Een maandelijkse uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-238531 maart 1974Chemische aantastingvan betonBeton is een sterk en duurzaam materiaal. Ditheeft er zelfs toe geleid dat het woord betongemakkelijk in de mond wordt genomenwanneer men een typering wil geven van ietsdat buitengewoon hard en onverzettelijk is.Toch heeft beton ook zijn zwakke kanten. Eneen van die zwakke kanten is de aantasting diehet beton ondergaat door de invloed van hetomringende milieu.Deze invloed kan zich op verschillende ma-nieren doen gelden. We spreken hier niet overde zuiver mechanische belasting. Wanneerdeze een zekere grens overschrijdt, zal hetbeton er niet voldoende weerstand tegen kun-nen bieden: het bezwijkt. De weerstand vanbeton tegen mechanische belasting is zolangrijk dat 'kwaliteit' van beton vrijwel altijdwordt vertaald als een mechanische sterktebijv. als een druksterkte.Een aantal verschijnselen dat een schadelijkewerking op beton uitoefent, kan worden samen-gevat onder de benaming fysische aantasting.Een goed voorbeeld hiervan zijn herhaaldetemperatuurwisselingen die kunnen leiden totscheurvorming. In combinatie met indringendvocht dat bij bevriezen uitzet, wordt een scha-delijke werking uitgeoefend die op den duurvernietigend kan werken. Op deze wijze wor-den rotsgesteenten in een woestijn met grotetemperatuurverschillen tussen dag en nachtuiteindelijk tot poeder gereduceerd. Een andervoorbeeld van dit type aantasting is het af-schilferen van betonnen wegdekken, schamp-kanten e.d. door een royaal gebruik van dooi-zouten. Sneeuw of ijs op het wegdek smeltenonder invloed van deze dooizouten en daarbijtreedt een sterke daling van de temperatuur op;de natuurkundige spreekt van een koudmakendmengsel. De spanningen die door deze grotetemperatuursprong in de buitenste millimetersvan het betonoppervlak optreden, kan hetmateriaal niet verwerken, de buitenlaag komter in schilfers af en het resultaat is een uiterlijkals van uitgewassen beton.Daarnaast is er dan de chemische aantastingvan beton waarbij het materiaal in meer ofminder snel tempo wordt aangetast door agres-sieve stoffen die zich bevinden in het omrln-gende water, in de atmosfeer ofin het bepaaldemilieu waarin het beton zich bevindt.Het onderscheid tussen fysische en chemischeaantasting is praktisch soms moeilijk te maken.Bij de aantasting van bouwmaterialen overeen zeer lange termijn spelen meestal beideinvloeden een rol. Een duidelijke illustratiehiervan vormen de restanten van bouwwerkenuit de Griekse of Romeinse oudheid. Onder eengeringe corrosieve invloed van chemische zo-wel als fysische aard (weer en wind enz.) heb-ben deze de tand des tijds aardig doorstaan. Inhet industriële klimaat van de laatste tientallenjaren (rookgassen!) neemt de aantasting vandergelijke monumenten echter verontrustendsnel toe. Dit laatste geldt eveneens voor beton.Het is nog niet zo lang geleden dat de druk-sterkte van beton een doorslaggevend kwali-teitskenmerk was en niemand maakte zichzorgen over de chemischlfysische bestandheidvan een betonconstructie in weer en wind engemaakt van beton K 225. Dit gaat tegenwoor-dig al niet meer opin ons 'normale' woon-klimaat; het geldt zeker niet meer in een in- Goed beton (links) ...dustrleël klimaat en voor toepassingen vanbeton in rioolbuizen, afvalwaterzuiverings-installaties, stallenbouw, groenvoersilo's enz.enz.... zand eroverMaterialen met eenzelfde pH reageren niet metelkaar, maar naarmate materialen op dezepH-schaal verder uit elkaar liggen, zullen zijmet des te meer enthousiasme met elkaarvolledig chemisch resistent mogen worden be-schouwd.Hoe is cementsteen nuin dit opzicht te karak-teriseren? Aan de basis van de zeer ingewikkel-de structuur van cementsteen ligt de chemi-sche reactie tussen cement en water. Bij dezereactie wordt calciumhydroxyde, Ca {OH)2 ookwel 'vrije kalk' genoemd, gevormd. Calcium-hydroxyde heeft slechts een beperkte oplos-baarheid in water en alle water in de capillaireporiën van beton is steeds