Hydratatie

Betekenis

Hydratatie is het chemische proces waarbij watermoleculen in een materiaal worden opgenomen; in de bouw betreft dit vooral de reactie van water met cement waarbij het water chemisch gebonden wordt. Deze reactie vormt kiezelzuur-gel (C-S-H) en verstrengelde microkristallen die samen het harde eindproduct (cementsteen, mortel of beton) opleveren.

Toepassing

Hydratatie bepaalt de verharding en sterkteontwikkeling van bindmiddelen en producten.

• Vormen van cementsteen (cement + water).
• Bereiden van mortel (cement + water + fijn toeslagmateriaal).
• Bereiden van beton (cement + water + fijne en grove toeslagstoffen).
• Hydratatie treedt ook op bij gips voor pleisterwerk.

Aandachtspunten

• Hydratatie is exotherm: er komt in korte tijd warmte vrij waardoor betontemperaturen gemakkelijk 40–50 °C of hoger kunnen bereiken.
• Een te hoge temperatuur tijdens verharding vermindert de uiteindelijke sterkte en verhoogt na afkoeling de krimp- en scheurgevoeligheid.
• Na hydratatie koelt de constructie af; die afkoeling leidt tot betonkrimp en kan scheurvorming veroorzaken.
• Hydratatie mag niet voortijdig mechanisch verstoord worden: de gevormde gel en verstrengelde kristallen mogen niet verbroken worden; betonspecie mag na een zekere tijd niet meer verwerkt worden.
• Koeling van het verharde beton (bijvoorbeeld met slangen of buizen met koelmedium) kan hydratatiewarmte tijdens verharding afvoeren en scheurvorming beperken.

Hydratatiewarmte en hydratatiesnelheid

Hydratatiewarmte is de bij hydratatie vrijkomende warmte; de grootte en snelheid van die warmteontwikkeling hangen af van meerdere factoren:

• temperatuur van de specie en van het jonge beton;
• sterkteklasse van het cement;
• water‑cementfactor (wcf);
• fijnheid van het cement (fijnere maling versnelt de hydratatie);
• toepassen van hulpstoffen (plastificeerders, vertragers/versnellers, aluminaten e.d.).

Voorbeelden van hydratatiewarmte: CEM 52,5 N levert ongeveer 345 J/g, CEM III/B 42,5 N levert ongeveer 245 J/g. VLH‑III, IV of V‑cementen zitten in vergelijkbare klassen als CEM‑III, IV of V maar hebben een zeer lage hydratatiewarmte (≤ 220 J/g na 7 dagen) en een vrij trage sterkteontwikkeling.

Chemische reactie (voorbeeld)

Een voorbeeld van hydratatie bij beliet (dicalciumsilicaat, C2S) verloopt volgens: 2 Ca2SiO4 + 5 H2O → 3 CaO·2SiO2·4H2O + Ca(OH)2
Het gevormde product C-S-H (calciumsiliciumhydraten) wordt soms minder correct als CSH geschreven.

Hydratatiegraad

De hydratatiegraad is de verhouding tussen de hoeveelheid cement die al met water heeft gereageerd en de totale hoeveelheid cement; dit getal varieert tussen 0 en 1 en beschrijft de mate van voortgang van het hydratatieproces.