Duurzaamheid van constructief beton met betrekking tot chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie

Leidraad 1 Duurzaamheid van constructief beton met betrekking tot chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie Leidraad voor het formuleren van prestatie-eisen Achtergrondrapport

INHOUD Pagina VOORWOORD... 4 1. DEEL l: LEIDRAAD... 6 1.1. Onderwerp... 6 1.2. Toepassingsgebied... 6 1.3. Termen en definities... 6 1.4. Randvoorwaarden... 8 1.5. Ontwerpcriteria en daaruit af te leiden eisen... 8 1.5.1. Ontwerpcriteria en uitgangspunten modelberekeningen... 8 1.5.2. Te formuleren eisen aan waarde van D RCM in relatie tot betondekking... 9 1.5.3. Te formuleren eisen aan waarde van D RCM door semiprobabilistische of probabilistische berekeningen...11 1.6. Bepalingsmethode en toetsingskader...11 1.6.1. Bepalingsmethode...11 1.6.2. Toetsing...11 1.7. Gerelateerde meetmethode...11 1.7.1. Vereenvoudigde meetmethode...11 1.7.2. Principe...11 1.7.3. Toetsing...12 1.8. Rapportage...13 Titels van vermelde normen en richtlijnen...13 2. DEEL II: ACHTERGRONDRAPPORT...15 2.1. Benadering duurzaamheidsvraagstuk...15 2.2. Gekozen model...17 2.2.1. DuraCrete model voor chloridetransport...17 2.2.2. Beperkingen en onzekerheden...19 2.3. Deterministisch probabilistisch semi-probabilistisch...21 2.3.1. Achtergrond probabilistisch ontwerpen op levensduur...21 2.3.2. Semiprobabilistische vereenvoudiging...22 2.3.3. Overzicht van ontwerpmethoden voor levensduur...27 2.3.4. Beperkingen en onzekerheden...27 2.4. Gekozen waarden voor parameters...28 2.4.1. Beperkingen en onzekerheden...36 2.5. Gekozen testmethoden...37 2.5.1. Historie...37 2.5.2. Correlatie tussen APM en RCM...44 2.5.3. Europees onderzoek CHLORTEST naar chloridetransport in beton...45 2

2.5.4. Correlatie tussen diffusie en elektrische weerstand...46 2.5.5. Analyse van RCM waarden...48 2.5.6. Samenvatting: proefmethoden en toepassingswijze...53 2.6. Validatie van modeluitkomsten aan veldwaarnemingen...55 2.7. Toegevoegde waarde en beperkingen van huidige leidraad...56 2.8. Behoefte aan verdere ontwikkelingen in bovengenoemde aspecten...56 Literatuur...58 Bijlage A: Statistische informatie over parameters voor probabilistische berekeningen...61 3. DEEL III: BESCHRIJVING TESTMETHODEN...62 Specifieke elektrische weerstand (TEM)...62 3

VOORWOORD Dit document is een leidraad voor het formuleren van prestatie-eisen door betrokken partijen ten aanzien van de duurzaamheid van constructief beton met betrekking tot chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie. Deze leidraad maakt het betrokken partijen mogelijk om met betrekking tot bovenomschreven onderwerp in goed overleg prestatie-eisen op maat te kunnen formuleren, waarbij gebruik wordt gemaakt van een vastgelegde benaderingswijze zoals aangegeven in deze leidraad. Deze leidraad beoogt niet de kwaliteitsborging bij de uitvoering vorm te geven. De betonvoorschriften NEN 6720, NEN 6722 en NEN-EN 206-1 + NEN 8005 zijn onverkort van toepassing. In NEN 6720 c.q. de bovenliggende norm NEN 6700 wordt het begrip levensduur niet eenduidig beschreven, maar wordt de term referentieperiode gebruikt. Indien deze niet tussen partijen overeen is gekomen, wordt er voor veiligheidsklassen 2 en 3 van uitgegaan dat de referentieperiode 50 jaar bedraagt. In het algemeen wordt daarom verondersteld dat NEN 6720 is gebaseerd op een levensduur van ten minste 50 jaar. De Europese norm NEN-EN 1992-1-1 is in 2008 ingevoerd. Na een co-existentieperiode van 2 jaar zal NEN 6720 worden ingetrokken. Deze leidraad anticipeert hierop voor zover mogelijk. Voor bepaalde toepassingen wordt een levensduur van 80, 100 of nog meer jaren verlangd, waarvoor (met uitzondering van 100 jaar in NEN-EN 1992-1-1) nog geen duidelijke (aanvullende) eisen bestaan. Zowel NEN-EN 1992-1-1 als NEN 6720 houden geen rekening met het onderscheid in prestaties van de verschillende type bindmiddelen. In het kader van de in NEN-EN 206-1 toegestane alternatieve prestatiegerichte ontwerpmethode voor duurzaamheid ( equivalent concrete performance ) wordt in deze leidraad aangegeven hoe het onderscheid in prestaties van de verschillende type bindmiddelen met betrekking tot chloride-indringing kan worden gekwantificeerd. Deze leidraad geeft de benaderingswijze aan voor het formuleren van dergelijke aanvullende eisen door betrokken partijen. Deze leidraad is gebaseerd op de huidige stand der kennis en inzichten, waarbij leemten in kennis en onzekerheden in modellen, parameters e.d. zo goed als mogelijk zijn geïdentificeerd. Het is van belang dat deze leemten en onzekerheden door nader onderzoek worden ingevuld om te komen tot eenduidige, betrouwbare en algemeen geldende prestatie-eisen voor bovenomschreven onderwerp in de vorm van een CUR-Aanbeveling. Deze leidraad bestaat uit 3 delen: I. Leidraad, waarin is aangegeven op welke wijze betrokken partijen prestatie-eisen ten aanzien van duurzaamheid van constructief beton met betrekking tot chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie kunnen formuleren. II. Achtergrondinformatie, waarin de gekozen benaderingswijzen voor het formuleren van kwantitatieve prestatie-eisen is weergegeven, inclusief de leemten in kennis en de onzekerheden in parameters e.d., alsmede onderwerpen voor nader onderzoek. III. Testmethoden voor zover die niet elders eenduidig zijn vastgelegd. 4

Deze leidraad beoogt structuur te brengen in de discussies over en benaderingswijzen van de duurzaamheid van gewapende en voorgespannen betonconstructies ten aanzien van chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie. Kennisoverdracht speelt hierbij een belangrijke rol. Niet alleen kennisoverdracht naar (potentiële) gebruikers, maar ook terugkoppeling van ervaringen opgedaan door gebruikers van deze leidraad. Dergelijke ervaring aangevuld met kennis uit nader onderzoek is onontbeerlijk om te komen tot een voorschrift voor deze materie. CUR-voorschriftencommissie VC81 stelt terugkoppeling van voorgenoemde praktijkervaring dan ook bijzonder op prijs. De samenstelling van CUR-Voorschriftencommissie 81 Ontwerp van constructief beton met betrekking tot duurzaamheid was als volgt: prof. dr. ir. K. van Breugel (voorzitter), dr. R. B. Polder (rapporteur), dr. ir. G.J.L. van der Wegen (rapporteur), dr. ir. A. van Beek, J.W. van den Berg, ir. G. Chr. Bouquet (tot 1 april 2007), P.W.J.M. Creemers (tot 1 april 2007), ing. H.J.C. Laurijsen, H.H.M. Soen (tot 1 april 2007), ing. G.J. Speets, ir. E. M.M. Vermeulen (vanaf 1 april 2007), ing. P. de Vries (vanaf 1 april 2007), A.C. van der Weij (vanaf 1 april 2007), ir. G.M. Wolsink, drs. E. Vega (secretaris/coördinator). 5

