Kathodische bescherming is een moderne hightech techniek waarmee beton wordt beschermd tegen wapeningscorrosie.
De Antwerpse specialist in betononderhoud Vogel Belgium kan dergelijke betonschade voorkomen of herstellen.
Schade aan een viaduct, stukken beton komen los van de constructie, waarbij op sommige plekken de wapening zelfs bloot komt te liggen. Op andere delen zijn roeststrepen te zien, waarbij duidelijk wordt dat ook hier de wapening aan het roesten is. We kennen deze verhalen uit de media. Met kathodische bescherming worden deze problemen aangepakt. Vogel Belgium verduidelijkt hoe dat in zijn werk gaat.
Wat is KB precies?
Kathodische bescherming (KB) is een techniek waarmee constructies langdurig worden beschermd tegen schade als gevolg van corrosie (roest). Deze techniek wordt bij staalconstructies al meer dan 200 jaar ingezet, maar voor het beschermen van staal in beton en metselwerk pas sinds een jaar of 40. Door Vogel zijn sinds 1987 vele typen betonconstructies van KB voorzien zoals viaducten, bruggen, tunnels, vloeren, zwembaden, galerijflats en industriële bouwwerken, maar ook monumenten met stalen delen in metselwerk (kerken, bruggen en gebouwen).
Corrosie is schadelijk omdat dit de constructieve werking van staal aantast en roestvorming leidt tot gevolgschade aan het beton of metselwerk. Corrosie kost ons in België en Nederland bijvoorbeeld een kleine 10 procent van ons bruto nationaal product. Wereldwijd gaat er zelfs iedere seconde zo’n 5 ton staal verloren door corrosie. De toepassing van KB grijpt in op het elektrochemische corrosieproces: KB stopt corrosie, waarmee verdere schade aan de constructie en verlies van geïnvesteerd vermogen wordt voorkomen.
Als we naar betonconstructies kijken, fungeert het wapeningstaal in beton bij het optreden van corrosie afwisselend als kathode en anode, waarbij op de anodische plaatsen het staal wordt omgezet in ijzeroxide (roest). Het principe van KB is gebaseerd op het reguleren van of ingrijpen in dit proces, waarbij er op of in het betonoppervlak ofwel een duurzame elektrode wordt aangebracht (bijvoorbeeld titanium), welke als anode (+) wordt aangesloten op een stroombron, ofwel een zichzelf opofferend onedeler metaal (meestal zink), welke wordt ‘kortgesloten’ met de wapening (zonder tussenkomst van een stroombron). Het 1e systeem wordt aangeduid met de benaming ‘actieve’ kathodische bescherming (met als gebruikelijke, Engelse afkorting ‘ICCP’), het 2e systeem staat bekend als ‘passieve’ of ‘galvanische’ kathodische bescherming (met als afkorting ‘GCP’). De duurzame elektrode of het onedele metaal fungeert als de nieuwe anode in het systeem en het wapeningstaal wordt daarmee in zijn geheel in de (beschermde) kathodefunctie gedwongen, waardoor de corrosie stopt. Hierbij worden tussen het wapeningstaal en de aangebrachte anode voortdurend elektronen en ionen uitgewisseld, door respectievelijk de bekabeling en het beton. Zolang dit proces in stand wordt gehouden, is het staal beschermd.
Door meting en monitoring is het mogelijk om de goede werking van het systeem aan te tonen en tevens het KB-systeem continu te bewaken en eventueel (bij ICCP) bij te sturen. Dit kan zelfs op afstand plaatsvinden via een koppeling aan het internet.
Wat zijn de voordelen van KB?
KB heeft als voordeel dat de betonconstructie kan worden behouden en dat het daarin aanwezige staal aantoonbaar wordt beschermd tegen corrosie. Het geïnvesteerde vermogen gaat daardoor niet verloren, de onderhoudskosten worden verminderd en beter voorspelbaar, de functionaliteit van de constructie blijft behouden en de veiligheid wordt gewaarborgd. De techniek kan, waar nodig, niet of nauwelijks zichtbaar worden toegepast. In vergelijking tot andere (herstel)technieken hoeft er bij beschadigde betonconstructies minder beton te worden gesaneerd. Dit kan namelijk worden beperkt tot het verwijderen en vervangen van afgedrukte en losliggende delen. Ook dit komt ten goede van de constructieve veiligheid en heeft als bijkomend voordeel dat er minder overlast is voor de omgeving en minder belasting van het uitvoerend personeel.
