INSPECTIEMETHODESMETHODES

Bijlagen

INHOUDSTAFEL INHOUDSTAFEL .................................................................................................. 2 1

SCHADEPROCESSEN ............................................................................. 4

1.1 1.2 1.2.1 1.2.2

Hydratatiereactie beton ....................................................................... 4 wapeningscorrosie ............................................................................... 8 corrosie ................................................................................................ 8 Wapeningcorrosie door carbonatatie........................................................ 18

1.2.2.1 1.2.2.2 1.2.2.3

Corrosieproces .................................................................................................................. 19 Initiatiefase....................................................................................................................... 21 propagatiefase................................................................................................................... 27

1.2.3.1 1.2.3.2

Initiatiefase....................................................................................................................... 32 Propagatiefase................................................................................................................... 38

2

INSPECTIEMETHODESMETHODES ....................................................... 40

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7

Niet-destructief onderzoek................................................................. 40 Visuele inspectie .................................................................................. 40 Ultrasone metingen .............................................................................. 41 De oppervlaktehardheid ........................................................................ 42 De plaats van de wapening en de betondekking ........................................ 43 De potentiaalmetingen .......................................................................... 44 De resistiviteit van het beton ................................................................. 49 Vochtgehalte ....................................................................................... 53 Destructief onderzoek ........................................................................ 54 Meten van de carbonatatiediepte ............................................................ 54 Bepalen van het chloridegehalte ............................................................. 55 Het cementgehalte ............................................................................... 58 De porositeit........................................................................................ 58 De meting van de polarisatieweerstand (corrosiesnelheid).......................... 58 De controle van de elektrische continuïteit van de wapeningen ................... 60 De hechtsterkte ................................................................................... 61

3

REPARATIE METHODES....................................................................... 63

3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5

Corrosie inhibitoren............................................................................ 63 werking .............................................................................................. 63 Soorten .............................................................................................. 65 Voor en nadelen................................................................................... 66 Chloride extractie ............................................................................... 68 Verschillende elektrochemische methodes................................................ 68 Werking elektrochemische chloridenextractie (ECE)................................... 69 Voordelen ........................................................................................... 70 Nadelen .............................................................................................. 71 Realkalisatie....................................................................................... 73 Werking realkalisatie ............................................................................ 73 Verloop van het proces ......................................................................... 75 Voordelen ........................................................................................... 76 Nadelen .............................................................................................. 76 Kathodische bescherming ...................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. Werking kathodische bescherming .......................................................... 77 Reacties.............................................................................................. 78 Repassivering van het beton in de omgeving van de wapening.................... 80 Schema van de evolutie van de potentiaal ............................................... 81 Besluit ................................................................................................ 83

1.2.3

Wapeningscorrosie door chloriden........................................................... 31

3.5 3.5.1 3.5.2

Geschikte reparatiemethodes............................................................. 85 Algemeen............................................................................................ 85 Carbonatatie geïnitieerde corrosie........................................................... 85

3.5.2.1 3.5.2.2

Algemeen ......................................................................................................................... 85 Reparatiemethoden ............................................................................................................ 85

3.5.3.1 3.5.3.2 3.5.3.3

Algemeen ......................................................................................................................... 86 Problematiek ..................................................................................................................... 86 Reparatiemethoden ............................................................................................................ 88

3.6.1.1 3.6.1.2 3.6.1.3

Principe ............................................................................................................................ 91 Voor- en nadelen ............................................................................................................... 92 Verschillende types ............................................................................................................ 93

3.6.2.1 3.6.2.2 3.6.2.3

Principe ............................................................................................................................ 97 Voor- en nadelen ............................................................................................................... 98 Verschillende types ............................................................................................................ 98

3.6.3.1 3.6.3.2 3.6.3.3

Principe .......................................................................................................................... 106 Voor- en nadelen ............................................................................................................. 106 Verschillende types .......................................................................................................... 107

3.7.3.1

Oppervlakte anodes ......................................................................................................... 113

3.5.3

3.5.4 3.5.5 3.6 3.6.1

3.6.2

3.6.3

3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3

Chloride geïnitieerde corrosie ................................................................. 86

Combinatie van carbonatatie en Chloride geïnitieerde corrosie .................... 89 Samenvatting van elektrochemische processen......................................... 90 Actieve kathodische bescherming ...................................................... 91 Geleidende coatings en mortels .............................................................. 91

Anodestrippen of -netten op het oppervlak............................................... 97

Ingeboorde staaf- of stripanodes .......................................................... 106

Passieve kathodische bescherming .................................................. 111 Principe ............................................................................................ 111 Voor- en nadelen................................................................................ 112 Verschillende types............................................................................. 112

4

1

SCHADEPROCESSEN

1.1

Hydratatiereactie beton

Beton is een samenstelling van steenachtige materialen bestaande uit toeslagmaterialen en cementsteen. Soms worden ook nog, in kleine hoeveelheden, stoffen toegevoegd die de betonspecie of het beton bijzondere eigenschappen verlenen. Deze stoffen worden hulpstoffen genoemd. Ook kunnen aan betonspecie zogenoemde vulstoffen worden toegevoegd. Vulstoffen zijn fijn verdeelde, al dan inerte materialen, die in beperkte hoeveelheden worden toegevoegd. Cement is een fijn gemalen hydraulisch materiaal dat na mengen met water een min of meer plastische massa vormt, die zowal onder water als aan de lucht verhard.

Figuur 1: schematische weergave van de opbouw van het materiaal beton

Cement en water vormen samen de lijm die zand, grind en eventueel steenstukken aan elkaar kit. De twee componenten reageren chemisch met elkaar tot de verharde lijm die in de praktijk cementsteen of cementgel wordt genoemd. Cement en water moeten in de juiste verhouding worden gemengd om een optimaal resultaat te verkrijgen. Om het cement volledig te laten reageren met het water is ene verhouding van 25 tot 30 massadelen water op 100 massadelen cement massadelen cement nodig. De verhouding wordt de water- cement factor genoemd.

water − cementfactor =

water (kg ) cement (kg )

Wordt er minder water toegevoegd, dan kan niet alle cement reageren en wordt er teveel water toegevoegd, dan blijft een deel van het water ongebonden in de cementsteen achter; er ontstaan holten en daarmee verzwakking in de structuur. Schadeprocessen

5

Uit het voorgaande zou de conclusie kunnen worden getrokken dat dus altijd moet worden gewerkt met water-cement factor van 0.25 tot 0.3 om de lijm optimaal te benutten. Dit is niet het geval omwille van twee redenen. -

Soms worden nog andere componenten toegevoegd zoals verdunningsmiddelen om de lijm verwerkbaar te maken of vulstoffen om de lijm sterker en/of goedkoper te maken.

-

Cementlijm dient voldoende vloeibaar te zijn tijdens de verwerking om het totale mengsel van cementlijm en toeslagmaterialen ook verwerkbaar te laten zijn.

De reactie van chemische verbindingen met water wordt hydratatie genoemd; de gevormde verbindingen heten hydraten. De diverse cementen bevatten stoffen die de eigenschap hebben met water te reageren. Gesproken wordt dan ook over de hydratatie van cement. De belangrijkste chemische verbindingen die zorgdragen voor sterkte en dichtheid zijn calciumsilicaathydraten. Na een eerste oppervlakkige reactie van de cementkorrels met water treedt een rustperiode in van 1 à 1.5 uur, waarna de reactie pas merkbaar doorzet. De snelheid van de hydratatie hangt verder van een aantal factoren af. Deze factoren zijn: -

Temperatuur: de meeste reactie tussen cement en water wordt versneld bij hogere en vertraagd bij lagere temperatuur

-

Fijnheid van het cement: de cementdeeltjes hebben afmetingen van minder dan 1 tot soms meer dan 100µm. Naarmate de deeltjes kleiner zijn, kunnen deze sneller reageren met water door het grotere specifieke oppervlak.

-

Cementsoort: meest gebruikte verdeling: portlandcement, hoogovencement en portlandvliegascement.

-

Toegevoegde hulpstof

Gesproken wordt van de hydratatiegraad van cement als maat voor de vooruitgang van de reactie . Dat de hydratatiereactie zich over maanden uitstrekt, kan worden afgeleid uit het verloop van de druksterkte van beton in de tijd.

Schadeprocessen

6

Figuur 2:

van betondruksterkte als functie van de ouderdom van het beton

Een fenomeen bij de hydratatie van cement, dat niet onvermeld mag blijven gezien de praktische consequenties, is het feit dat bij de hydratatiereactie een hoeveelheid warmte vrijkomt. De temperatuur ontwikkeling van betonspecie als het beton geen warmte aan de omgeving kan afstaan. Dit wordt de adiabatische warmteontwikkeling genoemd.

Figuur 3: adiabatische warmteontwikkeling van het beton in de eerste 158 uur

De chemische formule van de hydratatireactie: 2(CaO)3(SiO2)2 +

6H2O

Tricalcium- silicaat +

→ (CaO)3 (SiO2)2 . 3H2O + 3 Ca(OH)2

water

→ calciumsilicaathydraat Schadeprocessen

+ calciumhydroxide

1.1

7

Het water nodig voor de hydratatie reactie, wordt onttrokken uit de directe omgeving van elk korreltje, waardoor tegen de tijd dat de reactie begint af te lopen het overschot aan water verdeeld

zit

in

uiterst

kleine,

grillig

gevormde

ruimten

tussen

de

gevormde

calciumsilicaathydraten, de gelporiën.

Figuur 4: Schematische weergave van de hydratatie van enige cementkorrels in water

Beton is een samenstelling van steenachtige materialen, die door de zich vormende cementsteen aan elkaar worden gekit. Beton is dus een heterogeen materiaal, opgebouwd uit een skelet van toeslagmateriaalkorrels met een fijn watergevuld netwerk van cementsteen ertussen als verbindingsschakel. Het beton begint als betonspecie aan lijvige “vloeistof” , waarin cement en toeslagkorrels zijn gesuspendeerd in water. Het water bevindt zich in de betonspecie onder meer als een doorlopend stelsel van tamelijk ruim bemeten kanaaltjes, de capillaire poriën, waardoor de stromingsweerstand gering en dus de permeabiliteit hoog is, zodat water gemakkelijk uit de betonspecie kan verdampen. De middellijn van de capillaire poriën ( ca. 10-6 mm) is dan ook aanzienlijk groter dan die van de gelporiën ( ca. 10-4 mm). Naarmate de hydratatiereactie voortschrijdt, worden de doorlopende capillaire poriën meer en meer vernauwd en geblokkeerd door de zich vormende cementgel. Ten slotte ontstaat een poriënsysteem waarbij de capillaire poriën allemaal zijn onderbroken door cementgel met daarin gelporiën. De permeabiliteit wordt dan bepaald door de permeabiliteit van de cementgel die zeer gering is. Dit punt wordt onder normale verhardingsomstandigheden bij doorsnee beton reeds na enige dagen bereikt. Verdampen van water uit het beton heeft vanaf enkele dagen dan ook zeer langzaam plaats. De resulterende structuur bepaalt dan in grote mate de dichtheid en de duurzaamheid van het beton.

Schadeprocessen

8

1.2

wapeningscorrosie

1.2.1

corrosie

Figuur 5: foto's betonschade door wapeningscorrosie

Wanneer staal blootgesteld wordt aan klimatologische omstandigheden gaat het roesten door de reactie van het ijzer ( de hoofdcomponent van staal) met zuurstof en water.De snelheid waarmee het corrosieproces plaatsheeft, hangt af van de tijd gedurende welke het staal vochtig is, de temperatuur en de afzetting van beschermende stoffen op het staaloppervlak. De aanwezigheid van chloriden en/of koolzuur versnellen het corrosieproces aanzienlijk. Bekend door het effect van dooizouten op voertuigen. De gevormde roest neemt een groter volume in dan het oorspronkelijk ijzer. Vandaar ook dat het beton rond de wapening uit elkaar wordt gedrukt als de wapening in beton gaat roesten.

Het roesten van betonstaal is een

elektrochemisch proces. Gesproken wordt dan ook wel van elektrochemische corrosie. Als betonstaal in een waterige oplossing wordt geplaatst, gaat een geringe hoeveelheid ijzeratomen als ijzerionen in oplossing, daarbij het betonstaal negatief geladen achter. Dit proces wordt weergegeven door de reactie: Fe Ijzer (betonstaal)

→

Fe2+

2 e-

+

ijzerion

elektronen

(gaat in oplossing)

(blijven in betonstaal achter)

Schadeprocessen

1.2

9

Deze afgifte van elektronen is een oxidatiereactie en de plaats waar de ijzeratomen in oplossing gaan, wordt anode genoemd (anodereactie). Het negatief geladen betonstaal gaat het oplossen van nog meer ijzer tegen door de positief geladen ijzerionen ook weer aan trekken. Er ontstaat een dynamisch evenwicht, waarbij evenveel ijzeratomen in oplossing gaan als ijzerionen en weer neerslaan op het betonstaal. Dit proces wordt weergegeven door de evenwichtreactie: Fe

↔

Fe2+

+

2 e-

1.3

Figuur 6: evenwicht Fe

In de evenwichtsreactie heeft het ijzer ten opzichte van de vloeistof een bepaalde potentiaal ( deze potentiaal wordt de elektrode potentiaal genoemd). Als door een externe invloed de potentiaal van het staal verhoogd wordt ( het staal wordt positiever geladen), heeft de reactie naar rechts de overhand, bij een meer negatieve potentaal is dit naar links het geval. In het laatste geval is de nettoreactie de omgekeerde van reactie (1.2). Fe

←

Fe2+

+

2 e-

1.4

De opname van elektronen wordt reductie genoemd en de plaats waar de opname plaatsheeft, heet kathode ( kathodereactie).Afhankelijk van de potentiaal van het staal kan een (netto)stroom in het staal worden gemeten. In figuur 7 is dit weergeven. Op de horizontale as is de stroom i weergegeven, op de verticale as de potentiaal E.

Schadeprocessen

10

De potentiaalafhankelijke kathodestroom is weergegeven door de stippellijn ik en de anodestroom de streeplijn ia. De nettostroom is weergegeven door de getrokken lijn i. De evenwichtsreactie (1.3) is dus een sommatie van een oxidatiereactie (1.2) en een reductiereactie (1.4) ofwel een sommatie van een anodische en een kathodische reactie. Of een plaats op het betonstaal als anode of kathode fungeert, hangt dus niet af van de plaats, maar van de “potentiaal” van die plaats. Uit figuur 6 volgt dat feitelijk bij elke potentiaal zowel anode- als kathodereacties plaatshebben. Onder corrosie wordt in het algemeen verstaan de aantasting van metalen door elektrochemische reacties tussen het metaal en componenten uit het omringende waterige milieu. Uit figuur 7 kan dan worden afgeleid dat beneden de evenwichtspotentiaal EFe de corrosie nihil is, omdat er netto meer ijzerionen neerslaan dan dat er in oplossing gaan.

Figuur 7: Schematisch verband tussen potentiaal E en de kathodestroom ik respectievelijk de anode stroom ia

De reactie zal naar recht verlopen als de positieve ijzerionen in de oplossing door negatieve ionen worden geneutraliseerd en/of de overmaat elektronen in het betonstaal wordt weggenomen. Daartoe is een tweede reactie nodig. In waterige oplossingen is altijd wel een geringe hoeveelheid zuurstof opgelost. Deze zuurstof kan meet water en elektronen uit het staal reageren tot : O2 Zuurstof

+

2H2O

+

4e-

→

water

4OHhydroxylionen

Schadeprocessen

1.5

11

De reactie is schematisch weergegeven in figuur 8 Ook deze reactie is een evenwichtsreactie, waarbij de richting van de reactie weer wordt bepaald door de potentiaal van het ijzer ten opzichte van de vloeistof ter plaatse van de reactie: O2

+

2H2O

+

4e-

4OH-

↔

1.6

Verloopt de reactie naar rechts, dan wordt gesproken van een reductiereactie (opnemen van elektronen). De omgekeerde reactie is weer een oxydratiereactie; 4OH-

→

O2

+

2H2O

4e-

+

1.7

Figuur 8: evenwicht O2 + 2H2O + 4e- ⇔ 4OH-

Analoog aan de evenwichtreactie: Fe2+

↔

Fe

2 e-

+

1.8

Kan het verband tussen de potentiaal en de (netto)stroom van de reactie: O2

+

2H2O

+

4e-

→

worden weergeven (zie figuur 9).

Schadeprocessen

4OH-

1.9

12

Figuur 9:Schematisch verband tussen potentiaal E en de kathodestroom ik respectievelijk de anode stroom ia

Het evenwichtspotentiaal van evenwichtsreactie van water met zuurstof is hoger dan de evenwichtpotentiaal met Fe. Als de twee evenwichtsreacties in een stroom-spannings figuur worden weergegeven, ontstaat figuur 10. De mate waarin de vier reacties plaatshebben, hangt af van de potentiaal. Gezien de zeer goede geleidbaarheid van ijzer is het praktisch onmogelijk om op het staal verschillende potentialen te handhaven. Welke potentiaal zal het ijzer nu aannemen als geen externe invloed wordt uitgeoefend? De potentiaal ligt ergens tussen de evenwichtpotentiaal van de reacties 1.2 en 1.6 en wel zo dat de kathode- en de anodestroom gelijk zijn. Dit punt is weergegeven in figuur 10 door Em . Deze potentiaal wordt de corrosiepotentiaal genoemd. Afgelezen kan dan ook worden dat de kathode reactie van van reactie 1.6 en de anodereactie van reactie 1.3 de overhand hebben. De kathodereactie van 1.6 zorgt nu ervoor dat de corrosie( anodereactie van 1.3 ) kan doorgaan. Omgekeerd zorgt de anodereactie ervoor dat de kathodereactie van 1.6 kan doorgaan. Dit is dan ook de essentie van de elektrochemiscje reactie: een combinatie van een anodereactie van de ene evenwichtsreactie en een kathodereactie van de andere.

Schadeprocessen

13

Figuur 10: Schematisch verband tussen de potentiaal en de stroom van verschillende deelreacties

De kathodereactie van de ene evenwichtreactie zorgt voor opname van de elektronen die bij de anodereactie van de andere evenwichtreactie vrijkomen. Tevens wordt aan de kathode gezorgd voor negatieve ionen ( hydroxylionen) die de positieve ionen

(ijzerionen)

neutraliseren, die eveneens bij de anodereactie vrijkomen. De nettoreactie is dan

O2

2Fe

2Fe2+

→

2Fe +

+

2H2O

O2

+

+

2H2O

4e-

4e-

4OH-

→

→

+

2Fe2+

+ 4OH-

+

2Fe(OH)2↓

neerslag van ijzerhydroxide Geschematiseerd speelt zich dan ook bij staal, dat wordt geplaatst in zuurstofhoudend water, het volgende proces af (zie figuur 11) De elektronen die vrijkomen op de plaats waar ijzer in oplossing gaat, worden op een andere plaats op het staaloppervlak verbruikt om zuurstof om te zetten in hydroxylionen. De hydroxylionen reageren in het water met de vrij gekomen ijzerionen tot een neerslag van ijzerhydroxide, waarmee de stroomkring is gesloten.

