Levenslang duurzaam, maar niet vanzelf122 420121Duurzaamheid van beton is een onderwerp dat veelbelangstelling trekt: publicaties, studiedagen,discussies. Het gaat om definities, ontwerpfilosofie,materiaaleigenschappen, technische invulling,praktijkervaring, maatschappelijke ontwikkelingen,te stellen doelen en mogelijke oplossingen. In eenvorig nummer van Cement is ingegaan opveroudering en degradatiemechanismen met denadruk op toepassing bij nieuwbouw. Dit artikelgaat in op ervaringen met duurzaamheid in depraktijk en toepassing van moderne methoden voorverlenging van de levensduur van bestaandeconstructies. Tevens wordt een blik vooruit geworpen op basis van lopend onderzoek.Levenslangduurzaam,maar niet vanzelfIntreeredeDit is het tweede vantwee artikelen die zijngebaseerd op de intreerede die deauteur heeft uitgesproken op 13 mei2011, ter gelegenheid van het aanvaar-den van het ambt van hoogleraar Mate-rials & Durability aan de faculteit CivieleTechniek en Geowetenschappen van deTechnische Universiteit Delft. Het eerstedeel verscheen in Cement 2012/1 en iste raadplegen op www.cementonline.nl.Intreerede Rob Polder (2)Levenslang duurzaam, maar niet vanzelf 1231234propagatiefaseinitiatiefasebezwijkenafdrukkenscheurendepassiveringhoeveelheidcorrosietijd1900050100150200250300050010001500200025003000350040001910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000kokerbrugliggerbrugplaatbrugcumulatiefbouwjaaraantalbruggen420121 Gerepareerde constructie (brug Babberich,met KB)2 Verschillende fasen in en gevolgen van hetcorrosieproces3 Bouw van bruggen en viaducten inNederlandse rijkswegen, naar [2]Het vorige artikel ging in op de opbouw van beton en hetbegrip levensduur. Hierin zijn de belangrijkste aantastings-mechanismen, corrosie van wapening en alkali-silicareactie,aan de orde gesteld [1]. Processen en gevolgen zijn aangegeven,alsmede de modellen die een belangrijke rol spelen bij hetontwerpen op een lange levensduur, in het bijzonder van nieuwte bouwen betonnen infrastructuur. Bestaande constructies zijnhierbij van groot belang, namelijk als bron van informatie enals objecten die onderhoud nodig hebben.Levensduur bestaande bruggenHoe zit het met de duurzaamheid van betonnen kunstwerkenin de praktijk? Daar is wel wat over bekend. Gerard Gaal,gepromoveerd aan de TU Delft in 2004, heeft het bruggen-bestand van Rijkswaterstaat onderzocht [2]. Hij heeft gevondendat op 40 jaar ouderdom 5% van het bestand afdrukken vanbetondekking had door corrosie. Na 70 jaar had ongeveer 50%datzelfde stadium bereikt, dus ergens in de buurt van punt 2 en3 in het diagram in figuur 2.Als je aanneemt dat tussen initiatie van corrosie en afdrukkenvan dekking tien jaar zit, kun je die populatie voorstellen dooreen (normale) verdeling met een gemiddelde ouderdom bijcorrosie-initiatie van 60 jaar. Dat betekent dat op 40 jaar ouder-dom 10% van de constructies initiatie van corrosie ondergaan,het ontwerpcriterium zoals we dat in bijvoorbeeld CUR-Leidraad 1 [3, 4] maar ook internationaal hanteren.In figuur 3 staat uitgezet wanneer bruggen en viaducten inNederland zijn gebouwd. De piek ligt in 1970 en de grote meer-derheid is tussen 1960 en 1980 gebouwd. Als we daar 40 jaar bijoptellen, komen we op de huidige tijd uit! Of, rekeninghoudend met de inherente onzekerheid, in de jaren tussen 2010en 2020. Ik denk daarom dat corrosie-initiatie in een wezenlijkdeel van de populatie aan het optreden is en dat we toenamevan corrosie en schade zullen zien. Zijn we daar wel op voor-bereid? Ik heb zo mijn twijfels.BezuinigenTegelijkertijd zijn er belangrijke maatschappelijke ontwikkelin-gen. We willen bijvoorbeeld minder primaire grondstoffengebruiken, minder energie consumeren en minder