BandUitgavev a k b l a d o v e r t e c h n o l o g i e e n u i t v o e r i n g v a n b e t o naugustus20122615CorrosieuitvergrootEen gedetailleerde uitlegvan de situaties waarinwapeningscorrosie kanoptreden2 augustus 2012 15 I 26CorrosieuitvergrootHet is bekend dat wapening door beton wordtbeschermd tegen corrosie. Ook weten we datvanwege carbonatatie en/of de aanwezigheidvan chloriden toch wapeningscorrosie kanoptreden. Maar weten we ook wat er preciesgebeurt op het scheidingsvlak van eenwapeningsstaaf en het omringende beton? Enwaarom er in bepaalde situaties wel of juist nietcorrosie optreedt? In deze Betoniek gaan we ditgedetailleerd behandelen.Constructies worden belast door krachten,die druk- en trekspanningen in de constructiegeven. Het materiaal beton kan goed druk-spanningen opnemen, maar bezwijkt snelonder trekspanningen. Om trek te kunnenopnemen, wordt beton meestal gewapendmet wapeningsstaal. Hier zit echter een na-deel aan: staal kan corroderen, roesten in devolksmond. Maar wat is dat dan precies? Indeze Betoniek leggen we dat stap voor stap,deeltje voor deeltje, uit. We beginnen daarbijmet wat achtergrondinformatie over staal,gaan daarna in op de optredende processenin verschillende situaties en sluiten af metgevolgen van wapeningscorrosie op beton-nen constructies.AchtergrondinformatieDe opbouw van staalStaal bestaat voornamelijk uit ijzeratomen(Fe-deeltjes, zo'n 99%) en koolstofatomen(C-deeltjes, zo'n 1%). Deze kleine hoeveel-heid C-deeltjes laten we hier buiten beschou-wing. De Fe-deeltjes zijn, net als alle andereatomen, opgebouwd uit nog kleinere deel-tjes: een zeer kleine atoomkern met neutraleen positief geladen deeltjes (neutronen enprotonen) met daaromheen cirkelend nega-tief geladen deeltjes (elektronen). Het aantalprotonen en elektronen is bij een atoomgelijk, waardoor het hele atoom neutraalgeladen is. Een Fe-deeltje kunnen we voor-stellen als een klompje positief geladen kern,waaromheen op verschillende afstanden ineen aantal fictieve schillen elektronen cirke-len (fig. 2). Deze elektronen blijven cirkelendankzij de elektromagnetische aantrekkings-kracht van de positief geladen kern. Bij deFe-deeltjes cirkelen in de buitenste schil tweeelektronen. Omdat deze het verst van dekern verwijderd zijn, worden ze ook hetminst aangetrokken.foto voorpagina:Het Atomium inBrussel stelt de sterkvergrote kristalstructuur vanijzer voor3augustus 2012 15 I 26In het staal zitten de Fe-deeltjes keurig geordendten opzichte van elkaar in een regelmatig3D-rooster. Dit noemen we een kristalstructuur.Als we beter kijken, zien we dat de twee elektro-nen in de buitenste schil van elk Fe-deeltje nietaltijd om hun `eigen' kern blijven cirkelen, maarsoms wisselen van kern. We introduceren nuvoor deze Betoniek de term Fe2+-deeltje voor hetFe-deeltje zonder de buitenste twee elektronen.Dit Fe2+-deeltje is tweewaardig positief geladen:we hebben er immers twee elektronenafgehaald. Deze buitenste elektronen kunnen`vrij' door het staal bewegen, terwijl deFe2+-deeltjes in principe op hun plek in het roos-ter blijven (fig. 3).WapeningscorrosieDe Fe2+-deeltjes zitten dan wel op een vaste plekin een rooster, dat wil niet zeggen dat ze stilzitten. Ze trillen op hun plek. Hoe hoger detemperatuur, hoe harder ze trillen. Hierbij kun-nen de Fe2+-deeltjes aan het oppervlak van een1Wat gebeurt erprecies op hetscheidingsvlak vaneen wapeningsstaaf en hetomringende betonals wapeningscorrosie optreedt?26 elektronen (rood)26 protonen30 neutronen2Een ijzeratoom opgebouwd uit een kern metneutronen en protonen en daaromheen cirkelendeelektronen4 augustus 2012 15 I 26wapeningsstaaf omgevingalle Fe2+-deeltjes trillenalle buitenste elektronencirkelen om de `eigen' ofeventueel een andere kernelektron in buitenste schilOH?