BETONCONSTRUCTIES IN DE PRACTIJK EEN OVERZICHT VAN VEEL VOORKOMENDE SCHADEBEELDEN EN DE DAARBIJ TE NEMEN MAATREGELEN (Door: ir. J.D. Bakker, Bouwdienst Rijkswaterstaat) Inleiding In het dagelijks leven komen we overal om ons heen betonnen werken tegen. Aan deze betonconstructies kan een veelheid aan gebreken optreden. In een bebouwde omgeving hoeft men niet lang te zoeken om betonconstructies aan te treffen met lokale scheuren, roestvlekken of losse betonschollen. Dat betekent echter niet noodzakelijkerwijs dat al deze constructies ook slecht zijn. Beschadigingen (hier bedoeld: zichtbare aantasting) kunnen in een grote verscheidenheid optreden, maar zijn lang niet allemaal ook echte schades (hier bedoeld: zichtbare aantasting welke hersteld dient te worden). Een genuanceerde kijk op schade is dan ook noodzakelijk. Veel optredende beschadigingen van beton worden in bijgaand stuk beschreven, met de voor de meeste situaties te volgen strategie. Hierbij dient opgemerkt te worden dat de beschreven strategieen richtinggevend zijn, maar niet leidend; Elk schadegeval moet als uniek bekeken worden. Dit stuk geldt voor beschadigingen welke aan het licht komen in de gebruiksfase van een object. In een dergelijke situatie moet een technisch, functioneel en economisch acceptabele beslissing genomen worden. Hierdoor zal men beschadigingen tot op zekere hoogte accepteren. Deze criteria mogen nadrukkelijk niet gebruikt worden voor een nieuwbouwsituatie, waar een constructie gewoon aan het gevraagde in het bestek moet voldoen! Standaardbeschrijvingen van inspectie- en onderhoudstrategieë n zijn op dit moment in ontwikkeling bij de Rijkswaterstaat en worden voor kunstwerken vastgelegd in referentiedocumenten. Dit stuk loopt op sommige punten echter vooruit op de huidige ontwikkelingen. 4 strategieën Afhankelijk van de verwachte gevolgen van een mogelijke beschadiging, kan men 4 strategieë n volgen: 1. Men kan trachten een schade te voorkomen door voorspellend te inspecteren en tijdig in te grijpen. Deze strategie is een vorm van Toestand Afhankelijk Onderhoud (TAO). 2. Men kan wachten tot een schadebeeld optreedt en daarna direct maatregelen nemen. Men spreekt van Storings Afhankelijk Onderhoud (SAO) 3. Men kan wachten tot een beschadiging optreedt en deze volgen tot een afkeurwaarde wordt bereikt, om vervolgens maatregelen te nemen. Dit is een vorm van Toestand Afhankelijk Onderhoud (TAO) 4. Men kan een beschadiging accepteren zonder deze te volgen of herstellen, indien de beschadiging weliswaar is opgetreden, maar geen onacceptabele gevolgen heeft of zal hebben. Betonconstructies in de practijk Pagina 1 Scheuren Scheuren kunnen om tal van redenen optreden. Men kan er voor kiezen scheuren te injecteren zodat ze weer dicht zijn, of ze V-vormig uithakken en aanhelen. Het herstellen van een scheur is niet altijd nodig, en is niet altijd een verbetering van de huidige situatie. Kleine scheuren (tot ca. 0,3 mm.) hebben vaak neiging om vanzelf dicht te groeien, en zijn in veel gevallen geen bedreiging voor de duurzaamheid. Een watervoerende scheur is ernstiger dan een niet watervoerende scheur. Een scheur loodrecht op de wapening die niet watervoerend is, mag een scheurwijdte van ca. 0,5 mm. hebben. Als de scheurvorming een bedreiging kan vormen voor de in de constructie aanwezige voorspanning dient men echter kritischer te zijn. In dat geval moet de scheurwijdte beperkt worden tot 0,1 mm. Voor het gemak wordt in de ondergaande beschouwingen ervan uit gegaan dat scheuren > 0,3 mm. hersteld moeten worden. De bovengenoemde nuance moet men echter in gedachte houden. Het herstellen van “werkende scheuren” heeft slechts incidenteel zin, en doet soms zelfs meer kwaad dan goed. Voor een beslissing tot het herstellen van een scheur moet men zich eerst af vragen wat de oorzaak van de scheur is en wat de gevolgen zouden kunnen zijn als de scheur niet hersteld wordt. Krimpscheuren Krimpscheuren treden op in de uitvoeringsfase van een constructie, bij het verharden en uitdrogen van beton. Thermische krimpscheuren zijn het gevolg van het niet goed in de hand houden van temperatuurontwikkelingen in het verhardende beton. Plastische krimpscheuren zijn het gevolg van het te vlug uitdrogen van het beton in de plastische fase (slechte nabehandeling). Daarnaast kennen wij uitdrogingskrimpscheuren. Deze treden in de loop van de jaren op en zijn min of meer onvermijdelijk. Krimpscheuren hebben de neiging op te treden direct boven het wapeningsnet. Vaak staan krimpscheuren open aan het oppervlak, maar sluiten zich naar binnen in het beton toe. Over het algemeen zijn krimpscheuren niet echt een