1. DEEL l: LEIDRAAD 1.1. Onderwerp Deze leidraad geeft aan op welke wijze betrokken partijen prestatie-eisen ten aanzien van duurzaamheid van constructief beton voor nieuw te bouwen constructies als gevolg van chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie kunnen formuleren. Dit betreft materiaalprestaties van betonsamenstellingen in relatie tot de betondekking, ter voorkoming van schade door chloride-geïnitieerde corrosie aan gewapende en/of voorgespannen betonconstructies gedurende de aangegeven ontwerplevensduur. Toelichting: Indien het gewapende en/of voorgespannen beton voldoet aan de geldende betonvoorschriften treedt carbonatatiegeïnitieerde wapeningscorrosie normaliter niet op. Aantastingmechanismen anders dan door chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie vallen buiten het kader van deze leidraad. 1.2. Toepassingsgebied Deze leidraad is van toepassing op het ontwerp van gewapende en/of voorgespannen betonconstructies, die voldoen aan NEN 6720 of NEN-EN 1992-1-1, NEN 6722 en NEN-EN 206-1 + NEN 8005, die worden toegepast in milieuklassen XD of XS met een beoogde levensduur van 80 jaar of meer. Deze leidraad bevat de benaderingswijze voor het formuleren van aanvullende eisen ten opzichte van voorgenoemde normen door betrokken partijen. Opmerking 1: Er is met betrekking tot dit onderwerp nog onvoldoende lange-termijn ervaring met beton vervaardigd met poreuze toeslagmaterialen. Opmerking 2: NEN 6722 zal te zijner tijd worden vervangen door de Europese norm NEN-EN 13670, die momenteel in ontwerpversie beschikbaar is. 1.3. Termen en definities Constructief beton: gewapend of (gedeeltelijk) voorgespannen beton in draagconstructies Levensduur: de tijdsperiode gedurende welke de prestatie van de constructie boven een niveau blijft overeenkomend met dat waarop wordt voldaan aan de gestelde prestatie-eisen voor de constructie, ervan uitgaande dat deze ordentelijk is onderhouden. 6

Ontwerplevensduur: de tijdsperiode waarin de constructie gebruikt zal worden voor het bedoelde doel, er van uitgaande dat deze ordentelijk is onderhouden maar zonder dat grote reparaties nodig zijn. De ontwerplevensduur wordt gedefinieerd door: een relevante grenstoestand een aantal jaren een betrouwbaarheidsniveau dat niet mag worden onderschreden. Duurzaamheid: de mate waarin een materiaal of constructie bestand is tegen interne en externe invloedsfactoren. Prestatie: de mate waarin een eigenschap voldoet aan de eis, uitgedrukt in een grenswaarde en gemeten, berekend of beproefd volgens de bij de eis behorende bepalingsmethode. Betondekking: de kortste afstand van het betonoppervlak tot de dichtst bij dit oppervlak gelegen wapening (betonstaal, voorspanstaal of omhullingsbuis bij nagerekt staal). Wapening: betonstaal of voorspanstaal dat door aanhechting krachten kan overnemen van of overbrengen naar het omringende beton. Chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie: corrosie van de wapening of voorspanning die is veroorzaakt door chloriden. Initieel chloridegehalte: het gehalte aan chloriden aanwezig in de betonspecie, uitgedrukt als massapercentage ten opzichte van het cement, het bindmiddel of het beton. Milieuklassen: indeling van de omgevingsomstandigheden van betonconstructies of onderdelen daarvan. Deze indeling is gebaseerd op mogelijke aantastingsmechanismen en de mate waarin die kunnen optreden. D RCM -waarde: de gemiddelde waarde van de chloridemigratiecoëfficiënt bepaald volgens de Rapid Chloride Migration test zoals beschreven in NT Build 492. TEM-waarde: de waarde van de specifieke elektrische weerstand bepaald met de zogenoemde Twee Elektroden Methode zoals beschreven in deel lll van deze leidraad. Deterministische berekeningen: berekeningen waarbij voor de parameters enkelvoudige waarden worden ingevoerd en dus geen rekening wordt gehouden met de variatie in de parameters. Probabilistische berekeningen: berekeningen waarbij de variatie in de waarden voor de parameters wordt meegenomen door gebruik te maken van verdelingsfuncties. 7

Semiprobabilistische berekeningen: berekeningen waarbij op vereenvoudigde wijze rekening wordt gehouden met variaties door middel van een vaste factor of een vaste marge die is vastgesteld op basis van een reeks probabilistische berekeningen. 1.4. Randvoorwaarden Deze leidraad dient binnen onderstaande randvoorwaarden te worden toegepast: Ontwerpen op levensduur met betrekking tot chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie Constructief beton voor nieuw te bouwen constructies (zowel ontwerp- als uitvoeringsfase) NEN 6720 of NEN-EN 1992-1-1, NEN 6722 en NEN-EN 206-1 + NEN 8005 zijn onverkort van toepassing Buiten deze randvoorwaarden vallen constructies waarin geen koolstofstaal als wapening is opgenomen, maar niet-corroderende materialen zoals roestvast staal of koolstofvezelversterkte kunststoffen, of waarin de corrosiebescherming door andere methoden wordt gewaarborgd zoals kathodische preventie, gegalvaniseerd of (epoxy)gecoat staal. 1.5. Ontwerpcriteria en daaruit af te leiden eisen 1.5.1. Ontwerpcriteria en uitgangspunten modelberekeningen Bij het ontwerpen op dekking en betonsamenstelling moeten de vereiste levensduur en de milieuklasse(n) conform NEN 8005, waaraan de betonconstructie(delen) gedurende de aangegeven levensduur zullen worden blootgesteld, bekend zijn en worden vastgelegd. Op basis van deze gegevens dient met behulp van: 1.5.2 (betondekking afgestemd op type bindmiddel) of 1.5.3 (semiprobabilistische of probabilistische berekeningen) de minimale betondekking en de maximale waarde van D RCM voor betonsamenstellingen, waarbij onderscheid is gemaakt naar type bindmiddel, te worden bepaald voor de betreffende milieuklasse. Met deze benadering wordt geacht dat de kans op corrosie-initiatie voor het einde van de beoogde levensduur minder dan circa 10% is bij betonstaal en minder dan circa 5% bij voorspanstaal. Onderstaande tabellen zijn het resultaat van berekeningen, waarbij is uitgegaan van: het Duracrete-model zoals omschreven in deel ll van deze leidraad; getalswaarden voor een aantal milieu-, materiaal- en nabehandelingsfactoren zoals aangegeven in het Duracrete-model, dan wel hiervan afgeleid zoals aangegeven in deel ll van deze leidraad; een initieel chloridegehalte van 0,10 %m/m op cement; een oppervlaktegehalte aan chloriden van 1,5 %m/m op cement voor atmosferische zones en 3,0 %m/m op cement voor de onderwater-, getijde- en spatzone aan zee; 8