CO2uitsto-ten. Ook vinden we mobiliteit belangrijker, we willen minderhinder op snel- en spoorwegen en we willen ons cultureelerfgoed beter beheren. In 2010 heeft het vorige kabinet latenuitzoeken of het mogelijk is 20% op de begroting te bezuinigen,onder de titel Brede Heroverwegingen. Ik heb een van dierapporten nagelezen en daarin staat dat op dit moment onge-veer 2 miljard per jaar wordt uitgegeven voor aanleg vanRijksinfrastructuur in brede zin als wegen en spoorwegenenzovoort [5], en dat beheer en onderhoud ongeveer 1 miljard per jaar kost. Dat zijn geen geringe getallen.Een van de extreme scenario's om aan die 20% bezuinigingen tekomen, gaat ervan uit dat men stopt met nieuw bouwen, nadatoverigens alle lopende contracten netjes zijn afgerond. Overeen paar jaar zouden we dus geen nieuwe bruggen, viaductenen tunnels meer gaan bijbouwen. Dat verhoogt dan wel de drukop de bestaande infrastructuur aanzienlijk! In het stuk wordt erdan ook terecht op gewezen dat beheer en onderhoud moetenworden gehandhaafd. Ik denk zelfs dat je nog wat meer moet23prof.dr. Rob PolderTNO / TU Delft, fac. CiTGLevenslang duurzaam, maar niet vanzelf124online42012En daarmee spaar je grondstoffen, CO2-emissie, energie, hinderen geld!Kortom, welke doelen zouden wij onszelf moeten stellen? Ikzou zeggen: laten we de levensduur van de bestaande infra-structuur verdubbelen! We hebben gezien dat de kans opcorrosie-initiatie 10% is na 40 jaar. Laten we daar 80 jaar vanmaken als standaard, dan is dat probleem een hele tijd in detoekomst opgeschoven. Daarvoor moeten we beoordelen,monitoren, beschermen, repareren en bewaken: allemaal tech-nieken waar we al een hoop van weten, maar die we vooralbeter moeten inzetten. Hierbij zou echter ook nog wel watvernieuwing kunnen plaatsvinden. Vooral bij dat reparerenhebben we wel een probleem. Europees onderzoek, bevestigddoor recent Nederlands onderzoek, heeft laten zien dat 50%van alle betonreparaties faalt in 10 jaar. Ik vind dat we als doelmoeten stellen daar 25 jaar van te maken. Ik denk dat datmogelijk is en ik heb ook nog wel wat idee?n om dat voorelkaar te krijgen. Voor nieuwbouw mikken we intussen al op100 jaar levensduur met een kans op corrosie-initiatie van 10%.Dat lijkt me een redelijk getal. We hebben ontwerpmodellen enlaboratoriumproeven die heel behoorlijk functioneren, maardie uiteraard kunnen worden verbeterd en verder wordenontwikkeld.Wat we nog helemaal niet voor elkaar hebben, zijn methodenvoor het toetsen van de duurzaamheid in het werk, het omgaanmet nieuwe materialen bij het modelleren van levensduur, enhet daarin inpassen van preventieve maatregelen die er zijn ofdie wellicht aangeboden zullen worden. Werk aan de winkel!Er zijn ook oplossingen. De eerste is triviaal: gebruik bestaandekennis! Bijvoorbeeld over het eerder genoemde hydrofoberenreserveren dan het huidige niveau. En in dat verband wil ik destelling poneren dat het verlengen van de levensduur eenenorme bijdrage kan leveren aan het verbeteren van de duur-zaamheid van onze hele maatschappij. Als je namelijk delevensduur gaat verlengen door te repareren en te beschermen,dan laat je massa en volume op zijn plaats. Dan heb je het overkubieke meters. Een vierkante meter brugdek van ongeveer eenhalve meter dik weegt 1000 kg; een ton. Een typische middel-grote brug van 25 bij 40 m is 1000 m2, dus die weegt 1000 ton.Dat zou je niet moeten willen vervangen; ?ls dat al kon, zou hetnog onzinnig gesleep met materiaal en grondstoffen zijn. Als jeer op tijd bij bent, kun je de schil herstellen en plaatselijk repa-reren, bijvoorbeeld alleen de randen. Dan heb je het over vier-kante meters of strekkende meters.VerduurzamenFoto 4 toont een typische betonschade: roest bloeit