Schadeprocessen

14

Zou de stroom tussen kathode en anode kunnen worden gemeten, dan zou precies kunnen worden vastgesteld hoeveel ijzer wordt omgezet in roest. Voor elke twee elektronen die worden gemeten, gaat een ijzeratoom in oplossing. Normaal liggen de anode en de kathode zo dicht bij elkaar dat een meting tussen anode en kathode onmogelijk is. Bovendien zijn anode en kathode geen vaste plaatsen, omdat de plaats waar ijzer in oplossing gaat en de plaats waar zuurstof wordt omgezet op moleculaire schaal steeds een andere is. Het corrosieproces is dan ook bijna steeds een aaneenschakeling van ontelbare microcorrosie-elementjes. (zie figuur 12)

Figuur 11: Stroomkring van het corrosieproces

Figuur 12: Microscopische-elementjes op het staaloppervlak

Slecht onder bepaalde voorwaarde kan van macro-elementen sprake zijn. Hierop wordt verder teruggekomen. Gezien het voorgaande is voor corrosie van staal water en zuurstof nodig.

Schadeprocessen

15

De wapening in beton komt normaal zowel met water als met zuurstof in aanraking. Immers beton is een microporeus en permeabel materiaal. Waar allerlei stoffen met zekere snelheid binnendringen oor diffusie dan wel door capillaire opzuiging. Waarom het staal in beton niet altijd corrodeert, ligt in eerste instantie aan het feit dat het waterig milieu, dat de wapening in het beton omgeeft, anders van samenstelling is dan het vocht ( water en/of regen) dat in de dagelijkse praktijk meestal voor corrosie zorgt. Het verschil zit in de zuurgraad op pH van de vloeistof. Door de hoge pH (lage zuurgraad) van het poriënwater treedt een verschijnsel op dat nog niet is vermeld. In figuur 11 is aangegeven dat de gevormde ijzerionen reageren met de gevormde hydroxylionen tot een neerslag van ijzerhydroxide. Als er nu veel hydroxylionen in de vloeistof aanwezig zijn ( hoge pH) zal de neerslag praktisch op het staal worden gevormd en daardoor het in oplossing gaan van nog meer ijzer bemoeilijken of zelfs geheel belemmeren. Dit proces wordt passiveren genoemd. Op het staal wordt dus een passiveringslaag van ijzeroxide gevormd.( zie figuur 13)

Figuur 13: Corrosieproces bij een pH >8

Bij een lage pH blijft de neerslag poreus en permeabel en wordt het corrosieproces niet gestopt (zie figuur 14)

Schadeprocessen

16

Door de wapening in te bedden in beton, wordt deze automatisch beschermd tegen corrosie door een hoge pH van het omringde water.

Figuur 14: corrosieproces bij een pH < 8

De oorzaak dat het beton staal in beton soms toch corrodeert, ligt in het feit dat door externe invloeden de samenstelling van het poriënwater ter plaatse van de wapening kan veranderen en daardoor de passiveringslaag kan worden aangetast. De passiveringslaag kan worden aangetast door binnendringen van koolzuur (CO2) uit de lucht, carbonatie genoemd en door binnendringen van chloride-ionen uit zeewater, dooizouten of andere chloridehoudende oplossingen (figuur 15)

Schadeprocessen

17

Figuur 15: Indringing van koolzuur en chloride

Schadeprocessen

18

1.2.2

Wapeningcorrosie door carbonatatie

Staal wordt als wapening in beton aangebracht om hoofdzakelijk trekkrachten op te nemen. Door corrosie neemt de staafdiameter af; het staal kan minder krachten opnemen en verliest gedeeltelijk zijn functie. Beton beschermt de wapening tegen corrosie. Doordat beton alkalisch is, wordt op staal in beton een beschermende laag,

de

passiveringslaag, gevormd door een dunne oxidehuid van Fe2O3 en Fe3O4. Kooldioxide uit de lucht kan die alkaliteit echter teniet doen, dit heet carbonatatie. Door het binnendringen van koolzuur uit de lucht wordt langzaam maar zeker da pH van het poriënwater verlaagd, waardoor de hydroxylionen afnemen in aantal en de waterstoffen toenemen. Zodra de kritische grens is bereikt (ongeveer pH 8), wordt de passiveringslaag aangetast, waardoor de wapening verder kan roesten. Met nadruk wordt er hier alvast opgewezen dat de wapening kan gaan roesten en niet per se moet gaan roesten, zoals vaak wordt verondersteld. De snelheid waarmee het corrosieproces verloopt, hangt af van de tijd dat het staal vochtig is, de aanwezigheid van zuurstof, de temperatuur en de afzetting van beschermende stoffen op het staaloppervlak (passiveringslaag). De poriestructuur van het beton speelt hierbij een belangrijke rol. Door betrekkelijk eenvoudige betontechnologische maatregelen kan carbonatatie van beton zodanig worden vertraagd, dat de kans op corrosie binnen de gebruikelijke levensduur verwaarloosbaar klein wordt Carbonatatie is de inwerking van koolzuurgas (= kooldioxide, CO2) op de calciumhydroxide van het beton. Dit koolzuurgas is aanwezig in de lucht (variërend van 0,03% tot 0,10% (V/V) ). De carbonatatie van beton verloopt langzaam. Voor een deel komt dit door de lage concentratie van het koolzuurgas in de buitenlucht en de grote voorraad aan calciumhydroxide in het beton. Een andere reden is echter dat koolzuurgas, evenals zuurstof, zich alleen in uitgedroogde

poriën

met

enige

snelheid

kan

bewegen

en

carbonatatiereactie heeft plaats op het grensvlak van poriewater en lucht.

Schadeprocessen

binnendringen.

De

19

1.2.2.1

Corrosieproces

Corrosie is een elektrochemisch proces dat door potentiaalverschillen tussen verschillende plaatsen op het staaloppervlak wordt veroorzaakt. Bij dit corrosieproces gaan aan de anode Fe2+-ionen (uit het staal) in oplossing, waarbij het bijbehorende aantal elektronen vrijkomt en via het staal naar de kathode gaat. Aan de kathode reageren de O2- en H2O-moleculen onder opname van elektronen tot OH--ionen. De ijzer- en hyroxide-ionen reageren tot verschillende roestproducten . Corrosie treedt op als wordt voldaan aan de volgende randvoorwaarden: • er moeten potentiaalverschillen zijn waardoor een stroomkring ontstaat; • de anode en kathode moeten zowel via het staal als elektrochemisch via de cementsteen met elkaar zijn verbonden; • het in oplossing gaan van het ijzer moetdoor de depassivering mogelijk zijn; • bij de kathode moet voldoende zuurstofbeschikbaar zijn voor de vorming van de hydroxideionen.

Figuur 16:stroomkring corrosieproces

- Anodische reactie (A): Fe → Fe2+ + 2eHet ijzer gaat in oplossing. - Kathodische reactie (K): O2 + 2H2O + 4e- → 4OHOnder invloed van de zuurstofreductie wordt hydroxide gevormd.

Schadeprocessen

20

- Roestvorming: De in oplossing zijnde ijzer- en hydroxide-ionen gaan verbindingen aan waardoor, afhankelijkvan het aanbod van water en zuurstof, verschillende roestproducten worden gevormd (anodische vervolgreacties): - IJzer II-hydroxide (wit):

Fe2+ + 2(OH)- → Fe(OH)2

- IJzer III-hydroxide (rood/bruin):

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2→ 4Fe(OH)3

- IJzer III-oxide (rood/bruin):

2Fe(OH)3 + 3O2→ 3Fe2O3 + 3H2O

Bij carbonatatie-geïnitieerde corrosie is sprake van algemene corrosie, dat wil zeggen dat de corrosie gelijkmatig is verdeeld over het gecorrodeerde staaloppervlak. Het volume van de roestproducten is 2,5 tot 6 maal zo groot als van het oorspronkelijke staal. Hierdoor ontstaan nabij de roestende wapening trekspanningen in het beton, die bij overschrijding van de treksterkte tot scheurvorming leiden. Door de ‘automatische’ passivering in het van oorsprong alkalische milieu kan bij corrosie van staal in beton onderscheid worden gemaakt tussen twee fasen: − De initiatiefase is de tijdsperiode waarin het beschermende milieu rond de wapening te niet wordt gedaan. De duur van de initiatiefase wordt bepaald door de tijd die nodig is om een carbonatatiediepte te bereiken die gelijk is aan de dekking op het betonstaal. −

De propagatiefase is de tijdsperiode waarin de corrosie zich daadwerkelijk ontwikkelt (figuur 17).

Schadeprocessen

21

Figuur 17: intitiatie en propagatie fase

Deze tweedeling is uitermate belangrijk, omdat de factoren die de snelheid van het initiatieproces bepalen, andere factoren zijn dan die de snelheid van het corrosieproces beïnvloeden. Het is zelfs zo dat factoren die de initiatieperiode verkorten, het corrosieproces sterk kunnen vertragen en omgekeerd. De initiatiefase geeft de tijd aan die nodig is om het beschermende milieu rond de wapening te veranderen in een niet meer beschermend milieu. 1.2.2.2

Initiatiefase

Om een inzicht te krijgen in de snelheid, waarmee de carbonatie plaatsheeft, is het nuttig na te gaan wat e gebeurt bij het binnendringen van koolzuur uit de kucht en welke factoren de snelheid van het binnendringen van de koolzuur beïnvloeden. Door het binnendringen van koolzuur worden de alkalische bestanddelen in het beton geneutraliseerd. De pH wordt verlaagd. De pH van niet-gecarbonateerd beton bedraagt circa 13, van gecarbonateerd beton circa 8 à 9. Hierdoor wordt de passiveringslaag van het staal aangetast. De alkalische bestanddelen zijn natriun-, kalium- en calciumcarbonaat gevormd volgens reacties: 2NaOH

+

CO2

→

Na2CO3

+

H2O

2KOH

+

CO2

→

K2CO3

+

H2O

Ca(OH)2

+

CO2

→

CaCO3

+

H2O

Schadeprocessen

22

Stadia bij het optreden van carbonatatie voor Calciumcarbonaat 1. Diffusie van CO2 door de capillaire poriën. 2. Oplossen van CO2 in de waterfilm op de poriewand: CO2 + H2O → H2CO3 3. Neutralisatie van Ca(OH)2 door H2CO3 Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3 + 2H2O

Het in het poriënwater aanwezige calciumhydroxide (Ca(OH)2) reageert met het koolzuur (H2CO3) tot calciumcarbonaat (CaCO3). Daarnaast worden ook nog calciumsilicaten omgezet. De reactie tussen genoemde stoffen verloopt snel, maar alleen in een waterig milieu. Het gevolg hiervan is dat de binnendringende koolzuur de alkalische bestanddelen neutraliseert. Het carbonatiefront of het neutralistiefront schrijdt voort van buiten naar binnen. De belangrijkste factor die in de praktijk de snelheid van het binnendringen van koolzuur bepaalt, is de vulling van de poriën in de cementsteen. Dit binnendringen (diffusie) verloopt in lucht wel 10.000 maal sneller dan in water. Het gevolg is dat carbonatatie vrijwel uitsluitend plaatsheeft ter plaatse van het vochtfront in het beton. Het maakt veel uit of de poriën gevuld zijn met water of lucht. De vulling van de poriën wordt bepaald door de omgeving, die weer van het lokale klimaat afhankelijk is. Beton dat voortdurend onder water staat, zal dan ook niet of nauwelijks carbonateren. Beton dat continu aan drogende omstandigheden is blootgesteld, carbonateert daarentegen snel, maar oppervlakkig, omdat de weerstand tegen het binnendringen van koolzuur in de praktijk dan het geringste is. Dit is in het algemeen in een binnenklimaat het geval. De snelheid van de verplaatsing van het vochtfront en dus het carbonatatiefront kan in het binnenklimaat worden beschreven met de op de wetten van Fick gebaseerde formule X=A(t)-1/2

Schadeprocessen

23

In deze formule is X de carbonatatiediepte (mm) op tijdstip t (jaar); A (mm / (jaar) 1/2) is een grootheid afhankelijk van de diffusieweerstand van de cementsteen en de tijd. Deze formule geeft weer dat naarmate het front verder is voortgeschreden, het front zich steeds langzamer naar binnen zal verplaatsen, omdat de weg die het koolzuur moet afleggen om nog niet omgezet materiaal te vinden steeds groter wordt. Gelukkig is het binnenklimaat ook het klimaat, waarbij de wapening niet zal roesten vanwege het gebrek aan water. In feite is voor het binnenklimaat geen betondekking nodig als het gaat om bescherming van de wapening. Er zijn echtere nog andere redenen om een bepaalde betondekking voor te schrijven, met name brandveiligheid, krachtoverdracht van beton op staal en hechting. De situaties, waarbij in de praktijk de meeste gevallen van corrosie zich voordoen, zijn de situaties waarbij het beton afwisselend nat en droog is. Men moet onderscheid maken tussen beton dat buiten beschut is en dat buiten onbeschut is. Onder beschut wordt verstaan beton dat niet in aanraking komt met water onafhankelijk of dit regenwater is of condens. Uit figuur 19 blijkt dat er een groot verschil is in de verplaatsing van het carbonatatiefront tussen buiten beschut en buiten onbeschut. Het verloop van het carbonatatiefront buiten beschut laat zich beschrijven door de formule X=A(t)-1/2. Daarentegen gaat het carbonatatiefront buiten onbeschut ( in weer en wind) naar een limiet toe.

Schadeprocessen

24

Figuur 18: Invloed van de klimatologische omstandigheden op het verloop van de carbonatie

In figuur 19 is het gebied van wisselend vochtgehalte weergegeven voor mortel die beurtelings een week aan een hoge relatieve vochtigheid en een week aan een lage relatieve vochtigheid is blootgesteld geweest ( simulatie buiten beschut). Duidelijk blijkt dat het gebied van wisselend vochtgehalte ligt binnen 15mm van het oppervlak

Figuur 19: : Gewichtsopname en -afgifte door dagelijkse wisselingen in relatieve vochtigheid

Schadeprocessen

25

In figuur 20 is het gebied van wisselend vochtgehalte weergegeven voor mortel die beurtelings een uur onder water is geplaatst en een week aan een lage relatieve vochtigheid is blootgesteld (simulatie buiten onbeschut)

Figuur 20: Variatie van het vochtgehalte in de dekkingslaag buiten onbeschut bij onvolledige herbevochtiging

De overeenkomst tussen beide gevallen is dat het gebied van wisselend vochtgehalte ligt binnen 15 mm vanaf het betonoppervlak; het verschil is dat in een uur benatten door water (regen) aanzienlijk meer water wordt opgenomen dan door van het oppervlak gedurende een week met vochtige lucht en een relatieve vochtigheid van nagenoeg 100% (vergelijk de figuren 19 en 20) .In beide gevallen blijkt het beton voorbij het gebied van vochtgehaltewisseling uit te drogen. De vochtbarrière die moet worden overwonnen door de koolzuurmoleculen om binnen te dringen, is echter veel groter in de situatie buiten onbeschut dan buiten beschut.

Schadeprocessen

26

Figuur 21: Variatie van het vochtgehalte in de dekkingslaag buiten onbeschut bij volledige herbevochtiging

Deze barrière neemt toe naarmate het beton tijdens de natte periode langer wordt benat. Het extreem wordt bereikt als in de natte periode evenveel vocht wordt opgenomen als in de droge periode verloren gaat ( volledige herbevochtiging).In dat geval zal de variatie van het vochtgehalte in de dekkingslaag eruit zien als aangegeven in figuur 21 In dat geval is het beton voorbij het gebied van wisselend vochtgehalte te vergelijken met onderwaterbeton. Voorbij dit gebied zal dan zeker geen carbonatie plaats hebben in een voor de praktijk relevante snelheid. Bij gelijke omstandigheden is de intitiastiefase voor beton buiten beschut korter dan voor buiten onbeschut.

Schadeprocessen

27

1.2.2.3

propagatiefase

Op het moment dat het carbonatie front de wapening heeft beriekt, zijn de factoren van belang die de corrosiesnelheid bepalen. Zoals reeds eerder is gesteld, kan de mate van corrosie in theorie worden bepaald door meten van de corrosiestroom. Aan de hand van figuur 16 kan aanschouwelijk worden gemaakt, wat de factoren zijn die deze corrosiestroom bepalen. In formule vorm uitgedrukt: I = (Ek-Ea) / (Rk+Ra +Rs+Rb )

waarin − I is de corrosiestroom in A − Ek is het evenwichtspotentiaal van de kathodereactie in V − Ea is het evenwichtspotentiaal van de anodereactie in V − Rk is de polarisatieweerstand van de kathode in Ω − Ra is de polarisatieweerstand van de anode in Ω − Rs is de weerstand van het staal in Ω − Rb is de weerstand van het beton in Ω In deze formule is Ek-Ea de drijvende kracht achter de corrosiestroom I. Rs is in de praktijk te verwaarlozen. De corrosiesnelheid kan verder nog worden beinvloed door de beschikbaarheid van zuurstof. Zoals blijkt uit figuur 17 dient zuurstof te worden aangevoerd om de kathodische reactie te laten verlopen. Onderwaterbeton zal ook daarom niet corroderen, omdat de aanvoer van zuurstof net als de aanvoer van koolzuur door nat beton ca. 10.000 maal langzamer verloopt als door (ten dele) uitgedroogd beton. Onder de normale klimatologische omstandigheden (beurtelings nat en droog) zal echter voldoende aanbod van zuurstof zijn om de corrosie met een redelijke snelheid te laten verlopen. Vandaar dat onder normale klimatologische omstandigheden de corrosiesnelheid in belangrijke mate wordt bepaald door de elektrische weerstand van het beton. Afhankelijk van het vochtgehalte ter plaatste van de wapening zal deze weerstand laag (hoog vochtgehalte) dan wel zeer hoog (laag vochtgehalte) kunnen zijn.

Schadeprocessen

28

In figuur 22 is de corrosiesnelheid in afhankelijkheid van de relatieve vochtigheid in de omgeving van de wapening weergegeven. Duidelijk blijkt uit deze figuur dat de corrosiesnelheid zeer sterk daalt naarmate het beton meer is uitgedroogd. Deze daling in corrosiesnelheid wordt veroorzaakt door de sterke toename van de elektrolytische weerstand van het beton (Rb)voor ionen.

Figuur 22: Corrosiesnelheid als functie van de relatieve vochtigheid in gecarbonateerd beton

Het geldt dus niet dat wapening in gecarbonateerd beton blootgesteld aan normale klimatologische omstandigheden moet gaan roesten. Dit geldt alleen als ook voldoende vocht aanwezig is en dit is weer alleen het geval als de betondekking en de kwaliteit van de betondekking op de wapening onvoldoende is. Een gelukkige bijkomstigheid bij door carbonatatie geïnitieerde wapeningscorrosie is, dat het beton waarschuwt voordat van ernstige corrosie sprake is, doordat lokaal eerst microscheuren ontstaan. Deze groeien vervolgens uit tot macroscheuren en dan pas zal de betondekking worden afgedrukt. Deze scheurvorming wordt veroorzaakt door het verschil in volume tussen het oorspronkelijke ijzer en de nagenoeg op dezelfde plaats gevormde roest. Uit het voorgaande volgt dat bij het beoordelen van het risico van door carbonatatie geïnitieerde wapeningscorrosie drie gebieden kunnen worden onderscheiden. Deze drie gebieden hangen samen met de drie randvoorwaarden, waaraan moet worden voldaan bij door carbonatie geïnitieerde wapeningscorrosie: − Een pH waarbij geen passivering van het staal mogelijk is (gecarbonateerd beton) − Voldoende vocht

Schadeprocessen

29

− Voldoende zuurstof De drie gebieden zijn (figuur 23): − Een gebied dat niet is gecarbonateerd (gebied C) In dit gebied kan geen corrosie plaats hebben ongeacht of er wel of geen water en zuurstof in voldoende mate aanwezig zijn − Een gebied dat wel is gecarbonateerd, maar waar geen vochtgehaltewisselingen plaats hebben (gebied B) Dit gebied is alleen aanwezig als het carbonatatiefront het vochtgehaltewisslingsgebied is gepasseerd. Als dit niet het geval was, krijgt men figuur 24. − Een gebied dat zowel gecarbonateerd is, als waar vochtgehaltewisselingen plaats hebben (gebiedA). In dit gebied zijn de ideale omstandigheden voor corrosie. De corrosiesnelheid neemt toe naarmate de wapening dichter bij het oppervlak ligt door het hoge vochtgehalte in de natte perioden.

