Vermijden van wapeningscorrosie, ingeleid door de aanwezigheid

Transcriptie

1 De duurzaamheid van beton maakt reeds enkele jaren het voorwerp uit van diverse onderzoeksprojecten binnen het WTCB en het OCCN ( 1 ). Vermits wapeningscorrosie wereldwijd beschouwd wordt als de voornaamste oorzaak van betonschade, dient men er de nodige aandacht aan te besteden. Vermijden van wapeningscorrosie, ingeleid door de aanwezigheid van chloriden in het beton? B. Dooms, ir., technologisch adviseur ( ), onderzoeker, laboratorium Betontechnologie, WTCB V. Pollet, ir., technologisch adviseur ( 3 ), adjunct-departmentshoofd Materialen, technologie en omhulsel, WTCB G. Mosselmans, dr. ir., projectleider, OCCN 1 Inleiding Ongeveer een jaar geleden verscheen er een WTCB-artikel (WTCB-Dossiers nr. 3/7, Katern nr. [31]) over de huidige kennis en het totnogtoe gevoerde onderzoek naar maatregelen om wapeningscorrosie tengevolge van carbonatatie te voorkomen. Naast dit fenomeen is echter ook de aanwezigheid van chloriden in beton een belangrijke oorzaak van wapeningscorrosie. In dit artikel gaan we dieper in op de corrosie, veroorzaakt door chloriden, en worden enkele preventieve maatregelen voorgesteld. Chloriden en putcorrosie De in het beton aanwezige wapening wordt normaalgesproken beschermd tegen corrosie door een passivatielaag aan het staaloppervlak [31]. Deze passivatielaag kan aangetast worden door de carbonatatie van het beton rondom de wapeningen en de hiermee gepaard gaande ph-verlaging. Chloriden zijn op zich onschadelijk voor het beton. Indien hun concentratie in het poriënwater rondom de wapeningen echter voldoende hoog is, kunnen ze aanleiding geven tot zeer plaatselijke corrosiehaarden (ook aangeduid als putcorrosie, zie afbeelding 1), en dit zelfs in een niet-gecarbonateerd beton, waar de wapening beschermd wordt door een passivatielaag. Bij corrosie door carbonatatie grijpt Afb. 1 Putcorrosie door chloriden. de aantasting meestal gelijkmatig over grote lengtes van de wapening plaats. Voornoemde aantasting door putcorrosie kan zeer gevaarlijk zijn vanuit een structureel oogpunt vermits ze aanleiding kan geven tot een sterke vermindering van de wapeningsdoorsnede (zie afbeelding 1). Bovendien worden er slechts weinig corrosieproducten gevormd, zodat de waarschuwende werking van afspringende betonschilfers of scheurvorming wat gewoonlijk wel het geval is bij corrosie door carbonatatie langer achterwege blijft. Tenslotte komen de chloriden na deze corrosiereactie terug vrij in het beton, waardoor ze opnieuw kunnen gaan reageren en hun concentratie op deze plaatsen toeneemt. Deze vorm van wapeningscorrosie uit zich vaak door het uitvloeien van roestproducten via de poriën scheuren in het beton (zie afbeelding ). De omtrek van de wapening begint ook een bruingroene kleur te vertonen, wat duidt op de aanwezigheid van ijzerchloride. 3 Oorzaak van de aanwezigheid van chloriden in het beton De chloriden kunnen vanaf de bereiding van het beton aanwezig zijn in de bestanddelen (onder meer in het zand en het water). De norm NBN B 15-1 (4) [5], de Belgische aanvulling bij de Europese norm NBN EN 6-1 (1) [8], beperkt het percentage aan chloorionen (ten opzichte van de cementmassa) tot,4 % voor gewapend beton of beton met ingesloten metalen, tot, % voor voorgespannen beton en tot 1 % voor niet-gewapend beton. De chloriden kunnen ook in het beton terechtkomen onder de vorm van ionen in de vloeibare fase (de carbonatatie door CO gebeurt daarentegen in de gasfase). Dit verschijnsel treedt vooral op bij constructies aan de kust (vochtige zeewind) of bij beton dat blootgesteld is aan dooizouten (bv. bruggen, wegen, parkings). De chloriden kunnen binnendringen door capillaire opzuiging (in geval van een droog oppervlak) of door diffusie (als het beton verzadigd is), waarbij de eerste mogelijkheid veel sneller is dan de tweede. Bij beton van normale kwaliteit doet de capillaire opzuiging zich enkel voor in de eerste 15 tot mm onder het oppervlak [4]. Bij beton van minder goede kwaliteit kan er daarentegen een opzuiging optreden tot in de eerste 3 mm. Als het beton droogt na de capillaire opzuiging van een chloridenoplossing, verdwijnt het water uit het beton onder de vorm van damp en blijven de chloriden achter. Elke cyclus van bevochtiging en droging leidt dus tot een toename van het chloridengehalte, zodat de kritische concentratie in de betreffende zone vrij snel kan overschreden worden. Een nog diepere binnendringing in het beton is enkel mogelijk door diffusie. De snelheid van binnendringing is in dit geval evenredig met de vierkantswortel van de tijd. ( 1 ) Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk en Technisch Onderzoek der Cementnijverheid. ( ) TD Nieuwe generatie gelijmde betonwapening, gesubsidieerd door het IWT. ( 3 ) TD Réparation du béton, gesubsidieerd door het Waalse Gewest. Afb. Roestsporen aan het oppervlak door de aanwezigheid van chloriden. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 1

2 Tabel 1 Kritisch chloridengehalte ten opzichte van de cement- en betonmassa in een courant, niet-gecarbonateerd beton voor chloriden die aan het beton toegevoegd werden bij het vermengen [16]. % toegevoegde Cl - -ionen t.o.v. de cementmassa % toegevoegde Cl - -ionen t.o.v. de betonmassa Corrosierisico <,6 <,75 Laag,6-1,,75,15 Matig > 1, >,15 Hoog Tabel Kritisch chloridengehalte ten opzichte van de cement- en betonmassa in een courant, niet-gecarbonateerd beton voor chloriden die in het verharde beton binnengedrongen zijn [16]. % binnengedrongen Cl - -ionen t.o.v. de cementmassa Corrosierisico <,4 <,5 Laag,4-1,,5,15 Matig > 1, >,15 Hoog Het totale gehalte aan in zuur oplosbare chloriden in een verhard beton (d.w.z. zowel vrije als chemisch gebonden chloriden), kan bepaald worden volgens de methoden, opgenomen in de normen NBN EN 1469 (7) [13] en NBN B 15-5 (1991) [7]. Deze methoden kunnen ofwel toegepast worden op poederstalen, die bekomen werden door te boren in de constructie, ofwel op poederstalen van betonnen boorkernen die uit de constructie ontnomen werden. De minimale hoeveelheid poeder waarover men voor de analyse dient te beschikken, bedraagt 1 g volgens de norm NBN EN 1469 en 5 g volgens de norm NBN B De boordiameter die men bij het boren dient te gebruiken, is afhankelijk van de afmeting van de in het beton aanwezige granulaten. Indien de maximumdiameter van de granulaten mm bedraagt, is een boor van mm vereist. Opdat het resultaat representatief zou zijn voor alle betonbestanddelen, en niet alleen voor de granulaten, moet in dit geval een poederstaal van minstens g genomen worden. Gewoonlijk neemt men geen stalen uit de oppervlaktelaag (de eerste 5 mm). Het poeder mag uiteraard op verschillende diepten genomen worden. 