themaWapening zonder corrosie7 201646themaWapeningzonder corrosie1Dertig jaar toepassing van kathodische bescherming op beton in Nederlanden pijpleidingen gemeengoed. Met de introductie van voorge-spannen betonnen ondergrondse pijpleidingen komt rond 1955ook het gebruik van KB voor wapeningsstaal in beton in beeld.In 1959 wordt in Californi? ook op een betonnen brugdekge?xperimenteerd met KB. Maar daarna duurt het tot 1972voordat de installatie van het eerste `echte' KB-systeem plaatsvindtop een brugdek met een cokes-asfaltlaag als anodemateriaal.Als in 1983 de eerste installaties positief worden beoordeeld, ishet hek van de dam: KB begint aan een opmars als een specia-listische techniek om het probleem van wapeningscorrosie opte lossen. In 1986 worden de eerste KB-systemen in Nederlandop beton ge?nstalleerd. Consoles in twee appartementencomplexen(Bach- en Mozartlaan in Tilburg) en een brugdek(Breebrug in Rotterdam) met chlorideproblemen (foto 2)worden nu duurzaam onderhouden door een combinatie vanGeschiedenisMet de herontdekking van de corrosie van metalen in de 18eeeuw en de belangstelling voor elektriciteit, wordt kathodischebescherming (KB) een van de eerste toepassingen om metalente behouden onder agressieve omstandigheden. In het beginvan de 20e eeuw wordt het gebruik van KB voor schepen, tanksKathodische bescherming van beton ? een methode waarbij hetcorrosieproces van wapening op elektrochemische wijze wordtgestopt ? wordt in Nederland al circa dertig jaar toegepast. Metde toenemende aandacht voor levensduur van constructies,neemt ook de belangstelling voor dit systeem sterk toe.Wapening zonder corrosie 7 2016 47betonreparatie en toepassing van KB voor de wapening. Dertigjaar later zijn beide systemen nog steeds operationeel.De ervaringen van KB hebben in 1996 geleid tot CUR-Aanbeveling45 [1] en in 2000 tot een norm die inmiddels als ISO-standaardis aangenomen (NEN-EN-ISO 12696:2012 [2]).Wat doet KB?Wapeningscorrosie is een elektrochemisch proces dat doorpotentiaalverschillen tussen verschillende plaatsen op hetstaaloppervlak wordt veroorzaakt. Bij KB wordt dit procestegengehouden door een stroomkring in het beton die decorrosiestroom tegengaat. KB-systemen zijn op te delen in tweehoofdtypen, namelijk: de actieve, stroomgestuurde systemen ende passieve systemen op basis van opofferingsanoden.Bij de actieve systemen, ofwel systemen met opgedrukte stroom,wordt stroom vanaf een bron naar het betonoppervlak geleidvia een aan of in het (beton)oppervlak aangebrachte anode(bijv. geactiveerd titanium (foto 3) of geleidende coatings(foto 4)). Deze stroom loopt via het beton naar het wapeningsstaaldat nu kathode wordt (fig. 5). Dit is mogelijk doordat het vochtin het beton de stroom geleidt. De stroomkring wordt geslotendoor de wapening weer met de stroombron te verbinden. Dithoofdtype van KB kan gemakkelijk worden ontworpen voorhoge levensduurverwachtingen. Qua variabele kosten(per m2) zijn deze anodesystemen gunstig waardoor grootschaligesystemen meestal met opgedrukte stroom worden ge?nstalleerd.Passieve systemen werken op basis van een galvanische anode(bij beton altijd zink) die eerder corrodeert dan staal. Galvanischeanoden zijn opofferingsanoden, dat wil zeggen: ze offeren zichop ter bescherming van het staal in het beton. Dit betekent dateen anode na verloop van tijd gewoon wordt opgebruikt. Bij ditsysteem is geen stroombron nodig, wat de kosten voorkleinschalige systemen zeer laag kan houden. In de meesteenvoudige vorm worden de opofferingsanoden direct aan dewapening bevestigd en kunnen dan in de mortel wordenmeegenomen.Het feit dat er stroom loopt door de constructie heeft eengunstig bijeffect: nabij de wapening verdwijnt chloride enwordt het beton meer alkalisch (hogere pH). Op de langetermijn wordt het milieu rondom de wapening dus actiefverbeterd.Typische toepassingen van KB op betonHet eindresultaat van KB is corrosievrije wapening, ongeachthet chloridegehalte van het beton en ongeacht de eventuelecarbonatatie van de dekking. De toepassingen van KB zijn danook vooral te vinden in die situaties waar door het agressievemilieu of door de aanwezigheid van chloriden in het beton,andere technieken