I IMATERIALEN IDUURZAAMHEID IDUURZAAMHEID VAN BETONIN DIEP ZEEWATERDe Stichting MateriaalOnderzoek in de Zee heeft een onderzoek lopen naar deduurzaamheid van beton in diep zeewater. Aan de hand van betonprisma's diegedurende twee en acht jaar aan het zeewatermilieu op 100 m diepte warenblootgesteld, is een zeer gunstig gedrag vastgesteld. Definitieve conclusies kunnenechter pas worden getrokken wanneer ook de resterende proefstukken zijnonderzocht. Deze verblijven nog tot 1992 onder water, waardoor met ditproefProject een totale tijdsduur van 16 jaar is gemoeid.Wordt beton in zee op groterediepte onder de zeespiegelernstiger bedreigd dan opgeringe diepte? Voor de beantwoordingvan deze vraag werden onder leidingvan de Stichting MateriaalOnderzoekin de Zee (SMOZ) expositieproevenmetgewapende en ongewapende betonpris-ma's uitgevoerd op een diepte van 100m. Overhetgedragvanbetonop geringediepte in zee bestaat wel het nodige in-zicht. Daarom zijn ter vergelijking ge-lijkaardige betonprisma's uitgezet opeen diepte van 5 m onder de zeespiegel.De expositie begon in 1976. Zowel in1978 als in 1984 is een aantal proefstuk-ken opgehaald, waaraan waarnemingenzijnverricht. Overde bevindingen daar-van wordt in dit artikel gerapporteerd.De nog resterende proefstukken wor-den pas in 1992 opgehaald. Het onder-zoek werd verricht door IBBC-TNO.ProefopzetHet zeemilieu bevatvoor gewapend be-ton agressieve componenten, waardoorde sterkte kan worden aangetast: ener-zijds van de cementsteen onder invloedvan magnesium- en sulfaationen en an-derzijds van de wapening onder invloedvan chloride-ionen.Na expositie zijn de prisma's beoordeeldop:- uiterlijk;- druksterkte, splijttreksterkte, elastici-teitsmodulus;- indringing van chloride-, sulfaat- enmagnesiumionen;- opgetreden wapeningscorrosie.De proefstukken met afmetingen van100 x 100 x 300 mm ofvan 150 x 150 x600 mm waren samengesteld uit 3 ver-schillende betonmengsels van gelijkeconsistentie (ca. 80 mm zetmaat), metcementgehalten van resp. 300 kg/m3(pc-A) of 420 kg/m3(pc-A, hc-A). Demaximale korrel van het toeslagmateri-aal was 31,5 mmo22De voorverharding bedroeg 1 of 4 we-ken (bij 20?C en 65% RV) of 14 weken(1 week vochtkamer, daarna 13 wekenbij 20?C en 65% RV).Bij de prisma's gewapend met 8 mm be-tonstaal varieer?le de dekking van 15 tot71 mmo Deze proefstukkenwaren zoda-nig voorbelast dat er scheuren van 0,3mm ontstonden.ResultatenUiterlijkNa 2jaarwaren de prisma's op 100 mintegenstelling tot die op 5 m diepte nogschoon, maar na 8 jaar vertoonden deeerste ook een flinke aangroeiing vanorganismen. Foto 1 toont zo'n sterk be-groeid proefstuk.Dewerkingvan deze aangroeiing is bui-ten het onderzoek gebleven. De menin-gen over de invloed van biologische ac-tiviteit in zee is verschillend, zoals blijktuit de literatuur daarover. Zo zoudenmossen en andere lagere planten geenbelangrijke schade veroorzaken, zee-wier en andere hogere planten mogelijkwel. Het wordt door sommigen nietdenkbeeldig geacht dat een aangegroei-de l~ag het beton kan beschermen tegenerOSIe.1 Aangroeiing van organismen opproefstuk na expositie in Sm diepzeewaterSterkte-eigenschappenBeton met een hoger cementgehalte eneen dienovereenkomstig lagere water-cementfactor, leverde in overeenstem-ming met de gebruikelijke inzichteneen grotere sterkte op. Evenzo blijkt degunstige invloed van langere voorver-harding. Ofschoon bij een expositie op100 m diepte eenwat ongunstigersterk-te-ontwikkeling wordt geconstateerd,vooral bij korte voorverharding, bleekbij een goede nabehandeling sprake tezijn van een behoorlijke druksterkte,ook bij de mengsels met 300 kg cement.Men zou kunnen stellen dat de sterktezich redelijk voorspelbaar gedraagtwanneer het beton voor expositie aanzeewater een goede nabehandelingheeft ondergaan.Indringing van ionen uit zeewaterDe chloride-indringing moet bij alleproefstukkenals aanzienlijkworden be-schouwd: na 8jaarten