POSTBUS 30115203 DA 'S HERTOGEN BOSCHCarbonatatie en rosie van wapening·corrosIeInde praktijkblijkt de mening te hebben postgevat datwaar carbonatatie optreedt, corrosie van wapening is teverwachten. Dit leidt tot zogenaamde preventievemaatregelen dieIn werkelijkheid niet nodig zijn. Recent isde vochthuishouding in de dekkingslaag uitgebreidonderzocht. De resultaten zijn, vanwege hun praktischebetekenis, zeer de moeite waard.Wapeningsstaal. carbonatatie vanbeton, vocht en zuurstofzijndeelementen voor een tamelijk ver-velend fenomeen dat zich kan voor-doen bijgewapend ofvoor-gespannen beton. Bijeen bepaaldecombinatie van deze elementen kaner namelijk corrosie van het wape-ningsstaal plaatsvinden.Erwordt de laatste jaren nogalwatonderzoekgedaan naar de omstan-digheden waaronder corrosieoptreedt. Met name de vochthuis-houding inde betondekking speelthierbij een belangrijke rol.Indeze afleveringvan BETON/EKworden de resultaten besprokenvan een recent onderzoek naar desamenhang tussen carbonatatie,corrosie en de vochthuishouding inde betondekking. Het onderzoek isuitgevoerd inopdracht van CUR-commissie B35'Reparatie enbeschermingvan beton' (zie Iit. I).Ineerdere afleveringen vanBETON/EK is uitgebreid aandachtbesteed aan corrosie en carbona-tatie. toch lijkt hetnuttig dezebelangrijke begrippen nog even korttoe te lichten.Onder corrosie van metalenverstaan we de aantasting doorvloeistoffen en gassen. Voor wape-ningsstaal in beton zijnvooral deinwerking van water en zuurstof deoorzaak van het ontstaan en instand houden van corrosie. Deaanwezigheid van chloriden kan ookeen belangrijke veroorzaker vancorrosie zijn.De inwerking en rolvan chloriden wordt hier echterbuiten beschouwinggelaten.Corrosie van wapeningsstaal bete-kent vooral de vorming van roest.Ijzerroest neemt een veel grotervolume in dan het oorspronkelijkebetonstaal. Het beton kan daardoorworden kapot gedrukt. en dat geeftop zijn minst esthetischeproblemen. Normaliter echterwordt het wapeningsstaal in betonten gevolge van het basisch milieuzeer goed tegen corrosiebeschermd. Bij een pH van meerdan 12,5in hetporiënwater wordthet betonstaal gepassiveerd. Passi-vering wilzeggen dat aan het staal-oppervlakeen dun maar dicht engoed hechtend laagjeijzeroxidefebruari 1991Verloop vanhetcarbonatatieproces inverschil/endewordt gevormd, welke hetstaaltegen verdere corrosie beschermt.bonatatieInde cementsteen isCa(OHh ofvrije kalkaanwezig. De omzettingvan het calciumhydroxyde incalciumcarbonaat door de inwer-kingvan CO2, het koolzuur uit deatmosfeer, noemen wecarbona-tatie,Alsgevolg van deze reactie daalt depH-waarde van het beton van 12à13naar8à 9.De omzetting kan alleen ineenwaterig milieu plaatsvinden. Kool-zuur kan daarentegen uitsluitendbinnendringen alsde poriën openzijn,dus uitgedroogd. Carbonatatiekan dan ook alleen optreden onderdrogende omstandigheden. Deplaats tot waar het carbonatatie-proces is doorgedrongen wordt hetcarbonatatiefrontgenoemd.Bij een pH-waarde van 8 à 9 kan depassiveringslaagworden door-broken en wordt het staal nietmeer afdoende beschermd.De wapening zou dan kunnen gaanroesten, tenminste voldoendewater en zuurstofaanwezig zijn.Zolang het carbonatatiefront dewapening nog niet heeft bereikt ishet wapeningsstaal