Agressiviteit van de omgeving

Agressiviteit van de omgeving
Er zijn drie verschillende omgevingen waarin een staalconstructie kan corroderen:

  • lucht: atmosferische corrosie;
  • grond: ondergrondse corrosie;
  • water; corrosie in het water.

Atmosferische corrosie
Bovengrondse constructies – denk aan hallen, verdiepingsgebouwen, woningen en bruggen – zijn onderhevig aan atmosferische corrosie. Het klimaat heeft een grote invloed op de snelheid waarmee constructiestaal corrodeert en waarmee een conserveringssysteem desintegreert. Kennis van de agressiviteit van de omgeving waarin het bouwwerk ligt of komt te liggen is voor de ontwerper onontbeerlijk. Voor praktische doeleinden is meestal het macroklimaat – ‘landelijk’, ‘industrieel’ of ‘maritiem’ – in de directe omgeving van het bouwwerk bepalend.
Maar de invloed van regen, zon en de samenstelling van de lucht kunnen plaatselijk anders zijn door de ligging en de detaillering van de staalconstructie. Zo kan bijvoorbeeld een deel van een constructie dat in de baan ligt van de uitstoot van een schoorsteen sterk worden aangetast. Een ander deel van dezelfde constructie, slechts enkele meters verderop, kan vrijwel onaangetast blijven.
Bovendien moet de ontwerper rekening houden met de vorming (en de agressiviteit) van microklimaten in bepaalde delen van de constructie. Denk daarbij een plekken met condensatie door slechte ventilatie (kelders) en koudebruggen zoals waterleidingen, onderkanten van bruggen daken, bordessen en gevelelementen die altijd in de schaduw liggen.
Een bijzonder microklimaat kan eveneens ontstaan bij constructiedelen vervaardigd uit dikke plaat of grote profielen. Deze delen hebben een groot warmte-accumulerend vermogen, zodat de oppervlaktetemperatuur aanzienlijk lager kan zijn dan de luchttemperatuur. Hierdoor treedt vooral in het voorjaar condens op wanneer het ‘s nachts aanzienlijk kouder is dan overdag en de relatieve luchtvochtigheid hoog is.

NEN-ISO 9223 geeft een indeling van enkele macroklimaten in categorieën. Daarbij is uitgegaan van de agressiviteit van de omgeving ten opzichte van ongeverfd staal. Met ‘binnen’ wordt bedoeld: het klimaat dat heerst in een (afgesloten) ruimte onder dak. Met ‘buiten’ wordt bedoeld: in de open lucht, zonder afscherming. De corrosiesnelheden en agressiviteitsklassen zijn slechts indicatief. De aangegeven codes voor de diverse situaties worden gebruikt bij de keuze van het conserveringssysteem. In een binnenklimaat (droge fabriekshallen, magazijnen, kantoren, spouw) zijn de condities duidelijk minder agressief dan bij direct contact met de buitenatmosfeer. Voor dit type ruimten kan daarom, voor heel Nederland klimaatklasse C1 tot C3 worden gehanteerd. Een uitzondering zijn de binnenruimten met agressieve dampen uit (industriële) processen, zoals in beitserijen, vochtige kelders en binnenzwembaden. De klimaatklasse van deze ruimten is moeilijk te evalueren aan de hand van NEN-ISO 9223.
Een niet-agressief binnenklimaat kan ook in een constructiedeel optreden. Kokerliggers die luchtdicht zijn afgelast, worden om die reden niet inwendig geconserveerd.
Het blijkt dat de agressiviteit van het buitenklimaat voor vrijwel heel Nederland onder klimaatklasse C3 valt.
Voor West-Nederland wordt de grens met klimaatklasse C4 benaderd en direct aan de kust geldt een klasse C4 tot C5-M. Voor bepaalde delen van het Botlek-gebied geldt klasse C5-I.
Staalconstructies in en langs wegen waar in de winter met zand en zout wordt gestrooid, worden aan een bijzonder agressief klimaat blootgesteld. Zout, water en zand spatten door passerende voertuigen op en verontreinigen de constructie. Het oppervlak is dan onderhevig aan de corrosiebelasting van zout en tegelijkertijd aan de mechanische belasting door het inslaan van zand. Andere delen van de constructie zullen nat worden door de zoutnevel. Dit gebeurt bijvoorbeeld aan de onderzijde van viaducten. Aangenomen wordt dat de nevelzone zich uitbreidt tot een afstand van 15m van de betreffende weg. Voor al deze delen geldt op zijn minst een klimaatklasse C5-I.

Ondergronds corrosie
Ondergrondse constructies – zoals damwanden en tunnels – zijn onderhevig aan ondergrondse corrosie. De aantasting van staal onder de grond is erg complex, onder meer vanwege de diversiteit aan grond- en watersoorten en de aanwezigheid van bacteriën en zogeheten zwerfstromen.

Het Nederlandse Centrum Ondergronds Bouwen heeft een praktische rekenmethode ontwikkeld om de agressiviteit van een grondsoort en de corrosiesnelheid van staal vrij nauwkeurig te berekenen.
In het algemeen liggen de corrosiesnelheden in grond met een homogene samenstelling lager dan die in grond met een gevarieerde samenstelling. Globaal wordt aangenomen dat onder ‘normale’ omstandigheden de corrosiesnelheid van staal in diepe grond (minimaal enkele meters) zo’n 0.015 mm per jaar bedraagt. Tot een diepte van ongeveer 4 m wordt meestal rekening gehouden met een gemiddelde corrosiesnelheid van 0.050 mm per jaar. De ontwerper moet er bij het beoordelen van de omgevingagressiviteit ook rekening mee houden dat de mate waarin corrosie optreedt niet alleen afhangt van de ‘normale’ agressieve componenten. Ook een aantal kenmerken van de omgeving spelen daarbij een rol – zoals de aanwezigheid van zwerfstromen langs een tunnel- of pijnleidingstraject – naast bijvoorbeeld de aanwezigheid van trekspanningen, trillingen, temperatuurwisselingen en veel laswerk in de constructie.

Corrosie in het water
Corrosie in het water komt vooral voor bij offshore constructies. De voornaamste factoren die de corrosie bepalen zijn het soort water (zoet, brak of zout) en het zuurstofgehalte van het water. Daarnaast kan dierlijke of plantaardige aangroei op het staaloppervlak het corrosie proces versnellen.
Voor corrosie in het water worden drie goed gedefinieerde zones onderscheiden:

  • de onderwaterzone is het gebied dat permanent onder water staat;
  • de tussenliggende zone (de water-windlijn) is het gebied waarin het waterniveau fluctueert en wat aanleiding geeft tot verhoogde corrosie door de gecombineerde invloed van water en zuurstof uit de lucht;
  • de spatzone is het gebied dat nat wordt door golven en spatten die aanleiding kunnen geven tot zeer hoge corrosiesnelheden, in het bijzonder bij zeewater.

Het blijkt dat staal in zeewater in de onderwaterzone dicht bij het grondoppervlak corrodeert met een snelheid variërend tussen 0,003 en 0,09 mm per jaar met een gemiddelde snelheid van 0,02 m per jaar. De hoogste corrosiesnelheid treedt op in de spatzone of bij de laagste waterstand in getijdewateren. Zo zijn op plaatsen die bij laag water net onder NAP liggen corrosiesnelheden gemeten van 0,15 tot 0,27 mm per jaar.

Copyright: Bouwkundige keuring Utrecht