I,-W_O_Nl_._N~G~B_O_UW~. ~-l.I_BE_HEE_~R - ~I_RE~_PARJI:_._T_IE----__-KATHODISCHE BESCHERMINGVAN BETON TOEGEPAST INDE WONINGBOUWirJ.F. den Boer, DHV Raadgevend Ingenieursbureau, AmersfoortBij een woningencomplex te Capelle aan den IJssel is in 1986, 19 jaar na de bouw, ineen aantal balkonplaten wapeningscorrosie vastgesteld. Onderzoek wees uit dat dekans op het op het ontstaan van dergelijke schade in nog meer balkonplaten grootwas. Om dat te voorkomen worden binnenkort alle 288 balkons van een kathodischbeschermingssysteem voorzien. Hiertoe is besloten nadat 5 maanden ervaring isopgedaan met zo'n systeem op enkele proefbalkons. De opgedane ervaringen metdeze voor Nederland nieuwe beschermingstechniek worden beschreven.De Woningstichting Capelle aan? den rrsselismetcirca7500 wo-ningen de grootste corporatievan de gemeente. Een groot aantal wo-ningen in dit bestand heeft betonnenonderdeleninde gevels. Mede naar aan-leiding van de publiciteit over gevallenvan betonschade in den lande beslootdeWoningstichting enkelejaren terug hetbeton in de gevels van al haar woningensystematisch op wapeningscorrosie telatenonderzoeken. Dit teneindede kos-ten van toekomstig onderhoud zicht~baar te maken en eventueel preventievemaatregelen te kunnen nemen. Het on-derzoekis opgedragen aan DHV Raad-gevendIngenieursbureau.Bij eenvan decomplexen, te weten het uit 12 flatge-bouwen bestaande Wiekslag-complex,werd in 1986 (19 jaar na de bouw) opomvangrijke schaal wapeningscorrosievastgesteld, die deels was veroorzaaktdoor een overmaat aan chloride in hetbeton en deels door te geringe dekking.Het betrof balkonplaten en gevelban-den. De gevelbanden waren dermateaangetast dat werd besloten tot vervan-ging. Voor de balkonplaten is echter eennader onderzoek ingesteld om na tegaan welke alternatieve maatregelenmogelijk waren (fOto 1).Schade-oorzaak en -omvangRoesten van wapening en als gevolghiervan scheurvormingin enafspringenvan de betondekking kwam voor op allevlakkenvan de balkonplaten.De gevon-den chloridegehalten lagen veelal in deorde van grootte van 1%(ruim) Cl- (tenopzichte Van het cement) met soms uit-schieters naar 2,7%. Gezien de situatie(niet gelegen aan de kust, noch gebruikvan dooizout) kon worden aangenomendatde chloride aanhetbetonwas toege-voegd. Voorts bleek dat veel balkonpla-ten die er onbeschadigd uitzagen,eenhoogchloridegehaltehadden. Rekeningwerd dan ook gehouden met een uit-breidingvan dewapeningscorrosie in denabije toekomst.MaatregelenIn principe kwamen de volgende maat-regelen in aanmerking voor saneringvan de balkons:~ vervanging van de platen;- reparatie van het beschadigde betongecombineerd met het aanbrengenvan een kathodisch bescherruingssys-teem;- reparatie van het beschadigde betongecombineerd met het 'inpakken' van1 Wiekslag-complex in Capelle aande Ijssel, bestaande uit 12fla~ebouwen,waMVandebalkonplaten moeten wordengerepareerd en beschermd2 Dwarsdoorsnede over eenbalkonplaatCement 1988 nr. 4- 67I_W_O_N_IN__G_B_O~UW I_B~E~HEE__R ~ .J..IRE_P_1\RA:r_IE~ ~---Jde balkons.doormiddelvan een dichtecoating.Bij het kiezen van de meest geschiktemaatregel moet rekening worden ge-houden met de kosten, de duurzaam-heid en de overlasttijdens de uitvoering.Nagestreefdwerd eenzo goedkoop mo-gelijke oplossing. Uiteraard moest ditook een technisch verantwoorde oplos-sing zijn.Dewoningstichting eiste dat gedurende25jaarvolgend op het grootonderhoud,aan de balkons geen noemenswaardigonderhoud nodig zou zijn.De overlast tijdens de uitvoering diendevoor de bewoners tot een minimum teworden beperkt.De mogelijkheid van het repareren pluscoatenvan debalkonsviel afvanwege deverwachte uitvoeringsproblemen (on-bereikbaarheid van randen vanwegehun inkassing in de gevels), in combina-tie met de hoge kosten.Vervanging van de balkonsviel ondankseen hoge mate van betrouwbaarheid(immers al het 'slechte' beton wordtdooreengoede kwaliteitvervangen) na-dien ook afvanwege de grote mate vanoverlast en de hoge kosten. Deze laatstewerden begroot op f 6000,- perbalkon.De