0 Generelt

Skader på betongkonstruksjon forårsaket av armeringskorrosjon

Foto: Rambøll Norge AS

01 Innhold

Armeringskorrosjon er årsaken til de fleste større skader på betongkonstruksjoner. Denne anvisningen gir en beskrivelse av korrosjon på stålarmering i betong, med vekt på de mekanismene som kan initiere korrosjonsprosessen; karbonatisering av betongen og/eller forekomst av klorid i betongen. Forhold som påvirker korrosjonshastigheten etter initiering, blir kort omtalt.

Utbedring av skader på grunn av armeringskorrosjon er behandlet i Byggforvaltning 720.232. Tilstandsanalyser som grunnlag for valg av utbedringsmetode er beskrevet i Byggforvaltning 720.111 og 720.112.

02 Hensikt

Hensikten med å beskrive forhold som kan lede til armeringskorrosjon er å gi prosjekterende og utførende en forståelse av prosessen, slik at de kan gjøre eventuelle forebyggende tiltak mot armeringskorrosjon som en del av byggeprosessen.

03 Henvisninger

Standarder:

NS 3420-L Beskrivelsestekster for bygg, anlegg og installasjoner – Del L: Betongarbeider

NS 3465 Utførelse av betongkonstruksjoner – Allmenne regler

NS-EN 206-1 Betong – Del 1: Spesifikasjon, egenskaper, fremstilling og samsvar

NS-EN 1992-1-1 Eurokode 2: Prosjektering av betongkonstruksjoner – Del 1-1: Allmenne regler og regler for bygninger

Byggdetaljer:

520.026 Viktige parametrer for prosjektering og utførelse av bestandige betongkonstruksjoner

520.029 Herdetiltak for betongkonstruksjoner

520.034 Bestemmelse av kloridinnhold i betong. Prøveuttak og analysemetoder

Byggforvaltning:

720.111 Tilstandsanalyse av betongkonstruksjoner

720.112 Skader på betongkonstruksjoner. Skadesymptomer, tilstandsgrader og utbedringsmåter

720.232 Armeringskorrosjon i betongkonstruksjoner. Utbedring av skader

1 Kjennetegn ved armeringskorrosjon

11 Karbonatisering

Armeringskorrosjon forårsaket av karbonatisering kjennetegnes ved nokså jevn nedbrytning over store områder på armeringen. De første synlige skadene er vanligvis oppsprekking og rustutslag, etterfulgt av avskalling, se fig. 11 a–c og foto øverst på siden. Korrosjonsproduktene har et større volum enn metallet, se fig. 11 d, og vil etter hvert øve et press på den omsluttende betongen. Til slutt kan deler av konstruksjonen kollapse som følge av tap av heft mellom armering og betong, eller som følge av at tverrsnittet til kritisk armering har blitt betydelig redusert. Karbonatisering er nærmere beskrevet i pkt. 3.

Fig. 11 a–c

Skjematisk illustrasjon av karbonatisering og korrosjon

a. Begynnende karbonatisering

b. Karbonatiseringsfront som har nådd armeringen og depassiverer den, se pkt. 221

c. Karbonatiseringsfront som har passert armeringen og initiert aktiv korrosjon, som har ført til sprekkdannelser og avskalling

Fig. 11 d

Korrosjonsprodukter og deres relative volum i forhold til metallisk jern [521]

12 Kloridinitiert korrosjon

Korrosjonsproblemer knyttet til klorid er mer kompliserte enn armeringskorrosjon i karbonatisert betong. Betongkonstruksjoner i marine miljøer og konstruksjoner i moderne infrastrukturer, som kaier, bruer og parkeringshus, er spesielt utsatt. Kloridinitiert korrosjon er dessuten vanskeligere å bekjempe enn korrosjon forårsaket av karbonatisering.

Kloridsalter i betongen har den egenskapen at de kan bryte ned passivfilmen, se pkt. 212, og forårsake svært kraftige, lokale korrosjonsangrep, såkalt pittingkorrosjon.

