4.5 Proeven ter bepaling van de duurzaamheid

Update: juni 2013

4.5.1 Vorstbestendigheid

Afb. 30 Typische vorstschade aan een buitenbetegeling uit natuursteen.
De vorstbestendigheid is zonder twijfel de belangrijkste duurzaamheidskarakteristiek voor buitentoepassingen. Een slechte keuze van de steensoort in dit opzicht leidt immers tot de snelle verwering ervan, met uiteindelijk vaak de vervanging van de aangetaste elementen tot gevolg.

De beoordeling van deze eigenschap in het laboratorium is echter zeer complex omwille van de volgende redenen:

  • de term 'natuursteen' omvat een groot aantal steensoorten van verschillende aard en met erg variabele eigenschappen. Afhankelijk van de steensoort kan de open porositeit bijvoorbeeld schommelen tussen waarden die bijna gelijk zijn aan nul en waarden van om en bij de 50 vol%. Ook de druksterkte kan variëren van enkele N/mm2 tot meer dan 300 N/mm2 voor de hardste steensoorten

  • natuursteen is een van de weinige bouwmaterialen die gebruikt kunnen worden voor tal van buitentoepassingen : betegelingen, ondermuren, metselwerk, …, en kan aldus blootstaan aan verschillende niveaus van vorstbelasting. Een vorstbestendigheidsproef moet bijgevolg een of meerdere variabele parameters bevatten (graad van waterimpregnatie, aantal cycli, …), om deze grote variabiliteit in aanmerking te nemen (WTCB-dossier nr. 2011/4.12).

4.5.1.1 Proefmethoden

Gedurende het laatste decennia heeft de genormaliseerde proefmethode voor de bepaling van de vorstbestendigheid van natuursteen verschillende ingrijpende veranderingen ondergaan. Vóór het verschijnen van de eerste Europese norm (NBN EN 12371) in 2001 beschikten we in België over een methode (gebaseerd op de NBN B 27-009) die rekening hield met de diverse toepassingen in het gebouw en waarvan de resultaten op betrouwbare wijze geïnterpreteerd konden worden in termen van gebruik. Met het verschijnen van de Europese norm werd een proefmethode geïntroduceerd die fundamenteel verschillend was van de oude Belgische norm. In de overgangsperiode werden nog steeds beide proefmethoden aangewend aangezien de ervaring met de nieuwe methode beperkt was en er geen gebruikscriteria geformuleerd waren in de Europese norm. Vandaar dat de eerste natuursteenfiches resultaten van deze twee testmethoden bevatten. In 2010 werd de ervaring van de laatste jaren met de nieuwe vorstproef omgezet in kleine aanpassingen van de proefmethode. Eén van de belangrijkste veranderingen die werd ingevoerd, is het terugbrengen van het maximaal aantal uit te voeren vorstcycli van 240 cycli naar 168 cycli om de duur van de proef drastisch in te korten. Hoewel voor officiële testresultaten steeds de nieuwste Europese norm gebruikt dient te worden, kan de Belgische proefmethode nog steeds toegepast worden voor indicatieve testresultaten.

4.5.1.1.1 Europese methode

Proefmethode – Referentie : NBN EN 12371 : 2010


De NBN EN 12371 stelt twee proefmethoden voor :

  • een identificatieproef, waarbij achtereenvolgens een aantal identieke cycli uitgevoerd wordt tot er een breuk optreedt. Men gaat ervan uit dat de breuk bereikt is wanneer ten minste twee proefstukken als beschadigd beschouwd kunnen worden aan de hand van een van de volgende criteria :
    • de waarde, die toegekend werd tijdens het visuele onderzoek is groter dan of gelijk aan 3
    • de vermindering van de dynamische elasticiteitsmodulus is groter dan of gelijk aan 30%

