Dit is de minst bekende toepassing van kathodische bescherming, en tegelijk de toepassing die technisch het dichtst bij KB van wapening in beton ligt. Wie het als een randgeval van “KB op staal” behandelt, komt tot de verkeerde ontwerpaanpak.
Waarom dit dichter bij beton staat dan bij een damwand
Bij een damwand in zeewater of een leiding in de grond is het elektrolyt de bodem of het water. De anodes staan op afstand, de stroom loopt door een groot, redelijk homogeen medium en de ontwerpaanpak is daarop gebaseerd.
Bij staal dat is ingemetseld of achter een natuurstenen schil zit, is het metselwerk zelf het elektrolyt. Net als bij beton is dat een vast, poreus materiaal met een hoge en sterk wisselende weerstand, waarin je de anode zorgvuldig moet verdelen om overal bij het staal te komen.
Het gevolg: ontwerp, uitvoering en monitoring gaan vrijwel hetzelfde als bij KB van wapening in beton. Zone-indeling, referentie-elektroden bij het staal, depolarisatiemeting volgens NEN-EN-ISO 12696, een regelbare voeding met instant-off. Wie KB in beton beheerst, herkent hier alles.
In Nederland wordt het al ruim twintig jaar toegepast op staalprofielen en ankers, onder meer in monumenten.
Het schadebeeld
In veel gevels uit het eind van de negentiende en de eerste helft van de twintigste eeuw zitten stalen liggers, kolommen, ankers en spouwankers ingemetseld of weggewerkt achter een schil van baksteen of natuursteen. Vaak zonder enige conservering, want dat was destijds niet gebruikelijk.
Vocht dringt binnen via voegen, scheuren, defecte waterslagen en lekkende goten. Waar het staal nat wordt, begint corrosie. Roest neemt aanzienlijk meer ruimte in dan het staal waar het uit ontstaat, en die volumetoename moet ergens heen.
Het resultaat kent iedereen die met oude gevels werkt: voegen die opengedrukt worden, metselwerk dat scheurt, natuursteen dat barst of afschilfert, en in het slechtste geval delen die loskomen. In een straat is dat meteen een veiligheidsprobleem.
Bij kustobjecten en op plekken waar gestrooid wordt, komt chloride erbij en gaat het sneller.
Drie situaties die je het vaakst tegenkomt
Het klinkt als een verzameling losse gevallen, maar in de praktijk komen er drie terug.
Stalen profielen in de gevel, met name lateien. Boven raamopeningen en doorgangen zit vaak een stalen latei die het metselwerk erboven draagt. Die ligt ingemetseld, is meestal niet geconserveerd, en vangt precies het water dat langs de gevel naar beneden loopt. Roest drukt daar de bovenliggende lagen omhoog en zet de aansluiting boven het kozijn open. Voorbeelden waar CPS het materiaal voor leverde: het Hooghiemstra-gebouw in Utrecht en De Porceleyne Fles in Delft.
Met metselwerk beklede staalconstructies. Bij hoogbouw uit de eerste helft van de twintigste eeuw is de hoofddraagconstructie van staal, met een schil van metselwerk of natuursteen eromheen. Kolommen en liggers zitten daar volledig in verpakt. Corrosie blijft daardoor onzichtbaar tot het metselwerk gaat scheuren, en bereikbaarheid is een probleem op zich. Voorbeeld: de Boerentoren in Antwerpen, ook bekend als de KBC-toren.
Staalprofielen in troggewelfvloeren. Een vloerconstructie van stalen liggers met daartussen gemetselde gewelven, veel toegepast in oudere utiliteitsbouw. Het staal ligt in of tegen het metselwerk en corrodeert waar vocht bij komt, vaak vanaf de bovenzijde. Voorbeelden: een gebouw aan de Professor Röntgenstraat in Apeldoorn en een vloer in de utiliteitsbouw te Nieuwersluis.
Wat deze drie gemeen hebben: het staal draagt, het zit uit het zicht, en je merkt het pas als het metselwerk het je vertelt.
Waarom hakken hier meestal geen optie is
De traditionele aanpak is het staal blootleggen, ontroesten, conserveren en het metselwerk terugzetten.
