SNEAK PREVIEW OP DE NIEUWE KL ASSEN VOOR DE TECHNISCHE LEVENSDUUR VAN BETONCONSTRUCTIES Met de invoering van de nieuwe Eurocodes voor het ontwerpen van betonconstructies komen er ook nieuwe klassen voor de technische levensduur, de zogenoemde Exposure Resistance Classes. Deze klassen kunnen bij het ontwerp van een betonconstructie worden gebruikt om de dikte van de dekking te bepalen bij een bepaalde ontwerplevensduur. Bepalend hierbij is de mate waarin beton weerstand kan bieden tegen carbonatatie, chloride-indringing, vorst-dooischade en chemische aantasting. Al sinds 2010 wordt gewerkt aan een nieuw sys- teem voor het ontwerpen van betonconstructies op technische levensduur. Dit is een zoge - noemde performance based approach, ofwel een benadering die uitgaat van prestaties. De prestatie van een betonsamenstelling wordt bepaald met beproevingsmethoden en er wor -den in principe geen eisen gesteld aan water- bindmiddelfactor of bindmiddelsamenstelling. Dit laatste is in het huidige Deemed-to-Satisfy (DtS)-systeem (zie kader ' Wat is Deemed to Satisfy ?') wél het geval. De nieuwe systematiek is gebaseerd op Exposure Resistance Classes (ERC), vrij vertaald 'weerstandsklassen'. Er is inmiddels een werkdocument ten behoeve van de ERC-systematiek gepubliceerd. Aan- vankelijk was het de bedoeling deze in een afzonderlijke norm in de EN 206-serie te publi- ceren, namelijk als prEN 206-100. Eind decem- ber 2023 is de 15e versie van deze prEN 206- 100 verschenen. Hierop is veel commentaar WAT IS DEEMED TO SATISFY? De technische levensduur van een betoncon- structie wordt met name bepaald door water- bindmiddelfactor, bindmiddelsamenstelling en betondekking. In de huidige regelgeving worden, afhankelijk van de geldende milieuklasse(n), eisen gesteld aan de beton- samenstelling of -dekking. Dit is een zoge - noemde Deemed-to-Satisfy (DtS)-aanpak, die betekent dat wanneer een product voldoet aan vooraf vastgestelde normen, verwacht wordt dat aan bepaalde technische eisen wordt vol- daan (in dit geval de technische levensduur). BETONDEKKING op basis van Exposure Resistance Class (ERC) 24 VAKBL AD 1 2024 Auteur ing. Nico Vonk, Ecocem Benelux B.V., Voorzitter NEN-normcommissie 353 039 Beton BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 24BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 24 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55 binnengekomen, waarop besloten is om aan CEN voor te stellen de werkzaamheden aan de EN-norm te stoppen en een technisch rapport met richtlijnen en achtergrondinfor- matie over ERC op te starten. De belangrijkste redenen: ? G een overeenstemming over de relatie tus - sen EN 206-100 en EN 1992-1-1:2023. ? G een consensus over de conformiteitscrite - ria voor de ERC-klassen. ? G ebrek aan nationale er varing met de relatie tussen testresultaten en de prestaties in het werk. ? T wijfels over het effect van ERC op de duur - zaamheid (bijvoorbeeld CO 2-reductie of circulariteit) van beton. Uitgangspunt voor dit artikel is de genoemde versie 15 van prEN 206-100 Inhoudelijk kan er nog veel veranderen. Zo zullen getallen in tabellen wijzigen, worden uitgebreid of inge - perkt. De tabellen in dit artikel zijn bedoeld ter verduidelijking. Daarnaast zijn in deze versie van de norm alleen beproevingsmethoden en ERC-klassen opgenomen voor carbonatatie en chloride-indringing. De methoden voor vorst- dooibestandheid en chemische aantasting zijn nog