Alkali-silica-reactie (A.S.R.) een exotische ziekte?

1. Wat is A.S.R.? A.S.R. is een expansieve reactie tussen alkaliën in het beton, water en reactief silica (mineraal) dat in het toeslagmateriaal voorkomt. Daarom wordt, conform NBN EN PTV 603, het aandeel van alkaliën (natrium en kaliumhydroxiden) beperkt in nieuwe constructies. N.B.: voor speciale cementen wordt verwezen naar NBN B12-108, 109 en 110. Volgende chemische reactie doet zich voor : Stap 1: reactie reageren de alkaliën met water tot alkalihydroxide NaO 2 + H 2 O → 2 NaOH Stap 2: het reactief silica reageert met alkalihydroxide tot alkali-silicaathydraat SiO 2.2H2O + 2NaOH -> Na2SiO 3 (n+1)H 2 O Dit alkali-silicaathydraat kan zeer veel water aan zich binden. De reactie verloopt uiterst langzaam en de schade treedt pas na jaren op

Voorbeeld van A.S.R.

2. Hoe kan ik A.S.R. vaststellen? Visueel kenmerkt A.S.R. zich door: Een craqueléachtig scheurpatroon. Uitzetting en vervorming van beton (expansieve reactie van de granulaten). Afscheiding van alkali-kiezelzuurtegels (witachtige uitbloedingen), welke niet hetzelfde zijn dan de uitloging van vrije kalk. Afgedrukte stukken beton “pop-outs”. Aanwezigheid van water. Indien u zeker weet dat het beton gemaakt is met hoogovencement, is A.S.R. vrijwel uitgesloten. Controle verdient ook hier de voorkeur!

A.S.R. kan enkel met zekerheid vastgesteld worden door petrografisch onderzoek. Voorbeelden van microscopisch onderzoek naar ASR:

Kenmerken beton Het grove granulaat bestaat uit een mengsel van ongeveer gelijke hoeveelheden chert, zandsteen en porfier. Het fijne granulaat bestaat vooral uit kwarts, met geringe hoeveelheden veldspaat, glauconiet en fragmentjes zandsteen. Er is een portlandcement gebruikt. De chert in het grove granulaat is deels poreus en bevat soms kleine globules van chalcedoon. Zowel de poreuze chert als de chalcedoon zijn gevoelig voor alkali-silica-reacties. De zandsteen bevat soms kleine hoeveelheden chert en chalcedoon, wat deze ook gevoelig maakt voor de alkali-silica-reactie. Porfier kan een fijne glasachtige matrix bevatten en is daarom gekend als gevoelig voor alkali-silica-reacties. Portlandcement geeft gemakkelijker aanleiding tot alkali-silica-reacties dan hoogovencement. Expansieve reacties In het staal zijn alkali-silica-reacties vastgesteld. Ze hebben een intensieve scheuring in het beton veroorzaakt.

De reacties ontstaan meestal uit een – al dan niet poreuze – chert. In één geval is een zandsteen oorsprong van de reactie. Er is geen alkali-silica-reactie vanuit een porfier vastgesteld. Er is ook een belangrijke groei van ettringietkristallen vastgesteld in de scheuren, veroorzaakt door de alkali-silica-reactie. Het ettringiet is vaak vrij massief en vult de scheuren bijna volledig. Bijkomende schade als gevolg van ettringietgroei kan zeker niet uitgesloten worden.

Evolutie De alkali-silica-reactie heeft al heel wat van de cherten getroffen. Deze reactie is niet recent: in een deel van de scheuren is calcietgroei aangetroffen. Deze calcietgroei impliceert echter ook een vrije circulatie van water in de scheuren. Daardoor kan er steeds vers water (en eventueel alkalis) tot bij de cherten diep in het beton gebracht worden. Het is ook mogelijk dat de reactie nog niet alle beschikbare silica uit de getroffen cherten opgebruikt heeft, en dat ze daar nog verder kan doorgaan. Vanuit deze granulaten bestaat er echter wel al een uitweg naar het oppervlak van het beton, zodat de inwendige druk kan geëvacueerd worden. De vorming van ettringiet kan nog doorgaan en verdere expansieve schade veroorzaken.

3. Aanverwante reactie: reactie door sulfaten Ettringiet kan enkel met zekerheid vastgesteld worden door petrografisch onderzoek. De reactie wordt meestal veroorzaakt door de vorming van expansief ettringiet. Verantwoordelijk voor deze reactie is het klinkermateriaal dat tricalciumaluminaat (C3A) bevat bij Portlandcementklinker. Het C3A reageert hevig met water. Daarom wordt tijdens het aanmaakproces van het beton, zogenoemde bindtijd regelende toeslagstoffen gebruikt nl. gips of anhydriet. Het C3A reageert met het water en gips/anhydriet tot ettringiet, die zich als “coating” op het oppervlak van de cementkorrels vormt. Deze expansieve verharding tijdens de stort vormt geen problemen en wordt dan ook de primaire ettringietvorming genoemd. De problemen ontstaan meestal na jaren, waarbij ook nog eens onderscheid gemaakt moet worden tussen externe en interne sulfaataantasting.

De externe aantasting wordt gekenmerkt door: Scheurvorming veroorzaakt door de ettringietvorming. Sterkteverlies door vorming van gips, thaumasiet bij lage temperaturen (< 5°C) en silcaathydraten door de sulfaten uit zeewater of aanverwante. Randvoorwaarden voor externe sulfaataantasting: Hoge permeabiliteit van het beton. Milieu met veel sulfaten. Aanwezigheid van water. De interne aantasting wordt gekenmerkt door: De gebruikte cementsoort. CEM I is over het algemeen gevoelig voor sulfaataantasting. De gevoeligheid vermindert i.f.v. het C3A gehalte. Gehaltes < 3% gelden als sulfaatbestendig. Toepassing van versnelling verhardingsproces = hoge hydratatiewarmte (voor jong beton boven 70°C). Microscheurvorming van het beton. Vertraagde vrijgave van sulfaten. Aanwezigheid van water.

4. Hoe herstellen? Zone die aangetast is door A.S.R. determineren. Studie of onderzoek om te bepalen in welke mate de niet-aangetaste zone in de tijd onderhavig zal zijn voor A.S.R. (geen contact met water, geen A.S.R.). Slopen van de aangetaste delen d.m.v. geschikte slooptechnieken of combinatie ervan (bv. breekhamer + zeer hoge druk waterstralen) om microscheurvorming te vermijden. Controle van de afbraak door petrografisch onderzoek !!! Hechtproeven kunnen vaak verkeerde resultaten opleveren. Herstellen d.m.v. aangepaste betonsoort en/of geschikte reparatiemortel conform EN1504/3, uitgevoerd door gecertificeerde uitvoerders conform EN1504/10. Zorgen voor een duurzame afsluiting tegen indringing van water zodat de reactie niet meer kan ontstaan.

5. Waarom (meestal) geen elektrochemische behandeling? Gevaar op hydroxide-ionen rond de wapening. Steeds voorafgaandelijk onderzoek nodig conform EN1504/9. - Bepaling elektrische resistiviteit. - Carbonatatiediepte. - Betondekking. - ……… Verhoging alkaliniteit in het beton. Grote stroomdichtheden kunnen leiden tot sterke temperatuursverhogingen van het staal, met als gevolg onthechtingen staal/beton.

6. Literatuur Handboek voor oriënterende inspectie ASR Febelcem Vereniging van gecertificeerde betonreparatiebedrijven FEREB TV 231 WTCB