De verwerking start doorgaans met het mengen van het droge kleipoeder met water in een menginstallatie. Hierbij worden hoge afschuifkrachten gebruikt om een homogene suspensie te verkrijgen. Het resultaat is een thixotrope vloeistof. Bij de uitvoering van diepwanden of boorpalen wordt deze vloeistof direct in de ontgraving gepompt terwijl de graafmachine of boor naar beneden gaat. De vloeistofkolom in de sleuf levert de benodigde hydrostatische druk. Deze druk is essentieel om de wanden van de onbeklede ontgraving te stabiliseren tegen de zijdelingse grond- en waterdruk. Tijdens het proces circuleert de suspensie continu om boorgruis en zanddeeltjes naar boven te transporteren, waar ze door middel van ontzandingsinstallaties uit de vloeistof worden gefilterd voordat de klei weer terug de diepte in gaat.
Een filterkoek ontstaat. Dit gebeurt doordat de kleideeltjes zich afzetten tegen de poreuze wanden van de ontgraving, waardoor de vloeistofstroom naar de omliggende bodem nagenoeg stopt. Bij afdichtingstoepassingen verloopt de methode anders. Hier worden vaak prefab matten of strips geplaatst op de overgang tussen verschillende bouwdelen, zoals bij stortnaden in betonconstructies. Zodra de klei in contact komt met grondwater, begint de zwelreactie. De klei zet uit. Doordat de uitzetting wordt beperkt door de omliggende betonmassa, ontstaat er een enorme interne druk die de klei in elke microscopische scheur of onvolkomenheid dwingt. Het proces is autonoom. De klei reageert op de aanwezigheid van vocht zonder dat daar externe energie of mechanische handelingen voor nodig zijn.
Niet elke uitzettingsklei gedraagt zich identiek. De chemische lading op de kleiplaatjes dicteert de brute kracht van de zwelreactie. Natrium-bentoniet is de onbetwiste marktleider voor waterdichting. Het bezit een ongekende capaciteit om watermoleculen tussen de silicaatlagen te trekken. Het zwelt maximaal. Calcium-bentoniet daarentegen komt vaker voor in de natuur, maar is technisch gezien de zwakkere broeder. De zwelling is beperkter. De deeltjes klonteren sneller samen. Om dit op te lossen, wordt in de industrie vaak gebruikgemaakt van geactiveerde bentoniet. Hierbij wordt calcium door middel van een chemisch proces (sodabehandeling) vervangen door natriumionen. Zo krijgt een inferieur mineraal de eigenschappen van de hoogwaardige natriumvariant. Het resultaat is een voorspelbaar product dat voldoet aan strikte technische eisen voor diepwandopdrachten of bodemafdichting.
De verwerkingsvorm bepaalt de inzetbaarheid. Poeder en granulaat vormen de basis. In de civiele techniek spreken we vaak over bentoniet-suspensies wanneer het poeder is opgelost in water tot een thixotrope vloeistof. Voor constructieve afdichtingen kijken we naar prefab oplossingen. Bentonietmatten, ook wel Geosynthetic Clay Liners (GCL) genoemd, bestaan uit een laag kleipoeder tussen twee lagen geotextiel. Een robuust alternatief voor traditionele kleilagen in stortplaatsen. Voor betonconstructies zijn er zwelstrips. Dit zijn flexibele profielen waarbij de klei is ingekapseld in een matrix van butylrubber of kunststof. De strip laat zich makkelijk op een stortnaad spijkeren. Zodra het beton scheurt en water binnendringt, activeert de klei. Het zet uit. De druk loopt op. De lekkage stopt onmiddellijk.
Verwarring ligt op de loer bij de term 'uitzettingsklei'. In de funderingstechniek en geologie wordt vaak gesproken over expansieve bodems of shrink-swell soils. Dit zijn natuurlijke bodemlagen die rijk zijn aan montmorilloniet maar niet puur genoeg zijn voor industriële toepassingen. Ze vormen een risico, geen oplossing. Bentoniet is de commerciële en technische verzamelnaam voor de zuivere, industrieel ontgonnen varianten. Soms valt de term boorspoeling. Hoewel bentoniet de hoofdbestanddeel is, bevat deze vloeistof vaak polymeren en additieven om de viscositeit bij extreme dieptes aan te passen. Het is een receptuur, geen enkelvoudig materiaal. Het onderscheid tussen een natuurlijk geologisch risico en een bewust toegepast bouwproduct is cruciaal voor de stabiliteit van elk project.