4 Het kritische chloridengehalte Het is niet mogelijk om een precieze getalwaarde op te geven vanaf dewelke de chloriden de passivatielaag beginnen aan te tasten en de wapening corrodeert. Deze waarde is immers afhankelijk van talloze factoren, zoals aangetoond wordt in afbeelding 3. Afbeelding 3 geeft een idee van het corrosierisico, waarbij naast het kritische chloridengehalte ten opzichte van de cementmassa ook de omgeving en de staat van het beton in aanmerking genomen werd [17]. Uit deze afbeelding blijkt dat het kritische chloridengehalte ten opzichte van de cementmassa voor een gecarbonateerd beton lager is dan voor een niet-gecarbonateerd beton. Dit kan verklaard worden door het feit dat er in dit geval geen passivatielaag moet opgelost worden. Verder blijken er bij de carbonatatie van het beton chemisch gebonden chloriden (die niet deelnemen aan de corrosie) vrij te komen, wat gepaard gaat met een stijging van het gehalte aan vrije (en dus schadelijke) chloorionen. De tabellen 1 en geven een overzicht van het kritische chloridengehalte ten opzichte van de cementmassa voor een niet-gecarbonateerd beton. Er worden twee situaties onderscheiden : ofwel gaat het om chloriden die aan het beton toegevoegd werden bij het vermengen ofwel gaat het om chloriden die in het verharde beton binnengedrongen zijn. Het kritische chloridengehalte ligt duidelijk hoger voor de chloriden die toegevoegd werden bij het vermengen. Dit kan men verklaren door het feit dat een deel ervan zich chemisch zal binden met de cementbestanddelen. 5 Opmeten van het chloridengehalte Kritisch chloridengehalte ten opzichte van de cementmassa (%),4 Goede kwaliteit Slechte kwaliteit % binnengedrongen Cl - -ionen t.o.v. de betonmassa Niet-gecarbonateerd beton Gecorbonateerd beton Bij de keuze van de diameter van de te ontnemen boorkernen dient men eveneens rekening te houden met de maximumdiameter van de aanwezige granulaten. Deze boorkernen, die al dan niet in schijven gezaagd worden (zonder gebruik van een koelvloeistof), worden vervolgens vermalen ter bepaling van het chloridengehalte op verschillende diepten. Vóór hun vermaling worden de boorkernen of schijven gedroogd bij een temperatuur van 15±5 C tot ze een constante massa bereiken. 6 In de normen voorziene preventiemaatregelen Om corrosie tengevolge van chloriden te vermijden, worden er in verschillende normen Relatieve vochtigheid (%) Afb. 3 Kritisch chloridengehalte ten opzichte van de cementmassa, naargelang van de omgevingsfactoren [17]. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina

3 Tabel 3 Milieuklassen, geassocieerd met een door chloriden (niet afkomstig van zeewater) ingeleide corrosie [8]. Milieuklasse Beschrijving Voorbeelden XD1 Matige vochtigheid Betonoppervlakken, blootgesteld aan chloriden uit de lucht XD XD3 Nat, zelden droog Wisselend nat en droog - Zwembaden - Beton, blootgesteld aan chloridenhoudend industriewater - Brugdelen, blootgesteld aan chloridenhoudend spatwater - Verhardingen - Vloeren van parkeerplaatsen voor voertuigen Tabel 4 Milieuklassen, geassocieerd met een door chloriden (afkomstig van zeewater) ingeleide corrosie [8]. Milieuklasse Beschrijving Voorbeelden XS1 Blootgesteld aan zout uit de lucht, maar niet in direct contact met zeewater Constructies bij of aan de kust XS Blijvend ondergedompeld in zeewater of brak water Delen van constructies in de zee XS3 Getijde-, spat- en nevelzone Delen van constructies in de zee voorschriften geformuleerd : zo leggen de norm NBN EN 6-1 en zijn Belgische aanvulling, de NBN B 15-1, een minimaal cementgehalte en een maximale W/C-factor op. In deze documenten wordt tevens een maximaal toelaatbaar chloridengehalte voor de betonbestanddelen vastgelegd (zie 3) de norm NBN EN (5) [1] schrijft op haar beurt een minimale betondekking voor de ontwerpnorm pren 1367 (7) [1] en de norm NBN EN (1) [11] vermelden tenslotte een minimale nabehandelingsduur. In sommige situaties is bovendien een beschermingsbekleding vereist die beantwoordt aan de norm NBN EN 154- (5) [9]. Deze beschermingsmaatregel moet echter enkel voorzien worden in geval van een ongeschikte betonsamenstelling, een ontoereikende betondekking, een erg agressieve omgeving (bv. opslag van Cl - -oplossingen) of indien de gebruiksduur langer is dan deze, voorzien in de norm (d.w.z. langer dan 5 jaar). 6.1 Mi n i m a a l c e m e n t g e h a lt e e n m a x i m a l e W/C-fa c t o r De norm NBN EN 6-1 gaat ervan uit dat een betonconstructie duurzaam is indien deze gedurende haar volledige gebruiksduur op bevredigende wijze weerstand biedt aan de omgeving waaraan ze blootgesteld is. Verder definieert de norm een aantal milieuklassen, in functie van de omgeving waarin het bouwwerk zich bevindt. De milieuklassen, geassocieerd met een door chloriden ingeleide corrosie, worden verder onderverdeeld naargelang van de oorsprong van de chloriden. De milieuklassen XD1 tot XD3 hebben bijvoorbeeld betrekking op gewapend beton of beton met ingesloten metalen, dat blootgesteld is aan water (met uitzondering van zeewater) dat chloriden (waaronder ook dooizouten) bevat (cf. tabel 3). De milieuklassen XS1 tot XS3 hebben dan weer betrekking op gewapend beton of beton met ingesloten metalen, dat blootgesteld is aan zeewater of zeelucht waarin chloriden aanwezig zijn (cf. tabel 4). Volgens de norm NBN EN 6-1 dient de ontwerper van een constructie alle potentiële schademechanismen in aanmerking te nemen. Om het werk van de voorschrijvers te vereenvoudigen, werden in de norm NBN B 15-1 een aantal omgevingsklassen gedefinieerd, Tabel 5 Omgevingsklassen waarin chloriden aanwezig zijn. Omgevingsklasse EE EE4 ES ES1 ( 1 ) ES ( 1 ) Beschrijving Vorst en dooizouten (aanwezigheid van ter plaatse ontdooid, opspattend of aflopend dooizouthoudend water) Geen vorst Vorst Buitentoepassingen Zeeomgeving Voorbeelden Delen van de weginfrastructuur Funderingen onder de vorstgrens, in contact met brak water Buitenmuren van gebouwen, in contact met regen aan de kust ES3 ( ) Ondergedompeld ES4 ( ) Getijden- en spatzones die overeenstemmen met de omgevingsvoorwaarden die het vaakst voorkomen in ons land. Deze indeling houdt niet alleen rekening met de indringing van chloriden, maar ook met andere schademechanismen zoals vorst en carbonatatie [4]. De nieuwe normen voor beton kwamen reeds uitgebreid aan bod in de WTCB-Dossiers [9,3]. Tabel 5 geeft een overzicht van de omgevingen waarin men chloriden kan aantreffen. Aan elk van deze klassen worden door de norm NBN B 15-1 welbepaalde betontypes verbonden, die gekarakteriseerd zijn door een minimaal cementgehalte (C min ) en een maximale W/C-factor (W/C max ) (cf. tabel 6, p. 4). Kaaimuren ( 1 ) Geen contact met zeewater, maar wel contact met zeelucht (tot 3 km van de kust) en/of met brak water. ( ) Contact met zeewater. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 3