moeilijkheid lag in het feit dat debalkons langs de randen ingekastzijn inhet gevelmetselwerk en aan de achter-kant (onder en boven) aansluiten op degevelpuien. Bovendien zijn zij met an-kers gek?ypeld aan de achterliggendevloeren (fig. 2).De meest aantrekkelijke maatregelbleek de toepassingvan kathodische be-scherming. Het aanbrengen daarvan incombinatie m('}t repareren werd name-lijkbegrootop f 3500,- tot f 4000,-perbalkon, terwijl de overlast beperkt zoublijven omdat er geen werkzaamhedenbinnen de woningen hoefden te3 Schem~ van het I?roces vanwapenmgscorrosleworden uitgevoerd. De mate van be-trouwbaarheid werd aanvaardbaar ge~acht op basis van de ervaringen in deVerenigde Staten en Groot-Brittanni?alsmede de garantie van de leverancieren het applicatiebedrijfVoor Nederland zoU: dit overigens heteerste grootschalige project wordenwaarbij kathodische beschermingwordttoegepast. Omeengoedinzichttekrijgen in het functioneren van katho-dische bescherming in deze specifiekesituatie, werd besloten om het kathodi-sche beschermingssysteem eerst op 5balkons aan te brengen en gedurendeenkele maanden de effectiviteitdaarvante controleren.Theorie kathodische beschermingHet corroderen van wapeningsstaal iseen elektro-chemisch proces dat kanoptreden dankzij de aanwezigheid vanwater en zuurstof in het beton. Boven-dien dient daartoe de normaal aanwezi-ge beschermende passiveringslaag ophetwapeningsstaalverstoord te zijn, bij-voorbeeld door de aanwezigheid vanchloride of door carbonatatie van dedekking. Dan ontstaan op het wape-ningsstaal corrosiecellen met een nega-tieve en een positieve pool (resp. anodeen kathode). Aan de anode lost ijzer inwater op waarbij elektronen vrijkomendie via het staal naar de kathode gaan.Daarvindt de kathodische reactie plaats(zuurstofplus water wordt hydroxyde).Roestvorming is een vervolgreactie opvoornoemde reactie. Het ijzer in de op-lossing reageert met hydroxyde tot ij-zerhydroxydedatbij verdere reactie metzuurstof leidt tot de bekende roest. Alsgevolg van de hiermee gepaard gaandevolumevergroting kan schade aan debetondekking ontstaan (fig. 3).Met het aanbrengenvan een kathodischbeschermingssysteemwordt bereikt dat4 Principe van kathodischebeschermingcorroderend wapeningsstaal niet verderkan corroderen door het in zijn geheelkathodisch te maken. Ditwordtgereali~seerd door het koppelen van het wape-ningsnet aan de negatieve pool van eenlaagspanningsbron, in combinatie methet aanbrengen van een kunstmatigeanode op het beton die aan de positievepool van de spanningsbron wordt ge-koppeld. De anode wordt in de con-structie opgenomen door deze in testorten in een dekvloer ofol? te nemenin een laag spuitbeton (fig. 4).De spanningsbron kan in principe opverschillende manierenwordengevoed,te weten door aansluiting op het licht-net, batterijen of zonnecellen. De naarde constructie aan te voeren stroOmdient daarbij nauwkeurig teworden in-gesteld. Teweinig stroomgeeft namelijkonvoldoende bescherming, terwijl teveel stroomdelevensduurvan deaange-brachte anode ongunstig kan be?nvloe~den. Tijdens de gebruiksperiode dientperiodiek controle te worden uitgeoe-fend op de instelling omdat door veran-deringen van buitenaf (temperatuur,vocht) ofin het beton (ionen-migraties)bijstelling nodig kan zijn.Van oudsher is kathodische bescher-ming een techniek die wordt gebruiktvoor staalconstructies zoals tanks, sche-pen, stalen buizen in de grond e.d. Deoorsprong van de toepassing van katho-dische bescherming op betonconstruc-ties met tot doel de wapening te be~schermen ligt in de Verenigde Staten,vooral op brugdekken die wapenings~corrosie vertonen als gevolg van het ge-bruik van dooizout. Sinds kort zijn kat-hodische beschermingssystemen voorbetonconstructies ook op de Neder~landse markt verkrijgbaar.anode : Fe - Fe2 + 2e !corrosie)kathode: 02 + 2H20 + 4e- -40H-Fe 2++Y202+20H-+H20 -Fe2 03.H20roest68pori?nwoterin ?ementsteenfungeert alselectrolietCement 1988 nr. 4ProefperiodeNa het in werking stellen van het sys-teemis