KB wapeningsstaal

Het is nog niet zo lang geleden dat beton werd beschouwd als een uitermate duurzaam materiaal dat geen onderhoud nodig had. Dit imago is inmiddels flink aangetast, doordat in de afgelopen 20 jaar diverse grote schadegevallen aan betonconstructies zijn opgetreden en deze in de media nog eens flink zijn opgeblazen. Hoewel betonconstructies onderhouden dienen te worden blijken de kosten van dit onderhoud doorgaans laag te zijn.

Omvangrijke betonschade en daaraan verbonden hoge reparatiekosten komen echter nog steeds voor. Over de inwendige en uitwendige oorzaken van de directe of indirecte aantasting van het beton die tot deze schade leiden, is veel bekend. Omvangrijke betonschade is met de huidige kennis te voorkomen en in die gevallen dat deze toch optreedt effectief te herstellen. Voor een effectief herstel is het noodzakelijk de optredende schademechanismen door middel van betononderzoek te identificeren. Inmiddels is het besef algemeen geworden dat duurzaamheid geen vanzelfsprekende eigenschap van beton is.

Waarom zit er wapeningsstaal in beton?

Beton is een bouwmateriaal dat met name de laatste decennia met grote regelmaat wordt toegepast.

De belangrijkste eigenschappen van beton als constructiemateriaal zijn de duurzaamheid, de hoge druksterkte en de lage treksterkte. De lage treksterkte is natuurlijk geen positieve eigenschap, maar kan goed gecompenseerd worden door wapening aan te brengen in de trekzones van een constructie.

Wat is gewapend beton?

De meeste betonnen constructies zijn voorzien van wapening. Beton is een materiaal dat goed bestand is tegen druk maar slecht tegen trek, staal is juist sterk in het trekspanningen. Door staalwapening aan te brengen in de locaties waar de grootste trekspanningen optreden, worden de sterke eigenschappen van beide materialen gecombineerd tot een goede samenwerking.

Bij het inschatten van betononderhoud is het van belang enig inzicht te hebben in de constructieve functie van het wapeningsstaal en de hierbij behorende locatie. Relevant is dit bijvoorbeeld bij de beoordeling van een geconstateerde corrosie van de wapening: is het urgent, moet er onderstempeld worden of betreft het slechts een esthetisch probleem.

Roestend staal in beton

Soms roest de wapening in beton, maar meestal niet. In een onbeschermde toestand zal staal altijd willen roesten (corroderen). Staal is namelijk ten koste van veel energie uit de natuurlijke vorm erts (ijzeroxide) gemaakt en zal, indien het niet beschermd wordt, terugkeren naar zijn (natuurlijke) oxidevorm.

In beton doet de gelukkige omstandigheid zich voor dat het staal omgeven wordt door een alkalisch milieu met een pH die zelfs groter is dan 12. Hierdoor bezit het staal in “gezond” beton een passiveringslaag die ervoor zorgt dat de wapening niet zal roesten.

Deze voor staal gunstige omgeving kan echter veranderen in een aantastende omgeving door carbonatatie van het beton en een teveel aan chloride in het beton. zodat het staal wel degelijk kan gaan roesten. De nadelige gevolgen van deze roestvorming zijn:

• De staaldoorsnede wordt kleiner zodat de sterkte afneemt;
• Eventuele kerfwerking op de wapening, waardoor spanningscorrosie kan optreden (voornamelijk bij voorspanstaal);
• Roestproducten hebben een veel groter volume dan staal en zullen daardoor delen van het beton losdrukken;
• Losgedrukte betonschollen kunnen omlaag vallen, met gevaar voor bijvoorbeeld voorbijgangers; en
• De noodzakelijke aanhechting van het staal aan het beton gaat verloren.

De oorzaken: carbonatatie van het beton en een teveel aan chloride in het beton zorgen er voor dat handmatige reparatie: het verwijderen van het 'gedegradeerde' beton tot achter de wapening en aan brengen van nieuwe reparatiemortel, een onvoldoende oplossing biedt.

Kathodische Bescherming in beton

Zoals in het voorgaande is beschreven, is wapeningscorrosie de belangrijkste oorzaak van schade aan beton. Corrosie is een elektrochemische reactie, wat betekent dat chemische reacties gepaard gaan met het lopen van stroom. Geladen deeltjes bewegen ten gevolge van deze reacties.

Op dit principe zijn onze batterijen gebaseerd en omdat er ook oplaadbare batterijen zijn, is het direct duidelijk dat door de stroom om te draaien wij de chemische reacties ook in omgekeerde richting kunnen laten verlopen. Ondanks het feit dat niet elke chemische reactie om te keren valt, is het wel zo dat door een stroom te laten lopen de chemische reacties te beïnvloeden zijn. Dit is precies wat we bij kathodische bescherming willen bereiken: het beïnvloeden van het chemische proces: corrosie van staal.

Doormiddel van Kathodisch Bescherming (KB) van het wapeningsstaal in beton kan men het corrosieproces stoppen en op deze wijze een langdurige levensverwachting van de reparatie en de betonconstructie realiseren.

Kathodische bescherming is een potentiële beschermtechniek, welke met name kan worden toegepast bij chloride geïnitieerde wapeningscorrosie en door carbonatatie geïnitieerde corrosie in een vroeg stadium.

Kathodische bescherming van wapeningsstaal in beton heeft een aantal zeer belangrijke voordelen. Zo behoeft, zoals hiervoor reeds is aangestipt, de gecarbonateerde betonschil c.q. het verontreinigde beton niet volledig verwijderd te worden, aangezien de wapening op een andere wijze beschermd zal gaan worden. Slechts de reeds loszittende betondekking dient vooraf verwijderd en hersteld te worden. Corrosieproducten op het staaloppervlak kunnen na het aanbrengen van de genoemde bescherming in principe weinig kwaad (zolang deze geen schade tot gevolg hebben gehad) en worden derhalve niet verwijderd. Dit geldt ook voor eventueel op het staal aanwezige pitten. Een en ander gaat alleen op indien in alle gevallen nog steeds aan de constructieve veiligheid van de constructie wordt voldaan. Met andere woorden de toelaatbare afname van de staaldiameter is beperkt. Al met al wordt de overlast ten gevolge van het betonherstel beperkt en wordt een geavanceerd systeem aangebracht dat in staat is reeds gestarte corrosie te stoppen.

Verschillende vormen van Kathodische Bescherming in beton

Kathodische bescherming in beton kan in drie verschillende groepen worden onderverdeeld:

Galvanische Kathodische Bescherming (GCP) waarbij een edeler metaal wordt toegepast dat dat het systeem op basis van een natuurlijk lager potentiaal werkt en er geen stroombron nodig is.

Geleidende coating waarbij een coating met geleidende eigenschappen als anode op het betonoppervlak aan wordt gebracht.

Geactiveerd titanium waarbij een anode van geactiveerd titanium (beschikbaar in diverse vormen zoals gaas, strip of inbooranode) in het beton wordt aangebracht.

Elke constructie is uniek en is aan een uniek milieu blootgesteld. Voor de meest efficiënte en economisch voordelige oplossing is een gedegen betononderzoek van de constructie nodig.

Heeft u nog vragen over kathodische bescherming lees verder in onze kennisbank

Wilt u kathodische bescherming toepassen op een constructie? neem voor ondersteuning gerust contact met ons op.