4 Tabel 6 Aan de milieuklassen verbonden duurzaamheidseisen ten aanzien van de indringing van chloriden [5]. Milieuklasse XD1, XD, XS1 XD3, XS ( 1 ), XS3 Omgevingsklasse ES1, ES EE4, ES3, ES4 Betontype Beton T(,5) Beton T(,45) C min (kg/m 3 ) 3 34 W/C max,5,45 Minimale druksterkteklasse ( ) ( 3 ) C3/37 C35/45 ( 1 ) Beton T(,5) voor constructies die ondergedompeld zijn in brak water. Brak water wordt op geringe diepte aangetroffen, en dan vooral in de kuststreek, in de polders in de buurst van Diksmuide, in bepaalde polders in Oost-Vlaanderen en in de omgeving van de Antwerpse haven. Deze zones liggen nooit hoger dan 6 m boven het zeeniveau. ( ) Aan de hand van voorafgaande proeven, uitgevoerd in overeenstemming met bijlage J van de norm NBN EN 6-1 (1), kan van deze eis afgeweken worden, voor zover de betonsamenstelling beantwoordt aan de twee basisvoorwaarden inzake de maximale W/C-factor en het minimale cementgehalte. ( 3 ) Niet van toepassing op licht beton. Tabel 7 Vereiste minimale betondekking c min,dur (in mm) om de duurzaamheid van gewapend beton te kunnen verzekeren [1] (*). Structuurklasse Milieuklasse XC1 XC, XC3 XC4 XD1, XS1 XD, XS XD3, XS3 Omgevingsklasse EI EE1, EE EE3 ES ES1, ES3 EE4, ES4 S S S S S S (*) Voor gewapend beton in een chemisch agressieve omgeving (XA en EA) dient men de hoogste c min,dur -waarde te beschouwen die opgelegd wordt voor de andere milieu- en omgevingsklassen. 6. Be to n d e k k i n g De norm NBN EN schrijft voor bouwwerken uit gewapend beton een minimale betondekking (c min,dur ) voor, naargelang van de structuurklasse, de omgevingsklasse en de milieuklasse (cf. tabel 7). Voor een levensduur van 5 jaar wordt in België de structuurklasse S4 aanbevolen. Om rekening te houden met de toleranties tijdens de uitvoering op de werf, moet de minimale betondekking verhoogd worden met Dc dev = 1 mm. In geval van geprefabriceerd beton laten de kwaliteitscontroles toe een geringere betondekking te hanteren. ceerd beton) worden hieromtrent een aantal voorschriften geformuleerd. De ontwerpnorm pren 1367 defi nieert verschillende nabehandelingsklassen voor ter plaatse gestort beton (cf. tabel 8). Deze klassen gelden normaalgesproken voor een nabehandeling van 1 uur, of de tijd die nodig is om een welbepaalde druksterkte te bereiken. De nabehandelingsklasse moet gespecificeerd worden in de uitvoeringsvoorschriften. In de oude norm NBN ENV () [38] werd voor beton in milieuklassen X en XC1 (of binnenomgevingsklasse EI) de nabehandelingsklasse 1 opgelegd. Voor de andere mi- lieu- en omgevingsklassen werd de nabehandelingsklasse 3 aanbevolen. De norm NBN EN bevat op haar beurt een aantal specifieke voorschriften voor geprefabriceerde producten. 7 Proeven ter karakterisering van de weerstand tegen chloriden De methoden die het mogelijk maken de diffusie van chloriden in het beton te karakteriseren, zijn velerlei en kunnen in drie categorieën 6.3 Na b e h a n d e l i n g De nabehandeling omvat alle maatregelen die tot doel hebben de verdamping van het water aan het betonoppervlak te beperken of het oppervlak permanent vochtig te houden. In de Europese ontwerpnorm pren 1367 (uitvoering van betonconstructies) en de norm NBN EN (algemene regels voor geprefabri- Tabel 8 Nabehandelingsklassen [1]. Nabehandelingsklasse Nabehandelingsduur (uur) 1 (*) / / / Percentage van de waarde die gespecificeerd werd voor de karakteristieke druksterkte op 8 dagen / 35 % 5 % 7 % (*) Op voorwaarde dat de bindingstijd niet langer is dan 5 uur en de temperatuur aan het betonoppervlak minstens 5 C bedraagt. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 4

5 ondergebracht worden [34] : diffusieproeven in stationaire toestand diffusieproeven in niet-stationaire toestand elektrische migratieproeven [3] waarbij het diffusieproces versneld wordt. Tijdens deze proeven stellen de bekomen diffusiecoëfficiënten ofwel een proces in stationaire toestand (D s ) ofwel een proces in niet-stationaire toestand (D ns ) voor. In beide gevallen geldt dat het beton beter bestand is tegen de indringing van chloriden naarmate de diffusiecoëfficiënt lager is. Een diffusiecoëfficiënt in stationaire toestand kan niet rechtstreeks vergeleken worden met een coëfficiënt in niet-stationaire toestand. Hij kan evenmin gebruikt worden in voorspellingen van niet-stationaire chloridendiffusie of bij een chloridentransport door absorptie. g 4 Afb. 4 Diffusiecel. Mortelschijf Compartiment 1 Compartiment I M NaCl in verzadigd Voeg PTFE-tape Verzadigd Ca(OH) Ca(OH) 7.1 Diffusieproef in stationaire toestand Deze proef bestaat erin een schijf uit mortel of beton tussen twee compartimenten met een verschillende chloridenconcentratie te plaatsen (zie afbeelding 4) en vervolgens gedurende een welbepaalde tijd de toename van de chloridenconcentratie in het compartiment waar de concentratie aanvankelijk het laagst was op te volgen. De diffusiecel (zie afbeelding 4) wordt beschreven door C.L. Page [8]. Hierin werd een mortelschijf van 3 mm dik gebruikt. In de regel moet de dikte compatibel zijn met de afmeting van de granulaten. In deze cel vormt het verschil in concentratie tussen de twee compartimenten de enige stuwende kracht voor de chloriden, waarvan de flux verondersteld wordt te voldoen een de eerste wet van Fick voor de diffusie in stationaire toestand. Dit betekent dat de chloorionenflux J doorheen een oppervlakte-eenheid proportioneel is met de concentratiegradiënt over de doorsnede : J D dc mole =, (1) s dx scm. waarin D s de