bedreiging voor de duurzaamheid zolang ze beperkt van doorsnede zijn (tot 0,3 mm, gewapend beton). In dat geval groeien ze op den duur dicht (strategie 4). Figuur 1: krimpscheuren bij een aangestorte voegovergang Betonconstructies in de practijk Pagina 2 Fijnmazige scheuren ten gevolge van optredende momenten Veel plaatvormige betonconstructies vertonen in het midden van de overspanning fijnmazige craquelé scheurvorming, met een voorkeursrichting loodrecht op de overspanning. Deze scheuren tekenen zich vaak duidelijk af op beton met een oude coating. De scheurtjes zetten zich door in de coating en vormen daar een verzamelplaats voor vervuiling. Hierdoor gaan ze duidelijk aftekenen. Kijkt men van dichtbij, dan is de scheurwijdte in het beton zelfs met een scheurenloupe moeilijk te onderscheiden. Betreffende scheurtjes horen op te treden in het beton, en vormen geen bedreiging voor de duurzaamheid van het beton (strategie 4). Constructieve scheurvorming (algemeen) De scheurvorming tekent zich meestal duidelijk af (b.v. 0,3 mm.), en kan vanuit de krachtswerking in de constructie verklaard worden. In principe worden betonconstructies zodanig ontworpen dat verschijnselen als scheurvorming en doorbuiging waarschuwen voor mogelijk ongewenst constructief gedrag. Het daarom noodzakelijk bij dergelijke verschijnselen een goede objectieve verklaring voor de oorzaak van het ontstaan te geven. Soms moet men voor het verklaren van een constructieve scheurvorming ook een beeld hebben van de ligging van de wapening. Herkenning is echter vaak een kwestie van ervaring. Zo treedt dergelijke scheurvorming regelmatig op plaatsen op waar wapening ophoudt of opgebogen wordt (verjonging van de wapening), of bij verkeerd ontworpen oplegneuzen. Een bekend voorbeeld van constructieve scheurvorming zijn ook de scheuren die voorkomen in scheve plaatvormige rijdekken van viaducten uit de jaren 60 - 70. Door een verkeerde modellering van de schuifspanningen in de stompe hoeken zijn deze dekken vaak verkeerd gewapend, en treedt aanzienlijke scheurvorming op. Constructieve scheuren lopen over het algemeen door tot achter de wapening. Bij dit soort scheuren moet altijd een constructieve beschouwing gemaakt worden. Herstellen heeft alleen zin, als de oorzaak eerst verholpen wordt. Een vermoeden van constructieve scheurvorming leidt over het algemeen tot nader onderzoek (strategie 2). Figuur 2: Constructieve scheurvorming in de hoeken bij schuine plaatviaducten Betonconstructies in de practijk Pagina 3 Zettingsscheuren Zettingsscheuren ontstaan meestal in de eerste 10 jaren van de levensduur van een constructie. Soms echter, ontstaan zettingsscheuren nadat men in de omgeving van de constructie de gronddruk lokaal verandert, bijvoorbeeld door het verlagen van het waterniveau. Zettingsscheuren staan open aan de kant waar het beton door de zetting onder trek is komen te staan, en verdwijnen in de drukzone. Zetting zal in veel gevallen na enige tijd stoppen of steeds langzamer gaan. Daarom heeft het zin om zettingsscheuren te monitoren. Op het moment dat ze niet meer groeien kunnen ze geï njecteerd worden, als dat nodig blijkt te zijn. Het kan uit oogpunt van de duurzaamheid van onderliggende wapening zinvol zijn tussentijds te injecteren, als de scheurwijdte groter wordt dan 0,3 mm bij gewapend beton (strategie 3/4). Verhinderde vervorming (algemeen) Vervormingen die in een betonconstructie verhinderd kunnen worden zijn onder andere: − zettingen − temperatuursvervormingen inclusief temp gradië nten − hygrische vervormingen − kruip Verhinderde vervormingen kunnen spanningen veroorzaken waar tijdens het ontwerp geen rekening mee gehouden is. Hierdoor kunnen scheuren ontstaan. Meestal komen dit soort scheuren in de eerste 10 jaren van de gebruiksfase van de constructie aan het licht. Scheuren ten gevolge van verhinderde vervorming zijn vaak goed te herkennen, als men zich tracht voor te stellen hoe een constructie zou willen kunnen vervormen. Vanuit de scheur (plaats, verloop, vorm en wijdte) moet geredeneerd worden hoe deze ontstaan is. Het injecteren van een dergelijke scheur verhelpt het probleem meestal niet, omdat de constructie wil blijven vervormen. Daarom kan men deze scheuren meestal het beste laten zitten, tenzij de scheurvorming groter wordt dan 0,3 mm (gewapend beton), en het zinvol is om wille van de duurzaamheid de scheur te injecteren. Hiervoor hoeft de scheur niet specifiek gemonitord te worden. (strategie 3/4). Figuur 3: Tussensteunpunt onder scheef viaduct kan de bewegingsrichtingen van het rijdek niet volgen Betonconstructies in de practijk Pagina 4 Dilatatiescheuren