ONDERZOEKSGROEP
EXPLOIT1\ TIEPROB~EMEN
~ .,ç:- ~ ..00 WO -Jee .,t..-.J
IIIl1illlilJlIlIlIllHlllfliJlll/lillilli! !HIIi Hili/ IIUi/lilli/iJI!11
11/1/1 ilillllllllllllllll!ilil 11111/1111/1 I11I11 illlll,lllllllllllllllill
1IIIIiIJlIII.IIIIIIIIIIIIIIIJIIJIIIIIIIIIII .. II"jllllllllllllllllll/illill
11111111111 JlUI! 11 111ft I 1I 1111111 ii 1I1 111 liJlillUl 11111
TH-VRIJE-BELEIDSRUIMTEONDERZOEK
(DREIGENDE) SLOOP VAN NAOORLOGSE WONINGEN:
OORZAKEN, LESSEN, PREVENTIE)
deel 2
BETONSCHADE;ooRZAKEN,HERSTEL EN FINANCIELE KONSEKWENTIES
een trendrapport P. Groetelaers
Delftse Universitaire Pers
BIBLIOTHEEK TU Delft
P 2129 1216
Delftse Universitaire Pers
Mijnbouwplein 11
2628 R T Delft
tel (015) 783254 J
I
CIP-GEGEVENS KONINKLIJKE BIBLIOTHEEK, DEN HAAG Groetelaers, P.
Betonschade: oorzaken, herstel en financiële konsekwenties: een
trendrapport / P. Groetelaers.
Delft: Delftse Universitaire Pers. 111.
-«Dreigende) sloop van naoorlogse woningen; dl. 2) TH-Vrije-beleidsruimteonderzoek. - Met lito opg. ISBN 90-6275-169-5
SISO 693.5 UDC 691.32.059.2 Trefw.: betonschade
Copyright 1985 P. Groetelaers
No part of this book may be reproduced in any form, by print, photoprint, microfilm or any other means without written permission from the Delft University Press, The Netherlands.
INHOUD PAG.
o.
1.Î
2'J
! ~1. 2.2. 2.3. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.3.(
3
~
~
4.1. 4.2. 4.2.1. 4.2.2. 4.2.3. 4.3.(3
5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.4.1. 5.4.2. 5.4.3. 5.5.6.
6.1. 6.2. 6.3. 6.4.7.
INLEIDING ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1 BETON, GEWAPEND BETON ••••••••••••••••••••••••••••• 3BETONSCHADE •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7 ~eiding ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7 SOOrtenbetonschade ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7 ()orzakenbetonschade ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8 Fysische aa.ntasting •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8 Mechanische aa.ntasting ••••••••••••••••••••••••••••••••• 10 Chemische aa.ntasting ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 10
CORROSIE VAN HET 8ETONST AAL •••••••••••••••••••••• 15 TECHNISCHE ASPEKT EN VAN HERSTEL VAN
8ETON-SCHADE •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19
Het vaststellen van de omvang van de schade •••••••••••••• 19 Reparatiemogelijkheden ••••••••••••••••••••••••••••••••• 21
~eiding •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21
Voorbewerkingen ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22
Reparatiemethoden ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 25
Vervangen van beton (-elementen) •••••••••••••••••••••••• 35 EEN VooR8EELD UIT DE PRAKTIJK: HERSTEL
8ETON-SCHADE AAN DE E8A-FLATS IN ZOETERMEER •••••••••• 39 Inleicfing •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 39
De omvang van de betonschade ••••••••••••••••••••••••••• 39 Het initiatief tot de reparatie van het beton ••••••••••••••• 41
De uitvoering ••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••• 42
Bouwplaatsinrichting ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 42
Het slopen en vervangen van de platen •••••••••••••••••••• 42 De reparatie van de consoles ••••••••••••••••••••••••••••• 45
Kosten en financiering •••••••••••••••••••••••••••••••••• 45
FINANCIERING EN SU8SIDIERING VAN HERSTEL VAN
8ETONSCHADE 81J WONING80UW •••••••••••••••••••••• 47 AJgerneen ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 47
1-2-3-systeern ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 47 Terugploegen van uitkeringsgelden •••••••••••••••••••••••• 49 Reikwijdte van de regelingen •••••••••••••••••••••••••••• 55 SLOTOPMERKINGEN ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59
BIJLAGE I: Overzicht van de rechtsvorderingen die de
opdrachtgever kan instellen •••••••••••••••••••••••••• 63
BIJLAGE
n:
Uit Bouwwereld 80 (1984), nr.9.
27 april, pp. 117-119 ••••••••••••••••••••••••••••••• 67 BIJLAGE ID: Uit Bouwwereld 80 (1984), nr. 9
27 april, pp. 115-117 •••••••••••••••••••••••••••••• 71
BIJLAGE IV: Literatuur .•••••••••.•..•••••••••.•.•••••••.••.•• 74
/
O.INLEIDING
Sinds eind 1983 is een aantal medewerkers van de Afdeling der Bouwkunde van de Technische Hogeschool Delft, bezig met een onderzoek naar de ont-wikkelingen in een toenemend aantal naoorlogse woningkomplexen, die ge-teisterd worden door excessieve exploitatieproblemen.
Dit onderzoek "(Dreigende) sloop van naoorlogse woningen: oorzaken, les-sen, preventie" wordt gefinancierd uit de zogenaamde 'vrije beleidsruimte' van de Technische Hogeschool. In relatie tot dit onderzoek, dat een looptijd heeft van vier jaar, wordt ook kontraktresearch uitgevoerd, om de relatie tussen theorie en praktijk te vergroten. Anno 1985 bestaat bijna driekwart van de Nederlandse woningvoorraad uit naoorlogse woningen. Een aantal na
1945 gerealiseerde komplexen is inmiddels om 'volkshuisvestingsredenen'
gesloopt. Een veel groter aantal komplexen verkeert in grote exploitatie-problemen. Soms weet men met deze problemen geen raad, soms ook heeft men ambitieuze plannen ontwikkeld om de moeilijkheden het hoofd te bieden.
De symptomen van deze moeilijkheden zijn vaak pluriform. Er kunnen zich in de desbetreffende komplexen sociale problemen voordoen waarvan van-dalisme en hinderlijk woongedrag voorbeelden zijn en/of problemen van financiële aard zoals leegstand en huurachterstand. Meestal spelen ook technische problemen een rol.
In dit working paper wordt een van die technische problemen, n.l. dat van de betonschade, besproken. Naast hoofdstukken over schade-oorzaken, herstel-mogelijkheden en financiële konsekwenties, worden aan de hand van een komplex flats te Zoetermeer bouwtechnische, bestuurlijke en juridische aspekten besproken van omvangrijke betonherstelwerkzaamheden in dit hoogbouwkomplex.
Bij het samenstellen van dit working paper zijn veel opmerkingen bij en aanvullingen op eerdere concepten van medeonderzoekers en konsulenten verwerkt. Met name prof.ir A.J. Hogeslag heeft een aanzienlijke bijdrage geleverd bij het samenstellen van de eerste vier hoofdstukken.
1. BETON, GEWAPEND BETON
Alvorens een uiteenzetting te geven over betonschade en betonherstel pre-senteren wij eerst een kort hoofdstuk over beton en beton-eigenschappen. Beton is een bros, steenachtig materiaal dat ontstaat door verharding van betonspecie. Betonspecie is een mengsel van cement, toeslagmaterialen (zand en grind) en water. De verharding is een scheikundige reaktie hetgeen betekent dat de samenstelling van de betonspecie volgens precieze richt-lijnen moet gebeuren. De sterkte van beton is hiervan afhankelijk.
Cement is een hydraulisch bindmiddel, d.w.z. dat het een stof is die teza-men met water reageert en na reaktie een waterbestendige massa vormt. In ons land worden hoofdzakelijk portlandcement en hoogovencement toege-past. Er bestaan ook nog andere cementsoorten voor speciale toepassingen (niet in de woningbouw).
De grondstoffen voor portlandcement zijn mergel, klei en een ijzerhouden-de toeslag. De grondstoffen voor hoogovencement zijn portlandcementklin-ker , hoogovenslak en gips.
Bij de reaktie van hoogovencement met water wordt minder warmte ont-wikkeld dan bij de reaktie van portlandcement met water. Hoogovencement is ook kalkarmer dat portlandcement. Beton met hoogovencement heeft daardoor een wat grotere weerstand tegen voor beton agressieve milieus. Bij de verharding (reaktie van cement met water) ontstaat vrije kalk in de beton. Dit is van belang omdat dit bestanddeel aan vrije kalk in beton ge-voelig is voor aantasting door bijvoorbeeld zuren!