diffusiecoëfficiënt voorstelt, en C de concentratie aan chloorionen in de schijf op een diepte x. De chloorionenflux J kan ook berekend worden aan de hand van de toename in de tijd van de chloridenconcentratie in compartiment : J V A dc dt =. () Als men de vergelijkingen 1 en aan elkaar gelijkstelt en ervan uitgaat dat de stationaire toestand bereikt werd, bekomt men de volgende uitdrukking : V A dc ( D C C 1 ) =, (3) s dt l waarbij : V = het volume van de oplossing in compartiment (in cm 3 ) A = de transversale oppervlakte (in cm ) D s = de diffusiecoëfficiënt van de chloorionen doorheen de schijf (in cm /s); men gaat ervan uit dat deze coëfficiënt onafhankelijk is van de concentratie l = de dikte van de schijf (in cm) C 1 en C = de respectievelijke concentratie van de chlo ridenoplossing in de compartimenten 1 en (in mol/cm 3 ) t = de tijd (in s). Vermits de parameter C 1 veel groter is dan C, kan vergelijking 3 als volgt uitgedrukt worden : Vl dc D. (4) AC dt De coëfficiënt D s kan dus berekend worden aan de hand van de helling van de rechte bekomen in stationaire toestand die de concentratie aan chloorionen in compartiment (C ) in functie van de tijd (t) voorstelt. Aangezien dit proces langzaam is, wordt deze methode traditioneel gebruikt om een flux doorheen dunne schijven cementpasta te meten. Voor de bepaling van de diffusie doorheen betonnen schijven wordt een gelijkaardige methode aangewend. Bij toepassing op schijven hogesterktebeton met aanzienlijke dikte (> 5 mm) zou deze methode waarschijnlijk meerdere jaren vergen. Ze is met andere woorden niet geschikt voor de beoordeling van dergelijke betonsamenstellingen. 7. Di f f u s i e p ro e f in n i e t-s tat i o n a i r e to e s ta n d s = 1 In niet-stationaire toestand kan de diffusiecoëfficiënt van het beton berekend worden aan de hand van het chloridenprofiel van proefstukken die in contact hebben gestaan met een oplossing met een gekende concentratie (in het laboratorium) of van proefstukken die blootstonden aan zeewater of een besproeiing met zout. Dit profiel kan opgesteld worden door een aantal monsters te nemen op verschillende diepten en vervolgens over te gaan tot de bepaling van hun chloridengehalte. De schijnbare diffusiecoëfficiënt kan bepaald worden met behulp van de tweede wet van Fick : dc dt = D ns dc dx. (5) Door gebruik te maken van de beginvoorwaarde (C x = C s, x =, t > ) verkrijgt men de volgende formule, aan de hand waarvan het mogelijk is de diffusiecoëfficiënt te berekenen [3] : Cxt (, )= C C C erf x s ( s i), (6) 4Dt e waarbij : C(x,t) = de chloridenconcentratie op een diepte x na een blootstellingsduur t (in massapercent) C s = de grenswaarde aan het blootgestelde oppervlak (in massapercent) C i = de initiële chlo ridenconcentratie in het beton (in massapercent) x = de diepte onder het blootgestelde oppervlak (in m) D e = de effectieve diffusiecoëfficiënt in nietstationaire toestand (in m /s) t = de blootstellingsduur (tot op 5 uur nauwkeurig) (in s) erf (foutfunctie) = z erf()= z exp( u ) du. (7) π De in de Verenigde Staten ontwikkelde methode AASHTO T59 [] is gebaseerd op dit principe. Hier zijn de proefstukken op het ogenblik van de proef echter droog, zodat er WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 5

6 niet alleen diffusie van chloriden optreedt, maar ook absorptie. Om dit effect te vermijden, voorziet de Finse methode Nordtest method NT Build 443 [6] een voorafgaandelijke verzadiging van de proefstukken met een Ca(OH) -oplossing. In de norm NBN B 15-1 (8) [6] ter beoordeling van de gebruiksgeschiktheid van cement wordt deze proefmethode aanbevolen voor de evaluatie van de weerstand tegen chloridendiffusie. De CUR-Aanbeveling nr. 48 [15] betreffende het geschiktheidsonderzoek van nieuwe cementen voor toepassing in beton beschrijft een gelijkaardige proefmethode. Beide procedures zijn gebaseerd op de Deense methode APM 3 [1]. De norm NBN EN (4) [1] (producten en systemen voor het beschermen en herstellen van betonconstructies) maakt eveneens gebruik van de niet-stationaire toestand voor de bepaling van de indringing van chloorionen. Met deze methode wordt enkel het chloridengehalte op verschillende diepten en verschillende tijdstippen bepaald en niet de diffusiecoëfficiënt. 7.3 Elektrische migratieproeven AASHTO T7-proef (Rapid chlorid permeability test) en voorgestelde wijzigingen Aangezien de diffusie van chloriden redelijk veel tijd vraagt, werden er een aantal technieken op punt gesteld die gebruik maken van een elektrisch veld [34,3] om de penetratiesnelheid van de chloriden te versnellen. De versnelde proef die ontwikkeld werd door Whiting werd zowel door AASHTO (proef T7) als door ASTM (proef C1) als genormaliseerde methode aanvaard []. Hierbij wordt een betonnen schijf met een dikte van 5 cm in een migratiecel geplaatst, die een aantal gelijkenissen vertoont met een diffusiecel. In dit geval wordt elk compartiment echter van een elektrode voorzien (cf. afbeelding 5). Vervolgens wordt er tussen de elektroden een elektrisch veld aangelegd en wordt de totale lading, die gedurende een bepaalde tijd door het proefstuk gaat, gemeten en uitgedrukt in coulomb. Deze proef is semikwantitatief en klasseert het beton in termen van hoge, gemiddelde, zwakke, zeer zwakke of verwaarloosbare permeabiliteit. Hoewel de proef geen rechtstreekse informatie over de diffusie van de chloorionen bevat, gaat men ervan uit dat de diffusie in verband staat met de totale lading. Ook bij deze proef werden een aantal bedenkingen geuit [3], die voornamelijk te maken hebben met problemen bij het gebruik ervan : de totale gemeten stroom is het resultaat van Afb. 5 Opstelling van de migratiecel. de migratie van alle ionen, en dus niet alleen van de chloorionen (cf. afbeelding 6) de metingen gebeuren nog vóór de stationaire toestand wordt bereikt een hoge spanning kan leiden tot een toename van de temperatuur (vooral bij permeabel beton van minder goede kwaliteit), wat dan weer gepaard kan gaan met een versnelling van de ionenflux de reacties aan de elektroden kunnen leiden tot een wijziging van de oplossing in het anodische (positieve elektrode) en het kathodische (negatieve elektrode) compartiment. Zo wordt er bij de elektrolyse van water O en H gegenereerd. Bij gebruik van niet-corrosieve elektroden (zoals Pt), zal de elektrolyse van het water het enige elektrolyseproces zijn dat