afdoendebeschermd.rspelling vanwapeningscorrosieDe snelheid waarmee de carbona-tatie in het beton voortschrijdt, isdus een belangrijkgegeven om ietste kunnen zeggen over de kans datcorrosie van wapening zaloptreden. Voor de bepaling vandecarbonatatiesnelheid wordt op eenbepaald moment de carbonatatie-diepte gemeten. Eenveel toege-paste formule waarmee dan wordtberekend binnen welke termijn hetcarbonatatiefront de wapening kanbereiken is:carbonatatiediepte =constante (A)xook wel de 'wortel t' formulegenoemd.Jarenlang praktijkonderzoek, metname in Duitsland, heeft aan-getoond dat dit beginsel slechtstoepasbaar isop beton ineenbinnenklimaat bij20 oeen een rela-tieve vochtigheid van 65 %,als ookbijbeton in een buitenklimaat, waarhet beschut istegen regen (fig. I).Onder vrijwel alleandere omstan-digheden zal het carbonatatiefrontminder snel het beton indringendan op basis van de formule wordtberekend.Belangrijker iseen andere misvat-ting die inde praktijk blijkttebestaan. Regelmatig wordt dewetmatigheid 'de carbonatatieheeft de wapening niet bereiktdusgeen corrosie', omgedraaid.Mentrekt dan tenonrechte deconclusie dat 'indien de carbona-tatie de wapening heeft bereikt ercorrosie zal plaatsvinden'.Dit idee leeft zo sterk dat indepraktijk alover carbonatatieschadewordt gesproken en geschreven,zonder dat er inwerkelijkheidtekenen zijnvan corrosie.Deze onjuiste voorstellingvanzaken heeft tot gevolg dat zoge-naamd preventieve maatregelenworden genomen die wel geldWisselingen invochtgehalte inde betondekking, tengevolge vannatte en drogeperiadeskosten maar niet nodig zijn.In 1984ishetCUR-VBrapport 118'Inventarisatie schadeomvang van inde periode 1950- 1980aan debuitenlucht blootgesteld beton-oppervlak inde woningbouw'verschenen. Dit grootschalig veld-onderzoek is uitgevoerd onderverantwoordelijkheid van de CUR-commissie D 8 'Beton inde woning-bouw'.De resultaten van dit onderzoektonen aan dat de wapening reedsmeer dan 10jaar ingecarbonateerdbeton kan liggenzonder dat er vancorrosie sprake is.klaringHoe kan worden verklaard datwapening in beton dat bijvoorbeeldaan weer en wind is blootgesteld,toch niet hoeft te gaan roestenondanks het feit dat het beton totvoorbij de wapening isgecarbona-teerd?Hiervoor moeten we bedenken datvoor het optreden van corrosie aanmeer randvoorwaarden moetworden voldaan dan alleen carbo-natatle. Zo ishet genoegzaambekend dat beton in droge ruimten,in het binnenklimaat bijvoorbeeld,weliswaar vaaktot voorbij de wape-ningcarbonateert maar dat vancorrosiegeen sprake is.Er isimmers geen water in het betonmeer aanwezig - en zonder watergeen corrosie!De vraag die zich dan voordoet isofbijbeton dat aan normale klimato-logische omstandigheden wordtblootgesteld op de plaats van dewapening steeds voldoendevochtaanwezig isom de corrosie met eenvoor de praktijk relevante snelheidte laten plaats vinden. De dekking,mits voldoende aanwezig enverdicht, kan immers ook een soortregenjasfunctie vervullen; dedekking verhindert dat de wapeningvoortdurend wordt benat (fig. 2).Zoals uitfjguur2 afte leiden is,zullen vanafeen bepaalde dieptegeenvochtwisselingen meeroptreden. Er iseen uitgebreid labo-ratoriumonderzoek verricht naarde invloed van diverse factoren opde maximale diepte waarop deexterne