Dilatatiescheuren ontstaan in betonconstructies als ze onvoldoende de mogelijkheid krijgen om te werken ten gevolge van temperatuur en vochtfluctuaties. Dilatatiescheuren (ook wel: natuurlijke dilatatie) zijn meestal te herkennen omdat ze met een regelmatige onderlinge afstand voorkomen. Omdat deze scheuren blijven “werken” is het repareren vaak niet zinvol. Alleen als de scheurwijdte groter wordt dan 0,3 mm of groter dan 0,1 mm bij voorgespannen constructies, kan het zinvol zijn de scheuren te injecteren. (strategie 3/4) Figuur 4: natuurlijke dilitatie op regelmatige afstand bij een schamprand van een viaduct Bouwfysische vervorming Bouwfysische scheuren kunnen optreden ten gevolge van temperatuur- of vochtgradië nten in het beton. Onder meer bij brede plaatvormige rijdekken treft men dit soort schade regelmatig aan. Het is in principe een vorm van verhinderde vervorming. Op zonnige dagen kan door het opwarmen van de bovenzijde van een rijdek kan aan de onderzijde trekspanning in het beton ontstaan zodat deze scheurt. Op zich is een dergelijke schade meestal niet ernstig, zolang de scheurwijdte beperkt blijft. (strategie 3/4) Desintegratie van het beton Is er eenmaal sprake van een systeem van watervoerende scheuren door het beton, in combinatie met een voldoende vochtaanbod, dan kan er een samenstelsel van elkaar versterkende schademechanismen ontstaan. In dergelijke gevallen kan het vocht zich in de scheuren verzamelen, en kan er zich in die scheuren een systeem ontwikkelen waarbij temperatuurs- en vochtwisselingen in combinatie met vorst samen het beton langzaam maar zeker vernielen. Er onstaat een systeem, dat zich almaar permeabeler gaat gedragen, hetgeen de desintegratie versnelt. In de scheuren worden onder meer ASR en ettringiet gevormd. In principe zijn dat geen schadelijke vormen van deze reacties aangezien de reactieproducten niet opgesloten worden. Dit soort schade komt veel voor bij grote oude gewichtsconstructies in combinatie met lage betonkwaliteiten, zoals sluiswanden en stuwen. Bij desintegratie van het beton vormen meestal watervoerende scheuren, die zich aftekenen middels kalkuittreding aan het betonoppervlak langs de scheurranden. Het verdient de aanbeveling om bij dit soort schade, maatregelen te nemen om vocht buiten te houden, of vochtransport door de scheuren te beperken. Voorts verdient het aanbeveling de voortgang van de schade te monitoren. Een eenvoudige manier van monitoring is, om in enkele gescheurde gebieden de scheuren op te meten die een lijn van 1 meter lengte doorsnijden (strategie 2&3). Betonconstructies in de practijk Pagina 5 Figuur 5: Oude sluiswand van slechte betonkwaliteit. Het beton desintegreert steeds verder door uitloging in watervoerende scheuren, samen met andere schademechanismen Scheuren ten gevolge van Destructieve Expansieve Reacties in het Beton (DERB) Bekende vormen van DERB-reacties zijn ettringietvorming en ASR. Bij een DERB-reactie verliest bet beton steeds verder aan sterkte en stijfheid, en desintegreert langzaam. Doordat de bulk van het beton meer zwelt dan de buitenschil (uitlogen van reactieproducten), tekenen er aan het oppervlak scheuren af. Expansiescheuren zijn redelijk herkenbaar: in ongewapend beton kunnen grote scheuren ontstaan. Deze volgen de zwakke plekken in het beton, bijvoorbeeld stortfronten. Voorts kan zich een fijnmazig craquelé scheurpatroon aftekenen, willekeurig van orië ntatie. In gewapend beton waarin de wapening een duidelijke voorkeursrichting heeft, volgt de scheurvorming aan het oppervlak de wapeningsrichting. De scheuren lopen over het algemeen niet verder dan de wapeningstaven. Daar achter zal de scheurvorming een meer grillig scheurpatroon vertonen. In veel gevallen worden bij ASR en ettringietschade uitbloedingen aan het betonoppervlak waargenomen. DERB kan vooral kwaad op plaatsen waar beton niet 3-demensionaal gewapend is, zoals bij veel rijdekken van viaducten. In het beton ontstaat een gelaagdheid in het vlak waarin geen wapening aanwezig is. Hierdoor loopt de treksterkte ernstig terug. Algemeen kan gesteld worden, dat deze reacties afhankelijk zijn van vochtaanbod. Een oplossing kan zijn om vochttoevoer te voorkomen, en het beton uit te drogen. Dit is echter niet altijd praktisch mogelijk, bijvoorbeeld omdat het vocht in het beton lastig te verwijderen is. Bij een beschadiging van het beton welke doet denken aan een DERB-reactie geldt als meest geschikte maatregel het uitvoeren van nader onderzoek naar de oorzaak en de mogelijke gevolgen van de beschadiging. Op grond van een dergelijk onderzoek moet worden vastgesteld of het noodzakelijk is het schadeverloop