(hydroxide-ion)H2O (watermolecuul)O2(zuurstofmolecuul)Fe2+Fe (ijzer atoom)Fe(OH)2(ijzerhydroxide)legenda voor figuur 3 toten met figuur 82+ 2+3Sterke uitvergrotingvan het scheidingsvlak van een stalenwapeningsstaaf ende omgevingAfmetingenHet Atomium in Brussel (zie voorpagina) stelt de sterk vergrote kristalstructuur van ijzer voor, enigszins vergelijkbaarmet de kristalstructuur van staal. Het is moeilijk voor te stellen hoe ontzettend klein de verschillende deeltjes in zo'nkristalstructuur zijn ten opzichte van bijvoorbeeld een wapeningsstaaf. In tabel 1 geven we van alle deeltjes (eerstekolom) de werkelijke afmeting (tweede kolom) en de afmeting ten opzichte van de bollen van het Atomium (derdekolom). Deze bollen stellen de ijzeratomen voor, maar dan ruim 71 miljard (!) keer vergroot. Ze hebben namelijkeen diameter van 18 m in plaats van de werkelijke diameter van een ijzeratoom van 2,52 ? 10-10 m. De werkelijkewaarde is in de derde kolom vermenigvuldigd met 71 miljard. De vierde kolom geeft vervolgens een praktischevergelijking voor de afmetingen in de derde kolom. Op deze manier kunnen we ons voorstellen hoe klein neutronen,protonen en elektronen zijn ten opzichte van een ijzeratoom. Maar vooral hoe klein zo'n ijzeratoom is ten opzichtevan een wapeningsstaaf!Tabel 1 Afmetingenwerkelijke afmeting[m]afmeting t.o.v. bollenAtomium [m]praktische vergelij-king (bij benadering)neutron (diameter) 0,00000000000000223 0,000159 dikte van een bankbiljetproton (diameter) 0,00000000000000223 0,000159 dikte van een bankbiljetelektron (diameter) 0,00000000000000018 0,000013 dikte van huishoudfolieijzeratoom (diameter) 0,00000000025200000 18,000000 bol van het Atomiumlaag Fe(OH)2 *)(laagdikte)0,00000001000000000 714,285714 zeven keer de lengte vaneen voetbalveldwapeningsstaaf rond 16(diameter)0,01600000000000000 1142857142,857140 drie keer de afstand tus-sen de aarde en de maan*) Dit is een indicatie van de dikte van de laag Fe(OH)2 op wapeningsstaal in normaal beton,zie verderop in deze Betoniek5augustus 2012 15 I 26stalen voorwerp, in ons geval een wapenings-staaf, lostrillen uit het rooster: ze verlaten hetstaal en gaan naar de omgeving van de staaf,bijvoorbeeld lucht of water. De buitenste elek-tronen die kunnen wisselen van kern blijvenhierbij achter; zij verlaten het staal nooit op dezemanier. De achterblijvende elektronen zorgenwel voor een overschot aan elektronen in hetstaal, waardoor de staaf een beetje negatiefwordt geladen. Deze negatieve lading heeft eenaantrekkingskracht op de losgetrilde positieveFe2+-deeltjes en probeert deze terug het staal inte trekken. Wanneer deze positieve deeltjesechter meer worden aangetrokken door anderenegatief geladen deeltjes in de omgeving, zijner minder Fe2+-deeltjes die terugkeren dan diehet staal verlaten. Het staal `verdwijnt' dan lang-zaam vanaf het oppervlak en de wapeningsstaafwordt dunner. Dit is eigenlijk het basisprocesvan wapeningscorrosie.CorrosiesnelheidHet is misschien moeilijk voor te stellen, maarer zijn in principe altijd, continu en in elkeomgeving Fe2+-deeltjes die de wapeningsstaafverlaten en Fe2+-deeltjes die terugkeren. Zelfsbij een staaf die in een normale binnenruimteligt! De snelheid waarmee Fe2+-deeltjes uit hetrooster naar de omgeving gaan, is afhankelijkvan de trillingsenergie (en dus de tempera-tuur), maar onder andere ook van de aantrek-kingskracht van de omgeving ten opzichte vandie van de wapeningsstaaf zelf. De snelheidwaarmee ze terugkeren naar het rooster wordtbepaald door de mate waarin de aantrekkings-kracht van de wapeningsstaaf het wint of ver-liest van die van de omgeving. Beide snelhedenzijn dus afhankelijk van de omstandigheden enkunnen enorm