Als toeslagmateriaal voor beton komen in aanmerking: natuurlijk-gewonnen toeslagmaterialen zoals zand en grind voor normale beton, natuurlijk-gewonnen lichte toeslagmaterialen voor lichtbeton en tenslotte kunstmatig vervaardigde toeslagstoffen.
De toeslagmaterialen moeten een bepaalde korrelgrootteverdeling (fijnheids-modulus) hebben en mogen geen verontreiniging bevatten die hinderlijke bijverschijnselen kunnen veroorzaken (zoals klei en organische stoffen). Water heeft een tweedelige funktie in beton:
1. reaktie met cement;
2. de nodige verwerkbaarheid van de betonspecie tot stand brengen.
Het is noodzakelijk dat het water schoon en zuiver is. In het algemeen is leidingwater goed bruikbaar.
De verhouding tussen de hoeveelheid water en de hoeveelheid cement (water-cementfaktor) is van groot belang voor de kwaliteit van beton (sterkte en dichtheid).
Aller lei hulpstoffen kunnen aan de mortel of betonspecie worden
toege-voegd om een of meer eigenschappen van de betonspecie of van het beton (na verharding) te wijzigen.
Dergelijke hulpstoffen zijn bijvoorbeeld:
- luchtbelvormers voor verbetering van de verwerkbaarheid van de specie en ter verbetering van de vorstbestendigheid van beton (nadeel: minder grote sterkte);
- versnellers of vertragers be invloeden de binding van cement, en daardoor de snelheid van het verharden van beton. Een bekende versneller is calci-umchloride waarmee zeer voorzichtig omgesprongen moet worden. Hier-op komen we nog terug;
- dichtheidsmiddelen die de capillaire poriën in beton verminderen of onderbreken;
- Kleurstoffen voor het wijzigen van de kleur van beton.
Beton kan goed druk opnemen, maar de treksterkte bedraagt nog niet 1/10 van de druksterkte. Door staalstaven in het beton toe te passen, die de trekspanningen opnemen, kan men de geringe treksterkte van beton compenseren.
Het staal moet daarom op de juiste plaats (waar trekspanningen optreden) in de beton aangebracht worden. Men spreekt dan van gewapend beton. Men
kan ook tevoren druk introduceren in beton waar trekkrachten verwacht worden door de belasting. Men spreekt dan van voorgespannen beton: dit
, komt in de woningbouw minder vaak voor.
De samenwerking tussen beton en staal is optimaal als het staal door het alkalisch milieu van beton tegen corrosie beschermd wordt. Van belang is hiervoor in eerste instantie dat de beton dekking (d.i. het laagje beton tussen de buitenkant van het beton en de buitenkant van de wapeningsstaaf) voldoende groot is en de beton erin een goede dichtheid. In de volgende hoofdstukken wordt o.a. beschreven wat er allemaal kan gebeuren indien dat niet het geval is.
bouw
voor de eeuwen
bouwin
beton
'·.lW: ;:~I, '.',,1"1 blflGt:r!::\. '.fan g(!.dr::(;~de lef:~m e!'; ViJl; h()ul, V(ln rrmrgr.!, vf.l!11jj'"er, e:n '1LW ~,til<!l: wam r;~'~1
a! !"\C0.!l :1(: m~;!~f. i::(: tiU,!> van gebouwd ... Er. nu, in onze ~!%W, i~ ~~: (jal) dr~1 pr<ld~t!Qf! t·0\1~ .... !~;a:m!na:
t!~ID~;: 8CW!l ij.,! c~.." ij!! kan:> g(;!~fj tm ï :;r;llqmen ,'all v()rrr;~!, WiWf men w).::! 1~;· .. v'c:: l(i;I~, ,1',,,,,;( i3Wl
i(cr; êm~i(;~r ... 8cu.'{ :rl !)C!Gn Hf, m<.lak llW tJe:tO!l !TIBt cement Vjl!) (ie r,00q!i!t' kWi::!ilr::il (i!"l -.';~r. ;~t)~,:;i\i:;t
Noder/andt> CE/mi'lJt g6IJfi ZffKertioid: IJ kent (j!~ oor3p:r)/)g!
VOORPATRIMONIUM-VOORZI1TER
GEEN NIEUWS
20 BETONSCHADE
2.1. Inleiding
Hoewel door velen is beweerd dat beton onderhoudloos duurzaam is, blijkt zeker de laatste tijd dat beton wel degelijk onderhoud behoeft. kan.
Er is op heel wat plaatsen schade aan beton gekonstateerd, maar er is ook goede beton, waarmee niets aan de hand is. Sommige soorten schade zijn altijd al voorgekomen in beton en zijn ook gerepareerd. De laatste tijd is betonschade meer in de belangstelling gekomen door bijvoorbeeld veront-rustende berichten van de Nationale Woningraad en vooral door het gebruik van het woord "betonrot" in de pers.
In het volgende zal blijken dat het woord betonrot een onjuiste benaming is.
2.2. Soorten betonschade
Betonschade manifesteert zich in de vorm van het afspringen van hoeken in het beton, het afspringen van schollen, scheurvorming, verkleuring, roest-vorming, uitgesleten plekken enz.
Al deze vormen van schade kunnen kom bi naties van oorzaken hebben. De Commissie Rationalisatie Beleggingsobjekten heeft de volgende lijst van schademogelijkheden opgesteld:
1. erosie van het betonopppervlak 2. kalkafzetting 3. algen en mosaangroei 4. zoutvorming 5. haarscheuren 6. bredere scheuren 7. grindnesten, gietgallen 8. roestplekken 9. vochtplekken
10. doorbuigen en vervorming van de constructie 11. stortnaden
12. onvoldoende afschot en afwatering
13. aanwezigheid van loodslabben van onjuiste afmeting 14. mechanische beschadigingen
15. toestand en detaillering van aansluitingen.
In deze lijst zijn oorzaken en mogelijke gevolgen door elkaar genoemd. In de volgende paragraaf zullen wij de oorzaken en gevolgen proberen te scheiden.
Deze lijst kan nog worden aangevuld met schade, die slechts met behulp van bepaalde gereedschappen en instrumenten kan worden vastgesteld, te
weten:
16. schade door coatings (indien aanwezig) 17. schade door dilatatievoegen
18. poreusheid - permeabiliteit 19. te hoog vochtgehalte 20. 'bomijs'
21. onvoldoende betondekking 22. afname alkaliteit
23. roestvorming van de wapening 24. te geringe druksterkte
Al met al een hele lijst, waarop wel kritiek mogelijk is (sommige hier ge-noemde schade mogelijkheden zijn identiek of gevolg van elkaar). In de vol-gende paragraaf wordt enige ordening gebracht in de lijst door de soorten en oorzaken van betonschade systematisch te beschrijven.
2.3. Oorzaken van betonschade
D-e meest voorkomende soorten van betonschade zijn in drie groepen te verdelen:
1. Fysische aantasting;
2. Mechanische aantasting;
3. Chemische aantasting.
Binnen elk van deze drie groepen kunnen de oorzaken liggen bij:
a. ontwerpfouten;
b. uitvoeringsfouten;
c. fouten bij gebruik;
d. fouten bij beheer en onderhoud.
In veel gevallen zijn ook kom bi naties van oorzaken aan te wijzen voor de gekonstateerde schade.
Uit een groot aantal literatuur bronnen haalden wij de volgende schade-oorzaken die wij gerubriceerd hebben volgens de hierboven genoemde schadesoorten.
2.3.1. Fysische aantasting
Temperatuurverschillen en vorst-dooi worden als de meest voorkomende bouwfysische oorzaken van betonschade beschreven.
temperatuurverschillen in betonkonstrukties kunnen worden veroorzaakt
door de verschillen in temperatuur ten gevolge van zomer en winter, maar ook van dag en nacht, van binnen en buiten, of van zon- en schaduwzijde. Deze temperatuurverschillen hebben vervormingen tot gevolg. Indien deze vervormingen niet of onvoldoende in dilatatievoegen opgevangen kunnen worden, ontstaan er spanningen in de konstruktie die tot scheurvorming kunnen leiden. Door koudebruggen tussen binnen en buiten ontstaat kondens en vochttransport, dat in bepaalde gevallen schadelijk kan zijn.
vorst-dooi
Water zet ongeveer 10% uit bij bevriezing. Ingeval vers gestort beton be-vriest, ontstaan grotere holle ruimtes en scheuren in het beton. Verhard beton is minder gevoelig voor vorst, mits de kritische verzadigingsgraad niet wordt overschreden, hetgeen inhoudt dat de volumevergroting van het bevroren water opgenomen kan worden in holle watervrije ruimtes. Indien deze ruimtes eveneens verzadigd zijn met water, zal het beton kapot vriezen.