een kritisch chloridegehalte van 0,6 %m/m op cement voor zowel betonstaal als voorspanstaal; nabehandeling van 3 dagen (op het land) of 7 dagen (in/aan zee), dan wel 50 % van de 28- daagse druksterkte van het toegepaste betonmengsel (N.B.: dit wijkt af van NEN 6722, waarin 50% van de betonsterkteklasse is genoemd); ongescheurd beton; indien de scheurwijdte kleiner dan of gelijk is aan de toegestane waarde in NEN 6720 of NEN-EN 1992-1-1 (afhankelijk van welke norm van toepassing is verklaard) dan wordt het beton in deze leidraad beschouwd als ongescheurd; gemiddelde waarden voor de betreffende grootheden; een veiligheidsmarge op de betondekking van 20 mm (betonstaal) of 30 mm (voorspanstaal of omhullingsbuis), waarin alle onzekerheden zijn verdisconteerd. 1.5.2. Te formuleren eisen aan waarde van D RCM in relatie tot betondekking Bij het ontwerpen op levensduur kan bij een hogere weerstand tegen chloride-indringing (= lagere waarde van D RCM ) worden volstaan met een lagere betondekking en vice versa. Deze relatie tussen minimaal te realiseren (gemiddelde) betondekking en maximaal toelaatbare waarde van D RCM, zoals berekend met de uitgangspunten genoemd in deel ll van dit document, is per type bindmiddel voor de betreffende milieuklassen XD en XS in tabellen 1.1 t/m 1.3 aangegeven voor een levensduur van respectievelijk 80, 100 en 200 jaar. Deze tabellen zijn geldig voor betonmengsels met een initieel chloridegehalte 0,10 %m/m ten opzichte van cement. Bij toepassing van betonmengsels met een hoger initieel chloridegehalte zijn tabellen 1.1 t/m 1.3 niet meer geldig en moet gebruik worden gemaakt van een methode uit paragraaf 1.5.3. Tabel 1.1. Maximale waarde van D RCM na 28 dagen verharden bij een bepaalde betondekking per type bindmiddel en milieuklasse voor een ontwerplevensduur van 80 jaar gemiddelde maximale waarde van D RCM (10-12 m 2 /s) betondekking (mm) betonstaal voorspanstaal CEM l XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM l+lll 25-50% S XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM lll 50-80% S XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM ll/b-v CEM l + 20-30% V XD1,XD2, XD3,XS1 35 45 3.5 1.5 2.5 1.0 2.5 1.0 7,0 6,0 40 50 6.0 2.5 4.5 2.0 4.0 2.0 12 10 45 55 9.5 4.0 6.5 3.0 6.5 2.5 19 16 50 60 13 6.0 10 4.0 9.0 4.0 27 24 55 65 18 8.0 13 5.5 13 5.5 37 32 60 70 24 10 17 7.5 16 7.0 49 42 XS2, XS3 9

N.B.: De vet gedrukte getallen zijn waarden die met de huidige betonmengselsamenstellingen volgens de NEN-EN 206-1 + NEN 8005 kunnen worden gerealiseerd; lagere waarden zijn alleen met bijzondere samenstellingen/additieven realiseerbaar; hogere waarden worden afgeraden omdat zij typisch zijn voor betonmengsels die niet voldoen aan de plafonds van NEN-EN 206-1 + NEN 8005. N.B.: Vanwege de meetnauwkeurigheid zijn de getallen in bovenstaande tabellen afgerond op 0,5 eenheden bij een waarde onder 10 en op 1 eenheid bij een waarde gelijk aan of boven 10. Tabel 1.2. Maximale waarde van D RCM na 28 dagen verharden bij een bepaalde betondekking per type bindmiddel en milieuklasse voor een ontwerplevensduur van 100 jaar gemiddelde maximale waarde van D RCM (10-12 m 2 /s) betondekking (mm) betonstaal CEM l XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM l+lll 25-50% S XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM lll 50-80% S XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM ll/b-v CEM l + 20-30% V XD1,XD2, XD3,XS1 35 45 3.0 1.5 2.0 1.0 2.0 1.0 6,5 5,5 40 50 5.5 2.0 4.0 1.5 4.0 1.5 12 10 45 55 8.5 3.5 6.0 2.5 6.0 2.5 18 15 50 60 12 5.0 9.0 3.5 8.5 3.5 26 22 55 65 17 7.0 12 5.0 12 5.0 36 30 60 70 22 9.0 16 6.5 15 6.5 47 39 Zie opmerkingen onder tabel 1.1 XS2, XS3 Tabel 1.3. Maximale waarde van D RCM na 28 dagen verharden bij een bepaalde betondekking per type bindmiddel en milieuklasse voor een ontwerplevensduur van 200 jaar gemiddelde betondekking (mm) betonstaal voorspanstaal voorspanstaal CEM l XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 maximale waarde van D RCM (10-12 m 2 /s) CEM l+lll 25-50% S XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM lll 50-80% S XD1,XD2, XD3,XS1 XS2, XS3 CEM ll/b-v CEM l + 20-30% V XD1,XD2, XD3,XS1 40 50 4.0 1.5 3.0 1.0 3.0 1.0 10 8,0 45 55 6.5 2.5 5.0 1.5 5.0 1.5 16 12 50 60 9.0 3.5 7.0 2.5 7.0 2.5 23 18 55 65 13 4.5 9.5 3.5 9.5 3.5 31 24 60 70 16 6.0 12 4.5 12 4.5 41 32 65 75 21 7.5 16 5.5 16 5.5 51 40 70 80 26 9.0 20 7.0 19 7.0 64 50 Zie opmerkingen onder tabel 1.1 XS2, XS3 10

1.5.3. Te formuleren eisen aan waarde van D RCM door semiprobabilistische of probabilistische berekeningen Indien overeengekomen tussen betrokken partijen mogen de minimale dekking en de maximale waarde van D RCM voor een specifieke situatie worden berekend met de semiprobabilistische of probabilistische methodiek die beide worden beschreven in deel ll van dit document. Hierbij dienen de uitgangspunten voor dergelijke berekeningen vooraf door betrokken partijen overeen te zijn gekomen. 1.6. Bepalingsmethode en toetsingskader 1.6.1. Bepalingsmethode De waarde van D RCM moet worden bepaald op proefstukken met een ouderdom van 28 dagen volgens de norm NT Build 492. Opmerking: Bij een dichte betonstructuur (initiële stroomsterkte < 5 ma) is het nuttig gebleken de proefduur te verlengen tot bijvoorbeeld 168 uur. 1.6.2. Toetsing De waarde van D RCM, het gemiddelde van 3 beproevingsmonsters (Dmax < 16 mm) respectievelijk 6 beproevingsmonsters (D max > 16 mm) dient te worden getoetst aan de door betrokken partijen geformuleerde eis voor de betreffende toepassing. Indien de ouderdom van de proefstukken bij de bepaling van de D RCM afwijkt van 28 dagen, dan dient de meetwaarde van D RCM conform deel ll van dit document te worden herleid tot de waarde bij een ouderdom van 28 dagen. 1.7. Gerelateerde meetmethode 1.7.1. Vereenvoudigde meetmethode De bepaling van de waarde van D RCM vergt specifieke apparatuur en is arbeidsintensief. Mede hierdoor is deze eigenschap minder geschikt als standaardmeetmethode voor de kwaliteitscontrole van de betonproductie. De bepaling van de specifieke elektrische weerstand volgens de zogenoemde twee elektroden methode (TEM) aan controlekubussen voor de druksterkte is gezien zijn eenvoud en goede correlatie met de waarde van D RCM hiervoor uitermate geschikt. 1.7.2. Principe Bij het ontwerpen van de betonmengselsamenstelling c.q. het geschiktheidsonderzoek voor de beoogde toepassing wordt zowel de D RCM -waarde als de TEM-waarde conform deel lll van deze 11