nog een rol te spelen heeft. Als de spanning hoog genoeg is, zal er niet alleen elektrolyse optreden, maar tevens oxidatie van het Cl -. Door het potentiaalverschil klein te houden, is het mogelijk de warmteontwikkeling te beperken [33]. De chloridenflux kan rechtstreeks bepaald worden door de concentratiewijziging in het anodische compartiment op te meten. De vergelijking van Nernst-Planck beschrijft dit ionentransportproces in oplossing. Om uitgaande van deze vergelijking een migratiecoëfficiënt te kunnen bepalen, moet aan enkele voorwaarden voldaan worden : de chloridenflux moet in stationaire toestand verkeren (cf. afbeelding 7, p. 7) de bindingsreactie van de chloriden met het C 3 A moet in aanmerking genomen worden. De eerste chloorionen die door de betonnen schijf gaan, reageren immers met het C 3 A, wat een verkeerde D-waarde oplevert. Om deze fout te vermijden, mag de D-waarde pas berekend worden op het ogenblik dat er in het compartiment een lineaire toename van de chloriden wordt waargenomen. Dit impliceert namelijk dat het reactieve C 3 A verzadigd is met de eerste migrerende chloriden (cf. afbeelding 8, p. 7) het toegepaste potentiaalverschil moet voldoende klein zijn om het Joule-effect (d.i. een stijging van de temperatuur) te vermij- OH - OH - OH - A. Diffusie OH - SO 4 K + Ca + Beton B. Migratie OH - SO 4 K + Ca + Beton OH - SO 4 K + Ca + Beton Cl- C. Diffusie + Migratie Cl - Cl - Afb. 6 Het proces van massatransport in beton. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 6

7 NaOH Cl - NaCl NaOH NaCl Deze proefmethode om de migratiecoëfficiënt in stationaire toestand te bepalen, werd opgenomen in een Finse norm, de Nordtest method NT Build 355 [5]. Cl - fig 19 Stationaire toestand Niet-stationaire toestand Afb. 7 Stationaire en niet-stationaire flux, afhankelijk van de dikte van het monster en de duur van de proef. Chloridenconcentratie (mg/l) 15 1 fig Dagen Afb. 8 Voorbeeld van een curve voor de berekening van de chloridenflux. De lineaire toename van de chloridenconcentratie wordt bereikt na ongeveer 13 dagen. den. Een spanning van 1 V is aanbevolen de chloridenconcentratie in het ene compartiment van de cel moet veel hoger zijn dan in het andere, zodanig dat de chloridenconcentratie aan één kant van de cel relatief constant blijft. fig 4 Alle parameters zijn gekend en J kan bepaald worden met behulp van vergelijking, door de concentratiewijziging in het anodische compartiment in de tijd te meten en de helling van het lineaire gedeelte van de curve te berekenen (cf. afbeelding 8) De CTH-proef Tang en Nilsson hebben een variatie op de elektrische migratieproef ontwikkeld. De migratiecel wordt voorgesteld in afbeelding 9. Hierbij worden de monsters na een bepaalde duur gerecupereerd en opengebroken, waarna met behulp van een colorimetrische indicator (zilvernitraat) de penetratiediepte bepaald wordt op één helft van het monster. Als er chloriden aanwezig zijn, binden deze zich met het zilver tot zilverchloride, een witachtige stof. Zoniet, bindt het zilver zich met de hydroxiden uit het beton, wat een bruinachtige substantie oplevert. De penetratiediepte kan gebruikt worden om de diffusiecoëfficiënt te bepalen. Dit gebeurt met de volgende formule, ontwikkeld op basis van de vergelijking van Nernst-Einstein : D RTL xd = α zfe t, (9) waarbij : x d = de penetratiediepte van de ionen, bepaald met de colorimetrische techniek L = de dikte van het monster RTL 1 a α= = 1 zfe erf cd c c d = de chloridenconcentratie waarbij er een kleurverandering optreedt (c d =,7 N) c = de chloridenconcentratie in de bovenste cel (c = N). Sinds november 1999 is ook deze proef opgenomen in een Finse norm, met name de Nordtest method NT Build 49 [7]. x d (1) Aan de hand van deze voorwaarden en rekening houdend met een aantal hypothesen die ons toelaten om enkel de migratie te beschouwen, kan de migratiecoëfficiënt berekend worden uitgaande van de vergelijking van Nernst- Planck, die op de volgende manier uitgedrukt wordt : JRTl D = zfc E, (8) waarbij : l = de dikte van de schijf (in cm) C Cl = de activiteit van de chloorionen (in mol/cm 3 ) D = de migratiecoëfficiënt van de chloriden (in cm /s) z = de elektrische lading van de chloriden, die gelijk is aan 1 F = het getal van Faraday (96.5 C/mol) R = de gasconstante (8,314 J/mol.K) fig 9 T = de absolute temperatuur (in K) DE = de potentiaalvariatie (in V). cl Waterdichte buis Met kalk verzadigd water Anodische plaat in roestvrij staal Monster 3 % NaCl in met kalk verzadigd water Kathodische plaat in roestvrij staal Drager uit kunststof Houder uit kunststof Afb. 9 Proefopstelling voor de versnelde indringing van chloriden, ontwikkeld door Tang en Nilsson. + Potentiaal (DC) WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 7

8 8 Factoren die de chloridenweerstand beïnvloeden Het WTCB en het OCCN hebben verschillende elementen onderzocht die de chloridenweerstand van het beton kunnen beïnvloeden : het cementtype de nabehandeling van het beton de W/C-factor het cementgehalte. Het beton dat gebruikt werd tijdens dit onderzoek was enerzijds opgebouwd uit kalksteengranulaten met een korrelverdeling volgens de norm NBN EN 48-1 en anderzijds uit de volgende cementtypes [17] : CEM I 4,5 R CEM I 5,5 R CEM I 5,5 HSR LA CEM II/A-M 3,5 R CEM II/B-M 3,5 R CEM III/A 3,5 LA CEM III/A 4,5 LA CEM III/B 4,5 HSR LA CEM III/C 3,5 HSR LA CEM V/A 3,5 HSR LA. De betonmengsels werden vervaardigd met een W/C-factor van,55 en een cementgehalte van 3 kg/m 3. Voor de cementtypes CEM I 4,5 R en CEM III/A 4,5 LA werd tevens de invloed van de W/C-factor en het cementgehalte nagegaan, door deze parameters als volgt te laten variëren : W/C :,5 (enkel voor CEM I 4,5 R),,55,,55 en,6 C : 8, 3 en 35 kg/m 3. Met deze mengsels werden betonplaten aangemaakt van 8 x 35 x 1 cm 3. Na een uitharding van 4 uur werden de betonstalen ontkist en vervolgens gedurende 9 dagen bewaard bij een temperatuur van ± C en een relatieve vochtigheid van meer dan 9 %. Deze lange nabehandeling had tot doel om een toereikende primaire en secundaire hydratatie te waarborgen. 