Kloridinitiert korrosjon er nærmere beskrevet i pkt. 4.

13 Tiltak mot korrosjon

Levetiden til en betongkonstruksjon kan prinsipielt forlenges på to måter:

– forlengelse av initieringsperioden; det vil si å utsette tidspunktet for depassivering

– forlengelse av propageringsperioden; det vil si å senke korrosjonshastigheten etter depassivering

Se også pkt. 37 og 49.

2 Beskyttelse og nedbryting av armering – passivering og depassivering

21 Beskyttelse av armeringsstål – passivering

211 Generelt. Herdet betong inneholder en stor andel kalsiumhydroksid, Ca(OH)2. Denne kjemiske forbindelsen løser seg litt i vann. Det innebærer at fuktighet i porene i betongen, porevann, inneholder basiske hydroksylioner, OH−. Den oppløste mengden OH− fra kalsiumhydroksid gir en pH-verdi nær 12,5 i porene i betongen. I tillegg inneholder sement forbindelser av alkalier, natrium og kalium, som danner lettløselig NaOH og KOH i betong. Mengden oppløst OH− kan derfor bli svært høy med pH-verdier i betongens porevann opp mot 14,0. Den høye pH-verdien er gunstig for armeringens bestandighet i betong.

212 Passivering. Når stål, i nærvær av oksygenet i lufta, kommer i kontakt med vann med høy pH-verdi, som i betong, dannes et beskyttende sjikt av jernhydroksid (Fe(OH)x) eller jernoksid (sannsynligvis γ-Fe2O3) på ståloverflaten. Dette skjer som følge av en elektrokjemisk korrosjonsreaksjon mellom jern, vann og oksygen. Oksidsjiktet, som er usynlig og svært tynt (~ 5–10 nm), fungerer som en fysisk og beskyttende barriere mellom stålet og omgivelsene. Fenomenet kalles passivering, og oksidsjiktet omtales ofte som passivfilmen. Passivfilmen vedlikeholdes av korrosjonsreaksjonen så lenge porevannet i kontakt med stålet er tilstrekkelig basisk og ikke inneholder oppløste kloridsalter.

22 Korrosjonsforløp – depassivering og aktiv korrosjon

221 Nedbryting av passivfilm. Passivfilmen kan brytes ned, eller depassiveres, dersom:

– porevannet i kontakt med stålet faller til et pH-nivå omkring 8–9 (resultat av karbonatisering)

og/eller

– porevannet i kontakt med stålet inneholder oppløste kloridioner over en viss terskelverdi

Korrosjonsforløpet er vist i fig. 221.

Fig. 221

Korrosjonsinitiering og -propagering i henhold til K. Tuuttis modell [521]

222 Aktiv korrosjon. Etter at passivfilmen er brutt ned, enten lokalt eller over store områder, blottlegges stålet. Stålet kan dermed korrodere med en hastighet som er betydelig høyere enn den korrosjonsreaksjonen som underholdt passiveringen. Vi sier at stålet er utsatt for aktiv korrosjon.

223 Initieringsperioden. Forløpet fram til depassivering kalles initieringsperioden. Det vil si den tiden det tar før betongen i kontakt med armeringen har blitt karbonatisert, eller den tiden det tar før kloridinnholdet i porevannet som er i kontakt med armeringen blir høyt nok til at armeringsstålet depassiveres. Se fig. 221.

224 Propageringsperioden. Tiden etter depassivering, fra det tidspunktet aktiv korrosjon har inntrådt, kalles propageringsperioden, se fig. 221. Korrosjonshastigheten i propageringsperioden avhenger av flere faktorer knyttet til betongkvalitet og miljøeksponering, særlig betongens fukttilstand og elektriske ledningsevne, samt tilgang på oksygen. Korrosjonshastigheten er høyest ved relativ fuktighet rundt 95 %.