in ontwikkeling. Het artikel geeft informatie hoe de ERC-syste - matiek in principe kan worden toegepast en moet dan ook als zodanig worden gelezen. Hoe de ontwikkeling van de ERC-systematiek bin- nen de Europese normering eruit gaat zien is op dit moment van publicatie volstrekt onduidelijk. REDEN VOOR DE NIEUWE BENADERING Ieder land heeft nu een eigen tabel waarin de water-bindmiddelfactor en hoeveelheid bind- middel per m 3 beton wordt voorgeschreven voor een bepaalde milieuklasse. Een belang- rijk doel van het invoeren van de Exposure Resistance Classes is een einde te maken aan de verschillen tussen de diverse landen. In de nieuwe methode moet ook het onderscheid in eigenschappen tussen de verschillende cement- of bindmiddelsamenstellingen beter tot uiting komen (zie ook kader 'Cement versus bindmiddel'). Hierbij wordt gebruikgemaakt van de meest recente kennis over de fysisch- chemische mechanismen die spelen bij techni- sche levensduur. Bijkomend voordeel is dat ook duurzamere bindmiddelen beter op hun prestatie in beton kunnen worden beoordeeld en geclassificeerd. WAT IS EEN EXPOSURE RESISTANCE CL ASS? Een Exposure Resistance Class is een classifi- catie waarmee wordt aangegeven hoeveel weerstand een betonmengsel kan bieden tegen een schademechanisme. Het idee is dat de constructeur de ERC bij zijn ontwerp gebruikt om de dekking op de wapening vast te stellen. Hier voor worden tabellen gebruikt. De betonproducent moet ver volgens deze ERC leveren, op basis van testen die bij de betref - fende ERC horen. Als de constructie op de juiste manier wordt uitgevoerd, volgens EN 13670, dan is de kans groot dat de technische levensduur daadwerkelijk wordt gehaald. 1 Met Exposure Resistance Classes kan voor wat betreft betonsamenstelling nauwkeuriger op omgeving worden ingespeeld 25 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 25BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 25 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55 Elke weerstandsklasse is gekoppeld aan een aantastingsmechanisme: XRC voor carbonata- tie (tabel 1), XRDS voor chloride-indringing (tabel 2), XRF voor vorst-dooi en XR A voor chemische aantasting. De identificatie wordt aangevuld met een getal, dat een classificatie aangeeft. Zoals eerder aangegeven zijn de cri- teria voor vorst-dooi en chemische aantasting nog in ontwikkeling. In dit artikel gaan we alleen in op carbonatatie en chloride-indrin- ging. WERKEN MET ERC: DE CONSTRUCTEUR De constructeur bepaalt in de nieuwe systema- tiek, net zoals dat nu ook gebeurt, de milieu- klasse waar de constructie in wordt geplaatst (fig. 2). Als voorbeeld gaan we uit van een con- structie die valt in XC3 voor carbonatatie en XD1 voor chloriden. Tevens stelt de construc- teur vast wat de ontwerplevensduur is van de constructie, 50 of 100 jaar. In dit voorbeeld nemen we 100 jaar. Als hij nu een dekking voorstelt van 35 mm, dan volgen uit tabel 1 en 2 (afkomstig uit ontwerp-Eurocode 2), op basis van de milieuklasse en de betreffende dekking, klasse XRC 4 voor carbonatatie en XRDS 3 voor chloriden. De betonproducent kan nu aan de slag door aan te tonen dat het betonmengsel dat hij levert voldoet aan de vastgestelde ERC. WERKEN MET ERC: DE BETONPRODUCENT De betonproducent moet dus aantonen dat het betonmengsel dat hij levert voldoet aan de ver - eiste ERC. Van één éénduidig omschreven betonsamenstelling wordt hiertoe de prestatie vastgesteld aan de