Een maandelijkse uitgave van deNederlandse Cementindustriecorrespondentie-adrespostbus 5203 DA 's-Hertogenboschtelefoon 073-150150 (abonnementen 150231)ISSNoktober 1980Schade doorvorst endooizoutenWe leven in een wisselvallig klimaat. En hoewelwe dat weten, worden we toch zo nu en danopgeschrikt door een onverwachte periode metslecht weer, zoals de afgelopen zomer waarinmenige vakantie letterlijk en figuurlijk in hetwater is gevallen. Zo heugen we ons ook dewinter 1978-79. En dan niet zozeer om de kou enhet ongemak, die zijn snel vergeten. Maar voorbeton leverde deze winter een nasleep op aan minof meer oppervlakkige schade, waar we eigenlijknog niet over zijn uitgepraat.Was deze winter dan zo streng? Volgens demeteorologen was het geen winter die degeschiedenis in zal gaan als 'koudste winter vande eeuw' of zo iets. Veeleer was de serie vanzachte winters waarmee we in de voorgaandeperiode werden verwend, oorzaak van de on-aangename verrassing.Is zo'n matig strenge winter dan al destructiefvoor beton? Zo simpel ligt het niet. Het isopmerkelijk dat echt strenge winters, dus langeperioden met constant lage temperaturen, veelminder agressief zijn voorbeton (en ook voor veleandere materialen) dan de veelvuldige afwisse-Iing van vriezen en dooien zoals wij meestalkennen. Daar komt nog bij dat al dit kwakkelengepaard gaat met neerslag. Dat leidt tot glad-heidsproblemen en daardoor tot het gebruik vandooizouten. En datis in veel gevallen de oorzaakvan 'winterschade'.In deze aflevering van BETON/EK zullen wetrachten alle factoren die een rol spelen bijschade door vorst en dooizouten op een rijtje tezetten. We hopen dan te weten wat er fout isgegaan. We hopen ook te kunnen aangeven hoewe het in de toekomst beter kunnen doen.Schade aan beton bij vorstDit is geen onontgonnen gebied. De combinatievan beton en vorst is niet alleen een Nederlandsprobleem. In de loop der jaren is een stroom vanpublikaties over het onderwerp verschenen. Eéndaarvan, een onlangs gepubliceerde studie vanhet Zweedse Cementen Beton Research Instituutis zeer aan te bevelen voor ieder die zich wilverdiepen in het mechanisme van vorst- endooizoutschade van beton. Zonder inzicht hierinis het trouwens onmogelijk de verwarrendeovervloed van vuistregels, normen, richtlijnen enaanbevelingen uit binnen- en buitenland oppraktische waarde te toetsen.Om misverstand te voorkomen: we spreken hierniet overproblemen bij winterwerk. Vorstschade(of liever het voorkomen ervan) bij versgestortbeton is een onderwerp apart, hoewel demechanismen dieer aan ten grondslag liggen,zoals de uitzetting van bevriezend poriewater. welgrotendeels hetzelfde zijn. Het aanpasssen vande werkwijze op winterse bouwwerken, teneindehet eenmalig risico van vorstschade aan versbeton uit te sluiten, blijken we wel in de hand tehebben.Het gaat nu over de mogelijke schade aan betonin verharde toestand. Het beton bevindt zichdaarbij in de normale gebruikstoestand. Deschade hoeftzich dus niet alleen bij jong beton temanifesteren, maar kan ook pas na zeer lange tijdalssom van een aantal geringe aantastingen overeen aantal vorstperiodes tot uitdrukking komen.Een verslechterende factor voor het gedrag vanbeton bij vorst is het gebruik van dooizouten.In het navolgendezullen we, zonder al tediep in tegaan op de moeilijke problematiek, trachten eniginzicht te geven in- de mechanismen van vorst- en dooizout-schade;de soms feitelijke, soms vermoedelijke oor-zaken van schade;de mogelijke maatregelen ter voorkoming vanschade.Welke mechanismen?Bevriezend water zet uit. Wanneer een poreusmateriaal met watergevulde poriën aan vorstwordt blootgesteld zal bij bevriezing van dit waterhet materiaal worden kapot gedrukt, tenzij:a. het materiaal