te monitoren. Een eenvoudige manier van monitoring is, om regelmatig in dezelfde gescheurde gebieden de scheuren op te meten (strategie 2&3). Betonconstructies in de practijk Pagina 6 Figuur 6a: zeer ernstige ASR aantasting in viaduct in Canada Figuur 7b: Voorkeursrichting expansiescheuren door aanwezige wapening Corrosie van staal ten gevolge van carbonatatie van het beton Algemeen Carbonatatie van beton leidt bij voldoende vocht op den duur tot het corroderen van wapening, als het carbonatatiefront voorbij de wapening komt. De corrosie treedt meestal gelijkmatig over de wapeningstaaf op. Omdat roestproducten 5 tot 10 maal het volume kunnen hebben van het geconsumeerde staal, zullen op den duur schollen beton van de wapening afbarsten. Men kan corrosieschade als gevolg van carbonatatie herkennen door: het gelijkmatig afzetten van corrosieproducten over het wapeningsoppervlak (geen pitten); roestproducten verzamelen zich op het grensvlak tussen staal en wapening; Tussen het moment van het ontstaan van losse betonschollen en het starten van corrosie kan vele jaren (afhankelijk van kwaliteit en dikte betondekking) zitten. Op het moment dat de schade zich openbaart, is de corrosie dus al geruime tijd aan de gang, overigens meestal met zeer beperkt staalverlies. Als men wacht met ingrijpen tot de schade zich manifesteert, kan de corrosie al op veel plaatsen aan de gang zijn. Men kan carbonatatie van het beton meten door een kern te boren en deze te splijten, of het beton in situ lokaal open te hakken, en het breukvlak te besprenkelen met fenolftaleï ne. Gecarbonateerd beton blijft kleurloos, en gezond beton kleurt paars. Men kan carbonatatieschade herstellen door: Het gecarbonateerd beton zo ver weg te hakken en aan te helen dat de wapening weer geheel door “gezond beton” omringd is; “Oplappen”: Periodiek losgekomen betonschollen verwijderen en het beton aanhelen. De effectiviteit van de maatregel is beperkt, omdat het lokaal repareren van een schade de propagatie van de schade direct naast de reparatie versnelt (galvanische corrosie). Realkaliseren: Op elektrolytische wijze nieuw alkali het beton in trekken, waarbij het alkalisch milieu rond de wapening hersteld wordt; Kathodisch beschermen: corrosiereactie “invriezen” door tussen het betonoppervlak en de wapening een potentiaalverschil aan te leggen, bijvoorbeeld middels een geleidende coating. De betonweerstand van gecarbonateerd beton is nogal hoog, waardoor de effectiviteit van de maatregel per geval kan verschillen. Betonconstructies in de practijk Pagina 7 Men kan corrosieschade als gevolg van carbonatatie voorkomen door het aanbrengen van een CO2-remmende coating, of het aanbrengen van een laag extra dekking, bijvoorbeeld van spuitbeton. Wapeningscorrosie ten gevolge van carbonatatie van het beton - lokaal Carbonatatie kan lokaal tot schade leiden, ten gevolge van de aanwezigheid van bijvoorbeeld een grindnest of een lokale lage dekking. Bekende voorbeelden van een lokale carbonatatieschade zijn de waterholletjes bij balkon- en galerijplaten. Ter plaatse van deze inkepingen in het beton is de dekking vaak lokaal zeer laag. Dit soort lokale schades zijn eigenlijk ontwerp- of bouwfouten. In de meeste gevallen zal men wachten tot schade zich manifesteert. Op dat moment hoeft meestal nog niet direct ingegrepen te worden, daar corrosie als vervolg op carbonatatie meestal traag verloopt. Afhankelijk van de plaats waar de schade optreedt, kan men besluiten de schade te herstellen (strategie 3/4). Figuur 8: Locale carbonatatieschade: beugels corroderen door lokaal zeel lage dekking Wapeningscorrosie ten gevolge van carbonatatie van het beton - grote vlakken Treedt carbonatatieschade eenmaal op grote schaal op, dan is herstel kostbaar. Daarom is het in de meeste gevallen zinvol om voorspellend te inspecteren (strategie 1). Men kan hierbij als volgt te werk gaan (zie figuur 9): 1. Zoek die gebieden uit waar het beton de kans krijgt om uit te drogen en toch voldoende vocht aanwezig kan zijn voor corrosie (buiten beschut). Meet op een representatief aantal plaatsen (minimaal 6, random bepaald) het quotië nt van de carbonatatiediepte en de betondekking 2. Bepaal de gemiddelde conditie van de betondekking: Ccarbonatatie = (1 - dcarbonatatie,gemiddeld,gemeten/ddekking ) x 100% 3. Bepaal het 95% betrouwbaarheidsinterval voor de carbonatatiedieptemeting. 