drs. J. I. de LangeIBBC-TNO, Delft Corrosiedetectie in zeewaterOnder het thema 'Duurzaamheid van betonbuitengaats' is op 21 februari ?I. in hetKurhaus te Scheveningen een studiedaggehouden over de duurzaamheid vanoffshore constructies van beton. Destudiedag was georganiseerd door deBetonvereniging in samenwerking met deStichting CUR-VB en de Industri?le Raadvoor de Oc?anologie (IRO).Er is gerapporteerd over verschillendeCUR-VB-onderzoeken in het kader van hetMarien Technologisch Speurwerk. Hetonderzoekwerk levert interessantegegevens op, die ook van belang kunnenzijn voor bouwen op het land. Cement zalruim aandacht besteden aan hetgeen opde studiedag ?s gepresenteerd. Als eerstekomen in deze uitgave aan de orde'Corrosiedetectie in zeewater' en'Akoestische inspectie van offshoreconstructies'. Red.InleidingIn de laatste decennia zijn door de toename van de olie- en gaswinning, steeds meer offshoreconstructies in gebruik genomen. Naast vele stalen platforms, zijn verscheidene van dezeconstructies gemaakt van gewapend of voorgespannen beton. Een van de redenen daarvooris dat beton, in tegenstelling tot staal, betrekkelijk weinig onderhoud vereist. De ervaringmet betonconstructies in zee beperkt zich voornamelijk tot kustwaterbouw zoals sluizen,damwanden, bruggen etc. Met de toepassing van gewapend beton op grotere diepten envoor andere doeleinden, zoals opslag en transport van olie en gas, bestaat weinig ervaring.De duurzaamheid van deze gewapend-betonconstructies kan door wapeningscorrosie wor-den bedreigd. Corrosie van staal wordt in het zeewater onder meer veroorzaakt door chloride.Indien chloridehoudend zeewater door scheuren in het beton met de wapening in contactkomt, kan corrosie optreden.Onder de zeewaterspiegel zijn, naast de visuele inspectiemethoden door duikers en came-ra's, slechts weinig andere methoden voor de detectie van corrosie beschikbaar. Door sterkebiologische aangroei onder water wordt deze visuele inspectie bovendien nog bemoeilijkt.Om het principe van de corrosiedetectie aan betonconstructies in zeewater duidelijk te ma-ken, zal eerst worden geschetst wat zich onder water bij een scheur voordoet.Corrosieproces bij een scheurIndien een scheur in het beton doorloopt tot op de wapening, zal het agressieve zeewaterwapeningscorrosie kunnen veroorzaken. Bij het corrosieproces wordt ijzer omgezet in ijzer-ionen en elektronen. In formulevorm:1e reactie: 2 Fe -? 2Fe2++ 4e~Zuurstof neemt deze vrijgekomen elektronen op. Deze reactie wordt in formulevorm weerge-geven door:2e reactie: 02 + 2H20 + 4e" -? 40H"Om het corrosieproces te laten plaatsvinden zijn beide reacties noodzakelijk. Dit betekentdat vrijgemaakte elektronen via de wapeningsstaaf (metallische geleiding) worden getrans-porteerd, terwijl in het zeewater een ionenstroom loopt. Er is sprake van een gesloten elek-trische stroomkring. Omdat de elektrische weerstand van het zeewater veel lager is dan deelektrische weerstand van het beton, betekent dit dat de ionenstroom zich zal concentrerenop plaatsen waar de weerstand het kleinst is, d.w.z. op plaatsen waar zich in het betonscheuren bevinden. In figuur 1 is het corrosieproces bij een scheur schematisch weergege-ven.CorrosiemetingZoals gezegd loopt in het zeewater een ionenstroom en deze veroorzaakt ten gevolge vande elektrische weerstand potentiaalverschillen in het zeewater. Ten gevolge van de zeer lageelektrische weerstand van het zeewater zullen de potentiaalverschillen in de orde van mV(= 10"3V) tot (= 10"8V) liggen. Zoals het potentiaalverschil over een weerstand in eenstroomkring gemeten kan worden met twee metallische contactpunten, zo kan in een vloei-stof het potentiaalverschil worden gemeten met twee elektroden. Daarbij kan gedacht wor-den aan referentie-elektroden als zilver/zilverchloride (Ag/AgCI), calomel (Hg/Hg2CI2) en der-gelijke. In de corrosiedetector wordt gebruik gemaakt van zink-zeewater elektroden.Omdat elektroden altijd iets verschillend zijn, bestaat er meestal een klein potentiaalverschiltussen twee elektroden van dezelfde soort. Door instabiliteiten (drift) van de elektroden ishet kleine potentiaalverschil ook nog tijdsafhankelijk. Dit potentiaalverschil