Figuur 23: Gebieden met verschillend risico voor door carbonatatie geïnitieerde wapeningscorrosie, waarbij het carbonatatiefront voorbij het vochtfront is.

Schadeprocessen

30

Figuur 24: Transport van chloride-ionen ten gevolge van opzuigen en diffunderen

In het beton dat wisselend nat en droog is, is steeds voldoende zuurstof aanwezig. Het beschermen van wapening in beton door uitsluiten van zuurstof, kan in de praktijk alleen bij beton onder water. Afremmen van de zuurstoftoevoer in de open lucht is wel mogelijk door toepassing van bepaalde coatings.

Schadeprocessen

31

1.2.3

Wapeningscorrosie door chloriden

Naast indringen van koolzuur kan ook chloride aanleiding zijn tot het doorbreken van de passiveringslaag. Dan wordt gesproken van door chloride geïnitieerde wapeningscorossie. Deze aantasting berust op het feit dat ijzerchloride een redelijk goed oplosbare verbinding is. Als er voldoende chloride-ionen aanwezig zijn in het poriënwater rond de wapening, wordt de passiveringslaag lokaal opgelost, waardoor het corrosieproces verder kan gaan. De goede oplosbaarheid van ijzerchloride is ook de oorzaak dat door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie meestal duidelijk te onderscheiden is van door carbonatie geïnitieerde corrosie. Het beton rond de wapening wordt door en door groen tot bruin gekleurd vaak tot aan het oppervlak door vorming van ijzerchloride. betonspecie verboden. Chloriden in beton kunnen zijn ingemengd via de grondstoffen of zijn ingedrongen van buitenaf. De belangrijkste bronnen zijn: • chloriden uit grondstoffen; • chloriden uit zeewater en zeewind; • chloriden uit andere, niet-maritieme bronnen. Chloriden uit grondstoffen werden meestal bewust toegevoegd in de vorm van calciumchloride als verhardingsversneller. In de jaren zestig en zeventig was dit toevoegen een gebruikelijke zaak. Omdat de risico’s bij onjuiste dosering onevenredig groot zijn ten opzichte van de snellere ontkisting, is het toevoegen chloridenhoudende stoffen aan beton niet meer toegestaan.

Schadeprocessen

32

1.2.3.1

Initiatiefase

Vrije chloorionen zijn in staat de ijzerionen uit de passiveringslaag vrij te maken. In een vervolgreactie ontstaat hierbij zoutzuur (HCl), waardoor de pH van het poriewater wordt verlaagd. Dit heeft vervolgens een versneld in oplossing gaan van ijzerionen tot gevolg, waarbij een nog zuurder milieu ontstaat. Een pH-waarde van 4 is geen uitzondering. Dit gaat gepaard met een zeer lokale aantasting van de wapening, waarbij er putjes in het staaloppervlak ontstaan, de zogenoemde putcorrosie. Dit in tegenstelling tot carbonatie, waar enkel algemene corrosie optreedt.

1. De chloriden dringen in de passiveringslaag, reageren met het ijzer en vormen gemakkelijk oplosbaar ijzerchloride. Door de volgreactie worden chloorionen niet verbruikt, maar blijven voor verdere omzettingsprocessen beschikbaar: Fe2+

+

FeCl2 +

2Cl-

→

2(OH)- →

FeCl2 Fe(OH)2 +

2Cl-

Als gevolg van het verbruik van OH--ionen bij deze reactie neemt de pH-waarde van het beton af.

2. Door hydrolyse van ijzerchloride kan zoutzuur (HCl) ontstaan: FeCl2 +

2H2O →

Fe(OH)2 + 2 HCl

3. Kleine hoeveelheden chloriden kunnen al een plaatselijke verstoring van de passiveringslaag tot gevolg hebben, met als gevolg een plaatselijke sterke aantasting in de vorm van putcorrosie.

Schadeprocessen

33

Ook bij door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie kan het corrosieproces opgedeeld worden in een initiatiefase en een propagatie fase.

Als tijdens de productie van het beton geen chloriden zijn toegevoegd, zullen zich ook in de nabijheid van de wapening geen chloridenionen bevinden. De ionen kunnen dus alleen van buitenaf worden aangevoerd door contact van het beton met dooizouten, zeewater of andere chloridenhoudende oplossingen. In tegenstelling tot de gassen koolzuur en zuurstof kunnen chloriden niet via de gasfase in het beton diffunderen; wel kan chloride worden meegevoerd in vochtige zeewind. Binnendringen van chloriden in het beton kan door capillaire opzuiging van chloridenhoudende oplossingen (wanneer het betonoppervlak uitgedroogd is) of door diffusie vanuit een chloridenhoudende oplossing (wanner het beton verzadigd is met water). Capillaire opzuiging verloopt veel sneller dan diffusie. Het gebied waarover het beton water opneemt en water afstaat is beperkt tot de eerste 15 à 20 mm. Dit betekent dat ook het gebied, waarin capillaire opzuiging plaatsheeft, zich beperkt tot de buitenste 15 à 20 mm. Vanuit dit gebied heeft dan alleen diffusie van chloriden plaats dieper het beton in.

Figuur 25: Transport van chloridenionen ten gevolge van opzuigen en diffunderen

Schadeprocessen

34

Door de snelle opslorping van chloridenhoudende oplossingen zal het gebied van wisselend vochtgehalte snel een concentratie bereiken die kritisch is. Vaak is de chloridenconcentratie in de toplaag hoger dan de oplossing waarmee het beton in contact is.Voorbij het punt van wisselend vochtgehalte gaat de indringing veel trager. De indringing kan weer beschreven worden als volgt : X=A(t)-1/2 met X de indringingsdiepte van de chloriden tot het niveau van de kritische waarde, gerekend vanaf de opzuiggrens, op tijdstip t (jaar); A (mm / (jaar) 1/2) is een grootheid afhankelijk van de diffusieweerstand van de cementsteen voor chloriden. Of de initatiefase beëindigd is en er nu mogelijkheid tot corrosie is, is afhankelijk van de kritisch chloridenconcentratie. Bij de door carbonatie geïnitieerde wapeningscorrosie is een grens gesteld van een pH van circa 8 voor het poriënwater. Voor het chloridengehalte kan geen enkelvoudig getal worden gegeven. Het kritische chloridengehalte in het poriënwater is namelijk afhankelijk van de pH. Naarmate de pH lager is, is de grenswaarde voor het chloridengehalte in het poriënwater ook lager. Experimenteel is gevonden dat de verhouding [Cl-]/[ OH-] kleiner moet zijn dan 0.6. De OHconcentratie (pH) is te meten; de chloridenionenconcentratie praktisch niet. Dit wordt verklaard door het feit dat een deel van de chloriden wordt gebonden in de cementdeel en niet meetelt voor de bepaling van het kritisch gehalte. Bij analytische bepaling van het chloridengehalte wordt echter steeds het totale chloridengehalte gemeten. Een ander probleem is dat de concentratie sterk afhankelijk is van de plaats, waardoor het risico van plaatselijke putvormige aantasting (putcorrosie) zeer groot wordt (zie fig.26).

Schadeprocessen

35

Figuur 26: Lokaal verhoogde concentratie van chloride( NaCl)

Als tijdens de productie van beton chloride aan de specie is toegevoegd, kan op elke plaats in het verharde beton een bepaalde chloridenconcentratie worden gemeten. De spreiding in de concentratie hangt af van de wijze van toevoegen en de mate van menging. Bij slecht mengen is er kans op putcorosie. Als het beton verder niet meer met chloride in aanraking, verandert de lokale concentratie niet, behalve in het gebied van wisselend vochtgehalte. Voorbij het gebied van wisselend vochtgehalte droogt het beton immers langzaam uit en wordt ook de diffusie van ionen steeds sterker gehinderd. Door carbonatatie wordt het aan de cementsteen gebonden chloride vrijgemaakt, waarna het vrije chloride door de vochtbewegingen in de oppervlakte naar binnen kan dringen.

Schadeprocessen

36

Figuur 27: Invloed van carbonatie op de chloride gradient bij ingemengde chloride

Ook bij chloride aantasting kunnen we drie gebieden onderscheiden − Gebied A: het gebied dat is gecarbonateerd en waar vochtgehaltewisselingen plaatshebben − Gebied B: het gebied dat niet is gacarbonateerd en waar vochtgehaltewisselingen plaatshebben − Gebied C: het gebied dat niet is gecarbonateerd en waar geen vochtgehaltewisselingen plaatshebben

Figuur 28: Afzonderlijke gebieden met verschillend risico voor corrosie bij een gegeven chloridegehalte

Schadeprocessen

37

Uit onderzoek blijkt het volgende: Als de wapening in gebied A ligt, is het chloridengehalte niet meer maatgevend en gaat de wapening roesten. Bij lagere chloridengehalten hangt de corrosiesnelheid nog af van het vochtaanbod. Als de wapening in gebied B ligt, is de kans op corrosie nog steeds gering als het chloridengehalte, berekend op hoeveelheid cement, 1% of lager is en de water-cementfactor 0.5 of lager is. Als de wapening in gebied C ligt, is de kans op corrosie gering bij een chloridegehalte tot circa 1%, berekend op de hoeveelheid cement. Bij hogere chloridegehalten neemt de kans toe als het beton met hoge tot zeer hoge water-cementfactoren is vervaardigd (0.65 of hoger). Als het chloridegehalte 2% of hoger is, is de kans groot dat corrosie optreedt onafhankelijk van de cementsoort, de water-cementfactor en het vochtaanbod.

Schadeprocessen

38

1.2.3.2

Propagatiefase

Bij de corrosie van wapening ten gevolge van door carbonatatie geïnitieerde wapeningscorrosie treedt meestal een gelijkmatige corrosie op, dat wil zeggen de wapeningscorrosie heeft gelijkmatig plaats over het gebied waar de wapening in het gecarbonateerde gebied ligt. Dit is ook te verwachten, omdat op die plaatsen waar het beton is gecarbonateerd, voldoende koolzuur en dus voldoende zuurstof kan komen om op de plaatsen te corroderen. Bij door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie komt meestal putcorosie voor. Dit betekent dat bij een zelfde hoeveelheid omgezet ijzer (= mate van corrosie) de effecten van door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie ernstiger zijn dan de effecten van door carbonatatie geïnitieerde wapeningscorrosie. De doorsnede van een wapeningsstaaf kan bij door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie lokaal sterk zijn verminderd. Het verschijnsel van putcorrosie wordt mede veroorzaakt door het de eerder vermelde macrocelvorming. Macrocelvorming komt voor als op sommige plaatsen van de wapening alleen anodereacties kunnen plaatshebben en dus op die plaatsen alleen ijzer in oplossing kan gaan.

Figuur 29: Corossieproces in aanwezigheid van chloride

Schadeprocessen

39

Op plaats A is in de nabijheid van de wapening een hoeveelheid natriumchloride aanwezig, maar ontbreekt zuurstof. Op die plaats kan alleen ijzer in oplossing gaan. Op plaats B is alleen zuurstof aanwezig en is het staal gepassiveerd (hoge pH). Voor het sluiten van de stroomkring moeten de gevormde ijzerionen met de gevormde hydroxylionen reageren. Plaats A kan dan alleen maar anode zijn en plaats B alleen maar kathode. Er is nog een andere mogelijkheid om de stroomkring te sluiten. De gevormde hydroxylionen kunnen ook worden geneutraliseerd door de natriumionen en de gevormde ijzerionen door de chloridenionen. Als de ijzerionen neerslaan, neemt de pH daar ter plaatse af: FeCl2

+

H2O

→

Fe(OH)2 +

Fe(OH)2

+

O2

→

roest

HCl

In de praktijk zijn dan ook aan de anodekant ( in de put) lage tot zeer lage pH’s gemeten. Doordat de chloridenconcentratie aan de anodekant toeneemt, wordt de aantasting daar ter plaatse ook steeds erger. Vandaar dat daar ter plaatse door corrosie een put wordt gevormd.

Tabel 1 : Maximaal toegestaan chloridengehalte in beton volgens 5.2.7 van NEN 206-1 en randvoorwaarden conform NEN 8005

Schadeprocessen

40

2

INSPECTIEMETHODESMETHODES

Bij een betonreparatie is het nodig op voorhand de staat van de betonconstructie te achterhalen.Factoren die hier een belangrijke rol inspelen zijn onder andere de carbonatatiediepte, de betondekking, het chloridegehalte, de kwaliteit van het beton,….Na deze metingen wordt een geschikte reapratie methode gekozen.

2.1

Niet-destructief onderzoek

Hierbij worden al de methodes besproken, waarbij geen beschadiging aan de betonconstructie wordt aangebracht.

2.1.1

Visuele inspectie

Betonreparatie komt meestal pas van sprake wanneer men de schade visueel kan vaststellen. Toch is betonschade vaak al lang aanwezig, vooral bij wapeningscorrossie. Bij een visuele inspectie bestudeert men onder andere de barsten en de scheuren in het beton. Kleine scheuren kunnen meestal nog niet opgemerkt worden, hierdoor kan schade pas veel later aan het licht komen. Eveneens kunnen scheuren evenwijdig aan het betonoppervlak (delaminatie) moeilijk ontdekt worden. Bij de visuele controle moet er ook gekeken worden naar kleurverschillen aan het betonoppervlak, vervormingen van de structuur, kenmerken van vroegere herstellingen, etc.

Inspectiemethodesmethodes

41

2.1.2

Ultrasone metingen

Bij deze meting wordt een geluidsgolf in het beton gebracht. Aan de hand van de looptijd van een golf door een constructie van bekende afmetingen wordt de golfsnelheid van ultrasoon geluid in het beton bepaald. De snelheid in beton is een maat voor druksterkte. Deze meting wordt met een betontester uitgevoerd. Dit apparaat bestaat uit een zender en een ontvanger. Een trillingsimpuls wordt voortgebracht en geregistreerd bij middel van een zendtransducent11 (elektro-akoestisch of

Figuur 30: ultrasone meting

ander type), die op het oppervlak van het beton wordt aangebracht. Na in het beton een gekende weglengte (a) te hebben

afgelegd

wordt

de

trillingsimpuls

door

een

tweede

transducent,

de

ontvangsttransducent, opgevangen en omgezet in een elektrisch signaal. Een elektrische tijdmeter laat toe de voortplantingstijd (t) van de impuls over de afstand (a) te meten.12 Het is mogelijk om de bekomen meetwaarden in een grafiek te plaatsen. Hierbij kunnen meetfouten of onregelmatigheden in het onderzochte beton ontdekt worden. Dit kunnen grindnesten zijn, zones met verschillende kwaliteit, etc. Bij deze meting zijn vijf metingen nodig om een goed beeld te krijgen. Daaruit wordt eerst de voortplantingssnelheid gemeten (v = a/t uitgedrukt in m/s). Deze meting is gevoelig voor scheuren grindnesten, waardoor er verkeerde waarden kunnen bekomen worden.

Figuur 31: direct/indirecte metingen


42

2.1.3

De

De oppervlaktehardheid

oppervlaktehardheid

van

de

oppervlaktelaag kan opgemeten worden met eenterug slaghamer thamer of een sclerometer. De elastische hardheid is de weerstand tegen

indrukken,

zonder

blijvende

vervorming. De meting gebeurt door de weerkaatsing te meten van een hamer die met

een

bepaalde

snelheid

op

het

Figuur 32: sclerometer

oppervlak aanbotst. Door het indrukken van de stamper wordt een veer opgespannen, waarmee een kogel tegen de stamper geschoten wordt. De terugslag wordt gemeten. Door afijking

wordt

het

verband

tussen

deze

terugslag

en

de

druksterkte,

die

de

oppervlaktehardheid mee bepaalt, gemeten. Het doel van deze proef is het ontdekken van heterogeniteiten of het volgen van de evolutie van de verharding. Er wordt meestal een verticale meetzone gekozen van 2 tot 4 dm². Vermeden moet worden om op niet-representatieve zones te meten, zoals bekistingsvoegen, stortnaden, gindnesten, etc. De

druksterkte

die

bekomen

wordt

met

de

terugslagwaarde is afhankelijk van het vochtgehalte, de cementsoort en de hoeveelheid, en de toestand direct onder het betonoppervlak (de aanwezigheid van korrels).De sclerometer proef wordt meestal gebruikt om verschillen in oppervlaktehardheid vast te stellen over een bepaald oppervlak. Zo kan men een beeld krijgen over de kwaliteit van het betonoppervlak en van het beton.

Figuur 33: sclerometer WTCB


43

2.1.4

De plaats van de wapening en de betondekking

De ligging van de wapening en de betondekking kunnen worden

gemeten

veldsterktemeter.

met Met

een een

elektromagnetische sonde

wordt

het

betonoppervlak afgetast, het elektromagnetische veld wordt niet verstoord door het beton maar wel door de wapening. Het toestel wordt ook wel pachometer of een betondekkingsmeter genoemd.

Figuur 34:pachometer WTCB

Het toestel maakt gebruik van elektromagnetische signalen. Via een inductiespoel wordt een elektromagnetisch veld opgewekt. Daardoor ontstaan in het wapeningsstaal wervelstromen, die de inductiestroom door terugkoppeling beïnvloeden. Door geïntegreerde elektronica is het mogelijk deze auto-inductie te onderscheiden

van

de

initieel

aangelegde

spanning.

Uit

de

grootte

van

de

terugkoppelinductiespanning worden de positie en de diameter van de wapening afgeleid. Indien de diameter van de wapening vooraf bekend is, dient deze te worden ingesteld op het apparaat. Hierdoor worden de meetresultaten nauwkeuriger. Het meetbereik in de diepte is afhankelijk van de diameter van de staven. Tevens zijn er, afhankelijk van de wapeningsconfiguratie, beperkingen aan de situaties waarin afzonderlijke staven kunnen worden waargenomen. Deze beperkingen zijn inherent aan de meettechniek. Het meetsignaal verspreidt zich als een kegel in de betonconstructie (zie figuur 35). Dit houdt in dat de staven die “in de schaduw” liggen van andere staven niet kunnen worden waargenomen. Dit kan zich voordoen met meerdere lagen wapening in dezelfde richting. Ook kunnen dicht bij elkaar liggende staven als één staaf worden waargenomen indien de afstand tussen de staven kleiner is dan de

Figuur 35:schemtische voorstelling

betondekking.


44

Enkele toepassingen: •

Het lokaliseren van wapening bij het nemen van boorkernen;

•

Het lokaliseren van wapeningsvrije zones;

•

Het beperken van destructief onderzoek indien de wapeningsconfiguratie onbekend is, bijvoorbeeld ten behoeve van een herberekening;

•

Bepaling van de betondekking tot een diepte van 12 cm, dus dieper dan de traditionele dekkingsmeters.

2.1.5

De potentiaalmetingen

De potentialen in de elektrochemische stroomkring kunnen aan het betonoppervlak worden gemeten met een meetelektrode . Deze meting wordt op dezelfde wijze uitgevoerd, zoals in de elektrochemie de redoxpotentialen in een galvanische cel worden bepaald . Daarbij wordt gebruikt gemaakt van een ”halfcel” met een spons voor het geleidende contact . Met een goede hoog-ohmige voltmeter waarvan één pool wordt geaard aan de wapening, kan de potentiaal van de halfcel ten opzichte van de wapening worden uitgelezen.