verzadigd met dezevrije kalk. Cementsteen heeft daardoor eenzeer hoge alkaliteit. Deze wordt uitgedrukt alsde pH volgens een schaal die in het onder-staandeis aangegeven. Van enkele bekendestoffen is aangegeven welke plaats zij op deschaal innemen.Chemische aantastingVoor een goed overzicht kan men de chemischeaantasting van beton op verschillende manie-ren indelen. Men kan spreken van de aan-tasting door organische resp. anorganischematerialen. Of een onderscheid maken tussenbeton in vloeistof resp. in gas. Van meer wezen-lijk belang is echter de volgende indeling:1. De oplossende werking die door sommigestoffen op het oppervlak van beton wordtuitgeoefend.2. De uitzettende en daardoor vernietigendewerking die door sommige stoffen die in hetbeton zijn gedrongen, wordt uitgeoefend.De onder 1. genoemde oplossende werking iswel de meest voorkomende. In deze afleveringvan BETON/EK zal een poging worden gedaandit uitgebreide terrein, dat voor de niet-chemi-cus nogal moeilijk begaanbaar blijkt te zijn,wat toegankelijker te maken.Van de onder 2. genoemde uitzettende werkingis de sulfaataantasting van beton de meestbelangrijke. Zelfs zo belangrijk dat het beter iser een afzonderlijke aflevering van BETON/EKaan te wijden.Hoe gedraagt zich cementsteen?In het normale zand-grind beton, gemaakt metde in Nederland gebruikelijke materialen, blijktde cementsteen chemisch verreweg het zwak-ste bestanddeel te zijn. Zand en grind zijnnamelijk zo goed bestand tegen vrijwel elkechemische aantasting dat ze praktisch wel als2zuurÎneutraalalkalischpHgeconcentreerd zoutzuuro zoutzuur 1 : 10azijnzuur, melkzurenkoolzuurhoudend water7 zuiver watercalciumcarbonaatammoniakvrije kalk14 natronloog (caustische soda)Agressief rioolwater is geen beletsel om voorwaterzuiveringsinstallaties beton te gebruikenGoed beton: bestand tegen weer, wind enzeewaterreageren. Elk zuur wil dus graag met een al-kalisch materiaal en dus met cementsteenreageren. Dat wil zeggen zuur werkt in het al-gemeen oplossend op beton en wel des temeer naarmate het een sterker zuur is (zout-zuur is sterker dan azijnzuur) en naarmate hetzuur meer geconcentreerd is. Ook het kool-dioxyde (koolzuurgas) dat altijd in geringehoeveelheid in lucht aanwezig is, reageert metde vrije kalk in beton. Dit is nu niet direct eenoplossende werking want door deze reactiewordt calciumcarbonaat gevormd dat slecht inwater oplosbaar is; de pH van deze oplossingbedraagt ca.8,S. Calciumcarbonaat verstopt deporiën in beton waardoor deze carbonatatiebeperkt blijft tot de buitenste millimeters vanhet beton. Dit heeft consequenties voorde be-scherming van het wapeningsstaal tegen cor-rosie en voor de vorming van kalkuitslag; er zalhier niet verder op worden ingegaan.Chemische aantasting van cementsteenDoor het alkalische karakter van cementsteenligt hier dus een eerste mogelijkheid voor aan-tasting van beton; elk zuur is in principeagres-sief voor beton.Een tweede mogelijkheid is dat het beton inaanraking komt met stoffen die leiden totchemische omzettingen in het beton waarbijgemakkelijk oplosbare verbindingen wordengevormd. Meestal heeft er door de poriën vanbeton nogal wat watertransport plaats. De ge-makkelijk oplosbare verbindingen kunnendaardoor worden afgevoerd, het zgn. uitlogen.3In mindere mate treedt ditzelfde verschijnsel opwanneer beton in contact is met zeer zuiverwater dat dus hoegenaamd geen opgelostezouten bevat, 'zacht water'.Ten slotte moet dan nog genoemd worden deoplossende werking die door organische stof-fen kan worden teweeggebracht.Samenvattend kan de oplossende werking wor-den onderscheiden in:1. oplossen door zuur;2. uitlogen ten gevolge van een ultwlssellnqs-reactie;3. oplossen door zacht water;4. aantasten door organische bestanddelen.1. Oplossen door zuurDe mate van corrosiviteit van een zuur hangt,naast de concentratie, af van de aard van hetzuur.Sterke mineralen zoals zoutzuur, salpeterzuuren zwavelzuur, zijn onder alle omstandighedensterk destructief.Een voorbeeld van