uit, eeneerdere reparatie komt eraf en de wapening lost op. Behoorlijkernstig! In plaats van dat slepen met beton bij nieuwbouw envervanging zijn er allerlei methoden om bestaande constructieste verduurzamen. Je kunt bijvoorbeeld preventief ? dat wilzeggen v??rdat corrosie optreedt ? het beton hydrofoberen,met ongeveer 250 g hydrofobeermiddel per m2beton, waarvanook nog eens de helft water is. Of je kunt met behulp vankathodische bescherming het corrosieproces stoppen (wanneerdat al begonnen is), met een fractie van 1 mm dikke geleidendecoating en een (heel) klein beetje stroom. Ga je voor zwaar endegelijk, dan spuit je er bijvoorbeeld 25 mm spuitbeton op. Datweegt nog maar 50 kg per m2in plaats van 1000. En je kuntversterken, met bijvoorbeeld 5 mm staalplaat of koolstofvezel-versterkte kunststof. Allemaal lichter, met minder materiaal ensneller aan te brengen dan vervangen van zo'n hele constructie.4Levenslang duurzaam, maar niet vanzelf 125420124 Typische betonschade door chloride: roestbloeit uit, een eerdere reparatie komt er afen de wapening corrodeert wegonleesbaar geworden. Hij heeft onder andere de elektrischeweerstand van dat beton gemeten. Op basis van statistischeanalyse was hij in staat betonsamenstellingen te onderscheidendie gemaakt waren met vier verschillende cementsoorten. Ookdit is een bijzonder stuk werk, waarover bij mijn weten nieteerder is gepubliceerd. Ik denk ook dat het inzicht in deverdeling van de elektrische weerstand van beton ons zoukunnen helpen een methode te ontwikkelen voor het toetsenvan de duurzaamheid in het werk. Goed nieuws is verder datPacheco inmiddels aan een promotieonderzoek is begonnen.Hydrotalcieten in betonDan nu een promotieproject, over hydrotalcieten in beton, datwordt uitgevoerd door door Zhengxian Yang. Dit project wordtgefinancierd door het Materials Innovation Institute, M2i, metsteun van TNO en het Ministerie van ELI. Hydrotalcieten zijnvaste stoffen met een laagstructuur, opgebouwd uit twee- endriewaardige metaalionen met zuurstof en hydroxylionen in delagen. Tussen die lagen kun je anionen inbouwen die gevoeligzijn voor uitwisseling met ionen in de omgeving. We gaan eenidee onderzoeken van TNO-collega's Hartmut Fischer en OlafAdan, die er samen met buitenlandse partners een octrooi ophebben. Het idee is dat chloride-ionen, wanneer zij het betonindringen en deeltjes met zo'n laagstructuur tegenkomen,gebonden worden door het hydrotalciet. Daarbij komen andereanionen vrij, bijvoorbeeld ionen die als inhibitor corrosiezouden kunnen bestrijden. We denken dat we door het toevoe-gen van hydrotalciet aan beton de levensduur van nieuwbouwkunnen verlengen, maar ook van reparaties.IS2C-onderzoek kritisch chloridegehalteEen groep promotieprojecten die ik wil noemen, is gericht opcorrosie bij scheuren in beton en het kritische chloridegehalte.Dit is een onderdeel van het STW-perspectiefprogramma IS2C(Integral Solutions for Sustainable Concrete Construction).Hierin werken drie promovendi, twee in Delft en ??n aan deTU Eindhoven. Het onderwerp is de rol van scheuren bij hetindringen van chloride en het ontstaan en zich ontwikkelenvan corrosie. We bestuderen processen als het afdichten doorcorrosieproducten en vanzelf dichtgroeien (self healing) vanscheuren. Verder gaan we een testmethode ontwikkelen voorhet kritische chloridegehalte, in samenwerking met een inter-nationale commissie van RILEM. Hiervan is, zoals eerdergezegd, met de huidige kennis de onzekerheid nog te groot.IS2C-onderzoek ASRNog een groep promotieprojecten, gefinancierd door IS2C, isgericht op alkali-silicareactie (ASR) en lithium. Dit zijn driepromotieplaatsen aan de TU Delft en de TU Eindhoven, metals trekker Leo Pel, waarvan er eind 