·S T C H T N G BETONPR S M APOSTBUS 35325203 DM "S HERTOGENBOSCHDuurzaamheid entoeslagmateriaalDe duurzaamheid van beton wordt vooral bepaald doorde dichtheid van het materiaal zelf. Alleen bij gewapendbeton speelt ook de dikte van de dekking een rol.Deze stelling geldt voor alle betonsoorten, van lichtbetontot zwaar beton, ongeacht de aard van het toeslag-materiaal.We weten allemaal dat dedichtheid van beton die wordtbepaald door het samenstelsel vancement, water en toeslagmateriaal,in hoge mate bepalend is voor deduurzaamheid.De vraag is nu, welke rol speelt hettoeslagmateriaal daarbij?SchademechanismenEerst kijkenwe naar de belangrijk-ste aspecten die de duurzaamheidvan beton bepalen.De BETON/EK-lezer zal bekend zijnmet de meest voorkomendeschademechanismen in beton:- corrosie van de wapening;- aantasting.Bij corrosie wordt primair dewapening aangetast, waarna hetbeton zal scheuren als gevolg vanhet ontstaan van corrosieproduk-ten. Roest neemt een grotervolume in dan het oorspronkelijkewapeningsstaal.Schademechanismen die het betonaantasten, kunnen we onderschei-den in chemische en fysischeaantasting.Bekende voorbeelden vanchemische aantasting zijn sulfaten,zuren en de alkali-silicareactie(ASR).Bijfysische aantasting is vaaksprake van vorst(dooizout)-schadeof scheurvorming als gevolg vanspanningen door krimp,veroorzaakt door uitdroging en/oftemperatuurveranderingen.De oorzaak van dergelijkescheurvorming moet vaak wordengezocht in ontwerp- of uitvoe-ringsfouten.ln deze BETON/EKwordt verder geen aandachtbesteed aan deze vorm vanaantasting.Aantastingsvormen die het gevolgzijn van mechanische belasting,zoals (overmatige) slijtageenvermoeiing, worden eveneensbuitenbeschouwing gelaten.De genoemde schadefenomen zijnintussen ten minste één keeruitgebreid beschreven inBETON/EK (zie overzicht). Daaromworden de verschillende oorzakenafzonderlijk niet besproken.Wie de moeite neemt eens terugjuni 1994te zoeken in die eerdere uitgavennaar de hier beschrevenfenomenen, zal ongetwijfeld eenaantal dingen opvallen.Bij vrijwel alle schademechanismenis de aanwezigheid van water eenvereiste. Dus als er geen water is,zal schade niet optreden.Ook zal de lezer constateren datzouten bij veel schademechanis-men een belangrijke rol spelen.Chloridehoudende zouten kunnencorrosie van de wapeningveroorzaken, alkali-zouten(natrium en kalium)vergroten dekans op alkali-silicareacties,dooizouten kunnen in combinatiemet vorst-dooicyclihet betonop-pervlak aantasten. Daarbij mag nietonvermeld worden gelaten datzouten hygroscopisch zijn: zetrekken water aan en houden datvast. De aanwezigheid van zoutenbemoeilijkt daarmee het uitdrogenvan het beton, waardoorschademechanismen minder sneltot stilstand komen.rloop van het schadeprocesDe ontwikkeling van de schadeverloopt vrijwel altijd in tweefasen. Deze kunnen wordenaangeduid als de initiatiefase,waarin nog geen sprake is vanschade, en de propagatiefase,waarin het aantastingsproces opgang komt en schade zal optreden(fig. I). Corrosie van wapening ishiervan een goed voorbeeld.Tijdens de initiatiefase treedt noggeen zichtbare schade op. Welzullen in deze periode de 'schade-initiators' het beton indringen enbeginnen met het afbreken van denatuurlijke bescherming. Denkdaarbij aan carbonatatie enchloride-indringing.Tijdens de propagatiefase zal hetcorrosieproces actief worden enscheurvorming veroorzaken. Desnelheid waarmee het procesverloopt is sterk afhankelijkvan deomstandigheden waaraan hetbeton is blootgesteld.Voor schademechanismen zoalsASRen sulfaataantasting kan eensoortgelijk model wordengehanteerd. Eerst moet in hetbeton voldoende reactie hebbenplaatsgehad (initiatiefase), voordatverdere reactie zal leiden totexpansie en de daarmee gepaardgaande scheurvorming (propaga-tiefase).Een uitzondering op dit modelvormen zuuraantasting en vorst-doolzout-schade. Zuren tastendirect het betonoppervlak aan. Eenzuur begint dus meteen metaantasten zodra het met beton inaanraking komt. Vorstschadewordt veroorzaakt doorbevriezing van water direct onderhet betonoppervlak. Dit laatsteheeft