Ontwerpfouten die fysische aantastingen kunnen veroorzaken zijn bijvoor-beeld:
te weinig dilataties;
onvoldoende isolatie waardoor koudebruggen kunnen ontstaan of waardoor
beton ongelijk kan vervormen (bijv. zon-, schad.uwzijde). Uitvoeringsfouten zijn bijvoorbeeld:
foutieve water-cement faktor
Afhankelijk van de hoeveelheid cement in de mortel moet voor de
verhar-ding een bepaalde minimum hoeveelheid water worden toegevoegd. Deze I
hoeveelheid is echter onvoldoende om de massa ook verwerkbaar te maken. Daarom wordt in de praktijk dikwijls meer water dan deze chemisch nodige hoeveelheid toegevoegd. Dit chemisch niet gebonden water zal later deels uit het materiaal verdampen, waardoor holle ruimten (poriën) ontstaan. De verhouding tussen de hoeveelheid gebruikt water en de hoeveelheid cement in het beton noemt men de water-cementfaktor (w.c.f.).
De water"';cementfaktor is uiterst belangrijk voor de sterkte en de dichtheid van beton.
foutieve verdichting
Door foutieve verdichting kunnen grindnesten ontstaan en bestaat de kans dat de wapening onvoldoende wordt opgesloten in het beton.
Verdichten gebeurt met trilnaalden in het beton of met trilmotoren op de
mal. Door te lang trillen kunnen grindnesten ontstaan en er kunnen door te
slappe mallen grindbiggel op een bepaalde afstand van het oppervlak van de bekisting blijven. Hierdoor ontstaat tussen het grind en de mal een over-maat aan water en cement. Daardoor wordt het beton in de buitenste laag extra gevoelig voor krimp en bij onvoldoende nabehandeling sterk poreus. In geval van vries-dooi en overschrijding van de kritische verzadigingsgraad
'kunnen vooral deze plekken stuk vriezen: het zgn. 'scaling-effekt'. Dit kan
vooral voorkomen in de fase van de uitvoering. Na verharding is de kans hierop in ons klimaat vrij klein.
te veel wapening
Soms liggen wapeningstaven zo dicht op elkaar dat het grind er niet tuslien-door kan bij het storten. Het gevolg is een buitenste betonlaag met een overmaat aan water en cement, dan wel zelfs het ontbreken van de beton-dekking.
gebruik van stoom om de verharding te versnellen
ver-hit. Te hoge verhitting leidt ertoe dat te veel water in de beton mortel verdaMpt: het verhardingsproces vindt onvoldoende plaats, waardoor minder sterkte en grotere porositeit ontstaat. Tegenwoordig komt het gebruik van stoom om de verharding te versnellen nauwelijks meer voor. Een bekende uitvoeringsfout is voorts het te vroeg ontkisten, waardoor scheurvorming en/of ontoelaatbare doorbuiging ontstaat.
Fouten bij gebruik, beheer en onderhoud behoeven nauwelijks een beschrij-ving. Schade door slecht onderhoud treedt al snel op, vooral bij die onderdelen van konstrukties waarbij bijvoorbeeld de vorst vrij spel heeft. Een voorbeeld van fysische aantasting zijn de vier Haagse flats áan de Melis Stokelaan die gebouwd zijn in een glij bekisting. De ontwerpfout die hierbij gemaakt is, houdt in dat het beton niet van buiten geïsoleerd is. De gevel aan de zonzijde zet meer uit en krimpt meer dan de andere gevels en vooral de aanslui tende binnenwanden. Hierdoor ontstaan scheuren, die in de loop der tijd steeds ernstiger geworden.
,
2.3.2. Mechanische aantasting
In de kategorie mechanische aantasting zijn vooral slijtage, zettingen en brand te noemen (sommigen zullen brand ook als chemische oorzaak noe-men).
slijtage
Slijtage van wegen, bedrijfsvloeren, etc.
zettingverschillen
Vormverandering door ongelijke zettingen, als gevolg van belasting-verschillen, verschillen in funderingsgrondslag, mankementen in de fundering, etc.
brand
Temperaturen tot 3000C kan ieder beton opnemen zonder kwaliteitsverlies. Er kunnen echter wel scheuren ontstaan. Afhankelijk van het soort toeslagmateriaal en het vochtgehalte van het beton, kunnen bij hogere tem-peraturen schollen afspringen.
stootbelastingen bijvoorbeeld ten gevolge van aanrijdingen.
De oorzaken van de mechanische aantastingen zullen meestal gelegen zijn in uitvoerings- en gebruiksfouten.
Slijtage wordt vooral veroorzaakt door te intensief gebruik of te zware be-lasting.
2.3.3. Chemische aantasting
De chemische aantasting van beton is meestal de belangrijkste soort van betonschade; vooral omdat bijna alle hiervoor genoemde schadesoorten bij het uitblijven van reparatie, chemische aantastingen nog bevorderen.
Bijna alle chemische aantastingen bespoedigen uiteindelijk de corrosie van het betonstaal. Dit gaat gepaard met volumetoename waardoor
scheurvor-, .'
.
...
.
ming ontstaat en het beton uit elkaar wordt gedrukt.
In hoofdstuk 1 werd reeds aangegeven dat de samenwerking tussen beton en betonstaal optimaal is door het alkalisch milieu in het beton dat een corro-sieproces verhindert. De meest voorkomende chemische aantastingen zijn carbonatatie en chloride-aantasting. Daarnaast komt ook sulfatatie voor. carbonatatie
Het carbonatatieproces is het proces waarbij kooldioxyde uit de lucht met water (door de luchtvochtigheid) reageert met de kalk in het beton tot cal-ciumcarbonaat.
Deze reaktie heeft twee gevolgen:
1. De alkaliteit van beton wordt verlaagd van pH
=
13 tot circa pH=
9. (*)2. De vorming van calciumcarbonaat gaat gepaard met volumetoename. Dit proces begint aan het oppervlak. Nadat alle kalk aan het oppervlak is omgezet, vindt dit omzettingsproces steeds dieper in het beton plaats. Om-dat CO2-gas via de poriën het beton zal binnendringen, maakt het verschil of het 5eton vochtig of droog is. In vochtig beton zullen de poriën in het beton met meer water gevuld zijn, zodat COTgas slechts langzaam kan binnendringen. De oplosbaarheid van gassen in water is beperkt. In droog beton zijn de poriën minder gevuld met water, zodat COTgas gemakkelij-ker zal binnendringen. De carbonatatiesnelheid neemt toe naarmate het beton droger wordt. Bij lage relatieve vochtigheden is echter te weinig water aanwezig om het oxydatieproces snel te laten verlopen. De grootste carbonatatiesnelheid in beton vindt plaats bij een relatieve vochtigheid van ongeveer 50%.
In de praktijk blijkt dat in betonnen konstrukties de regenzijde vaak een geringere carbonatatiediepte vertoont dan bijvoorbeeld een beschut beton-oppervlak. In een binnenklimaat worden doorgaans de grootste carbonata-tiesnelheden aangetroffen, omdat daar de relatieve vochtiSheid
la,_
is dan buiten. Roestvorming zal binnen echter nog niet optreden omdat de rela-tieve vochtigheid daarvoor (nog) te laag is. Bij beschut beton buiten is. dat anders. De relatieve vochtigheid is hier meestal hoger en de poriin zijn minder gevuld met water, waardoor CO2 gas erin kan binnendrin,en.Naast de genoemde faktoren die van invloed zijn op de
carbonatatiesnel-heid, zijn ook de poreusheid van het beton (w/c faktor) en de cementsoort
van belang. De cabonatatiesnelheid en -diepte kan aan de hand van deze faktoren berekend worden.
Door met een kleur indicator; bijvoorbeeld fenolftale ine, een vers breukvlak
~
te bespuiten, kan men duidelijk zien tot welke diepte het carbonatatiepro-
I
'1
1 , ces is 'gevorderd. Niet-gecarbonateerd beton kleurt roze tot roo4, terwijl
gecarbonateerd beton niet verkleurt. Indien de dekking vOlledi, i, .ecar-bonateerd en de wapening in de gecar.ecar-bonateerde zone komt te
liuen,
kan corrosie van de wapening plaats vinden.(*) De pH-waarde van een oplossing is de negatieve logaritme van de waterstofionenconcentratie in die oplossing: een oplossing met pH = 7 is neutraal, pH
>
7 is alkalisch, pH<
7 is zuur. De pH van vers beton bedraagt 12,5.Carbonatatie treedt dus altijd op en 'hoeft' niet tot schade te leiden. Carbonatatie wordt daarom als een niet-agressieve aantasting gezien. Het proces kan wel aanzienlijk worden versneld door ontwerp- en uit voerings-fouten waardoor te poreuze beton ontstaat of door slecht onderhoud (van reeds te poreuze beton). Ook scheurvorming leidt tot toename van de car-bonatatie. Te weinig beton dekking leidt tot 'eerdere' aantasting van de wapening.
chloride-aantasting
De aanwezigheid van chloride in het beton kan eveneens tot corrosie van de wapening aanleiding geven. Chloride kan zijn binnengedrongen vanuit de omgeving (onder maritieme omstandigheden of bij gebruik van dooizouten) of bij de betonfabricage reeds aanwezig zijn. Daarbij kan gedacht worden aan toevoeging van calciumchloride (CaCI 2) als verhardingsversneller of chloride dat als verontreiniging in de samenstellende componenten van de betonspecie aanwezig is. Indien chloride rond de wapening in voldoende mate aanwezig is, wordt de wapening gedepassifeerd. Hierdoor kan, on-danks de nog aanwezige hoge alkaliteit, corrosie plaatsvinden. Chloride-aantasting is een agressieve Chloride-aantasting.