leidraad bepaald bij 3 water-bindmiddelfactoren (wbf) met een onderling verschil van ten minste 0,03 (en bij CEM lll 0,05 vanwege geringere afhankelijkheid van de wbf) en waarbij de wbf van het uiteindelijke mengsel in de bandbreedte van de 3 onderzochte wbf ligt. In dit ontwerp/geschiktheidsonderzoek wordt de relatie tussen D RCM -waarde respectievelijk TEMwaarde en wbf voor de betreffende betonsamenstelling vastgesteld. Op basis hiervan kan de wbf worden afgeleid, waarbij de D RCM -waarde precies aan de gestelde eis voor de betreffende toepassing voldoet (=wbf eis ). 1.7.3. Toetsing Afhankelijk van de beheersing van zijn productieproces zal de betonmortelproducent de wbf van de te vervaardigen betonspecie hier iets onder kiezen (=wbf prod ). Bij beide wbf horen specifieke TEM-waarden: TEM eis respectievelijk TEM prod, waarbij eerstgenoemde een toetsingswaarde inhoudt, laatstgenoemde een uitgangswaarde voor de productie is en het verschil tussen beiden de marge voor de spreiding in de productie is. N.B.: Deze toetsing moet worden gezien als een signaal voor nader onderzoek naar de oorzaak van de afwijking (geen afkeurcriterium). 12

Dit is hieronder grafisch weergegeven: D RCM, 1/TEM 1/TEM 1/TEM eis 1/TEM prod D RCM eis D RCM wbf prod wbf eis wbf 1.8. Rapportage Het rapport moet refereren aan deze leidraad en moet ten minste het volgende bevatten: 1. naam en adresgegevens van het bedrijf en naam opsteller van het rapport 2. titel en eenduidige identificatie van het rapport 3. beoogde ontwerplevensduur en milieuklasse 4. keuze betondekking en hoe deze tot stand is gekomen 5. afleiding van toetsingscriterium voor D RCM -waarde; indien deze is bepaald volgens 1.5.3 van deze leidraad, dienen alle relevante uitgangspunten en resultaten van berekeningen in het rapport te worden opgenomen 6. indien geschiktheidsonderzoek aan een beoogd betonmengsel reeds is uitgevoerd, dan dienen de betonsamenstelling (zoals bedoeld in NEN-EN 206-1 + NEN 8005 voor informatieoverdracht), de verkregen resultaten (inclusief de relatie tussen D RCM -waarde en TEM-waarde) en de toetsing ervan in het rapport te worden opgenomen. Titels van vermelde normen en richtlijnen NEN 6720:1995 NEN 6722:2002 Voorschriften Beton - TGB 1990 - Constructieve eisen en rekenmethoden (VBC 1995), incl. wijzigingsblad A4:2007 Voorschriften Beton. Uitvoering 13

NEN 8005:2008 Nederlandse aanvulling op NEN-EN 206-1: Beton Deel 1: Specificatie, eigenschappen, vervaardiging en conformiteit NEN-EN 206-1:2008 Beton Deel 1: Specificatie, eigenschappen, vervaardiging en conformiteit NEN-EN 1992-1-1:2005 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen + Ontwerp NEN-EN 1992-1-1/NB: 2007 Ontwerp NEN-EN 13670:2007 Het vervaardigen van betonconstructies NT Build 492 Concrete, mortar and cement-based repair materials: chloride migration coefficient from non-steady-state migration experiments (approved 1999-11) 14

2. DEEL II: ACHTERGRONDRAPPORT 2.1. Benadering duurzaamheidsvraagstuk In de huidige Nederlandse normen wordt voor betonconstructies impliciet een levensduur van 50 jaar aangenomen (80 jaar voor bruggen). Tegenwoordig wordt van aannemers en ontwerpers in toenemende mate verlangd dat een levensduur van 80, 100 of zelfs 200 jaar wordt aangetoond. Deze leidraad geeft een kwantitatieve methodiek voor het ontwerpen van constructief beton voor dergelijke lange levensduren. Hierbij wordt alleen corrosie van wapening door het indringen van chloride beschouwd. Deze tekst bevat het achtergrondrapport bij de leidraad. In de jaren 1975-1985 is op grond van het optreden van schade de regelgeving in Nederland en in de rest van de wereld steeds meer gericht op duurzaamheid als belangrijke eigenschap van betonconstructies, naast sterkte. Duurzaamheid werd rond 1985 benaderd door enerzijds de agressieve belastingen te classificeren en anderzijds betonklassen te onderscheiden op basis van de watercementfactor (wcf) en het cementgehalte (en het luchtgehalte). Dit resulteerde in de Voorschriften Betontechnologie (NEN-EN 206-1 + NEN 8005). Met aanpassingen geldt dit principe nog steeds; ook NEN-8005 en NEN-EN 206 maken gebruik hiervan. Naast de betonsamenstelling is de dekking op de wapening natuurlijk van belang; deze werd in de loop der jaren stapsgewijs verhoogd [Gaal 2004]. Ook de maximale scheurwijdte wordt in de duurzaamheid een rol toegekend. De conventionele werkwijze is als volgt: de ontwerper bepaalt op grond van de locatie en het gebruik in welke milieuklasse de constructie ligt, bv. XS3 (zeemilieu, getijde- en spatzone); daaruit volgen een maximum wcf en een minimum cementgehalte, alsmede een minimum dekking en een maximum scheurwijdte (uit de NEN 6720 of NEN-EN 1992-1-1). Deze eisen worden vertaald naar het detailontwerp (dekking) en de betonsamenstelling wordt door de betontechnoloog ingevuld. Het aantrekkelijke van deze zogenoemde receptmatige ("deem-to-satisfy") benadering is dat zij relatief eenvoudig en overzichtelijk is. Er zijn echter ook nadelen van deze benadering: zij is niet kwantitatief, dat wil zeggen de levensduur is niet gespecificeerd; zij berust volledig op ervaring, waardoor nieuwe materialen, constructies onder nieuwe typen belasting of nieuwe schademechanismen minder goed kunnen worden behandeld; er is geen onderscheid in cementtype; er is geen grondslag voor het uitwisselen, bv. van de dichtheid van het beton tegen de dekking; er is geen grondslag voor het beoordelen van afwijkingen (samenstelling, dekking); er is geen grondslag voor economische optimalisatie. Een andere factor van belang is de maatschappelijke ontwikkeling: in het verleden bepaalde de opdrachtgever vrij nauwkeurig het ontwerp inclusief de betonsamenstelling, waarop de aannemer en