dan ook niets te maken metde indringingvan schadelijkestoffen.De snelheid waarmee hetschadeproces verloopt is sterkafhankelijkvan de mate waarinFasering vanhet schade-proces ininitiatie- en propagatiefase voor corrosievanwapeningoVerloop vanhet indringen vanschadelijke stoffeninde tijdschadelijke stoffen het betonkunnen binnendringen. Dedichtheid van het beton speelthierbij een belangrijke rol; hoedichter het beton, hoe minderindringing. De snelheid waarmeeindringingplaatsheeft neemtgelukkigaf in de tijd. In eersteinstantie zal deindringingssnelheidhoog zijn, maar zalna verloop vantijd afnemen (fig. 2).Wisselend natte en drogendeomstandigheden bevorderen deindringing.Bij drogendeomstandigheden diffunderen deschadelijke stoffen dieper hetbeton in, terwijl het waterverdampt. Indien er vervolgensbenatting optreedt, zal er tevenssprake zijnvan een sterkeopzuiging in het droge beton. Alsgevolg daarvan wordt hetindringen van schadelijke stoffenbevorderd. In dicht beton zal diteffect beperkt zijn.Samenvattend: alle schademecha-nismen zijnafhankelijkvan de matewaarin voor beton schadelijkestoffen kunnen binnendringen enzich verder door het beton kunnenverplaatsen. Kortom, hoe dichterhet beton, hoe beter bestandtegen aantasting.slagmateriaal enuurzaamheidDe poriestructuur bepaalt dedichtheid van beton. Veel grotedoorgaande poriën geven betoneen hoge doorlatendheid, denkmaar aan het zogenaamde 'no-finesconcrete' (open beton).Veel kleine, door cementgelonderbroken poriën zorgen ervoor dat beton een groteweerstand heeft tegen hetbinnendringen van allerlei stoffen.Een dergelijk beton heeft een lagepermeabiliteit. De permeabiliteitvan beton wordt vooral bepaalddoor de poriestructuur van dematrix, het samenstelsel van fijnedelen, cement en water dat zichtussen de toeslagkorrels bevindt.Op dit niveau spreken we over demicrostructuur van beton.MicrostructuurDe basis voor de microstructuurvan beton wordt al gelegd bij demengselsamenstelling: de keuzevan toeslagmateriaal, cement,water, hulpstoffen enz. Daarmeewordt dus ook de basis voor deduurzaamheid gelegd.De onderlinge samenhang tussende verschillende componenten isbepalend voor de duurzaamheid. Indit verband isde zogenaamdecontactzone tussen de matrix enhet toeslagmateriaal van grootbelang.rde dichte toeslagBij beton met hard, dichttoeslagmateriaal is de zwaksteschakel de contactzone tussen dematrix en de korrels. De sterkteen dichtheid van deze contactzoneblijftachter ten opzichtevan dematrix. Dit is vooral het gevolg van'mtcro-bleedlng. Daarbij vormtzich in de plastische fase van hetbeton een waterfilm rond (en alsgevolgvan sedimentatie vooralook onder) de korrel. Als gevolghiervan ontstaat rond de korreleen minder dichte zone (foto 3).Wanneer het beton wordt belast,ontstaan in deze zone eerst micro-scheuren, die bijtoenemendebelasting later over zullengaan indoorgaande macroscheuren. Doorinwendige spanningen, als gevolgvan krimp enz. ontstaan ook inonbelast beton microscheuren.De rnicroscheuren in decontactzone bepalen samen metde poriën in de matrix dedichtheid, de permeabiliteit, vanbeton met hard, dicht toeslag-materiaal.77TTT7 mBij aanwezigheid van chloriden inde scheur kan het corrosieproceslokaal snel verlopen, maar ook hierzal de scheur door corrosiepro-dukten verstopt raken. De wegvoor water en zuurstof naar dewapening wordt afgesneden en hetcorrosieproces stopt.De voortgang van de corrosiewordt dan weer volledig bepaalddoor het transport van denoodzakelijke stoffen (water,zuurstof en eventuele chloriden)door de dekking.Het corrosieproces zal stoppenindien de wapening voldoendedekking heeft en het beton vandeze dekking niet is gecarbona-teerd.Scheurvorming bij beton met hard,dicht toeslagmateriaal zaldoorgaans om de toeslagkorrelsplaatshebben, als gevolg van dezwakkere contactzone waaroverreeds isgesproken.Bij beton met licht, poreustoeslagmateriaalloopt de scheurook door de toeslagkorrels.Immers, de sterkte daarvan isongeveer gelijkaan die van dematrix. Er wordt wel eensgesuggereerd dat hierdoor eenkortere weg ontstaat vooragressieve