verschillen. De snelheid vanwapeningscorrosie is het verschil tussen dezetwee snelheden en is hierdoor ook enormafhankelijk van de omstandigheden. We gaanverschillende situaties bekijken waarin eenwapeningsstaaf zich kan bevinden.Wapeningsstaaf in waterWe kijken eerst naar een wapeningsstaaf om-geven door leidingwater met een neutralepH-waarde van circa 7. De staaf bevindt zichnog niet in beton. Ook hier zijn er continuFe2+-deeltjes die uit het staalrooster lostrillenen Fe2+-deeltjes die terugspringen. In het waterbevinden zich onder andere negatief geladenhydroxide-ionen (OH?-deeltjes). De losgetrildeFe2+-deeltjes worden in principe meer aange-trokken door deze OH?-deeltjes dan door dewapeningsstaaf waar ze vanaf komen. Ze wil-len graag met twee OH?-deeltjes een neutraaltrio vormen: ijzerhydroxide (Fe(OH)2). Van-wege de pH-waarde van 7 is de concentratie,en daardoor de aantrekkingskracht, van deOH?-deeltjes echter laag. Slechts sommige los-getrilde Fe2+-deeltjes vinden twee OH?-deeltjesen keren niet terug in het rooster. Ze `zweven'nu samen door het water. De overige springenwel terug. De wapeningsstaaf wordt dunner,maar dit gebeurt langzaam (fig. 4).Doordat meer Fe2+-deeltjes het staal verlatendan er terugkeren, ontstaat in het staal eenalsmaar groter overschot aan elektronen enwordt de staaf steeds negatiever geladen.Het wordt hierdoor moeilijker voor depositief geladen Fe2+-deeltjes om de staaf teverlaten en bovendien wordt de aantrek-kingskracht van de staaf op de Fe2+-deeltjesAtomen, moleculen en ionen? Een atoom bestaat uit een atoomkern met (neutrale)neutronen en (positieve) protonen, waaromheen(negatieve) elektronen cirkelen. Het aantal protonen enelektronen is gelijk: het atoom is neutraal geladen.? Een molecuul bestaat uit meerdere atomen en is ookneutraal geladen.? Een ion is een atoom of een molecuul waarvan het (totaal)aantal protonen en elektronen niet gelijk is: het ion isnegatief of positief geladen.6 augustus 2012 15 I 26in het water groter. Wanneer het overschotaan elektronen niet kleiner wordt ofverdwijnt, wordt de snelheid waarmee deFe2+-deeltjes uit het rooster naar het watergaan snel lager. En de deeltjes die nog welnaar het water gaan, ondervinden een sterkeaantrekkingskracht van de wapeningsstaaf.Hierdoor wordt de (toch al lage) snelheidwaarmee deze dunner wordt minimaal.Beschikbaarheid zuurstofWanneer naast het water echter ook zuurstofbeschikbaar is in de omgeving van de wape-ningsstaaf, verandert de situatie compleet: aanhet staafoppervlak kunnen de achtergeblevenbuitenste elektronen nu namelijk samen metwater (H2O) en zuurstof (O2) reageren tot(extra) OH?-deeltjes. Hierdoor verdwijnt hetoverschot aan elektronen in het staal enbovendien wordt de concentratie OH?-deeltjesin het water groter. De verhoudingen van deaantrekkingskrachten veranderen en erontstaat een situatie waarbij continu:? Fe2+-deeltjes uit het rooster naar het watergaan;? achtergebleven buitenste elektronenreageren met water en zuurstof tot nieuweOH?-deeltjes;? Fe2+-deeltjes samen met twee OH?-deeltjesFe(OH)2 vormen en door het poriewaterkunnen gaan `zweven'.Figuur 6 toont deze situatie. Uit deze figuurblijkt ook dat er, bij voldoende beschikbaar-heid van water en zuurstof, per Fe2+-deeltjedat het rooster verlaat precies twee OH?