hand van voorgeschreven beproevingsmethoden. Het beproevingsresul- taat bepaalt ver volgens de classificatie in een bepaalde weerstandsklasse. Dit wordt een ini- tiële type test (IT T) genoemd. Ver volgens wordt de prestatie periodiek gecontroleerd, door herhalingsproeven. Een betonsamenstelling die op de markt wordt gezet als ERC-beton, moet voldoen aan de eisen van EN 206-1, met de volgende uitzon- deringen: ? de eisen die in EN 206-1 g elden voor cemen- ten en vulstoffen (red: hiermee wordt ruimte gegeven aan beton met nieuwe bindmidde - len); ? eisen v oor prestatiegerelateerde methoden; ? alle ar tikelen met betrekking tot beton op samenstelling; Tabel 1. Minimale betondekking C min,dur ? Carbonatatie (tabel 6.3 uit prEN 1992-1-1) ERC MILIEUKL ASSE CARBONATATIE XC1 XC2XC3XC4 ONTWERPLEVENSDUUR (JAREN) 50 100 50 100 50 100 50 100 XRC 0,5 10 10 10 10 10 10 10 10 XRC 1 10 10 10 10 10 15 10 15 XRC 2 10 15 10 15 15 25 15 25 XRC 3 10 15 15 20 20 30 20 30 XRC 4 10 20 15 25 25 35 25 40 XRC 5 15 25 20 30 25 45 30 45 XRC 6 15 25 25 35 35 55 40 55 XRC 7 15 30 25 40 40 60 45 60 Tabel 2. Minimale betondekking C min,dur ? Chloriden (tabel 6.3 uit prEN 1992-1-1) ERC MILIEUKL ASSE CHLORIDEN XS1 XS2XS3XD1 XD2XD3 ONTWERPLEVENSDUUR (JAREN) ONTWERPLEVENSDUUR (JAREN) 50 100 50 100 50 100 50 100 50 100 50 100 XRDS 0,5 20 20 20 30 30 40 20 20 20 30 30 40 XRDS 1 20 25 25 35 35 45 20 25 25 35 35 45 XRDS 1,5 25 30 30 40 40 50 25 30 30 40 40 50 XRDS 2 25 30 35 45 45 55 25 30 35 45 45 55 XRDS 3 30 35 40 50 55 65 30 35 40 50 55 65 XRDS 4 30 40 50 60 60 80 30 40 50 60 60 80 XRDS 5 35 45 60 70 70 - 35 45 60 70 70 - XRDS 6 40 50 65 80 - - 40 50 65 80 - - XRDS 8 45 55 75 - - - 45 55 75 - - - XRDS 10 50 65 80 - - - 50 65 80 - - - 2 Voorbeeld constructie met milieuklassen XC en XD De nieuwe systematiek is gebaseerd op een performance based approach in plaats van het huidige Deemed-to-Satisfy-systeem 26 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 26BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 26 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55 ? aanbevelingen voor grenswaarden voor de betonsamenstelling, dit is vooral van toe - passing als het gaat om de milieuklassen zoals voor Nederland beschreven in tabel B van NEN 8005. De prestatie ten aanzien van technische levensduur moet worden aangetoond met de volgende opties, waaruit nationaal een keuze moet worden gemaakt: a T esten, met gebruikmaking van Europese referentietestmethoden en criteria. b T esten, met behulp van een Europese test - methode of een nationale testmethode, met criteria gespecificeerd door bepalingen gel- dig op de plaats van gebruik (lees: in Neder - land). c Gr enswaarden voor de betonsamenstelling volgens bepalingen geldig op de plaats van gebruik (lees: in Nederland, vastgelegd in tabel B van NEN 8005). Bij deze optie veran- dert er niets ten opzichte van de huidige situ- atie. UITWERKING BEPROEVINGSMETHODEN Voor carbonatatie en chloriden is de ERC- methode a) met behulp van referentietest- methoden uitgewerkt. Ook is aangegeven welke testen er gebruikt kunnen worden indien methode b) wordt gebruikt. Beide methoden worden in het navolgende voor zowel carbona- tatie als chloriden toegelicht. Bij alle methoden wordt uitgegaan van mini- maal drie testresultaten waarbij de variatieco- e fficiënt niet groter mag zijn dat 0,25. Classificatie carbonatie XRC Als optie a) wordt gehanteerd, wordt de weer - stand tegen