C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2001 534In 1986 werd zware corrosie vanhet wapeningsstaal geconstateerdals gevolg van dooizouten in detwee fietspaden. Door de beheer-ders van het viaduct werd beslo-ten om voor het noordelijk fiets-pad conventionele reparatietech-niekentegebruikenomdeschadete herstellen. Het zuidelijk fiets-pad (foto 1)werd in 1987 voorzienvan de allereerste kathodischebeschermingsinstallatie in Neder-land. Deze installatie was ontwor-pen voor het beschermen van intotaal 240 m2beton. Als anodevoor het systeem werd de Ferex-100S anodekabel gebruikt, be-staande uit een 1mm getwistekoperader met niobium coating,omhuld door een kunststofman-tel met grafiet. De installatie hadtwee gescheiden zone's van elkongeveer 120 m2. De voeding wasontworpen voor het leveren van15 V0lt gelijkspanning bij eenstroomvan4Amp?reinelkezone.In 1996 werd besloten het noor-delijk fietspad in zijn geheel tevervangen, omdat door de verre-gaande corrosie en betonschadedeopenbareveiligheidnietlangerkon worden gegarandeerd. Hetzuidelijk fietspad vertoonde geencorrosieverschijnselen of beton-schade meer.In 1998 ontstonden enige proble-men met het beheer van de katho-dische beschermingsinstallatie.TNO Bouw is toen verzocht detechnische staat van de installatiete onderzoeken en vast te stellenwelke maatregelen nodig warenom de installatie te reactiveren.De problemen bleken een gevolgte zijn van slecht functionerendevoedingen, slechte elektrischeverbindingen en slecht functio-nerende referentie-elektroden.Het anode-systeem vertoondeechter geen gebreken zoals ondermeer werd vastgesteld uit micro-scopisch onderzoek.Op basis van het TNO-rapport uit1998werddoorGemeentewerkenRotterdam een bestek gemaaktvoor het renoveren en reactiverenvan het KB-systeem. De renovatiewerd uitgevoerd in 1999 onderbegeleiding van Gemeentewer-ken Rotterdam en met behulp vanTNO. Er werden nieuwe elektri-sche verbindingen gemaakt metde Ferex-anode door aan de uit-einden van elke zone de anodeka-bels te lokaliseren en met sol-deerverbinden door te verbinden(foto 2).In de hiervoor gemaakte sleuvenwerden tegelijkertijd nieuwe refe-rentie-elektroden geplaatst vanhet type MnO2(mangaandioxide).Alle verbindingen werden water-dicht gemaakt door middel vankrimpkous.Voordeverbindingenmet de nieuwe voedingskastwerden bestaande kabels in hetbetongebruikt,zodatgeenschadeaan het wegdek ontstond. Debestaande voedingskast werd inzijn geheel vervangen door eennieuwevoedingskastmetspeciaalvoor kathodische beschermingontworpen voedingen. Na dezerenovatie bleek het systeem weervolledig te voldoen aan de eisenzoals omschreven in CUR-Aan-beveling45`Kathodischebescher-ming van wapening in betoncon-structies'.Aandevolledigerenovatiein1999van het KB-systeem op het zuide-lijk fietspad werd een bedragbesteed van circa 31 000 Euro.Renovatie `Stadionviaduct' en Kwaaitaal-vloerenKathodische beschermingbewijst zijn levensduurJ. Leggedoor en G.H. Schuten, Leggedoor bvHet Stadionviaduct te Rotterdam is een van de hoofdwegen om vanuit hetcentrum bij het Feijenoordstadion te komen. Het viaduct vormt over het spoorde verbinding tussen de Breeweg en de Marathonweg. Het is gebouwd vlakvoor de tweede wereldoorlog en bestaat uit een stalen draagconstructie metbetonnen brugdek. Het brugdek bestaat uit drie delen: een autorijstrook aanbeide zijden geflankeerd door een fietspad.1 | Zuidelijk fietspad`Stadionviaduct'2 | Doorverbinding Ferex-anodeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWo n i n g b o u wcement 2001 5 35Het noordelijk fietspad is in 1997in zijn geheel vervangen.De conclusies zijn dat een KB-installatie gebaseerd op de Ferex100S anodekabel tegen lagekosten eenvoudig kan wordenopgewaardeerdomtevoldoenaande hedendaagse eisen. Hieruitblijkt dat het een goede beslissingvandebeheerderswasomhetzui-delijk fietspad in 1987 te voorzienvan kathodische bescherming.K a t h o d i s c h e b e s c h e r m i n go p K w a a i t a a l - v l o e r e nWapeningscorrosie