Een op de twintig bruggen kampt na veertig jaar met betonrot; na zeventig jaar krijgt de helft van alle betonnen overspanningen er last van. Een zorgelijke ontwikkeling, vindt Rob Polder, hoogleraar materiaalkunde aan TU Delft en onderzoeker bij TNO.

Ruim de helft van de ongeveer 40.000 betonnen overspanningen stamt uit de jaren 60 en 70. Het verwoestende effect van strooizout was toen nog niet bekend. De laag beton waarmee de stalen wapening is bedekt, is er relatief dun, waardoor strooizout gemakkelijk de stalen wapening kan aantasten (zie ”Roest in het beton”).

Nog verontrustender vindt hij dat er in Nederland totaal geen overzicht is van de kwaliteit van de bruggen. „Het beheer is ontzettend versnipperd. Er zijn behalve Rijkswaterstaat meer dan honderd beheerders, elk met zijn eigen beleid, budget en onderhoudsregime.” De hoogleraar betwijfelt ernstig of alle overspanningen al zijn onderzocht op betonrot.

„We hebben evenmin overzicht van reparaties aan het beton van bruggen en viaducten. Vermoedelijk zijn er al honderden uitgevoerd”, vertelt Polder. Het zijn de voorboden van een enorme reparatiegolf. Hij verwacht dat er rond 2030 wel 1500 bruggen aangepakt moeten worden en rond 2070 zelfs 3500.

Gebruikelijk is om overspanningen met het blote oog te inspecteren. In de regel verraadt beginnend betonrot zich door roestvlekken aan de onderkant van de overspanning of bij de landhoofden. „Deze waarschuwing vooraf is een prettige bijkomstigheid; maar die vraagt vervolgens wel om maatregelen om te voorkomen dat de constructie gevaarlijk verzwakt”, benadrukt Polder.

Meestal wordt betonrot pas geconstateerd als er zichtbare schade is ontstaan, zoals scheuren of breuken. „Feitelijk ben je dan al te laat. Repareren kost tot zes keer meer dan preventiemaatregelen. Ik pleit er daarom voor in een vroeger stadium te inspecteren en maatregelen te treffen.”

Er zijn al jaren elektrochemische inspectietechnieken beschikbaar, maar die worden nauwelijks gebruikt, constateert Polder. „Elektrochemie is nu eenmaal niet de sterkste kant van een civiel ingenieur.”

Collega Duije Deurloo, radardeskundige bij TNO, is momenteel bezig met een totaal nieuwe inspectiemethode: met een radarsysteem wil hij de wapening in betonnen constructies controleren (zie kader ”Beginnend betonrot detecteren met radar”). Polder is er enthousiast over. „Het lijkt mij een enorm handige techniek: even scannen en klaar.”

Volgens de hoogleraar is het zaak om de dreigende schade door betonrot slim aan te pakken. „Het is een serieus probleem dat Nederland op termijn heel veel geld kan kosten. Alle betonnen overspanningen zijn samen ongeveer 300 miljard euro waard, een bedrag vergelijkbaar met onze staatsschuld.” Op termijn alle bruggen vervangen, is dus geen optie.

„Als je het handig aanpakt, kun je de probleemgevallen vroegtijdig inventariseren. De ergste worden gerepareerd, de middengroep wordt preventief behandeld en waar niets aan de hand is, volstaat een volgende inspectie over tien tot twintig jaar.”

Aangetaste plekken worden doorgaans gewoon gerepareerd. Bouwvakkers hakken al het door strooizout aangetaste beton weg, ze maken de stalen wapening grondig schoon, en vullen de gemaakte gaten ten slotte met schoon beton.

„Een relatief dure klus”, weet Polder. „Het is handwerk dat plaatsheeft in weer en wind. De werkomstandigheden zijn vaak beroerd en de concurrentie tussen bedrijven is moordend. Daardoor staat de kwaliteit van de reparatie onder druk.”

Een reparatie van betonrot gaat in de regel tien jaar mee. „Daarna moet je weer herstellen. Elk jaar komen er nieuwe reparaties bij, terwijl op den duur de oude reparaties ook weer moeten worden aangepakt.” Geen wonder dat de hoogleraar zich zorgen maakt over de torenhoge kosten die zulke ingrepen met zich mee zullen brengen.

Eenvoudige oplossingen om de reparatiekosten te drukken, zijn niet direct voorhanden. „We kunnen overspanningen preventief impregneren met een waterafstotende laag op basis van siliconen, zoals Rijkswaterstaat nu al voorschrijft voor nieuwe constructies van gewapend beton. Maar voor aangetaste delen heeft dat geen zin. Onderhuids gaat de corrosie daar gewoon verder.”

Polder pleit daarom voor een slimme manier om het proces van betonrot stil te zetten, met zogeheten kathodische bescherming. Hierbij wordt na de reparatie van een aangetast deel een minieme spanning op het gewapende beton gezet. Zo’n 2 volt is voldoende. De corrosie van de wapening stopt en de verwoestende werking van het strooizout is daarmee geneutraliseerd.

