Het klinkt misschien verrassend, maar beton en bier hebben best veel met elkaar gemeen: hoewel ze bestaan uit slechts enkele bestanddelen, komen ze beiden voor in heel wat verschillende samenstellingen. En beiden zijn ze onderhevig aan degradatie door blootstelling aan de omgeving. Echter, waar de houdbaarheid van het hoppig gerstenat vooral wordt beïnvloed door oxidatieprocessen, is bij gewapend beton corrosie van de wapening de grote boosdoener. De belangrijkste oorzaak hiervan valt toe te schrijven aan chloriden die in het beton dringen. De tweede oorzaak van een vroegtijdige veroudering van gewapend beton is CO₂. Koolstofdioxide kan namelijk via de lucht of het water in de buitenste lagen van het beton doordringen, een chemisch proces dat in het jargon bekendstaat als 'carbonatatie'.

Wat is carbonatatie?

Hoewel de hoofdbestanddelen van beton water, aggregaten en cement zijn, worden aan dit betonmengsel veelal additieven toegevoegd om het beter te kunnen verwerken of duurzamer te maken. Omdat beton een extreem hoge drukkracht maar een lage trekkracht heeft, wordt het meestal gewapend met stalen staven. In principe is het wapeningsstaal volledig omsloten door het beton en is het dus goed beschermd tegen corrosie. Verantwoordelijk hiervoor is het sterk alkalische, in water oplosbare calciumhydroxide Ca(OH)₂, dat wordt gevormd wanneer het beton uithardt door de reactie van calciumsilicaten met water. De hoge pH van het water in de poriën van het gehydrateerde cement vormt een inerte passiveringslaag van ijzeroxide op het wapeningsstaal, en het is net die oxidehuid die roestvorming weet te voorkomen.

Wanneer de constructie na verloop van tijd wordt aangetast door vocht en CO₂, reageert het calciumhydroxide en vormt het calciumcarbonaat (CaCO₃), waardoor de pH daalt en de bescherming van de wapening tegen corrosie afneemt. De diepte van het carbonatatiefront hangt af van een aantal criteria, zoals

• het vochtgehalte,
• de poreusheid
• en de ouderdom van het beton.

Expositieklassen van beton als leidraad

De Europese NEN-EN 206-1 norm bepaalt hoe het effect van verschillende milieu-invloeden wordt ingedeeld in zogenoemde expositieklassen. Deze klassen sluiten elkaar niet uit. Dit betekent dat er voor één constructie verschillende expositieklassen kunnen gelden.

Afhankelijk van de klasse bepaalt de norm tolerantiegrenzen voor de verhouding van water en cement, het minimale cementgehalte en het luchtgehalte van het beton, onder andere om de duurzaamheid van het beton voor alle denkbare toepassingen te garanderen. Carbonatatie van het beton wordt gedefinieerd als klasse XC.

Het Europees Comité voor Normalisatie (CEN) herziet momenteel de EN 206-norm en streeft daarbij naar een nieuwe aanpak om de duurzaamheid van beton te garanderen. Hoe? Volgens een indeling in resistentieklassen op basis van hoe snel het carbonatatiefront in het beton toeneemt. Momenteel worden de eerste praktische tests voor de classificatie van verschillende betonsoorten op verschillende locaties uitgevoerd, onder meer bij Holcim HüttenZement GmbH in Dortmund, Duitsland.

Hoe de carbonatatiediepte bepalen?

Net zoals in de meeste industrieën kunnen we de levensduur voorspellen aan de hand van kunstmatige veroudering.
 

1. Hiervoor worden testexemplaren (betonnen kubussen of balken) 28 dagen lang in water ondergedompeld.
2. Daarna worden ze 14 dagen in een standaardatmosfeer (20 °C en 65% rv) gedroogd in een klimaatkamer of een ruimte met een gecontroleerd klimaat.
3. Het team van labomanager Dr. Christine Eckhardt slaat ze dan 70 dagen op bij 20 °C, 55% rv en 3% CO₂ in een Memmert ICH750C constantklimaatkamer.
4. De diepte van de carbonatatie wordt gemeten op dag 56, 63 en 70. Dit gebeurt door het testexemplaar te splijten en een indicator op het testoppervlak te spuiten. Bij hoge pH-waarden kleurt het oppervlak rood/paars (zie afbeelding). In dit geval is het materiaal voldoende beschermd tegen corrosie. Verandert het oppervlak niet van kleur, dan is er CO₂ binnengedrongen. De carbonatatiediepte wordt gemeten met een schuifmaat.

De Memmert ICH klimaatkamer: een flexibele, mobiele ruimte met klimaatregeling

In de Memmert ICH C klimaatkamer worden de betonkubussen blootgesteld aan CO₂ in een constante atmosfeer. Om het beschikbare volume van 749 liter optimaal te benutten, is de ruimte uitgerust met telescopische geleiders en versterkte roestvrijstalen roosters. Elk rooster kan een gewicht van ong. 50 kg dragen en elk testspecimen weegt 12 kg.

Dr. Eckhardt waardeert vooral de flexibiliteit van de klimaatkamer. "In principe is de ICH-klimaatkast ontworpen voor semimobiel gebruik, en kan je de kast gemakkelijk van de ene naar de andere ruimte verplaatsen. Bovendien heeft de kast een eigen klimaatregeling. Ik kan de CO₂-toevoer dus afzonderlijk regelen. Zo heb ik geen enorme klimaatkamer nodig en hoef ik niet het klimaat van de hele ruimte te regelen om carbonatatie-experimenten uit te voeren."

_{^{(Bron: AtmoSAFE)}}