carbonatatie bepaald met de ver - snelde carbonatatietest volgens EN 12390-10 [4]. Voorgesteld is dat het gemiddelde van minimaal drie proefstukken de classificatie bepaalt. De klasse wordt ver volgens gedefini- eerd met behulp van een tabel (tabel 3 in dit artikel). Optie b) kan worden gebruikt als deze in Nederland verder wordt uitgewerkt en toege - laten. Dit betekent dat er gebruik kan worden gemaakt van de volgende testmethoden: ? C arbonatatietest volgens EN 12390-10 in combinatie met de elektrische weerstand van EN 12390-19 [8] (zie ook kader 'Elektri- sche weerstand'). ? De v ersnelde carbonatatietest volgens EN 12390-12 [6]. ? De v ersnelde carbonatatietest EN 12390-12 in combinatie met elektrische weerstand volgens EN 12390-19. ? E lke andere in Nederland geaccepteerde test. Voor de in Nederland geaccepteerde metho- den moeten grenswaarden worden vastge - steld om aan te kunnen geven bij welke meet - waarde welke ERC-klasse hoort. Classificatie chloriden XRDS Als optie a) wordt gehanteerd, wordt de weer -stand tegen chloride-indringing bepaald met de indringingsproef volgens EN 12390-11 [5]. Hierbij wordt een proefstuk voor 90 dagen een- zijdig belast met een chlorideoplossing en wordt daarna gekeken hoever de chloriden zijn binnengedrongen. Uit de gemeten chloriden in het beton wordt de chloride-diffusie- coëfficiënt berekend. Bij de classificatie van XRDS wordt een 'verou- deringsfactor ?' gebruikt. Het is bekend dat beton in de tijd dichter wordt, waardoor de weerstand tegen chloriden verder toeneemt. In welke mate dat gebeurt, is echter afhankelijk van het type bindmiddel dat wordt gebruikt. Er is een tabel met standaardwaarden (zie tabel 4 in dit artikel). De verouderingsfactor ? mag ook worden bepaald met de in EN 12390- 11 beschreven procedure. De conformiteitscriteria voor XRDS zijn afhan- CEMENT VERSUS BINDMIDDEL In de nieuwe systematiek wordt niet meer van 'cement' of 'water-cementfactor ' gesproken maar van 'bindmiddel' of 'water-bindmiddelfac - tor '. Bindmiddel wordt gedefinieerd als een combinatie van een of meerdere cementen met geen of meerdere vulstoffen, waarbij cementen en vulstoffen moeten voldoen aan de eisen. Hiervoor gelden veelal Europese normen of een nationaal regelgevend document. In Nederland kennen we hiervoor bijvoorbeeld een CROW- CUR Aanbeveling. ELEK TRISCHE WEERSTAND Waarom elektrische weerstand meenemen in combinatie met onderzoek naar weerstand op carbonatatie? Het mechanisme van corrosie in beton dat een aanzienlijke hoeveelheid reac - tieve vulstof bevat, is nog niet volledig begre - pen. Daarom is het onmogelijk om het resultaat v an carbonatatieonderzoek volgens EN 12390- 10, uitgevoerd op beton met CEM I, te relateren aan beton met bijvoorbeeld gemalen gegranu - leerd hoogovenslak (GGHS) of poederkool- vliegas. Een hypothese is dat als de elektrische w eerstand van beton met GGHS of vliegas hoger is dan beton met CEM I, en hoewel het beton gevoeliger kan zijn voor carbonatatie, het ingestorte metaal niet gevoeliger is voor corrosie. 3 GOnderzoek naar carbonatatie- diepte 27 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 27BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 27 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55 kelijk van de gehanteerde verouderingsfactor ? en de chloride-diffusie-coëfficiënt (tabel 5). Bij hoogovencement (CEM III) met een chlo- ride-diffusie-coëfficiënt van 0,55 ? 