Betonschade door carbonatatie

Oorspronkelijk wordt de wapening binnen het beton beschermd door het beton zelf. Omdat beton een hoge alkalische waarde heeft met een ph-waarde van 13, krijgt het staal als het ware een beschermende laag, ook wel passiveringslaag genoemd.

Wat is de basische of alkalische waarde van beton

Vooreerst wat moeten we onze voorstellen als we het hebben een basische of alkalische ph-waarde. Het is de uitdrukking voor de zuurgraad. Een ph-waarde van 7 wordt als neutraal beschouwd.

Een ph-waarde lager dan 7 is een zure oplossing (zoutzuur heeft een ph-waarde van 0, zure regen heeft een gemiddelde ph-waarde van 4). Een hogere ph-waarde dan 7 is uiteraard het tegenoverstelde en worden ook logen genoemd.

Hebben we het over een passiveringslaag dan gaat het in feite om een dunne oxidelaag, waarbij zuurstof als oxidator optrad en een oxidatietoestand -2 of -3 aanneemt (Fe²O³ en Fe³O²). Een ietwat technische benadering van wapening en beton, maar voornamelijk te onthouden dat beton rond staal in normale omstandigheden de degelijke bescherming vormt voor het wapeningsstaal.

Waarom staal in principe niet roest binnen beton

  • Gassen (dus ook zuurstof) kunnen niet binnendringen in de poriën die gevuld zijn met water
  • In een binnenklimaat kunnen de gassen dikwijls wel doordringen omdat de poriën hier niet volledig gevuld zijn met water, maar hier ontbreekt dan de nodige hoeveelheid water om corrosie tot stand te brengen.
  • De passiveringslaag verhindert de elektrische geleiding wat er op neerkomt dat de ijzerionen het staal niet kunnen verlaten. Om een degelijke passiveringslaag te bekomen moet de poriënvloeistof een voldoende hoge alkaliteit bezitten van minimum een ph-waarde van 13. De chloridenconcentratie in het beton mag uiteraard ook niet een bepaalde waarde overschrijden. In deze context spreken we dan van een chloridenaantasting.

Hoe ontstaat carbonatatie in beton

In lucht is er CO² of koolstofdioxide aanwezig. CO² zorgt ervoor dat het alkalische gehalte van het beton daalt van 13 naar eventueel een waarde van 8,5 tot 8. Meteen wordt hierdoor ook de beschermende werking van beton tegenover het staal verdwenen, carbonatatie is opgetreden.

Carbonatatie is een langzaam proces. Enerzijds is de hoeveelheid koolstofdioxide die in de lucht aanwezig is pas in een beperkte concentratie aanwezig, en anderzijds beschikt het beton over een ruime reserve aan alkaliën. Carbonatatie zal optreden op het moment dat koolstofdioxide en water worden omgevormd tot koolzuur. De steeds aanwezige vrije kalk in beton zal vervolgens reageren met koolzuur tot onoplosbare calciumcarbonaat (samen met water) die zal neerslaan in de poriën van het beton en zo verdere indringing van koolzuurgas zal verhinderen. Alles samen inderdaad een langzaam proces. Eerst moet alle kalk in de omgeving zijn omgezet en moet het gevormde water zijn verdampt. Enkel dan kan het carbonatatieproces verder plaatsvinden.

Corrosie van beton

Wanneer vocht rond de wapening van het beton ligt zal corrosie optreden. De ijzerionen die in het kristalrooster van metaal aanwezig zijn worden door de watermoleculen uit dit kristalrooster gehaald. De ijzerionen in het water zullen een reactie aangaan en ijzerhydroxide zal gevormd worden.

Een eindproduct dat zal worden omgezet in een slecht oplosbare, poreuze masse ... zijnde ijzerroest. Ijzerroest kan een volume aannemen dat tot 7 keer groter kan zijn dan het oorspronkelijk volume.