4. Ga ervan uit dat op t = 0 de gemiddelde, boven- en ondergrens van de conditie 100% was. Maak een fit voor een verouderingsverwachting voor carbonatatie voor het gemiddelde, de boven- en ondergrens op basis van de 2 meetpunten. Gebruik voor de fit een √t-lijn. 5. Neem een beslissing: - Doe niets tot de volgende inspectie (als in de tijd tussen deze inspectie en de volgende inspectie het carbonatatiefront met 95% zekerheid de wapening niet bereikt); - Voer tussen deze en de volgende geplande inspectie een extra inspectie uit, als een vermoeden bestaat dat het carbonatatiefront de wapening bereikt vóór de regulier geplande volgende inspectie (interventieviveau valt in de referentieperiode net binnen het 95% betrouwbaarheidsinterval voor de conditie); - Voer een preventieve maatregel uit om te voorkomen dat het carbonatatiefront de Betonconstructies in de practijk Pagina 8 wapening bereikt, als men verwacht dat vóór de volgende inspectie het carbonatatiefront de wapening bereikt (interventieviveau valt in de referentieperiode duidelijk binnen het 95% betrouwbaarheidsinterval voor de conditie). 6. Voer bij de volgende inspectie weer een meting uit; 7. Stel de verwachting van het verouderingsverloop bij op basis van de huidige en voorgaande metingen. 8. etc. Deze benadering is praktisch, en altijd beter dan een zuiver theoretische benadering op basis van ingewikkelde formules. Immers, de constructie kan zich niet aan de benaderingsformule aanpassen, maar de benaderingsformule moet aangepast worden aan het gedrag van de constructie. Verloop carbonatatie; verouderingsprognose na 30 jaar op basis van metingen na 20 en 30 jaar 100 90 80 70 gemiddeld, t=20 60 95% betrouwbaarh.int, boven, t=20 95% betrouwbaarh.int, onder, t=20 50 gemiddeld, t=30 95% betrouwbaarh.int, boven, t=30 40 conditie (%) 95% betrouwbaarh.int, onder, t=30 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 tijd (jaar) Figuur 9: Voorspelling van verloop carbonatatie op basis van metingen Figuur 10: Carbonatatieschade in grote vlakken (foto: Ackerstaff) Betonconstructies in de practijk Pagina 9 Corrosie van staal ten gevolge van chloride in het beton Algemeen Corrosie geï nitieerd door chloriden in het beton is wezenlijk anders dan corrosie ten gevolge van carbonatatie. Bij chlorideschade wordt de passiveringslaag zeer lokaal doorbroken, en vormt zich een corrosiepit. In deze pit gaan ijzerdeeltjes in oplossing, in combinatie met de chloriden. De ijzerchloriden kunnen naar het betonoppervlak toe transporteren, en zich daar omzetten in ijzeroxiden, waardoor de chloride weer beschikbaar komt voor de corrosie reactie. De ijzeroxiden tekenen zich aan het oppervlak af als bruine vlekken. Dit kan samengaan met losse betonschollen, maar dat hoeft niet. Er zijn gevallen bekend, waar de wapening lokaal geheel was doorgeroest zonder dat er schollen afsprongen. Pitcorrosie kan in enkele jaren behoorlijke constructieve schade aanrichten. Daarom moet men altijd alert zijn op dit soort schade. Chloride kan ingemengd (vooral jaren ‘60) of ingedrongen zijn in het beton. Een bekend voorbeeld van ingemengd chloride zijn een deel van de Kwaaitaalvloeren die in veel woningen uit de jaren ‘60 en ’70 liggen. Een andere belangrijke oorzaak van de aanwezigheid van chloride in beton komt door het indringen van chloriden. Bekende chloridebronnen zijn zeewater (bij maritieme constructies en constructies dicht aan zee), dooizouten (parkeergarages, bruggen en viaducten, galerijvloeren en balkons). Indringing van chloriden gaat het snelst als de beton van slechte kwaliteit is, en wel in een gebied dat afwisselend nat en droog is. Bij viaducten komt men echter ook veel schade tegen op plaatsen langs de rand en onder van het asfalt, waar dooizouten en vocht zich verzamelen onder losse schollen asfalt. Het chloridegehalte van het beton kan op diverse manieren gemeten worden. Afhankelijk van de meetmethode kan er een verschillend resultaat uit komen. Rijkswaterstaat heeft daarom een richtlijn welke bij chloridemetingen van toepassing verklaard wordt. Een redelijk betrouwbare chemische methode is de “Volhardtmethode”. Gemeten chloridegehaltes moeten altijd afgezet worden tegen het cementgehalte (%m/m t.o.v. het cement) op diezelfde plaats, anders zegt de meting weinig. Het is helaas niet mogelijk om te spreken van é é n kritisch chloridegehalte. Uit de praktijk blijkt echter, dat chloride-geï nitieerde corrosie over het algemeen niet optreedt bij een chloridegehalte van lager dan 0,4 % (m/m t.o.v. het cement). Bij grotere dekkingen en beton met een dichtere structuur kan dit veel hoger zijn (>1%m/m t.o.v. het cement). Middels potentiaalmetingen kan men een betonoppervlak onderzoeken op mogelijke plaatsen van corroderende wapening. Dit lukt alleen als de wapening doorverbonden is. Dit blijkt niet altijd het geval. Herstel van beton met chloride-geï nitieerde corrosie kan op