23 Elektrokjemiske reaksjoner

De elektrokjemiske reaksjonene involvert i passivfilmdannelse og aktiv korrosjon er prinsipielt like. Flere typer jernoksider og jernhydroksider kan dannes i passivfilm og korrosjonsprodukter. Dersom vi antar at reaksjonsproduktet består av jernhydroksidforbindelsen Fe(OH)2, kan vi beskrive de to elektrokjemiske delreaksjonene (anode- og katodereaksjonen) som sammen utgjør korrosjonsreaksjonen slik:

Anodereaksjon (oksidasjon av jern)

Metallisk jern ® jernioner + elektroner

Fe ® Fe2+ + 2e−

Katodereaksjon (reduksjon av oksygen)

Oksygen + vann + elektroner ® hydroksylioner

½ O2 + H2O + 2 e− ® 2 OH−

Totalreaksjon

Fe + ½ O2 + H2O ® Fe2+ + 2 OH− ® Fe(OH)2 (fast stoff)

Fe(OH)2 er et fast produkt som feller ut og legger seg som et tett, beskyttende lag på ståloverflaten som passivfilm dersom forutsetningene er tilstede, eller som voluminøse rustprodukter ved aktiv korrosjon. Rustproduktene kan foreligge i mange varianter avhengig av miljøet, særlig av fukttilstand og oksygentilgang. Den mest kjente og synlige varianten er det rustrøde produktet Fe2O3⋅nH2O. Figur 23 viser en prinsippskisse av de elektrokjemiske reaksjonene.

Fig. 23

Skjematisk illustrasjon av elektrokjemiske korrosjonsreaksjoner på stål i oksygenholdig, basisk miljø

3 Karbonatisering

31 Kjemisk prosess

Karbonatisering er en kjemisk prosess som oppstår når en betongflate er i kontakt med luft. Luft, som inneholder ca. 0,038 % karbondioksid (CO2), diffunderer langsomt inn i betongen. CO2 reagerer kjemisk med det basiske porevannet og nøytraliserer det. I prosessen omdannes CO2 til karbonat (CO32−), som reagerer med oppløst kalsium i porevannet og danner tungløselig kalsiumkarbonat (CaCO3); derav betegnelsen karbonatisering. Denne prosessen medfører at betongens pH-verdi etter hvert vil synke til omkring 8–9.

Figur 31 gir en oversikt over de kjemiske reaksjonene som utgjør karbonatiseringsprosessen. Tiltak mot karbonatisering er beskrevet i pkt. 37.

Fig. 31

Kjemiske reaksjoner under karbonatiseringsprosessen

32 Karbonatiseringsfront

Skillet mellom karbonatisert og ikke-karbonatisert betong kalles karbonatiseringsfronten, se fig. 32. Denne fronten beveger seg langsomt innover i betongen og kan påvises, se pkt. 35.

Fig. 32

Karbonatiseringsfront i armert betong

Tykkelsen på betongoverdekningen er avgjørende for den tiden det tar før karbonatiseringsfronten når armeringsstålet. Eksempelvis vil en dobling av betongoverdekning forlenge initieringsperioden omtrent fire ganger. Svært mange betongskader skyldes for liten overdekning. Riktig og tilstrekkelig overdekning er avgjørende for bestandigheten og levetiden til en betongkonstruksjon.

33 Effekt av miljøeksponering

331 Generelt. Karbonatiseringshastigheten avhenger av betongkvalitet og miljøfaktorer som relativ fuktighet, temperatur og CO2-konsentrasjon i omgivende luft.

332 Relativ fuktighet i betong. Maksimal karbonatiseringshastighet finner sted ved en relativ fuktighet i betongen på 50–60 %. Vannmettet eller helt tørr betong karbonatiseres ikke. I vannmettet betong vil de kjemiske reaksjonene beskrevet i fig. 31 forløpe lett, men tilførselen av CO2 er svært begrenset på grunn av vannfylte porer.