De chloride-aantasting is zo gevaarlijk en kan zo moeilijk worden afge-remd, dat vele deskundigen afraden chloriden te gebruiken in beton. In juli 1984 is de nieuwe norm NEN 3880 "Voorschriften Beton VB 1974/1984" ver-schenen. In de norm zijn twee nieuwe artikelen opgenomen over het maxi-maal toelaatbare gehalte aan chloriden in beton. Dit met het oog op de bescherming:. van de wapening tegen corrosie. Het maximale gehalte aan chloriden (Q ) in gewapend beton mag ten hoogste 0,3% (m/m) bedragen van de hoeveelheid cement. In voorgesparmen beton is het maximale gehalte op 0,1% (m/m) gesteld.
In oude voorschriften was men niet zo streng met het gehalte aan chlo-riden. Ook bij de uitvoering zijn vaak fouten gemaakt. Bij de samenstelling van de betonspecie is het toelaatbare gehalte chloriden nog wel eens over-schreden.
Als de porositeit van beton groot is, kunnen chloriden uit de lucht (zout uit de zee) of dooiiout, snel het beton aantasten.
sulfatatie
Naast carbonatatie als belangrijke oorzaak van betonschade kennen we ook sulfatatie. Ook hier is prake van de reaktie van een gas dat met water een zuur vormt. Bij sulfatatie gaat het om 50T gas, dat vrijkomt bij sommige brandstoffen als kolen, huisbrandolie, diese[olie e.d. 502 lost op in water en vormt daarmee zwavelig zuur. Dit zwavelig zuur wordt gemakkelijk in zwa-velzuur omgezet en reageert, met de vrije kalk uit het beton, tot cal-ciumsulfaat. Het zwavelzuur tast zelfs het ontstane calciumcarbonaat aan, waardoor weer CO2 vrijkomt, dat verder reageert met de vrije kalk.
Zowel calciumsulfiet als caliumsulfaat kunnen kristalwater opnemen. Daar-door ontstaat volumevergoting c.q. het afspringen van beton. De ontstane sulfaten betekenen tevens een bedreiging voor het nog gezonde beton. Er kan opzwelling ontstaan, ook wel de beton bacil genoemd. De sulfaten tas-ten de gehydrateerde kalk aan en vormen ettringiet, dat kristalwater op-neemt. De daarmee gepaard gaande volumevergroting bedraagt maar liefst
2 tot 3 maal de oorspronkelijke molecuulgrootte.
Er zijn nog meer gassen, die aantasting kunnen veroorzaken. Alle gassen die met water zuren kunnen vormen, kunnen een belangrijk aandeel hebben in aantastingen van beton (bijvoorbeeld stikstofoxyde NO x is/wordt minstens zo belangrijk als 502 door de vorming van salpeterzuur).
5ulfaataantastingen Komen meer voor bij waterbouwkundige werken in zee-water. Zeewater bevat een aanzienlijke concentratie aan sulfaten. Ook grond en grondwater bevatten dikwijls sulfaten. In rioolbuizen kunnen bij aanwezigheid van zwavelhoudende verbindingen eveneens sulfaten worden gevormd.
In de woningbouw komt sulfatie maar weinig voor.
Carbonatatiedieptemeting (foto: Sikkens).
Kontroleren· van de druksterkte met een
Schmidt-hamer (foto: Sikkens).
Wapeningdetector voor het bepalen van de beton-dekking (foto: Sikkens).
Kalkuitbloeling als gevolg van schetrvorming en
wa-terdoorstroming (foto: Sikkens).
Dilatatie loopt niet door en de oplegging van de
vloer op de balk is niet vrij beweegbaar (foto: Afd.
Dilatatie loopt niet door en de oplegging van de vloer op de balk is niet vrij beweegbaar (foto: Afd. der
Bouwkunde, TH-Delft).
3. CORROSIE VAN HET BETONSTAAL
Zoals reeds gezegd kunnen alle hiervoor genoemde aantastingen uiteindelijk tot corrosie van de wapening leiden met als gevolg een mogelijke
gevaar-lijke. sterktevermindering.
Er komen twee soorten van corrosie voor; egale corrosie en putcorrosie. Indien een wapeningsstaaf in gecarbonateerd beton komt te liggen en er voldoende water en zuurstof aanwezig zijn, zal het staal egaal over het hele staaloppervlak corroderen.
Schade uit zich door scheuren in het beton en door het afdrukken van de
dekking. Het volume van gecorrodeerd staal is + 10 x het volume van niet
gecorrodeerd staal. Bij egale corrosie bedraagCde corrosiesnelheid in het gecarbonateerde beton ongeveer 0,01 tot 0,09 mm per jaar.
Als corrosie plaatsvindt door de aanwezigheid van chloride in beton, zal een corrosievorm optreden waarbij plaatselijk op de staaf sprake is van sterke aantasting. Er ontstaat een 'put' in het staal en deze corrosievorm wordt dan ook putcorrosie genoemd. In plaats van egale aantasting corrodeert het
ijzer op slechts enkele plaatsen. Een snelle vermindering van de staafdia-meter is het gevolg. Er behoeft aan het betonoppervlak nog geen scheurvor-ming op te treden. Dit maakt putcorrosie een verraderlijke vorm van corro-sie.
Naast de genoemde faktoren die corrosie initiëren, ijn voor de voortgang van het corrosieproces zoals gezegd, zuurstof en water noodzakelijk. Ont-breekt een van deze faktoren, dan zal het corrosieproces nauwelijks meer optreden.
Twee belangrijke chemische reakties bepalen het corrosieproces. Dit is enerzijds de oxydatiereaktie van ijzer:
Fe --+ Fe2+ +
2e-ijzer ijzerionen electronen
Het staal 'lost op' onder de vorming van ijzerionen en electronen. Dit wordt een oxydatieproces genoemd en vindt plaats aan de anode. De electronen moeten worden weggenomen. Dit wordt gedaan door zuurstof waarbij met water hydroxyde-ionen worden gevormd:
O 2 zUl~rstof + 2H 2 0 water + 4e- ~ electronen 4 OH-hydroxyde
Dit proces wordt een reductiereaktie genoemd en vindt plaats aan de ka-thode. De electronen bewegen in het staal van de anode naar kathode,
dat er een kleine stroom door het metaal loopt.
Bij een corrosieproces moet er een gesloten stroomkring bestaan. Dit bete-kent dat er in het beton, in het poriewater, ook een stroompje zal lopen. Dit is een ionenstroom. Nu is ook duidelijk waarom zuurstof en vocht nood-zakelijk zijn om het corrosieproces gaande te houden. Bij afwezigheid van zuurstof kunnen de vrijgekomen electronen niet worden opgenomen en stopt het proces.
Als het beton droog is, is de elektrische weerstand zo hoog dat er geen noemenswaardige ionenstroom kan lopen.
Bij het roesten reageren de ijzerionen (Fe 2+) en de hydroxyde-ionen (OH-) .
met elkaar onder vorming van het zeer slecht oplosbare ijzerhydroxyde (Fe(OH)2) dat' dan ook neerslaat. Bij verdere reaktie met zuurstof wordt xFeO.yFe20 3.zH20 gevormd, de welbekende roodbruine roest. Roest belemmert wel de toevoer van zuurstof, maar stopt deze niet. Het soortelijk volume ervan is 2 à 3 maal zo groot als dat van ijzer. Staal kan door roestvorming dan ook in beton zulke hoge trekspanningen veroorzaken
I dat het materiaal kan gaan scheuren. In een later stadium kan roest de
betondekking doen afsplijten.
Betoncilincler; de betondekking is door roestende
wapening afgedrukt (foto: O.W. de Meer, 1983).