10 -12 hoort klasse XRDS 1. Bij een portlandcement (CEM I) hoort bij deze chloride-diffusie-coëfficiënt een klasse XRDS 2. Ook voor chloriden is het mogelijk om te testen met lokaal geaccepteerde methoden (optie b). Het is toegestaan om een XRDS-klasse vast te stellen gebruikmakend van de chloride- migratie-coëfficiënt volgens EN 12390-18 [7] of andere beproevingsmethoden die op de plaats van gebruik van het beton (bijv. Neder - land) van toepassing zijn. Voor deze test- met hoden moeten in Nederland dan ook weer grenswaarden worden vastgesteld voor de classificatie. Periodieke controle Na de IT T moet de prestatie van het ERC-beton door middel van periodieke controle bij voort - during worden aangetoond. De frequentie hier - Tabel 4. Standaardverouderingsfactoren voor XRDS-beton BINDMIDDEL VEROUDERINGSFACTOR ? CEM I, CEM II/A en in combinatie met maximaal 20% type II vulstof 0,3 Cement of ander bindmiddel met 8-12% silica fume 0,4 Cement of ander bindmiddel met minimaal 35% GGHS 0,5 Cement of ander bindmiddel met minimaal 20% poederkoolvliegas Cement of ander bindmiddel met minimaal 20% van elke combinatie van GGHS, poederkoolvliegas en silica fume Bindmiddel na beproeving 0,6 Tabel 5. XRDS-klassen, conformiteitscriteria voor standaard verouderingsfactoren, volgens EN 12390-11 [5] XRDS-KL ASSE CONFORMITEITSCRITERIUM NA 90 DAGEN VOOR STANDA ARD VEROUDERINGSFACTOREN [10 -12 M2/S] ? ? 0,3 ? ? 0,4? ? 0,5? ? 0,6 XRDS 0,5 0,18 0,300,510,87 XRDS 1 0,35 0,601,01,7 XRDS 1,5 0,53 0,901,52,6 XRDS 2 0,71 1,22,03,5 XRDS 3 1,1 1,83,15,2 XRDS 4 1,4 2,44,16,9 XRDS 5 1,8 3,05,18,7 XRDS 6 2,1 3,66,110 XRDS 8 2,8 4,88,214 XRDS 10 3,5 6,01017 4 Schade door wapeningscorrosie 28 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 28BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 28 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55 voor is éénmaal per vier jaar voorgesteld. Als er een hogere mate van zekerheid wordt vereist, kan er aanvullend worden getest (additional testing). Er zijn drie niveaus van aanvullende tests mogelijk om individuele monsters te tes- ten (tabel 6). Het gaat om elektrische weer - standstesten (niveau 2 en 3) of zelfs het vaker herhalen van de carbonatatie- of chloridetesten (niveau 3). Bijkomende individuele beproeving(en) zijn mogelijk. Dit zijn incidentele testen voor een bepaald project, waar er bijvoorbeeld sprake is van bijzondere omstandigheden of twijfel aan de kwaliteit (tabel 6). HUIDIGE STATUS Op dit moment is er in Nederland nog geen er varing met de systematiek. Daarom kunnen de tabellen met conformiteitscriteria en verou- deringsfactoren nog niet verder specifiek wor - den ingevuld voor de Nederlandse situatie. Wel zijn regelmatig duurzaamheidsonderzoeken verricht naar de weerstand tegen carbonatatie en chloride-indringing van betonsamenstel- lingen, gebruikmakend van diverse cementty - pen of bindmiddelcombinaties. Bijvoorbeeld op basis van CROW-CUR Aanbeveling 48 [9] of om de geschiktheid van een specifiek beton- mengsel aan te tonen. Het was zoals gezegd de bedoeling om de ERC via EN 1992-1-1 en EN 206 in de Europese normering op te nemen. Recent is echter voor - gesteld om geen norm maar een CEN tech- nisch rapport uit te brengen. Dit rapport zal r ichtlijnen en achtergrondinformatie geven rondom de ERC systematiek. Verwacht wordt dat de systematiek en aanpak zoals in dit arti - kel beschreven relevant blijven. Maar ook is de v erwachting dat de huidige