Welke aantastingsmechanismen van beton zorgen voor schade?

Het eerste directe aantastingmechanisme van beton dat we bespreken is afvalwater. Door betonnen riolen gaat afvalwater, van huishoudens of van de industrie, en regenwater. Beton kan meestal goed tegen de chemicaliën die daarin zitten, maar er kan soms zwavelzuur ontstaan. Dit gebeurt door bacteriën en vooral als er weinig zuurstof in het water zit, bijvoorbeeld doordat het lang stilstaat. Dit zwavelzuur vreet het beton weg.

Een volgend directe aantastingmechanisme van beton dat we behandelen is de alkali-silica reactie (ASR). Dit komt doordat het beton gemaakt is met verkeerd toeslagmateriaal. In het toeslagmateriaal zit reactief silica, wat reageert met water en de alkaliën uit het cement tot een gel. Die gel zet uit en zorgt voor problemen zoals scheuren aan het oppervlak of stukken beton die loskomen. Omdat ASR een lang proces is, zie je deze problemen pas vele jaren na de bouw.

Een ander mogelijk gevaarlijk direct aantastingmechanisme van beton is brand. Beton brandt of smelt zelf niet, maar kan na een brand wel schade hebben opgelopen. Doordat het beton (vooral aan de buitenkant) heel warm is geworden, kan dit invloed hebben op hoe sterk en hoe stijf (stevig) de constructie nog is. Je ziet ook wel dat er stukjes van het oppervlakte afgespat zijn. Als er staal in het beton zit en het was een heel hete brand, kan het staal minder sterk geworden zijn, waardoor de betonconstructie minder veilig is geworden. Daarom moet je een constructie na een brand eerst goed inspecteren en misschien ook repareren, voordat je die weer gaat gebruiken.

Net als ASR is een sulfaatreactie een chemische reactie die een direct aantastingsmechanisme van beton is. Sulfaten kunnen in beton komen via het toeslagmateriaal, via het granulaat, via een bindtijdregelaar en via indringing. Als de omstandigheden het toelaten, kunnen ze reageren met water en de aluminaten in het cement en zo ettringiet vormen. Dit ettringiet zwelt op en kan zo schade veroorzaken. Je ziet het soms terug als witte uitslag in scheuren.

Te warm bij een brand is niet goed voor beton, maar ook vorst is een direct aantastingmechanisme van beton. Ook al lijkt beton droog, er zit altijd nog een klein beetje water in. Omdat water uitzet als het bevriest, heeft het meer ruimte nodig. Gelukkig zit er ook nog wel wat lucht in de poriën van het beton en is die ruimte er dus ook. Maar als er te veel water in het beton zit, bijvoorbeeld doordat er nog steeds water in zit vanuit het mengsel of doordat het geregend heeft, kan het kapot vriezen.

In Nederland zie je niet zoveel schade aan beton dat alleen door vorst komt, omdat we daar al wel rekening mee houden. Maar vorst en dooizouten samen zijn een direct aantastingmechanisme van beton dat je zeker vaak tegen kunt komen. Het is niet helemaal duidelijk hoe het komt, maar dooizouten veranderen wat er gebeurt met water dat bevriest. Aan het oppervlak van het beton bevriest het water dan niet, maar dieper naar binnen wel. Omdat het water daar wel uitzet, drukt het de bovenlaag van het beton weg. Dit noemen we scaling. We zien dit soort schade vooral bij wegen, parkeergarages en galerijen.

Zuren zijn het laatste directe aantastingsmechanisme van beton dat we hier behandelen. Je zag al bij afvalwater dat zwavelzuur het beton kan wegvreten. Maar ook andere zuren hebben dat effect, bijvoorbeeld de zuren in mestsilo's. Hoe meer zuur in aanraking komt met beton, hoe sneller de aantasting gaat.

Als staal in contact komt met zuurstof en water, gaat het roesten (corroderen). Die stukken roest zijn groter dan het oorspronkelijke staal. Als de wapening in beton gaat roesten, zie je dus dat het beton rond die wapening uit elkaar wordt gedrukt.

Hoe snel dit proces gaat, hangt af van hoelang het staal vochtig is, wat de temperatuur is, of er beschermende stoffen op het staaloppervlak zitten en de samenstelling van het milieu. Bij dit laatste punt gaat het vooral om de pH-waarde van het water in het beton en of er chloriden in zitten, want dan gaat de corrosie veel sneller.

Die pH-waarde van het poriënwater is hoger dan de pH-waarde van gewoon water of regen. Wapeningsstaal staat altijd in contact met dit poriënwater, want er zitten hele kleine gaatjes in het beton. Maar doordat de pH-waarde ervan zo hoog is, komt er geen roest, maar een laagje dat het ijzer helemaal bedekt. Het ijzer dat onder dat laagje zit, heeft steeds minder contact met water en zo beschermt dit het staal. We noemen dit laagje de passiveringslaag.

Het eerste indirecte aantastingmechanisme van beton dat we bespreken is carbonatatie geïnitieerde wapeningscorrosie. CO₂ uit de lucht, zeewater of dooizouten komt in het beton en verlaagt de pH-waarde van het poriënwater. Dit noemen we carbonatatie. Als de pH-waarde van het poriënwater nog maar 8 is, in plaats van 12-14 wat normaal is, verdwijnt de passiveringslaag die de wapening beschermt. Als er dan ook nog water en zuurstof bij de wapening kunnen komen, gaat die roesten.

Een ander indirect aantastingmechanisme van beton is chloride geïnitieerde wapeningscorrosie. Chloriden zijn zouten, bijvoorbeeld uit zeewater of dooizouten. Net als CO₂ kunnen chloriden de passiveringslaag aantasten. Mees­tal gebeurt dat niet overal, maar juist op kleine plekken. Daar kan de aantasting van het staal dan zo erg worden dat er diepe putten in ontstaan, wat heel gevaarlijk kan zijn.

Je zult chloride geïnitieerde wapeningscorrosie vooral zien als er vanaf het begin al te veel chloriden in het beton zaten. In het verleden gingen er nog wel eens versnellers in beton, op basis van zouten, waardoor het beton sneller hard werd. Maar indringing kan natuurlijk ook, zelfs al vanuit zoute lucht. Daarom kan dit tot wel 25 kilometer van de kust een rol spelen.

Het verschil tussen carbonatatie geïnitieerde wapeningscorrosie en chloride geïnitieerde wapeningscorrosie kun je meestal eraan herkennen dat het beton rond de wapening helemaal bruin wordt. Vaak zie je de roestvlekken al aan het oppervlak. Zie hieronder voor twee foto's van dit aantastingsmechanisme.