-deel-tjes gevormd worden.2+wapeningsstaaf leidingwater met voldoende zuurstofoverschot van2 elektronenoverschot van12 elektronen2+wapeningsstaaf leidingwater zonder zuurstof5Sterke uitvergrotingvan het scheidingsvlak van een stalenwapeningsstaaf inleidingwater metvoldoende zuurstof4Sterke uitvergrotingvan het scheidingsvlak van een stalenwapeningsstaaf meteen overschot aanelektronen in leidingwater (geen zuurstofaanwezig)7augustus 2012 15 I 26Uiteraard zijn er nog steeds Fe2+-deeltjes dieuit het water terugkeren naar het staalroos-ter, maar de snelheid daarvan is laag tenopzichte van de snelheid waarmee Fe2+-deel-tjes het rooster verlaten: het staal verdwijntvanaf het oppervlak en de wapeningsstaafwordt steeds dunner (fig. 5). Dit is detypische en bekende situatie van corrosie.Hiervoor is dus naast het staal zowel water alszuurstof nodig om het overschot aan elektro-nen in het staal te doen verdwijnen en decorrosie te laten d??rgaan.Wapeningsstaaf in betonNu zou je kunnen denken: `Rondom een wa-peningsstaaf in beton bevindt zich vaak (in depori?n) zowel water als zuurstof. Corrodeertdan elke wapeningsstaaf onder deze omstan-digheden? Dat is geen goede zaak!' Gelukkigis dat niet het geval en beschermt de beton-dekking de wapening juist tegen corrosie. Weleggen hier uit hoe dat zit.We kijken naar een wapeningsstaaf in beton,waarbij de pori?n zowel water als zuurstofbevatten. Door de aanwezigheid van calcium-hydroxide (Ca(OH)2) in het beton, eenproduct van de reactie van cement met water,heeft het poriewater een hoge concentratieOH?- (en Ca2+-)deeltjes. Vanwege deze hogeconcentratie OH?-deeltjes zeggen we dat hetwater een hoge pH-waarde heeft, in dit gevaleen pH-waarde van 12 ? 13 (zie ook hetkader `Calciumhydroxide als buffer voorpH-waarde'). Net als bij de wapeningsstaaf inwater met een neutrale pH-waarde trillen hiercontinu Fe2+-deeltjes los uit het rooster, diegraag Fe(OH)2 vormen met de OH?-deeltjes.De concentratie, en daardoor de aantrek-kingskracht, van de OH?-deeltjes is in hetporiewater van beton echter veel groter. Hier-door is de snelheid waarmee de Fe2+-deeltjesde wapeningsstaaf verlaten hoger en is desnelheid waarmee ze terugkeren lager. Je zoudus een hoge, continue (vanwege de aan-wezigheid van water en zuurstof) corrosie-snelheid verwachten. Maar gelukkig, niets isminder waar.anode: 2Fe 2Fe2++ 4e?kathode: 4e?+ O2+ 2H2O 4(OH)?kathodeanode 2+2+6Kringloop corrosieAnode en kathodeDe plaats op het oppervlak van de wapeningsstaaf waarFe2+-deeltjes uit het rooster naar de omgeving gaan en waar hetoverschot aan elektronen ontstaat, wordt anode genoemd. Deplaats op het oppervlak waar achtergebleven, buitenste elektro-nen reageren tot OH?-deeltjes wordt kathode genoemd. Hetstaafoppervlak zit vol met zeer kleine anodes en kathodes.Bovendien kan een plaats die het ene moment anode is hetvolgende moment weer kathode zijn. Daarnaast weten we datachtergebleven, buitenste elektronen zich kunnen verplaatsenin het staal en dus makkelijk van een anode naar een kathodekunnen gaan.8 augustus 2012 15 I 26Stabiele situatieBij een hoge concentratie OH?-deeltjes, zoalsin de hiervoor beschreven situatie, vormen delosgetrilde Fe2+-deeltjes en de OH?-deeltjesdirect bij het oppervlak van de wapeningsstaafFe(OH)2. Omdat dit zo snel en op zo'n groteschaal gebeurt, gaan deze trio's niet door hetporiewater `zweven', maar ontstaat een laagFe(OH)2 aan het staafoppervlak. Dit is, net alshet staal, een vaste stof waarin de deeltjeskeurig geordend ten opzichte van elkaar, tril-lend, in een regelmatig rooster zitten (fig. 7).De laag Fe(OH)2 zorgt er voor dat het staal nietmeer direct in contact staat met het omrin-gende water. De Fe2+-deeltjes uit het staal kun-nen daardoor niet meer vanuit het staalroosternaar het water gaan of weer terugkeren. Delaag Fe(OH)2 zit in de weg. Het dunner wordenvan de wapeningsstaaf stopt hierdoor snel, netals het dikker worden van de laag Fe(OH)2.Wat we dan hebben, is een wapeningsstaaf meteen zeer dunne laag Fe(OH)2. Deze laag grenstaan het omringende poriewater, net zoals dewapeningsstaaf dat eerder deed. Ook aan hetoppervlak van deze laag trillen deeltjes los naarhet water, in dit geval zowel Fe2+- als OH?