niet duurzaam zijn of zeer kostbaar.ir. Anthony van den HondelCathodic Protection Advice BV1 Consoles en galerijplaten wordenvoorzien van KB: bekabeling wordtopgenomen in een kabelgoot in hetwaterhol2 KB op het betonnen dek van deBreebrug in Rotterdam (1986)2343 Geactiveerd titanium in sleuven voor debescherming van een balk van het steunpuntonder een voeg4 Geleidende coating op een zwembadwandthemaWapening zonder corrosie7 2016485 Schematische weergave werking KB6 Elektrochemie van corrosie en KB? prefab bouwdelen met chlorideverontreiniging of ingemengdechloriden als verhardingsversneller, zoals bij vloerelementen,consoles en galerijplaten uit de jaren zestig en zeventig.In alle gevallen betreft de KB vaak een deelaanpak en ookslechts een systeem dat wordt toegepast in de `probleemgebieden'van de constructiedelen. Zo wordt bij een viaduct vaak alleenhet deel dat door een lekkende voegovergang jaren achtereen isblootgesteld aan dooizouten, voorzien van KB. KB wordt somsook preventief toegepast om bijvoorbeeld de sterkte vanuitkragende galerijplaten te behouden. Soms wordt zelfs bijnieuwbouw al gekozen voor KB als preventieve techniek omlange levensduurverwachtingen waar te maken.Ervaringen in NederlandIn Nederland is in dertig jaar tijd een volwassen markt voor KBontstaan. In totaal zijn er circa 200 KB-systemen met opge-drukte stroom ge?nstalleerd en ruim 1000 met galvanischeanoden. Veel ervaring is opgedaan met de toepassing vanverschillende anodematerialen en varianten van anodeplaatsingVoorbeelden hiervan zijn:? constructies in de industrie met zeer agressieve belasting,bijvoorbeeld een fabriek waar veel met chloriden wordtgewerkt;? constructies in het kustgebied waar chloridebelasting vanuitzee de duurzaamheid bedreigt, bijvoorbeeld een appartemen-tencomplex aan zee (foto 1);? constructies met een hoge chloridebelasting uit dooizouten,bijvoorbeeld parkeergarages (foto 7) en viaducten (foto's 2 en 3);? zwembaden waar vanuit het oogpunt van hygi?ne chloorwordt gebruikt in het badwater (foto 4);Elektrochemie van corrosie en KBStaal in gezond beton wordt beschermd door een dunne laag ijzeroxiden van voor-namelijk maghemiet (-Fe2O3) en magnetiet (Fe3O4), gezamenlijk de passieve film.De passieve film beschadigt en verdwijnt als het beton rond het staal verzuurt doorcarbonatatie en/of als chloride in te hoge concentratie aanwezig is. Zonder passievefilm start de wapeningscorrosie en lost ijzer op:Fe ?> Fe2++ 2e-De elektronen die achterblijven in het staal maken de potentiaal plaatselijk lager(meer elektronegatief). Hierdoor wordt de chemische reactie van zuurstof enwater tot hydroxide (OH-) mogelijk op alle plaatsen aan het staal waar zuurstofvoorhanden is (fig. 6):O2+ 2H2O + 4e-?> 4 OH-Plaatselijk neemt hierdoor de potentiaal toe (meer elektropositief).De verschillende potentialen aan het staal werken als een batterij,waardoor door het beton heen een kleine stroom gaat lopen. Hetstaal zal zich nu op verschillende plaatsen`specialiseren'in de eneof in de andere reactie (alsof er een aparte in- en uitgang is zodatiedereen zich sneller kan verplaatsen). Zo ontstaan er op dewapening corrosieplaatsen ? de anoden ? met aantasting enroestvorming, terwijl plaatsen in de directe omgeving behoudenblijven en functioneren als kathode.Door het plaatsen van een bron van elektronen (stroombron ofopofferingsanode), wordt al het staal kunstmatig negatiever gemaakt. Al het staalwordt hierdoor in de kathodefunctie gedwongen. De corrosiereactie wordtvertraagd en zelfs stopgezet. De productie van hydroxide wordt opgevoerd. Destroomkring loopt van de wapening door het beton naar de nieuwe tegenpool(anode) die speciaal is aangebracht voor dit doel. Met de doorgang van stroomworden negatief geladen ionen, zoals chloride (Cl-), gemigreerd van de wapeningaf naar de anode toe.Effectief stopt dus de corrosie, neemt in het poriewater rond de wapening de pHtoe en de chlorideconcentratie af.Meer lezenMeer over corrosie van wapening staat in Betoniek 15/26`Corrosie uitvergroot',beschikbaar op www.betoniek.nl.56Wapening zonder corrosie 7 2016 497 Zinkfolie op kolommen en balken in een parkeergarageen afwerking op uiteenlopende bouwdelen. Op