2011 twee zijn ingevuld.Hier is ook een afstudeerder aan bezig.en kathodisch beschermen. Beide methoden worden gebruiktin Nederland, maar op te kleine schaal. We hebben er goede envoldoende kennis van en lange ervaring mee om de toepassingaanzienlijk te laten toenemen [6]. Dat ligt anders met roestvast-stalen wapening en kunststof omhullingen van voorspanning.Beide leiden tot een veel betere levensduur en controleerbaar-heid. Ook van lichtbeton is de kennis in ons land beperkt. Integenstelling tot Nederland, is er met alle drie de methodenelders in Europa ruime ervaring. Waarom passen wij dat zoweinig toe? Laten we er serieus over nadenken!OnderzoekWe zijn natuurlijk ook met onderzoek bezig aan de TU Delft.We hebben vragen, we hebben goede idee?n om die vragen tebeantwoorden en we brengen nieuwe kennis voort. Maar het isuiteindelijk de toepassing die uitmaakt of je als universiteit ofkennisinstelling iets toevoegt en verbetert aan de maatschappij.Daar heb je partners voor nodig, want een universiteit bouwt ofrepareert niet zelf. Daarvoor zijn contacten nodig met beheer-ders, bouwers, reparatie- en adviesbedrijven. Een vehikel daar-voor zou het pas opgerichte InfraQuest, een samenwerkings-verband van Rijkswaterstaat, TU Delft en TNO, kunnen zijn. Ikvoorzie vooral een rol voor InfraQuest bij proefprojectenwaarbij je nieuwe idee?n toepast in projecten van zodanigeaard en schaal, dat mensen uit de praktijk erin kunnen gaangeloven.Transport van chloride in jong betonDan enkele voorbeelden van kennis uit onderzoek dat wegedaan hebben of aan het doen zijn. Het eerste is het transportvan chloride in jong beton, onderzocht in het afstudeerprojectvan Pepe Caballero (2009). Caballero vroeg zich af wat ergebeurt als je chloride loslaat op beton dat ??n dag oud is, inplaats van 28 dagen, het standaard uitgangspunt in onzemodellering en proeven. Hij heeft experimenten gedaan en eenvrij eenvoudig model gebruikt om de consequenties door terekenen. Interessant is dat die resultaten uniek zijn; er is nogniet eerder over gepubliceerd. En wat blijkt? Jong beton is zeerpermeabel voor chloride, geheel volgens verwachting. Echter,doordat de microstructuur snel minder permeabel wordt doorhydratatie van cement, is het langetermijneffect, bij een ouder-dom van bijvoorbeeld 50 jaar, slechts een paar millimeter extrachloride-indringing! We begrijpen het proces en het effectvoldoende om vast te kunnen stellen dat indringen van chlo-ride in jong beton geen wezenlijk extra probleem oplevert.Identificeren van oude betonproefstukkenHet tweede afstudeerproject dat ik wil noemen, is dat van JosePacheco in 2010. E?n van zijn taken was het identificeren vanoude betonproefstukken; we hadden er nog zo'n honderdliggen van meer dan tien jaar oud. Echter, de labels warenLevenslang duurzaam, maar niet vanzelf126 420125 3/10 aanstelling: eenmini-statiefje?een behoorlijke stabiliteit en stevigheid kunt bereiken. Maar jemoet een beetje oppassen met zware belastingen. Ik zal mijnbest doen. Ik ben enthousiast. Ik wil de belangstelling voor onsvak laten groeien. Ik wil jonge mensen onze nieuwe kennismeegeven en daarmee de invoering van nieuwe methoden entechnieken bevorderen ? dat is hard nodig!Tot slotMijn intreerede ging over beton, duurzaamheid en een langelevensduur. Dat dat niet vanzelf komt, hoop ik te hebbenaangetoond. Ik wil mijn dank uitspreken aan mijn collega'sbinnen de TU, waarmee het goed samenwerken is en die mij alveel hebben geleerd. En aan mijn collega's bij TNO, waar ikvele, vele jaren met veel plezier heb samengewerkt en die mijheel veel hebben geleerd. En aan mijn andere technische,inhoudelijke en zakelijke relaties in dit veld in Nederland en inde rest van de wereld: dank u