gedurende 5 maanden depolari-dienen om de instelling van het katho-dische beschermingssysteem na in be-drijfstelling te kunnen controleren;- het aanbrengenVan de laagspannings-bron in ??n van de portieken van de flat(foto 7),- het leggen van de bekabeling van debalkons naar de spanningsbron. Die be-kabeling wordt uit het zicht gewerktdoor middel van een pvc-goot;- het aanbrengen van een cementdek-vloer op het (vooraf opgeruwd) loop-vlak; behalvedat hiermee de vereiste in-kapseling van de kabelanode is bereikt,is ook het afschot gecorrigeerd.Na afloop kon worden geconcludeerddat de uitvoering geen grote problemenhad opgeleverd. Extra aandacht bleeknodig voor de hemelwaterdoorvoerenen de balkonhekken. Omdat deze vanstaal zijn en zijn ingestort in de vloeren,moesten zij elektrisch worden doorver-bonden met het wapeningsnet. Voortsdienden dehekken tewordenverhoogd;door de nieuwe dekvloer WaS het loop-vlak namelijk meerdere centimetershoger komen te liggen. Gezien de be-werkelijkheid van de aanpassingen aande bestaande hekken is naderhand be-sloten om alle balkons van nieuwe hek-ken te voorzien die niet inhetbeton zijningestort. Door daarbij voor onder-houdsarme hekken te kiezen (alumini-um) kan straks op onderhoud wordenbespaard.Tenslotte werd het beter geacht deplaats van de spanningsbron zodanig tewijzigen dat de kans op beschadiging(vandalisme) werd verkleind. Een af-sluitbare ruimte onder de trap op de be-gane grond bleek hiervoor uitermategeschikt.UitvoeringHet aanbrengen van het kathodischebeschermingssysteem verliep bij ditproject in grote lijnen als volgt:- repareren van de loszittende en sterkgescheurde betondekkingen. De randenvan de balkons waren in het algemeenzo zwaar beschadigd dat zij in hun ge-heel moestenwordenweggekaptenver-volgens aangestort; op sommige plaat-senwas hetnodigwapeningbij teleggenvanwege de verregaande aantasting vande oude wapening (foto 5),- aanbrengen van de kabelanode op deloopvlakkenvan de balkons volgens eenvooraf vastgestelde configuratie, afge-stemd op de aanwezige hoeveelheidwa-pening. Het vastzetten van de kabel ~:beurde metbehulpvan speciale clips (jo-to 6),- aanbrengenvan referentie-elektrodenin de nabijheid van de wapening. DezeControles vooreifDe controles die voor reparatie van debalkons werden uitgevoerd bestondenuit potentiaalmetingen en continu-?teitsmetingen.Potentiaalmetingen dienen om de cor-rosiehaarden te lokaliseren en om decorrosiepotentialen te bepalen.Continu?teitsmetingen dienen om na teProefbalkonsTen tijde van de proefwas op de Neder-landse markt alleen verkrijgbaar het Fe-rex-WO systeem van de firma Raychem.De anode daarvan bestaat uit een circa8 mm dikke kabel met koperen kern eneen mantel van kunststofwaarin grafietis verwerkt ten behoeve van de elektri-sche geleiding. Sinds enige tijd zijn ookandere systemenop de markt, onderan-dere met gaasanodes.gaan in hoeverre de wapeningsnettencontinu zijn. Ge?soleerde staven (ofan-dere ge?soleerdestalenvoorwerpen) zijnverstoringen in kathodisch beschermdbeton .omdat deze plaatselijk corrosie-vorming in de hand werken. Wordenge?soleerde stavenontdektdanis hetduszaak om deze in contact te brengen methet wapeningsnet. De continu?teitwordt gecontroleerd met behulp vaneen elektrische weerstandsmeter. Tus-sen verschillende punten Van de wape-ning wordt de weerstand gemeten. Is deweerstand gering dan staan de puntenmet elkaarinverbinding. Is daarentegende weerstand hoog en/ofworden insta-biele waarden gevonden dan heeft mente maken met staven die onderling ge-?soleerd liggen. Bij de proefbalkonsbleek dat er in het algemeen sprake wasvan een continu net. Incidenteel moesteen doorkoppeling worden uitgevoerd.1---------~-----~-_1 Dit kon dan eenvoudig worden gereali-5 Vooral aan de randen is veel seerd met binddraad.betonreparatie noodzakelijk6 Kabelanodes aangebracht op de. bovenkant van een balkonplaat 7 Spanningsbron van hetkathodische beschermingssysteemCement 1988 nr. 4 69I_W_O_N_~IN_G_B_O_UW ~ I_B_E_HEE~_R_~~~ I_RE__PARA:~__~_IE ~~~-Jkathodische beschermingaanbrengen en aansluiten8 Kostenverdeling van hetreparatieplanplaatselijkebetonreparatiesvoorbereiding al erneensatie van de wapen?ng gecontroleerd.De polarisatie van de wapen?ng is eenmaat voor de beschermingsgraad. Na-gestreefd werd een potentiaalverlagingvan 100 ? 