Egale corrosie (foto: SIM, ArkeO,
Betonschade aan een balkonrand door roestende
Ernstige betonschade aan de flats te Zaandijk (foto:
4. TECHNISCHE ASPEKTEN VAN HERSTEL. VAN BETONSCHADE
De wijze waarop betonschade moet worden hersteld, hangt sterk af van de
oorzaak en· de omvang van de schade. In dit hoofdstuk wordt daarom zowel
het repareren als het vervangen van beton beschreven.
4.1. Het vaststellen van de omvang van de schade
Detectiemethoden van wapeningscorrosie bestaan voornamelijk uit visuele waarnemingen aangevuld met laboratoriumonderzoek. De carbonatatiediep-te en de betondekking worden bepaald bij inspecties, scheuren worden opge-meten en de mate van corrosie wordt vastgesteld. Daarnaast kunnen in het laboratorium de betonsamenstelling en de kwaliteit worden bepaald, boven-dien kan het chloridegehalte worden vastgesteld. In het algemeen vindt geen corrosie plaats bij lage chloridepercentages. Het chloridegehalte wordt bepaald ten opzichte van de cementmassa. Bij lagere
chloridegehal-'ten dan 0,3% ten opzichte van de cementmassa is de kans op corrosie
be-trekkelijk gering, maar deze is aanwezig. Bevindt zich meer dan 1% chlo-ride ten opzichte van de cementmassa in het beton, dan bestaat er een
grote kans op corrosie •. In het tussenliggende gebied is de kans op corrosie
niet precies bekend, maar deze neemt toe bij toename van het chloride-gehalte.
In hoofdstuk 3 meldden we al dat volgens de nieuwste voorschriften het maximale gehalte aan chloriden in gewapend beton ten hoogste 0,3% (m/m) mag bèdragen van de hoeveelheid cement. In voorgespannen beton is het
maximum gehalte op 0,1 % (m/m) gesteld.
De meeste onderzoekmethoden zijn destruktief: er zullen monsters van het
beton moeten worden genomen en deze dienen te worden geanalyseerd. Een
niet-destruktieve onderzoeksmethode berust op het meten van de
elektri-sche stromen die het gevolg zijn van het corrosieproces. Daarbij worden de spanningsverschillen van de wapening ten opzichte van een referentiespan-ning (potentiaal) bepaald. Met een referentie-electrode wordt een vochtig betonoppervlak afgetast waarna de potentiaal van de wapening wordt gere-gistreerd. De waarde van de potentiaal en de onderlinge verschillen duiden plaatsen aan waar corrosie plaatsvindt zonder dat dit aan het
betonopper-vlak reeds te zien behoeft te zijn. .
Een andere niet-destruktieve methode om schade vast te stellen aan de
wapening is het maken van röntgenfoto's. Deze mèthode is echter vrij
kost-baar; in bewoonde gebouwen kan het afschermen van straling extra proble-men opleveren.
4.2. Reparatiemogelijkheden 4.2.1. Inleiding
Over het repareren van betonschade zijn diverse rapporten verschenen. De vraag di~ gesteld wordt door. eigenaren en beheerders van woningen waar:-aan betonschade gerepareerd moet worden, luidt: "Welke garantie kan worden gegeven dat de reparaties deskundig en kwalitatief goed worden uitgevoerd?" Een aantal betonreparatiebedrijven heeft daarom de VBR opgericht.
VBR staat voor Vereniging Betonreparatiebedrijven. Het is een overkoepe-lende organisatie, die kennis en ervaring bundelt van een groot aantal in het repareren van beton en betonkonstrukties gespecialiseerde bedrijven.
De VBR is opgericht in 1983. De VBR pretendeert dat de leden voldoen aan hoge eisen van vakbekwaamheid. Zij hanteren uniforme, uitgebreide garan-tiebepalingen. Door middel van een gezamenlijk gevormd waarborgfonds bieden zij de zekerheid dat die garantie kan worden gerealiseerd. De aange-sloten ondernemingen werken met het VBR-garantiecertificaat en voeren het VBR-vignet.
Ook verschillende "coating"bedrijven zijn inmiddels bezig met het oprichten van een vergelijkbare organisatie.
Alvorens op specifieke reparatiemethoden in te gaan maken wij enkele al-gemene opmerkingen over reparatiemogelijkheden.
Op grond van de theorie van het corrosieproces in beton is een aantal mo-gelijkheden aan te geven om het corrosieproces te stoppen c.q. het beton te repareren. Indien wapeningscorrosie wordt gekonstateerd, dient allereerst de oorzaak van de schade te worden vastgesteld. Is er sprake van corrosie ten gevolge van carbonatatie, dan zal verwijderen van de losse betondelen en, na ontroesten van de staven, het herstellen van het alkalisch milieu rond de wapening voldoende zijn.
Een tweede principe berust op het volledig afsluiten van zuurstof en vocht. Is de schade een gevolg van de aanwezigheid van chloride, dan is reparatie veel moeilijker uit te voeren. Chloride-ionen kunnen' namelijk niet snel uit het beton worden verwijderd. Vervanging van de konstruktie is dan de enige oplossing. Chloridehoudend beton verwijderen, is vaak alleen zinvol indien chloride is binnengedrongen vanuit de omgeving. Er hoeft dan slechts een schil van beton verwijderd te worden. Preventieve maatregelen dienen ge-nomen te worden indien bekend is dat de betonkonstruktie wordt blootge-steldaan een agressief milieu. Naast het verhogen van de betondekking kan het beton worden gecoat met een dichte coating of kunnen de wapenings-staven van een dichte coating worden voorzien. De beste en goedkoopste maatregel is het gebruik van goed dicht beton met voldoende dekking, zon-der toevoeging van chloride. Dan behoeft niet gevreesd te worden voor een vroegtijdige beëindiging van de levensduur van gewapend betonnen kon-strukties.
\.
4.2.2. Voorbewerkingen
Alvorens men tot repareren kan overgaan, moet men eerst het oppervlak van het (beschadigde) beton verbeteren. Middelen om het oppervlak te ver-beteren zijn volgens het CUR-rapport 91:
a. mechanische middelen (borstelen, opruwen, afbikken, boucharderen, gritstralen, afschrapen, spuiten met water onder druk);
b. zuurbehandeling; c. oplosmiddelen; d. vlam stralen.
a.
mechanische middelenEen zachte poreuze oppervlaktelaag kan het beste worden verwijderd met mechanische middelen. Kleinere oppervlakken kunnen met handgereedschap worden behandeld (staalborstel), grotere met machinaal gereedschap. De naaldenbikhamer is geschikt voor behandeling van kleinere oppervlakken, evenals het boucharderen. Gritstralen biedt de mogelijkheid tot zowel licht opruwen van een oppervlak, als het verwijderen van dikkere lagen. Een na-deel is het ver weg springen van het straalmiddel, waardoor beschermende
voorzieningen voor de direkte omgeving nodig kunnen zijn. Toch is
grit-stralen de meest toegepaste methode voor oppervlaktereiniging van beton.
Afschrapen kan worden toegepast bij horizontale oppervlakken met
verrijd-bare machines die zijn voorzien van om een horizontale as roterende staal-borstels of met stalen beitels bezette cilinders. Perslucht is geschikt voor het verw~deren van losse delen en stof. Water k~ onder matige druk (0,8 à
1 N/mm ) tot zeer hoge druk (25 à 30 N/mm ) worden verspoten. Aan
, water onder matige druk wordt meestal een toeslag toegevoegd,
bijvoor-beeld zand. Losse delen en stof kunnen op deze wijze wor~en verwijderd,
evenals sterk hechtende oppervlakteverontreinigingen. Met water onder zeer hoge druk kunnen zelfs dikke lagen beton van slechte kwaliteit worden weggespoten. Een voordeel van stralen met water is de betrekkelijk geringe overlast voor de omgeving. Er vliegt geen grit in het rond, terwijl het
los-gespoten materiaal door het water wordt 'gebonden'.
b.Zuurbehandeling
Voor het verwijderen van een cementhuid of voor het opruwen van een te glad betonoppervlak wordt wel gebruik gemaakt van een behandeling met verdund zoutzuur. Voordat het zoutzuur op een betonoppervlak mag worden aangebracht, moet dit zijn verzadigd met water om te sterke opzuiging van de zoutzuuroplossing te voorkomen. Het oppervlak moet worden nagespoeld met zeer veel water. Nadelen van deze chemische methode zijn de agressi-viteit van zoutzuur voor de verwerker en het gevaar voor aantasting van de wapening en het beton. Het gevaar voor de verwerker kan grotendeels wor-den opgeheven door gebruik van (duurder) fosforzuur in plaats van zoutzuur. Zuurbehandelingen zijn weinig milieuvriendelijk en zouden derhalve verbo-den moeten worverbo-den.
c. Oplosmiddelen
Voor het reinigen van vervuilde betonoppervlakken kan gebruik worden ge-maakt van fysisch of chemisch werkende middelen (oplosmiddelen, zepen,
e.d.). Bij gebruik van deze middelen zullen echter doorgaans resten van de opgeloste of chemisch omgezette verontr:einiging achterblijven en een on-gunstige invloed uitoefenen op de hechting van later aan te brengen spuit-beton of zelfs kan goede spuit-beton weer aangetast worden door de chemische werking van het oplosmiddel zelf. Reinigingspasta's die een organisch op-losmiddel bevatten, kunnen worden toegepast voor verwijdering van opper-vlakkige, niet in het beton gedrongen verontreinigingen. De verontreiniging wordt door de pasta geabsorbeerd en zo vrijwel geheel verwijderd. Deze pasta's zijn echter duur in het gebruik.