in chloridebevattende prefab betonelemen-ten, bijv. begane-grondvloeren, isde laatste jaren in Nederland eengroot probleem geworden.Voorlopig onderzoek toont aandat vloeren van ongeveer 200 000particuliere woningen zijn be-schadigd. Het chloride werd in dejaren zestig en zeventig inge-mengd als verhardingsversnellerin een typische verhouding van0,5 tot 2% van de cementmassa.Als gevolg van de hoge vochtig-heidsgraad in kruipruimten on-der de vloeren, kan de corrosie-snelheid behoorlijk hoog zijn.Door uitzetting van de roestendewapening gaat het beton scheu-ren en komt uiteindelijk geheellos van de wapening.Gewoonlijk wordt dit probleempas ontdekt als inmiddels eenbehoorlijke schade is ontstaan.Op dat moment kan de kenmid-dellijnvandewapeningreedsforszijn afgenomen. In specifiekegevallen komt de constructieveveiligheid van de vloer na circa 20jaar in het geding (foto 3).H e r s t e l o o r s p r o n k e l i j k ed r a a g k r a c h t e nc o n v e n t i o n e l e r e p a r a t i eOm de originele draagkracht vandoor wapeningscorrosie aange-taste prefab elementen te herstel-len, is een aantal alternatievemethoden op de markt. Dit zijnbijvoorbeeld stalen profielen ofandere alternatieve draagcon-structies ter ondersteuning van deelementen. De praktische uitvoe-ring ervan is echter moeilijk endaardoor duur. Conventionelereparatiemethoden lossen hetprobleem niet op, omdat de ver-eistereinigingsgraadvandewape-ning niet kan worden bereiktvanwege de beperkte bewegings-vrijheid onder de vloeren. Boven-dien zullen achtergebleven chlo-ride-ionen migreren vanuit hetoude beton in de richting van hetnieuwe beton in de reparatieplek.Hierdoor zal het risico op her-nieuwde wapeningscorrosie altijdblijven bestaan. Bovendien zal dewapeningscorrosie in het oudebeton onverminderd doorgaan,hoewel niet direct zichtbaar. Deconclusie is dat conventionelereparatie alleen de symptomenwegneemt en het werkelijke pro-bleem niet aanpakt.De Nederlandse Bouw- enWoningtoezichten eisen dat eenwoning zodanig wordt onderhou-den, dat de constructieve veilig-heid gedurende de volledigelevensduurisgegarandeerd.Doorde aanwezigheid van chloridenkan dit nimmer worden bereiktmet conventionele reparaties.K a t h o d i s c h e b e s c h e r m i n gReeds in een zeer vroeg stadiumwerd onderkend dat conventio-nele reparatie en alternatievedraagconstructies geen werke-lijke oplossingen bieden voor hetprobleem.Een mogelijke betrouwbare me-thode is kathodische bescher-ming. Om deze reden heeft CPM-systems een KB- systeem ontwor-pen, dat specifiek bedoeld is voordebeschermingvanvloerenopge-bouwd uitprefabbetonelementen.Kathodische bescherming heeftal meer dan 20 jaar bewezen eenpraktische en effectieve methodete zijn om wapeningscorrosie testoppen. In Nederland wordenreeds diverse flatgebouwen metingemengde chloriden met suc-ces beschermd door kathodischebescherming. Voor deze volledignieuwe toepassing van KB in par-ticuliere woningen waren echterenkele specifieke aanpassingennoodzakelijk. Deze systemenzijn, vergeleken met `normale'KB-installaties, relatief klein (75tot 150 m2 betonoppervlak).H e t t o e p a s s e n v a nk a t h o d i s c h e b e s c h e r m i n gIn een prefab vloer bestaat elkelement uit twee ribben en eenspiegel met een breedte van 500mm. Elke rib bevat een hoofdwa-peningsstaaf met een kenmiddel-lijn van ongeveer 12 mm.De hoofdwapeningsstaven zijnvia dwarsstaven met een kenmid-dellijn van 4 mm met elkaar door-verbonden. Het aanbrengen vanKB gebeurt als volgt (fig 4):Allereerst worden loszittendebetondelen verwijderd en wordendaar waar nodig nieuwe wape-ningsstaven aangebracht om deoriginele draagkracht te herstel-len. Daarna wordt in het middentussen twee naast elkaar gelegenelementen aan de onderzijde eenstrip of draad van geactiveerd tita-nium aangebracht.Hierna wordt aan de onderzijdevan de elementen een laag spuit-beton aangebracht met behulpvan een speciaal hiervoor ontwor-pen spuitmachine. Deze machineis geschikt voor het gebruik