Figuur 36: schematische voorstelling potentiaalmetingen


45

Figuur 37:gebruik halfcel en verankering aan de wapening (WTCB)

Men kan verschillende soorten half- of referentiecellen toepassen. Verschillende soorten referentiecellen hebben elk hun bijhorende normaalpotentiaal. Bij het meten is het belangrijk te weten wat de normaalpotentiaal van de gebruikte referentiecel is, aangezien de potentialen ten opzichte van de normaalpotentiaal van de referentiecel gemeten worden. Zo wordt bijvoorbeeld in de ASTM C876-91 norm de potentialen ten opzichte van CSE en SCE (voorbeelden van halfcellen) opgegeven. Worden de potentialen met behulp van een Ag/AgCl referentiecel gemeten en wil men vervolgens de meetwaarden vergelijken met de ASTM-norm, dan moeten de meetresultaten gecorrigeerd worden. Het meten van potentialen, zoals hierboven beschreven, geven de absolute waarden ten opzichte van de referentiecel. Volgens de ASTM C876-91 norm moeten deze waarden conform tabel 2 geïnterpreteerd worden. Tabel 2:interpretatie van de resultaten

ASTM C876-91

CSE

SCE

> 90% waarschijnlijkheid geen corrosie aanwezig indien

> -200 mV

> -126 mV

corrosie aanwezigheid onzeker indien > 90% waarschijnlijkheid corrosie aanwezig indien

-200 tot -350 mV

-126 tot -276 mV

< -350 mV

< -350 mV


46

De absolute waarden, welke op deze wijze gemeten worden, kunnen door vele factoren beïnvloed worden. Het zijn vaak deze moeilijk te bepalen factoren, welke aanleiding geven tot kritische geluiden over de juiste interpretatie van het potentiaalmeten. De ASTM norm, zoals te zien in de tabel, geeft namelijk alleen maar de vaste grenzen aan waarbij wel of geen corrosie verwacht kan worden. In deze norm wordt verder niet besproken welke factoren, zoals bijvoorbeeld vocht en de specifieke weerstand van het beton, de potentiaalwaarden kunnen beïnvloeden.Men kan daarom alleen maar absolute potentiaalwaarden van verschillende betonnen constructies met elkaar vergelijken, indien de omstandigheden waarin de wapeningsstaven zich bevinden identiek zijn. Indien men de interpretatie van absolute meetwaarden wil vermijden kan het potentiaalmeten met behulp van twee referentie-elektroden een oplossing zijn . Deze methode staat o.a. beschreven in Merkblatt B3 .

Figuur 38: schematische voorstelling met 2 referentie-elektroden

1 referentiecel wordt op een vaste locatie geplaatst en met de tweede referentiecel wordt vervolgens het beton oppervlak afgetast. Met behulp van deze meetmethode worden de potentiaalverschillen of ook wel potentiaalgradiënten gemeten. Men heeft aangetoond dat bij locaties met potentiaalgradiënten vanaf 150-200 mV mogelijke corrosie te verwachten is. Voor het beoordelen van de corrosie en de mate waarin dit zou kunnen resulteren in schade is het belangrijk om inzicht te hebben in de verdeling van anodische en kathodische zones in de constructie. Daarvoor moet worden gemeten in een raster, liefst over het gehele betonoppervlak.


47

Bij het lokaliseren van deze anodische en kathodische zones moet men niet een te grove raster uitzetten. Men heeft aangetoond dat de corrosiestroomdichtheden snel afnemen indien er gemeten wordt op locaties die meer dan 30cm van de corrosiezone verwijderd zijn. Om dit snel en efficiënt te kunnen doen wordt vaak gebruik gemaakt van geautomatiseerde meetapparatuur die tevens de weerstand meet tussen het staal en de meetelektrode.

Figuur 39: het potentiaalmeten met behulp van geautomatiseerde meetapparatuur

De meetgegevens worden opgeslagen als computertabellen en later met speciale software verwerkt tot corrosiekaarten. Deze software analyseert potentiaalverdelingen en -gradienten en berekent voor alle meetlokaties afzonderlijk de kans op actieve corrosie. Dit wordt grafisch weergegeven middels gekleurde kaarten. Op deze wijze kunnen honderden vierkante meters per uur in kaart worden gebracht.

Figuur 40: corrosiekaart, waarbij de verschillende kleuren de mate van corrosieactiviteit aangeven


48

Zoals voor alle niet-destructieve testmethoden geldt, moeten de meetwaarden t.b.v. een correcte interpretatie worden geijkt. Op een aantal plaatsen worden de bevindingen derhalve vergeleken met de werkelijkheid door het wapeningstaal bloot te leggen. Men kan er vervolgens van uitgaan dat in de verschillende kleurvlakken op de corrosiekaarten een gelijksoortige situatie zal worden aangetroffen als ter plaatse van de geijkte locaties is waargenomen. Indien op niet-destruktieve wijze geijkt dient te worden, kan dit uitgevoerd worden middels polarisatiemetingen In feite worden met deze additionele meetmethode de polarisatiecurven voor enkele verdachte en niet-verdachte meetlokaties bepaald, waarmee uiteindelijk de corrosie-stroomdichtheden bepaald kunnen worden. Deze resultaten kunnen vervolgens als referentie gebruikt worden bij de interpretatie van de overige potentiaalmetingen van de betreffende onderzochte constructie. Op basis van de potentiaal(kleur)kaarten kunnen de slechte plekken worden afgetekend op het oppervlak waardoor reparaties zeer gericht kunnen worden uitgevoerd. Vanwege de relatief lage kosten en het gedetailleerde beeld dat deze potentiaalkaarten opleveren, blijkt demethode zeer geschikt voor “monitoring” van bestaande constructies. Door periodiek dezelfde metingen uit te voeren ontstaat een duidelijk en historisch beeld van het zich in de tijd ontwikkelende corrosieproces. Bij “monitoring” wordt veelal eerst gedacht aan het inbouwen van elektrodes in de constructie. Het voordeel van het periodiek maken van potentiaalkaarten is, naast de lagere kosten, het feit dat daarmee een totaaloverzicht wordt gegeven in tegenstelling tot het geringe aantal afzonderlijke metingen verkregen middels ingebouwde (dure) elektrodes.


49

2.1.6

De resistiviteit van het beton

Naast de potentiaalmetingen wordt ook de specifieke elektrische weerstand van het beton opgemeten. Dit is volgens de methode van Wenner, dmv vier elektroden op het oppervlak. De meting van de weerstand is een goede methode voor monitoring en inspectie om zo informatie over de weerstand van de aangetaste betonconstructie te krijgen. De resistiviteitsmeting van het beton is overgenomen van de Wenner-methode gebruikt bij de resistiviteitsmeting van gronden. Hierbij wordt het gebruikte apparaat geschematiseerd weergegeven :

Figuur 41 Meten van de elektrische weerstand van beton volgens de methode van Wenner

Directe meting op het betonoppervlak. Bij de methode van Wenner wordt er een wisselstroom geïnjecteerd tussen de twee buitenste elektroden. Deze wisselstroom heeft een frequentie tussen 50 en 1000 Hz. Uiteindelijk wordt de spanning tussen de twee binnenste elektroden gemeten. Het verband tussen de spanning en de stroom geeft de weerstand Rgemeten. De specifieke elektrische weerstand van het beton wordt berekend uit:


50

waarin: •

ρbeton = de specifieke betonweerstand, in Ωm;

•

Rgemeten = de weerstand uit tenminste zes vierpuntsmetingen, in Ω;

•

a = de onderlinge afstand tussen de meetelektroden, in m.

Men injecteert een wisselstroom (frequentie tussen 50 en 1000 Hz) tussen de 2 buitenste elektroden en men meet de bekomen spanning tussen de 2 binnenste elektroden. Het verband tussen de spanning en de stroom geeft de weerstand Rgemeten.

De

resistiviteit van het beton (in Ωm) : ρ beton = Rgemeten. 2.π.a. Indien nodig, teneinde een goed contact tussen het beton en de elektroden te verzekeren, kan het beton lichtjes bevochtigd worden met een zeepoplossing.De meting moet uitgevoerd worden in representieve omstandigheden wat betreft vochtigheidsgraad en temperatuur. Bij vriesweer of bij temperaturen >30°C worden onder meer geen metingen uitgevoerd. De metingen zijn verkeerd in aanwezigheid van verven of lagen hydrofobemiddelen alsook wanneer de wapeningen in de buurt van de elektroden liggen.

Meting op boorkernen. De boorkernen, met een minimum diameter van 100 mm, worden vlakparallel gezaagd met een lengte van 50 tot 100 mm.Bij het zagen wordt er zo weinig mogelijk water gebruikt. Men bewaart

vervolgens

de

boorkernen

in

gelijkaardige

omstandigheden

als

de

blootstellingsomstandigheden van het bouwwerk. Om de meting uit te voeren plaatst men twee metalen platen tegen de buitenste gezaagde vlakken met ertussen een doek, bevochtigd met een zeepoplossing. Het is tussen deze twee platen dat de weerstand Rgemeten gemeten wordt. De resistiviteit van het beton (in Ωm) ρbeton =Rgemeten.A/L. Waarbij A = oppervlakte van de sectie van de kern in m2. L = lengte van de kern in m. Inspectiemethodesmethodes

51

De meetmethode voor mortel De mortel wordt in proefstukken van 100x50x50 mm3 gegoten waarin twee vijsuiteinden in inox-staal (elektroden) met diameter van ongeveer 6 mm en een onderlinge afstand van ongeveer 50 mm worden vastgezet.

Figuur 42: opstelling proefstukken

Na ingieten en verdichten worden de proefstukken bedekt gedurende 24 uren, ontkist en bewaard in een klimaatkamer. Een deel van de proefstukken wordt bewaard gedurende tenminste 8 weken op 20°C en bij RV >95%, het andere deel wordt bewaard op 20°C en bij een RV van 80%. De weerstand tussen de elektroden wordt iedere week gemeten met een wisselstroom met frequentie tussen 50 en 1000 Hz. De weerstand moet op ten minste 4 proefstukken worden gemeten per bewaring. De mortelweerstand ρmortel wordt berekend voor de twee voornoemde bewaringen door het bekomen gemiddelde van de 4 proefstukken Rgemeten te vermenigvuldigen met de celconstante c. De celconstante wordt bekomen door het meten van de weerstand van een in een recipiënt ,met dezelfde geometrie en dezelfde plaatsing van de elektroden, gevulde zoutoplossing met gekende resistiviteit. Inspectiemethodesmethodes

52

De meetmethode voor geleidende verf De meting wordt uitgevoerd op een band van het product met een oppervlakte van 7,5 bij 185 cm en een dikte van 130 tot 150 microns aangebracht op een isolerende drager volgens de voorwaarden van de leverancier. De meting wordt uitgevoerd tussen twee geleidende draden ingebracht in de verf op ieder uiteinde van de productband. De verf is waardevol wanneer de weerstand van de band kleiner is dan 25 Ω.

Interpreteren van meetresultaten De opgemeten weerstandswaarden kunnen via de volgende tabel geïnterpreteerd worden: Tabel 3: interpretatie beton weerstand

Beton Weerstand (Ω.m)

Corrosiesnelheid

>1000

Verwaarloosbaar

>500

Laag

200-500

Middelmatig

100-200

Hoog

<100

Zeer hoog

In natte constructies mag ervan worden uitgegaan dat plaatsen met een lage weerstand ook de plaatsen zijn waar de chloriden het snelst indringen en bijgevolg de corrosiesnelheid het hoogst is. Door het opmeten van de resistiviteit van het beton, kan in de praktijk bepaald worden of er corrosie aanwezig is in de structuur. Dit is een methode die zeer gemakkelijk uit te voeren is.Uiteraard moet er rekening gehouden worden met de voorschriften die de norm en de fabrikant meegeeft om zo tot betrouwbare resultaten te komen. Het is ook belangrijk om de weerstand van het beton te weten, met oog op een reparatiemethode. Wanneer kathodische bescherming zal worden toegepast, is het aangewezen om een mortel aan te brengen met een zelfde weerstand als die van het te behandelen betonoppervlak. Dit leidt tot een betere werking tussen anode en elektrolyt.


53

2.1.7

Vochtgehalte

Het vochtgehalte kan opgemeten worden met verschillende toestellen verkrijgbaar in de handel. Hierbij zijn er toestellen waarvan de pinnen over een kleine afstand in het materiaal moeten ingebracht worden. Eveneens zijn er modellen die op het oppervlak moeten worden gelegd en die toch het vochtgehalte opmeten over een afstand van 3 à 4 cm. Door het vochtgehalte op te meten, kan een conclusie geformuleerd worden over de oorzaak van de corrosie. Wanneer een zeer kleine vochtigheid wordt opgemeten voor het beton, betekent dit dat de oorzaak van corrosie niet te wijten is aan het insijpelen van water. Indien er wel een groot vochtgehalte wordt opgemeten, moet de oorzaak worden opgezocht en moet deze zeer grondig worden aangepakt. Indien deze oorzaak over het hoofd wordt gezien, zal er zich na de restauratie opnieuw corrosie kunnen ontwikkelen.

Figuur 43 : werkwijze voor het bepalen van het vochtgehalte


54

2.2

Destructief onderzoek

2.2.1

Meten van de carbonatatiediepte

Met indicatorvloeistof kan de carbonatatiediepte worden

vastgesteld.

Wanneer

een

base-

zuurindicator fenolftaleïne-oplossing op een vers breukvlak of in een boorgat wordt aangebracht, zal niet-gecarbonateerd beton paars kleuren en gecarbonateerd beton kleurloos blijven. In het laboratorium zal men de stukken eerst met een drukpers splijten en vervolgens besproeien met de indicator vloeistof. Daarna zal met een meetlat de diepte van het carbonatatiefront bepaald worden.

Figuur 44: Gesplitte proefstukken, de overgang gecarbonateers-niet gecarbonateerd is duidelijk zichtbaar

Men heeft de voorkeur aan het splijten van kernen, omdat dan een stukje beton wordt verwijderd met een vaste afmeting. Dit in tegenstelling tot het weghakken van een betonschol, die een willekeurige vorm en afmeting zal hebben. Eveneens ontstaat er bij het splijten een breukvlak op een vaste plaats en niet toevallig op een zwakke plek. Om minder schade te moeten veroorzaken, kan ook een klein gaatje geboord worden en het boormeel worden opgevangen op een blad dat met fenolftaleïne is bevochtigd. Men boord in het beton tot de fenolftaleïne op het bad roos kleurt., Door de boordiepte op te meten, kan vastgesteld worden waar de gecarbonateerde zone zich bevindt. Ook kan men tijdens het boren continu fenolftaleïne op de boor spuiten. Wanneer de boorstof verkleurt stopt men boren en meet men de diepte van de boring.

Figuur 45: 3 boringen waarbij de fenolftaleïne rechtstreeks is aangebracht


55

2.2.2

Bepalen van het chloridengehalte

Het chloride gehalte kan bepaald worden door middel van titratie. Wanneer het chloridegehalte wordt bepaald in het laboratorium wordt een poedervormig betonmonster gedroogd en afgewogen op 5 gram. Vervolgens wordt er verdund salpeterzuur toegevoegd aan het monster, waardoor de chloriden oplossen. Deze vloeistof waarin de chloriden zich bevinden, wordt afgefiltreerd. Hierbij wordt druppelsgewijs zilvernitraat toegevoegd tot alle chloriden in de vorm van zilverchloride zijn neergeslagen. De hoeveelheid toegevoegde zilvernitraat is een maat voor de hoeveelheid aanwezig chloriden in het afgewogen monster. Het is mogelijk de titratie langs instrumentele weg te doen, bijvoorbeeld door een sterke verandering van de redoxpotentiaal van de oplossing waar te nemen (potentiometrische titratie) of in de geabsorbeerde hoeveelheid licht (fotometrische titratie). Potentiometrische titratie Bij de bepaling van het chloridengehalte in het laboratorium van BASF ging ik als volgt te werk. De betonstukken werden mechanisch fijn gemalen en vervolgens gezeefd met een 125µm zeef. Dit poeder werd afgewogen op 10g en opgelost in 100ml gedestilleerd water. Deze oplossing word gemengd met een roermagneet en vervolgens gefilterd. Er wordt 25 ml van de gefilterde oplossing genomen en hier wordt 5 ml citroenzuur ( ipv salpeterzuur) bijgevoegd.

Figuur 46: foto’s titratie


56

De titratie wordt machinaal gedaan (zie figuur). Het apparaat voegt zilvernitraat toe en meet het potentiaal. Hieruit bepaalt het instrument het equivalentiepunt en men krijgt het aantal opgeloste cl – ionen op het display. Fotometrische titratie Het onderzoekcentrum WTCB gebruikt een de fotometrische methode.Voor deze test neemt men een bepaald aantal gram boorstof van het betonmonster. Men lost dit op in een speciaal hiervoor voorziene oplossing. Deze oplossing wordt in een reageerbuisje in de photometer LASA geplaatst. Dit apparaat bepaalt het chloridegehalte door het geabsorbeerde hoeveelheid licht te meten tijdens de titratie.

Figuur 47: photometer LAS

Figuur 48: principe werking photometer

Bepalen afkomst van de chloriden De manier waarop chloriden in het beton gekomen zijn, ingemengd of ingedrongen, kan ook onderzocht worden. Wanneer er vermoedens zijn dat chloriden zijn ingedrongen, zullen er boorkernen evenwijdig aan het betonoppervlak gemaakt worden. Deze boorkernen worden in


57

diktes van 10 tot 20 mm uitgezaagd. Door deze kernen te onderzoeken, naar hun chloridengehalte, ontstaat er een chloridenprofiel. Wanneer er wordt ontdekt dat er zich nabij het oppervlak veel chloriden bevinden en dieper in het beton weinig chloriden aanwezig zijn, kan besloten worden dat de chloriden zijn ingedrongen. Er is eveneens een alternatief mogelijk, die gebruik maakt van het analyseren van boorstof op twee dieptes. De eerste boring kan plaatsvinden op de diepte 0 - 20 mm en de tweede boring op een diepte 20 - 40 mm. Wanneer blijkt dat het chloridengehalte van beide boringen gelijk is, dan is er aanwijzing dat het chloride in het beton was ingemengd. Hier wordt het chloridengehalte opnieuw via een laboratorium bepaald.

Uitdrukking van de resultaten Het resultaat van deze meting wordt weergegeven als het gehalte Cl- in massaprocenten ten opzichte van de hoeveelheid beton. Als nu ook het cementgehalte bepaald is, kan het chloridegehalte worden omgerekend naar een waarde in massaprocenten ten opzichte van de hoeveelheid cement. Dit cementgewicht wordt bepaald uit het aandeel oplosbare stof in het monster. Tabel 4: Maximum chloridengehalte

Maximumgehalte Beoogd gebruik va het beton

t.o.v. de massa cement

Beton zonder wapening of ingesloten metalen, met uit 1,0 % zondering van corrosievaste hijsvoorzieningen Beton met wapening of ingestorte metalen en nagerekt staal

0,40 %

Beton met voorgerekt staal

0,20 %

.


aan

cl-

58

2.2.3

Het cementgehalte

Het cementgehalte kan in het laboratorium bepaald worden. Deze proef bestaat uit twee delen, het gloeiverlies en het gehalte onoplosbare bestanddelen. Het gloeiverlies is de hoeveelheid chemisch gebonden water en wordt bepaald door het drogen van een monster. Het onoplosbare gedeelte wordt bepaald aan de hand van een zuur. Wanneer deze twee waarden bepaald zijn kan het cementgehalte bepaald worden als: 100 – het percentage gloeiverlies – het percentage onoplosbare delen.