Met kathodische bescherming blijft de constructie zeker 25 jaar vrij van betonrot, en mogelijk nog veel langer. „Eerder uitgevoerde reparaties zijn dan niet na tien jaar opnieuw aan de beurt; hooguit is er na 25 jaar wat onderhoud nodig aan het systeem van kathodische bescherming. We kunnen daardoor het aantal reparaties beperken tot alleen de nieuwe.” Polder verwacht dat het aantal reparaties in 2030 door kathodische bescherming halveert tot zo’n 750.

„Kathodische bescherming kost uiteraard ook geld, maar ik zie dat als een soort verzekeringspremie. Met 80 tot 90 procent van de bruggen is niets aan de hand, maar 10 tot 20 procent is een beetje ziek. Die hebben voorlopig aandacht en geld nodig om erger te voorkomen.”

Kathodische bescherming

Een miniem elektrisch stroompje maakt effectief een einde aan betonrot. Het wapeningsstaal (de kathode) wordt verbonden met de min van een spanningsbron, terwijl de plus met een elektrode van metaal of koolstof (de anode) aan het oppervlak van het beton wordt bevestigd.

„Voor een oppervlak van 100 tot 500 vierkante meter voldoet een stroompje van een stroom van 1 ampère bij een spanning van 2 volt; samen leveren die een vermogen op van 2 watt, vergelijkbaar met dat van een fietslampje”, legt Rob Polder uit. Hij is hoogleraar materiaalkunde aan TU Delft en betonexpert bij TNO.

Het stroompje werkt de corrosiereactie tegen: het roesten komt nagenoeg stil te liggen, waardoor betonrot geen kans meer krijgt.

De installatie van kathodische bescherming is vrij eenvoudig. Polder: „Meer dan een elektrode, een paar kabels, een meetcel en een stroombron zijn niet nodig. De stroombron kan een transformator zijn die is aangesloten op het lichtnet, maar ook een zonnepaneel of windmolentje. Twee keer per jaar is een controle nodig of alles nog werkt.”

Als er kathodische bescherming wordt geïnstalleerd, hoeft een plek met betonrot niet meer te worden uitgehakt. Dat levert doorgaans een besparing op. Het grootste voordeel zit in de termijn waarop een nieuwe reparatie zich aandient. Polder: „Die verschuift van 10 naar minimaal 25 jaar.”

Beginnende betonrot detecteren met radar

Duije Deurloo, radardeskundige bij TNO in Den Haag, is bezig met een nieuwe methode om betonnen bruggen en viaducten te inspecteren. „We willen in het beton kijken zonder het te beschadigen. Ons ideaal is het maken van een soort röntgenfoto van de constructie waarop we exact kunnen zien waar de wapening aangetast is.”

De techniek die Deurloo toepast, is afgeleid van de grondradar waarmee Defensie landmijnen opspoort. De radar werkt met zogeheten passieve intermodulatie op de corrosielaag. Daarbij worden radarsignalen van verschillende frequenties door het beton heen gestuurd. De teruggekaatste signalen geven vervolgens een beeld van de kwaliteit van de wapening in het beton.

„De techniek staat nog in de kinderschoenen. We zijn echter hoopvol, want het is bekend dat radarsignalen anders reageren op corrosie dan op het omringende beton”, legt Deurloo uit.

Onlangs zijn de platen van gewapend beton gemaakt waarop de radarexpert zijn proeven hoopt uit te voeren. „We laten de betonplaten verouderen door er veel chloride-ionen aan toe te voegen. Daardoor wordt de wapening versneld aangetast. Eens per twee weken voeren we metingen uit. Begin september weten we of ons idee werkt.”

Roest in het beton

Gewapend beton gaat gemakkelijk honderd jaar mee, vertelt professor Rob Polder. „Mits het beton goed is samengesteld, gestort en nabehandeld en de stalen wapening ruimschoots is bedekt met beton. Beton is met een pH-waarde van 13 erg alkalisch, waardoor het staal nauwelijks roest of corrodeert.”

Deze stabiele toestand kan veranderen wanneer CO2 in poriën binnendringt. De pH daalt en het beton wordt zuurder, waardoor de wapening kan gaan roesten. Dit proces heet carbonatatie.

Betonrot wordt echter vooral in gang gezet door het binnendringen van opgelost strooizout. Elke winter wordt er tussen de twintig en de zestig keer gestrooid. „De betonnen overspanningen uit de jaren 60 en 70 zijn daar niet op ontworpen”, weet Polder.

„Vooral de chloride-ionen uit strooizout leveren problemen op. Opgelost in water dringen ze snel diep door in beton en trekken daar extra water aan. Is de bedekking van de wapening dun, dan is betonrot onvermijdelijk: de ionen bereiken de wapening en de bescherming tegen roest gaat verloren. Op een zwakke plek ontstaat roest, de zogeheten putcorrosie.”

Roest neemt meer ruimte in dan ijzer en drukt ten slotte het beton weg. Er ontstaan meer scheuren en het beton brokkelt af.