I tørr betong foregår tilførselen av CO2 raskt på grunn av åpne porer, men de kjemiske reaksjonene stopper opp på grunn av vannmangel. Det har også vist seg at karbonatiseringsfronten beveger seg svært langsomt dersom betongkonstruksjonen er utsatt for vekslende kontakt med flytende vann, for eksempel regn. Graden av denne effekten avhenger av varighet og frekvens i fukting/tørking-sykluser. Siden fukting av betong går mye raskere enn tørking, vil hyppig og kortvarig fukting effektivt dempe karbonatiseringsprosessen.

333 Høy temperatur er med på å øke karbonatiseringshastigheten. Ved konstant fuktnivå øker karbonatiseringshastigheten til nær det dobbelte når temperaturen stiger med ca. 10 °C.

334 CO2-konsentrasjon. Karbonatiseringshastigheten øker med økende CO2-konsentrasjon i lufta som er i kontakt med betongen, men vanligvis kan denne konsentrasjonen regnes som konstant og lik bakgrunnskonsentrasjonen i lufta (0,038 %).

I spesielle tilfeller, som i betongkonstruksjoner i sterkt trafikkerte biltunneler, kan karbonatiseringshastigheten bli høy som følge av høyt CO2-innhold i lufta.

34 Effekt av betongkvalitet

341 Vann/bindemiddel-forholdet (v/b-forholdet) i betongen er den materialparameteren som har størst innvirkning på karbonatiseringsprosessen. CO2 diffunderer lettere gjennom betongens poresystem dersom porøsiteten er høy, og porøsiteten bestemmes hovedsakelig av v/b-forholdet. Å øke dette forholdet fra for eksempel 0,4 til 0,6 fører vanligvis til en tilnærmet dobling i karbonatiseringsdybde etter noen år, forutsatt ellers like betingelser.

342 Sementtype og -mengde har også en effekt på karbonatiseringshastigheten. Høyt sementinnhold i betongen gir større motstand mot karbonatisering fordi mye sement gir en større andel av kalsiumhydoksid og alkalier, som må forbrukes i den kjemiske prosessen før karbonatiseringsfronten beveger seg innover i betongen. Kalsiumhydroksid utgjør omtrent 20 vektprosent av herdet sementpasta. En sementrik betong har med andre ord et stort reservoar av kalsiumhydroksid.

343 Tilsetningsstoffer. Betong med pozzolantilsetning (flygeaske og/eller silikastøv) har normalt omtrent samme karbonatiseringshastighet som betong med standard portlandsement, selv om pozzolantilsetningen har gitt en tettere betong. Dette skyldes forbruket av kalsiumhydroksid under pozzolanreaksjonen, med den følge at pH-verdien reduseres noe og en tilsvarende mindre mengde kalsiumhydroksid må nøytraliseres før karbonatiseringsfronten kan bevege seg innover i betongen.

344 Betongfasthet og karbonatiseringssvinn. Fastheten i betongen reduseres ikke ved karbonatisering. Tvert imot øker den noe. Reaksjonsproduktet kalsiumkarbonat (CaCO3) felles ut i betongens poresystem og bidrar til at betongen både blir tettere og får større fasthet. Kalsiumkarbonat har imidlertid mindre volum enn utgangsmaterialene, og denne volumreduksjonen kan medføre små rissdannelser i betongoverflaten, ofte kalt karbonatiseringssvinn. Slike rissdannelser kan i sin tur lette karbonatiseringsprosessen og gi dypere karbonatiseringsfront lokalt.

Alle typer riss i betongoverdekningen øker faren for karbonatisering, se fig. 344. Et riss med bredde mindre enn 0,3 mm er som regel uproblematisk i forhold til karbonatisering. Få, brede og dype riss er verre enn mange, smale og grunne riss.