zo sterk is dat het de druk kanweerstaan;b. gedeeltelijke uitdroging van de poriën vol-doende expansieruimte verschaft;c. in het materiaal anderzins voldoende ex-pansieruimte beschikbaar is;Deze tenzij'skunnen voor beton als volgt worden.vertaald:a. hoogwaardig beton is vorstbestand;b. na enige uitdroging is ook normaal betonvorstbestand (dit verklaart o.a. de geringevorstschade in een echt streng klimaat metmeestal geringe luchtvochtigheid);c. door het inbouwen van expansieruimte in devorm van kleine luchtbelletjes zal normaalbeton ook in vochtige toestand vorstbestandzijn.Dit eenvoudige model heeft ons al vele goedediensten bewezen. Helaas is het in sommigegevallen wat àl te eenvoudig:2· De kwaliteit van beton beoordelen we aan dehand van genormaliseerde proefstukken na 28dagen verharding. Dat wil nog niet zeggen datdeze kwal iteit ook in het werk, en dan nog wel aanhet oppervlak, waar immers de aantastingoptreedt, aanwezig is.· De algemeen gebruikelijke richtlijnen voor hetbeschermen van beton met behulp van lucht-belvormers zijn ontwikkeld in een veeljarige,internationale praktijk waarbij het vrijwel uit-sluitend om portlandcementbeton ging. Hoog-ovencementbeton met de gebruikelijke luchtbel-vormers blijkt zich bij toepassing van dooizoutenanders te gedragen. We komen daar nog opterug.· Het gebruik van dooizouten vormt een ernstigecomplicatie. In tegenstelling tot wat wellichtwordt verwacht is de aantasting van zuiverfysische aard (alleen bij ureum dat ter voor-koming van vliegtuigcorrosie meestal op vlieg-velden wordt gebruikt,speelt ook chemischeaantasting een rol).De werking van dooizout berust op de verlagingvan het vriespunt van water in een zoutoplossing.Bij strooien van zout op een ijslaag smelt het ijs.Dit gaat echter gepaard met een plotselingetemperatuurdaling. Strooien van dooizout opbesneeuwd of met ijs bedekt beton heeft dusdezelfde werking als een felle vorstaanval op ditbetonoppervlak. Geen wonder dat ook hier (innog sterkere mate) de remedie is: een zeer dicht(dus hoogwaardig) betonoppervlak of eenkunstmatige bescherming met luchtbelletjes.Gebruik van dooizouten leidt dus tot een inten-sievere 'vorstbelasting'.Juistbij deze inten-sievere belasting zullen we door de mand vallenindien we in de praktijk tekort schieten voor watbetreft:de oppervlaktekwaliteit van beton;- het op de juiste wijze beschermen met in-gebrachte luchtbellen.Het effect van de ingebrachte luchtbellen is af-hankelijk van het karakter van het poriënsysteem.We spreken altijd van het percentage ingebrachtelucht. Die lucht moet dan wel fijn verdeeld zijn:een paar grote, met lucht gevulde holten of grovecapillaire poriën helpen niet omdat het water tever moet stromen om die expansieruimtetevinden. Het gaat dus eigenlijk om de onderlingeafstand tussen de afzonderlijke luchtbellen. Degemiddelde onderlinge afstand noemen we deafstandsfactor ('spacing factor'). Water stroomtin nauwere poriën moeilijker dan in grovere. Bijeen fijnere poriënstructuur is derhalve eenkleinere atstandstactor nodig om een gelijkemate van vorstbestandheid te verkrijgen.Verschil portlandcement - hoogovencementAlvorens in te gaan op de oorzaken van schade-gevallen, dient eerst iets gezegd te worden overde verschillen tussen portlandcement en hoog-ovencement die van belang zijn voor ditonderwerp.Ten eerste de snelheid van de verhardingsreactie:pc is sneller dan hc. Dit heeft enkele conse-quenties waarvan het belang nogal eens wordtonderschat. Bij winterwerk spreken we van voor-verhardingstijd, dit is de tijd die een betonspecienodig heeft om bestand te zijn tegen eenmaligbevriezen bijv. door nachtvorst. Van alle factorendie daarbij een rol spelen is de cementsoort eréén: de