2.2.4

De porositeit

De porositeit van het beton kan bepaald worden in het laboratorium via uitgezaagde cilinders. Dit gebeurt via opslorping van een hoeveelheid water. Het kennen van de porositeit is belangrijk voor de hechting van mortels, hydrofoberingsmiddel, etc.

2.2.5

De meting van de polarisatieweerstand (corrosiesnelheid)

Het is eveneens al mogelijk om de corrosiesnelheid, uit de opmeting van de polarisatieweerstand van de wapening in een constructie te gaan bepalen. De meting berust op het bepalen van de polarisatieweerstand van goed gedefinieerde stukkenwapening. Door middel van een tegenelektrode wordt op het betonoppervlak een kleine verstoring van de potentiaal opgelegd. De stroom die hiervoor nodig is wordt opgemeten. Uit de polarisatieweerstand wordt dan uiteindelijk de corrosiesnelheid berekend (zie figuur 49). Berekening van de corrosiesnelheid De polarisatiecurve rond het corrosiepotentiaal van enkele millivolts heeft een lineaire verhouding . De helling van die betrekking wordt de polarisatieweerstand genoemd. Door deze helling te bepalen kan de ogenblikkelijke corrosiesnelheid bepaald worden.Deze methode wordt niet frequent gebruikt in situ. Wanneer metingen worden uitgevoerd op de werf, kunnen de volgende betrekkingen tussen de corrosiestromen en de corrosiesnelheden worden toegepast:


59

Tabel 5: Corrosiesnelheid

Corrosiestroom

Corrosiesnelheid

> 1 µA/cm 0,5 à 1 µA/cm² < 0,1 µA/cm² < 0,1 µA/cm²

Hoog Matig Laag Verwaarloosbaar

Figuur 49: Voorstelling van de opmeting van de polarisatieweerstand

Invloedsfactoren Ook hier moet rekening gehouden worden met de gevoeligheid voor vocht- en dichtheidsvariaties. De meting zal ook afhangen van de weersomstandigheden. Daarom kan het raadzaam zijn om ze op verschillende dagen uit te voeren en de gemiddelde en karakteristieke waarden te beschouwen. Het resultaat is nauwkeuriger dan dat van potentiaalmeting, maar de inspanning per meting is groter


60

2.2.6

De controle van de elektrische continuïteit van de wapeningen

De geleidbaarheid van de wapeningskooi is zeer belangrijk wanneer kathodische bescherming wordt toegepast op een betonconstructie. Wanneer deze geleidbaarheid verbroken is door staven die weggeroest zijn, door slechte verbindingen bij het maken van de wapeningskooi,… dan zal het KB-systeem niet optimaal kunnen werken. De continuïteit van het wapeningsstaal moet bij elke opengehakte plek worden bepaald, met een minimum van drie bepalingen per zone. Bij controle van de continuïteit van het wapeningsstaal moet de wisselstroomweerstand tussen beide punten in alle gevallen kleiner zijn dan 1 Ω. Wanneer de geleidbaarheid minimaal is (of de weerstand > 1 Ω ), moeten er staven bijgelast worden om zo toch de verschillende delen met elkaar te verbinden. Eventueel kan men het KB systeem in verschillende zones indelen en deze dan kiezen volgens de plaatsen waar de kooien niet meer met elkaar in verbinding staan.


61

2.2.7

De hechtsterkte

Wanneer men bij KB een toplaag gaat aanbrengen, moet men de hechting van deze laag met het oude beton

kunnen

bepalen.

Dit

gebeurt

met

een

hechtsterkte-apparaat. Op de foto hieronder is al een duidelijk beeld van wat er precies wordt gedaan. Eerst wordt er met een holle cilinderboor met een inwendige middellijn van 50 mm in het beton geboord tot 15 mm voorbij het hechtvlak. Daarna wordt op het ingeboorde vlak een ‘dolly’, een metalen rond schijfje met een dikte van 30 mm en een

Figuur 50: meting hechtsterkte BASF

middellijn van 50 mm, gelijmd. Wanneer de lijm voldoende is uitgehard, wordt in de ‘dolly’ een pin met een kogelverbinding geplaatst. Hierop wordt dan het hechtsterkte-apparaat bevestigd. Vervolgens wordt langzaam aan de hendel gedraaid tot het uitgeboorde kerndeel loskomt. De trekkracht die daarvoor nodig was, kan worden afgelezen op het apparaat. Eveneens moet gekeken worden of het breukvlak zich in het beton, de toplaag of in het hechtvlak tussen het beton en de toplaag bevindt. Volgens de norm moeten de bekomen waarden gemiddeld rond de 1,5 N/mm² liggen en mag de trekkracht niet lager zijn dan 1,0 N/mm². Dit is een onderzoeksmethode die tijdens en na de aanbrenging van de KB-installatie moet uitgevoerd worden.


62

Figuur 51: Afbeelding van een dolly en het apparaat om de hechtsterkte mee op te meten


63

3

REPARATIE METHODES

3.1

Corrosie inhibitoren

3.1.1

werking

Dit zijn chemische anorganische of organische verbindingen of combinaties ervan die in kleine hoeveelheden aan het agressieve milieu worden toegevoegd om de corrosie van het materiaal, blootgesteld aan dit milieu, terug te dringen. Deze inhibitoren worden toegepast op het betonoppervlak als impregneermiddel. Dit dringt diep in het beton en beschermt de wapening door een beschermende laag te vormen omheen het ijzer. De zuurstoftoevoer wordt afgesloten en de chloriden worden naar buiten gedreven. Hierdoor wordt het corrosieproces gestopt en de mate van corrosie gereduceerd. Het oppervlak van het wapeningsijzer kan op drie verschillende manieren bereikt worden: 1. Door capillaire werking (zoals water); 2. In een later stadium in opgeloste vorm in water (zoals chloriden); 3. Door gasvorming (zoals kooldioxide).

Reparatie methodes

64

Figuur 52: transportmechanismen corrosie inhibitor

Door de beschermlaag die gecreëerd wordt op het wapeningsijzer zal water niet meer kunnen doordringen. Hierdoor zal het corrosieproces gestopt worden, het beton een langere levensduur krijgen en zal het staal beschermd worden. Deze techniek kan nog supplementair worden aangebracht na een traditionele reparatietechniek. Volgens de fabrikant zou dit een even goede bescherming bieden als kathodische bescherming, maar dan weliswaar goedkoper. De vereisten om deze techniek toe te passen: -

Een chloride-gehalte, niet meer dan 2 % van het cementgewicht;

-

Geen putcorrosie aanwezig.

Het product moet worden opgebracht met een rol, borstel of verstuiver. Door het aanbrengen van de inhibitor, ontstaat een laag op het oppervlak en waterdamp kan nog uit de structuur ontsnappen. Een nadeel bij deze methode kan zijn dat het niet mogelijk is om de vooruitgang te gaan monitoren.

Reparatie methodes

65

Figuur 53 werking corrosie inhibitor

Corrosie inhibitoren doen twee dingen. •

breiden zij de tijd uit alvorens de corrosie begint,

•

zij neigen om de hoeveelheid corrosie te verminderen die plaatsvindt.

Zij kunnen of anode of kathodisch zijn, of een combinatie.

3.1.2

Soorten

Sommigen werken om een beschermende barrière te creëren die chloriden verhindert te reageren met het staal. Andere gebruiken inhibitors die met het ijzer reageren om een beschermende film of een deklaag te vormen dat chloride verhindert het staal te bereiken, of de corrosie van staal vermindert door te handelen als een zuurstofbarrière. De corrosie inhibitoren heffen de drempel voor corrosie in beton op. Als lage poreusheidsbeton met corrosieinhibitor wordt gebruikt, kan de corrosie vrijwel voor de hele levensduur van de structuur worden geëlimineerd.

Reparatie methodes

66

De migrerende corrosieinhibitors zijn gebaseerd op aminocarboxylate chemie. Zij zijn efficiënte "gemengde" inhibitors die aan zowel anoden als kathoden werken. In de normale omstandigheden verhogen deze substanties de dampdruk en dit veroorzaakt de inhibitormolecules om door de poriën in beton te migreren. Zodra MCI een metaaloppervlakte bereiken, vormen zij een monomoleculaire film die fysisch op de oppervlakte van het metaal wordt geadsorbeerd.

3.1.3

Voor en nadelen

Het product kan corrosie verminderen maar het niet tegenhouden. Een combinatie van dit product met andere beschermende systemen wordt vereist als het niveau van duurzaamheid van de concrete structuur meer dan moet verdubbelen. De inhibitor wordt als waterige oplossing opgebracht (na reinigen). De actieve componenten dringen in tot aan de wapening en remmen daar het corrosieproces. Het voordeel is een minimum aan interventie. De belangrijkste eis is dat de corrosie vermindert. Een recente state-of-the-art studie heeft de volgende elementen bekeken: effectiviteit, concentratie bij de wapening, transport, mengsels, dosering en (aantonen van) de duurzaamheid. Diverse onderzoeken zijn uitgevoerd naar deze aspecten. CN penetreert niet in alkalisch beton en het effect is gering bij chloride: het penetreert wel in gecarbonateerd beton en heeft hier ook een gunstig effect bij hoge doseringen en veelvuldige applicaties . CN wordt vooral gebruikt als toevoeging aan de betonspecie bij nieuwbouw; de penetratie in verhard beton is moeizaam en er is alleen een gunstig effect gevonden bij lage chloridegehalten. De organische inhibitoren Ferrogard en MCI zijn mengsels van o.a. alkanolamines. Er is een matig effect vastgesteld bij lage chloridegehalten, niet bij carbonatatie. Het indringen, met name van beide componenten, blijkt een probleem te zijn. Voor het aantonen van het effect van inhibitoren is meten van de staalpotentiaal niet bruikbaar. Het meten van de corrosiesnelheid met lineaire polarisatie of macrocelstroom is wel bruikbaar. Daarnaast is voor het ondubbelzinnig aantonen van

Reparatie methodes

67

een gunstig effect altijd visuele inspectie van staal uit blanco en behandelde proefstukken op corrosie nodig. Volgens het uitgevoerde onderzoek is het transport van inhibitoren in beton een knelpunt. Qua corrosie is er een mogelijk effect van de huidige generatie inhibitoren voor verhard beton bij carbonatatie en bij lage chloridegehalten.

Voorbeelden •

sika ferrogard 903

•

Protecocil CIT

•

…

Reparatie methodes

68

3.2

Chloride extractie

3.2.1

Verschillende elektrochemische methodes

Chloride extractie is een voorbeeld van een elektrochemische reparatie methode. Er worden

3

verschillende

elektrochemische

methodes

gebruikt

tegen

wapeningscorrosie •

chloride extractie

•

realkalisatie (zie 3.3)

•

kathodische bescherming (actief en passief) (zie3.4)

De verschillede methodes hebben in grote lijnen dezelfde principes. De grootste verschillen zijn de stroomsterkte en de duur van de behandeling. Een algemene opstelling bestaat uit een externe geleider, de anode, een stroom door het beton en de wapening, de kathode. De stroom zorgt ervoor dat de corrosie verlaagt of stopt door •

ofwel polarisatie van de wapening naar een meer negatief potentiaal enzo de wapening te herpassiveren

•

ofwel agressieve (chloride) ionen uit het te verwijderen

•

ofwel de alkaliteit van de poriënoplossing herstelle

Figuur 54: opstelling elektrochemisch herstel

Reparatie methodes

69

3.2.2

Werking elektrochemische chloridenextractie (ECE)

Talrijke studies hebben aangetoond het mogelijk is om chloriden uit beton te verwijderen door middel van elektrochemische middelen. Het voordeel om de chloridenionen elektrochemisch te verwijderen is dat het vervuilde beton die nog structureel correct zijn geen uitgraving zou vereisen en op zijn plaats zal blijven na de

toepassing

van

restauratietechniek

het heeft

procédé

van

diverse

de

chloridenverwijdering.

namen

geërfd;

Deze

elektrochemische

chloridenverwijdering, ontzilting, en elektrochemische chloridenextractie. Elektrochemische chloride extractie is een relatief simpel proces waarbij chloridenionen worden verwijderd uit chloride-vervuild beton via ionen migratie. Een anode ingebed in een elektrolytenmedia die is verbonden met het betonoppervlak. Men verkiest een anode uit een draadnetwek van geactiveerd titanium of een stalen wapeningsnet. De anode en het wapeningsstaal (kathode) zijn verbonden met een gelijkspanningsbron zodat de anode positief geladen is en de wapening negatief. Vroeger onderzoek rond corrosie van wapeningsstaal wees aan dat een verandering in alkaliteit dichtbij de wapening de gevoeligheid van het staal aan corrosieve attack sterk kan beïnvloeden. Chloridenextractie

een

elektrochemische

manier

die

tot

doel

heeft

het

chloridengehalte beneden een bepaalde acceptabele waarde te brengen. Normaal zal men vereisen dat het % aantal ongebonden chloriden t.o.v. het cementgewicht lager is dan 0,4 %. Er blijft ook nog een hoeveelheid gebonden chloriden achter in het beton. De effectiviteit van het systeem daalt met de tijd. Bij chloride-extractie wordt gebruik gemaakt van een elektrisch potentiaal tussen de wapening in het beton en een elektrolyt dat wordt aangebracht op het betonoppervlak. Een elektrolyt is een laag of een coating met elektrolytische en hechtende eigenschappen. De elektrolytische laag of coating wordt in contact gebracht met een elektrode-element en kan variëren in dikte van 1 tot 25 mm. Deze

Reparatie methodes

70

elektrolytische laag kan bestaan uit een geleidende verf, een gel of een vertraagde spuitbeton. De chloride-ionen worden naar de positieve hulpelektrode aangetrokken door elektromigratie. Door de negatieve polarisatie van de wapening wordt hydroxide gevormd. De verhouding tussen chloride- en hydroxide-ionen bij de wapening wordt sterk verlaagd, waardoor de corrosie stopt. Het proces duurt enkele weken tot enkele maanden. Deze methode is vooral geschikt wanneer er enorm grote chloride gehalten in het beton aanwezig zijn. De chloride-extractie wordt toegepast bij een percentage hoger dan 1% chloriden. De wapening mag niet bloot liggen, er is dekking nodig om het systeem te laten werken. De stroomdichtheid die hierbij nodig is, ligt tussen 1 en 2 A/m².

Figuur 55 : Schematische voorstelling van Chloride-extractie in beton

3.2.3

Voordelen

De negatieve chloridenionen worden aangetrokken door de positieve anode en zo uit het beton verdreven. Het chloride gehalte in het beton daalt aanzienlijk, vooral in de omgeving van de negatief geladen wapeningstaven. Gelijktijdig worden er hydroxylionen (OH-) gevormd aan de kathode met een hoge pH rond het wapeningsstaal als gevolg. De relatieve hoge stroom (1 tot 2 A/m²) zorgt ervoor dat een relatief hoge hoeveelheid chloride kan verwijderd worden. Dit in een relatief korte tijd, 6 tot 10 weken.

Reparatie methodes

71

Omdat deze methode geen schade aan het beton achterlaat wordt ze vaak gebruikt voor gebouwen met architecturale waarden zoals monumenten. Bij beton met gegoten chloriden is deze werkwijze minder geschikt. Het is in de praktijk onmogelijk voldoende chloride te verwijderen in de gebruikte tijdspan. In deze gevallen worden andere methodes gebruikt (zoals kathodische bescherming).

3.2.4

Nadelen

De Alkali-silica reactie (ASR)

gebeurt door de reactie van reactieve

toeslagmaterialen en de hydroxide. ASR resulteert in trage expansies binnen in het beton zodat er scheuren ontstaan. Tijdens de chloridenextractie worden hydroxylionen gevormd, deze verhogen de pH en stimuleren ASR. Het is raadzaam de mogelijke reactiviteit van het toeslagmateriaal na te gaan bij gebruik van chloride extractie. Men kan best de geologische achtergrond van het materiaal nagaan en microscopisch onderzoek op het beton uitvoeren om de eigenlijke aanwezigheid van reactief toeslagmateriaal te achterhalen. CE is niet aangeraden indien schadelijke expansies worden gevonden in representatieve tests.

Reparatie methodes

72

Figuur 56: chloride extractie met galvanische anodes;

Reparatie methodes

73

3.3

Realkalisatie

3.3.1

Werking realkalisatie

Elektrochemische

realkalisatie

stopt

wapeningscorrosie

veroorzaakt

door

carbonatatie. De pH rond het wapeningsstaal stijgt en de passiverings eigenschappen van het beton worden hersteld. De techniek bestaat uit een stroom door het beton naar de wapening door middel van een anode die tijdelijk aan het beton oppervlak wordt vastgemaakt en ingebed in een elektrolytreservoir. De elektrode buiten het beton (anode) en de wapening binnenin (kathode) zijn verbonden met een gelijkspanningsbron. Tijdens de behandeling wordt het elektrolyt getransporteerd naar het gecarbonateerd beton. Het dominant transport mechanisme kan veranderlijk zijn, maar elektro-osmose en ionen migratie zijn de twee hoofd mechanismen. Elektrolyse aan het staaloppervlak zorgt voor een zeer alkaan milieu.

Figuur 57: principe realkalisatie

Ten gevolge van de opgelegde spanning zal er een stroom gaan lopen, die in de metalen delen plaatsvindt door verplaatsing van elektronen en in het beton door uitwisseling van ionen. Aan de kathodepool zal een kathode reactie plaatsvinden, waarbij elektronen worden opgenomen door de vorming van hydroxide-ionen ( OH-). Aan de anodepool zal een anode - reactie plaatsvinden, waarbij de elektronen worden afgestaan en positieve ionen worden gevormd. De negatieve ionen zullen richting anode stromen en de positieve ionen richting kathode.

Reparatie methodes

74

De ph-waarde wordt bepaald door de negatieve logaritme van de waterstofionen concentratie uitgedrukt in mol / 1, dus een waterstofionenconcentratie van 10-13 heeft een ph–waarde van 13. Door de vorming van negatieve hydroxide – ionen in het beton, neemt de concentratie van de positieve waterstofionen af, waardoor de ph– waarde in het beton zal stijgen. Indien 10% van het gecarbonateerde beton gerealkaliseerd is tot een pH–waarde van circa 13 is voldoende gewaarborgd dat het beton voor lange tijd tegen corrosie schade, veroorzaakt door carbonatatie, beschermd is. Realkalisatie is een niet permanente elektrochemische behandeling, duurt 1 tot 2 weken met een stroom van 0.8 tot 2 A/m². Na de behandeling wordt de anode verwijderd en de originele beton blijft onveranderd. Daarom wordt realkalisatie vooral gebruikt bij gebouwen met architecturale waarden zoals monumenten. Realkalisatie berust in hoofdzaak op de elektrochemische werking ten gevolge van het opgelegde potentiaal verschil en heeft tot doel om de betondelen rondom het wapeningsstaal, waarvan de pH-waarde lager is dan 9, terug te brengen naar een hogere

pH-waarde

die

uiteindelijk zal komen te liggen op circa 12.

Aan de buitenzijde van het beton wordt een extern geleidingsnet aangebracht, dat door middel van een elektrolyt via het beton contact maakt met het wapeningsnet van het te realkaliseren betonoppervlak. Door het externe net en het wapeningsnet aan te sluiten op een gelijkstroombron wordt een elektrolytisch element verkregen. Het wapeningsnet wordt verbonden met een minpool. De wapening zal hierdoor kathodisch worden en het externe net anodisch.

