De waterabsorptie van natuursteen: als een spons

Laat een waterdruppel op een onbehandelde steen vallen, en je zal zien dat deze zich snel uitspreidt over het oppervlak. Dat komt omdat de oppervlaktespanning tussen steen en water laag is. Je mag als het ware beweren dat een waterdruppel graag in contact is met een steenoppervlak. We noemen dat steenoppervlak zelfs hydrofiel.

Dit is een oppervlakkig verschijnsel maar er zijn wel gevolgen aan verbonden zijn. Elke steen is namelijk poreus en die porieruimte is een voorzetting van het oppervlak. Valt onze druppel ter hoogte van een porie, dan zal deze niet enkel uitspreiden over het zichtbare oppervlak, maar ook over het porieoppervlak binnenin de steen. De steen zuigt als het ware de druppel op, een fenomeen dat we capillariteit noemen.

Deze kracht is zo sterk dat de steen ook druppels tegen de zwaartekracht in kan opzuigen. Dit fenomeen is verantwoordelijk voor opstijgend grondvocht in vloeren en muren, indien deze rechtstreeks in contact staan met grondvocht. De capillaire zuigkracht is ook omgekeerd evenredig met de poriegrootte. Hoe fijner de porie, hoe sterker de zuigkracht. Maar bij poriën van enkele millimeter grootte is deze zuigkracht niet meer relevant. Travertijn bijvoorbeeld heeft voornamelijk centimetergrote poriën en een erg lage capillariteit. Maar bij de meeste stenen bevinden de dominante poriëngroottes zich in de orde van 1 µm en is de zuigkracht vrij hoog.

Uit de lucht

Het is zelfs zo dat watermoleculen uit de lucht op het oppervlak gaan adsorberen (met een d, inderdaad). Dat is het hechten van een stof aan het oppervlak van een andere stof en verloopt in functie van de luchtvochtigheid (die de dampdruk van water voorstelt). Hoe hoger de dampdruk, hoe meer laagjes watermoleculen zich tegen een poriewand hechten en dus hoe meer water de steen opneemt. We zeggen dat een steen hygroscopisch is. Als deze laagjes dik genoeg worden, vullen ze de fijnste poriën (tot ongeveer 0,2 µm).

Door deze zuigkracht wordt water doorheen een steen getransporteerd naar plaatsen waar kleinere poriën droog zijn, typisch van een vochtbron richting een drogingsvlak. Soms liggen deze in elkaars verlengde, bijvoorbeeld bij opstijgend grondvocht, maar soms gaat dit om hetzelfde oppervlak, bijvoorbeeld aan een buitengevel onderhevig aan slagregen. Hierbij is van belang hoeveel water getransporteerd wordt en hoe snel. Dat debiet hangt af van de beschikbare capillaire porieruimte en dus ook van de absolute porositeit. De snelheid is afhankelijk van de capillaire zuigkracht en dus de poriegrootte.

TDK -

Absorptieproeven

Deze eigenschappen worden gedefinieerd door gestandaardiseerde laboproeven. Een volume met vaste afmetingen, bijvoorbeeld een cilinder van 5 centimeter hoogte en 5 centimeter diameter, wordt met de voeten in een waterreservoir geplaatst. De gewichtstoename, als een maat voor de hoeveelheid opgezogen water, wordt dan gemeten in functie van de tijd. Zolang de steen niet verzadigd is, is deze zuiging vrij constant. Ze wordt weergegeven als de capillaire absorptiecoëfficiënt en drukt de hoeveelheid water voor, opgezogen per oppervlakte- en tijdseenheid.

Hoe hoger de capillaire absorptiecoëfficiënt, hoe meer en hoe sneller de steen water opzuigt. Bij verzadiging neemt deze absorptie af en dit punt wordt de capillaire verzadiging genoemd, uitgedrukt in massa water per massa steen Hoe hoger de capillaire verzadiging, hoe meer absoluut volume water een bepaald volume steen kan opzuigen. Algemeen zijn het voornamelijk poreuze kalkstenen en zandstenen die een hoge capillaire absorptiecoëfficiënt en verzadiging vertonen. Compacte kalksteen, travertijn, marmer, graniet, gneiss, leisteen en basalt hebben eerder lagere waarden.

Van hydrofiel naar hydrofoob

Voor gesteenten die gebruikt worden in een buitenomgeving kan de waterabsorptie een indicator zijn voor mogelijke vorstgevoeligheid van de stenen en voor verkleuring of biologische groei. Voor binnen is de waterabsorptie relevant voor toepassingen waar natuursteen in contact komt met water, zoals badkamerbetegeling en keukenbladen of -vloeren. Hier is het belangrijk om er rekening mee te houden dat waterabsorptie kan leiden tot visuele veranderingen door vochtigheid, hogere gevoeligheid voor vlekvorming en hechting van vuil in de oppervlaktetextuur. Capillariteit is ook de onderliggende oorzaak van mogelijke cirkelvormige verkleuring bij de dottenplaatsing, bij alle gesteentetypes.

Preventieve behandelingen zijn ook voornamelijk van nut in binnentoepassingen. Hiermee wordt typisch een onzichtbaar dun waterafstotend laagje op het steenoppervlak aangebracht, waardoor dit verandert van hydrofiel naar hydrofoob. Dit product werkt evenwel zeer oppervlakkig en er mag dus geen andere waterinfiltratie zijn dan via het behandelde oppervlak. Dat is onder meer het risico bij buitentoepassingen, waar afwatering veel complexer is. Indien er een andere vochtbron is, kan het water opstapelen onder de hydrofobe laag waardoor de gevoeligheid voor vorst- en zoutschade kan toenemen.