Staalversterking was een revolutionaire uitvinding van de negentiende eeuw. Stalen staven bieden sterkte, waardoor lange, uitkragende 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 je hoe lang gewapend beton meegaat?

Ingenieurs in het begin van de twintigste eeuw voorspelden dat gewapende betonnen constructies zeer lang 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 aggregaten, dat goed werkt onder compressie maar niet onder spanning. Dat probleem kan worden opgelost door nat beton rond massieve stalen wapeningsstaven te gieten die aan elkaar zijn verbonden tot een kooi.

Wanneer het beton uithardt rond de staven, ontstaat er een nieuw composietmateriaal dat gewapend beton wordt genoemd, ook wel gewapend cementbeton of RCC, dat goed werkt onder spanning of compressie: het beton weerstaat samendrukking, wat compressieve sterkte levert. Daarentegen weerstaat het staal buigen en rekken, wat treksterkte levert. Gewapend beton gebruikt in wezen één composietmateriaal binnen een ander: beton fungeert als de matrix, terwijl stalen staven of draden de versterking vormen.

Stalen staven, ook wel wapeningsstaafjes (rebar) genoemd, afkorting van wapeningsstaven, zijn meestal gemaakt van gedraaide draden met nerven of ribben die ze stevig verankeren in het beton zonder te verschuiven.

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 warmte en kou, waardoor het het omringende beton niet zal laten barsten zoals een ander materiaal zou kunnen als het meer of minder uitzet. Andere materialen, zoals diverse kunststoffen, worden af en toe gebruikt. (Bron: Explain That Stuff)

Scheuren in het beton

Scheuren zijn het laatste wat je wilt zien in een betonnen gebouw of brug, vooral als het relatief nieuw is. Maar als betonnen constructies teruggaan tot de Romeinse tijd, hoe kunnen dan sommige betonnen bruggen, wolkenkrabbers en andere structuren die slechts een paar decennia geleden, eind twintigste eeuw, zijn gebouwd, al uit elkaar vallen?

Er zijn verschillende mogelijke verklaringen. Oud Romeins type pozzolanisch beton, gemaakt van vulkanisch as, barst minder dan modernere betonsoorten, en het werd voornamelijk gebruikt onder compressie, waardoor scheuren minder snel zouden verspreiden. Omdat gewapend beton vaker onder spanning wordt gebruikt, bevat het stalen wapeningsstaven. Echter, zoals we hebben gezien, kan het nog steeds barsten tenzij het voorbelast is.

Modern beton faalt door een aandoening die in de volksmond betonkanker of betonaandoening wordt genoemd, en die drie onderling verbonden problemen omvat. Ten eerste reageren alkalies in het cement met het silica in de aggregaten die worden gebruikt om het beton te maken. Dit veroorzaakt dat nieuwe kristallen zeer langzaam binnen het beton groeien, waarbij ze meer ruimte innemen dan de oorspronkelijke kristallen, waardoor het beton van binnenuit scheurt of van het oppervlak afschilfert, waardoor water van buitenaf kan binnendringen.

Elk water dat een constructie binnendringt, zoals een snelwegbrug, kan alkalisch zijn door de zouten die in de winter op de weg worden gebruikt. Het tweede probleem is dat het water dat binnenkomt uiteindelijk in contact komt met de stalen wapeningsstaven binnenin, waardoor ze gaan roesten en verrotten, mogelijk uitzetten en dodelijke structurele zwaktes veroorzaken.

De vieze bruine vlekken op beton die kanker worden genoemd, worden vaak veroorzaakt door roestig water dat door scheuren wegloopt. Een derde probleem is dat water dat via 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: Explain That Stuff)

Afbeelding van iStock