KB onderscheidt zich door haar lange levensduur en is zeer duurzaam. Afhankelijk van de specifieke wensen binnen een project wordt een levensduur bereikt van bijvoorbeeld 10, 20 of 30 jaar of zelfs langer. En dit alles met beperkte kosten voor het beheer en onderhoud van de constructie en het KB-systeem gedurende deze periode. Zo zal een eerste investering in de toepassing van KB uiteindelijk resulteren in lagere totaalkosten, minder zorgen en grotere zekerheid. Meten is weten en mede daarom is bij KB de conditie van de betonconstructie niet langer een vraag, maar is deze onder controle en aantoonbaar.
Langdurige garanties zijn bij toegepaste KB-systemen niet ongebruikelijk, hetgeen aangeeft dat het vertrouwen in de techniek groot is.
Waarom is KB, bij betonconstructies, nog onvoldoende ingeburgerd?
Een bekend gezegde luidt: ‘onbekend maakt onbemind’. En tevens geldt dat de techniek van KB enige kennis van chemie en natuurkunde vereist. Door deze factoren is KB geruime tijd na de eerste introductie in de jaren zeventig slechts op beperkte schaal toegepast en nam het aantal uitgevoerde projecten in eerste instantie slechts langzaam toe. Inmiddels zijn er echter wereldwijd tienduizenden succesvolle projecten gerealiseerd, is er op grote schaal (wetenschappelijk) gepubliceerd over KB in al haar facetten en worden wereldwijd congressen en seminars georganiseerd, zijn er referentieprojecten met een levensduur van 30 jaar en langer, is KB opgenomen in reguliere opleidingen (op hogescholen en universiteiten, maar ook als vakopleiding, bijvoorbeeld bij de Betonvereniging en het NRC), is er een internationale norm voor het toepassen van KB en wordt KB door professionele vastgoedpartijen en beheerders van infrastructurele werken (zoals het Nederlandse Rijkswaterstaat) gezien als een goede en soms de enige optie voor duurzaam betonherstel.
Er kan derhalve worden gesteld dat KB inmiddels, anno 2021, aardig is ingeburgerd en alom wordt gezien als een volwaardige en inmiddels onmisbare hersteltechniek.
Kan het ook in nieuwe constructies meteen worden voorzien?
Ook bij nieuwe constructies kan KB worden toegepast. Dit wordt meestal aangeduid als preventieve KB (Pre-KB).
Indien vooraf wordt voorzien dat (aanzienlijke) schade aan de betonconstructie bijna onvermijdelijk is vanwege het agressieve ‘milieu’, de extreme expositie of de specifieke gebruiksfunctie van het object, of indien bij eventuele schade het betonherstel moeilijk, zeer kostbaar of zelfs onmogelijk zal zijn, of indien schade de veiligheid van de constructie in direct gevaar kan brengen, dan is preventieve KB een goede optie. Voorbeelden van toepassingen zijn tunnels in en bruggen over zeewater, tand- en tafelopleggingen in bruggen en viaducten, koelwatervoorzieningen in kerncentrales en diverse bouwwerken in het Midden Oosten.
Is dit een dure oplossing?
Ook hier zou een toepasselijk gezegde kunnen worden geciteerd: ‘goedkoop is duurkoop’. Wat in eerste instantie duur lijkt, kan uiteindelijk de beste (en ook financieel meest aantrekkelijke) oplossing blijken te zijn en vice versa.
KB vergt bij aanvang doorgaans een (extra) investering. Bij de uitvoering van betonherstelwerkzaamheden wordt in eerste instantie bespaard op de kosten van saneren en repareren. Doorlooptijden worden hierdoor ook verkort, waarmee wordt bespaard op de bouwplaatskosten. Echter, vervolgens worden extra kosten gemaakt voor het aanbrengen van anodemateriaal en eventuele installatievoorzieningen. De omvang van deze kosten worden daarbij mede bepaald door en zijn afhankelijk van de specifieke wensen en eisen die gelden voor een project (opgelegd door de klant, de omgeving of andere externe factoren). Deze investering wordt echter (ruim) ‘terugverdient’ over een periode van 10, 20 of 30 jaar omdat in die periode de kosten voor het beheer en onderhoud van de constructie met het aangebrachte KB-systeem beperkt zijn. Voeg hieraan toe dat onverwacht onderhoud of calamiteiten zullen uitblijven en het zal duidelijk zijn dat het toepassen van KB geen ‘dure’ oplossing is, maar veeleer een goede investering die uiteindelijk resulteert in lagere totaalkosten, met minder zorgen en grotere zekerheid.