-deeltjes. Maar vanwege de hoge concentratieOH?-deeltjes in het poriewater keren de Fe2+-deeltjes, met elk twee OH?-deeltjes, direct terugin de laag Fe(OH)2. De laag blijft zo even dik,hoewel aan het oppervlak continu Fe2+-en OH?-deeltjes uit het rooster gaan en terugspringen.De snelheden hiervan zijn echter in evenwicht.Dit is de situatie van een wapeningsstaaf innormaal beton: aan het staafoppervlak zit eenzeer dunne, maar constante laag Fe(OH)2 dievoorkomt dat de wapeningsstaaf corrodeert endunner wordt. Een stabiele situatie! Dit is de laagdie vaak `passiveringslaag' wordt genoemd.Toch wapeningscorrosieWe kennen echter toch situaties waarin wape-ningsstaal in beton corrodeert. Vanwegecarbonatatie en/of de aanwezigheid vanchloriden kan wapeningscorrosie in beton op-treden. Corrosie door carbonatatie en corrosiedoor chloriden zijn twee verschillende mecha-nismen. Daarom behandelen we ze apart.Corrosie door carbonatatieCarbonatatie is de chemische reactie waarbijcalciumcarbonaat (CaCO3) en water gevormdworden uit de reactie tussen koolstofdioxide(CO2) uit de lucht en de opgeloste Ca2+- enOH?-deeltjes in het poriewater:CO2 + Ca2+ + 2OH? CaCO3 + H2OBij deze reactie verdwijnen er dus Ca2+- enOH?-deeltjes uit het poriewater (per Ca2+-deeltje 2 OH?-deeltjes). Deze concentratie-afnamen worden in eerste instantie gecom-penseerd doordat het vaste Ca(OH)2 oplosttot de Ca2+-verzadiging weer is bereikt (zie hetkader `Calciumhydroxide als buffer voor pH-waarde'). De pH-waarde blijft hierdoor gelijk.Calciumhydroxide als buffer voor pH-waardePoriewater van beton bevat calciumhydroxide (Ca(OH)2) in devorm van opgeloste Ca2+- en OH--deeltjes. Onder normaleomstandigheden is Ca(OH)2 in overmaat aanwezig in beton. Datbetekent dat er meer Ca2+-deeltjes zijn dan in het poriewaterpassen. Het overschot, de oververzadiging, kristalliseert uit in devaste vorm van Ca(OH)2. Hierbij neemt elk Ca2+-deeltje tweeopgeloste OH--deeltjes mee. Zouden er meer Ca2+-deeltjes in hetporiewater komen, dan kristalliseren deze direct uit; ze verdwij-nen dan, samen met twee OH--deeltjes, uit het poriewater. Als erdaarentegen Ca2+-deeltjes uit het poriewater verdwijnen, dan losteen deel van het vaste Ca(OH)2 op tot de Ca2+-verzadiging weeris bereikt. Hierbij neemt elk Ca2+-deeltje weer twee OH--deeltjesmee de oplossing in. Op deze manier helpt Ca(OH)2 de concen-tratie OH-- deeltjes en dus de pH-waarde gelijk te houden, tebufferen. Hiervoor moet, bij verdwijnende Ca2+-deeltjes, natuur-lijk wel voldoende vaste Ca(OH)2 aanwezig blijven.9augustus 2012 15 I 26Wanneer het vaste Ca(OH)2 op een gegevenmoment op is, dalen de concentraties Ca2+- enOH?-deeltjes en daarmee ook de pH-waarde.Door voortgaande carbonatatie kan depH-waarde van het poriewater dus dalen.We gaan nu terug naar de wapeningsstaaf innormaal beton met de laag Fe(OH)2 aan hetoppervlak. Zoals gezegd, keren de Fe2+-deeltjes die het Fe(OH)2-rooster verlatendirect terug vanwege de hoge concentratieOH?-deeltjes in het poriewater. Echter,wanneer de pH-waarde door carbonatatiedaalt, wordt deze concentratie lager.Sommige losgetrilde Fe2+-deeltjes vindendirect bij het oppervlak van de laag nogsteeds twee OH?-deeltjes en springen samenterug. Andere kunnen pas verderop Fe(OH)2vormen, waardoor het trio door het porie-water gaat `zweven'. Bij een pH-waarde vanhet poriewater van ongeveer 9 of lager verla-ten meer Fe2+- en OH?