  • een technologische proef, gedurende welke de proefstukken een bepaald aantal vorst-dooicycli – bepaald in de overeenkomstige productnorm (doorgaans 48) – ondergaan. Na deze cycli onderzoekt men het verlies van mechanische sterkte van de proefstukken (in druk of in buiging, afhankelijk van de beschouwde toepassing). Om aan deze proef te voldoen, moet het gemiddelde verlies van mechanische sterkte kleiner zijn dan 20 %, wat overeenstemt met klasse F1.
In beide gevallen gebeurt de voorafgaande impregnatie met water door geleidelijke onderdompeling gedurende 48 uur. Het aantal proefstukken en de afmetingen ervan zijn afhankelijk van het proeftype :

  • voor de identificatieproef moeten zeven proefstukken van 50 cm x 50 cm x 300 cm onderzocht worden. Voor schisteuze gesteenten mag er een uitzondering op de afmetingen gemaakt worden, zolang de dikte minimum 13 mm is

  • voor de technologische proef moeten de proefstukken beantwoorden aan de voorschriften uit de mechanische proefnormen :
    • twee reeksen van tien proefstukken (kubussen met een zijde van 50 of 70 mm of cilinders met een diameter en een hoogte van 50 of 70 mm) voor de bepaling van de druksterkte (NBN EN 1926)
    • twee reeksen van tien proefstukken voor de bepaling van de buigsterkte (prisma's met een dikte tussen 25 en 100 mm, een breedte tussen 50 mm en drie maal de dikte en een lengte gelijk aan zes maal de dikte) (NBN EN 12372).
Belangrijke opmerking:
Om de 5 jaar kunnen de Europese normen herzien worden en kunnen de proefmethoden gewijzigd worden, hetgeen ook geldt voor deze norm. Een wijziging in de proefprocedure kan een wijziging in de proefresultaten betekenen, maar deze verschillen zullen niet in die mate optreden dat ze het vroegere resultaat beïnvloeden.

Proefmethode – Referentie : NBN EN 12371 : 2002

De oude proefmethode van 2002 onderscheidt zich van de nieuwe (2010) door:

  • de identificatieproef :
    • het aantal cycli bedraagt 240 en de intermediaire cycli zijn verschillend
    • er is geen uitzondering op afmetingen voor schisteuze gesteenten
    • de volumieke massa wordt gemeten, wanneer er een vermindering groter dan of gelijk aan 1 % wordt vastgesteld. De codificatie is lichtjes anders.

  • de technologische proef : het aantal proefstukken voor het testen van de drukweerstand voor en na de proef is gelijk aan 10.
Proefmethode – Referentie : NBN B 27-009/A2 : 1996

De oude Belgische norm van 1996 beschrijft een volledig andere proefmethode dan de nieuwe Europese (2010).

Na droging tot een constante massa worden de proefstukken (vijf tegels van 20 cm x 20 cm x de gebruikte dikte) geïmpregneerd bij een onderdruk (uitgedrukt in mmHg) die afhankelijk is van de toepassing van de steen. Vervolgens worden ze onderworpen aan 25 vorst-dooicycli in de vrieskist, gedurende welke een van de zijden van de proefstukken blootgesteld wordt aan vorst. De 25 cycli bestaan uit 10 cycli met tot -15 °C afgekoelde lucht en 15 cycli met tot
-5 °C afgekoelde lucht. Aan het einde van de proef worden de proefstukken gedroogd en onderworpen aan een visueel onderzoek. Men bepaalt hun verlies aan dynamische elasticiteitsmodulus met behulp van metingen van de buigresonantiefrequentie (vóór en na de cycli). Opdat de steensoort voor de onderzochte toepassing beschouwd zou kunnen worden als vorstbestendig, mag geen enkel van de proefstukken zichtbare schade vertonen, noch een verlies van dynamische elasticiteitsmodulus van meer dan 20 %.

De TV 205 maakte eveneens melding van de mogelijkheid om de vorstbestendigheid te beoordelen door middel van het GC-criterium uit de NBN B 27-010. Aangezien deze onrechtstreeks op de capillariteit gebaseerde methode tegenwoordig enkel nog op aanvraag toegepast wordt, gaan we er hier niet dieper op in.