vochtwisselingen nogmerkbaar zijn,zoals betonsamen-stelling, cementsoort, water-cementfactor en gehalte aan fijnetoeslagmaterialen.De (mlcrojkllmatologlsche omstan-digheden waaraan het beton wordtblootgesteld bepalen hoe snel en inwelke mate vochtwisselingenplaatshebben. De mate vanuitdrogen en weer verzadigd rakenisafhankelijkvan de kwaliteit, betergezegd de permeabiliteitvan debetondekking. De permeabiliteitvan de betondekking bepaalt vooralhoe snel het vochttransport vanbinnen naar buiten en van buitennaar binnen plaatsvindt.hthuishouding in debetondekkingInhet Nederlandse klimaat vindenDagelijkse wisselingen in de relatieve vochtigheid vande luchtbijnadagelijks sterke variaties inrelatieve vochtigheid plaats. Figuur3 toont de wisselingen in relatievevochtigheid over een periode vantien dagen. Deze beweegt zichtussen de 50 en 95% ,voornamelijkbeïnvloed door dagelijkse cyclusvan dag en nacht. Parallel met dezewisselingen vindt ook vochtopnamein en vochtafgifte van het betonplaats. 's Nachts neemt, bijdalendetemperatuur de relatieve vochtig-heid toe en neemt het beton vochtop; overdág neemt bijstijgendetemperatuur de relatieve vochtig-heid toe en staat het beton weervocht af.Infiguur 4 iseen beeld gegeven vande vochthuishouding in dedekkingslaagzoals die optreedt inde situatie 'buiten beschut' (betonkomt niet met regen in aanraking).Dit beeld isexperimenteel vast-gesteld in het eerder genoemdeonderzoek. De situatie 'buitenonbeschut' waarbij beton wel inaanraking komt met regen, komtovereen met figuur 5.Itaten en conclusiesBij bestudering van de resultatenvalt onmiddellijk op dat de zonewaarin vochtfluctuaties plaats-vinden beperkt blijfttot debuitenste 10tot 15mmo Deverschillende expositieomstandig-heden, buiten beschut en buitenonbeschut, blijkengeen wezenlijkverschil op te leveren in de maxi-male diepte tot waartoe vochtfluc-tuaties worden waargenomen. Welzijner verschillen in de grootte vande vochtwisselingen in de dekkings-laag.Ook blijkt,en dat mag best verras-send heten, dat de betonsamen-stelling van ondergeschikt belang isten aan zien van de dieptewaarop ernog vochtwisselingen wordenwaargenomen. Wel wordt dehoeveelheidwater die in dedekkingslaag wordt opgenomendoor de betonsamenstellingbeïnvloed.Hierbij dient te worden opgemerktdat het onderzoek is beperkt toteen maximale water-cementfactorvan 0,65 (maximaal toegestaan voorgewapend beton in milieuklasse I)en dat de onderzochte proef-stukken gedurende zeven dagen zijnnabehandeld.Helaas moeten we constateren datin de praktijk een goede nabehande-lingnog al eens ontbreekt, terwijljuist een goede nabehandelingmaatgevend isvoor de eigen-schappen van de buitenhuid!Het dieper gelegen beton droogtgedurende de veelvuldige drogeperiodes langzaam maar zeker uit.De mogelijkheid van wapeningscor-rosie wordt dan ook op grotereafstand van het betonoppervlaksteeds geringer door het gebrekaan water.Infiguur 6 isweergegeven dat dewapeningsstaaf die zich het dichtstbijhet betonoppervlak bevindt, inde gevarenzone voor corrosie ligt;de dieper gelegen staaf niet.Uit het voorgaande volgt dat hetrisico voor wapeningscorrosie ingecarbonateerd beton inzeersterke mate afhangt van de diktevan de dekking op de wapening. Hetmag dan ook niet verwonderlijk zijndat in