-deeltjes het Fe(OH)2-rooster dan er terugkeren. Hierdoor wordt delaag Fe(OH)2 dunner, totdat deze compleetverdwenen is (fig. 8)!Vanaf dat moment kunnen de Fe2+-deeltjes uithet staalrooster weer direct naar het porie-water gaan en ontstaat de situatie die wekennen van de wapeningsstaaf in water meteen neutrale pH-waarde (en bij aanwezigheidvan voldoende zuurstof): de wapeningsstaafcorrodeert en wordt steeds dunner.Bij corrosie door carbonatatie is de (lage)pH-waarde overal in het poriewater van hetgecarbonateerde beton redelijk gelijk. De staafwordt daardoor overal gelijkmatig dunner.2+2+wapeningsstaafmet laag Fe(OH)2normaal beton (pH-waarde poriewater 12 ? 13)7Sterke uitvergrotingvan het scheidingsvlak van een stalenwapeningsstaaf innormaal beton2+wapeningsstaafmet laag Fe(OH)2gecarbonateerd beton (pH-waarde circa 9)8Sterke uitvergrotingvan het scheidingsvlak van een stalenwapeningsstaaf ingecarbonateerdbeton (fase vandunner worden laagFe(OH)2 )10 augustus 2012 15 I 26Carbonatatie en chloridenCarbonatatieWanneer een betonnen constructie zich gedurende een periode in een droge omgeving bevindt, droogt het betonvanaf het oppervlak langzaam uit. Hierbij wordt het water in de pori?n vervangen door lucht, wat voor een kleingedeelte bestaat uit CO2. Op het scheidingsvlak van met water en met lucht gevulde pori?n treedt carbonatatie open daalt de pH-waarde van het poriewater. Voor betonconstructies met een risico op `corrosie ingeleid door carbo-natatie' gelden de milieuklassen XC1 tot en met XC4.ChloridenChloriden kunnen zich om verschillende redenen in het poriewater bevinden. De verschillende grondstoffen van debetonspecie kunnen bijvoorbeeld al chloriden bevatten. Het totale chloridegehalte van alle grondstoffen samen is daaromin de regelgeving aan een maximum gebonden. Daarnaast kunnen chloriden de betonnen constructie vanaf het op-pervlak binnendringen. Bekende `bronnen' van chloriden zijn zeewater, zeewind en dooizouten. Voor betonconstructiesmet een risico op `corrosie ingeleid door chloriden afkomstig uit zeewater' en op `corrosie ingeleid door chloriden andersdan afkomstig uit zeewater' gelden de milieuklassen XS1 tot en met XS3, respectievelijk XD1 tot en met XD3.Voor meer uitleg over carbonatatie, inmengen en indringen van chloriden en de typische omstandigheden waar-onder wapeningscorrosie door deze oorzaken kan optreden, verwijzen we naar de literatuur die aan het einde vandeze Betoniek wordt genoemd.Corrosie door chloridenWe gaan opnieuw terug naar de wapenings-staaf in normaal beton met de laag Fe(OH)2aan het oppervlak. De Fe2+-deeltjes die lostrillenuit het Fe(OH)2-rooster worden, zoals bekend,aangetrokken door de OH?-deeltjes die in over-vloede aanwezig zijn. Maar als er ook negatiefgeladen chloride-ionen (Cl?-deeltjes) in hetporiewater zitten, worden ze daar in principemeer door aangetrokken. De Fe2+-deeltjesvormen hiermee echter geen laag, zoals met deOH?-deeltjes, maar `zweven' samen door hetporiewater. De aantrekkingskracht van de Cl?-deeltjes ten opzichte van die van de OH?-deel-tjes wordt bepaald door de concentratie van deCl?-deeltjes. Bij een verhouding van de concen-tratie van de Cl?-deeltjes ten opzichte van deOH?-deeltjes van 0,6 of groter verlaten meerFe2+- (en OH?-)deeltjes de laag Fe(OH)2 dan erterugspringen. Net als bij een dalende pH-waarde is het gevolg dat de laag Fe(OH)2 dun-ner wordt, totdat deze compleet verdwenen is!Wanneer de laag Fe(OH)2 is verdwenen, kun-nen de Fe2+-deeltjes uit het staalrooster weerdirect naar het poriewater gaan. En met al dienegatieve `verleidingen' van de Cl?- en OH?-deeltjes in het poriewater doen ze dat ookgraag! Echter, omdat de Fe2+-deeltjes eengrotere aantrekkingskracht ondervinden van deCl?-deeltjes dan van de OH?-deeltjes wordtgeen nieuwe laag Fe(OH)2 gevormd. Boven-dien is de snelheid waarmee Fe2+-deeltjes hetstaalrooster verlaten veel hoger dan die waar-mee deze deeltjes terugkeren. Ook hier is hetresultaat vervolgens dat de wapeningsstaafcorrodeert en steeds dunner wordt. Uiteraardis hiervoor ook weer de aanwezigheid van zuur-stof (en water) nodig om het overschot aanelektronen in het staal te laten verdwijnen. Alsde staaf negatief geladen is, kunnen de Fe2+-deeltjes het rooster namelijk moeilijk verlaten.De processen waarbij de Cl?