Staal in de bouw : corrosie en corrosiebestendigheid 2006/04.06

De bouwsector is de grootste staalgebruiker, vermits staal door de architecten en opdrachtgevers erg geapprecieerd wordt omwille van zijn lichtheid, zijn perfecte homogeniteit en zijn voorspelbare gedrag op de bouwplaats. Net zoals alle andere metalen vertoont staal echter een minpunt : het corrodeert, wat belangrijke economische gevolgen heeft.
Deze corrosieproblemen mogen in geen geval verwaarloosd worden. De evaluatie van het corrosierisico van het metaal in het milieu waarin het zal toegepast worden, laat toe deze problemen te vermijden of te beperken. Hiertoe moet men de corrosiefactoren die in de omgeving aanwezig zijn onderzoeken vóór de uitvoering van het bouwwerk. Na de bepaling van de corrosiviteit van het milieu aan de hand van deze factoren, kan men overgaan tot de keuze van de staalsoort en zijn bescherming, lettend op deze knelpunten.

Om het hoofd te bieden aan de corrosieproblematiek werden nieuwe staallegeringen met een betere corrosiebestendigheid en nieuwe staalbeschermingstechnieken ontwikkeld. Door de keuze van een geschikt materiaal kan men de - moeilijk in te schatten - werkingskosten tengevolge van het onderhoud, de herstelling of de vervanging van de gecorrodeerde elementen beperken.

1. Corrosiviteit van het milieu

Naargelang van zijn toepassing kan staal blootgesteld worden aan al dan niet corrosieve omgevingen, zoals de atmosfeer, het water, de bodem of het beton. Aan elk van deze milieus kan een specifieke reeks parameters verbonden worden die in aanmerking moeten genomen worden om de corrosiviteit ten opzichte van het staal te beoordelen.

1.1. Corrosiviteit van de atmosfeer

Afb. 1 Staal wordt erg geapprecieerd omwille van zijn uitzonderlijke technische eigenschappen.
Afb. 1 Staal wordt erg geapprecieerd omwille van zijn uitzonderlijke technische eigenschappen.
De atmosferische corrosie van staal is voornamelijk toe te schrijven aan het relatieve waterdamp- of vochtgehalte van de atmosfeer. Men gaat ervan uit dat staal sneller zal corroderen indien de relatieve vochtigheid van de luchtlaag boven het oppervlak hoger is dan 70 %. Bij een hoge relatieve vochtigheid wordt er aan het staaloppervlak een zeer zuurstofrijke, soms onzichtbare waterfilm met een variabele dikte gevormd. Deze dunne elektrolytlaag werkt de corrosie van het metaal in de hand.

Naast de relatieve vochtigheid kunnen ook de volgende elementen de atmosferische corrosie bevorderen : zwaveloxide of zwavelanhydride (SO2), ozon, H+-ionen of protonen, chloriden en afzettingen (roet, stof) aan het staaloppervlak.

De norm ISO 9223 (1992) bevat een indeling van de typische atmosferische omgevingen volgens hun corrosiviteit, die gebaseerd is op de tijdsduur van de bevochtiging en op vervuilingsklassen door chloriden en zwavelanhydriden. Deze twee stoffen bieden namelijk de mogelijkheid alle bestaande atmosferen te vertegenwoordigen, met uitzondering van extreme atmosferen zoals deze van chemische of metaalverwerkende bedrijven.

1.2. Corrosiviteit van het water

Aangezien water noodzakelijk is voor het ontstaan van corrosie, zullen stalen constructies die ondergedompeld zijn in luchtrijk water of in water dat dergelijk water vervoert, meer onder­hevig zijn aan corrosie dan deze die aan omgevingslucht blootgesteld zijn en enkel occasio­neel in contact komen met condensatiewater, regen of sneeuw. Net zoals in de atmosfeer kunnen de volgende stoffen de corrosiviteit van het water beïnvloeden : chloriden en sulfa­ten, H+-ionen of protonen, afzettingen, maar ook opgelos­te gassen (zuurstof, CO2, …) en micro-organismen (amoeben, algen, gisten, protozoönen en bacteriën) die aanwezig zijn in niet-steriel water.

De normenreeks NBN EN 12502 (2005) gaat dieper in op de invloed die de watereigenschappen kunnen hebben op het corrosierisico van staal en andere metalen in waterdistributie- en opslaginstallaties.