Fig. 344

Eksempel på at sprekker og riss kan gi dypere karbonatiseringsfront fordi tilgangen på CO2 øker

35 Påvisning av karbonatisert betong

351   Måling av karbonatiseringsdybden. Karbonatiseringsdybden fastslår man vanligvis ved å dusje en væskeløsning med en pH-indikator på en frisk bruddflate av betongen, for eksempel et meislet eller boret hull. Den vanligste indikatoren er fenolftalein som har fargeomslag i pH-området 8,0–9,6. Indikatorløsningen lages ved å løse 0,1 g fenolftalein i 1 liter væske bestående av like mengder vann og ren etanol. Den delen av betongen som er karbonatisert, beholder sin naturlige gråfarge etter kontakt med denne løsningen, mens den delen som ikke er karbonatisert, får en rød-rosa farge, se fig. 351.

Fig. 351

Måling av karbonatiseringsdybde ved bruk av fenolftalein

352 Måling av armeringsoverdekningen. Samtidig med fenolftaleintesten ønsker man ofte å måle armeringens betongoverdekning for å danne seg et bilde av karbonatiseringsfrontens posisjon i forhold til armeringen. Dette gjør man vanligvis ved bruk av et måleinstrument som virker som en metalldetektor. Instrumentet gjør det mulig å måle armeringens plassering og betongoverdekning. Armeringsdimensjon (diameter) kan man også avlese i noen tilfeller.

36 Beregning av initieringsperiode

Det fins modeller for beregning av tiden det tar før karbonatiseringsfronten når fram til armeringen. Modelleringen tar utgangspunkt i karbonatiseringsdybden ved et gitt tidspunkt og alderen på konstruksjonen. I et logaritmisk diagram der karbonatiseringsdybden (mm) vises som funksjon av betongens alder, blir utviklingsforløpet tilnærmet en rett linje med stigning 1:2. Når man kjenner betongens alder og karbonatiseringsdybden ved denne alderen, kan man forutsi videre karbonatiseringsforløp og beregne omtrentlig gjenværende initieringsperiode ut fra den gitte betongoverdekningen. Et eksempel er vist i fig. 36.

Fig. 36

Karbonatiseringsdybde som funksjon av tid

Eksempel på hvordan man kan beregne initieringsperioden

Betongens alder er 7 år; karbonatiseringsdybde er målt til 8 mm; overdekningen er 20 mm.

Gjenværende initieringsperiode beregnes til: 45 år − 7 år = 38 år.

37 Tiltak mot karbonatisering

Tiltak mot karbonatisering innebærer å forlenge initieringsperioden ved å øke tykkelsen på betongoverdekningen og/eller ved å senke hastigheten til karbonatiseringsfrontens bevegelse innover i betongoverdekningen. Sistnevnte tiltak kan gjøres på to forskjellige måter:

– Fysikalsk og kjemisk optimalisering av betongsammensetningen: Tettere og mindre permeabel betong (fysikalsk); betong med høy pH-verdi og stor mengde kalsiumhydroksid (kjemisk).

– Overflatebehandling av betongen: Behandling som bremser inntrenging av CO2 og dermed reduserer karbonatiseringshastigheten. Gasstette belegg bremser eller stopper inntrengingen, men slike belegg kan ofte ha negative effekter på utendørskonstruksjoner, særlig heftproblemer og flassing som følge av fuktoppbygging under belegget. Mest vanlig er å påføre en metakrylatbasert maling som er utviklet spesielt for å bremse gjennomgangen av CO2-molekyler i gassform, mens vanndampmolekyler relativt enkelt passerer; det vil si en diffusjonsåpen maling.

Vanligvis vil det ikke være nødvendig med tiltak mot karbonatisering innendørs, selv om betongen ofte karbonatiseres lett (ved optimal luftfuktighet, se pkt. 332). Korrosjonshastigheten er lav ved vanlige fukttilstander innendørs.

4 Kloridinitiert armeringskorrosjon

41 Kloridkilder

Kloridsalter kan trenge inn i betong fra to eksterne kilder; sjøvann og veisalt. Sjøvann inneholder stor mengde natriumklorid (NaCl), mens veisalt vanligvis består av kalsiumklorid (CaCl2). Begge kloridsaltene er lettløselige i vann.

