De alkali-silicareactie

De situatie ziet er op het eerste gezicht niet best uit. ,,Aan de buitenkant van zo’n brug barst het echt van de scheuren”, aldus dr.ir. C. van der Veen, universitair hoofddocent bij de sectie betonconstructies van Civiele Techniek. Van der Veen maakt deel uit van een commissie die onderzoek doet naar de oorzaken en die richtlijnen opzet voor het veilig omgaan met aangetaste constructies.

Van de zesduizend bruggen en viaducten die de Bouwdienst van Rijkswaterstaat in beheer heeft, blijken er ongeveer dertig aangetast door de alkali-silicareactie. ,,Het fenomeen is in Nederland vrij nieuw en er zijn daardoor nog geen procedures en maatregelen voorhanden om dit probleem aan te pakken”, aldus Van der Veen.

De alkali-silicareactie, een reactie van een zout met water en steenachtig materiaal in het beton, doet het beton uitzetten en scheuren. Hierdoor neemt de sterkte van het beton aanzienlijk af.

Dinatriumoxide reageert met water tot natriumhydroxide. Vervolgens reageert de natriumhydroxide met reactief siliciumdioxide tot een product dat een grote hoeveelheid watermoleculen bindt. De dinatriumoxide is een alkali en de siliciumdioxide wordt reactief silica genoemd. Bij een constante indringing van water zal zich dus een steeds groter substantie vormen die het betoncement naar buiten drukt.
Levensduur

Reactief silica kan voorkomen in het ’toeslagmateriaal’, dat is het grind dat samen met het cement beton vormt. Het Nederlandse grind uit Waal en Rijn zou in tegenstelling tot het grind dat in het buitenland wordt gebruikt geen reactief silica bevatten, zo dacht men. Dit blijkt echter wel het geval, hoewel in veel kleinere mate dan in het buitenland.

Het verschijnsel komt ook minder in Nederland voor omdat hier in 75 procent van de gevallen hoogovencement wordt toegepast in kunstwerken, in plaats van het gangbare portlandcement. Dit hoogovencement is (vanwege de hoogovenslakken) veel dichter van structuur en laat zodoende veel slechter water door, de reactie vindt daardoor niet of nauwelijks plaats.

Van der Veen: ,,De eerste gedachte die bij je opkomt als je zo’n viaduct ziet is: gelijk slopen.” Maar dat blijkt in de praktijk zelden nodig. Hoewel de viaducten, waarin dit proces ontdekt is, al enkele tientallen jaren dienst doen – het Schenkviaduct in Den Haag is van voor de oorlog – is hun geplande levensduur nog lang niet op. ,,Een brug moet wel zo’n tachtig jaar mee kunnen.”

In eerste instantie neemt de sterkte van de constructie naoptreden van de reactie zelfs toe. Van der Veen legt uit hoe dat komt: ,,Er onstaat door het uitzetten van het beton een voorspanning in de wapening die de verzwakking door scheuring meer dan opheft.”

Daarnaast is er destijds bij het ontwerp met grote veiligheidsfactoren gerekend en het beton wordt nog steeds sterker. Het verhardingsproces van beton gaat steeds langzamer lopen. Het stopt pas na een tiental jaren, maar voor de berekeningen wordt de sterkte na 28 dagen uitharden genomen. In de volgende dertig jaar verdubbelt de sterkte nog.
Ongelukken

Probleem is evenwel dat de belasting door vrachtverkeer de laatste decennia sterk is gestegen en ,,als de reactie blijft doorlopen neemt de sterkte natuurlijk wel af”, zegt Van der Veen. ,,Kolommen kunnen barsten tot verschillende kleine kolommetjes en sommige constructies raken met name gevoelig voor dwarskrachten.”

Twee zaken zijn van belang als een constructie lijdt aan alkali-silicareactie. Het proces tot staan te brengen en eventueel constructieve versterkingen toe te passen.

,,Een constructie kan versterkt worden met ‘uitwendige’ wapening. Er worden dan stroken van metaal of glasvezel op de constructie gelijmd”, aldus de betonexpert. ,,Of die maatregel effectief is, is nog maar de vraag.”

Het afdichten van het beton stopt de reactie doordat zouten en water niet meer binnendringen. Dit heeft onder andere tot gevolg dat op viaducten geen Zoab meer gelegd kan worden zonder extra maatregelen. Door het open asfalt kan water en met name strooizout de constructie bereiken, meent Van der Veen.

Ter voorkoming van de alkali-silicareactie worden nu regels opgesteld. Er worden eisen gesteld aan het cement en het gebruik van toeslagmaterialen. Tevens zullen toeslagmaterialen worden onderzocht op reactief silica. Van der Veen: ,,Tot nu toe zijn de problemen altijd tijdig onderkent en zijn nog geen ongelukken gebeurt.”