4.5.1.2 Aanbevelingen

Afhankelijk van de gebruikte methode en de beoogde toepassing, zou de steensoort moeten voldoen aan de voorschriften uit tabel 17. Wat de Europese norm betreft, verwijst de tabel enkel naar de identificatieproef, aangezien de technologische proef volgens ons ongeschikt is voor het merendeel van de toepassingen van natuursteen in gebouwen.

Tabel 17 Specificaties voor de vorstbestendigheid, afhankelijk van de toepassing.
BUITENTOEPASSINGEN METHODE
Belgische methode NBN B 27-009 (mm Hg) (1) Europese methode
NBN EN 12371 (2010)
(aantal cycli)
Bestratingen en vloerbedekkingen 650 140
Elementen in contact met de grond 650 140
Opgaande, niet-verticale delen of elementen die uit het gevelvlak springen 600 84
Elementen van massief metselwerk 500 56
Dunne (geventileerde) gevelbekledingen 400 14
(1) De geteste steen moet voldoen aan de proef na impregnatie met water bij de aangegeven onderdruk.

4.5.1.3 Gecombineerde werking van vorst en dooizouten

Het is geweten dat bepaalde materiaaltypes (zoals bijvoorbeeld beton) gevoeliger zijn voor de werking van vorst in aanwezigheid van zouthoudend water dan bij contact met zuiver water. Voor natuursteen zijn er hieromtrent weinig gegevens bekend en bestaat er geen enkele genormaliseerde proefmethode waarmee het mogelijk is deze gecombineerde werking te simuleren. Maar het CEN (Europees Comité voor Normalisatie) is hier actief mee bezig en een TR (Technical Report) specifiek voor natuursteen is klaar voor publicatie.

Afb. 31 Afschilfering van een ondermuur uit graniet tengevolge van een gecombineerde werking van vorst en dooizouten.


Proefmethode – Technisch Rapport (vergelijkbaar met prENV 12390-9 : 2003)


De proef bestaat uit cycli van vriezen in lucht en dooien in water, waaraan 1 % NaCl wordt toegevoegd, een zogenaamde zoutoplossing. De proefstukken worden geconditioneerd in de zoutoplossing en in plastieken zakken gestoken tijdens het vries-dooiproces om zo standaard vrieskisten te kunnen gebruiken en om evaporatie van de zoutoplossing uit de proefstukken te vermijden.

Afhankelijk van het klimaat waarin de proefstukken gebruikt zullen worden, zijn er twee temperatuurregimes toegelaten : van -12 °C tot -18 °C. De veranderingen in de proefstukken kunnen gecontroleerd worden aan de hand van geluidssnelheidsmetingen tijdens de vorst-dooicycli, maar dit is niet verplicht.

4.5.2 Slijtsterkte

Deze eigenschap wordt alleen beproefd op vloerbedekkingen. Ze laat toe het gedrag van een natuursteen ten opzichte van mechanische slijtage na te gaan, als gevolg van wrijving met fijne deeltjes. Een slechte keuze van de vloerbekleding in dit opzicht, zou kunnen leiden tot de snelle verwering van het oppervlak op de meest belaste plaatsen : glansverlies, kleurverschillen, dikteverlies, …

Afhankelijk van de intensiteit van het voetgangersverkeer onderscheidt men doorgaans de categorieën die opgenomen zijn in tabel 18.

GEBRUIK VOORBEELDEN
Intens collectief gebruik Drukke hallen in stations, luchthavens, winkelgalerijen, …
Inkomhallen van woongebouwen met meer dan 30 appartementen
Gemeenschappelijke ruimten van kantoorgebouwen met meer dan 50 werknemers
Supermarkten, groothandelszaken, …
Normaal collectief gebruik Inkomhallen van woongebouwen met minder dan 30 appartementen
Gemeenschappelijke ruimten van kantoorgebouwen met minder dan 50 werknemers
Middelgrote handelszaken
Individueel gebruik Alle particuliere woonvertrekken
Opmerking : in deze categorie zijn de meest belaste oppervlakken deze die rechtstreeks van buiten toegankelijk zijn.
Tabel 18 Klassen van blootstelling van een vloer aan slijtage.