Figuur 58: Verhogen van de pH

Reparatie methodes

75

3.3.2

Verloop van het proces

Het verloop van de realkalisatie wordt gegeven in de figuren. Het eerste figuur toont de beginsituatie voor de realkalisatie. De middelste figuren tonen het proces van de alkalisch materialen na een korte periode. Ronde de wapening (wegens elektrolyse). En vanaf het oppervlak in het beton (wegens absortie, osmose en/of diffusie). De Laatste figuur toont een meer gevorderde staat van realkalisatie, waar de alkane zone rond het staal is samen gekomen met de indringende zone vanaf het oppervlak.

Figuur 59: verloop van realkalisatieproces

Reparatie methodes

76

3.3.3

Voordelen

Realkalisatie wordt al meer dan tien jaar gebruikt., hoofdzakelijk bij structuren met protlandcement beton. Laboratoria test verspreid over verschillende jaren tonen de duurzaamheid van het effect op de wapeingscorrosie aan, zolang voldoende lading wordt gebruikt. De hoeveelheid nodige lading is afhankelijk van het type cement. Realkalisatie is een elektrochemische methode die effectief is bij het stoppen van corossie bij gecarboneerd beton. Het voordeel is dat het gecarboneerd beton op zijn plaats kan blijven, men moet niet breken.

3.3.4

Nadelen

Alkali silica reactie De toenemende alkali-ionen en de productie van hydroxylionen kunnen in theorie de ASR versnellen bij beton met reactieve toeslagmaterialen. Maar er is aangetoond dat het gerealkaliseerde beton niet harder expandeert omdat de behandeling de hydroxyl concentratie niet boven de expansie drempel brengt. Verlies van hechtsterkte De stroom die tijdens elektrochemische behandelingen stroomt verhoogt de concentratie van alkali metalen en hydroxyl ionen aan het staal/beton oppervlak. Theoretisch zou dit de poriën structuur en de hechtsterkte kunnen veranderen. De totaal passerende lading is bij realkalisatie veel lager dan bij chloride extractie, ongeveer 100-200 Ah/m² wat veel lager is dan de waardes nodig om de hechtsterkte te verlagen. Als de schade aan het beton een vergevorderd stadium heeft bereikt, heeft realkalisatie géén zin meer, omdat eerst de schade hersteld dient te worden en het nut en voordeel van de realkalisatie dan verloren gaat. Realkalisatie is een techniek die een goede aanvulling geeft op de bestaande reparatie methoden, met zijn eigen specifieke toepassingsmogelijkheden en voordelen. Reparatie methodes

77

3.4

Kathodische bescherming

3.4.1

Werking kathodische bescherming

Kathodische bescherming (KB) is een methode die de wapeningscorrosie in betonconstructies vertraagt en zelfs stopt door middel van een polarisatie die de elektrodepotentiaal van de wapening verlaagt. Om het probleem van wegrottende wapeningsstaven tegen te gaan, zijn de laatste jaren heel wat technieken ontwikkeld. Deze boden dikwijls maar een korte garantieperiode en waren vaak zeer arbeidsintensief, wat zich weerspiegelde in de kostprijs. Een oplossing voor deze negatieve factoren kan gevonden worden bij kathodische bescherming. Dit is een elektrochemisch proces waarbij het corrosieproces permanent kan worden stilgelegd. Deze methode vereist niet dat grote stukken beton dienen afgekapt te worden, zoals bij andere technieken. Hierdoor kunnen de reparatiewerken minimaal blijven en zal de hoeveelheid afval kleiner zijn. Door kathodische bescherming zou een langere levensduur van de constructie kunnen gegarandeerd worden, ten op zichte van de gedane kosten. Kathodische bescherming kan zowel toegepast worden bij betonconstructies waar er schade is, of waar er schade wordt verwacht. Dit laatste wordt kathodische preventie genoemd en wordt toegepast op nieuwe constructies die risicovol zijn voor corrosie, zie deel vier van dit hoofdstuk.

Reparatie methodes

78

3.4.2

Reacties

Het principe van kathodische bescherming berust op een kunstmatige overvloed van elektronen die aan de anodische plaatsen worden geleverd, zodat deze ook kathodisch worden. Dit komt neer op de volgende reactie: Fe2+ (aq)

+

2 e-

→

Fe (vast)

Door deze reactie kunnen geen ijzerionen meer vrijkomen, die verder in verbinding zullen gaan zodat er geen verdere corrosie meer kan optreden. De aangevoerde elektronen verlaten het staal op plaatsen waar de kathodische reactie (omzetting van zuurstof) plaatsheeft. Deze elektronen zullen samen met water en zuurstof reageren tot hydroxide-ionen. Aan de wapening vindt een evenwichtsreactie of redox-reactie plaats. Dit wil zeggen dat de OH--ionen van de wapening weggaan, wanneer nieuwe OH-- ionen zijn gevormd. Hierdoor zal de pH-waarde rond de wapening niet verlagen, zoals vaak wordt verondersteld. Via de OH--ionen worden de elektronen nu getransporteerd naar de anode die extern op het beton is aangebracht. Deze externe anode, die positief geladen is door contact met de pluspool van de spanningsbron, zet de gevormde OH--ionen weer om in zuurstof en water: 4 OH-(aq)

→

O2 (gas)

+

2 H2O

+

4 e-

Hierdoor vindt aan de anode de volgende reactie plaats: 2 H2O

→

O2

+4

H+

+

4 e-

Hierbij komt zuurstof vrij, die het oppervlak moet kunnen verlaten. Ook komen er H+-ionen vrij bij deze reactie, die pH verlagend werken. Hierdoor kan het beton rondom de anode verzuren. De hoeveelheid stroom die de anode verlaat mag ook niet te hoog zijn, want dit veroorzaakt te veel zuur wat het beton weer kan gaan aantasten. Normaal wordt een KBsysteem daardoor berekend op 20 mA/m² staal oppervlak. Onderzoekers zijn proefondervindelijk tot deze waarden gekomen.

Reparatie methodes

79

De door de externe anode opgenomen elektronen worden afgevoerd naar de pluspool van depanningsbron. Hiermee is het circuit gesloten. Om kathodische bescherming tot stand te brengen moet er een beschermstroom worden aangelegd tussen een anode en een kathode. Als kathode wordt de wapening verbonden met de negatieve uitgang van een spanningsbron, waardoor deze negatief geladen wordt. De anode kan variëren afhankelijk van het proces dat wordt toegepast, maar deze zal altijd aan het betonoppervlak worden gemonteerd en vormt zo het positieve deel van de stroomkring. Het water dat aanwezig is in het beton doet dienst als elektrolyt. Door aan de kathode een continue laagspanning aan te sluiten, zal het corrosieproces bevroren worden. Door elektronen toe te voegen wordt de potentiaal van de wapening verlaagd. Door het juiste hoeveelheid elektronen toe te voegen, wordt al de zuurstof gereduceerd tot hydroxide, zonder dat ijzer in oplossing moet komen om elektronen te leveren. De hele wapeningsstaaf wordt hierdoor kathodisch en zo zal het corrosieproces zich niet verder meer kunnen ontwikkelen.

Figuur 60: Schematische voorstelling KB, met verbinding van de anode en de kathode

Hoe hoger de potentiaal, hoe meer corrosie er is. Als de potentiaal nu daalt zal de corrosie stoppen, met andere woorden als de potentiaal wordt verlaagd van Em naar EFe, dan zullen er geen ijzerionen meer vrijkomen. De potentiaal zal dus kunstmatig worden verlaagd door elektronen naar de wapeningsstaaf te voeren.

Reparatie methodes

80

3.4.3

Repassivering van het beton in de omgeving van de wapening

Tijdens mijn onderzoek ontdekte ik de veronderstelling dat de pH-waarde van beton verlaagd werd door een KB-installatie aan te brengen. Dit was voor mij een vreemde opvatting en daarom heb ik dit aan verschillende specialisten voorgelegd. Door de volgende redenering, kan dit misverstand opgehelderd worden. Via onderstaande figuur worden de verschillende bewegingen van KB weergegeven. Het misverstand is ontstaan door het feit dat de OH--ionen naar de anode worden aangetrokken. Dit zou inderdaad een daling van de pH-waarde opleveren, wanneer er geen nieuwe OH--ionen werden gevormd aan de kathode. De vorming van hydroxide-ionen berust op een redox-reactie, waarbij de eigenschap is dat er pas OH-ionen kunnen uittreden op het moment dat er nieuwe zijn gevormd. Eveneens worden natrium- en kaliumionen door de kathode aangetrokken. Deze ondergaan een binding met de hydroxide-ionen en zullen zo ook de pH-waarde doen stijgen. Het is inderdaad waar dat OH--ionen zich naar de anode gaan begeven, maar dit geeft geen pH-daling tot gevolg omdat er steeds nieuwe hydroxide-ionen ontstaan en omdat er nieuwe bindingen tot stand komen. Er zullen veel minder OH--ionen naar de anode gaan dan er gevormd worden aan de kathode, dit verklaart waarom de pH-waarden van het beton in de buurt van de wapening behandeld met KB zal stijgen. Hierdoor treedt een repassivering op van de wapening. Dit is ook een reden waarom verzuring van de anode minder voorkomt praktisch dan theoretisch. Doordat er niet veel OH--ionen verdwijnen, wordt er ook minder zuur gevormd aan de anode. De chloridenionen gaan wel naar de anode aangetrokken worden, omdat deze geen binding gaan aangaan met de hydroxide-ionen.

Reparatie methodes

81

Figuur 61: Voorstelling van de beweging van de ionen bij beton met KB behandeld

3.4.4

Schema van de evolutie van de potentiaal

Op figuur 63 is het staalpotentiaal afgebeeld in functie van het chloride gehalte t.o.v. het cementgewicht. Hierin worden verschillende zones onderscheiden: -

Zone A: Putcorrosie initieert en propageert;

-

Zone B: “Niet perfecte” gepassiveerde zone; putcorrosie kan niet initiëren maar wel propageren.

-

Zone C: “Perfecte” gepassiveerde zone; putcorrosie kan niet initiëren en propageren.

-

Zone D: Verhoogde brosheid door waterstof, risico voor staal met hoge sterkte.

Op figuur 63 zijn verschillende zones te zien waarin de potentiaal van het wapeningsstaal zich kan bevinden. Aan de hand van deze figuur kan aangetoond worden hoe het staal door kathodische bescherming toe te passen terug naar een zone wordt gebracht waar corrosie geen kans meer maakt.

Reparatie methodes

82

Figuur 62: Staalpotentiaal in functie van chloride concentratie bij kathodische bescherming

Het is belangrijk dat door de toepassing van kathodische bescherming het constructie onderdeel voldoende beschermd wordt. De corrosiesnelheid neemt sterk af als de potentiaal van het te beschermen object negatiever wordt. De precieze waarde van het potentiaalcriterium hangt af van de aard van het metaal en het milieu waarin het zich bevindt. Zo zou voor ijzer de corrosiesnelheid verwaarloosbaar worden rond een potentiaal van ongeveer -900 mV. Zoals op figuur 63 te zien is, moet worden opgepast met potentialen lager dan -900 mV, dit zou voor waterstofverbrossing kunnen zorgen. In de praktijk komt dit gevaar weinig voor, enkel in de theorie wordt hier vaak over gepraat. Op figuur 63 worden verschillende wegen uitgestippeld, al naar gelang het gewenste resultaat. Wanneer de weg 1 _ 2 _ 3 wordt gevolgd, dan wordt de passiviteit hersteld. Wanneer de weg 1 _ 2 _ 4 wordt gevolgd, wordt de corrosie verminderd.

Reparatie methodes

83

Figuur 63: Het principe van KB i.f.v. de potentialen en de chloride concentratie

Op figuur 64 zijn enkele zaken af te lezen: -

Hoe hoger de potentiaal is dat wordt aangebracht, hoe meer bescherming er wordt geboden, hiervoor wordt eerst punt 1 bepaald.

-

Hoe

hoger

het

aanwezige

chloridegehalte

is,

hoe

hoger

de

potentiaalverschuiving zal moeten zijn om corrosie te kunnen uitschakelen. Hiervoor wordt punt 2 bepaald. -

Aan de hand van punt 1 en 2, kan dan de gewenste potentiaalverschuiving worden gekozen.

3.4.5

Besluit

Samengevat zullen de volgende drie verschijnselen optreden wanneer een KBsysteem wordt geactiveerd: -

De anodische reactiesnelheid aan de wapening wordt verminderd doordat de potentiaal negatiever wordt. Het negatieve staaloppervlak trekt de positieve ijzerionen sterkeraan, waardoor de bovenstaande reactie (1) optreedt.

-

De elektronen reageren met zuurstof en water tot hydroxyde-ionen volgens reactie, aardoor het poriënvocht rondom het staal meer alkalisch wordt en de passivering wordt verbeterd.

Reparatie methodes

84

-

Negatief geladen chloride-ionen worden weggestuurd van het staal, waardoor de passiveringslaag weer kan worden hersteld. Ook de OH--ionen worden naar de anode getrokken, maar dit levert geen pH-daling op van het beton.

Reparatie methodes

85

3.5

Geschikte reparatiemethodes

3.5.1

Algemeen

Kathodische bescherming zal vooral worden gebruikt bij betonconstructies die onderhevig zijn aan ingemengde/ingedrongen chloriden en dit zowel bij prefab als bij ter plaatse gestort beton. Liefst worden constructies behandeld waarbij er enorme schade verwachtende is, maar nog niet echt zichtbaar aanwezig. Ook constructies die onderhevig zijn aan carbonatatie kunnen worden behandeld. Hierbij moet erop gewezen worden dat kathodische bescherming op zich geen reparatiemethode is. Eerst moet het beton gerepareerd worden en dan pas wordt het kathodisch beschermingssysteem aangesloten. De reparatie zal niet zo drastisch zijn zoals bij traditionele reparatiemethoden, wat een voordeel is. Kathodische bescherming kan dus worden omschreven als een preventieve maatregel om het voorkomen of opnieuw voorkomen van betonrot tegen te gaan.

3.5.2

Carbonatatie geïnitieerde corrosie

3.5.2.1

Algemeen

Bij corrosie ten gevolge van carbonatatie is kathodische bescherming een mogelijke oplossing, maar daarom niet de beste, meest economische, … Wel zal de pH-waarde geleidelijk stijgen wat bij carbonatie geïnitieerde corrosie belangrijk is. Voor deze schadevorm zijn er goedkopere, alternatieve oplossingen in de traditionele reparatietechnieken te vinden. Deze klassieke reparatiemethoden zullen meestal voldoende herstellend werken, waardoor kathodische bescherming niet als de meest economische oplossing kan worden gezien. 3.5.2.2

Reparatiemethoden

Bij beton, onderhevig aan carbonatatie, volstaat het om het beton te repareren met de klassieke methoden. Het gecarbonateerde beton zal eerst zorgvuldig moeten worden verwijderd, waarna nieuwe beton of mortel aangebracht wordt. Uiteindelijk zal de alkaliteit van de constructie verbeteren.

Reparatie methodes

86

Hiervoor zijn verschillende technieken en methoden beschikbaar, afhankelijk van de leveranciers. Er kan gebruik gemaakt worden van: · CC-mortels, deze wordt aangebracht als spuitmortel of gietmortel; · P(C)C-mortels, wordt handmatig aangebracht; ·… Het constructiedeel kan ook preventief van een extra dekking worden voorzien. Er kunnen eventueel ook nog coatings worden aangebracht op het betonoppervlak.

3.5.3

Chloride geïnitieerde corrosie

3.5.3.1

Algemeen

Constructies onderhevig aan chloriden zijn de doelgroepen van kathodische bescherming. Dit is de enige methode die met succes kan worden toegepast op constructies onderhevig aan chloride geïnitieerde corrosie. 3.5.3.2

Problematiek

Bij betonschade ten gevolge van chloride geïnitieerde corrosie, kan ook het beton verwijderd worden en vervangen worden door chloridevrij beton. Hiervoor kunnen de technieken van de carbonatatieschade gebruikt worden. De omvang van het probleem is in verhouding met de hoeveelheid beton die moet worden weggenomen, vooral wanneer het gaat om ingemengde chloriden. Aangezien het weghakken van beton een arbeidsintensief en bijgevolg een duur werk is, gebeurt dit in de praktijk vaak niet zorgvuldig genoeg. Soms kan door de aard van de constructie te weinig verontreinigd beton worden weggehaald, waardoor nieuwe corrosiehaarden kunnen ontstaan. Ook kunnen de chloriden onvoldoende worden verwijderd uit de corrosieputten op het staal. Wanneer gewone reparatiemethoden voor carbonatatiereparatie zouden worden toegepast, zal de corrosie in eerste instantie verdwenen zijn. Maar toch zal ze na enige tijd weer opduiken net naast de gerepareerde zone. Dit wordt het zogenaamde ring anode effect genoemd. Door het slechte beton te verwijderen en een reparatiemortel op die plaats aan te brengen, wordt een ideale omgeving gecreëerd Reparatie methodes

87

om

een

versnelde

corrosie

op

gang

te

brengen.

Door

de

ongelijke

betonsamenstellingen ontstaat er een ongelijk elektrisch potentiaal. Dit is uiteraard geen goede economische oplossing. Hierdoor moeten er geregeld nieuwe herstellingswerken worden uitgevoerd, wat duur is en voor veel hinder zorgt. Wanneer een traditionele reparatiemethode zou worden toegepast, dan is dit: -

niet zo eenvoudig. De oorzaak van de corrosie kan nooit volledig worden weggenomen;

-

zeer ingrijpend. Verontreinigd beton moet worden verwijderd en zelfs vervangen;

-

technisch onvoldoende betrouwbaar. Er blijft onzekerheid over de duurzaamheid van de restauratie.

Figuur 64: Schematische voorstelling van de gevolgen van traditionele reparatie

Een ander aspect van kathodische bescherming is dat door toepassing ervan op een structuur, de chloride-ionen uitgedreven worden. Dit spreekt voor zich dat wanneer de chloride-ionen verdwijnen, de aantasting hierdoor zal verminderen.

Reparatie methodes

88

3.5.3.3

Reparatiemethoden

Er zijn enkele methoden om de chloriden te laten uitdrijven en de constructie opnieuw te gaan beschermen: Chloride-extractie Zie 3.2 Kathodische bescherming Hierbij zijn verschillende systemen mogelijk, maar meestal berusten ze op hetzelfde principe. Dit is eveneens een elektrochemische methode, waarbij op of in het beton een tegenelektrode wordt aangebracht (de anode) en een kleine gelijkstroom wordt doorgevoerd.

De

wapening

wordt

negatief

gepolariseerd,

waardoor

de

corrosiesnelheid afneemt. Ook hier zullen de chloride-ionen zich naar de anode begeven en het beton verlaten. Er is geen verhouding op te stellen tussen de stroom en de hoeveelheid aanwezige chloriden. Vaak zal er iets meer stroom nodig zijn, wanneer er veel chloriden aanwezig zijn. Maar dit moet altijd door een depolarisatie bekeken worden. Het hangt ook af van de soort cement die er gebruikt is, de vochtigheid, etc. De stroomdichtheid die bij kathodische preventie vereist is, ligt tussen 5 en 20 mA/m².