stoffen naar dewapening. In theorie is dit juist,maar in de praktijk zijn deverschillen minimaal.Het verstoppen van een scheur inlichtbeton zal niet wezenlijk andersVorming vancorrosieprodukten terplaatse vaneen scheurineen poreuzetoeslagkorrelverlopen ten opzichte vangrindbeton. Intheorie is er enigverschil indien een poreuze,gescheurde korrel zich tegen dewapening bevindt. In dat geval is erwat meer corrosieprodukt nodig isom de lokaalaanwezige poriën teverstoppen (fig. 6). In de praktijkechter zal de wapening altijdomhuld zijn met een laagjecementsteen.praktijkTot nu toe is over de theoriegesproken. Maar hoe gedragen deverschillende betonsoorten zich inde praktijk?Gelukkig is er veel materiaalvoorhanden om een vergelijkingtemaken tussen de duurzaamheidvan beton met hard, dichttoeslagmateriaal en beton metlicht, poreus toeslagmateriaal.Vooral inspecties van brugdekkendie gedurende lange tijd zijnblootgesteld aan de inwerking vanzouten, vorstdooicydi, nat-droogwisselingen, verhinderdevervormingen en verkeersbelas-ting, zijn erg interessant.Bij inspecties in de USAaan maarliefst 257 brugdekken van zowelgrind- als lichtbeton, bleek keer opkeer dat de dekken gemaakt vanlichtbeton veel minder schadevertoonden dan die vangrindbeton. Veelalging het daarbijom door dooizouten (chloriden)geïnitieerde schade in de vorm vanvorst-dooi schade en wapenings-corrosie.De soms bij lichtbeton geconsta-teerde schade was vaak te wijtenaan ondeskundige detailleringtijdens het ontwerp of aan deuitvoering. Ook bijgrindbeton isdit een bekend gegeven.Tot slot dient nog te wordenvermeld dat de in de praktijkverkregen informatie overeenkomtmet resultaten uit laboratoriumon-derzoek.nclusieDe duurzaamheid van verschillen-de betonsoortenis sterkafhankelijkvan de mate waarinwater en voor beton schadelijkestoffen kunnen binnendringen. Eenbeperkte mate van scheurvormingis daarbij acceptabel.Voor de veronderstelling datlichtbeton minder duurzaam zouzijn dan grindbeton zijn geenbewijzen beschikbaar. Uitgebreideinspecties en onderzoeken wijzeneerder op het tegendeel. Oorzaakdaarvan is een veel dichterecontactzone tussen de korrels ende rest van het beton. Wel is hetzo dat bij lichtbeton doorgaans watmeer cement moet wordentoegepast om beton met eenvergelijkbare sterkteklasse teverkrijgen.Geconcludeerd magworden datde duurzaamheid van beton,ongeacht de aard van hettoeslagmateriaal, primair wordtbepaald door de dichtheid. Bijgewapend beton speelt naast dedichtheid ook de dikte van dedekking een belangrijke rol.Bij een gelijke sterkte- enmilieuklasse mag wordenverondersteld dat de duurzaam-heid van verschillende betonsoor-ten gelijkis. Enzoals we allemaalweten is de watercementfactordaarbij een belangrijke factor,zowel bij de sterkte als deduurzaamheid!eratuur- eUR-rapport Duurzaamheid van lichtbeton, eUR, Gouda, 1994.- H.W. Reinhardt, Beton als constructiemateriaal, Delftse UniversitairePers, 1985.eUR-rapport 90-3, Carbonatatie, corrosie en vocht, eUR, Gouda, 1990.- eUR-rapport 92-7, Kritisch chloride gehalte ingewapend beton, eUR,Gouda, 1992;- Kritisch chloridegehalte in gewapend beton, BETON/EK 9/15, mei 1993.&&In onzevolgendeuitgave:Examen Beton-technoloog 1994In april jI. ishetjaarlijkseexamenBetontechnolooggenomen. In deze uitgave wor-dende gestelde opgaven uitge-werktwaarmee iederzijnvakkennis kantoetsen.Daar maak je 't mee.BETON lEKis een praktijkgerichtvoorlichtingsblad op het gebiedvan de betontechnolgie enverschijnt 10 keer per jaar.lofonRedactie:tel. 073-401 222Abonnementen:tel. 073 -401 231Uitgave:Stichting BetonPrisma,Postbus 3532,5203 DM 's-Hertogenbosch,De Stichting BetonPrisma is eeninitiatief van de VerenigingNederlandse Cementindustrie(VNC).Overname van artikelen enillustraties is toegestaan, ondervoorwaarde van bronvermelding.Abonnementsprijzen:Nederland f 25,-, NederlandseAntillen en België f26,- anderelanden f 40,-Abonnementen lopen per kalen-derjaar. Aan het het eind van eenkalenderjaar wordt het abonne-ment automatisch verlengd, tenzijvoor I december schriftelijkwordt opgezegd.ISSN 0166-137x