8.1 Gebruikte proefmethoden Zoals reeds gesteld in kunnen de chloriden zowel in het beton dringen door diffusie (met water verzadigd oppervlak) als door capillaire opzuiging, gevolgd door diffusie (droog oppervlak). In het onderzoek, gevoerd door het WTCB en het OCCN, werden beide transportmechansimen afzonderlijk beschouwd. De diffusie (en migratie) van de chloriden doorheen het beton werd gekarakteriseerd door versnelde proeven (NT Build 443 en NT Build 355 voor het WTCB, CUR-Aanbeveling 48 voor het OCCN, zie 7). De capillaire wateropzuiging werd apart gemeten Nordtest NT Build 443 (1997) Bij deze methode wordt de niet-stationaire diffusiecoëfficiënt bepaald aan de hand van drie cilinders, ontnomen door kernboring in betonnen proefmonsters. Na de verwijdering van de bovenste laag (ongeveer 1 cm dik), wordt het aldus bekomen oppervlak gedurende minstens 35 dagen blootgesteld aan een NaCl-oplossing (165 g NaCl/l). Om te vermijden dat er capillaire opslorping zou optreden, worden de proefstukken vooraf verzadigd met een Ca(OH) -oplossing. Het chloridenprofiel wordt vastgesteld door het blootgestelde oppervlak af te slijpen in lagen van telkens 1 mm (cf. afbeelding 1) en vervolgens het chloridengehalte van de bekomen poedermonsters te bepalen. Het aldus verkregen chloridenprofiel laat toe de grenswaarde aan het oppervlak C s en de diffusiecoëfficiënt D e te bepalen door een niet-lineaire regressie uit te voeren van vergelijking 6 volgens de methode van de kleinste kwadraten (cf. afbeelding 11). Tijdens het WTCB-onderzoek werden de proefmonsters gedurende 6 dagen blootgesteld aan een NaCl-oplossing. Vermits het ook de bedoeling was de invloed van de nabehandeling na te gaan, werd slechts 1 mm van de bovenste laag (de melkhuid) verwijderd. Het aantal proefstukken per samenstelling werd beperkt tot twee in plaats van drie Nordtest NT Build 355 (1995) Deze methode laat toe de migratiecoëfficiënt in stationaire toestand te bepalen, uitgaande van de hoeveelheid chloriden die zich doorheen een proefstuk met een diameter van 95 mm en een lengte van 5 cm verplaatsen onder invloed van een elektrisch veld van 1 V DC (gelijkstroom). De proefstukken worden gezaagd uit [Cl - ] (% van de cementmassa) 7, 6, 5, 4, 3,, 1,, fig 11x Afb. 1 Afslijpen van het beton in laagjes van 1 mm [Cl - ] gemeten boorkernen waarvan de bovenste centimeter verwijderd werd. De chloorionen migreren van een compartiment aan de negatieve zijde van het proefstuk, dat een NaCl-oplossing (51,7 g NaCl/l) bevat, naar een compartiment aan de positieve zijde van het proefstuk, dat een NaOH-oplossing (1 g NaOH/l) bevat. De chloridenflux J doorheen een proefstuk met oppervlakte A wordt berekend aan de hand van de toename van de chloridenconcentratie DC met de tijd Dt in het compartiment met de NaOH-oplossing (volume V ), na het bereiken van de stationaire toestand : De diffusiecoëfficiënt wordt dan bepaald met behulp van vergelijking 8. Vermits het WTCB-onderzoek ook tot doel had de invloed van de nabehandeling na te gaan, werd lichtjes van deze methode afgeweken en werd slechts 1 mm van de bovenste laag (de melkhuid) verwijderd. x (mm) Berekende curve CV J = ta. (11) Afb. 11 Experimenteel bepaald chloridenprofiel en niet-lineaire regressiecurve. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 8

9 8.1.3 CUR-Aanbeveling 48 (1999) Net zoals de NT Build 443 heeft deze methode tot doel de niet-stationaire diffusiecoëfficiënt te bepalen. Hiertoe worden per cementtype drie betonkubussen (ribbe van 15 mm) met de volgende samenstelling aangemaakt : W/C-factor :,45 cementgehalte : 34 kg/m 3 gerold grind met een maximale granulaatdiameter van 31,5 mm rivierzand. De kubussen worden 4 uur na hun aanmaak ontkist en vervolgens gedurende 9 dagen bewaard in een met kalk verzadigde wateroplossing bij een temperatuur van ±4 C. Daarna wordt een schijf van mm van de kubussen gezaagd waarop men de initiële chloridenconcentratie bepaalt. De zijden van de proefstukken (met uitzondering van de bovenkant) worden afgedekt met een bekleding op basis van epoxyhars van ongeveer 1 mm dik. Daarop worden de proefstukken gedurende 48 uur ondergedompeld in een met Ca(OH) verzadigde wateroplossing, zodat ze enkel onderhevig zijn aan het effect van de diffusie. Vervolgens worden de proefstukken gedurende 35 dagen ondergedompeld in een NaCloplossing (35 g NaCl/l) bij 3± C, waarbij een pomp ervoor zorgt dat deze vloeistof rond het proefstuk blijft circuleren. Na deze termijn wordt van elk van de met epoxyhars beklede zijden een schijf van 1 mm gezaagd en wordt het chloridenprofiel bepaald vertrekkend van de niet-beschermde bovenzijde. De diffusiecoëfficiënt wordt berekend door een niet-lineaire regressie uit te voeren van vergelijking 6 volgens de methode van de kleinste kwadraten. Voor dit onderzoek werden tevens mortelkubussen met een ribbe van 15 mm en een samenstelling volgens de norm NBN EN (5) [36] aangemaakt Andere proefmethoden Naast proeven ter karakterisering van de indringing van chloriden werden de verschillende mengsels ook onderworpen aan proeven ter bepaling van hun druksterkte, schijnbare volumieke massa en elektrische weerstand. Uitgaande van de bekomen resultaten werd gezocht naar correlaties tussen de chloridenweerstand van de proefstukken en een aantal andere, courantere eigenschappen. 8. Re s u ltat e n 8..1 Chloridendiffusie In de afbeeldingen 1 tot 16 zijn de migratiecoëfficiënten die in stationaire toestand verkregen werden met behulp van de NT Build 355-methode ( 8.1.) af te lezen op de linkeras. De diffusiecoëfficiënten die in niet-stationaire toestand verkregen werden volgens de NT Build 443-methode ( 8.1.1) (E-13 m /s) ,6 n Migratie 7,8 7,4,5,55,55 n Diffusie 1,5 W/C-factor zijn op hun beurt voorgesteld op de rechteras. We willen erop wijzen dat de schaal van beide grootheden verschillend is Invloed van de W/C-factor De invloed van de W/C-factor werd onderzocht op betonstalen, vervaardigd met de cementtypes CEM I 4,5 R en CEM III/A 4,5 LA en een cementgehalte van 3 kg/m 3. De afbeeldingen 1 en 13 geven het gemiddelde van de resultaten, bekomen op twee of drie proefstukken (naargelang van de proefmethode), weer. Zoals verwacht, stelt men een daling van de chloridenweerstand en een toename van de diffusie- en de migratiecoëfficiënt vast, naarmate de W/C-factor stijgt Invloed van het cementgehalte De invloed van het cementgehalte op de chloridenweerstand werd beproefd op betonstalen, vervaardigd met de cementtypes CEM I 4,5 R Afb. 1 Invloed van de W/C-factor van een beton op basis van CEM I 4,5 R op de chloridenweerstand. 8,3 9,7 1,1 19,8, (E-1 m²/s) Waterabsorptie door onderdompeling 6 5 4,6 4,6 5,3 5, 6 5 Deze proef geeft een maat voor het transport van (al dan niet chloridenhoudend) water door het beton. De waterabsorptie wordt bepaald volgens de Belgische norm NBN B (1989) [35]. Deze methode is veel gemakkelijker en goedkoper dan de meting van de diffusie- en migratiecoëfficiënt. (E-13 m /s) 4 3 1,6 3, (E-1 m²/s) Tijdens het OCCN-onderzoek werd op een aantal punten van de norm afgeweken. Zo werden kubussen met een ribbe van 15 cm gebruikt, waren de proefstukken 9 dagen oud aan het begin de proeven en werden telkens drie proefstukken getest, waarna het gemiddelde berekend werd. n Migratie,55,55,6 n Diffusie W/C-factor Afb. 13 Invloed van de W/C-factor van een beton op basis van CEM III/A 4,5 LA op de chloridenweerstand. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 9