Kloridholdige delmaterialer kan betraktes som utelukket fra armerte betongkonstruksjoner som bygges i dag. Alle tilsetningsstoffer på markedet i dag er kloridfrie eller inneholder kun ubetydelige mengder klorid.

42 Kloridinntrenging

Kloridsalter kan trenge inn i betong dersom de er oppløst i vann som er i fysisk kontakt med betongoverflaten. Inntrengingen er karakterisert ved to transportprosesser: kapillærabsorpsjon og diffusjon. Inntrengingen starter vanligvis ved at kloridholdig vann absorberes, eller suges, inn i det aller ytterste sjiktet av betongen. Kapillærsuget gir særlig stort kloridopptak i de tilfeller der betongen utsettes for gjentakende oppfukting og uttørking. Den kloridmengden som trekkes inn i betongen i forbindelse med oppfukting, forblir der også etter uttørking.

Tiltak mot kloridinntrenging er beskrevet i pkt. 49.

43 Kloridprofil

Kloriddiffusjon i betong skaper ikke en front etter samme mønster som karbonatiseringsfronten, men en konsentrasjonsprofil i betongen. En typisk kloridprofil er vist i fig. 43. Det framgår av figuren at kloridkonsentrasjonen avtar gradvis innover i betongen. Kloridopptaket resulterer i en gradient i konsentrasjonen av klorid fra overflaten og innover i betongen; høy konsentrasjon ytterst og lav konsentrasjon litt lenger inn. Kloridioner transporteres langsomt mot områder med lav konsentrasjon ved diffusjonsmekanismer.

Diffusjonen følger i hovedsak Ficks klassiske diffusjonslover [524], men kompliseres ved at diffusjonen skjer i kapillærporer som kan variere fra delvis vannfylte til helt vannfylte. Diffusjonshastigheten er en funksjon av blant annet vann/bindemiddel-forholdet, sementtype, porøsitet, temperatur og type kation (Na+ eller Ca2+) som følger kloridionene. Diffusjonshastigheten er tilnærmet proporsjonal med kvadratroten av eksponeringstiden. I praksis har det vist seg at hastigheten avtar noe med tiden.

Fig. 43

Kloridprofil i betong

44 Korrosjonsmekanisme – pittingkorrosjon

441 Lokal nedbryting av passivfilm. Oppløste kloridioner (Cl−) i porevann i fysisk kontakt med armeringen kan binde seg til ståloverflaten og reagere kjemisk med passivfilmen slik at de bytter plass med OH−-ioner i passivfilmen. Prosessen starter gjerne helt lokalt i svakheter i passivfilmen, det vil si i punkter på ståloverflaten med strukturelle defekter i passivfilmen. Det dannes en kjemisk forbindelse av jernhydroksid og klorid av typen Fe(OH)Cl, som er løselig i vann, i motsetning til den passiverende jernhydroksidforbindelsen Fe(OH)2, som er tilnærmet uløselig i vann. I dette området forsvinner derfor passivfilmen, og underliggende stål blir blottlagt, se fig. 441.

Fig. 441

Kloridioner som reagerer kjemisk med passivfilmen og løser den opp

442 Nedbryting av armering. Etter at passivfilmen er brutt ned lokalt, kan kloridioner reagere med blottlagt metallisk jern. Denne mekanismen forklarer hvorfor betong med høy pH-verdi ofte tåler mer klorid før korrosjon inntreffer enn betong med lavere pH-verdi. Klorid bryter ned, mens hydroksyl reparerer i to konkurrerende anodereaksjoner:

