Staalversterking was een revolutionaire uitvinding van de negentiende eeuw. Stalen staven bieden sterkte, waardoor lange, vrijdragende constructies en dunnere, minder ondersteunde platen mogelijk zijn. En omdat er minder beton nodig is om dergelijke platen te storten, worden de bouwtijden aanzienlijk verkort. Maar weet u hoe lang gewapend beton meegaat?
Ingenieurs aan het begin van de twintigste eeuw voorspelden dat constructies van gewapend beton een zeer lange tijd zouden meegaan, misschien wel 1,000 jaar. In werkelijkheid hebben ze een levensduur van 50-100 jaar, soms minder.
Wat is gewapend beton?
Beton is een composietmateriaal, een cementmatrix versterkt met toeslagstoffen, dat goed werkt onder druk, maar niet onder spanning. Dat probleem kan worden opgelost door nat beton te gieten rond massieve stalen wapeningsstaven die aan elkaar zijn gebonden om een kooi te maken.
Wanneer het beton rond de staven hard wordt, krijgen we een nieuw composietmateriaal genaamd gewapend beton, ook bekend als gewapend cementbeton of RCC, dat goed werkt bij trek of druk: het beton is bestand tegen samendrukking, wat zorgt voor druksterkte. Het staal daarentegen is bestand tegen buigen en strekken, wat zorgt voor treksterkte. Gewapend beton gebruikt in wezen het ene composietmateriaal in het andere: beton dient als de matrix, terwijl stalen staven of draden voor versterking zorgen.
Stalen staven, ook wel wapening genoemd, een afkorting voor wapeningsstaven, zijn meestal gemaakt van gedraaide strengen met edelen of richels die ze stevig in het beton verankeren zonder weg te glijden.
In theorie zouden we elk materiaal kunnen gebruiken om beton te versterken. Staal wordt vaak gebruikt omdat het ongeveer evenveel uitzet en krimpt als beton bij hitte en kou, wat betekent dat het het omringende beton niet zal barsten zoals een ander materiaal zou kunnen doen als het meer of minder uitzet. Andere materialen, zoals verschillende kunststoffen, worden af en toe gebruikt. (Bron: Leg die dingen uit)
Scheuren in het beton
Scheuren zijn het laatste wat je wilt zien in een betonnen gebouw of brug, vooral een relatief nieuwe. Maar als betonnen constructies dateren uit de Romeinse tijd, hoe kunnen sommige betonnen bruggen, wolkenkrabbers en andere constructies die slechts een paar decennia geleden zijn gebouwd, aan het eind van de twintigste eeuw, al uit elkaar vallen?
Er zijn meerdere mogelijke verklaringen. Ouder, Romeins type, pozzolaanbeton gemaakt van vulkanische asscheuren minder dan modernere vormen van beton, en het werd voornamelijk gebruikt voor compressie, dus zelfs als er scheuren zouden ontstaan, was de kans kleiner dat ze zich zouden verspreiden. Omdat gewapend beton eerder onder spanning wordt gebruikt, bevat het stalen wapeningsstaven. Zoals we hebben gezien, kan het echter nog steeds barsten, tenzij het wordt voorgespannen.
Modern beton faalt als gevolg van een aandoening die in de volksmond bekend staat als betonkanker of betonziekte, waarbij drie onderling verbonden problemen betrokken zijn. Ten eerste reageren alkaliën in het cement met het silica in de aggregaten die worden gebruikt om het beton te maken. Hierdoor groeien nieuwe kristallen heel langzaam in het beton en nemen ze meer ruimte in beslag dan het origineel kristallen, waardoor het beton van binnenuit barst of van het oppervlak afbladdert, waardoor water van buitenaf kan binnendringen.
Al het water dat een structuur binnendringt, zoals een snelwegbrug, kan alkalisch zijn vanwege de zouten die worden gebruikt om de weg in de winter te behandelen. Het tweede probleem is dat het water dat binnenkomt uiteindelijk in contact zal komen met de stalen wapeningsstaven binnenin, waardoor ze gaan roesten en rotten, mogelijk uitzetten en fatale structurele zwakheden veroorzaken.
De vuile bruine vlekken op beton met het label kanker worden vaak veroorzaakt door roestig water dat door scheuren wegstroomt. Een derde probleem is dat water dat door scheuren in het beton sijpelt, in de winter kan bevriezen, waardoor het uitzet en nieuwe schade veroorzaakt waardoor nog meer water kan binnendringen, wat resulteert in een vicieuze cirkel van degeneratie en verval. (Bron: Leg die dingen uit)
Afbeelding van iStock