verschillende manieren: Uithakken corroderende plaatsen tot ruim achter de wapening, reinigen wapening en uitslijpen pitten, aanhelen beton. Deze methode is vaak zeer kostbaar en veroorzaakt veel overlast. De effectiviteit is niet gegarandeerd. Pitten kunnen in sommige gevallen actief blijven, ook in het gezonde beton. Beginnende pitten die direct naast het gerepareerde oppervlak aanwezig zijn, zullen versneld verder gaan (galvanische corrosie). Kathodisch beschermen: Het “invriezen” van de corrosiereactie, door het aanleggen van een elektrisch potentiaalverschil tussen het betonoppervlak en de wapening, bijvoorbeeld middels een geleidende coating. Deze techniek blijkt in de meeste praktijkgevallen effectief, maar heeft als nadeel dat het systeem voor de rest van de levensduur van de constructie gemonitord moet worden. Daar staat tegenover dat als blijkt dat het KB-systeem goed functioneert ook de beschermende werking goed is. Inhibitoren: Stoppen de anodische en/of kathodische reactie. Er zijn producten op de markt die aan het betonoppervlak aangebracht worden en versneld indringen. Er is echter beperkt ervaring met inhibitoren. Internationaal zijn er zeer wisselende berichten over de effectiviteit en duurzaamheid van de werking van deze middelen. Betonconstructies in de practijk Pagina 10 Dechloreren: Elektrolytisch verwijderen van chloriden in de zone tussen de wapening en het betonoppervlak. Het proces duurt enkele maanden, omdat chloriden niet alleen aanwezig zijn in het poriewater, maar zich ook aan het cement hechten. De effectiviteit van deze methode is onzeker. Chloriden van achter de wapening kunnen weer corrosie veroorzaken. Een leverancier van dechloreringstechnieken geeft over het algemeen ook geen garantie. Men kan chlorideschade voorkomen door tijdig in te grijpen, en verdere chloride-indringing tegen te gaan. Men moet er echter rekening mee houden, dat bij ingedrongen chloride sprake is van een indringprofiel. Door diffusie kan het chloridepercentage over de dekking vereffenen, en kan ter plekke van de wapening, ook na het stoppen van chloride-indringing, het chloridegehalte stijgen. Men kan dit effect beperken door de betondekking uit te drogen. Dit kan bijvoorbeeld door het toepassen van een dampopen minerale coating. Niet alle conserveringen bestand tegen het uitspoelen van chloriden, en bladderen af (dit probleem is vaak te zien bij kolommen onder viaducten). Ook het aanbrengen van een extra laag betondekking is een optie, zodat chloriden richting de nieuwe mortel zullen diffunderen. Wapeningscorrosie ten gevolge van chlorideindringing - lokaal Als chlorideschade optreedt ten gevolge van een lokaal te lage dekking, een grindnest of een lokale chloridebelasting (bijvoorbeeld een lekkende water doorvoer) dan is het mogelijk lokaal herstel uit te voeren. Hiervoor is meestal het weghakken en aanhelen van het beton de meest geë igende techniek. Hiermee wordt meestal gewacht tot er daadwerkelijk een schade optreedt (strategie 2). Wapeningscorrosie ten gevolge van chlorideindringing - grote vlakken Treedt chlorideschade verspreid over het gehele betonoppervlak op, dan wordt herstel al snel zeer kostbaar. Om deze reden is voorspellend inspecteren in de meeste gevallen zinvol evenals het treffen van preventieve maatregelen. Analoog aan het hoofdstuk over carbonatatie, kan men chloride-indringing uitdrukken in conditie. Conditie is echter een arbitrair begrip, omdat het niet duidelijk is bij welk chloride percentage corrosie zal optreden. Men zou als afkeurcriterium een chloridegehalte van 0,6 % (m/m t.o.v. het cement) ter plaatse van de wapening kunnen nemen (Deze waarde is arbitrair. Heel slecht beton kan al bij 0,4% corrosie gaan vertonen. Het heeft echter geen zin om een strategie uit te zetten voor een nietrepresentatieve situatie. 0,6% is een typische “practijkwaarde”, en valt over te discussieren). De conditie wordt bepaald door: (1 - cchloride, gemeten (%)/0,6) x 100%. Bij elke inspectie wordt op basis van de laatste en vorige metingen een verouderingsprognose bepaald. Geheel analoog aan het carbonatatievoorbeeld kan bij een inspectie steeds heroverwogen worden of men preventief ingrijpt of afwacht. In figuur 11 is een voorbeeld weergegeven. Betonconstructies in de practijk Pagina 11 Chlorideindringing: 1e prognose na 10 jaar; bijgestelde prognose na 20 jaar 120 100 80 gemiddeld, t=10 95% betrouwbaarh.int, boven, t=10 95% betrouwbaarh.int, onder, t=10 60 gemiddeld, t=20 95% betrouwbaarh.int, boven, t=20 conditie (%) 95% betrouwbaarh.int, onder, t=20 40 20 0 0 10 20 30 tijd (jaar) Figuur 11: Voorspelling van verloop carbonatatie op basis