Bij een monument stuit dat op drie dingen tegelijk. Je moet origineel materiaal verwijderen om erbij te komen. Natuursteen dat je uitneemt, komt zelden ongeschonden terug. En je bereikt alleen wat je hebt blootgelegd, terwijl het staal doorloopt achter delen die je niet openmaakt.
Kathodische bescherming keert dat om. Je legt de corrosie langs elektrochemische weg stil zonder het staal bloot te leggen, en je bereikt daarmee ook de delen waar je fysiek niet bij kunt. Dat is dezelfde redenering als bij chloridehoudend beton dat mag blijven zitten. Zie wat KB met je constructie doet.
Het anodesysteem
Drie producten doen hier het werk, en de keuze ertussen gaat vooral over of je een voeding wilt en over hoe het staal ligt.
| Product | Systeem | Waar |
|---|---|---|
| CPS TC titaniumcilinder | opgedrukte stroom | in een geboord gat, de standaardroute |
| CPS TS titaniumstrip | opgedrukte stroom | in de voeg, waar het voegwerk toch vervangen wordt |
| CPS GX100-DI discrete zinkanode | galvanisch | in een geboord gat, zonder voeding |
CPS TC in een boorgat is de gebruikelijke route. Je boort in de voeg en niet in de steen, plaatst de anode en werkt de voeg af in de bestaande kleur en structuur. Aan de buitenzijde is er daarna vrijwel niets van te zien, en dat is bij erfgoed doorslaggevend. Zie booranodes.
CPS TS in de voeg ligt voor de hand als het voegwerk toch aan vervanging toe is, en dat is bij een gevel van deze leeftijd vaak zo. Je slijpt de voeg uit, legt de strip in, en voegt opnieuw af. Twee werkzaamheden in één gang, en een lijnvormige anode die de stroom mooi verdeelt over een ingemetselde ligger.
CPS GX100-DI is de galvanische variant, in een boorgat en zonder voeding. Aantrekkelijk bij een gevel waar je geen kast, kabels en netaansluiting wilt, of bij een beperkt aantal losse ankers. De keerzijde is dezelfde als altijd bij galvanisch: het zink is eindig en je kunt niet bijregelen. Zie galvanisch of ICCP.
Bij de twee ICCP-routes werk je de bekabeling en de voeding weg aan de binnenzijde, in een schacht of achter een valse vloer, precies zoals bij monumentale betonobjecten.
De vier ontwerpvragen die hier extra spelen
Is het staal elektrisch continu? Dit is de belangrijkste, en het antwoord is vaak nee. Losse ankers en afzonderlijk ingemetselde profielen zijn zelden doorverbonden. Zonder continuïteit bescherm je een deel en denk je dat je alles doet. Meten met een LCR-meter en waar nodig alsnog verbinden.
Waar zit het staal precies? Detectie is hier lastiger dan in beton, doordat metselwerk heterogeen is en de ligging vaak niet gedocumenteerd. Dit bepaalt het boorpatroon volledig.
Hoe is de vochthuishouding? Vocht is het elektrolyt én de oorzaak. Een gevel die structureel nat staat door een defecte goot, pak je eerst aan. Bescherming daarna.
Wat mag zichtbaar zijn? Leg dat vóór het ontwerp vast met de eigenaar en waar van toepassing de monumentenzorg. Bij erfgoed bepaalt dat het anodetype meer dan de techniek. Zie KB op erfgoed en monumenten.
Meten en beheren
Hier is er geen verschil met beton. Referentie-elektroden bij het staal, depolarisatiemeting om aan te tonen dat de bescherming voldoet, en uitlezen op afstand zodat niemand voor een halfjaarlijkse meting een steiger hoeft te zetten. Zie referentie-elektroden.
Plan een technische intake met het CPS-team. Vertel om wat voor gevel het gaat, wat er bekend is over de ligging van het staal en wat er zichtbaar mag zijn, dan bepalen we samen of dit met booranodes in de voegen kan.
Vraag de datasheets aan van CPS TC, CPS TS en CPS GX100-DI.