voorverhardingstijd is bij gebruik van helanger dan bij pc. Zo kunnen we ons ook m.b.t.vorstbestandheid een soort rijpheid voorstellen,d.w.z. de hydratatiegraad die bij een bepaaldewcf nodig is om beton een gewenste mate van1-2Plaatselijke schade aan een betonweg, moge/ijk t.q,v.verschillen in opperv/aktekwaliteitvorstbestandheid te geven. Deze rijpheid wordtmet he later bereikt. Daar staat tegenover dat nalangere tijd de betonkwaliteit met he sterkertoeneemt dan bij pc.We kunnen het ook zo zeggen: indien wehe-beton en pc-beton als gelijkwaardig kwalifi-ceren, bijvoorbeeld op basis van gelijke controle-proefsterkte, dan wordt he-beton op korte termijnovergewaardeerd en op lange termijn onder-gewaardeerd. Zie ook BETON/EK 5/3 'Druk-sterkte op lange termijn'.Daar komt nog bij dat het in de praktische uit-voering nogal eens schort aan een goedenabehandeling die voor een ononderbrokenhydratatieproces, juist aan het oppervlak, nodigis. Door de lagere hydratatiesnelheidis hetoppervlak van he-beton qua nabehandelingkwetsbaarder dan pc-beton.Ten tweede de poriënstructuur. Bij gelijkehydratatiegraad heeft he-beton een fijnereporiënstructuur dan pc-beton. Voor de duur-zaamheid in het algemeen is dit een gunstigefactor maar bij een vorstaanval geldt het als eennadeel. Nietalleen drogen de poriën langzameruit waardoor dikwijls de mate van water-verzadiging groter is dan bij pc-beton, maarbovendien vereisen deze fijnere poriën eenkleinere afstandsfactor.De richtlijnen voor het gebruik van luchtbel-vormers, gebaseerd op ervaring met hoofd-zakelijk pc-beton, blijken nog wel op te gaan bijtoepassing van he met lage slakgehaltes. Bijhogere slakgehaltes ontstaat een fijnereporiënstructuur en dus een kleinere benodigdeafstandsfactor. In dat geval is he-beton innormale uitvoering minder goed opgewassentegen een samengaan van ongunstige condities:een 'moeilijke' winter, gebruik van dooizouten enlage kwaliteit van hetbetonoppervlak.343-5Enkele schadegevallenEen galerijplaat waar water op blijft staan heeft hetzwaarder te verdurenEen gietijzeren putdeksel met een betonvulling vanonvoldoende kwaliteit om een combinatie van vorst endooizouten te doorstaanSchampkant van een viaduct; doordat het beton isgeschilderd valt de afschilfering des te sterker opOorzaken van schadegevallenWe kunnen niet in alle schadegevallen degenoemde factoren precies op een rijtje zetten.Toch blijken zowel de betononderzoeker als deervaren bouwadviseur hun gegevens wonderwelin het geschetstepatroon te kunnen inpassen.Enkele illustraties hiervan:· Voor laboratoriumonderzoek wordt de praktijknagebootst door een een veelvuldig herhaaldevries-dooicyclus. Aanvankelijk leidt dit tot grotereaantasting bij he-beton dan bij pc-beton. Bijvoortzetting van de proeven (wat lang niet altijdgebeurt vanwege tijd en kosten) blijkt he-betonzich 'beter' te gaan gedragen om op den duur hetpc-beton in duurzaamheid te overtreffen,· Geringe verschillen in situering (heersendewindrichting, aanwezigheid luifel etc.) leiden totgrote verschillen in de kans op vorst- en dooi-zoutschade.· Eveneens geringe verschillen in uitvoerings-omstandigheden kunnen leiden tot verschillen inoppervlaktekwaliteit met grote consequentiesvoor de gevoeligheid. Eenzelfde betonkwaliteit(kubusdruksterkte!) kan zich daardoor zeerschillend gedragen.· Schade kan bij alle soorten beton optredenonder ongunstige condities bij een te lage beton-kwaliteit zonder beschermende maatregelen.