van metingen Figuur 12: Corrosie ter plaatse van de voegovergangen van een viaduct ten gevolge van chlorideindringing Corroderende wapeningsdraadjes Tijdens de bouw van een constructie waarin de wapening handmatig aan elkaar gevlochten wordt, worden wel eens wapeningsdraadjes die in de kist vallen achtergelaten. Op den duur gaan deze draadjes corroderen, en vormen bruine vlekken aan het betonoppervlak. Soms komen er zelfs kleine betonschollen los. Deze schade is voornamelijk om esthetische redenen onwenselijk, maar zal zelden een onderhoudsmaatregel initië ren (strategie 4). In het beton verankerde materialen Verankeringen in het beton leveren vaak schade op. Bekende voorbeelden zijn corroderende bouten van ankerplaten. Ook verankeringen van bijvoorbeeld leuningen in het beton kunnen tot mechanische schade leiden, als krachten in het beton onvoldoende overgebracht kunnen worden. Ook bouwfysische schade, ten gevolge van een verschil in gedrag van materialen bij temperatuurverandering, treedt regelmatig op. De maatregelen bij dit soort schade moeten per geval bekeken worden. Niet zelden zal men er goed aan doen een verbetermaatregel toe te Betonconstructies in de practijk Pagina 12 passen, om niet alleen de schade te herstellen, maar ook de oorzaak tegen te gaan (strategie 2/3/4). Overige beschadigingen Grindnesten Grindnesten worden veroorzaakt bij de bouw van een betonconstructie, door het lekken van een bekisting, door het slecht verdichten van het beton, of door het morsen van stukken beton op de bekisting voorafgaand aan het storten. Ter plaatse van een grindnest is de beton van mindere kwaliteit. Hierdoor kan lokaal carbonatatie of chlorideschade aan de wapening ontstaan. Het preventief uithakken van een grindnest is (afhankelijk van de plaats) echter meestel niet perse noodzakelijk, tenzij deze op een plek zit waar dooizouten zich kunnen verzamelen. (strategie 2/3/4). Figuur 13: Grindnest op een plaats waar deze beter verwijderd kan worden [3] Stortfronten Stortfronten zijn vaak nog zichtbaar aan het betonoppervlak. De kwaliteit van het beton is op deze plaatsen vaak minder. Hierdoor is vaak te zien op geconserveerd beton, dat op den duur deze stortfronten gaan aftekenen. Langs deze stortfronten wordt echter zelden schade geconstateerd (strategie 4). Pop-outs IJzerhoudende deeltjes in het toeslagmateriaal kunnen aan het betonoppervlak gaan corroderen, en zo “pop-outs” veroorzaken. Hierdoor oogt het beton niet zo fraai. Dit soort schade is echter zelden een bedreiging voor de duurzaamheid, en dus meestal geen reden tot onderhoud (strategie 4). Vorst-dooischade Beschadigingen ten gevolge van vorst-dooi cycli treden vermoedelijk meer op dan men er over het algemeen aan toeschrijft. Met name de interactie met andere aantastingsmechanismen is niet zo goed bekend. Wel is het duidelijk,indien beton gescheurd is, eventueel ten gevolge van een ander schademechanisme, als deze scheuren zijn gevuld met water, dat vorst-dooi een versterkend effect kan hebben op de propagatie van de schade. Betonconstructies in de practijk Pagina 13 Pure vorst-dooischade treedt alleen op zeer vochtige plaatsen op en is meestal herkenbaar aan het gelaagd schilferen van het beton. De intensiteit van de schilfering neemt meestal naar het betonoppervlak toe. Om verdergaande vorst-dooischade te voorkomen kan men het beste trachten het vocht weg te nemen (strategie 2). Vorst-dooizoutschade Bij vorst-dooizoutschade schilfert het beton aan het oppervlak steeds verder af. Het oppervlak krijgt hierdoor het uiterlijk van uitgewassen grint. Deze schade is vooral esthetisch. Vooral hoogovencement constructies zijn gevoelig voor vorst-dooizoutschade. Beschadiging ten gevolge van vorst-dooi in combinatie met indringing van zouten is echter zelden een bedreiging voor de constructie, tenzij de betondekking hierdoor onvoldoende wordt, of (bij een betonweg) de stroefheid van de weg bijvoorbeeld in het geding komt. Vaak geeft de esthetica uiteindelijk de doorslag om de schade te herstellen (strategie 3,4). Incidenteel leidt vorst-dooizoutschade in de Nederlandse situaties tot desintegratie van het beton (strategie 2) Figuur 14: vorst-dooizoutschade (foto uit: Schoon Beton. Verscheiningsvormen en keuringscriteria; VNC)) Mechanische beschadiging Er zijn tal van denkbare oorzaken voor mechanische beschadigingen. Te denken valt aan aanrijschade, explosie enzovoorts. De te volgen strategie zal per geval bekeken moeten worden (strategie 2/3/4). Figuur 15: Aanrijschade (foto uit: Schoon Beton. Verscheiningsvormen en keuringscriteria; VNC) Betonconstructies in de practijk Pagina 14 Brandschade Bij