inkleine ruimten, produceert geenstof en kan met uiterst kleinewerkafstanden(vanaf70mm)toe-gepast worden.De verbindingen met de anode-strip of draad worden gemaaktmettitaniumdraadenpuntlassen.De continu?teit van de wapeningwordt gewaarborgd door onder-linge lasverbindingen met staal-draad. Alle draden lopen van de3 | Zware wapeningscorro-sie in prefab betonele-mentC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWo n i n g b o u wcement 2001 536vloervelden naar de meterkast enworden hier op een klemmen-strookverzameldenopdevoedingaangesloten. Deze methode is in1998/99 met succes toegepast in40 particuliere woningenOm economische redenen konniet op alle gebieden wordenvoldaan aan CUR-Aanbeveling45. Volgens de Aanbeveling moetde stroomvoorziening naar eenvloerveld tweezijdig worden uit-gevoerd om redundantie tecre?ren in geval van kabelbreuk.Alle verbindingen onder de vloerzijn echter lasverbindingen mettitaniumdraad, een in de praktijkbeproefde en betrouwbare me-thode. Vanwege het geslotenkarakter van de kruipruimte is dekans op beschadigingen uiterstgering. Om deze redenen is hetacceptabelomelkvloerveldenkel-zijdig te voeden. Aanbeveling 45stelt verder voor om de kathode-verbindingen met de wapeningdubbel uit te voeren. Vanwege dekleine kans op beschadigingenonder de vloer is het acceptabelhiervoor slechts ??n verbinding tegebruiken.L e v e n s d u u r b e s c h o u w i n gDe levensduur van het KB-systeem op prefab-vloeren is on-derzocht door TNO Bouw.Voor een ontwerpstroom van20 m A/mm2 staaloppervlak(2?12)isdestroomindetitaniumanodestrip1,5mAperstrekkendemeter. De fabrieksopgaaf van demaximale anodestroomdichtheidis 110 m A/m2anodeoppervlak,overeenkomend met 5,5 mA permeter gedurende 25 jaar. Dit bete-kent dat de levensduur van heteigenlijke anodemateriaal veelmeer zal zijn dan 25 jaar, waar-schijnlijk 100 jaar of meer.De stroomuitwisseling bij deanode produceert zuur. Op delange duur zou hierdoor verzu-ring van het beton op kunnentreden, wat een potentieel gevaarvoorhetsysteemzoukunnenzijn.In het ergste geval zou dit in 25jaar bij een stroomdichtheid van20 mA/m2 staaloppervlak, 25%van het cementvolume in hetbeton rond de anode kunnen aan-tasten. Dit wordt algemeen alsaanvaardbaar beschouwd .Praktijkproeven tonen aan dattwee effecten de verzuring rondde anode zullen be?nvloeden.Allereerst is de stroomdichtheidwaarschijnlijk een factor 2 tot 5kleiner dan de ontwerpnorm.Daarnaast is de netto zuurpro-ductie 5 tot 10 keer lager danbovenstaand berekend is van-wege de migratie van hydroxide-ionen (geproduceerd aan dekathode) naar de anode. De com-binatie van beide effecten redu-ceert de zuurproductie in hetgebied rond de anode minimaalmet een factor 10. Zodoende isverzuring geen bedreiging vooreen verwachte levensduur vanmeer dan 25 jaar.De voeding is een speciaal ont-worpen type met een MTBF-time(Mean Time Between Failure) vanten minste 100 000 uur bij eenbelastingsstroom van 3 Amp?re.Hoe hoger de MTBF-time, hoebetrouwbaarder de voeding zalzijn. Het betekent in de praktijkdat gemiddeld eens in de 11,4 jaareen voeding het zou kunnenbegeven. De levensduur van elek-tronische apparatuur is echteromgekeerdevenredigmetdetem-peratuur, waarbij de temperatuurrechtstreeks afhangt van de gele-verde stroom. In de praktijk is degemiddelde stroom 1 Amp?re ofminder, dus zal naar verwachtingde levensduur meer dan 25 jaarzijn.T e s t p r o g r a m m aVoor het kathodische bescher-mingssysteem ten behoeve vanprefab- vloeren is een uitvoerigtestprogramma opgezet en uitge-voerd. Nadat het systeem wasgetest in een proefwoning, is hetvervolgens in 40 andere wonin-gen toegepast. In vier van dezewoningen zijn referentie-elektro-den ge?nstalleerd, met als doel hetbepalen van de gemiddelde- en demaximum (worst-case) stroomvoor het bereiken van een depola-risatie tussen 100 mV en 250 mVbinnen 24 uur (Conform CUR-Aanbeveling 45).De stroomdichtheid voor degehele groep woningen is vervol-gens ingesteld op de worst-casestroom + een