de betontechnoloog invulden hoe ze dat precies gingen maken. Vanwege de terugtredende overheid formuleert de opdrachtgever tegenwoordig in principe alleen prestatie-eisen, en wordt het ontwerpen "aan de markt" overgelaten. Contracten zijn steeds vaker van het type Design & Construct (en toenemend ook & Maintain), waarbij de aannemer feitelijk het ontwerp maakt en vervolgens moet aantonen dat dit aan de prestatie-eisen voldoet. Een aannemer die vernieuwende oplossingen wil toepassen, bijvoorbeeld nieuwe betonsamenstellingen die niet goed in de huidige regels passen, heeft daarvoor een methode nodig. Deze leidraad poogt hieraan tegemoet te komen door een kwantitatieve methode voor ontwerpen op levensduur te beschrijven. Uitgangspunt voor de leidraad is de DuraCrete methode voor levensduurontwerp, waarvan het concept in de jaren 1980 is voorgesteld [Siemes et al. 1985] en verder is ontwikkeld in de jaren 1990 [DuraCrete 2000, Siemes et al. 2000]. Eenvoudig gesteld wordt de filosofie van het constructieve ontwerp gevolgd: de levensduur is de periode waarin de constructie de agressieve belasting vanuit de omgeving kan weerstaan, waardoor deze een bepaalde prestatie levert met een vooraf bepaalde maximale faalkans (of minimale betrouwbaarheid). De prestatie wordt geleverd wanneer een bepaalde grenstoestand niet wordt overschreden. De grenstoestand is hier het bereiken van een bepaald chloridegehalte ter plaatse van de wapening, waarbij initiatie van corrosie kan optreden. Er wordt gebruik gemaakt van een model voor de tijdafhankelijke degradatie dat is gebaseerd op chloridetransport door diffusie totdat het kritische chloridegehalte bij de wapening wordt bereikt. De belasting is het chloridegehalte in het betonoppervlak dat wordt opgebouwd door de expositie aan chlorideionen uit dooizout of zeewater. De weerstand is het maximale chloridegehalte dat niet tot corrosieinitiatie leidt, het kritische chloridegehalte. De grenstoestand waaraan de prestatie is gekoppeld is de afwezigheid van corrosie-initiatie. Dit is geen uiterste grenstoestand, omdat geen direct gevaar ontstaat voor bezwijken, maar een gebruiksgrenstoestand omdat corrosie betekent dat reparatie nodig kan zijn, dus een economische bedreiging. Geaccepteerde faalkansen voor een gebruiksgrenstoestand bedragen normaal enkele procenten (betrouwbaarheidsindex β 1,3 tot 2). Sinds het beschikbaar komen van de DuraCrete methode is zij toegepast op onder andere de Westerscheldetunnel en op constructies in de HSL-Zuid, in het bijzonder de Groene Harttunnel [Vries, 2007, Polder 2007]. De ervaring die veel partijen hiermee opdeden was zodanig positief dat in 2002 de behoefte ontstond aan een algemeen aanvaarde en vereenvoudigde werkwijze. Vooralsnog is er wel behoefte aan een plafond in de vorm van de bestaande voorschriften: eisen uit NEN-EN 206-1 + NEN 8005 (samenstelling) en NEN 6722 (nabehandeling) zijn randvoorwaarden. Deze randvoorwaarden sluiten een gebrek aan duurzaamheid als gevolg van andere mechanismen (bv. corrosie door carbonatatie) uit. Door toepassing van de in deze leidraad beschreven methodiek ontstaat meer vrijheid, bv. van bindmiddelkeuze, benutten van lagere w/c, beloning voor nauwkeuriger werken (betondekking) en in het algemeen de mogelijkheid tot economische optimalisatie. Een mogelijk nadeel van het gebruik van de nieuwe werkwijze is de mogelijkheid van onjuiste uitkomsten, bijvoorbeeld door fouten in het model of in de invoerparameters. Dit is zoveel mogelijk ondervangen door validatie aan praktijkwaarnemingen. Om fouten bij toekomstige gebruikers te vermijden is het zinvol kennisoverdracht te plegen, bijvoorbeeld in de vorm van een cursus.

Dit achtergrondrapport beschrijft hoe de DuraCrete methode is vereenvoudigd en aangepast aan nieuwe informatie voor het ontwerpen op levensduur in XD en XS (dooizout en zee-) milieus. De aanpak is gebaseerd op: het DuraCrete model voor chloridetransport; aanpassingen aan het model en met name de invoerparameters op grond van laboratorium-diffusieproeven en veldmetingen (chlorideprofielen); probabilistische verwerking van onzekerheden en spreiding; semi-probabilistische vereenvoudiging; een serie tabellen die maximumwaarden geven voor de chloridediffusiecoëfficiënt op 28 dagen in afhankelijkheid van de milieuklasse, de betondekking, het type bindmiddel en de gewenste levensduur; randvoorwaarden qua samenstelling en nabehandeling volgens bestaande regelgeving. Achtereenvolgens worden de elementen in de voorgestelde aanpak beschreven: het transportmodel, de semi-probabilistische aanpak, de invoervariabelen en de gekozen methode voor het bepalen van de chloridediffusiecoëfficiënt. 2.2. Gekozen model 2.2.1. DuraCrete model voor chloridetransport Begin jaren 1970 is door Collepardi et al. [1972] gesteld dat indringing van chloride in beton kan worden beschreven als diffusie. In beton in een omgeving met chloride is in het algemeen een chloridegradiënt aanwezig tussen de buitenkant en diepere lagen, zodat indringing een niet-stationair (non-steady state) proces is, waarvoor de tweede wet van Fick geldt: C t 2 C = D (1) 2 x Onder bepaalde randvoorwaarden, zoals een constante diffusiecoëfficiënt en een constant oppervlaktegehalte, is de oplossing van deze differentiaalvergelijking: C( x, t) = 1 erf C s 2 x Dt (2) Op basis van het diffusieconcept zijn diverse proefmethoden voorgesteld om de relevante parameters van beton te bepalen. Dit zijn: niet-stationaire methoden (op basis van een chloride-indringfront of indringprofiel in een proefstuk) en stationaire methoden (op basis van een constante stroom van chloride door een proefstuk). Later zijn versnellende invloeden toegepast, met name door een

