dr.G.de WindTechnische Hogeschool Delftnamens de subgroep Technologie van deCUR-VB commissie 34Praktijkmetingen aan enbetontechnologischeaspecten van debetondekking**lezing uitgesproken tijdens de CUR-VBdag d.d. 6 april jl. te AmersfoortVanuit het oogpunt van de duurzaamheid van de wapening is het enige wat de dekking moetdoen deze beschermen tegen roesten ofwel corrosie.Corrosie is een elektrochemisch proces. Dat betekent dat er anodische (negatieve) en kathodi-sche (positieve) plaatsen op het staal aanwezig z\\n(fig.1). Op de anodische plaatsen vormt zichde roodbruine roest, die een 2 ?3 maal zo groot volume heeft als het ijzer dat voor de vorming isverbruikt, waardoor de betondekking van de wapening kan worden gedrukt. Voor corrosie iszowel water als zuurstof nodig, alsook een potentiaal verschil tussen kathode en anode. Eenpotentiaalverschil alleen is niet voldoende, zodat aan de gemeten potentiaal van een wape-ningsstaaf niet kan worden waargenomen of corrosie plaatsvindt.Hoe is nu de situatie in beton? In gezond beton is het poriewater sterk basisch; de pH (de maatvoor de zuurgraad) is 12,6 of zelfs nog hoger. Dit geldt voor beton gemaakt van portland- ofhoogovencement, maar niet voor aluminiumcement. De pHiszo hoog vanwege de vorming vanCa(OH)2, gebluste kalk, bij de verharding of hydratatie van cement uit de daarin aanwezigecalciumsilicaten. De eventueel nog hogere pH wordt veroorzaakt door de in de cementaanwezige alkali?n die bij de verharding alkalihydroxyden vormen.Als toelichting op het gedrag van staal bij verschillende zuurgraad dient figuur 2. In die figuur isde corrosiesnelheid van staal uitgezet tegen de pH van de oplossingen die zuurstof bevatten. Decorrosiesnelheid bij een pH van ongeveer 12 is nul. Bij verlaging van de pH begint de corrosie-snelheid te stijgen (verlaging van de pH betekent een verhoging van de zuurgraad). Bij een pHvan ongeveer 10 wordt de corrosiesnelheid weer constant om bij ongeveer 4 sterk te gaanstijgen.Staal i een omgeving met een hoge pH waar geen corrosie optreedt is passief. In het gebied vanongeveer 10 tot ongeveer 4 wordt de corrosiesnelheid bepaald door de toevoer van zuurstofnaar het staal. Het staal is actief. Het is duidelijk dat er in de eerste plaats naar gestreefd moetworden de passiviteit van het staal te behouden. Een andere mogelijkheid is het beton zo droogte houden dat er geen corrosie kan optreden; immers, er is water nodig voorde corrosie. In feitehebben we die situatie in onze centraal verwarmde ruimten. De relatieve vochtigheid van debuitenlucht in Nederland schommelt echter normaliter rondom de 60%. Passiviteit van de.- wapening is derhalve de belangrijkste bescherming tegen corrosie.Welke gevaren bedreigen nu de passiviteit van de wapening? Dat is de activering door stoffenvan buiten en wel door koolzuurgas CO2, zwaveldioxyde SO2 en stikstofdioxyde NO2, dezogenaamde zure oxyden en door chloride-ionen ( ) die alle vrij voorkomen in ons milieu.De ongescheurde toestandKoolzuurgas (CO2)Koolzuurgas komt alom in de ons omringende atmosfeer voor. In een industri?le atmosfeer kande concentratie aanzienlijk zijn. Als men de juiste betontechnologische maatregelen treft, heeftmen van de inwerking van koolzuurgas, de zogenaamde carbonatatie, waarbij de pH in hetporiewater daalt tot ongeveer 8,5 niets te duchten. De weerstand tegen indringing van CO2 isafhankelijk van een goede verdichting van de betonmortel en een juiste gradering van hettoeslagmateriaal. Met name een lage watercementfactor is uitermate belangrijk voor hetbereiken van een zo gering mogelijke porositeit. Voor details kan worden verwezen naar CUR-rappprt 73'Carbonatatie lichtbeton'.Chloride-ionenHet binnendringen van chloride-ionen Speelt een belangrijke rol bij beton dat volledig onderge-dompeld is in bijvoorbeeld zeewater. Chloride-ionen hebben de onaangenameeigenschap zeeractiverend in te werken op de wapening. Zedringen binnen in opgeloste toestand. De pori?n zijnin het geval van ondergedompeld beton geheel gevuld met water. Het is bekend dat dechloride-ionen in elk geval de wapening bereiken ver voor het verstrijken van de levensduur vande betonconstructie. De wapening raakt dus altijd geactiveerd. De corrosiesnelheid wordt ook inde geactiveerde toestand bepaald door de zuurstoftoevoer naar de wapening. Bovendien is er inde pori?n geen roering of convectie. Uit berekeningen blijkt dat de corrosie verloop met eensnelheid van ongeveer 10jum/jaar.Cement XXXI (1979) nr. 10 4603De zuurstoftoevoer naar het passieve deelis bepalend voor de corrosie in de scheurtjesDe tussen haakjes geplaatste cijfers ver-wijzen naar de literatuuropgave aan heteind van dit artikel.De gescheurde toestandKoolzuurgasEr