veiligheidsfactorvan 50%. In de opstartfase iselke installatie gecontroleerd opanode-kathode weerstand, enwerd de polarisatie van het wape-ningsstaal gemeten met eenexterne zilver-zilverchloride elek-trode. Daarnaast zijn over langeretijd metingen verricht, ter bepa-ling van veranderingen in weer-stand en potentiaal van het wape-ningsstaal onder invloed van hetwisselende vochtgehalte.Tabel 1 geeft een voorbeeld vanpolarisatiemetingen direct na hetinschakelen van de voeding van??n van de installaties bestaandeuit drie velden. Hieruit blijkt datreeds na 5 minuten een sterkepolarisatie van het wapenings-staal optreedt.Tabel2geefteendecay-metingvaneen van de eerste woningen na 3maanden kathodische bescher-mingbijeenspanningvan1,4Volten een stroom van 0,4 A.Op drie locaties was reeds eengoede depolarisatie te zien naslechts 4 uur.C o n t r o l e e n o n d e r h o u dHet KB-systeem wordt op demarkt gebracht onder een volle-dige tienjarige verzekerde garan-tie alsmede een 25 jarige levens-duurgarantie. Onderdeel van hetgarantiecontract is dat de be-woner eens per maand de afgege-4 | Schematische weergavekathodische beschermingprefab- vloeren.4 3 2 1Kathode (-)aansluitingAnode (+)aansluitingPrefab element nr. 4Titanium-Anode systeemPrefab element nr. 3DetailWapeningsstavenWapenings-staafTitanium-Anode systeemAnode (+)PowersupplyKathode (-)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWo n i n g b o u wcement 2001 5 37ven spanning en stroom van devoeding dient te controleren.Daarnaast worden eens per jaarop contractbasis controlemetin-genuitgevoerdomdekwalitatievewerking van het systeem en demate van bescherming te contro-leren. Ook op dit punt wordt afge-weken van de bestaande procedu-res. Volgens de Aanbevelingmoeten controlemetingen tenminste twee keer per jaar plaatshebben. Vanwege het geslotenkarakter van het systeem alsmedede verplichting van de bewonerom maandelijks de voeding tecontroleren, is het veilig eenlagere inspectiefrequentie aan tehouden.E c o n o m i s c h eo v e r w e g i n g e nOmdat het kathodische bescher-mingssysteem op een effici?ntemanier kan worden ge?nstalleerd,kan dit systeem tot circa 30%goedkoper geleverd worden dande andere alternatieve methoden.Conventionele reparatie is onac-ceptabel omdat het probleem(wapeningscorrosie) niet op eenbetrouwbare manier wordt opge-lost. Dit standpunt is gebaseerdop de vele constructies met inge-mengde chloriden waarbij con-ventionele reparatie heeft gefaald.In vele gevallen zal conventionelereparatie de schade uitsluitendmaskeren.De gebruiker van een constructieblijft in de toekomst verantwoor-delijk voor mogelijk hernieuwdewapeningscorrosie en de schade-lijke gevolgen hiervan. Dit ver-laagt de economische waarde vaneen woning. Met KB heeft de eige-naar van een woning een volle-dige betrouwbare oplossing, diewordt geaccepteerd door deNederlandse Bouw- en Woning-toezichten, ?n voor een lagereprijs dan onvolledige alternatieveoplossingen. R e f e r e n t i e s1. Polder, R.B., Nuiten, P.C.,Toepassing van KathodischeBescherming van beton inNederland, Cement 1998,nr. 3.2. Schuten, G., Leggedoor, J.,Cathodic protection andcathodic prevention in themanagement of a reinforcedconcrete building.Eurocorr'98, Utrecht.3. CUR-Aanbeveling 45`Kathodische beschermingvan wapening in beton-constructies'.4. Polder, R.B., Duurzaam-heidsbeschouwing voor eensysteem voor kathodischebescherming van beganegrondvloeren. TNO Bouwrapport 1999-BT-MK-R0036/01.5. Wegen, G. van der, Polder,R.B., Kathodische bescher-ming van wapeningsstaal inbeton. Cement 1988, nr. 6.Tabel 2 | Depolarisatie 4 uur, testwoning na 3 maanden kathodische beschermingLocatie E on E inst off E 5 min E 4 uur Depol 4 uur1 -550 -495 -495 -450 452 -683 -625 -600 -470 1553 -244 -178 -168 -71 1074 -368 -312 -244 -78 230Tabel 1 | Polarisatie metingenVeld E (off) E(on) 5 min E(instant off) < 1 s Polarisatie 5 min1 -129 mV - 560 mV -410 mV 280 mV2 -205 mV - 693 mV - 458 mV 250 mV3 -190 mV - 457 mV - 340 mV 150 mV