De situatie ziet er op het eerste gezicht niet best uit. ,,Aan de buitenkant van zo’n brug barst het echt van de scheuren”, aldus dr.ir. C. van der Veen, universitair hoofddocent bij de sectie betonconstructies van Civiele Techniek. Van der Veen maakt deel uit van een commissie die onderzoek doet naar de oorzaken en die richtlijnen opzet voor het veilig omgaan met aangetaste constructies.

Van de zesduizend bruggen en viaducten die de Bouwdienst van Rijkswaterstaat in beheer heeft, blijken er ongeveer dertig aangetast door de alkali-silicareactie. ,,Het fenomeen is in Nederland vrij nieuw en er zijn daardoor nog geen procedures en maatregelen voorhanden om dit probleem aan te pakken”, aldus Van der Veen.

De alkali-silicareactie, een reactie van een zout met water en steenachtig materiaal in het beton, doet het beton uitzetten en scheuren. Hierdoor neemt de sterkte van het beton aanzienlijk af.

Dinatriumoxide reageert met water tot natriumhydroxide. Vervolgens reageert de natriumhydroxide met reactief siliciumdioxide tot een product dat een grote hoeveelheid watermoleculen bindt. De dinatriumoxide is een alkali en de siliciumdioxide wordt reactief silica genoemd. Bij een constante indringing van water zal zich dus een steeds groter substantie vormen die het betoncement naar buiten drukt.
Levensduur

Reactief silica kan voorkomen in het ’toeslagmateriaal’, dat is het grind dat samen met het cement beton vormt. Het Nederlandse grind uit Waal en Rijn zou in tegenstelling tot het grind dat in het buitenland wordt gebruikt geen reactief silica bevatten, zo dacht men. Dit blijkt echter wel het geval, hoewel in veel kleinere mate dan in het buitenland.

Het verschijnsel komt ook minder in Nederland voor omdat hier in 75 procent van de gevallen hoogovencement wordt toegepast in kunstwerken, in plaats van het gangbare portlandcement. Dit hoogovencement is (vanwege de hoogovenslakken) veel dichter van structuur en laat zodoende veel slechter water door, de reactie vindt daardoor niet of nauwelijks plaats.

Van der Veen: ,,De eerste gedachte die bij je opkomt als je zo’n viaduct ziet is: gelijk slopen.” Maar dat blijkt in de praktijk zelden nodig. Hoewel de viaducten, waarin dit proces ontdekt is, al enkele tientallen jaren dienst doen – het Schenkviaduct in Den Haag is van voor de oorlog – is hun geplande levensduur nog lang niet op. ,,Een brug moet wel zo’n tachtig jaar mee kunnen.”

In eerste instantie neemt de sterkte van de constructie naoptreden van de reactie zelfs toe. Van der Veen legt uit hoe dat komt: ,,Er onstaat door het uitzetten van het beton een voorspanning in de wapening die de verzwakking door scheuring meer dan opheft.”

Daarnaast is er destijds bij het ontwerp met grote veiligheidsfactoren gerekend en het beton wordt nog steeds sterker. Het verhardingsproces van beton gaat steeds langzamer lopen. Het stopt pas na een tiental jaren, maar voor de berekeningen wordt de sterkte na 28 dagen uitharden genomen. In de volgende dertig jaar verdubbelt de sterkte nog.
Ongelukken

Probleem is evenwel dat de belasting door vrachtverkeer de laatste decennia sterk is gestegen en ,,als de reactie blijft doorlopen neemt de sterkte natuurlijk wel af”, zegt Van der Veen. ,,Kolommen kunnen barsten tot verschillende kleine kolommetjes en sommige constructies raken met name gevoelig voor dwarskrachten.”

Twee zaken zijn van belang als een constructie lijdt aan alkali-silicareactie. Het proces tot staan te brengen en eventueel constructieve versterkingen toe te passen.

,,Een constructie kan versterkt worden met ‘uitwendige’ wapening. Er worden dan stroken van metaal of glasvezel op de constructie gelijmd”, aldus de betonexpert. ,,Of die maatregel effectief is, is nog maar de vraag.”

Het afdichten van het beton stopt de reactie doordat zouten en water niet meer binnendringen. Dit heeft onder andere tot gevolg dat op viaducten geen Zoab meer gelegd kan worden zonder extra maatregelen. Door het open asfalt kan water en met name strooizout de constructie bereiken, meent Van der Veen.

Ter voorkoming van de alkali-silicareactie worden nu regels opgesteld. Er worden eisen gesteld aan het cement en het gebruik van toeslagmaterialen. Tevens zullen toeslagmaterialen worden onderzocht op reactief silica. Van der Veen: ,,Tot nu toe zijn de problemen altijd tijdig onderkent en zijn nog geen ongelukken gebeurt.”