alle veldonderzoeken die totnog toe hebben plaatsgehad steedsnaar voren komt dat aanwezigheidvan corrosie hand in hand gaat meteen tekort aan dekking. Indien dewapening een dekking heeft van5 mm en het beton is voorbij dewapeninggecarbonateerd, dan is dekans op corrosie van de wapeningnagenoeg 100%.De wapening heefthier geen regenjas aan maar slechtseen T-shirt.Indien de dekking groter is dan circaI5 mm is de kans op corrosie daar-Wisselingen invochtgeholte inbetonindesituatie 'buiten beschut'Wisselingen invochtgeholte inbetonindesituatie 'buiten onbeschut'Vochtgradiënt encaroonatatieirora:De wapeningsstaafdiezichhet dichtst bijhetbetonoppervlak bevindt, ligt indegeva-renzonevoorcorrosieProcedure voor inspecie en eventueel naderonderzoek (ontleend aanliteratuur nr. 2)entegen zeer klein,ookals hetbeton tot voorbij de wapening isgecarbonateerd.De eerdergenoemde veronder-stelling dat wapeningsstaal dat ingecarbonateerd beton ligtzalgaanroesten isderhalve slechts geldigbijgeringe dekking.Nadrukkelijk dient nogmaals teworden vermeld dat hetgaat omdie gevallen waarbij er geenchlo-riden in het spel zijn betrokken.Chloriden kunnen namelijkdepassiveringslaagop wapeningsstaaldoorbreken terwijl het omringendebeton (nog) niet gecarbonateerd isen daardoor wapeningscorrosie opgang brengen.bevelingHoe kunnen we nu van deze nieuwverworven kennis gebruik maken?De meest voordelige maatregel tervoorkoming van wapeningscorrosieisin de ontwerpfase te rekenen entekenen met voldoende betondek-king,dus minstens 15mm, en er inde uitvoering voor te zorgen dat dieminimum betondekking ook wordtgerealiseerd, inclusiefeen goedenabehandeling van het betonopper-vlak.Bijhet beheer van betoncon-structies verdient het aanbevelingeen regelmatige inspectie uit tevoeren. Als leidraad hiervoor dienthet schema vanfiguur 7. Zolang ervisueel nog geen beginvan wape-ningscorrosie isvastgesteld, heefthet geen nut nadere metingen telaten uitvoeren. Zijner welties wapenings-corrosie, bijvoorbeeld in de vormvan scheurtjes of roeststrepen, dandient als eerste de betondekking teworden gemeten. Alsblijkt dat dedekking onvoldoende is(minderdan I5 mrn),dan moet ook decarbonatatiediepte te wordengemeten...Vaakwordt de suggestie gewekt datplotseling ernstige schade aangewapend beton kan optreden.Zeker bijdoor carbonatatie geïni-tieerde corrosie isdit onmogelijk.Het corrosieproces verloopt lang-zaam tot zeer langzaam.Het is nietzo dat het ene jaar niets te zien isenhet volgend jaar de dekking sterkgescheurd is,laat staan dat erbrokken beton losraken en deveiligheidin het geding is.Tussen deeerste microscheur en het goedzichtbaarworden van de scheurzitten meestal al jaren!Een regelmatige inspectie isechtereen voorwaarde voor een verant-woord beheervan beton-constructies. Alleen het nalaten vaninspectie kantot verrassingenleiden.ratuurI. CUR-rapport 90-3, Carbonatatie, corrosie en vocht; CUR,Gouda, 19902. Inspectievan betonconstructies; Cement 1985nr. 43. Carbonatatie; BETONlEK 6/1 I, januari 19844. Betontechnologie, 7e druk, blz.119-124;VNC, 's-Hertogenbosch,1989In onzevolgende uitgave:Krimparme mortelsWelkeeisen moetenworden gesteld aankrimparme mortels? Wat zijn debelangrijkste aandachtspunten bijdeverwerking?ofonBETONlEK iseen praktijkgeri