elektrisch veld aan te leggen over het proefstuk. Tenslotte is de relatie tussen chloridetransport en elektrisch ladingstransport cq. de elektrische weerstand gebruikt als basis voor proeven. De proefmethoden komen in 2.5 uitgebreider aan de orde. Aanvankelijk werd formule (2) gebruikt om indringprofielen te fitten, wat gefitte waarden oplevert voor de niet-stationaire diffusiecoëfficiënt D, en het chloride-oppervlaktegehalte C s. Hieruit is (in de pioniersperiode) gevoel verkregen voor de orde van grootte van de diffusiecoëfficiënt zoals die optreedt in betonconstructies in het veld en een zeker inzicht in de invloedsfactoren, zie bv. [Hageman 1982]. Dit bleken vooral te zijn: de aard van de expositie (bv. de spatzone in zeemilieu) en de betonsamenstelling, met name de cementsoort en de water-cementfactor (wcf). Nog steeds wordt deze benadering gevolgd om resultaten van laboratoriumproeven te valideren aan het gedrag van beton in de praktijk. Waarschijnlijk moet een constructie minimaal 10 jaar oud zijn (blootstaan aan chloridebelasting) om uit een profiel de gegevens te halen die geschikt zijn voor het zinvol voorspellen van toekomstige profielen, zie o.a. [CUR 215 2005]. Uit profielen afkomstig van grote aantallen constructies van uiteenlopende ouderdom bleek dat er een dalende trend aanwezig was in de diffusiecoëfficiënt; ogenschijnlijk was deze tijdafhankelijk [Gehlen 2000, CUR 215 2005]. Eigenlijk is dat in strijd met de randvoorwaarden van de afleiding van (2). Echter, voor de praktijk is afname van de diffusiecoëfficiënt met de tijd van groot belang, in elk geval om uit proeven op de korte termijn uitspraken (voorspellingen) te doen voor de lange termijn. Het afnemen van de snelheid van chloridediffusie met de tijd komt door hydratatie van cement, waardoor capillaire poriën fijner worden, in het bijzonder met hoogovenslak of vliegas; en door uitdroging van het beton, waardoor het poriewatervolume afneemt. De afname met de tijd van de diffusiecoëfficiënt kan worden beschreven met de volgende empirische relatie: n t0 D( t) = D0 (3) t waarin D 0 is de diffusiecoëfficiënt op een referentietijdstip t 0 (bv. 28 dagen) en n is een verouderingsexponent [Maage et al. 1996]. In tweede helft van de jaren 1990 is in het Europese onderzoeksproject DuraCrete op basis van beschikbare modellen en gegevens een model voor chloride-indringing gemaakt op basis van diffusie. Hierin zijn naast de transportformule een aantal coëfficiënten gebruikt om de uitkomsten overeen te laten komen met gegevens uit laboratorium- en praktijkproeven [Bamforth & Chapman-Andrews 1994, Bamforth 1997]. Tevens heeft DuraCrete gekozen voor een standaardproef voor het bepalen van de weerstand tegen chloride-indringing, de RCM proef (zie verder). De uiteindelijke vorm van het DuraCrete model voor chloride-indringing is: C(x,t) = C s (C s - C i ) erf (x/2 {K tot D 0 t (t 0 /t) n Cl}) (4)

Hierin is: - C(x,t) het chloridegehalte op een bepaalde diepte (x) op een bepaald tijdstip (t), - C s het oppervlaktechloridegehalte, - C i het initiële chloridegehalte van het beton, - erf de error functie, een wiskundige functie die de oplossing van de tweede diffusiewet van Fick beschrijft onder bepaalde randvoorwaarden, - x de diepte ten opzichte van het betonoppervlak, - K tot een coëfficiënt waarin verschillende invloeden worden verdisconteerd, - D 0 de diffusiecoëfficiënt (correcter: migratiecoëfficiënt) voor chloride op het referentietijdstip t 0, bepaald met de RCM proef, - t de tijd, - t 0 een referentietijdstip, bv. 28 dagen, - n Cl de verouderingsexponent (als gevolg van hydratatie en uitdroging). De coëfficiënt K tot wordt volgens DuraCrete als volgt ingevuld: K tot = k e k c (5) met k e de coëfficiënt voor het milieu (afhankelijk van de cementsoort) en k c de coëfficiënt voor de nabehandeling. Het oppervlaktechloridegehalte C s is de drijvende kracht achter het chloridetransport. Deze parameter wordt berekend uit de wbf en een materiaal- en milieu-afhankelijke constante: C s = A Cs * (wbf) (6) Het DuraCrete-eindrapport [DuraCrete R17 2000] geeft getabelleerde waarden voor de parameters k e, k c, n Cl, A Cs voor een aantal soorten bindmiddel en voor het kritische chloridegehalte C crit. Geen waarde voor C i is gegeven. De diffusieweerstand D 0,RCM moet worden gemeten. In een ander DuraCrete rapport zijn waarden gegeven voor de standaardafwijking en het type verdeling van parameters [DuraCrete R9 2000]. Het DuraCrete model en de invoerparameters vormden tot voor kort het enige complete systeem voor levensduurontwerp. Mede omdat hiermee in Nederland ervaring was opgedaan, is dit model gekozen. 2.2.2. Beperkingen en onzekerheden Het DuraCrete model berust op diffusie van chloride in beton. Het negeren van andere transportmechanismen (met name capillaire absorptie) wordt wel genoemd als beperking. Op zich is dit juist; echter, in nat milieu en bij een niet al te geringe dekking is de invloed van capillaire absorptie klein. Dit blijkt o.a. uit studies in Groot-Brittannië naar beton in zeemilieu en dooizoutmilieu (expositie

langs een snelweg) [Bamforth & Chapman-Andrews 1994, Bamforth 1997]. Een zekere mate van correctie voor niet-diffusietransport zit in de milieucoëfficiënt k e. Opgemerkt wordt dat afwijkingen van zuivere diffusie bij kleine dekking (< 20 mm) geen werkelijke beperking vormen omdat voor constructief beton geen geringe dekkingen zijn toegestaan. Recent zijn andere modellen voorgesteld. Gehlen [2000] heeft een licht aangepast model voorgesteld met een correctie voor niet-diffusie transport in de buitenste zone, dat alleen in zeemilieu geldt. In DARTS is dit model toegepast voor tunnels in het land. Er is een model voorgesteld waarbij de diffusiecoëfficiënt op tijd oneindig niet naar nul gaat maar naar een limietwaarde [Visser & Polder 2006]. In CHLORTEST is ook gekeken naar modellen en met name naar zogenoemde fysisch correcte modellen (in tegenstelling tot vereenvoudigde of empirische modellen). Fysische modellen houden (expliciet) rekening met bv. nat/droog- of temperatuurwisselingen en modelleren bv. ook chloridebinding en transport van andere ionen (natrium, kalium). Een voorbeeld van zo'n model is dat van Meijers [Meijers 2003], dat is doorontwikkeld en toegepast in het eindige-elementen rekenprogramma CIMCON [Boutz et al. 2007]. Een algemeen probleem met fysische modellen is dat betrouwbare waarden voor de invoerparameters niet of nauwelijks beschikbaar zijn. Tenslotte wordt opgemerkt dat het in CHLORTEST niet mogelijk bleek een keuze te maken uit de fysische modellen omdat de onderzoekers het niet eens werden over welk model alle relevante fysische verschijnselen correct zou modelleren [CHLORTEST 2005]. Een andere beperking is de vorm van het DuraCrete model (vergelijking 4). Wiskundig is de vorm niet correct voor een systeem met een tijdafhankelijke diffusiecoëfficiënt [Visser et al. 2004]. De beperking die hieruit voorkomt is klein omdat de coëfficiënten zijn gekalibreerd op praktijkwaarnemingen. Een beperking van het oorspronkelijke DuraCrete model is het ontbreken van coëfficiënten voor bepaalde gevallen, bv. bindmiddelen of milieus. Concreet zijn dit: k e voor bindmiddelen met vliegas k e en n Cl voor slakgehalten <50% C crit voor andere bindmiddelen dan portlandcement. Deze beperkingen zijn in VC 81 opgeheven door hiervoor waarden te kiezen. De beperkingen en onzekerheden in het model en zijn vorm zijn opgevangen door validatie van het model aan de hand van praktijkgegevens (chlorideprofielen zoals uit onderzoek door CUR B82), zie 2.6.