tussen de elek-troden ligt in dezelfde orde van grootte als de potentiaalverschillen die in het zeewaterontstaan ten gevolge van een corrosiestroom.Cement XXXVI (1984) nr. 3 1711Schematische voorstelling van hetcorrosieproces bij een scheur, in zeewater2a-bVoorstelling van een kunstmatigecorrosiecel, met het bijbehorende gemetenpotentiaalverloop langs het oppervlak, inzeewater3Corrosiedetector met persluchtslang ensignaalkabels* Eggen,T.G., Strammen, R., Bardal, E., Pro-ceedings 8th Scandinavian Corrosion Con-gress; Helsinki, 1978.Door nu de elektroden te laten ronddraaien, kan onderscheid gemaakt worden tussen span-ningsinstabiliteiten van de elektroden en spanningsverschillen ten gevolge van een corrosie-stroom. Bij het roteren van de elektroden ontstaat een sinusvormig wisselspanningssignaalwaarbij de amplitude en de fase een maat zijn voor de grootte en de richting van de corrosie-stroom. Dit principe is voor het eerst toegepast bij de inspectie van de kathodische bescher-ming van staal bij Sintef door Eggen, Stremmen en Bardal*. De stroomsterktes en potentiaal-verschillen in zeewater zijn bij de kathodische bescherming van staal doorgaans veel groterdan die ten gevolge van een corrosiestroom van wapening in beton.LaboratoriummetingenOm de corrosiedetector te testen op gewapend beton is een aantal kunstmatige corrosiecel-len vervaardigd. Deze cellen bestaan uit een betonnen proefstuk waarin vijf wapeningsstaaf-jes zijn ingestort. Bij ??n van de staafjes was bij de vervaardiging met behulp van een wigeen kunstmatige scheur gemaakt, zodat deze staaf zal corroderen. De staafjes kunnen uit-wendig via snoeren met elkaar worden verbonden. De totale corrosiestroom kan in het me-tallisch gedeelte worden gemeten en bedraagt 50 tot 400 , afhankelijk van de tijd nahet doorverbinden van de staafjes. In figuur 2a is schematisch een kunstmatige corrosiecelweergegeven. Tevens is het gemeten potentiaalverloop in het zeewater weergegeven bij eencorrosiestroom van 230 in het metallische gedeelte, als de elektroden langs de scheurworden bewogen (fig. 2b).Naast het lokaliseren van een corroderende plaats is het eveneens van belang de mate vancorrosie, de corrosiesnelheid, te kennen. De corrosiesnelheid wordt uitgedrukt als laagdik-tevermindering per tijdseenheid (/jaar). In de kunstmatige corrosiecel is de corrosiestroomin het metallische gedeelte te meten, waarna de corrosiesnelheid kan worden berekend.In de praktijk is het niet mogelijk de corrosiestroom in het metallisch gedeelte te meten. Erzal moeten worden volstaan met het meten van de potentiaalverschillen in zeewater. Dezepotentiaalverschillen zijn evenredig met de ionenstroomdichtheid (= stroom per oppervlakte-eenheid). Door de stroomdichtheden ter plaatse van een scheur te meten en bij elkaar opte tellen (integreren), kan de totale corrosiestroom worden berekend. Met de informatie overde scheurafmetingen wordt vervolgens een schatting van de corrosiesnelheid gemaakt.SignaalverwerkingDe corrosiedetector bestaat uit een hard-geanodiseerd aluminium huis waaruit een as steektwaaraan de elektroden zijn bevestigd. De as wordt aangedreven door een persluchtmotordie zich samen met een smeersysteem in het aluminium huis bevindt. In het hele systeemheerst een overdruk om te voorkomen dat zeewater via kleine lekkages binnen kan treden.De signaalkabels bevinden zich in de perslucht-toevoerslang, zodat deze niet in contactkomen met het zeewater (foto 3).Om zo nauwkeurig mogelijk te kunnen meten is een manipulatiesysteem ontwikkeld waarmeede corrosiedetector mechanisch langs een betonnen oppervlak wordt bewogen. Dit gelei-dingssysteem is gemonteerd aan een Remote Operated Vehicle (ROV), dat het manipulatie-systeem tegen de te inspecteren betonnen wand drukt. De positie en ori?ntatie van deelektroden zijn dan nauwkeurig bekend. Het manipulatiesysteem heeft een totale lengte van3,30 m, waarbij de corrosiedetector effectief over een afstand van 1 meter langs het beton-oppervlak kan worden bewogen. Verplaatsing van het manipulatiesysteem door de ROVbiedt de mogelijkheid een groot oppervlak af te tasten. (Vervolg op blz. 173)Cement XXXVI (1984) nr. 3 