Dieper doorgedrongen verontreinigingen kunnen soms vrijwel geheel worden verwijderd met een grote overmaat van oplosmiddel (water, stoom voor het oplossen van b.v. suiker, vetten e.d.). Indien dit vanwege de kosten niet mogelijk is (b.v. bij gebruik van dure organische oplosmiddelen zoals am-moniak, terpentine, trichlooretheen e.d.) of indien verontreinigingen zeer diep in het beton zijn doorgedrongen, kan beter een thermische of mecha-nische behandeling worden toegepast, waarbij een toplaag van voldoende dikte wordt verwijderd.
Met betrekking tot de vervuiling en het schoonmaken van gevels wordt er door een internationaal samengestelde technische kommissie TC-62 van de RILEM (reunion internationale des laboratoires d'essais et de recherches sur
les materiaux et les constructions) (*) "Soiling and cleaning of facades" een
studie gemaakt. In deze studie wordt behalve het verwijderen van
agressie-. ve stoffen ook het schoonmaken uit een oogpunt van esthetica resp. het
schoonmaken van gevels voor verdere behandeling onder de loupe genomen. Tot op dit moment onderscheidt deze kommissie drie manieren van schoon-maken:
- wassen: Water wordt met kracht tegen de gevel gespoten en neemt zo het vuil mee. Voor hardnekkig vuil kan ook heet water of stoom gebruikt worden of er kan een hoeveelheid grit aan het water toegevoegd worden; - chemisch reinigen: Hierbij worden chemicaliën zoals hydrofluoride,
am-monium bifloride of zuren in water gebruikt. Het chemisch reinigen vergt veel voorzorgsmaatregelen en ook een goede nabehandeling;
- mechanisch reinigen: Hiertoe zijn te rekenen het droog en nat stralen, borstelen, schuren, slijpen en kartelen.
d. Vlamstralen
Vlamstralen is het bewerken van de ondergrond met een krachtige vlam. Het werkingsprincipe berust op de, zogeheten, 'thermische schok'. Het te
b~werken oppervlak wordt nameli&k kortstondig blootgesteld aan een vlam met een temperatuur van ca. 3100 C.
Naast deze hoge temperatuur moet de vlam ook een zeer gekoncentreerde warmte leveren. Het juiste mengsel van acetyleen met zuurstof levert een vlam die bij uitstek aan deze eisen voldoet. Door het schokeffekt - de kombinatie van de hoge temperatuur, de warmtekoncentratie en de korte duur -springt van het te bewerken materiaal alleen de bovenlaag los. Het onder-liggende kernmateriaal blijft absoluut onaangetast.
(*) Secretariaat: ir. K.L. Pwa, T.H. Delft Afd. Civiele Techniek, Postbus
Gritstralen.
Vlamstralen (foto: AG A-gas, Amsterdam; BIM, Arkel).
Stofloze straaJunit (foto: Straal techniek International BV, Dordrecht).
De meest geëigende toepassingen zijn:
- Het verwijderen van oude coatings en verven; met name chloorrubberver-ven laten zich gemakkelijk verwijderen.
- Het voorbewerken van beton voor reparaties; slechte reparatiedelen wor-den onherroepelijk losgemaakt; scheuren en vervuilde delen worwor-den schoon en opgeruwd.
- Het verfraaien van beton; als er goede toeslagmaterialen zijn gebruikt, zal vlam stralen een bijzonder effekt aan het oppervlak geven.
De vlam straal-techniek levert een schoon, ruwen droog oppervlak, waarop direkt mortels en coatings kunnen worden aangebracht.
Door de hoge temperatuur worden oude lagen verf, coatings en dergelijke tegelijk verbrand met het afspringen van het bovenste betonlaagje. Als ze zeer hard zijn, worden ze mét het afspringende betonlaagje verwijderd. Ook verontreinigingen, zoals oliën en vetten verbranden mee. De warmte zorgt er tevens voor dat alle vocht verdampt, zodat het oppervlak na het vlamstralen kurkdroog is.
Vlamstralen is niet alleen een kwalitatief zeer goede techniek, het is ook een schone en een efficiënte techniek, ten opzichte van verschillende an-dere methoden:
- Er worden voor het stralen geen hinderlijke hulp- of toevoegmiddelen ge-bruikt.
- Vlamstralen veroorzaakt relatief weinig lawaai. - Het vereist geen afdekvoorzieningen.
- Er zijn minimale investeringskosten voor apparatuur mee gemoeid.
- 'Nabewerking', in de vorm van het schoonmaken van de totale omgeving, is niet nodig.
Na het vlamstralen moet het bewerkte oppervlak altijd geborsteld worden! Dat kan eenvoudig met een staalborstel gebeuren. Door de hoge vlamtem-peratuur zal een deel van de toplaag (zandkorrels e.a.) verglazen en ach-terblijven als kleine bolletjes. Deze verminderen de hechting van mortels en moeten daarom worden verwijderd.
4.2.3. Reparatiemethoden
In het CUR-VB-rapport 90 (vervangen of repareren van beschadigde kon-strukties) wordt een overzicht gegeven van reparatiemethoden en de daar-bij te gebruiken materialen. In dit schema (zie pag. 26) worden ook een aantal oppervlakte-behandelingen genoemd. Deze oppervlakte-behandelin-gen kunnen niet alleen als bescherming maar ook als verfraaiing dienen. Voor reparaties kunnen twee soorten mortels gebruikt worden: cement-gebonden mortels of kunstharscement-gebonden mortels.
Cementgebonden mortels
Cementgebonden reparatiematerialen herstellen het alkalisch milieu rond-om aanwezige wapening en zijn niet dampdicht, waardoor reparatie het beton niet afsluit en dampdrukopbouw achter de reparatie wordt voor-komen. De uitzettingscoëfficienten van ondergrond en reparatie zijn nagenoeg gelijk.
Reparatiemethoden en daarbij te gebruiken materialen (Bron: CUR-VB rapport 90) methode aanstorten pleisteren spuitbeton impregneren verzegelen coaten injecteren materialen gewone betonsamenstelling of betonsamenstelling met fijner grind a. traditionele cement-1.:lIldmortels b. kunsthars-cementmortels (cementmortel waaraan een betrekkelijk geringe hoeveelheid kunsthil l'S
- veelal in de vorm van een dispersie - wordt toegevoegd)
c. zuivere kunstharsmortels (compounds)
cement, zand en grind
bij impregneren en verzegelen: gewoonlijk worden oplosmiddel-houdende kunstharsen gebruikt:
bij coaten: gewoonlijk oplosmiddelvrije verfsystemen
meestal kunstharsen die na het uitharden de gewenste eigenschappen moeten bezitten
opmerkingen
De aan te brengen laag moet dikker dan de beton-dekking zijn.
Bekisting meestal noodzakelijk.
Uitvoering betrekkelijk eenvoudig en goedkoop. Voor een goede dichtheid is een cement rijke mortel vereist. Er is geen bekisting nodig.
Uitvm:ring is eenvoudig, goedkoop bij niet te uitgebreide oppervlakteschaden.
Een probleem is voldoende hechting.
De kunsthars geeft verbetering van de aanhechting en van andere morteleigenschappen. Deze gemodificeerde mortels zijn duurder dan de traditionele mortels.
Veelal wordt de kruip vergroot, terwijl soms ook de sterkte nadelig wordt beïnvloed.
Niet alle dispersies zijn geschikt voor een vochtige conditie.
Voor de bescherming van de wapening moet de mortel volkomen dicht zijn, omdat het nieuwe milieu niet alkalisch is.
Bij chemische belasting is een anti-corrosie behandeling van de wapening gewenst.
Uitvoering is duur ten gevolge van de dure grond-stor. Daarom veelal alleen toepassing op moeilijk bereikbare plaatsen of bij kleine oppervlakte-reparaties.
Ten gevolge van de wijze van aanbrengen wordt een sterke, dichte en goed op de ondergrond hechtende beton verkregen.
Gezien de benodigde apparatuur zal slechts uit-gebreide schade in aanmerking komen.