10 (E-13 m /s) (E-13 m /s) (E-13 m /s) , 5, 4, 3,, 1,, 14, 1, 1, 8, 6, 4,,, 8,6 n Migratie 9,4 8 kg/m³ n Diffusie 7,4 3 kg/m³ 1,5 8,7 1,6 35 kg/m³ Afb. 14 Invloed van het cementgehalte op de chloridenweerstand (CEM I 4,5 R, W/C-factor :,55). n Migratie n Diffusie Afb. 15 Invloed van het cementgehalte op de chloridenweerstand (CEM III/A 4,5 LA, W/C-factor :,55). 7,4 CEM I 4,5 R 4, 8 kg/m³ 1,5 1,6 9,5 CEM I 5,5 R HSR LA n Migratie, 3,3 5,4 CEM II/A-M 3,5 R n Diffusie 1,1 CEM II/B-M 3,5 R 4,6,6 3 kg/m³ 3,3 4,1 4,6,5,6 3,4,3 CEM III/A 3,5 LA CEM III/A 4,5 LA CEM III/B 4,5 HSR LA 4,9 35 kg/m³ 1,6,7 CEM III/C 3,5 HSR LA Afb. 16 Gemiddelde diffusie- en migratiecoëfficiënten voor de onderzochte cementtypes (W/C-factor =,55, cementgehalte = 3 kg/m 3 ).,1 1,9,9 CEM V/A 3,5 HSR LA ,5 1,5 1,5 1, 1, 8, 6, 4,,, (E-1 m /s) (E-1 m /s) (E-1 m /s) en CEM III/A 4,5 LA en met een W/C-factor van,55. De gemiddelde waarden van de proefresultaten, bekomen op twee of drie proefstukken (naargelang van de proefmethode), zijn opgenomen in de afbeeldingen 14 en 15. Het cementgehalte lijkt geen doorslaggevende invloed uit te oefenen op de chloridenweerstand. We willen er evenwel op wijzen dat de voor dit onderzoek gebruikte cementgehalten redelijk hoog zijn en redelijk dicht bij elkaar liggen Invloed van het cementtype Tabel 9 (p. 11) geeft een overzicht van de transportcoëfficiënten (, ) voor een aantal betonsamenstellingen, vervaardigd met verschillende cementtypes met een cementgehalte van 3 kg/m 3 en een W/C-factor van,55. De grafische voorstelling is opgenomen in afbeelding 16. Om de invloed van het cementtype op de transportcoëfficiënten aan te tonen, werd voor elk cementtype een vergelijking gemaakt met beton vervaardigd met CEM I 4,5 R. Men kan opmerken dat cementtypes die vliegassen (CEM II, CEM V) of hoogovenslakken (CEM III) bevatten, bij een zelfde W/C-factor en een zelfde cementgehalte, lagere migratie- en diffusiecoëfficiënten opleveren dan deze die bekomen worden met Portlandcement (CEM I). Dit positieve effect wordt groter naarmate het gehalte aan vliegassen of hoogovenslakken toeneemt. Binnen het OCCN werd de chloridenweerstand van diverse mortel- en betonsamenstellingen bepaald aan de hand van de proefmethode uit de CUR-Aanbeveling 48 (zie 8.1.3). De beproefde mengsels werden vervaardigd overeenkomstig de eisen uit de norm NBN EN (mortel) en de beschrijving opgenomen in CUR-Aanbeveling 48 (beton). De ideale nabehandeling bestond erin de monsters gedurende 9 dagen onder te dompelen in water. Tijdens het onderzoek werd ook aandacht besteed aan de invloed van een ontoereikende nabehandeling, met name een bewaring gedurende 9 dagen bij een relatieve vochtigheid van 6±5 % en een temperatuur van ± C. Afbeelding 17 (p. 11) geeft de resultaten voor de mortelstalen weer, terwijl afbeelding 18 (p. 11) deze voor de betonstalen bevat [3]. De resultaten van het OCCN-onderzoek liggen in dezelfde lijn als deze van het WTCB. Het cementtype dat het meest gevoelig is voor de indringing van chloriden, blijkt CEM I 5,5 R HSR LA te zijn. Een daling van het C 3 A-gehalte in het cement heeft met andere woorden een negatieve invloed op de weerstand tegen chloridendiffusie. Deze opmerkingen zijn zowel van toepassing op het beton als op de mortel. WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 1

11 Tabel 9 Migratie- en diffusiecoëfficiënten ( en ), bekomen met de verschillende cementtypes. Cementtype (E-13 m /s) CEM I 4,5 R (E-1 m /s) CEM I 4,5 R CEM I 4,5 R 7,4 1 1,5 1 CEM I 5,5 HSR LA 1,6 1,7 9,5,9 CEM II/A-M 3,5 R 3,3,4 5,4,5 CEM II/B-M 3,5 R 1,1,1 3,3,3 CEM III/A 3,5 LA 4,1,6,5, CEM III/A 4,5 LA 4,6,6,6, CEM III/B 4,5 HSR LA 3,4,5,3, CEM III/C 3,5 HSR LA,7,1 1,6, CEM V/A 3,5 HSR LA 1,9,3,9,3 (E-1 m /s) (E-1 m /s) 35, 3, 5,, 15, 1, 5,, 5,, 15, 1, 5,, 17,9 CEM I 5,5 R,7 CEM I 5,5 R 3, CEM I 5,5 R HSR LA 14,9 CEM II/A-M 3,5 R 1,7 CEM II/B-M 3,5 R CEM III/A 3,5 N LA CEM III/A 4,5 N LA 4,5 4, CEM III/B 3,5 N HSR LA CEM III/B 4,5 N HSR LA CEM V/A 3,5 N HSR LA n Ideale nabehandeling n Ontoereikende nabehandeling Afb. 18 Gemiddelde diffusiecoëfficiënten voor beton (samenstelling volgens de CUR-Aanbeveling 48) [3]. 7,3 1,9 6, CEM III/B 3,5 N HSR LA 3,1 13, CEM V/A 3,5 N HSR LA Afb. 17 Gemiddelde diffusiecoëfficiënten voor mortel (samenstelling volgens de norm NBN EN 196-1) [3]. CEM I 5,5 R n Ideale nabehandeling 17,8 16, CEM I 5,5 R CEM I 5,5 R HSR LA 77, 13,5 CEM I 4,5 R 9,1 CEM II/A-M 3,5 R,9 CEM II/B-M 3,5 R CEM III/A 4,5 N LA n Ontoereikende nabehandeling 4,8 CEM III/A 3,5 N LA 3, 3,3 CEM III/B 3,5 N HSR LA CEM III/B 4,5 N HSR LA 9,9,9 CEM III/B 3,5 N HSR LA 1,4 CEM V/A 3,5 N HSR LA CEM III/C 3,5 N HSR LA,6 1, CEM V/A 3,5 N HSR LA Invloed van de nabehandeling Aan de hand van de resultaten kan aangetoond worden dat de nabehandeling een niet te onderschatten invloed heeft op de weerstand van beton of mortel tegen de indringing van chloriden (zie afbeeldingen 17 en 18). Deze invloed is het grootst bij gebruik van cement waarin een grote hoeveelheid klinkers vervangen werd door vliegassen en hoogovenslakken. De transportcoëfficiënten die verkregen werden voor de cementtypes met een ontoereikende nabehandeling bleven echter wel lager dan deze, bekomen op Portlandcement met een ideale nabehandeling. 8.. Waterabsorptie Er kon geen enkele correlatie vastgesteld worden tussen de waterabsorptie van het beton en het gehalte aan vliegassen of hoogovenslakken in het cement, noch tussen de waterabsorptie van het beton en zijn migratie- of diffusiecoëfficiënt voor chloriden. Er is echter wel gebleken dat de W/C-factor recht evenredig is met de waterabsorptie. Voor het cementgehalte kon evenmin een duidelijk verband gevonden worden. 8.3 Correlatie tussen de transportcoëff i c i ë n t e n Tijdens het WTCB-onderzoek werden twee verschillende transportcoëfficiënten gebruikt, die elk verkregen werden aan de hand van een welbepaalde proefmethode. Hoewel deze coëf ficiënten moeilijk onderling vergeleken kunnen worden, is het wel mogelijk een zekere correlatie vast te stellen (cf. afbeelding 19, p. 1). 8.4 On d e r z o e k n a a r c o r r e l at i e s t u s s e n d e t r a n s p o r t c o ë f f i c i ë n t e n e n a n d e r e courante karakteristieken Tijdens het onderzoek werd tevens nagegaan WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 11