2.3. Deterministisch probabilistisch semi-probabilistisch 2.3.1. Achtergrond probabilistisch ontwerpen op levensduur In de jaren 1980 is gesteld dat het begrip betrouwbaarheid betrokken zou moeten worden bij het denken over duurzaamheid [Siemes et al. 1985]. Vanuit de waarschijnlijkheidsleer (probabilistiek) werd gesteld dat de uitkomst van gewone (deterministische) berekeningen gemiddelde waarden geven. Een op basis van gemiddelde waarden voor de modelparameters voorspelde levensduur heeft een kans van ca. 50% van uitkomen. Volgens de regelgeving voor het ontwerpen van constructies is 50% een te grote faalkans [Eurocode]. Afhankelijk van de ernst van de gevolgen van falen is de toelaatbare faalkans zeer klein (van de orde van 10-4 ) wanneer het een uiterste grenstoestand (ultimate limit state, ULS) betreft of klein (van de orde van 10-2 ) voor een gebruiksgrenstoestand (serviceability limit state, SLS). Faalkansen kunnen worden berekend indien men de onzekerheden in het systeem kent (bv. in sterkte en in belasting) met probabilistische berekeningen. Dit gebeurt door de kans P f te berekenen dat de grenstoestandsfunctie kleiner wordt dan nul: P f = {Z<0} (7) met Z = R(σ) S(σ) (8) Met: Z de grenstoestandsfunctie, R de weerstand en S de belasting, waarbij (σ) aangeeft dat met onzekerheden rekening wordt gehouden. Voor het constructief ontwerpen is een dubbel stelsel ontwikkeld: indien men de onzekerheden goed kent kan volledig probabilistisch worden gerekend; dit gebeurt in de praktijk alleen voor bijzondere gevallen. Voor routinematig ontwerpen zijn uit probabilistische analyses van een reeks gevallen veiligheidscoëfficiënten afgeleid, die worden gebruikt in een zogenoemde semi-probabilistische aanpak. In principe is er geen voorkeur voor de vorm van de semi-probabilistische vereenvoudiging. Dit kan ook met behulp van een veiligheidsmarge (zie bijvoorbeeld de spreiding in de betondekking in Eurocode 2). In de bouwregelgeving is het gebruikelijk afzonderlijke veiligheidscoëfficiënten te hanteren voor de sterkte en voor de belastingen, ook wel genoemd partiële factoren en aangeduid met het symbool γ. Zulke partiële factoren worden toegepast op de karakteristieke waarden van de sterkte (materiaalfactor γ m ) en de belasting (belastingsfactor γ b ). Per conventie hebben partiële factoren een waarde gelijk aan of groter dan 1. De sterkte moet dan worden gedeeld door en de belasting moet worden vermenigvuldigd met de partiële factor. De formule voor semi-probabilistisch ontwerpen op sterkte wordt daarmee:

Z = R/γ m - S.γ b (9) Voor het ontwerpen op levensduur moet worden meegenomen dat zowel R als S tijdafhankelijk kunnen zijn, uitgedrukt als R(t) en S(t), terwijl beide uiteraard onderhevig zijn aan onzekerheid of spreiding. Daardoor wordt ook Z tijdafhankelijk. Dit is schematisch weergegeven in figuur 2.1. De faalkans wordt aangegeven door de grootte van het overlapgebiedje van de verdelingen van R en S. R,S R(t) S(t) P f Distribution of R(t) Distribution of S(t) Target service life Failure probability P f Mean service life Time Sevice life distribution Figuur 2.1. R en S als functie van de tijd, de faalkans en daaruit voortvloeiende levensduurverdeling Volledig probabilistische berekeningen houden in dat moet worden berekend: P f (t) = {Z(t) < 0} in jaar t (einde ontwerplevensduur), met Z(t) = R(t) S(t), waarbij de onzekerheden in R en S volledig worden meegenomen. In de praktijk is dit lastig te doen, omdat dergelijke berekeningen ingewikkeld zijn, speciale software vereisen en omdat maar beperkte statistische informatie beschikbaar is over de verschillende variabelen in R en S. In het vervolg van dit achtergrondrapport is de huidige kennis op dit gebied zo goed mogelijk beschreven en toegepast. Voor gebruik in de praktijk is een vereenvoudigde, semiprobabilistische benadering veel geschikter. Hierbij worden alle onzekerheden in één parameter gestopt. Hoe dit is aangepakt wordt beschreven in de volgende paragraaf. 2.3.2. Semiprobabilistische vereenvoudiging Voor de Leidraad is ervoor gekozen een veiligheidsmarge op de dekking te gebruiken om van de deterministisch gevonden dekking (waarbij 50% faalkans hoort) te komen tot een ontwerpdekking waarbij een (voldoende) kleine faalkans hoort. Zoals aangegeven in deel I hoofdstuk 5 wordt gemikt op een kans op een ontoelaatbare mate van wapeningscorrosie voor het einde van de beoogde levensduur die kleiner is dan ongeveer 10%.

De gewenste betrouwbaarheid van de afwezigheid van corrosie kan in principe worden bereikt langs twee wegen: a. door een hogere dekking te kiezen of b. een lagere D RCM,0 te eisen. Omdat de beïnvloeding van deze twee aspecten in het algemeen niet bij één en dezelfde partij zal liggen (a. bij de constructeur/ontwerper en b. bij de betontechnoloog), moeten deze opties verschillend worden behandeld. Ook de uitwerking is nogal verschillend: de dekking wordt letterlijk gekozen (met een minimum op grond van de voorschriften), de D RCM,0 is vooralsnog een kwestie van trial and error. Daarom is hier gekozen voor het bereiken van een voldoende kleine faalkans door de dekking te verhogen met een veiligheidsmarge. Dit wordt hieronder nader uiteengezet. Voor het voorbeeld van een mariene constructie in Noord-Europa is wel eens geopperd dat de kans op corrosie van 50% bij dekking X wordt verminderd tot ca. 10% door de dekking met X = ca. 15 mm te verhogen. Dit mag niet zonder meer worden gegeneraliseerd. Het effect van de dekkingsopslag kan globaal worden geverifieerd aan de hand van de voorspelde chloride-indringing. Voor een reeks berekende profielen gaat het chloridegehalte van 0,50% op een bepaalde diepte naar ca. 0,25% op een 15 mm grotere diepte (initieel gehalte 0,10%). Bij 0,25% chloride op cementmassa lijkt een kans van 10% op corrosie-initiatie een redelijke schatting; zie ook [Breit 2001]. Deze ruwe analyse ondersteunt dus de opslag met 15 mm dekking als veiligheidsmarge om te komen tot ongeveer 10% kans op corrosie. Dit aspect is nader onderzocht met behulp van probabilistische berekeningen. Probabilistische berekeningen voor het bepalen van de veiligheidsmarge Voor elf gevallen is de kans op corrosie-initiatie berekend na 100 jaar als functie van de dekking. Voor acht constructies op het land (milieuklassen XD1, XD2, XD3, XS1) zijn drie bindmiddelen en voor elk bindmiddel de uiterste grenzen wat betreft wbf en op grond daarvan verwachte migratiecoëfficiënt vertegenwoordigd. Voor drie constructies aan zee (XS2, XS3) is voor drie bindmiddelen een zo dicht mogelijk beton als uitgangspunt genomen. De migratiecoëfficiënten voor deze gevallen zijn gegeven in tabel 2.1. De overige invoer komt overeen met de in 2.4 en bijlage A gegeven waarden. Voor de standaardafwijking van de dekking is 5 mm aangehouden. Tabel 2.1 Migratiecoëfficiënten voor de doorgerekende gevallen Milieuklasse en nabehandeling D RCM,0 * 10-12 m 2 /s Milieu XD, 3 dagen nabehandeling Gemiddelde Standaardafwijking (25% van gemiddelde) 1 CEM I middenwaarde 9,1 2,3 2 CEM I ca. wbf 0,45 14,3 3,6 3 CEM I, ca. wbf 0,38 6,3 1,6 4 CEM III (>50% slak), ca. wbf 0,45 4,0 1,0 5 CEM III (>50% slak), ca. wbf 0,40 3,4 0,85