Figuur 65: Schematische voorstelling van kathodische bescherming

Reparatie methodes

89

Nieuw beton Een andere mogelijke oplossing is om al het slechte, verontreinigde beton weg te halen en opnieuw beton aan te brengen. Op zich lijkt dit een goede oplossing, maar in de overgangszone tussen het nieuwe en het oude beton, ontstaat er opnieuw het ring anode effect. Daarom is dit zeker en vast geen goed oplossing.

Wapening elektrisch isoleren Dit is een methode die in Amerika vaak wordt toegepast. Wapeningsstaven worden voorzien van een 3-tal lagen epoxy, waardoor er geen anode/kathode-reactie meer kunnen optreden. Dit is een dure methode en ook niet feilloos. Wanneer de wapening op de werf komen, kunnen er beschadigingen ontstaan waardoor de coating beschadigd wordt. Ook zal de staal/beton-hechting niet zo goed zijn. Inhibitoren Zie 3.1

3.5.4

Combinatie van carbonatatie en Chloride geïnitieerde corrosie

Wanneer de optredende schade een combinatie van beiden is, is KB wel een goede oplossing.

Reparatie methodes

90

3.5.5

Samenvatting van elektrochemische processen

Hieronder is een schema weergegeven waarbij de stroomdichtheden voor de verschillende toepassingen gegeven zijn. 1) Kathodische bescherming van staal in grond of in zeewater.

2) Kathodische bescherming van staal in chloride bevattend beton.

3) Kathodische bescherming van staal in gecarbonateerd beton.

4) Kathodische bescherming van staal in beton in chloriderijke omgevingen.

5) Elektrochemische realkalisatie of elektrochemische chloride-extractie.

Reparatie methodes

91

3.6

Actieve kathodische bescherming

3.6.1

Geleidende coatings en mortels

3.6.1.1

Principe

Bij dit systeem wordt er gebruik gemaakt van opgelegde gelijkspanning. Daardoor is dit een permanent systeem. Het systeem bestaat eigenlijk uit twee anodes, de primaire en de secundaire anode. In principe bestaat de primaire anode uit een zilveren strip die bedekt is met een epoxyhars om het zilver te beschermen tegen agressieve stoffen. In de praktijk zien we dat er geen zilver wordt toegepast, wel wordt er titanium, nobium, platina, etc. gebruikt. Er worden verschillende primaire anodes op het betonoppervlak bevestigd. Door de fabrikanten van de secundaire anodes wordt er meestal een minimale tussenafstand opgegeven voor het plaatsen van de primaire anodes. Dit heeft te maken met de geleidbaarheid die de secundaire anode kan verwezenlijken. Deze primaire anode wordt verbonden met de plus-pool van de voedingsbron. Als secundaire anode wordt een geleidende mortel/coating aangebracht. Er is keuze uit verschillende soorten mortels/coatings. De geleidende coating is een soort verf waarin geleidende vezels zijn verwerkt. Dit kunnen zowel kunststof als titaniumvezels zijn. Wanneer kunststofvezels worden gebruikt, zijn deze behandeld met een nikkelcoating. Er moeten voldoende vezels in de coating aanwezig zijn, zodat een driedimensionaal netwerk kan gevormd worden in de mortel. Op deze manier kunnen de vezeltjes zorgen voor een homogene elektrische geleiding van gelijkstroom door de aangebrachte coating. Deze coatings kunnen worden aangebracht zoals verf, met rol, borstel,… De aangebrachte dikte bedraagt enkele honderden µm. De geleidende mortels zijn eerder op basis van cement, waardoor ze dikker zijn. Ze zorgen voor een extra belasting. De

Reparatie methodes

92

geleidende coating wordt iets sneller toegepast dan de geleidende mortel.Vooral de goede prijs en de eenvoudige manier van aanbrengen is doorslaggevend. Er moet wel aandacht worden gevestigd op het feit dat de coating een soort verf is en dus kan beschadigd worden.Dit zal vooral worden toegepast op muren, plafonds, de onderkant van bruggen, etc. zodat die minder onderhevig zijn aan slijtage. De geleidende coating is bijvoorbeeld niet geschikt om bovenop een brug aan te brengen, tussen het beton en een asfaltlaag. De geleidbaarheid van de anode zal niet goed zijn op deze manier. Beter is het dan om dit geval een geleidende mortel aan te brengen. Voor het aanbrengen van de producten, moet ook hier opnieuw de continuïteit van de wapening bekeken worden, het betonoppervlak gereinigd worden en de nodige herstellingen worden uitgevoerd. 3.6.1.2

Voor- en nadelen

Voordelen: •

Dit is een vrij eenvoudige toepassing van kathodische bescherming;

•

Lage kostprijs;

•

Beschermstroom wordt gelijkmatig verdeeld over het oppervlak;

•

Er zijn verschillende combinaties beschikbaar;

•

Het oppervlak kan esthetisch afgewerkt worden zoals gewenst.

Nadelen: •

Dit systeem bezit een korte levensduur;

•

Veel onderhoud;

•

Opnieuw coaten na 10 jaar;

•

Droge omstandigheden tijdens het aanbrengen gewenst;

•

Oppervlak is zeer kwetsbaar;

•

De primaire anode kan zichtbaar zijn in het oppervlak, wat eventueel esthetisch storend kan zijn;

Reparatie methodes

93

•

Ook bestaat het gevaar voor kortsluiting. Bij beschadiging van het oppervlak, moet dit direct hersteld worden. Het systeem kan door deze kortsluiting niet meer werken.

Kort kan gezegd worden dat wanneer er een laag budget is en de verwachtingen niet al te hoog worden gesteld, dit type een goede oplossing is.

3.6.1.3

Verschillende types

Er kunnen verschillende soorten primaire en secundaire anode systemen gebruikt worden. Telkens met een andere capaciteit (stroomdichtheid). Verschillende primaire anodes Deze primaire anodes zijn telkens in lintvorm. Door de secundaire anode die erop wordt aangebracht, wordt een goede geleiding over het betonoppervlak bekomen.

Figuur 66: Een afbeelding van een strip verwerkt in een coating, de strip is nog zichtbaar

Mogelijke primaire anodes: •

Platina/niobium, type Anomet 40; •

•

Lida grid, De Nora;

•

….

Elgard Anode Ribbon, Eltech;

Reparatie methodes

94

Verschillende secundaire anodes De keuze van de secundaire anodes is ook heel groot. Elke mortel/coating heeft zijn eigen specifieke eigenschappen. Door de fabrikant wordt de stroomdichtheid opgegeven en de resistiviteit. Dit zijn twee belangrijke waarden voor de keuze van de geschikte secundaire anode. De stroomdichtheid (mA/m²) geeft weer hoe de stroom zich zal verspreiden over het oppervlak. De resistiviteit is belangrijk om dit te gaan vergelijken met de resistiviteit van het beton en zo een goede mortel/coating te gaan kiezen. Bij deze producten moet goed rekening gehouden worden met de voorschriften van de fabrikant, om zo tot een goed eindresultaat te komen. Op onderstaande figuur is de systeemopbouw weergegeven. De glasvezelmat, is enkel om de anodes vast te houden aan het oppervlak. Alternatief is de anodes te gaan lijmen op het oppervlak. Meestal zal de kleur van de coating zwart of grijs zijn. Eventueel kan dan nog een verflaag om esthetische redenen extra worden aangebracht.

Figuur 67: Schematische opbouw van het systeem met geleidende mortel/coating en een proefopstelling waarbij de glasvezelmat duidelijk zichtbaar is.

Reparatie methodes

95

Voorbeelden van secundaire anodes: •

Emaco CP 30, CP 60; producten van Degussa;

•

Cas-T, Cas Composite Anode system Gmbh, Wien ;

•

Ahead, conductive primer anode ;

•

…

•

Het Zebra-systeem Dit is niet echt een systeem op basis van geleidende coating, maar het behoort ongeveer tot deze klasse op gebied van aanbrenging en werking. Het is een nieuw ontwikkeld systeem dat enkele opmerkelijke eigenschappen bezit.

Figuur 68: Schematisch voorstelling van het Zebra-systeem

Dit is een systeem op basis van polymeren die op het betonoppervlak worden aangebracht zoals verf. Ook hier is een primaire anode nodig, deze bestaat uit niobium. Bij een Zebra-systeem is geen beton of mortel nodig om het in aan te brengen, waardoor de overdikte en extra gewicht veel kleiner wordt. Bemerk op de figuur de dikte van 6-8 mm voor een afgewerkt KB-systeem. Het anode-systeem kan zeer snel aangebracht worden. De primaire anode moet niet gelast worden, maar wordt gekleefd of met napjes vastgemaakt op de ondergrond. Reparatie methodes

96

De Zebra-anode kan worden aangebracht door het gewoon te schilderen op het betonoppervlak. Nadat de secundaire anode is aangebracht, wordt het oppervlak afgewerkt met een twee-componentenkunstofmortel. Deze afwerkingslaag heeft heel wat mogelijkheden i.v.m. de esthetische verwachtingen. Voor het aanbrengen van het KB-systeem zijn ook hier wel opnieuw de nodige reparatiewerken op de traditionele manier uit te voeren. Dit anodesysteem wordt vooral toegepast op parkeergarages, waarbij de overdikte heel belangrijk is. Vaak is de hoogte juist genoeg en is het onmogelijk om enkele centimeters van de hoogte extra af te nemen. Andere anodesystemen, zoals de titaniumnetten, worden enorm belast in parkeergarages. Hierdoor kan onthechting ontstaan van de anode. Door het Zebra-systeem wordt een heel fijn laagje aangebracht, dat minder onderhevig zal zijn aan de zware belasting t.o.v. een dikke kwetsbare laag mortel.

Figuur 69: links: primaire anode werd aangebracht; rechts: secundaire anode of Zebra-systeem wordt aangebracht

Reparatie methodes

97

De voordelen van dit Zebra-systeem zijn: •

De goede geleidende eigenschappen;

•

De goede drukkracht die het kan opnemen;

•

Het heeft een hoge stroomcapaciteit;

•

Het kan snel worden aangebracht, is niet echt arbeidsintensief;

•

Waardoor de constructie snel terug in gebruik kan genomen worden;

•

Heeft een hoge levensduur;

•

Geeft slechts een kleine gewichtstoename aan de constructie;

•

Goedkoper dan de dure titaniumnetten;

•

Veroorzaakt bijgevolg een kleine verdikking van de constructie.

3.6.2

Anodestrippen of -netten op het oppervlak

3.6.2.1

Principe

Bij dit type worden anodes (netten of strippen) op het oppervlak gemonteerd, voorzien van een beschermlaagje dat bestaat uit een spuitmortel. Hier zijn het de netten/strippen die voor de geleiding van de stroom over het oppervlak zorgen. Er zijn wel primaire anodes nodig voor het aanvoeren van de stroom naar de netten en de strippen. Er wordt hier dus ook weer een onderscheid gemaakt tussen primaire en secundaire anodes. Maar hier zijn de secundaire anodes de netten/strippen en niet de mortel, zoals bij het vorige geval. Dit kan worden toegepast in constructies met grote hoeveelheden wapeningsstaal per vierkante meter betonoppervlak.Ook in situaties waar zich extreem agressieve chemische of mechanische belastingen voordoen, wordt vaak gekozen voor titaniumanodes. Deze zijn het meest duurzaam. Het principe van dit systeem is opnieuw het verbinden van de plus-pool van de voeding met de anode. De anode wordt bevestigd in een mortel op het betonoppervlak. Een wapeningstaaf wordt verbonden met de min-pool.

Reparatie methodes

98

3.6.2.2

Voor- en nadelen

Voordelen: •

Dit zijn vrij duurzame systemen, met een lange levensduur;

•

Ze zijn mechanisch sterk;

•

Ze kunnen hoge belastingen weerstaan;

•

De kabels worden volledig in de mortel ingewerkt, waardoor een mooi esthetisc oppervlak kan bekomen worden.

• Nadelen: •

Overgewicht en overdikte door de mortel en het net;

•

Ook ligt de kostprijs voor deze anode vrij hoog en is ze daardoor de duurste van de vier categoriën.

3.6.2.3

Verschillende types

Er kan onderscheid gemaakt worden in de mortel en in de anodesystemen. Als anodesystemen worden er een vijftal opgesomd. De meeste anodes van dit type zijn op basis van geactiveerd titanium. Even ter zijde de betekenis van geactiveerd titanium. Door de anodische reactie bij zuiver titanium wordt er onmiddellijk titanium-oxide gevormd, wat als isolator werkt en de stroomafgifte blokkeert. Gewoon titanium heeft dus een hoge stroomweerstand en zou het KB-systeem niet ten goede komen. Wanneer titaniumnetten/strips worden gemaakt, vertrekt men van titaniumplaten die worden ingesneden en uitgerokken. Hierop wordt dan een vloeistof aangebracht van ruthenium (Ru, element 44 in tabel van Mendeljev) en Iridium (Ir, element 77 in tabel van Mendeljev). Dit zijn zouten. Door de netten/strips/staven daarna te bakken in een oven, worden oxiden gevormd. Het zijn juist deze oxiden zijn die voor een Reparatie methodes

99

lage overgangsweerstand gaan zorgen, waardoor geactiveerd titanium beter de stroom geleidt dan gewoon titanium. De dikte van de coating, de blauwe schijn op de titaniumnetten/strippen, is eveneens bepalend voor de levensduur van het titaniumnet Titanium wordt dus vooral gebruikt omdat het zo duurzaam is, maar het moet geactiveerd worden.

Anode 1 : Titanium-netten

Figuur 70 Kathodische bescherming met titaniumgaas: links voorbehandelde betonoppervlak; midden titaniumgaas aangebracht, rechts: voorzien van spuitbeton deklaag

Figuur 71: Schematische voorstelling van een KB-systeem met een titaniumnet

Reparatie methodes

100

Deze netten zijn vooral voor grote oppervlakken te gaan beschermen. Zoals bruggen, parkeergarages, etc. Het is geen economische oplossing om balken en consoles te gaan inpakken met titaniumnetten, omdat dit nogal tijdrovend zou zijn doordat de netten moeilijk aan te brengen zijn. Voor deze constructieonderdelen is het beter om gebruik te maken van andere systemen. Deze methode wordt dus best gekozen bij grote effen oppervlakken. Wanneer een grote stroomdichtheid gewenst is en één net niet voldoet, kan men in de praktijk twee netten op elkaar aanbrengen. Door de netten ook aan elkaar te puntlassen en de primaire anode goed te bevestigen aan de twee netten, kan ongeveer de som van de stroomdichtheid van beide netten bekomen worden. Om de netten te bevestigen, worden kleine gaatjes geboord in het beton, waarin dan noppen komen die het

net

aan

het

beton

bevestigen.

Deze

bevestigingswijze wordt ook bij de volgende typen gebruikt. Deze systemen zijn duurzaam, bieden een lange levensduur en een hoge stroomverdeling. Voorbeelden van titaniumnetten: •

Lida Mesh;

•

Elgard, Corrpro;

Reparatie methodes

Figuur 72: Het aanbrengen van titaniumnetten met noppen.

101

Anode 2 : Titanium-strippen

Figuur 73: Schematische voorstelling van titaniumstrippen toegepast op een betonoppervlak

Dit zijn stroken geactiveerd titanium die voorzien zijn van een speciale coating om interactie met het beton te voorkomen. De strippen zullen de stroom gelijkmatig verdelen over het betonoppervlak. Ze zijn duurzaam, hebben een lange levensduur en een hoge stroomverdeling. Deze strippen worden eerder toegepast, wanneer er een kleiner oppervlak moet worden beschermd, voorbeeld enkel een balk. Echter kunnen ze ook toegepast worden op grote oppervlakken. Het is uiteraard een gelijkaardig systeem als de titaniumnetten, maar in sommige toepassingen zijn ze meer geschikt dan de netten. Om de strippen te bevestigen kunnen sleuven gezaagd worden in het oppervlak, hierdoor worden ze ook wel discrete anoden genoemd. Dit vergt uiteraard meer tijd dan bij de netten waarvoor dit niet nodig is. Een alternatief is de strippen op het oppervlak bevestigen, zonder de sleuven, maar dan moet er een mortel van minimaal 1 cm worden aangebracht. Dit kan eventueel overwogen worden wanneer de verdikking van de constructie geen bezwaar is.

Reparatie methodes

102

Figuur 74: De verschillende mogelijkheden van aanbrengen van titaniumstrips

Een nadeel bij dit systeem kan zijn dat de plaats waar de strippen zijn aangebracht of ingeslepen, zichtbaar kan blijven aan het oppervlak. Door een goede afwerkingslaag kan dit geminimaliseerd worden, maar soms kan de anode zich toch na enige tijd aftekenen aan het oppervlak.

Figuur 75:De strippen bevestigd op 1 het betonoppervlak 2 op terrassen en 3 de onderzijde van een kolom

Voorbeelden van titaniumstrippen: •

Lida Mesh;

•

Elgard, Corrpro;

•

…

Reparatie methodes

103

Anode 3 : Koolstofvezelgaas Dit zijn netten samengesteld uit vele carbonvezeltjes die geweven zijn tot draden. Deze draden worden dan uiteindelijk samengevlochten tot een net. Door de vele vezels is het contactvlak van anode en beton zeer groot. Hierdoor is dit systeem vooral toepasbaar voor grote wapeningspercentages. Het voordeel van dit net zit hem in de flexibiliteit waarmee het kan worden aangebracht, in vergelijking met de titaniumnetten die moeilijk handelbaar zijn en wonden kunnen veroorzaken bij de arbeiders. Het biedt ook een goede geleidbaarheid van de stroom, beter dan de titaniumnetten. Via koperdraden wordt de stroom door het net gestuurd. Het systeem werk als volgt. De netten worden aangebracht op het betonoppervlak, nadat dit is hersteld waar nodig en voldoende is gereinigd door voorbeeld zandstralen. Er worden sleuven in het beton oppervlak gezaagd om de bekabeling in te kunnen verbergen. Ook wordt er een gat geboord om de connectors netjes in weg te stoppen. Deze worden met een mortel in het beton geplaatst op een regelmatige afstand. Deze connectors zorgen voor de verbinding tussen de koolstofvezelgazen en de voedingsbron. De netten mogen op een 20 cm van elkaar geplaatst worden. Deze afstand is nog voldoende om een goede stroomverdeling over het betonoppervlak te verkrijgen. Deze afstand is opgegeven door de fabrikant. Dit is een systeem dat meer en meer zijn opgang vindt. Deze systemen zijn flexibel, duurzaam en concurrerend met de titaniumnetten. Ze zijn ook lichter dan de titaniumnetten, waardoor het overgewicht vermindert. Ze zijn makkelijker en vlugger te plaatsen, wat de arbeidskosten drukt. Deze netten zijn niet geschikt om op een vloer aan te brengen, omdat ze geen sterkte hebben. Ze zijn voorbeeld wel ideaal om beelden en rare vormen in te verwerken. De koolstofvezelnetten zijn nu iets goedkoper dan de titaniumnetten, omdat deze het laatste jaar 40 à 50 % duurder zijn geworden.

Reparatie methodes

104

Figuur 76: Schematische voorstelling van een koolvezelgaas

Figuur 77: Afbeelding van een gat voor een connector, afbeelding van een connector

Voorbeelden van koolstofvezelgaas: •

Carbo cath van Optiroc;

•

...