12 ,5E-11,E-11 D NT Build 443 (m /s) 1,5E-11 1,E-11 5,E-1,E+ 19,E+,E-13 4,E-13 6,E-13 8,E-13 1,E-1 1,E-1 1,4E-1 D NT Build 355 (m /s) Afb. 19 Correlatie tussen de diffusiecoëfficiënt in niet-stationaire toestand en de migratiecoëfficiënt in stationaire toestand R c (N/mm²) 4 3 1,E+,E-13 4,E-13 6,E-13 8,E-13 1,E-1 1,E-1 1,4E-1 D NT Build 355 (m²/s) Afb. Correlatie tussen de migratiecoëfficiënt en de druksterkte volgens de norm NBN EN [37]. of er eventueel een verband bestond tussen de transportcoëfficiënten en een aantal andere courante betonkarakteristieken. Het cementtype, de W/C-factor en de hydratatiegraad (nabehandeling) hebben niet alleen een invloed op de transportcoëfficiënten, maar hebben eveneens een weerslag op de druksterkte van het beton. Daarom werd vroeger vaak aangenomen dat de chloridenweerstand van het beton een functie zou zijn van zijn druksterkte. Totnogtoe konden wij echter geen rechtstreeks verband vaststellen tussen de transportcoëfficiënt en de druksterkte volgens de norm NBN EN () [37] (cf. afbeelding ). 9 Besluit Om de indringing van chloriden in beton te voorkomen, houden de Europese en Belgische normatieve voorschriften rekening met de betondekking, de W/C-factor, het cementgehalte en de nabehandeling van het beton. Er bestaan echter nog een aantal andere factoren die een rol te spelen hebben voor de chloridenweerstand van het beton : het storten van het beton : het beton moet voldoende verwerkbaar zijn opdat het gemakkelijk gestort zou kunnen worden. Een WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 1

13 te droog beton kan immers aanleiding geven tot grindnesten en de insluiting van lucht. Bij een te vochtig beton bestaat er dan weer een risico op ontmenging tengevolge van de trillingen tijdens de verdichting het cementtype : bepaalde landen, zoals Luxemburg (DNA EN 6 [14]) en Duitsland (DIN 145- (1) [18]), geven aan welke cementtypes gebruikt mogen worden in welke milieuklasse. Ons onderzoek heeft uitgewezen dat Portlandcement CEM I minder weerstand biedt tegen de indringing van chloriden dan cementsoorten die vliegassen of hoogovenslakken bevatten. Deze resultaten werden zowel verkregen op beton als op mortel, wat bevestigt dat deze vaststelling onafhankelijk is van de betonsamenstelling. Men moet zich echter wel bewust zijn van het feit dat de keuze van het cement niet enkel gebaseerd kan zijn op de gewenste chloridenweerstand. Er moeten immers ook andere factoren in acht genomen worden, zoals de omgevingstemperatuur tijdens het storten, de aanwezigheid van andere agressieve stoffen (bv. sulfaten) en de gewenste carbonatatieweerstand de korrelverdeling : om een duurzaam beton te verkrijgen, werden in de Nederlandse norm NEN 85 (4) [4] een aantal grenswaarden vastgelegd ten aanzien van de korrelverdeling. Deze factor heeft immers een duidelijke invloed op de waterabsorptie van het beton. De Belgische norm NBN B 15-1 voorziet de mogelijkheid om de waterabsorptie door onderdompeling te beperken door verschillende klassen te definiëren. Het gaat hier echter niet om een basiseis, maar veeleer om een bijkomende voorwaarde. n t Literatuurlijst 1. AEC Laboratory APM 3 Concrete testing. Hardened concrete. Chloride penetration. Vedbaek, AEC Laboratory, American Association of State Highway and Transportation Officials T59-8 Standard method of test for resistance of concrete to chloride ion penetration. Washington D.C., AASHTO, Andrade C. Calculation of chloride diffusion coefficients in concrete from ionic migration measurements. Cement and concrete research, vol. 3, n 3, pp , Belgische Betongroepering Cursus Betontechnologie. Brussel, BGG, Bureau voor Normalisatie NBN B 15-1 Aanvulling op NBN EN 6-1. Beton. Specificaties, eigenschappen, vervaardiging en conformiteit. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN B 15-1 Methodologie voor de evaluatie en attestering van de gebruiksgeschiktheid van cementen en van toevoegsels van type II bestemd voor beton. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN B 15-5 Chemisch onderzoek van verharde mortel en beton. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN EN 6-1 Beton. Deel 1 : specificatie, eigenschappen, vervaardiging en conformiteit. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN EN 154- Producten en systemen voor het beschermen en herstellen van betonconstructies. Definities, eisen, kwaliteitsborging en conformiteitsbeoordeling. Deel : oppervlaktebeschermingssystemen voor beton. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN EN Eurocode : ontwerp en berekening van betonconstructies. Deel 1-1 : algemene regels en regels voor gebouwen. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN EN Algemene bepalingen voor geprefabriceerde betonproducten. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN EN Producten en systemen voor het beschermen en herstellen van betonconstructies. Beproevingsmethoden. Bepaling van de indringing door chloorionen. Brussel, NBN, Bureau voor Normalisatie NBN EN 1469 Producten en systemen voor het beschermen en herstellen van betonconstructies. Beproevingsmethoden. Bepaling van het chloridegehalte in verhard beton. Brussel, NBN, Centre de ressources des technologies de l information pour le bâtiment DNA EN 6 Document national d application luxembourgeois de l EN 6-1:. Béton. Partie 1 : spécification, performances, production et conformité. Grand-Duché de Luxembourg, CRTI-B, Civieltechnisch Centrum Uitvoering Reseach en Regelgeving Geschiktheidsonderzoek van nieuwe cementen voor toepassing in beton. Gouda, CUR, CUR-Aanbeveling 48, WTCB-Dossiers Nr. 4/8 Katern nr. 1 pagina 13