1.3. Corrosiviteit van de bodem

Vermits ingegraven constructies niet onderworpen kunnen worden aan een regelmatig onderhoud en het onmogelijk is de aard van de bodem te wijzigen, is het uiterst belangrijk over te gaan tot een goede bepaling van de corrosiviteit van de bodem om het staal op een geschikte manier te kunnen beschermen. De factoren die de corrosiviteit van de bodem kunnen beïnvloeden zijn echter dermate talrijk, dat het onmogelijk is ze allemaal te analyseren bij de bepaling van het corrosierisico in een gegeven bodem. Enkel de meer algemene (soortelijke weerstand, pH, watergehalte) en makkelijk toegankelijke parameters kunnen in aanmerking genomen worden.

De norm NBN EN 12501-1 (2003) dient als grondslag voor de bepaling van het corrosierisico bij ingegraven metalen constructies. Deze norm bepaalt de concepten van een beoordelingsmethode voor de corrosieve krachten in de bodem en geeft een opsomming van de meest ongunstige factoren die in rekening gebracht moeten worden. De norm NBN EN 12501-2 gaat dieper in op de beoordeling van de corrosieve krachten in bodems van zwak of ongelegeerde ijzerhoudende materialen.

1.4. Corrosiviteit van het beton

De corrosie van de betonwapening is het schadebeeld dat het vaakst voorkomt bij constructies uit gewapend beton (zie ook het artikel over het gebruik van roestvrij staal in beton op p. 10). De basische pH (> 11) van een gezond beton en deze van de interstitiële oplossing in de poriën van het beton zijn bevorderlijk voor de vorming van een passiveringslaag die de wapeningen beschermt tegen corrosie. Het alkalische beton reageert echter met zijn omgeving, wat leidt tot een vermindering van zijn pH.

Bij beton dient men voornamelijk rekening te houden met de volgende corrosieve stoffen :
  • anhydride of koolstofdioxide (CO2), dat voortkomt uit de omgeving
  • chloriden die voortkomen uit de omgeving (zeegebied, dooizouten) of die aan de betonsamenstelling toegevoegd werden.
De corrosie ontwikkelt zich vervolgens in aanwezigheid van zuurstof en vocht. Als de omgeving erg droog is (relatieve vochtigheid < 40 %) of indien het beton volledig ondergedompeld is in zuurstofvrij water, zal er geen corrosie optreden. De relatieve vochtigheid waarbij corrosie zich het best ontwikkelt is 70 tot 80 %.

2. Staal, een veelzijdig materiaal, mits een goede keuze

Naast
Afb. 2 Corrosie van de betonwapening.
Afb. 2 Corrosie van de betonwapening.
ijzer en koolstof bevat staal nog tal van andere chemische elementen die voortkomen uit onzuiverheden (S, P) of die bewust toegevoegd werden om de eigenschappen te verbeteren. Men heeft het over gelegeerd staal van zodra het een bepaalde hoeveelheid andere elementen dan koolstof, ijzer, zwavel, fosfor en stikstof bevat. Dit gehalte is voor elk element verschillend.

Lettend op het hoge aantal legeringselementen (19) en het nog grotere aantal combinatiemogelijkheden hiermee, zijn er een heleboel staalsoorten met verschillende fysische, mechanische en chemische karakteristieken in de handel beschikbaar. Daarom werden er systemen ontwikkeld om deze correct in te delen en aan te duiden. De referentienormen in dit kader zijn :
  • NBN EN 10020 (2000) Definitie en indeling van staalsoorten
  • NBN EN 10027-1 (2005) Systemen voor het aanduiden van staalsoorten. Deel 1 : aanduiding met symbolen
  • NBN EN 10027-2 (1992) Systemen voor het aanduiden van staalsoorten. Deel 2 : numeriek systeem.
De staalkeuze hangt uiteraard niet enkel af van de corrosiebestendigheid. De andere eisen die van toepassing zijn, moeten tevens in aanmerking genomen worden : mechanische sterkte en uitvoeringseigenschappen van het staal, maar ook zijn beschikbaarheid en prijs.

3. Bescherming tegen corrosie

Omdat staal kan corroderen in het milieu waarin het zich bevindt, moeten maatregelen getroffen worden om de duurzaamheid van de constructie te waarborgen en de onderhoudsfrequentie te beperken. Het is daarom aanbevolen het staal correct te beschermen tegen corrosie. De maatregelen die in dit kader kunnen getroffen worden zijn velerlei en komen aan bod in een volgende uitgave van WTCB-Contact.


Volledig artikel


P. Steenhoudt, ir., onderzoeker, laboratorium 'Bouwchemie', WTCB