-deeltjes ervoorzorgen dat de laag Fe(OH)2 verdwijnt en datde wapeningsstaaf dunner wordt, wordennog eens versterkt doordat de Cl?-deeltjes deFe2+-deeltjes op een gegeven moment weerloslaten. De Fe2+-deeltjes zijn dan vaak te ver11augustus 2012 15 I 26verwijderd van de wapeningsstaaf om alsnogterug te keren. Maar wat nog erger is: deCl?-deeltjes kunnen wel terugkeren naar dewapeningsstaaf om opnieuw Fe2+-deeltjes `teverleiden'. Overigens vormen de `verlaten'Fe2+-deeltjes ? vroeger of later ? wel Fe(OH)2-trio's die door het poriewater zweven. Ze zijndan alleen te ver weg om nog als bescher-mende laag tegen voortgaande corrosie vande wapeningsstaaf te dienen.Bij corrosie door chloriden manifesteert decorrosie zich anders dan bij corrosie door carbo-natatie: De concentratie Cl?-deeltjes is meestalalleen plaatselijk hoog genoeg om corrosie teveroorzaken. Bovendien wordt het corrosiepro-ces versterkt door de steeds terugkerende Cl?-deeltjes. Hierdoor wordt de staaf plaatselijk, maarwel snel, dunner. We noemen dit `putcorrosie'.Combinatie van situatiesBij een lage pH-waarde van, of een hogeconcentratie Cl?-deeltjes in het poriewater kandus wapeningscorrosie optreden. Wanneerbeide situaties zich samen voordoen, wordthet corrosieproces nog versterkt: de Fe2+-deel-tjes die de laag Fe(OH)2 of de wapeningsstaafverlaten, ondervinden bij een hogere concen-tratie Cl?-deeltjes en een lagere concentratieOH?-deeltjes (en dus een grotere verhouding)een nog grotere aantrekkingskracht van deCl?-deeltjes dan van de OH?-deeltjes.Naar de praktijkRoestIn alle bovenstaande situaties waarbij de wape-ningsstaaf corrodeert en steeds dunner wordt,verdwijnen meer Fe2+-deeltjes uit het staalroos-ter dan er terugkomen. En in al deze situatiesvormen de verdwenen Fe2+-deeltjes ? vroegerof later ? met twee OH?-deeltjes ijzerhydroxi-detrio's die door het (porie)water `zweven'.Deze trio's (Fe(OH)2) reageren daarna verdervanwege de aanwezigheid van water en zuur-stof. Via enkele tussenreacties wordt uiteinde-lijk ijzeroxide (Fe2O3) gevormd. Dit is de po-reuze, roodbruine stof die we kennen als roest.Gevolgen van wapeningscorrosieMet de verkregen kennis over wapeningscor-rosie kunnen we de gevolgen ervan op beton-nen constructies goed begrijpen. Hier volgteen aantal van deze gevolgen:? De wapeningsstaaf wordt dunner, waardoorminder staal beschikbaar is voor het opnemenvan de trekspanningen in de constructie.? Het poreuze roest dat ontstaat, heeft eengroter volume dan het verdwenen staal.Hierdoor kan het beton rond de wapening(de dekking) worden weggedrukt, waar-door het kan scheuren of zelfs afbrokkelen.Naast het feit dat dit lelijk en gevaarlijk is,verdwijnt zo de beschermende laag betonrond de wapening en kunnen bijvoorbeeldchloriden eenvoudiger binnendringen. Decorrosiesnelheid neemt hierdoor sterk toe.? Wanneer de dekking afbrokkelt, kan hetbeton de trekspanningen in de constructieminder goed overdragen aan de wapening.? De `wegzwevende' Fe2+-deeltjes kunnen weaan de buitenkant van de constructie terug-zien als uitbloeiende roestplekken. DezeFe2+-deeltjes hebben dan al een behoorlijkeafstand afgelegd, wat betekent dat decorrosie al een tijdje aan de gang is.9Beton metwapeningscorrosie,te herkennen aande poreuze,roodbruine stof12 augustus 2012 15 I 26Betoniek onlineDeze Betoniek en alle 425 vorige edities zijn online te raadplegen opwww.betoniek.nl. Voor leden van Betoniek is dit archief gratis toegankelijk.Nog geen lid? Kijk op www.betoniek.nl voor