INSPECTIEMETHODESMETHODES...

Transcriptie

1 Bijlagen

2 INHOUDSTAFEL INHOUDSTAFEL SCHADEPROCESSEN Hydratatiereactie beton wapeningscorrosie corrosie Wapeningcorrosie door carbonatatie Corrosieproces Initiatiefase propagatiefase Wapeningscorrosie door chloriden Initiatiefase Propagatiefase INSPECTIEMETHODESMETHODES Niet-destructief onderzoek Visuele inspectie Ultrasone metingen De oppervlaktehardheid De plaats van de wapening en de betondekking De potentiaalmetingen De resistiviteit van het beton Vochtgehalte Destructief onderzoek Meten van de carbonatatiediepte Bepalen van het chloridegehalte Het cementgehalte De porositeit De meting van de polarisatieweerstand (corrosiesnelheid) De controle van de elektrische continuïteit van de wapeningen De hechtsterkte REPARATIE METHODES Corrosie inhibitoren werking Soorten Voor en nadelen Chloride extractie Verschillende elektrochemische methodes Werking elektrochemische chloridenextractie (ECE) Voordelen Nadelen Realkalisatie Werking realkalisatie Verloop van het proces Voordelen Nadelen Kathodische bescherming... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd Werking kathodische bescherming Reacties Repassivering van het beton in de omgeving van de wapening Schema van de evolutie van de potentiaal Besluit... 83

3 3.5 Geschikte reparatiemethodes Algemeen Carbonatatie geïnitieerde corrosie Algemeen Reparatiemethoden Chloride geïnitieerde corrosie Algemeen Problematiek Reparatiemethoden Combinatie van carbonatatie en Chloride geïnitieerde corrosie Samenvatting van elektrochemische processen Actieve kathodische bescherming Geleidende coatings en mortels Principe Voor- en nadelen Verschillende types Anodestrippen of -netten op het oppervlak Principe Voor- en nadelen Verschillende types Ingeboorde staaf- of stripanodes Principe Voor- en nadelen Verschillende types Passieve kathodische bescherming Principe Voor- en nadelen Verschillende types Oppervlakte anodes

4 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( kg) water cementfactor = 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 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 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 (SiO 2 ) 2 + 6H 2 O (CaO) 3 (SiO 2 ) 2. 3H 2 O + 3 Ca(OH) Tricalcium- silicaat + water calciumsilicaathydraat + calciumhydroxide Schadeprocessen

7 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 mm) is dan ook aanzienlijk groter dan die van de gelporiën ( ca 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 8 1.2 wapeningscorrosie 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 Fe e Ijzer ijzerion elektronen (betonstaal) (gaat in oplossing) (blijven in betonstaal achter) Schadeprocessen

9 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 Fe e 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 Fe e 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 10 De potentiaalafhankelijke kathodestroom is weergegeven door de stippellijn i k en de anodestroom de streeplijn i a. 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 E Fe 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 : O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH Zuurstof water hydroxylionen Schadeprocessen

11 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: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH Verloopt de reactie naar rechts, dan wordt gesproken van een reductiereactie (opnemen van elektronen). De omgekeerde reactie is weer een oxydratiereactie; 4OH - O 2 + 2H 2 O + 4e Figuur 8: evenwicht O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Analoog aan de evenwichtreactie: Fe Fe e Kan het verband tussen de potentiaal en de (netto)stroom van de reactie: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH worden weergeven (zie figuur 9). Schadeprocessen

12 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 E m. 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 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 2Fe 2Fe e - O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - 2Fe + O 2 + 2H 2 O 2Fe OH - + 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 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 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 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 (CO 2 ) uit de lucht, carbonatie genoemd en door binnendringen van chloride-ionen uit zeewater, dooizouten of andere chloridehoudende oplossingen (figuur 15) Schadeprocessen

17 17 Figuur 15: Indringing van koolzuur en chloride Schadeprocessen

18 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, passiveringslaag, gevormd door een dunne oxidehuid van Fe 2 O 3 en Fe 3 O 4. Kooldioxide uit de lucht kan die alkaliteit echter teniet doen, dit heet carbonatatie. de 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 binnendringen. De carbonatatiereactie heeft plaats op het grensvlak van poriewater en lucht. Schadeprocessen

19 Corrosieproces Corrosie is een elektrochemisch proces dat door potentiaalverschillen tussen verschillende plaatsen op het staaloppervlak wordt veroorzaakt. Bij dit corrosieproces gaan aan de anode Fe 2+ -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 O 2- en H 2 O-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 Fe e - Het ijzer gaat in oplossing. - Kathodische reactie (K): O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Onder invloed van de zuurstofreductie wordt hydroxide gevormd. Schadeprocessen

20 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): Fe (OH) - Fe(OH)2 - IJzer III-hydroxide (rood/bruin): 4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 4Fe(OH) 3 - IJzer III-oxide (rood/bruin): 2Fe(OH) 3 + 3O 2 3Fe 2 O 3 + 3H 2 O 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 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 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 + CO 2 Na 2 CO 3 + H 2 O 2KOH + CO 2 K 2 CO 3 + H 2 O Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O Schadeprocessen

22 22 Stadia bij het optreden van carbonatatie voor Calciumcarbonaat 1. Diffusie van CO 2 door de capillaire poriën. 2. Oplossen van CO 2 in de waterfilm op de poriewand: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 3. Neutralisatie van Ca(OH) 2 door H 2 CO 3 Ca(OH) 2 + H 2 CO 3 CaCO 3 + 2H 2 O Het in het poriënwater aanwezige calciumhydroxide (Ca(OH) 2 ) reageert met het koolzuur (H 2 CO 3 ) tot calciumcarbonaat (CaCO 3 ). 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 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 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 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 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 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 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 = (E k -E a ) / (R k +R a +R s +R b ) waarin I is de corrosiestroom in A E k is het evenwichtspotentiaal van de kathodereactie in V E a is het evenwichtspotentiaal van de anodereactie in V R k is de polarisatieweerstand van de kathode in Ω R a is de polarisatieweerstand van de anode in Ω R s is de weerstand van het staal in Ω R b is de weerstand van het beton in Ω In deze formule is E k -E a de drijvende kracht achter de corrosiestroom I. R s 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 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 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 (R b )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 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 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 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 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: Fe Cl - FeCl 2 FeCl 2 + 2(OH) - 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: FeCl 2 + 2H 2 O Fe(OH) 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 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 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 OH - concentratie (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 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 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 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 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 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: FeCl 2 + H 2 O Fe(OH) 2 + HCl Fe(OH) 2 + O 2 roest 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 van NEN en randvoorwaarden conform NEN 8005 Schadeprocessen

40 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 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 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 ander type), die op het oppervlak van het beton wordt aangebracht. Na in het beton een gekende weglengte (a) te Figuur 30: ultrasone meting 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 Inspectiemethodesmethodes

42 De oppervlaktehardheid De 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 Inspectiemethodesmethodes

43 De plaats van de wapening en de betondekking De ligging van de wapening en de betondekking kunnen worden gemeten met een elektromagnetische veldsterktemeter. Met een 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 betondekking. Figuur 35:schemtische voorstelling Inspectiemethodesmethodes