Reparatie methodes

105

Anode 4: Mortels

De mortels die bij de netten/strippen worden toegepast, mogen geen klassieke herstelmortels zijn. Het is vooral vereist dat de elektrische weerstand van het beton en van de herstelmortel ongeveer gelijk zijn. Hierdoor komen sommige kunststofmortels niet in aanmerking voor kathodische bescherming. Er wordt er vooral naar gestreefd om de constructie zo homogeen mogelijk te maken en zo weinig mogelijk verschillen te creëren tussen het nieuwe en het oude gedeelte. Daardoor zullen mortels gebruikt worden die zo dicht mogelijk aanleunen bij het oorspronkelijke beton op gebied van bescherming van de wapening en de druksterkte. Ook wordt aangeraden om zoveel mogelijk mortels uit dezelfde categorie en van hetzelfde merk te kiezen zodat hierdoor geen verschillen in krimp en andere verschillen kunnen ontstaan. Er bestaan ook speciale mortels voor kathodische bescherming. Maar deze worden niet zo vaak gebruikt. Alle types mortels komen eigenlijk in aanmerking, voor zover ze de geleidbaarheid niet te veel hinderen.

Voorbeelden van mortels: •

Emaco CP 10 & CP 20, Degussa (typische mortel voor kathodische bescherming);

•

Emaco S88, Degussa;

•

Tricosal NSM 4;

…

Reparatie methodes

106

3.6.3

Ingeboorde staaf- of stripanodes

3.6.3.1

Principe

Het principe van kathodische bescherming berust op hetzelfde als de twee hierboven beschreven systemen. Door het aansluiten van een voedingsbron wordt de wapening beschermd tegen corrosie. Deze anodes kunnen gebruikt worden wanneer de wapening diep gelegen is en wanneer er zich grote concentraties wapening rond één plaats bevinden. Ook sommige constructieprofielen, zoals consoles, kunnen vrij goed beschermd worden met ingeboorde anodes, die ook tot de discrete anodes behoren. Er wordt gebruik gemaakt van geactiveerd titanium in de vorm van een pin of een strip strekmateriaal. Bij deze methode moet ook een externe voedingsbron worden aangesloten. Achteraf worden de boorgaten gevuld met een speciale cementgrout of koolstofpasta. Wel moet er aandacht worden besteed bij het inbrengen van de anodes. Deze mogen in geen geval tegen de wapening aankomen omdat er dan kortsluiting ontstaat.

3.6.3.2

Voor- en nadelen

Voordelen: •

Deze anodes bezitten een lange levensduur, tot 50 jaar;

•

Geringe dekkingen vormen geen probleem;

•

Er wordt beschermd van binnenuit;

•

Is onzichtbaar na afwerking;

•

De anode zit beschut in de betonconstructie en kan daardoor niet beschadigd worden. Reparatie methodes

107

Nadelen: •

Voor de aanbrenging van de anode moeten er gaten geboord worden in het betonoppervlak;

•

Wanneer de anode in de betonconstructie wordt geplaatst, mag deze de wapening niet raken. Dit zou kortsluiting veroorzaken;

•

Bij dit systeem zijn er meestal vele afzonderlijke anodes nodig, wat resulteert in de hoge kostprijs;

•

Stroomverbruik verminderd volgens de afstand verwijderd van de anode;

•

Er is ook bekabeling nodig en kan zichtbaar blijven;

•

Doordat de anodes worden ingeboord, kunnen er na enkele jaren problemen ontstaan met het grensvlak tussen de anode en het beton. Dit verkort de levensduur van een systeem met deze anodes en moeten ze vervangen worden.

3.6.3.3

Verschillende types

Zoals hierboven al vermeld, zal gebruik gemaakt worden van titanium strips of pinnen. Ook bestaat er een soort keramische anodes. Beiden worden hieronder toegelicht.

Titanium anodes: de titanium-strippen De titanium-stippen anodes (eerder dit hoofdstuk besproken) kunnen ook hier geplaatst worden, wanneer de strippen worden ingezaagd in het betonoppervlak.

Reparatie methodes

108

Titanium anodes: de titanium-inbooranode Dit type van anode heeft enkele voordelen t.o.v. de andere soorten anoden. •

De installatie van de anoden is vrij eenvoudig en zeer snel;

•

Er is enkel boorgereedschap nodig om de anode in te brengen;

•

Er is geen verhoging van het gewicht van de constructie;

•

Er is ook monitoring mogelijk;

•

De anode kan geen onthechting vertonen met het betonoppervlak;

•

De stroom naar de verschillende zones kan individueel geregeld worden;

•

De speciale samenstelling van specie, die gebruikt wordt voor het vastzetten van de anodes, zorgt voor een hoger anode stroomdichtheid dan een specie op basis van cement.

Figuur 78 : Voorstelling van de werking van titanium-inbooranodes en plaatsing

Reparatie methodes

109

Figuur 79: Voorstelling van de positionering van de inbooranodes in een constructie

Voorbeelden van titanium-inbooranodes: •

Duranode, Cathodic Protection International;

•

…

keramische anodes Een betere omschrijving van deze anode is de titaniumoxide keramische anode. Deze anode wordt bevestigd in een voorgeboord gat, dat enkele millimeters groter is dan de anode. Daarna wordt de anode samen met cement-grout in het boorgat geplaatst. De aansluitingen zijn zoals bij al de andere systemen. De anode wordt verbonden met de plus-pool en de kathode met de min-pool. Deze anode verzekert ook een 100 mV depolarisatie waarde.

Figuur 80: keramischeinbooranodes

Ze vindt vooral haar toepassing bij kathodische bescherming en niet bij kathodische preventie. Voorbeelden van keramische-inbooranodes: •

Ebonex, Vector Corrosion Technologies;

•

….

De mortels Reparatie methodes

110

De mortel voor de titanium-inbooranodes moet voldoen aan de eisen van de fabrikant. Enkel zo kunnen de anodes optimaal werken. Vaak zullen deze anodes ingebed zijn in een andere materie. Aan de hand daarvan wordt dan het soort mortel bepaald, naargelang de geleidbaarheid die men wenst, om een optimaal rendement van de anodes te bekomen. De mortel voor het inbedden van de keramische inbooranodes, moet op basis van portlandcement zijn. De fabrikant van deze producten geeft de eisen weer waaraan de mortel moet voldoen om tot het beste resultaat te komen. Ze leveren ook zelf een geschikte mortel.

Reparatie methodes

111

3.7

Passieve kathodische bescherming

3.7.1

Principe

Bij deze methode wordt gebruik gemaakt van zelf opofferende galvanische anodes. Hierbij wordt geen gebruik gemaakt van een aparte voeding en bekabeling, het anodemateriaal zal zelf de beschermstroom genereren. De meeste besproken soorten opofferingsanodes worden in onze streek niet toegepast. Meestal grijpt men naar systemen zoals hierboven voorgesteld. Een galvanische anode offert zich op voor het wapeningsstaal. Dit zou kunnen aluminium, zink en magnesium zijn. Dit zijn onedeler metalen dan het te beschermen wapeningsstaal. De elektrochemische potentialen van deze materialen ten opzichte van waterstof zijn respectievelijk -1,67 V, -0,76 V en -2,34 V. De elektrochemische potentiaal van staal ten opzichte van waterstof is -0,44 V. Uit deze spanningsreeks blijkt dat magnesium de grootste spanningspotentiaal bezit t.o.v. ijzer. Echter zal in de praktijk meestal zink worden gebruikt als opofferingsmateriaal, omdat dit goedkoper zal zijn. Het principe van de opofferingsanodes berust op het volgende. Wanneer twee metalen zijn verbonden in hetzelfde elektrolyt, dan zal het metaal met de hoogste potentiaal voor corrosie (of het meest elektro-negatieve) zijn elektronen afstaan aan het edeler metaal. De anode zal langzaam worden verbruikt. De snelheid waarmee dit gebeurt is afhankelijk van de mate van corrosie en de verhouding tussen de hoeveelheid anodemateriaal en het te beschermen staaloppervlak. Aan het wapeningsstaal worden elektronen toegevoegd die afkomstig zijn van de opofferingsanode, volgens volgende reacties, afhankelijk van het gebruikte opofferingsmateriaal:

Reparatie methodes

112

3.7.2

Voor- en nadelen

Voordelen: •

Het systeem is eenvoudig aan te brengen op de constructie;

•

Er moet geen voeding, bekabeling worden voorzien;

•

Ook dienen er geen al te grote betonreparatiewerken te worden uitgevoerd;

•

Er is er geen gevaar voor kortsluiting, zoals bij de andere anode-systemen.

Nadelen: •

Dit anode-systeem heeft een korte levensduur, doordat de anode wordt opgebruikt binnen een bepaalde tijd;

•

Bij sommige types kan er geen esthetisch oppervlak bekomen worden, waardoor deze methode niet rap zal toegepast worden bij gebouwen en bruggen;

•

Er wordt geen monitoring-systeem aangesloten Normaal is het systeem met opofferingsanodes dus niet controleerbaar naar de goede werking via depolarisatiemethode en metingen. Indien er toch op een bepaalde manier een systeem wordt geïntegreerd waarbij er metingen kunnen worden verricht, dan nog zijn deze in de meeste gevallen zinloos omdat dit systeem niet bijregelbaar is.

Wel komen deze anoden veel voor bij de zogenaamde ‘kwaaitaalvloeren’ en ‘mantavloeren’. In Nederland zijn verschillende firma’s gespecialiseerd in het behandelen van deze vloeren met opofferingsanoden.

3.7.3

Verschillende types

In dit deel worden de verschillende galvanische anodes even toegelicht. Er kunnen in de praktijk verschillende types gebruikt worden, met elk hun specifieke kenmerken.

Reparatie methodes

113

Er kan hier opnieuw een indeling worden gemaakt, naar de anodes die aan het oppervlak worden geplaatst en anodes die in het beton worden bevestigd. De zogenaamde ingeboorde zink-anodes.

3.7.3.1

Oppervlakte anodes

Bij deze categorie is ook een indeling mogelijk. Een indeling naar drie types kan volstaan om het toepassingsgebied te omschrijven.

Figuur 81: Schematische voorstelling van een anode-systeem op basis van opofferingsanoden

Arc Spray Zinc (ASZ)

Hierbij worden zink en zinklegeringen thermisch op de betonoppervlakken gespoten als coatings. Er wordt een dun laagje van 250 tot 500 µm gevormd. Door nagels in te brengen die enerzijds het wapeningsstaal raken en anderzijds de zinklaag, zal het circuit gesloten worden. Indien de wapening blootligt, zal dit voor contact zorgen en moeten er geen extra nagels meer worden aangebracht (zie onderstaande figuren).

Reparatie methodes

114

Dit kan zowel worden toegepast in zeegebieden als op andere plaatsen. Eveneens is het mogelijk deze techniek toe te passen op plaatsen waar het betonoppervlak niet om esthetische redenen hoeft gerepareerd te worden. Deze methode kan zowel als kathodisch preventie en bescherming gebruikt worden. Het vindt vooral zijn toepassing op bruggen, omdat grote oppervlakken op deze manier vrij vlug kunnen behandeld worden. Dit is ook een techniek die gebruikt wordt voor het metalliseren van metaaloppervlakken.

Figuur 82: Voorstelling van hoe het systeem werkt en tot stand komt

Reparatie methodes

115

Figuur 83: Aanbrengen van een Arc Spray, waarbij geen reparatie van hetbetonoppervlak werd gedaan. De zinklaag maakt direct contact met de wapening.

Voorbeelden van Arc Zinc Spray producten: •

Galvanode ASZ+, Vector Corrosion Technologies;

•

…

Reparatie methodes

116

Zinc Layer Anode (ZLA) Hier berust de werkwijze terug op het feit dat zink een hoger negatief potentiaal heeft dan staal waardoor het zink elektronen zal afstaan aan het staal en het daardoor zal gaan beschermen. Het systeem bestaat uit een strip zink met een dikte van 250 µm. Deze worden voorzien van een ionisch geleidende kleeflaag waarmee ze op het betonoppervlak worden bevestigd. De geleidende kleeflaag fungeert als elektrolyt en als drukgevoelige lijm. Als verbinding tussen de wapening en de anode, wordt een nagel tot aan de wapening geslagen (zie figuur 94).Het circuit wordt gesloten doordat de ionische stroom door de hydrogel zal stromen. Ook hier wordt het staal de kathode in het circuit, waardoor de corrosie zal stoppen. Om de installatie te vervolledigen kan de zinkanode nog behandeld worden met verf om een esthetisch oppervlak te bekomen. De aanwezige betonschade wordt handmatig gerepareerd met hoogwaardige reparatiemortel. Daarna wordt de zinc-hydrogel anode aangebracht. Bij dit systeem is dus geen voeding nodig en zijn er geen elektrische aansluitingen gewenst. Er is geen speciaal onderhoud nodig en er zijn geen monitoringkosten. Dit zijn zelf regelende systemen.

Reparatie methodes

117

Figuur 84: Voorstelling van de werking van het systeem

De volgende kenmerken kunnen worden toegekend aan het systeem: •

Visueel hoogwaardig eindresultaat;

•

Geen beperkingen bij gebruik kruipruimte na aanbrenging (toepassing op kwaaitaalvloeren);

•

Geen zichtbare betonschade meer;

•

Snelle uitvoering;

•

Weinig overlast in tijd, stof en lawaai;

•

Geen bekabeling of externe stroombron nodig;

•

Duurzaamheid van ongeveer 22 jaar;

•

Economisch aantrekkelijk bij geringe betonschade.

Het systeem met zinc-layer anode heeft ook drie belangrijke eigenschappen: •

Ondergrond moet ontdaan worden van verf en andere isolerende materialen;

•

Doeltreffendheid: dit anode-systeem stopt corrosie van het staal in beton;

•

Veelzijdigheid: het systeem kan aangebracht worden, boven, onder, aan de zijkant, etc. Is uitvoerbaar in verschillende afmetingen, etc. Het systeem wordt aangepast aan de behoeften van de te beschermen constructie;

Reparatie methodes

118

•

Economisch: het systeem vraagt weinig onderhoud. Wanneer wenselijk kunnen de prestaties van het systeem toch via monitoring opgevraagd worden.

Een voorbeeld van een Zinc-Layer Anode: •

3M Zinc-Hydrogel Anode 4727;

•

…

Figuur 85: Installatie van het systeem

Reparatie methodes

119

Figuur 86: Een afgewerkte kwaaitaalvloer, behandeld met een Zinc-Hydrogel Anode

Bij dit systeem zou een monitoringsysteem kunnen worden ingebouwd. Door de pennen, die in het beton worden geschoten om contact te maken met de wapening, te voorzien van een soort schakelaar kunnen deze schakelaars bediend worden en zo zou een depolarisatiemeting mogelijk zijn. De vraag is natuurlijk wel of het economisch interessant is om een systeem te gaan integreren, terwijl er geen enkele mogelijkheid is om aanpassingen te doen aan het KB-systeem. Hierdoor kan enkel een besluit genomen worden of het systeem al dan niet doeltreffend is.

Reparatie methodes

120

Zinc Mesh In deze categorie zijn er opnieuw enkele verschillende systemen onder te verdelen. Zo bestaat er het Lifejacket (LJ) systeem. Dit systeem wordt veelal in maritieme omgeving gebruikt, zoals voor pijlers van pieren. Vooral elementen die constant onderhevig zijn aan de invloeden van eb en vloed komen in aanmerking. Het systeem wordt rond een pijler geplaatst en bestaat uit twee halve delen, vervaardigd uit glasvezel. Elk deel bevat eveneens een zinken net en de nodige aansluitdraden. Deze twee helften worden, na het verwijderen van het slechte beton en het roest van de wapeningen, geplaatst rond de pijlers. Daarna worden ze volgestort met een chloride verzadigd beton. Éénmaal dit is uitgehard, worden de elektrische draden verbonden en kan de werking van het systeem starten.

Dit LifeJacket syteem is: •

Een zelf regelend systeem;

•

Vrij eenvoudig te installeren;

•

Onderhoudsvrij;

•

Biedt lange bescherming;

•

Garandeert een depolarisatiewaarde van 100 mV, hierbij is monitoring voorzien. Er worden verschillende referentie-elektrodes ingebouwd in de kasten;

•

Geen externe voedingsbron vereist;

•

De ommanteling is verkrijgbaar in verschillende afmetingen en groottes.

Reparatie methodes

121

Figuur 87: Afbeelding van de twee helften, het net is duidelijk herkenbaar. De aansluiting tussen de twee helften gebeurd door een soort tand en groef verbinding.

Figuur 88: Bij dit systeem is het mogelijk een monitoring systeem te integreren

Reparatie methodes

122

Figuur 89: Het eindresultaat

Er is ook nog sprake van een gelijkaardig systeem, Galvashield FM/FMA. Hierbij wordt eveneens een zinken net gebruikt. Dit

wordt

op

omgevingen

muren

in

bevestigd,

maritieme op

een

gelijkaardige manier zoals titaniumnetten worden aangebracht. Weliswaar is hier de voedingsbron opnieuw niet aanwezig. Na de netten te hebben bevestigd, wordt opnieuw

een

mortel

op

het

net

Figuur 90 Aanbrenging van een Galvashield FM/FMA

aangebracht. Deze systemen zijn allemaal via Fosroc en Vector Corrosion Technologies te bekomen.

Reparatie methodes

123

3.7.3.2

Ingeboorde zink-anodes

Deze anodes zijn ontworpen om te integreren in de betonconstructie, waarbij traditionele reparatiewerken worden uitgevoerd. Door het restaureren zal de corrosie weggenomen worden. Weliswaar komt deze na een tijdje zeker en vast terug. Daarom worden deze anodes als kathodische preventie geïntegreerd in de gerepareerde zone. Deze anodes worden ingebouwd in de zones waar nieuwe reparatiemortel en het oude beton elkaar raken.

Figuur 91: Voorstelling en bevestiging van een dergelijke anode

Reparatie methodes

124

Eerder is al beschreven wat de problemen zijn in deze overlappingszones. De onderstaande figuren verduidelijken deze problematiek nog eens en geven duidelijk aan wat de werking is van deze opofferingsanodes. In de donkere plek op figuur is reparatiemortel aangebracht. Nu is het zo dat bij traditionele reparatiewerken, er een nieuwe corrosiehaard zal ontwikkelen net naast de gerepareerde plaats. Dit is elektrochemisch aangeduid op de eerste onderstaande figuur. Door nu een galvanische anode tijdens de reparatiewerken in het beton in te storten, zullen elektronen geleverd worden aan de plaats naast de reparatie, waardoor er zich geen corrosiehaard meer kan ontwikkelen.

Figuur 93: Chemisch proces bij traditionele reparatiemethoden

Figuur 92: Oplossing door een anode te integreren in de reparatiemortel

Reparatie methodes

125

Er bestaan ook zwaardere types van deze anode, die dan ook kunnen geïntegreerd worden in de constructie wanneer er al corrosie aanwezig is. Voor een zo goed mogelijke bescherming, moet de anode zo dicht mogelijk bij de overlappingszone worden geïnstalleerd. Toch moet ze nog volledig omringd zijn met nieuwe reparatiemortel. De anode moet ook voldoende betondekking hebben. Ook hier mag geen reparatiemortel gebruikt worden die een hoge weerstand heeft. Bij de installatie van deze patches, moet het oude beton worden verwijderd, zoals in traditionele reparatiemethoden. De wapeningsstaaf moet ontdaan worden van het meeste roest, om zo tot een goede verbinding te komen. Ook hier moet de weerstand maximaal 1 Ω zijn. Nadat de anodes zijn geïnstalleerd volgens de bepalingen van de fabrikant, kan de beton gestort worden. Voorbeelden van deze type van anodes: •

Galvashield XP, Vector Corrosion Technologies;

•

Galvashield XP+, Vector Corrosion Technologies;

•

Galvashield CC, Vector Corrosion Technologies;

•

…

Reparatie methodes

INSPECTIEMETHODESMETHODES

Recommend Documents