Uitermate geschikt voor het opnieuw aanbrengen of vergroten van de betondekking.
Oppervlaktebehandelingen die het oppervlak geheel of ten dele afsluiten, zodat het indringen in het beton van agressieve stoffen wordt belemmerd.
Impregneren heeft vaak tot doel de poriën te blok-keren en de poriënwanden waterafstotend te maken. Dij verzegelen wordt het impregneren verder door-gezet, waardoor een oppervlaktelaag wordt gevormd. Onder coatings worden dichte oppervlaktelagen verstaan. Er is geen bekisting nodig.
Het onder druk inbrengen van laag visceuze vloei-stoffen in scheuren of grindnesten. Meestal moet worden geïnjecteerd om lekkage via scheuren tegen te gaan.
Indien het geïnjecteerde beton wordt belast, moeten kunstharsen met een zeer goede aanhechting en met voldoende treksterkte worden gebruikt.
- - - _. -- - -- - -- - -- - - -- - - --- -- -- - -afdichten van ~cheuren sterk deformecrbare elastische kunstharsen
Vooral bij bewegende scheuren is dit de meest effectieve methode. Mogelijkheden: formeren van een voeg ter plaatse van de scheur of de scheur overbruggen met een vervorm baar membraan.
de wapening afsluiten van vocht en zuurstof, waardoor deze niet verder roest. De reparatie sluit het beton af, waardoor dampdrukopbouw in het capillair systeem kan ontstaan, wat op den duur de reparatie los kan drukken, immers het alkalisch milieu wordt niet hersteld. De uitzettings-coëfficienten van kunsthars materialen verschillen met die van beton. Ook is er een verschil in E-modules; onder spanningen wordt dus verschillend gereageerd.
Voor cementgebonden reparatie moet de ondergrond liefst 24 uur lang nat worden gehouden, terwijl voor kunstharsreparaties de ondergrond zo droog mogelijk dient te zijn. Het nat houden van de ondergrond heeft een twee-ledig doel. In de eerste plaats zal een vochtige ondergrond geen water ont-trekken aan de reparatiemortel en in de tweede plaats kan de ondergrond door wateropname iets zwellen en zo bij later drogen van de reparatie -de krimpspanning iets reduceren. Op het moment van aanbrengen van -de reparatiemortel mag geen water op het oppervlak aanwezig zijn; het opper-vlak moet zogenaamd "dofnat" zijn.
Bij het aanbrengen van de reparatiemortel kan met een cementrijke aan-brandlaag verbetering in de aanhechting worden bereikt, eventueel met toevoeging van een kunstharsdispersie.
Wat echter het allerbelangrijkste is bij reparaties met cementgebonden produkten, is het nat houden van de reparatie gedurende ten minste 7 dagen. Het gebruik van de zogenaamde "curing compounds" is wel het min-ste wat men kan doen, maar vooral bij kleine reparatie-oppervlakken is nat houden beter.
Bij de cementgebonden mortels zijn drie wijzen van verwerking mogelijk:
- pleisteren
- aanstorten van beton - spuitbeton.
Pleisteren komt meestal voor bij kleine reparaties aan beton. Hiervoor
wordt handgereedschap gebruikt. Problemen hierbij zijn wel het realiseren van een goede dichtheid en de hechting.
Het aanstorten van beton komt meestal voor bij grote of diepe
bescha-digingen. Bij deze reparatiemethode is een bekisting nodig. De betonsamen-stelling is dezelfde als die van normaal beton of eventueel met fijner grind.
Spuitbeton is een specie die met behulp van gecomprimeerde lucht via een
transportleiding en een spuitkop met tamelijk hoge snelheid op een onder-grond wordt gespoten en die daardoor tevens wordt verdicht.
Spuitbeton kan in dunne lagen worden opgebracht op betonoppervlakken in elke stand, in het algemeen zonder dat een bekisting noodzakelijk is. Grote-re dikten worden verkGrote-regen door meer lagen over elkaar te spuiten. Bij Grote- re-paratiewerk wordt doorgaans spuitbeton toegepast met een maximale
kor-relgrootte van 5 mm (= grof betonzand); meestal wordt een hoog
Gebruikelijke mengsels 1:3 à 1:5 in volumedelen (afhankelijk van de fijn-heidsmodulus) blijken te voldoen. De watercementfaktor (wcf) is doorgaans laag: gewoonlijk tussen 0,35 en 0,40.
Er bestaan twee betonspuitmethoden, namelijk de droge methode en de natte methode. In beide gevallen wordt gebruik gemaakt van een doseer-inrichting, van waaruit de specie door een slang naar de spuitkop wordt gevoerd. Bij de droge methode, die in Nederland het meest toegepast wordt, wordt de vrij droge specie met behulp van gekomprimeerde lucht naar de spuitkop getransporteerd. Vlak voordat de specie de spuitkop verlaat, wordt het aanmaakwater toegevoegd. De hoeveelheid aanmaak-water wordt geregeld door de spuiter. Voordat met het spuitwerk begonnen wordt, moeten andere materialen (glas, hout, aluminium, etc) in de omge-ving die schade kunnen oplopen, afgedekt worden. Dit afdekken moet ook gebeuren als vóór het spuiten gestraald wordt.
Als met het spuiten wordt begonnen, springt het meeste toeslagmateriaal met aanhangend cement terug. Op die manier wordt een cementrijk laagje opgebouwd met wat fijn materiaal. Als eenmaal een zekere dikte is opge-bracht, wordt de hoeveelheid terugslag minder. Deze hoeveelheid is af-hankelijk van:
- de grootste korrelafmeting, de korrelverdeling en de verhouding cement-toeslagmateriaal;
- de spuitsnelheid;
- de spuitrichting, de afstand van de spuit tot het te bespuiten vlak en de hoek waaronder de specie het oppervlak treft;
- de soort en de hoeveelheid wapening.
Bij het spuiten speelt uiteraard de vakbekwaamheid van de spuiter een grote rol. Terugslag mag nooit worden ingespoten en evenmin opnieuw wor-den verwerkt, want daardoor wordt de kwaliteit van het spuitwerk nadelig be invloed. Bij het verspuiten van hoekige of kantige konstrukties moeten vaak voorzorgen worden genomen om al te groot materiaalverlies te voor-komen, en (indien gewenst) ook om bestaande hoeken en kanten scherp af te werken (bijvoorbeeld met behulp van bekistingslatten of geleidelatten). Een gevaar is hierbij vaak weer het insluiten van de terugslag (bijvoorbeeld in inspringende hoeken). In diepe gaten wordt altijd een belangrijke hoeveel-heid terugslag ingespoten, hoe men de spuit ook hanteert. Zo mogelijk moeten deze gaten dan ook schuin worden uitgehakt. Bij het inspuiten van wapening ontstaan gemakkelijk slecht gevulde plekken achter de wapening. Door vakkundig spui ten kan dit echter worden voorkomen.
De oppervlaktelaag van spuitbeton is vrij ruw van aanzien. Het verdient de voorkeur dit oppervlak zo te laten. Bij afwerkingen, vooral bij het afreien of het gebruik van troffels, is de kans op verstoren van de aanhechting tus-sen het spuitbeton en de wapening of de ondergrond erg groot en zullen veelal scheuren worden getrokken. Indien men een gladder oppervlak wil hebben, kan nagespoten worden met een fijne specie. Het nagespoten laagje kan dan met een spaan gelijkmatig worden verdeeld en vlakgestreken, waarbij overigens ook de grootste voorzichtigheid betracht moet worden. Beter kan het oppervlak vlakker worden gemaakt door oneffenheden weg te snijden met een stalen spaan of een snijdraad.
het aanbrengen van het nieuwe beton maatregelen worden getroffen ter be-scherming tegen weersinvloeden.
Teneinde uitdroging te voorkomen moet het spuitbeton gedurende ten min-ste zeven dagen vochtig worden gehouden (besproeien pas circa acht uur na het aanbrengen).
Kunstharsgebonden mortels
Voor reparatie met kunstharsgebonden mortels wordt vrijwel uitsluitend gewerkt met in de fabriek samengestelde en verpakte mortels. Deze mor-tels zijn vaak afgestemd op een speciale toepassing. Zo heeft iedere leverancier een steeds groeiende reeks produkten, waaruit het soms moei-lijk kiezen is. De meest gebruikte mortels zijn op basis van epoxy- of soms polyurethaanharsen. Deze harsen hebben bij de uitharding een geringe krimp, terwijl een groot gedeelte van deze krimp optreedt tijdens de gelering van hars.
