis of ervaring.
Zo is het duidelijke beeld dat vandaag de dag cement de standaard is in de bouwprakijk, terwijl kalkmortels juist weer in de belangstelling staan vanwege hun compatibiliteit en ademende eigenschappen. De afgelopen decennia is gebleken dat voor het herstel van in kalk opgetrokken metselwerk in de meeste gevallen het beste een op kalk gebaseerde mortel kan worden gebruikt. Deze brochure geeft beknopt informatie over kalkmortels en het gebruik daarvan.
Kernpunten over Kalkmortel voor Restauratie
- Voegen en metselen met kalkmortel biedt betere vochtregulatie en zoutbestendigheid dan cement gebaseerde mortels.
- Hydraulische puzzolanen verhogen de druksterkte en vorstbestendigheid zonder directe verharding te forceren.
- Rijpen en opkloppen van kalkmortel verbeteren hechting en verdichting.
- Niet-destructieve technieken kunnen waar mogelijk toegepast worden, maar bemonstering blijft essentieel voor diagnose.
- Uitgebreide microscopie- en petrografische analyses helpen bij het bepalen van oude kalktypen en porositeit van stenen.