DtS-aanpak, vast - gelegd in NEN-EN 206 / NEN 8005, in ieder g eval voorlopig, nog leidend zal zijn. Toepas - sing van de ERC wordt dus niet verplicht. De v oor de ERC-systematiek noodzakelijke proeven zijn duur en vaak langdurig. Dit zal er Tabel 6. Samenvatting van soorten en niveaus van aanvullende testen voor ERC-beton TA AK GEEN TESTEN NIVEAU 1NIVEAU 2NIVEAU 3 ITT ERC-beton, gedefinieerd door voorgeschreven samenstellingseisen en mechanische eigenschappen (red: feitelijk DtS) Volgens ERC-systematiek Herbevestiging ITT Elke 4 jaarElke 4 jaarNiet vereist Individuele beproeving Niet vereist maar mag met tussenpozen worden uitgevoerd Bijkomende routinematige beproeving Vereist om aan te tonen dat eventuele verandering in grondstof(fen) de technische levensduur niet nadelig beïnvloedtAls niveau 1 plus geleidbaarheid (frequentie als beproeving op druksterkte)Als niveau 2 plus aanvullende beproevingen (frequentie conform de eisen die op de plaats van gebruik van het beton van toepassing zijn of op andere wijze gespecificeerd) VR AGEN ERC-SYSTEMATIEK Veel vragen zijn inmiddels beantwoord, maar er blijven nog steeds een aantal onbeantwoord. Voor - beelden hiervan zijn: ? W at zullen de conformiteitscriteria zijn voor vorst-dooi en chemische aantasting? ? K loppen de verouderingsfactoren? ? W at is de variatiecoëfficiënt (CV) van de beproevingsresultaten in relatie tot praktijksituaties? ? W at mag de toelaatbare afwijking van een betonsamenstelling zijn, die werkelijk wordt toegepast, ten opzichte van de in de ITT beproefde samenstelling? Literatuur1 EN 206-1: C oncrete ? specification, performance, production and conformity ? Part 1: performance ? requirements, factor y production control and assessment criteria for individual values. 2 EN 206-2: C oncrete ? specification, performance, production and conformity ? Part 2: conformity assessment and certification. 3 prEN 206-100: Exposur e resistance classes ? Draft 15 ? 2023-12-19. 4 EN 12390-10: Bepr oeving van verhard beton ? Deel 10: Bepaling van de relatieve weerstand tegen carbonatatie van beton bij atmosferische koolstofdioxidegehalte. 5 EN 12390-11: Bepr oeving van verhard beton ? Deel 11: Bepaling van de weerstand van beton tegen chloriden, eenzijdige indringing. 6 EN 12390-12: Bepr oeving van verhard beton ? Deel 12: Bepaling van de potentiële carbonatatieweerstand van beton: Versnelde carbonatatiemethode. 7 EN 12390-18: Bepr oeving van verhard beton ? Deel 18: Bepaling van de chloride migratie coëfficiënt. 8 EN 12390-19: Bepr oeving van verhard beton ? Deel 19: Bepaling van de resistiviteit. 9 CR OW-CUR Aanbeveling 48: Procedures, criteria en beproevingsmethoden voor de toetsing van de geschiktheid van cementen voor toepassing in beton en voor gelijkwaardige prestatie van beton met vulstoffen. naar alle waarschijnlijkheid toe leiden dat de ERC-systematiek vooralsnog alleen in de voorbereidingsfase van grote projecten wordt gebruikt, waar de tijd en financiële middelen voor de beproevingen ruimer voorhanden zijn. Hoe de ontwikkeling van de ERC-systematiek binnen de Europese normering eruit gaat zien is op dit moment van publicatie volstrekt onduidelijk. Exposure Resistance Classes zorgen voor beter onderscheid in eigenschappen van verschillende bindmiddelsamenstellingen 29 VAKBL AD 1 2024 BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 29BV 01-2024_Betondekking op basis van.indd 29 01-03-2024 09:5501-03-2024 09:55