· Schade kan eveneens optreden onderongunstige condities bij normale betonkwaliteit6-7Proefstukken onderworpen aan langdurige herhaling van de vorst-dooicyclus in een zoutoplossÎng; verschil innabehandeling van de proefstukken blijktbijattelaboratoriumproeven aanleiding te zijn tot grote verschillen in deomvang van de schade8Relatie tussen het aantal vorst-dooicyclussen en deomvang van de schade voor pc en hcniet alleen oorzaak van ernstige vorstschade.Dooizouten bestaan meestal uit chloriden.Wanneer deze in het beton dringen en dewapening bereiken kunnen ze ernstige corrosievan de wapening veroorzaken. De chemischesamenstelling en de poriênstructuur vanhe-beton is hier een voordeel. De indringdieptevan chloriden is vele malen geringer dan in pc-beton.Vorstschade is meestal een oppervlakkigverschijnsel dat meer het uiterlijk aantast dan degebruikswaarde van het beton. Wapenings-corrosie bedreigt echter direct de veiligheid vande constructie.We moeten dus oppassen voor maatregelenwaarbij we het kind met het badwater weggooien.door onvoldoende oppervlaktekwaliteit, veroor-zaakt door lokale ontmenging tijdens verwerkenen/of onvoldoende nabehandeling.· Zeer frapant zijn schadegevallen aan overigenshoogwaardig beton. De oorzaken van het ont-breken van vorstbestandheid zijn dan meestalduidelijker aanwijsbaar dan in twijfelgevallen. Erkunnen bijv. hoge eisen zijn gesteld aan gladheidvan dunwandige elementen waarna door over-matig trillen of iets te nat werken een fraai, maarminderwaardig oppervlak werd verkregen.H.oe gaan we verder?Voor een nuchter oordeel moeten we niet uit hetoog verliezen dat de duurzaamheid van betonvoor normaalgebruik meestal geen problemenoplevert. Misschien is het juist wel deze vanzelf-sprekendheid die ons de nodige voorzichtigheiduit het oog heeft doen verliezen. Ten aanzien vanvorst- en dooizoutbestandheid geldt zeker dat wemeer aandacht moeten schenken aan de pureoppervlaktekwaliteit. We zullen dus de illusiemoeten laten varen dat kubusdruksterktenalleenzaligmakende uitspraken over beton-kwaliteit doen.Daarnaast moeten we vaststellen dat het verschilin karakter tussen pc-beton en he-beton tenaanzien van de afstandsfactor voor luchtbellen isonderschat. Een intensievere kwaliteitszorg dantot nu toe gebruikelijk bij toepassing vanhoogovencement is daarom op zijn plaats voordie gevallen waar een zware dooizoutbelastingonvermijdelijk is,zoals betonwegen en dergelijkeverhardingen. Ook schampkanten en balkon-platen zouden in bepaalde gevallen hiertoekunnen worden gerekend.Het gevaar van wapeningscorrosie mogen wedaarbij niet uit het oog verliezen. Dooizouten zijn.c:lilc>encro>Eopcaantal vorst -dooicyclussen5Zowel theorie als praktijk maken duidelijk dat bijeen redelijke kennis van alle aspecten, en niet tevergeten bij toepassing van deze kennis, nietvoorherhaling van vorst- en dooizoutproblemen indeze omvang hoeft te worden gevreesd.Ook de resultaten van veldonderzoek naar deduurzaamheid van beton (zie o.a. het hierondervermeldeCUR-rapport 96 en het nog te publi-ceren rapport van CUR-commissie B 23 'Duur-zaamheid maritieme constructies') geven aan datwe met onze betonsamenstellingen met dedaarvoor in Nederland gangbare cementen, opde juiste weg zijn. Oat een groeiend inzicht incorrosie- en verweringsmechanismen daarbij totaccentverschuivingen leidt is vanzelfsprekend.Moge dit artikel daartoe een bijdrage leveren.Aanbevolen literatuur1. G. Faqerlund, Influence otslaq cement on thefrost resistance of concrete - a theoreticalanalysis: Swedish Cementand ConcreteInstitute, Stockholm 1980.2. CUR-rapport 96, Beton en afvalwater.3. J. Bonzei en E. Siebel, Neuere Unter-suchungen über den Frost-Tausalz-Widerstand von Beton; Beton TechnischeBerichte 1977.4. G. Blunk en A. Brodersen, Zum Widerstandvon Beton gegenüber Harnstoff und Frost;Strasse und Autobahn 1980 nr. 3, p. 119.5. D. Knöfel, Einfluss von Frost und Taumittel aufZernentstein und Zuschlag; Betonwerk +Fertigteil-Technik 1979 no. 4, p. 221.6