minste 1%ten op-zichte van het cementgehalte op 22 mmdiepte.De hoeveelheid ingedrongen chloride:- nam toe in de volgorde 420 kg hc-A,420 kg pc-A, 300 kg pc-A;- was van meer invloed op 100 m dan op5 m diepte;- was groter bij een korterevoorverhar-dingstijd.Bij het onderzoek is getracht de chlori-1------------------1 de-indringing in kwantitatieve zin tebenaderen. Daarbij is gebruik gemaaktvan de diffusietheorie. Ondanks twijfelaan de geldigheid van de diffusietheoriebij chloride-indringing in beton in hetalgemeen, mag die tij constante onder-dompeling wel worden toegepast.Daartoe werd de chlorideconcentratieals functie van de diepte in het beton be-paald na 2 en 8jaar. De curve van figuur2 geeft het indringprofielweer, alsmedede gevonden waarden voor de opper-vlakteconcentratie en de diffusieco?ffi-ci?nt na die perioden. De diffusieco?ffi-ci?nt neemt in de loop van dejaren af.Cement 1988 nr. 92 Chloride-indringing, getneten (*)en berekend (-), tnet bijbehorendeconstantenTf'apeningscorrosieCorrosie van de wapening werd slechtsaangetroffen op plaatsen nabij scheurenof kunststof afstandhouders. De roest-vorming na 2jaar was steeds oppervlak-kig. Het aantal roestplekjes werd be-paald door de diepte, het cementgehal-te, devoorverharding ende dekking;hetaantal staven met roestvorming doorhetcementgehalte en de -soort (pc-A meerdan he-A) en de betondekking. Bij hetlaatstespeeldende diepte en de voorver-hardingstijd niet mee.Na 8 jaar werden geen oppervlakkigeroestplekjes gevonden, behalve bij en-kele scheuren.Enookdaarwas decorro-sie nooit ernstig.De constatering van geringe corrosiekomt overeen met de bevindingen uitEngelse onderzoeken in het kader vanhet project 'Concrete in the Oceans'.Een en ander vindt zijn oorzaak in dezuurstofarme omstandigheden waar-door de aanvankelijk in gang gezettecorrosiereactie tot stilstand komt.ConclusiesUit de resultaten van dit onderzoekblijkt dat beton en wapening ondankshet agressieve milieu (aanzienlijke chlo-ride-indringing, verhoogd gehalte aansulfaat en magnesium) zich erg goedheeft gedragen. De invloed van groterewaterdiepte is gering wanneer betongoed is nabehandeld en voldoende isverhard voordat het aan zeewater wordtblootgesteld.Gewezen wordt op het belang van eengoede korrelopbouw van het beton-mengseL Uit een Engels laboratorium-onderzoek met beton zonder fljn toe-slagmateriaal is komen vast te staan dater ernstige corrosie kan optreden inhol-ten ter plaatse van het staaL In zulke ge-vallen kan meer zuurstofbij het staal te-Cement 1988 ur. 9% Clop cement\2.5 \1 21.5~\\\2 jaar..5oo = 32 mm'; jaarCs = 2.8 % op cementCo = .1 % op cementt = 7.25 jaaro = 90 mm 2; jaarCs = 2.1 % op cementCo = .1 % op cementt = 2 jaar't--- 8 jaar\\\ \."-"-"~,-.....25 50recht komen waardoor een elektronen-stroom door het staal naar de betreffen-de plaats wordt opgewekt. Dit betekentdat er een overeenkomstige (grotere)hoeveelheid staal weg corrodeert.BesluitNa 1992 wanneer de rest van de proef-stukken beschikbaar komt, kan het on-derzoek worden afgerond. Daarbij zalde carbonatatie nader worden be-schouwd, evenals de chemische verbin-dingen die zijn ontstaan door sulfaat-,magnesium- en chloride-indringing.Ookhet gedrag van beton dat reeds kortna hetstorten aanzeewaterwordtbloot-gesteld, krijgt nog de nodige aandacht.DoorTNO is al wel eenori?nterend on-derzoek verricht naar de chloride-ind-ringing in zeer jonge mortel, maar hetoptreden van corrosie is van meer af-hankelijk dan van chloride-indringingalleen.Literatuur1. Betonin zeewater, gedurende twee enachtjaar.Expositie op 5 en op 100 meterdiepte; IBBC-TNO, rapport BI-86-88/60.8.4010 (verkorte weergave)2. Vergelijkend onderzoek naar het ge-drag van gewapend betonnen prisma'sna 2en8jaarexpositiein 5 en 100 m diepNoordzeewater, SMOZ-rapportXXVII, 1984 (volledige rapportage)M.G.P.Nelissendiepte = lOOmcementsoort: hoogovencementvoorverharding 1 week75 10023