Beton ontstaat door hydratatie
Bij het verwerken van beton is er sprake van een uithardingsperiode. Het beton hard uit door de reactie met water. Dit wordt hydratie genoemd en duurt gemiddeld 28 dagen.
Precies tijdens deze hydratatie wordt calciumhydroxide gevormd. Het zorgt voor een zeer alkalisch (basisch) milieu. Het beton heeft een zuurtegraad van meer dan 12 à 13 pH. De alkalische omgeving zorgt voor een optimale bescherming van het wapeningstaal. De wapening krijgt hierdoor dus een beschermende laag, ook wel passiveringslaag genoemd. 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.
Wat moeten we voorstellen bij een PH 13
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.
Hoe ontstaat carbonatatie in beton
In lucht is er CO² of koolstofdioxide aanwezig. Door de reactie van deze CO2 met de calciumhydroxide wordt uiteindelijk calciumcarbonaat gevormd. De pH-waarde zal hierdoor dalen. 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. De beschermende passiveringslaag wordt dus aangetast.
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. De wapening in het beton zal uiteindelijk beginnen roesten. Schade zal zichbaar worden en ook de structurele draagkracht zal in het gedrang komen.
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.