6 CEM III (>50% slak), ca. wbf 0,55 5,3 1,3 7 CEM I + 25% vliegas, ca. wbf 0,35 9,5 2,4 8 CEM I + 25% vliegas, ca. wbf 0,45 12,7 3,2 Milieu XS, 7 dagen nabehandeling 9 CEM I 6,3 1,6 10 CEM III (>50% slak) 3,4 0,85 11 CEM I + 25% vliegas 9,5 2,4 Met deze invoer zijn berekeningen gemaakt met behulp van het door TNO ontwikkelde probabilistische rekenpakket Prob2B TM (voorheen PROBOX). Voor elk geval werden over een brede reeks dekkingen de faalkans en de betrouwbaarheidsindex berekend. Vervolgens werd gezocht naar een dekkingopslag waarbij de faalkans, gemiddeld over de gevallen, ongeveer op 10% zou komen. De resultaten zijn samengevat in tabel 2.2. Hierin staan achtereenvolgens: - de deterministische dekking (dwz de diepte waarop corrosie-initiatie met 50% kans optreedt na 100 jaar); - de dekking waarbij de faalkans (na 100 jaar) 10% is; - het verschil tussen beide voorgaande; - de betrouwbaarheidsindex voor het geval van een opslag van 20 mm; - de faalkans voor het geval van een opslag van 20 mm. De opslag die 10% kans oplevert, blijkt van geval tot geval te verschillen (tussen 16 en 27 mm). Omdat het ondoenlijk is verschillende waarden van de opslag te hanteren, moet één waarde worden gekozen. Over de 11 gevallen is volgens de berekeningen een extra dekking van ca. 20 mm nodig om van 50% kans op corrosie te komen tot een gemiddelde van ongeveer 10% kans op corrosie (β=1,3). Dit sluit aan bij de keuze van VC 81 voor de gewenste betrouwbaarheid en daarom is 20 mm opslag op de dekking een geschikte waarde. Tabel 2.2. Resultaten van probabilistische berekeningen van de kans op corrosie-initiatie als functie van de dekking op betonstaal voor een constructie met een ouderdom van 100 jaar geval opmerking dekking dekking opslag op β voor P f voor waarbij waarbij dekking opslag opslag β=0 en β=1,3 en waardoor β=1,3 20 mm 20 mm Pf=50% Pf=10% en Pf=10% (-) (%) (mm) (mm) (mm) 1 CEM I 27 48 21 1,25 11

middenwaarde 2 CEM I ca. w/b 0,45 33 60 27 1,0 16 3 CEM I, ca. w/b 0,38 22 40 18 1,4 8 4 CEM III (>50% slak), 21 40 19 1,3 9 ca. w/b 0,45 5 CEM III (>50% slak), ca. w/b 0,40 6 CEM III (>50% slak), ca. w/b 0,55 7 CEM I + 25% 19 37 18 1,4 8 24 46 22 1,2 12 18 38 20 1,3 10 vliegas, ca. w/b 0,35 8 CEM I + 25% 20 44 24 1,2 12 vliegas, ca. w/b 0,45 9 CEM I 34 50 16 1,5 6 10 CEM III (>50% slak) 30 46 16 1,5 6 11 CEM I + 25% vliegas 18 37 19 1,3 10 gemiddelde over 11 beschouwde gevallen (1,3) 10 Met het oog op een hogere gewenste betrouwbaarheid voor voorspanwapening zijn voor dezelfde elf gevallen de faalkansen berekend voor een nog eens met 5 respectievelijk 10 mm verhoogde dekking, dus voor een totale opslag van 25 en 30 mm. De resultaten staan weergegeven in tabel 2.3. Tabel 2.3. Resultaten van probabilistische berekeningen van de kans op corrosie als functie van de dekking; extra verhoging met het oog op voorspanstaal geval opmerking dekking β voor P f voor β voor P f voor waarbij β=0 opslag opslag opslag opslag en Pf=50% 25 mm 25 mm 30 mm 30 mm plus 20 (mm) (-) (%) (-) (%) 1 CEM I eis voor 47 7 4,5 dekking 30/45 mm 2 CEM I ca. w/b 0,45 53 11 7 3 CEM I, ca. w/c 0,38 42 5 3 4 CEM III (>50% slak), 41 6 4 ca. w/b 0,45

5 CEM III (>50% slak), ca. w/b 0,40 6 CEM III (>50% slak), ca. w/b 0,55 7 CEM I + 25% 39 5 3 44 8 6 38 7 5 vliegas, ca. w/b 0,35 8 CEM I + 25% 40 7 5 vliegas, ca. w/b 0,45 9 CEM I 54 3 1 10 CEM III (>50% slak) 50 4 2 11 CEM I + 25% vliegas 38 6 4 gemiddelde over 11 beschouwde gevallen (1,5) 6 (1,7) 4 Bij de berekeningen is in het algemeen gebleken dat: de grootste bijdrage aan de onzekerheid wordt geleverd door de verouderingsexponent en het kritische chloridegehalte; de omgevingscoëfficiënt en het initiële gehalte hebben relatief weinig invloed; het type verdeling van het kritische gehalte (normaal, lognormaal) is van aanzienlijke invloed (zie 2.4); het type verdeling van de dekking en de diffusiecoëfficiënt (normaal, lognormaal) heeft minder effect (zie 2.4). De resultaten kunnen als volgt worden weergegeven. De kans op corrosie bij een met 20 mm verhoogde dekking (gerekend vanaf de diepte met 50% kans op corrosie na 100 jaar) is gemiddeld over de elf gevallen 10% (β=1,3). Dit is voor het vermijden van corrosie-initiatie van betonstaal voldoende betrouwbaar. Bij een extra verhoging van de dekking met 5 mm is de gemiddelde kans op corrosie ca. 6% (β=1,5). Bij een extra verhoging met 10 mm is de gemiddelde kans op corrosie ca. 4% (β=1,7). Bij de huidige stand van de techniek (inzichten, nauwkeurigheid) wordt een opslag van 30 mm voor voorspanstaal met een bijbehorende kans op corrosie-initiatie van ca. 4% (β=1,7) voldoende betrouwbaar geacht. N.B.: NEN 6720 gaat uit van een opslag van 5 mm voor voorspanstaal ten opzichte van betonstaal. Eurocode 2 (NEN-EN 1992-1-1) gaat uit van 10 mm opslag (behalve voor niet-agressieve milieus). De gekozen semi-probabilistische wijze om te komen tot een betrouwbare levensduur is het verhogen van de deterministisch berekende dekkingen met 20 mm (30 mm voor voorspanstaal). De waarde