Kloridangrep: Fe + 2 Cl− ® FeCl2 (løselig) + 2 e−

Filmreparasjon: Fe + 2 OH− ® Fe(OH)2 (uløselig) + 2 e−

Et høyt Cl−/OH−-forhold i porevannet som er i kontakt med stålet bidrar derfor til økt kloridangrep. Er forholdet lavt nok, kan stålet repassiveres, og den aktive korrosjonen kommer ikke i gang. Er forholdet høyt nok, kan kloridangrepet føre til en «utgraving» i stålet der oksidfilmen ble fjernet. Det dannes en grop (engelsk: pit) i stålet. Denne korrosjonstypen, som er illustrert i fig. 442, kalles pittingkorrosjon eller groptæring. I gropa kan oppløste jernioner protolysere under reaksjon med vann og kloridioner og danne sure H+-ioner. Dersom slike ioner akkumuleres i gropa, der det også er kloridioner til stede, dannes det saltsyre (HCl). Vannet i gropa kan derfor bli svært sur, noe som igjen setter fart i jernoppløsningen ved at jern nå også vil oksidere i surt miljø (oppløsning i syre). Prosessen kan bli selvakselererende (autokatalytisk). Korrosjonshastigheten i en slik grop kan bli svært høy og kan raskt føre til betydelig lokal tverrsnittsreduksjon av armeringen.

Kloridforbindelsene som inngår i pittingkorrosjon er lettløselige i vann, og de verken forbrukes eller uskadeliggjøres i prosessen. Klorid fungerer kun som en katalysator for korrosjonsprosessen.

Fig. 442

Kloridinitiert pittingkorrosjon på stål i betong

45 Effekt av betongens fuktinnhold og elektriske motstand

Selv om klorid generelt kan gi lokale og kraftige korrosjonsangrep på metaller, vil ofte armeringskorrosjon temmes noe av naturlige «bremseklosser» i betong: diffusjonsbegrensninger og høy elektrisk motstand. Betongens elektriske motstand antas å være den viktigste faktoren i betongkonstruksjoner i relativt tørre omgivelser. I svært fuktige omgivelser er ofte oksygentilførselen til katodereaksjonen den hastighetsbestemmende faktoren. Effekten av betongens fukttilstand på korrosjonshastigheten er vist i tabell 45.

Tabell 45

Sammenhengen mellom fukt, elektrisk motstand og korrosjonshastighet i betong

46 Kritisk kloridinnhold

Med kritisk kloridinnhold menes den terskelverdien i kloridkonsentrasjon som er nødvendig for initiering av pittingkorrosjon i en gitt konstruksjon. Denne terskelverdien er avhengig av mange faktorer. En av de viktigste faktorene er betongens pH-verdi, se pkt. 211. Et lavt forhold mellom klorid- og hydroksylkonsentrasjonen (Cl−/OH−) medfører at armeringen tåler mer klorid ved høy pH-verdi. Undersøkelser i væsker (kunstig porevann) har vist at kloridinitiert korrosjon inntreffer dersom dette forholdstallet overstiger ca. 0,6 [522].

Sementens kloridbindingsegenskaper, stålets elektrokjemiske potensial og forekomsten av hulrom i grensesjiktet stål/betong bestemmer også kritisk kloridinnhold.

47 Kjemisk bundet klorid

471 Generelt. Kloridinnholdet i betong kan utrykkes på minst to måter:

– som kloridkonsentrasjonen i porevannet (uttrykt ved mol per liter)

– som total kloridmengde i betongen (uttrykt ved prosentvis mengde i forhold til sementvekt)

Som beskrevet i pkt. 44, er det vanlig å anta at det kun er oppløste kloridsalter i porevannet som kan initiere korrosjon. En betydelig del av kloridsaltene blir imidlertid bundet kjemisk til sementpastaen i betong, og medfører derfor ingen umiddelbar korrosjonsrisiko. Det er ikke uvanlig at halve kloridmengden blir bundet kjemisk til sementens aluminatfaser, særlig trikalsiumaluminathydrat (C3A). Derfor tåler stålarmert betong laget av sement med lavt C3A-innhold (for eksempel sulfatresistent sement) normalt en mindre kloridpåkjenning enn betong med standard portlandsement.

