Oplosbare zouten die via het grondwater gebouwconstructies in trekken, laten zich stoppen door speciale zoutremmers. Inkapseling in capsules voorkomt dat deze ‘antiklontermiddelen’ vroegtijdig uitspoelen, blijkt uit promotieonderzoek van Ameya Kamat. Hij gebruikte een techniek uit de farmaceutische industrie voor gedoseerde afgifte van de remmers. Vooral voor kwetsbare monumenten is dat een interessante innovatie. 

Zouten die binnendringen in poreuze bouwmaterialen, zoals metsel- en stucwerk, kunnen forse schades veroorzaken. Wanneer het vocht verdampt, ontstaan zoutkristallen. Pleisterlagen en voegen worden daardoor kapot gedrukt. In laboratoriumopstellingen is het gelukt dit proces af te remmen met middelen die de vorming van kristallen tegengaan. Gewoon door ze in de kalkmortel te mengen. Dit is een veelbelovende ontwikkeling, met name voor mortels die gebruikt worden bij restauraties en renovaties. Veel monumentale gebouwen krijgen namelijk met dit probleem te maken, omdat zouten via optrekkend vocht in pleisterlagen terechtkomen. “Voor reparaties aan monumenten kun je niet iedere moderne mortel gebruiken. Het moet compatibel zijn met de bestaande materialen, anders zal de schade toenemen”, vertelt onderzoeker Ameya Kamat. “Daarom richtte mijn onderzoek zich in de eerste plaats op het gebruik van zoutremmers in traditionele renovatiemortels. Hoe effectief zijn deze, en hoe kun je voorkomen dat deze remmers vroegtijdig uitspoelen? Want als dat gebeurt is het een kortstondige oplossing.”

Antiklontermiddel in je muur

De Indiase onderzoeker, die verbonden is aan de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen (CiTG), belandde bij Bouwkunde via de onderzoeksgroep Erfgoed & Architectuur. Erfgoedonderzoekers worstelen al langer met het probleem van zouten in renovatiemortels. Dankzij eerder onderzoek in het Microlab van CiTG wist Kamat daar veel van. 

Om te beginnen onderzocht hij in het laboratorium in hoeverre zoutremmers werkelijk effectief zijn. Aan verschillende soorten mortels voegde hij zijn gekozen remmer toe: de chemische stof natriumferrocyanide. Klinkt gevaarlijk, maar is feitelijk vrij onschuldig omdat het giftige cyanide aan ijzer is gebonden. De stof wordt ook gebruikt als antiklontermiddel in tafelzout: het voorkomt namelijk dat kristallen ontstaan. Bij versnelde verouderingsproeven bleken de mortels met deze toevoeging veel beter bestand tegen schade door zoutindringing dan mortelmengsels zonder. Bovendien was er geen waarneembaar effect op de prestaties van de mortels bij gebruik van 1 procent zoutremmer. 

Een beschermend jasje van biopolymeren

Vervolgonderzoek naar uitspoelen van de remmers pakte minder positief uit. Aangezien natriumferrocyanide zeer makkelijk oplost in water, verdween het middel bij onderdompeling van de proefstukken razendsnel uit de mortels. “Binnen tien dagen was tachtig procent weggespoeld”, vertelt Kamat.

Kamat ging dit probleem te lijf met een techniek voor gerichte medicijnafgifte uit de farmaceutische industrie. Hij gebruikte twee tegengesteld geladen biopolymeren: grote, natuurlijk voorkomende moleculen. Het lukte hem de remmer een eerste jasje te geven met alginaat, een stof die uit zeewier wordt gewonnen. “Het vormt als het ware een net rond het molecuul”, vertelt Kamat. “Als de zuurgraad omlaag gaat, gaan de mazen van dit net open.”

Aangezien de zuurgraad in mortels sowieso laag is, voegde hij een extra ‘bewaker’ toe. Hij dompelde het mengsel onder in een bad van chitosan – dezelfde stof waaruit het pantser van een krab is opgebouwd. Dit zorgt bij een lage zuurgraad juist voor samentrekking van het net. De capsules die op deze manier ontstaan, geven een gecontroleerde afgifte. In tests bij lage zuurgraden bleken ze uitstekende bescherming te bieden tegen uitspoelen van de zoutremmers. In een uitgeharde mortel haalde hij een soortgelijk resultaat. 

Tot slot voerde Kamat versnelde verouderingstests uit in het laboratorium om te bepalen of zijn ingekapselde inhibitor nog steeds zoutschade voorkwam. De test was een doorslaand succes.  De zoutschade bleek minimaal, evenals de hoeveelheid uitgespoelde zoutremmer. De capsules hadden bovendien geen negatief effect op de prestaties van de mortel.

Kamat tekende een stripverhaal om uit te leggen hoe zijn vondst precies werkt. Water, zout, het antiklontermiddel en de onderzoeker zelf spelen daarin een hoofdrol.

Mortelproducenten hebben inmiddels interesse getoond in het innovatieve procedé. Industriële productie is naar verwachting vrij eenvoudig. Gebruik van middelen voor gerichte afgifte is een bekend procedé uit de farmaceutische industrie en de kosten zijn beperkt. “Maar er is nog veel onderzoek nodig naar de ideale chemische samenstelling van de capsules. Dat laat ik aan de industrie over.”

Gepubliceerd: oktober 2024

Meer informatie

• Alle afbeeldingen in dit artikel zijn gemaakt door en eigendom van Ameya Kamat.
• Ameya’s volledige thesis, getiteld ‘Improving salt weathering resistance of hydraulic mortars with an encapsulated crystallisation inhibitor’, is te lezen in de repository van de TU Delft.
• Ameya Kamat verdedigt zijn proefschrift op vrijdag 25 oktober 2024 om 10:00.