Veelal bestaat de mortel uit twee, soms uit drie komponenten. Wanneer twee komponenten worden geleverd, is de ene komponent een mengsel van kunsthars en toeslagmateriaal en de andere komponent de harder, al of niet
gemengd met vulstof. Bij het drie-komponentensysteem worden hars,
har-der en toeslagstoffen apart geleverd. Bij het mengen worden in dit laatste
geval eerst de beide vloeistoffen, hars, en harder, goed gemengd en direkt daarna de toeslagstoffen bijgemengd.
Kunstharsreparatiemateriaal moet bij voorkeur op een tenminste winddroog betonoppervlak aangebracht worden. De hechting is dan in het algemeen beter dan de treksterkte van het beton. Water op het oppervlak verhindert in de eerste plaats een intensief kontakt tussen kunsthars en beton en in de tweede plaats kan het de reaktie van de kunsthars verstoren. Als laagste temperatuur, waarbij in het algemeen een kunstharsmortel suksesvol kan worden verwerkt, wordt 5 - lOoe aangehouden.
Op technisch gebied biedt kunstharsgebonden materiaal meer mogelijkhe-den dan cementgebonmogelijkhe-den materiaal. Dit is onder meer een gevolg van de grote verscheidenheid aan bindmiddelen, waaruit een keuze kan worden gemaakt. Hierdoor kan vaak worden tegemoet gekomen aan eisen waaraan in het "cementtijdperk" niet of moeilijk kon worden voldaan. Dergelijke eisen zijn bijvoorbeeld: vervormbaarheid, aanbrengen in zeer dunne lagen, geschikt voor het vullen van nauwe scheuren, een zodanige hechting aan het beton dat de konstruktie zich onder alle omstandigheden gedraagt als één geheel, grote sterkte, geen of weinig krimp, bestandheid tegen een groot aantal chemicaliën, zoals zuren, suiker, etc. Daartegenover staan echter ook bepaalde nadelen, zoals afhankelijkheid van de komponenten, de lastige verwerking, de agressiviteit en brandgevaarlijkheid; benevens de uitharding,
de temperatuur- en vochtgevoeligheid van kunstharsen, afhankelijk van de
samenstelling. Uit konstruktief oogpunt zijn vooral de lage elasticiteits-inodulus en de hoge kruip van kunstharsgebonden materiaal duidelijke nade-len. Daarom worden kunstharsgebonden mortels vaak niet geschikt geacht voor de meest voorkomende betonreparaties.
Opgemerkt moet worden dat de mate van optreden van de voor- en nadelen veelal afhankelijk is vàn de toegevoegde hoeveelheid en het type
bind-middel. Een nadeel is ook de hoge prijs van kunstharsen. Daarom zal in gevallen waarin veel materiaal nodig is, moeten worden overwogen of een cementgebonden materiaal kan worden toegepast.
Kunstharsgebonden reparatiemateriaal (ook wel compound genoemd) be-staat uit bindmiddelen en toeslagstoffen.
De bindmiddelen worden onderscheiden in thermoharders en thermoplasten. Zowel thermoharders als thermoplasten worden zelfstandig als bindmiddel toegepast; voor toevoegingen aan cementspecies worden alleen thermoplas-ten gebruikt. Bij ther moharders is de uithardingsreaktie exotherm, dat wil zeggen: tijdens de reaktie wordt warmte ontwikkeld. Een reparatiemateri-aal op basis van thermohardende kunsthars bestaat in elk geval uit een kunsthars en een harder. Daarnaast wordt soms een katalysator aan het mengsel toegevoegd om de chemische reaktie te starten en een versneller om deze sneller te doen plaats vinden. Ook zullen vaak vulstoffen en toeslagstoffen aanwezig zijn om de eigenschappen van het eindprodukt te verbeteren en/of dit goedkoper te maken en soms oplosmiddelen, extenders of andere hulpstoffen om het mengsel beter verwerkbaar te maken, dan wel om de flexibiliteit van het eindprodukt te verhogen.
I De verhardingsreaktie verloopt sneller en vollediger naarmate de
tempera-tuur hoger is; beneden een bepaalde temperatempera-tuur (voor de meeste
kunst-harsen tussen OOC en 50C) vindt de reaktie slechts langzaam en onvolledig
plaats. Wanneer echter de temperatuur daarna stijgt, wordt toch alsnog de volledige reaktie bereikt. De tijd die na het mengen beschikbaar is voor de verwerking (potlife) is bij kunstharsen beperkt. Door de fabrikanten wordt
meestal de potlife van een bepaald hars-harder mengsel bij 200C opgegeven,
al dan niet met opgave van de hoeveelheid compound en de eventuele
aan-wezigheid van toevoegingen.
De uithardingstijd of -duur is de tijd die een compound na verwerking nodig heeft om zo volledig mogelijk uit te harden. De bepaling van de potlife en de uithardingstijd van kunstharscompounds is nergens genormaliseerd. Bij opgaven in brochures en dergelijke moet men zich dus steeds afvragen hoe deze waarden zijn bepaald.
Thermoharders die in reparatiemortels ondermeer worden toegepast zijn: - polyestherharsen (UP-harsen);
- epoxyharsen (EP-harsen);
- polyurethaanharsen (PUR-harsen);
- polymetacrylaatharsen (PMA-harsen);
- polysulfideharsen.
Het voert te ver om in te gaan op de verschillende eigenschappen, voor- en nadelen van deze bindmiddelen. Epoxyharsmortels worden wat dit betreft het meest toegepast bij betonreparatie. In "Bouwwereld" nummer 6 van 16 maart 1979 worden de verschillende eigenschappen van epoxyharsmortels besproken.
De vulstoffen in een kunstharscompound hebben doorgaans een gunstige in-vloed op bepaalde eigenschappen daarvan en daarnaast een prijsverlagend effekt. Zo heeft korrelige toeslag (bijvoorbeeld zand) in een kunstharscom-pound een gunstige invloed op de uithardingskrimp, de thermische uitzet-ting, de hardheid en de slijtweerstand, terwijllangvezelige vulstoffen
(bij-,voorbeeld glasvezels) een gunstige invloed hebben op de scheur- en
gietcompourids (met een laag vulstofgehaJte) en troffelcompounds (met een hoog vulstofgehalte). De eerste kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt voor het dichten van scheuren die niet meer werken, door persen. Troffelcom-pounds gedragen zich als een min of meer stijve mortel. Kunstharsmortels worden aangebracht door middel van pleisteren of spuiten en als self-leveling compounds (uiteraard alleen op horizontale vlakken). Meestal wor-den kant en klare systemen gebruikt.
k
Volgens CUR-rapport 110 dienen voor de oppervlakte-behandelingen de vol-gende termen te worden gebezigd:
Impregneren: het inbrengen van materiaal in de poriën van een beton-oppervlak, waarbij ook op het oppervlak een laag kan ach-terblijven.
Verven: het aanbrengen van materiaal, hoofdzakelijk bovenop het oppervlak, waarbij kleur en dekkend vermogen eerste ver-eisten zijn. Wanneer meer lagen van verschillend materiaal worden aangebracht, wordt ook gesproken van verfsystemen.
Coaten: het aanbrengen van één of meer lagen op het oppervlak met
als voornaamste taak: bescherming van het beton en de wa-pening tegen agressieve invloeden; dit in tegenstelling tot de Angelsaksische vakliteratuur, waarin elke oppervlaktelaag een coating wordt genoemd.
Impregneren
Onder impregneren wordt verstaan het onder invloed van capillaire werking laten opzuigen van een kunsthars(oplossing). Na verdamping van het op-losmiddel is het in- en uitwendige oppervlak bezet met een zeer dun hars-laagje. De poriënwanden zijn echter slechts bekleed en niet gevuld, zodat het beton blijft ademen. De impregnering kan worden herhaald, waarbij de poriën in het oppervlak steeds verder gevuld raken.
Een impregnering kan verschillende oogmerken hebben, zoals: - het waterafstotend maken van betonoppervlakken;
- het verhogen van de samenhang van een betonoppervlak ten einde de slijtvastheid te verhogen, de stofvorming te verminderen of de reinigbaarheid te verbeteren;
- het vormen van een hechte ondergrond voor later aan te brengen lagen.
Verven en coaten
Verf is een verzamelnaam voor oppervlaktebehandelingsmaterialen die in vloeibare toestand in één of meer dunne lagen op een ondergrond worden aangebracht ter verfraaiing en/of bescherming. Bepaalde soorten verf zijn goed bestand tegen chemische aantasting en worden daarom toegepast voor de bescherming van beton. Worden ter verhoging van zowel de zekerheid van een volledige afdichting als de weerstand tegen mechanische invloeden grote laagdikten toegepast, dan is er sprake van een coating (laagdikte 200um).
Verven en coatings zijn niet volkomen dicht. Voor beschermende toepassin-gen op beton zijn dan met name van belang de doorlaatbaarheid voor gassen (waterdamp, koolzuurgas en zuurstof) en vloeistoffen (water met daarin
