KENNISPLATFORM VOOR KATHODISCHE BESCHERMING
CHLORIDE IN BETON
Een andere oorzaak voor het optreden van corrosie van de staalwapening in betonconstructies is de aanwezigheid van chloride. Chloride kan ondanks een hoge alkaliteit van het omringende beton de passiveringslaag zeer plaatselijk aantasten. Hierdoor ontstaat de zogenaamde putcorrosie. Deze putcorrosie is zeer verraderlijk en constructief gezien gevaarlijk, omdat het staal plaatselijk diep wordt aangevreten, er sprake is van een kerfwerking op de wapening (met name bij voorspanstaal) en er relatief weinig corrosieproducten gevormd worden, waardoor er nauwelijks sprake is van een waarschuwend effect.
Twee bijkomende effecten zijn dat het chloride ter plaatse van de corrosieput vocht aantrekt, zodat bij relatief lage vochtgehalten reeds corrosie kan optreden, en dat het chloride zorgt voor de vorming van zoutzuur in de “put” waarbij ten gevolge van een betere geleidbaarheid van het poriewater de corrosiesnelheid hoog zal zijn. Tenslotte blijkt de voor het corrosieproces van belang zijnde kathode-anode verhouding zeer groot te zijn, waardoor het staal in de put (anode) als het ware versneld opgeofferd wordt om het omringende staal (kathode) te beschermen.
Chloride kan in het beton voorkomen ten gevolge van:
-
Toevoegingen in de vorm van calcium-chloride (CaCl2) om de verharding te versnellen (tegenwoordig verboden);
-
Verontreinigingen in de toeslagstoffen;
-
Indringing waarbij het chloride afkomstig kan zijn van dooizouten, zeewater of rookgassen van ontledend PVC.
Chloride dat is toegevoegd aan de betonspecie of dat is ingedrongen wordt voor een deel gebonden aan het cement. Er blijven echter altijd vrije chloride-ionen over en wel des te meer naarmate het chloridegehalte toeneemt. Dit vrije chloride is van belang in verband met corrosie, omdat deze de geleidbaarheid van water verhoogt, de voor het ontstaan van de corrosie van belang zijnde potentiaalverschillen vergroot, de passiveringslaag plaatselijk aanvreet (pitting) en ter plaatse van deze “pitting” de zuurgraad verlaagt.
Bij carbonatatie van het beton komt de in eerste instantie gebonden chloride vrij, zodat de concentratie van het vrije chloride toeneemt. Hierdoor is de combinatie carbonatatie én chloride extra gevaarlijk, omdat chloridegehalten die in eerste instantie geen corrosie tot gevolg hadden, ten gevolge van deze carbonatatie, inééns wel kritiek kunnen worden.
De mate van indringing van chloride is net als de grootte van de carbonatatiediepte voornamelijk afhankelijk van de kwaliteit van de betonhuid. Deze kwaliteit wordt beïnvloed door de betonkwaliteit zelf, de mate van nabehandeling en de wijze van de verdichting.
Andere factoren die van invloed zijn op de mate van indringing en het effect op wapeningscorrosie zijn het cementgehalte (hoe meer cement, hoe meer chloride er gebonden kan worden), de cementsoort en het optreden van scheuren. Over het algemeen blijkt dat constructies die afwisselend met chloride in aanraking komen en weer opdrogen (spatzones, brugdekken) de grootste kans op schade te lopen. Indien er chloride in het beton aanwezig is, is het ontstaan van corrosie van de volgende factoren afhankelijk:
-
De hoeveelheid aanwezige chloride. De gestelde grenswaarde (VBT 1995/NEN 5950, paragraaf 6.11), waarbij het maximaal toelaatbare gehalte aan chloride in beton met corrosiegevoelige materialen (conventioneel gewapend beton) bij nieuwbouw wordt overschreden, ligt op 0,4 massa% ten opzichte van het cementgewicht. Dit komt afhankelijk van het cementgehalte overeen met circa 0,07 massa% ten opzichte van het betongewicht. Dit wil echter niet zeggen dat boven deze waarde per definitie schade zal optreden. In de literatuur wordt er over het algemeen van uitgegaan dat het voor percentages onder de 0,07 massa% ten opzichte van het betongewicht onwaarschijnlijk is dat een door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie zal optreden, maar dat het optreden van corrosie bij een gehalte boven de 0,15 massa% ten opzichte van het betongewicht vrijwel zeker is.
-
De toegankelijkheid van het staal voor zuurstof. Hierdoor is de roestvorming die onder water optreedt vrijwel verwaarloosbaar.
-
De vochtigheid van het beton. Aangezien de chloride hygroscopisch is, zal het water aantrekken, zodat reeds bij een lage relatieve vochtigheid in het beton voldoende vocht aangetrokken wordt om corrosie te doen ontstaan.
Chlorideschade herkent men aan de volgende kenmerken:
-
Roestsporen op het oppervlak in de vorm van donkere, zwarte vlekken;
-
Over het algemeen een beperkte scheurvorming ter plaatse van de staven;
-
Meestal weinig losgedrukte betondekking;
-
De wapening is plaatselijk geroest en vertoont zwarte roestputten;
-
Er zijn relatief weinig roestproducten; en
-
Acht slaan op omgevingscondities (constructies aan zee, brugdekken, e.d.).
Indien er sprake is van een hoog chloridegehalte, dat bovendien langs een groot deel van de wapening aanwezig is, dan zal de optredende schade vrij veel op carbonatatieschade gaan lijken. In die gevallen zullen de roestvlekken over grotere delen van het oppervlak uitgesmeerd zijn, zal de roestvorming een egaler karakter hebben en zal er “meer” betondekking losgedrukt zijn.
De hoeveelheid chloride die in het beton aanwezig is kan in het laboratorium gemeten worden middels een chemische analyse van het beton, hetzij in de vorm van een titratie hetzij in de vorm van een methode die werkt met een chloride-gevoelige elektrode. In-situ kan er met behulp van een kleur-indicator-test aangegeven worden of er al dan niet chloride in het beton aanwezig is (zilvernitraat met kaliumbichromaat), maar deze test is niet erg betrouwbaar.
Indien het bij de nieuwbouw van een constructie reeds bekend is dat de constructie aan chloride blootgesteld zal worden, zijn preventieve maatregelen mogelijk zoals: zorgen voor een kwalitatief goede betondekking; impregneren of conserveren van het betonoppervlak en het installeren van een kathodisch beschermingssysteem.
Succesvolle reparatie in geval van een door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie vereist een gedegen expertise, een goed advies en een hoge kwaliteit van de uitgevoerde reparatie (inclusief de toegepaste materialen). De ervaring heeft geleerd dat veel reparaties falen ten gevolge van een foutieve toepassingen van materialen, onvoldoende vakkennis bij de uitvoerende en/of inspecterende instantie, een verkeerde interpretatie van de optredende schademechanismen en/of onvoldoende toezicht bij de reparatiewerkzaamheden.
Chlorideschade zou men kunnen repareren door plaatselijk de beschadigde plekken vrij te maken en met de hand een nieuwe dekking aan te brengen. Deze methode geeft echter meestal later weer problemen, omdat er nog vervuild beton aanwezig is, zodat er door deze chlorideconcentratie later opnieuw corrosie plaats kan vinden. Een betere oplossing is het kathodisch beschermen van het staal in het beton.