een minder sterk zuur dattoch uitgesproken destructief werkt, is melk-zuur (voorkomend in bijv. melkfabrieken).Koolzuur vertoont als zwakker zuur deze op-lossende werking in mindere mate; de uit-werking wordt echter gunstig beinvloed door-dat het gevormde produkt calciumcarbonaatniet oplosbaar is en zodoende de poriën ver-stopt.Een zeer zwak zuur is zwavelwaterstof, herken-baar aaneen rotte eieren lucht en dikwijlsgevormd in afvalwater e.d. Het is op zichzelfnauwelijks schadelijk maar onder invloed vanbacteriën kan het bijv. in degaszone van riool-buizen worden geoxydeerd tot het veel sterkerezwavelzuur met alle corrosieve gevolgen vandien.2. Uitlogen ten gevolge van uitwisselings-reactiesHiervoor is de aanwezigheid vereist van de zeerbepaalde zouten die deze reacties kunnenopwekken. De meest bekende zijn wel de chlo-riden en nitraten van magnesium en ammoniak.De uitloging van beton door magnesiumzoutenin zeewater is hiervan een bekend voorbeeld.3. Oplossen door zacht waterDit is een aantasting met een zeer geleidelijkkarakter. Praktisch zal deze vorm van aan-tasting slechts een grote rol spelen indien hetzachte water waarmee het beton in aanrakingkomt, voortdurend wordt ververst. Dit kan bijv.het geval zijn bij beekwater waarin bovendienmeestal veel koolzuur is opgelost. Het water isdaardoor zacht én zwak zuur en moet daardoorals matig agressief worden bestempeld.4. Aantasten door organische bestanddelenHierbij gaat het om oliën en vetten van plant-aardige of dierlijke herkomst. Deze kunnenaanleiding zijn tot reacties die het oppervlakvan beton langzaam aantasten.Minerale olie tast beton niet aan. Oppassenmet afgewerkte smeerolie; die kan nogal watzuur bevatten en daardoor corrosief zijn.Een andere mogelijkheid is nog de aantastingdoor lagere organismen zoals algen, mossen,schimmels en sommige bacteriën. De agressi-viteit wordt meestal veroorzaakt door de zurendie door de organismen worden afgezet.4Wat te doen tegen chemische aantasting?Voorkomen is altijd beter dan genezen. Insommige gevallen, zoals bij de reeds genoem-de sterke minerale zuren, mag het beton ge-woon niet rechtstreeks met zulke corrosievestoffen in aanraking komen.In vele andere gevallen zullen de kosten vaneventuele voorzorgsmaatregelen moeten wor-den afgewogen tegen de te verwachten schadeindien deze maatregelen achterwege blijven.Het is dikwijls verrassend te zien, hoe langbeton van redelijke kwaliteit het nog uithoudt ineen milieu dat toch als licht of matig agressiefmoet worden bestempeld.De belangrijkste beschermende factor vanbeton in een licht tot matig agressief milieu iszijn dichtheid.Voor het verkrijgen van deze zo grootst moge-lijke dichtheid beschikt de betontechnoloogover diverse mogelijkheden.De belangrijkste daarvan is een beperking vande water-cementfactor waardoor, uiteraard bijvolledige verdichting en na een behoorlijkenabehandeling, een zeer dicht beton kan wor-den gemaakt. Bedenk daarbij wel dat het bijchemische aantasting gaat om de buitenstepaar mrn's van het beton. Een overigens goedebetonkwaliteit, zoals aangetoond door eenhoge druksterkte van proefkubussen, haaltweinig uit als het oppervlak van het beton ver-knoeid is door tekortkomingen in de uitvoering.Deze kunnen leiden tot een poreuze cement-slijmlaag op het oppervlak door 'bleedinq' danwel een 'verbrande' oppervlaktelaag door on-voldoende nabehandeling.Naast het bedrijven van pure, vakkundigebetontechnologie zijn er nog andere maat-regelen die in het geweer kunnen worden ge-bracht. Men kan het betonoppervlak impreg-neren. Dit kan met fluaten, dat zijn fluorver-bindingen die met de vrije kalk uit het betonzeer resistente verbindingen vormen. Ookwordt tegenwoordig veel geïmpregneerd metchemicaliënbestendige kunststoffen zoalspolyesters e.d. Een andere mogelijkheid isuiteraard het aanbrengen van een geheel af-dichtende laag, een coating.Hierin gespecialiseerde bedrijven beschikkenop dit punt reeds over veel ervaring die tennutte van de gebruiker kan worden toegepast.