4.5.2.1 Proefmethoden

De proefmethode die door de Europese normen als dé referentie beschouwd wordt, is de Caponproef, waarbij gebruikgemaakt wordt van een slijpschijf van 70 mm. Net zoals bij de vorstbestendigheidsproef is het principe van deze methode fundamenteel verschillend van de Belgische Amslerproef die totnogtoe gebruikt werd. We willen er echter wel op wijzen dat de Amslermethode (hetzelfde principe als de Belgisch Amslermethode maar andere voorwaarden), evenals de Böhmmethode, in de Europese normen vermeld worden als mogelijke alternatieven.

4.5.2.1.1 De Europese methode (Caponproef)

Proefmethode – Referentie : NBN EN 14157 : 2004


Voor deze proef gebruikt men minstens zes prisma's van 10 cm x 10 cm x 2 tot 3 cm. Elke prisma wordt onderworpen aan de schurende werking van een slijpsteen (met dikte van 70 mm) die loodrecht op het te beproeven oppervlak 75 rotaties uitoefent, met toevoeging van een hoeveelheid 'referentieslijpzand' en onder een welbepaalde contactdruk. Na de 75 rotaties gaat men de lengte van de in de steen nagelaten afdruk na.

Proefmethode – Referentie : NBN B 15-223/A1 : 1997

De oude Belgische norm (Amslermethode) van 1997 beschrijft een compleet verschillende proefmethode dan de huidige Europese Caponmethode (2004).

Men onderwerpt een proefstuk waarop een rotatiebeweging wordt uitgeoefend aan de wrijving van een met zand bestrooide gietijzeren tafel. Het proefstuk legt vervolgens een opgelegd parcours af. De slijtsterkte wordt uitgedrukt als het dikteverlies (in mm) voor een parcours van 1000 m. Per steensoort worden aldus vier proefstukken van 7 cm x 7 cm x 4 cm onderzocht.

4.5.2.2 Aanbevelingen

Afhankelijk van de proefmethode en het beoogde gebruik, zou de slijtage van de steen kleiner moeten zijn dan de waarden, opgenomen in tabel 19. Welke proef men ook gebruikt, voor de bepaling van de aanbevelingen houdt men rekening met de gemiddelde waarde van de proefstukken.

GEBRUIK METHODE
Amsler (NBN B 15-223)
(mm/1000 m)
Capon (NBN EN 14157) (mm)
Intens collectief gebruik 4 24
Normaal collectief gebruik 8 35
Individueel gebruik 12 42
Tabel 19 Specificaties voor de slijtsterkte.

4.5.3 Weerstand tegen thermische schokken

Afb. 32 Opmeten van de amplitude van de buiging van gevelplaten.
De proef ter bepaling van de weerstand tegen thermische schokken reproduceert de spanningen die veroorzaakt worden door bruuske temperatuurschommelingen in een steen, wanneer deze blootgesteld wordt aan een sterk bezonde buitenomgeving die in contact kan komen met regen. Ook bij bepaalde binnentoepassingen kunnen dergelijke bruuske temperatuurschommelingen optreden. Dit geldt onder andere voor keukenwerkbladen (contact met zeer hete oppervlakken).

Deze snelle temperatuurschommelingen brengen in de steen temperatuurgradiënten teweeg tussen zijn oppervlak en zijn massa. Dit kan leiden tot differentiële vervormingen in de dikte van de elementen en bijgevolg tot spanningen die de steen kunnen beschadigen. Deze schade treedt meestal op onder de vorm van scheuren, doorgaans ter hoogte van eventuele onderbrekingen in het materiaal (aders, stylolietvoegen, …). Er kunnen ook microscheurtjes ontstaan tussen de korrels van het gesteente, wat dan weer kan leiden tot 'intergranulaire ontbinding'.