172ir.K.VerhulstTechnisch Physische Dienst TNO-TH,DelftAkoestische inspectie vanoffshore constructies7Proefneming bij de Noordersluis teUmuiden. Een onderwaterrobot metdaaraan gemonteerd een inspectieframewordt neergelaten in het zeewaterInleidingDe toepassing van gewapend en voorgespannen beton in dieper zeewater stelt ons voorenkele problemen die in de kustwaterbouw niet zijn ontmoet. E?n van deze problemen betreftde inspectie van de betonconstructie op wapeningscorrosie. Tot nu toe treedt de eersteschade-indicatie op als de corrosie zover is gevorderd, dat de afbrokkeling of scheurvormingvisueel wordt waargenomen door duikers of via onderwatercamera's. Hoewel er nog geenduidelijke aanwijzingen zijn dat wapeningscorrosie in betonconstructies in dieper zeewatereen werkelijk grote rol gaat spelen, is het evenwel van groot belang over technieken tebeschikken die in een vroeger stadium waarschuwen voor potenti?le schade.In het kader van het Marien Technologisch Speurwerk (MaTS) is onderzoek uitgevoerd naarmogelijkheden om oppervlaktescheuren in beton op te sporen met akoestische technieken.In hoofdzaak kunnen drie verschillende methoden worden onderscheiden.I.Met akoestische technieken is het mogelijk een afbeelding te maken van een doorsnedeover de buitenste betonlaag. Dit is te vergelijken met de wijze waarop bij seismische explo-ratie de bovenste lagen van de aardkorst worden onderzocht. Met deze akoestische techniekkunnen bij beton ook andere discontinu?teiten dan oppervlaktescheuren worden opge-spoord.2. Vooral onder water is het mogelijk op enige afstand van het betonoppervlak scheuren tedetecteren en karakteriseren, zonder een volledige afbeelding van het inwendige van hetconstructiedeel te maken. De methode berust op een combinatie van twee technieken. Voormeting van de diepte van een scheur wordt gebruik gemaakt van de eigenschappen vanzgn. Rayleigh-golven. Dit zijn oppervlaktegolven, vergelijkbaar met de golven die op eenwateroppervlak kunnen ontstaan. Deze oppervlaktegolven dringen slechts over een zeerkleine afstand in het beton.3. Het verloop en de wijdte van de scheur kan worden vastgesteld door met een akoestischebundel het oppervlak af te tasten en de gemeten reflectiviteit in beeld te brengen (akoestischeVervolg van blz. 172 (Corrosiedetectie)4Afbeelding van een co'rrosiestroom op eenvideoschermDoor met de corrosiedetector langs een betonoppervlak te bewegen en het potentiaalverschil(amplitude en fase) tussen de2 elektroden vast te leggen, kunnen de corrosieplaatsen wordengelokaliseerd. De gegevens zijn met een computerte verwerken. Daarna kunnen bijvoorbeeldvideoplaatjes gemaakt worden van delen van het oppervlak met de grootste corrosiestroomen potentiaalverschillen in het zeewater. In figuur 4 is een videobeeld te zien van de stroom-dichtheid ter plaatse van de scheur bij de kunstmatige corrosiecellen. De plaatsen met degrootste stroomdichtheid zijn lichter afgebeeld.Andere toepassingenZoals reeds is vermeld is het principe van deze techniek voor het eerst gebruikt bij de inspec-tie van kathodische beschermingssystemen. Dit betekent dat het systeem ook gebruikt kanworden om de effectiviteit van opofferingsanoden te controleren of beschadigingen aancoatings van stalen oppervlakken op te sporen.OpmerkingenOf scheuren kleiner dan 1 mm onder water werkelijk problemen opleveren ten aanzien vanwapeningscorrosie moet worden nagegaan. In de literatuur wordt aangegeven dat dezescheuren geen problemen zullen geven. Scheuren groter dan 1 mm nabij de wapening zoudenwel aanleiding kunnen geven tot corrosie.Naast corrosiestromen kunnen in het zeewater ook zwerfstromen en/of kathodische-be-schermingsstromen aanwezig zijn. Deze stromen zullen in zeewater eveneens potentiaalver-schillen veroorzaken. In welke mate deze stromen storend voor de meetsituatie werken isniet bekend. Een praktijkmeting kan binnenkort uitsluitsel geven over de mate van corrosiebij scheuren in een gewapend betonnen sluiswand alsmede over de mate van verstoring vande meetsignalen door kathodische bescherming. Over de resultaten daarvan zal in een vande komende nummers van Cement worden gepubliceerd.Cement XXXVI (1984) nr.3 173