basis van deervaringen in Nederland kan worden gesteld dat KB inderdaadwerkt: het stopt de corrosie van de wapening. Uit gevallen waarfalen van onderdelen optrad, zijn lessen getrokken aangaandeschademechanismen en faalkansen. KB blijkt in het algemeenrobuust, met voornamelijk enig onderhoud aan elektronica enmeetcellen. Onderhoud blijkt echter mee te vallen en is opgebruikelijke wijze te plannen, uit te voeren en te beheersen.Het grootste probleem lijkt aan de beheerderszijde gelegen: deovergang van de projectmatige organisatie waarin hetKB-systeem is gerealiseerd, naar de procesmatige organisatiewaar de daaropvolgende jaren de monitoring (periodiekecontrole) zal plaatsvinden. Door nieuwe contractvormen wordtdit wel steeds eenvoudiger te borgen. Verder zal een bredeverspreiding van kennis en informatie het verschil moetenmaken tussen onbekend en vertrouwd.Nieuwe ontwikkelingenHet algemene kennisniveau in de markt ten aanzien van KB isenorm toegenomen de afgelopen tien jaar. Dit is mede te dankenaan de oprichting van het KB-Kenniscentrum waar actief wordtgewerkt aan uitwisseling van informatie en voorlichting van demarkt. Ook heeft de Betonvereniging een cursus KB voor betonop post-hbo-niveau, en heeft de LSVB cursussen voor KB opbeton voor mbo-niveau 2/3 betonreparateurs.Aan de technische kant is er een doorlopende verbetering in deanodesystemen. De materialen worden met name eenvoudigerte verwerken en hebben een sterke focus op lange, tot zeerlange levensduurverwachting. Bij geactiveerd titanium is hetbijvoorbeeld al gebruikelijk om bij de versnelde duurtesten tekijken naar een levensduur van ten minste 75 jaar. Bij dergelijkelevensduurverwachtingen die in de praktijk ook echt gehaaldlijken te worden (let wel: we doen dit pas dertig jaar), is hetduidelijk dat falen normaal slechts op componentniveauoptreedt en dan vooral in de elektrotechnische installatie. Deelektrotechnische componenten zijn tegenwoordig modulairvan opzet en eenvoudig te vervangen.Verder is er een duidelijke ontwikkeling in de technologie voordata-acquisitie en -communicatie. Deze technologie wordtsteeds eenvoudiger met bijbehorende lagere kosten voor deperiodieke monitoring.Sinds 1999 wordt in Nederland in toenemende mate gebruikge-maakt van zink als opofferingsanode om het wapeningsstaal tebeschermen. Deze opofferingsanoden hebben het grote voordeeldat een spanningsbron, met bijbehorende bekabeling, nietnodig is. Met name bij kleinschalige toepassingen, of kleinebouwdelen als consoles, biedt dit een duidelijk economischvoordeel. De levensduur van dergelijke systemen is beperkt ?direct gerelateerd aan de eindige zinkvoorraad in de installatie?, maar goed in te schatten. Gebruikelijk worden deze systemenontworpen op tien tot vijftien jaar levensduur.Toekomst voor en met KBVoor een techniek die ruim ouder is dan gewapend beton en aldertig jaar in Nederland met succes wordt toegepast, is hetverbazingwekkend dat KB `innovatief' blijft. Helaas volgt danvaak het idee dat het `experimenteel' is. Dit idee is echtermisplaatst. Er is een volwassen markt met een ruim aanbod ophet gebied van KB van wapening in beton. KB is inmiddels nietmeer weg te denken en, hoewel het als techniek een niche isbinnen de niche die betononderhoud van zichzelf al is, zal hetin belang alleen maar toenemen.In de maatschappij zijn diverse ontwikkelingen gaande diegunstig zijn voor de positie van KB binnen de mogelijke onder-houdsscenario's voor gewapend beton. De markt wil minderkosten (economische effici?ntie), minder doorlooptijd, minderstilstand, minder overlast, minder afval, minder inzet vanarbeid en minder belastende arbeidsomstandigheden. Tegelijker-tijd wil de markt meer zekerheid, een langere levensduur vande constructie en het gepleegde onderhoud, meer duurzaamheid,langere intervallen tussen onderhoudsronden en meer controle.Al deze factoren zijn gunstig voor KB in de beoordelingen enkeuzen binnen het onderhoud.Dus hoewel wapening in beton zou kunnen roesten, ziet detoekomst er met KB goed uit. LITERATUUR1. CUR-Aanbeveling 45, Kathodische beschermingvan wapening in betonconstructies, 1996.2. NEN-EN-ISO 12696, Cathodic Protection of steel inconcrete, 2012.7