zeer!Dan, last but not least, wil ik mijn diepe dank overbrengen aanmijn vrouw Lise, voor vijfendertig jaar liefde, steun en wijsheid.Dames en heren, ik dank u voor uw aandacht en ik hebdaarmee gezegd! ASR is een reactie van natrium en kalium met reactief silica in hettoeslagmateriaal. Hierbij wordt silicagel gevormd dat wateropneemt, wat kan leiden tot schadelijke expansie. Reparatie vanASR is vaak niet duurzaam: het zwellen gaat door en in ernstigegevallen leidt dit tot slopen en vervangen van een getroffenconstructie. We weten dat het toevoegen van lithium aan betonmet reactief toeslagmateriaal preventief werkt en de schadelijkereactie voorkomt. We willen het mechanisme achter het effect vanlithium beter begrijpen en mede daaruit een reparatiemethodevoor bestaande constructies ontwikkelen met behulp van lithium.AannamebeleidIk kom nu aan de afsluiting van mijn betoog. Ik wil het hebbenover organisaties en mensen. Ik loop nu een paar jaar rond bij deTU Delft en al behoorlijk lang bij TNO. Ik heb contacten metRijkswaterstaat en allerlei bedrijven en andere organisaties. Wat ikvooral zie, is veroudering. Van mensen en daarmee van kennis;mensen pensioneren of vloeien af. Ik denk dat we hier krachtig opmoeten reageren met verjonging van het personeelsbestand. Datis een probleem, want mensen die ge?nteresseerd zijn in Materials& Durability en die in bredere zin kijk hebben op materialen zijnbehoorlijk schaars. Tegelijk zie ik dat het aannamebeleid van onzeorganisaties uiterst terughoudend is. Universiteiten aarzelen omgoede mensen een serieus perspectief aan te bieden en blijven zetijdelijk aanstellen. TNO en andere organisaties zijn terughoudendmet het aannemen van mensen als het niet ten minste om eenschaap met zes of zeven poten gaat. Er wordt veel te vaak gekozenvoor detachering.Als er schaarste is, moeten we ook meer mensen opleiden.Daar wil ik zeker graag aan bijdragen. We moeten daarbij meerstudenten werven voor onze colleges en afstudeerprojecten inde materiaalkunde. Uiteindelijk hoop ik ook dat ze dan ge?nte-resseerd raken in promoveren. Promoveren is lastig werk datgrote concentratie vereist; een serieuze baan dus. Ik vind hetdan ook een slechte zaak dat er voorstellen zijn, deels afkomstiguit de universitaire wereld en opgepakt door de staatssecretaris,om promovendi niet langer een salaris te geven maar eenbeurs. Ik denk dat dat de kwaliteit van het werk en zeker hetaanbod van Europese en Nederlandse promovendi drastisch zalbeperken ? een slechte zaak!Tsja, en daar sta je dan als hoogleraar met 3/10 aanstelling. Isdat mooi, is dat goed? Is dat veel of weinig? Mijn voorganger bijMaterials & Durability, Jan Bijen, die al weer een paar jaar wegis, had 2/10, en die heeft toch heel veel bereikt; goede mensenopgeleid, waaronder onderzoekers, maar ook praktijkmensen.Michiel Haas, mijn collega bij Materials & Sustainability heefteen 4/10 aanstelling. In zijn intreerede (in 2009) vond hij datgeen volledige (leer)stoel, maar een krukje. Ik vraag mij dus af:wat is 3/10? Ik zie het als een mini-statiefje (fig. 5), waarmee je RefeReNTieS1 Polder, R.B., Levenslang duurzaam,maar niet vanzelf. Intreerede deel 1,Cement 2012/1.2 Gaal, G.C.M., Prediction ofdeterioration of concrete bridges.Proefschrift, Delft University Press,2004.3 CUR-Leidraad 1, Duurzaamheid vanconstructief beton met betrekking totchloride-ge?nitieerdewapeningscorrosie, CUR Gouda, 2009.4 Polder, R.B., Breugel, K. van & Wegen,G. van der, Levensduur beton.Achtergronden en variantenCUR-Leidraad 1. Cement 2011/2.5 Rapport brede heroverwegingen, deel3, Mobiliteit en water. Inspectie derRijksfinanci?n, april 2010.6 Polder, R.B., Leegwater, G., Kathodischbeschermen nader bekeken. Cement2012/2.5