brandschade kan het beton zowel aan sterkte als aan duurzaamheidseigenschappen verliezen. Het beton kan inwendig scheuren, desintegreren of afspatten. Wapening kan gaan vloeiien of de sterkte kan afnemen. Een brandschade is over het algemeen een reden tot het uitvoeren van nader onderzoek (strategie 2). Slechte reparaties Niet zelden komen oude reparaties los. Vooral reparaties welke uitgevoerd zijn met epoxymortels in de jaren 80 komen vaak los. Herstelmaatregelen per geval bekijken. (strategie 2/3/4). Conclusies Beton kan een veelheid aan beschadigingen vertonen. De meeste van deze mogelijke beschadigingen kan men storingsafhankelijk onderhoud op uitvoeren (wachten tot de beschadiging zich manifesteert). Lang niet elke beschadiging hoeft hersteld te worden. Alleen voor chloride-indringing en carbonatatie en corrosie ligt het voor de hand om voorspellend te inspecteren. Dit zijn voor onderhoud overigens de belangrijkste bedreigingen. Voorspellend inspecteren heeft als voordeel dat men zo nodig preventief onderhoud kan plegen, wat meestal voordeliger is dan correctief onderhoud. Het herkennen van schadebeelden door een ervaren inspecteur is van belang voor het bepalen van een strategie voor de te nemen maatregelen. Het structureren van beslissingen voor de aanpak van het onderhoud in de meest gangbare situaties is een belangrijk hulpmiddel om te komen tot een optimaal onderhoud. Dit moet gebeuren op basis van consensus van deskundigen. Dit artikel is nog slechts een aanzet daartoe. Naar verwachting zal in de komende jaren, op basis van discussie dit soort beschouwingen binnen rijkswaterstaat verder standaardiseren. Betonconstructies in de practijk Pagina 15 Beslissingstabel Samenvattend is een beslissingstabel gepresenteerd. Het gepresenteerde is nadrukkelijk geen wetmatigheid, slechts een veralgemenisering. Men zal altijd zelf het gezond verstand moeten blijven gebruiken, bij het interpreteren van een inspectieresultaat. Soort Standaardwaarneming Oorzaak / proces Strategie Parameter Scheuren Corrosie overig scheurvorming craquelé craquelé scheurvorming scheurvorming scheurvorming scheurvorming scheurvorming craquelé scheurvorming / kalkuitbloeding desintegratie scheurvorming scheurvorming / kalkuitbloeding desintegratie scheurvorming corroderende wapening losse betonschollen scheurvorming corroderende wapening losse betonschollen scheurvorming corroderende wapening losse betonschollen roestuitbloedingen scheurvorming corroderende wapening losse betonschollen roestuitbloedingen grindnesten poreus beton pop-outs desintegratie scaling desintegratie scaling losse betonschollen scheurvorming beschadiging beton Betonconstructies in de practijk krimp krimp buigend moment zetting dilatatie verhinderde vervorming constructieve scheurvorming (alg.) bouwfysische scheurvorming (alg.) bouwfysische scheurvorming (alg.) bouwfysische degradatie bouwfysische degradatie expansiescheuren (DERB) expansiescheuren (DERB) expansiescheuren (DERB) locale carbonatatieschade locale carbonatatieschade locale carbonatatieschade carbonatatieschade carbonatatieschade carbonatatieschade locale chlorideschade locale chlorideschade locale chlorideschade locale chlorideschade chlorideschade chlorideschade chlorideschade chlorideschade grindnesten stortfront pop-outs vorst-dooischade vorst-dooischade vorst-dooizoutschade vorst-dooizoutschade mechanische schade mechanische schade mechanische schade 3/4 4 4 3/4 3/4 3/4 2 3/4 3/4 2&3 2&3 2&3 2&3 2&3 3 3 3 1 1 1 3 3 3 3 1 1 1 1 2/3/4 4 4 2 2 2 3/4 2/3/4 2/3/4 2/3/4 Pagina 16 scheurlengte scheurvorming (mm/m) scheurvorming (mm/m) scheurvorming (mm/m) scheurvorming (mm/m) scheurvorming (mm/m) conditie gem., ondergr, bovengr. conditie gem., ondergr, bovengr. conditie gem., ondergr, bovengr. conditie gem., ondergr, bovengr. conditie gem., ondergr, bovengr. conditie gem., ondergr, bovengr. conditie gem., ondergr, bovengr. (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Literatuur 1. 2. 3. 4. Rijkswaterstaat; Referentiedocument Beton , Utrecht, Projectbureau Onderhoud Kunstwerken,1999. TU Delft; Collegedictaat U7: “Behoud en onderhoud van materialen en constructies”, Delft, 1993. CUR, Duurzaamheid en onderhoud van betonconstructies (CUR 172). Gouda, CUR, 1998. Gespreksgroep bruggen; Adviezen ter voorkoming van veel voorkomende schaden en gebreken aan betonnen kunstwerken, Rotterdam, 1994 n.b.: Aan dit stuk ligt, naast de geraadpleegde literatuur, vooral persoonlijke communicatie met collega’s ten grondslag, die veel te maken hebben met het intepreteren van inspectiegegevens. Betonconstructies in de practijk Pagina 17
© Copyright 2024 ExpyDoc