250 mv.Overschrijding werdtoelaatbaar geacht mits de potentiaalvan de wapen?ng niet minder werd dan-1100 mV ten opzichte van de (koper-sulfaat) referentie-elektrode. Onder-schrijden van deze waarde werd niettoegelaten omdat hierdoor de levens-duur van het systeem ter plaatse van deanode nadelig kon worden be?nvloed.Dit vergde een nauwkeurige afstellingvan de stroom die naar de kabelanodewordt geleid. Een en ander is gecontro-leerd door middel van de zogenaamdedepolarisatieproef.KostenUiteindelijk is gebleken dat de in eersteinstantie begrote kosten wat te laag wa-ren. De werkelijke kosten zullen circaf 4300,- per balkon bedragen (onvoor-z?en waren de ophoging van de hekkenen de grote omvang van de noodzakelij-ke reparatie). Ten opzichtevanvolledigevervanging van de balkonplaten bete-kende het kathodische beschermings-systeem echter nog steeds een besparingvan circa f 500 000 op het gehele pro-ject.Inhet algemeenkanworden opgemerktdatvoor situatieswaar de schade aan hetbeton in een minder vergevorderd sta-diumverkeert, het toepassenvan katho-dische bescherming minder kostbaarkan zijn omdat dan het aandeel vanplaatselijke betonreparaties (herstellenloszittend beton!geroeste wapening)la-ger uitvalt. Bij het onderhavige projectmaakte deze post zo'n 40% van de totalekosten uit (fig. 8).Tot slot kan worden opgemerkt dat indit project een substantieel deel van desanering door de overheidwordtgesub-sidieerd.Periodieke inspectie loontDeervaringeninditenandere projectentonen nogmaals het belang aan om wa-peningscorrosie reeds in een vroeg sta-dium te onderkennen. Met anderewoorden de eigenaarlbeheerder doet er70goed aan om in zijn onderhoudsplan-ning periodieke beton?nspecties op tenemen. Voor de wijze waarop deze in-spectie dient te worden uitgevoerd,wordtdeleidraadvande CUR'Inspectievan bestaande betonconstructies' gead-viseerd. In gevallen waar chlorideaan-tastingwordtvermoed, maar niet zicht-baar is aan het betonoppervlak, is hetdaarnaast raadzaam om ook potentiaal-metingen te laten verrichten. Hiermeekunnen eventuele verscholen corrosie-haarden worden gelokaliseerd.Overigens is dit een techniek, die menvanwege de vereiste deskundigheid in-zake interpretatie van resultaten beteraan een specialist kan overlaten.BesluitDoor de hoge chloridegehalten en degeringe dekkingen moest erworden ge-concludeerd dat voor dit project in Ca~pelle aan den ijssel plaatselijke repara-ties aan de balkonplaten niet afdoendezouden zijn. Gekozen moestworden uithet vervangen van de balkonplaten ofreparatie in combinatie met bescher-men. Bij dit project leken van meet afaan de omstandigheden in het voordeelvan reparatie gecombineerd met be-schermen, met name door de eis van deWoningstichtingdatde balkonsweer 25jaar mee moesten. Uit de proef die openkele balkons is uitgevoerd bleek detoepassing van een systeem met katho-dische bescherming aantrekkelijk. Ge~bleken is dat aan een van de belangrijk-ste eisen, namelijk een continu wape-n?ngsnet kon worden voldaan. Verderbleef de overlast voor de bewoners be-perkt. Gedurende 5 maanden van func-tioneren bleek ook de nagestreefde af~stelling van de beschermstroom haal-baar en beheersbaar. De te verwachtenbesparing ten opzichte van vervangingvan de balkonplaten is aanzienlijk ge~bleken. In het algemeen kanworden ge-steld dat het toepassen van kathodischebescherming aantrekkelijker wordtnaarmate de wapen?ngscorrosie in eenminder ver gevorderd stadium verkeert.De kosten voor de voorafnoodzakelijkebetonreparaties kunnen dan immersbeperkt blijven. Dit pleit ervoor om be~tonconstructies regelmatig te laten in-specteren en in geval van twijfel op wa-peningscorrosie te laten controlerendoor middel van potentiaalmetingen.Cement 1988 nr. 4