Het kromtrekken of buigen van elementen als gevolg van deze intergranulaire ontbinding is een ander type schade dat specifiek is voor marmers sensu stricto en in mindere mate voor marmerachtige kalkstenen. Doordat hun planafmetingen doorgaans veel groter zijn dan hun dikte, komt dergelijke verwering vooral voor bij dunne gevelelementen (afbeelding 32). Voor de bepaling van dit fenomeen werd de norm prEN 16306 'Weerstand van marmers tegen thermische cycli en vocht' ontwikkeld (WTCB-dossier nr. 2008/3.13).

4.5.3.1 Voor alle steentypes behalve marmers sensu stricto

Proefmethode – Referentie : pr EN 14066 : 2012


Voor het uitvoeren van de proef zijn in totaal 20 proefstukken nodig. Deze kunnen variabele afmetingen hebben maar moeten toch voldoen aan een reeks voorwaarden beschreven in de norm. Tien proefstukken worden gebruikt als referentie om het resultaat van de buigsterkteproef aan af te toetsen. De tien andere ondergaan 20 cycli van 24 uur waarvan:

  • 18 uur in een droogstoof bij 70 °C
  • 6 uur in water bij 20 °C.
Na deze cycli worden de tegels gedroogd, waarna men overgaat tot de beschrijving van de eventueel vastgestelde schade (oxidatie, kleurverschillen, scheurvorming, afschilfering, …) en het uitvoeren van de buigsterkteproef. De norm beschrijft ook de mogelijkheid om bijkomende testen vóór en na de duurzaamheidstest te verrichten namelijk, open porositeit, dynamische elasticiteitsmodulus en geluidsvoortplantingssnelheid.

Belangrijke opmerking:
Om de 5 jaar kunnen de Europese normen herzien worden en kunnen de proefmethoden gewijzigd worden, hetgeen ook geldt voor deze norm. Een wijziging in de proefprocedure, zoals in dit geval, kan een wijziging in de proefresultaten betekenen.

De oude proefmethode van 2003 (referentie NBN EN 14066) verschilt van de nieuwe (2012) door:

  • aantal proefstukken en hun afmetingen: zes proefstukken van 20 cm x 20 cm x 2 cm
  • temperatuur van de cycli: 18 uur in een droogstoof bij 105 °C
  • controletesten: massaverlies en verlies van dynamische elasticiteitsmodulus
  • aanbevelingscriteria : steensoorten die een verlies van dynamische elasticiteitsmodulus van meer dan 20 % vertonen of een massaverlies van meer dan 1 % mogen niet gebruikt worden in toepassingen met bruuske temperatuurschommelingen.

4.5.3.2 Enkel voor marmers sensu stricto (buiging)

Proefmethode – Referentie : prEN 16306 : 2012


De buiging wordt gemeten op zes proefstukken (40 cm x 10 cm x 3 cm) die blootgesteld worden aan vocht aan de onderzijde en verwarming aan de bovenzijde met behulp van een in de norm gespecifieerde meetlat en volgens een bepaalde procedure. Het temperatuurinterval gaat van 20 tot 80 °C gedurende 1 cyclus die loopt over 24 uren (tijdens de test wordt een totaal van 50 cycli doorlopen). De 80 °C-temperatuur wordt gemeten op een zwarte referentie, geplaatst op het oppervlak van één van de proefstukken ter controle van de warmte. Het verlies aan buigsterkte wordt bepaald door de 6 referentieproefstukken te vergelijken met de 6 blootgestelde proefstukken.

  1. Verwarmingstoestel
  2. Isolatie
  3. Waterniveau
  4. Filterdoek
  5. Rooster
Afb. 33 De proefopstelling voor de marmerproefstukken tijdens de cycli van de buigingstest.