Kijk eens in een diepe bouwput waar de wanden ongestut lijken te staan. Je ziet een troebele, grijze vloeistof die tot aan de rand van de sleuf staat. Dit is de kleisuspensie die de stabiliteit van de omringende grond garandeert terwijl de graafmachine zijn werk doet. Het is een vreemd gezicht; vloeistof die zware grondlagen tegenhoudt. Zodra de graafbak stopt, wordt de suspensie stijf als een soort pudding, om direct weer vloeibaar te worden wanneer de machine de vloeistof in beweging brengt. Dit thixotrope karakter maakt het mogelijk om diep te graven zonder dat de boel instort.
Denk aan de aansluiting tussen een keldervloer en een wand. Een kritiek punt voor lekkages. Hier kom je vaak een zwarte of grijze strip tegen, vastgezet op het harde beton. Op het eerste gezicht lijkt het een gewone rubberen rand. Maar zodra er grondwater door een minuscule scheur binnendringt, activeert de klei in de strip. Het zet uit en perst zichzelf zo vast tegen het beton dat het lek vanzelf stopt. Een zelfherstellend systeem dat geen onderhoud vraagt en pas werkt op het moment dat het echt nodig is. Techniek die reageert op de elementen.
Een ander voorbeeld vind je bij de aanleg van een vijver of een wateropvangbekken op een vervuilde locatie. Grote rollen van wat lijkt op dik vilt worden over de bodem uitgerold. Tussen de lagen textiel zit het kleipoeder opgesloten. Wanneer de mat nat wordt, ontstaat er een ondoordringbare koek. Het vormt een natuurlijke barrière die decennia meegaat zonder te scheuren, omdat de klei flexibel blijft en eventuele zettingen in de ondergrond simpelweg opvangt door mee te bewegen en opnieuw af te dichten.
De naam voert terug naar de Verenigde Staten. Fort Benton, Wyoming. Hier werd eind negentiende eeuw voor het eerst de unieke zwelcapaciteit van dit specifieke kleimineraal gedocumenteerd. Aanvankelijk bleef de toepassing beperkt tot de olie- en gasindustrie. Men gebruikte het als boorspoeling om boorgruis te transporteren en de boorkop te koelen. De doorbraak in de civiele techniek liet op zich wachten tot het midden van de twintigste eeuw. In de jaren vijftig introduceerde de Oostenrijker Christian Veder de diepwandmethode, een innovatie die de funderingstechniek fundamenteel veranderde. De kleisuspensie diende niet langer alleen voor smering. Het werd een cruciaal constructief hulpmiddel om diepe ontgravingen in instabiele grondlagen mogelijk te maken zonder dat de wanden direct bezwijken onder de gronddruk.
In de decennia die volgden, verschoof de focus naar prefab oplossingen voor waterdichting. De jaren tachtig markeerden de opkomst van de Geosynthetic Clay Liners (GCL). Men begon kleipoeder op te sluiten tussen lagen geotextiel. Dit verving de arbeidsintensieve aanleg van metersdikke natuurlijke kleilagen bij stortplaatsen en waterreservoirs. De overgang van een ruw natuurproduct naar een hoogwaardig industrieel halffabricaat was hiermee voltooid. De ontwikkeling van zwelstrips voor betonconstructies volgde kort daarop als logische evolutie in de fijnmazige waterdichting van kelders en tunnels. Vandaag de dag is de techniek gestandaardiseerd. Wat begon als een geologische curiositeit in Wyoming is nu een onmisbaar onderdeel van de mondiale infrasector.
Joostdevree | Nl.wikipedia | Royaleijkelkamp | Arbocatalogus-bouweninfra | Kriztal | Greenkeeper