een interessant aanbod.15/27 - Autogene krimpBeton lijkt van buiten een vrij simpel, grijs en solide bouwmateriaal. Maar schijn bedriegt! Allerleiinvloeden houden het materiaal steeds in beweging, zo ook de hydratatie van cement. Er spelenzich allerlei interne processen af, waardoor het materiaal ook aan de buitenkant vervormt. Ditnoemen we autogene vervorming. Beton wordt door de interne processen uit zichzelf groter, ofhet krimpt. Autogene krimp is een nieuw begrip in de constructieve normen, maar relatiefonbekend in de betonwereld. In de volgende Betoniek gaan we eens dieper in op autogene krimp.Tot slotWapeningscorrosie is nog steeds ??n van degrootste probleemveroorzakers voor de langelevensduur van betonnen constructies. Indeze Betoniek hebben we onszelf nog watdieper met de neus op de processen gedrukt.Want natuurlijk weten we allemaal dat betonwapening beschermt tegen corrosie en datvanwege carbonatatie en/of de aanwezigheidvan chloriden toch wapeningscorrosie kanoptreden. Maar we hopen in deze Betoniek nuook het hoe en waarom te hebben beant-woord. Want informatie is nu eenmaal beterte onthouden wanneer je het begrijpt!DankwoordDe redactie spreekt haar dank uit aanmevrouw Kalliopi Aligizaki voor haar inbrengvan kennis bij de totstandkoming van ditnummer.Literatuur1 Betoniek 3/26 Roesten van wapening2 Betoniek 6/1 De rol van chloride3 Betoniek 6/11 Carbonatatie4 Betoniek 6/13 Chloridepenetratie5 Betoniek 8/22 Carbonatatie en corrosie6 Betoniek 9/15 Kritisch chloridegehalte7 Wapeningscorrosie door carbonatatie,uitgave van Cement & Beton Centrum,www.cementenbeton.nl8 Wapeningscorrosie door chloriden,uitgave van Cement & Beton Centrum,www.cementenbeton.nl9 Aligizaki, K.K., MacDonald, D.D., Corro-sion 2001, NACE, Papernr. 01639, 11p.In onzevolgendeuitgaveBetoniek is h?t vakblad over technologie enuitvoering van beton en verschijnt 10 keerper jaar. Betoniek wordt uitgegeven door?neas, uitgeverij van vakinformatie bv, inopdracht van het Cement&BetonCentrum.In de redactie zijn vertegenwoordigd:BAM Infra, BAS Research & Technology,Kiwa BMC, BTE Nederland, ENCI, Mebin enTNO. Voor de jaarlijkse aflevering over hetExamen Betontechnoloog BV wordt samen-gewerkt met de Betonvereniging.Uitgave ?neas, uitgeverij vanvakinformatie bvPostbus 101, 5280 AC, BoxtelT: 0411 - 65 00 85E: info@aeneas.nlWebsite www.betoniek.nlRedactie T: 0411 65 35 84E: betoniek@aeneas.nlMedia-advies T: 0411 - 65 35 81E: t.vanwanrooij@aeneas.nlVormgeving Inpladi bv, CuijkAbonnementen/adreswijzigingen?neasPostbus 101, 5280 AC, BoxtelT: 0411 65 00 85E: info@aeneas.nlAbonnementen 2012Jaarabonnement, inclusief toegang onlinearchief: 85 (excl. 6% btw)Buiten Nederland geldt een toeslag voorextra porto. Abonnementen lopen per jaaren kunnen elk gewenst moment ingaan.Opzeggen moet altijd schriftelijk gebeu-ren, uiterlijk twee maanden voor vervalda-tum. Kijk voor de mogelijkheden van on-line abonnementen op www.betoniek.nl.? ?neas, uitgeverij van vakinformatie 2012.Betoniek wordt tevens elektronisch opge-slagen en ge?xploiteerd. Alle auteurs vantekstbijdragen in de vorm van artikelenof ingezonden brieven en/of makers vanbeeldmateriaal worden geacht daarvan opde hoogte te zijn en daarmee in te stem-men, e.e.a. overeenkomstig de publicatie-en/of inkoopvoorwaarden. Deze liggen bijde redactie ter inzage en zijn op te vragen.Hoewel de grootst mogelijke zorg wordtbesteed aan de inhoud van het blad, zijnredactie en uitgever van Betoniek niet aan-sprakelijk voor de gevolgen, van welke aardook, van handelingen en/of beslissingen ge-baseerd op de informatie in deze uitgave.Niet altijd kunnen rechthebbenden van ge-bruikt beeldmateriaal worden achterhaald.Belanghebbenden kunnen contact opne-men met de uitgever.