472 Kloridbindingsegenskaper. Den hydratiserte C3A-fasen kan reagere kjemisk med klorid og danne en fast og tungtløselig kloridforbindelse som felles ut i sementpastaen. Kloridbindingsegenskapene til sement er imidlertid pH-avhengig. Dersom pH-nivået senkes, for eksempel som følge av karbonatisering, kan en del av det bundne kloridet løses og deretter medvirke til initiering av korrosjon.

Det eksisterer en likevekt mellom frie og bundne klorider avhengig av sementens egenskaper (C3A, alkalier) og betongens sammensetning. Dersom betongen inneholder store mengder pozzolaner, vil pH-verdien synke betydelig. Dette medfører i sin tur en senkning i kapasiteten for kloridbinding. På den annen side gir innslag av pozzolaner som regel en betydelig tettere betong i forhold til kloridinntrenging. Denne tettheten vil som regel overskygge ulempen med noe lavere pH-nivå i betongen.

473 Kritisk kloridkonsentrasjon. Basert på empiriske data og statistiske vurderinger er det nokså vanlig å benytte veiledende grenser for kritisk kloridkonsentrasjon (total mengde i sement) i forhold til sannsynlig armeringskorrosjon, se tabell 473.

Tabell 473

Kloridinnhold og risiko for armeringskorrosjon.

48 Måling av kloridinnhold i betong

Kloridinnhold i betong kan beregnes ved hjelp av kjemiske analysemetoder, enten i felt eller i laboratorium. Feltmetodene er raske og enkle å utføre, men ofte beheftet med dårlig nøyaktighet. Laboratoriemetodene er mer nøyaktige, tidkrevende, relativt kostbare og krever spesialkompetanse. Alle metodene utføres i tre trinn før selve analysen:

– prøvetaking (som regel borstøv eller borkjerner)

– preparering (knusing, homogenisering, tørking)

– oppløsning av klorid (vanligvis i salpetersyre)

Beregning av kloridinnhold i betong er nærmere beskrevet i Byggdetaljer 520.034.

49 Tiltak mot kloridinntrenging

En rekke faktorer er med på å påvirke kloridinntrengingen og tiden det tar før kloridkonsentrasjonen ved armeringen overskrider kritisk kloridinnhold:

– Inntrengingshastigheten avtar med synkende vann/bindemiddel-forhold og økende mengde pozzolaner i betongen.

– Dobling av overdekning gir omtrent firedobling av tiden det tar før klorid diffunderer inn til armeringen.

– Konstruktive detaljer som leder til at kloridholdig vann i minst mulig grad kommer i fysisk berøring med betongen, kan begrense kloridinntrengingen (for eksempel bruk av dryppneser).

– Vannavvisende overflatebehandling kan redusere kloridinntrengingen betydelig.

5 Referanser

51 Utarbeidelse

Denne anvisningen er revidert av Roar Myrdal. Den erstatter anvisning med samme nummer, utgitt i 1990. Prosjektleder har vært Henning Vik. Faglig redigering ble avsluttet i oktober 2009.

52 Litteratur

521 Tuutti, K. CBI-rapport Fo4, Cement och betonginstitutet. Stockholm, 1982

522 Hausmann, D.A. Steel Corrosion in Concrete. How does it occur? Material Protection, 6. Texas, USA, 1967

523 Kristiansen, B., Lindland, J. og Østmoen, T. Betongrehabilitering – metoder og utførelse. 2. utgave. Oslo, 2006

524 Markeset, G. og Myrdal, R. Modelling of reinforcement corrosion in concrete – State of the art. COIN Project report 7-2008. SINTEF Byggforsk. Oslo, 2009

© SINTEF Byggforsk

Materialet i dette dokumentet er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med SINTEF Byggforsk er enhver eksemplarfremstilling, tilgjengeliggjøring eller spredning utover privat bruk bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar, og kan straffes med bøter eller fengsel.