is in West-Duitsland een groot onderzoek uitgevoerd op dit gebied [1]*. Balken met trek-scheurtjes van gemiddel 0,15-0,40 mm die voortdurend openstonden werden ge?xposeerd ineen grote stad, in een industriegebied en in zoutbevattende zeelucht. De scheurtjes verliepenalle transversaal op de hoofdwapening. Het bleek nu, dat de scheurwijdte slechts een zeer ge-ringe invloed had op de omvang van de corrosie in de scheurtjes. De dikte van de dekking, dievarieerde van 25 tot 35 mm bleek alleen bij zeer hoogwaardige, dus zeer dichte beton enigeinvloed te hebben op de omvang van de corrosie in de scheurtjes.De verklaring hiervoor is als volgt. Via de scheurtjes vindt reeds lang voordat de levensduur isverlopen activering van de wapening plaats door carbonatatie van het beton ter plaatse van descheur. Waarnemingen toonden aan, dat dit zeer snel gaat. Dat zou dan betekenen, dat deeventuele aanvangsverschillen in corrosie ten gevolge van verschillen in scheurwijdte onbete-kenend zijn ten opzichte van de daaropvolgende corrosie gedurende de lange expositietijd. Decorrosiesnelheid na de activering in de scheurtjes is dan namelijk nog slechts af hankelijk van deomvang van de passieve, kathodische wapeningsdelen. Kennelijk is de zuurstoftoevoer naarhet passieve deel van de wapening bepalend voor de corrosie die in de scheurtjes plaatsvindt(fig. 3). Dat de scheuren een zeer geringe invloed hebben op de omvang van de corrosie is dooreen Russisch onderzoek aangetoond [2]. Daarin werd een balk bedekt met een dunne laag vaneen brosse kunsthars, waarna de balk zo werd belast, dat ertrekscheuren ontstonden. De harsscheurde op dezelfde plaatsen alsde balk. De corrosie van de wapening van de balk blijkt in zo'ngeval veel lager te zijn dan in een niet bedekte balk op dezelfde wijze belast en ge?xposeerd. Ditbewijst dat de omvang van de corrosie in de scheuren in feite bepaald wordt door de oppervlaktevan het passieve deel van de wapening.Op de Du itse experimenten en de verklaring voor de waarnemingen is van Engelse zijde kritiekgekomen [3]. Daar werd erop gewezen, dat de scheurwi jdten gemeten zijn aan het oppervlak vande balken, terwijl men eigenlijk moet meten aan het oppervlak van de wapening.Verder wordt de meeste schade veroorzaakt doorscheuren evenwijdig aan de wapening, terwijlin het beschreven Duitse onderzoek slechts transversale scheuren voorkwamen. Uit eenAmerikaans onderzoek is gebleken dat bij een verhouding van dikte van de dekking ten opzichtevan de wapeningsdiameter van 1:2 ? 3 er geen longitudinale scheuren (dus evenwijdig aan dewapening) zullen optreden [4].Chloride-ionenDe activering van de wapening ter plaatse van de scheuren verloopt zeer snel. Het water in descheuren (in geval van beton onder water) en in de pori?n van het beton dient weer alsdiffusiebarriere voor zuurstof. De corrosie zal zeer langzaam verlopen.Samenstelling en nabehandeling van het betonTeneinde een betondekking te verkrijgen die de wapening langdurig zal beschermen kan nietgenoeg worden gewezen op de noodzaak van een goede betonsamenstelling en op hetuitvoeren van een goede nabehandeling. Dit heeft voornamelijk betrekking op het toepassenvan een lage watercement-factor en een goede gradering van de toeslagmaterialen. Denabehandeling dient vooral om de kwaliteit (dichtheid) van de buitenlaag zo goed mogelijk temaken. Scheuren en wel in het bijzonder scheuren evenwijdig aan de wapening dienen teworden voorkomen. De beugels mag men hierbij niet vergeten.ConclusieVoor gevallen zoals die in het Duitse onderzoek zijn onderzocht, worden de voorschriften voorde maximaal toelaatbare scheurwijdte noch door het resultaat van het onderzoek, noch doorwaarnemingen in de praktijk ondersteund. Bovendien heeft de dikte van de dekking geen of zeerweinig invloed op de omvang van de corrosie in de scheur. Dit geldt waarschijnlijk ook voorscheuren evenwijdig aan de wapening. Over dit laatste ontbreken echter experimentelegegevens. Research op dit gebied verdient aanbeveling.Naar de mening van de subgroep Technologie van de onderzoekcommissie C34 dient aanpas-sing van de voorschriften aangaande scheurwijdte te worden overwogen.Literatuur1. Schieszl P., 'Zur Frage der zul?ssigen Rissbreite und der erforderlichen Betondeckung umStahlbetonbau unter besonderer Ber?cksichtigung der Karbonatisierung des Betons'; D.A.f.St.225, 1976.2. Novgorodskii V.l., 'Corrosion of steel reinforcement in cracked concrete'; Appl. Chem. USSR 40543, 19673. Beeby A.W., 'Corrosion of reinforcing steel in concrete and its relation to cracking'; Struct. Eng.(3)77,1978.4. Atimtay E., 'Chloride corrosion of reinforced concrete'; Diss. Un. Texas V5,1971.Cement XXXI (1979) nr. 10 461