Blog Frans Vos - Oosterweel onder stroom?
‘De oosterweelverbinding’, zegt u dat iets? Ik zie menigeen al groen lachen. Voor zij die er nog niet van gehoord zouden hebben: Het is dat enorme infrastructuurproject dat pretendeert om over enkele jaren het quasi permanente verkeersinfarct rond havenstad Antwerpen definitief tot het verleden te doen behoren. Om dat te bereiken, moeten allerhande nieuwe bruggen worden gebouwd en moet de spiksplinternieuwe ‘Scheldetunnel’ een extra verbinding tussen linker- en rechteroever gaan vormen.
Einde 2025 werd gekenmerkt door allerhande feestelijkheden, waarbij het projectteam als surplus ook het afzinken van het laatste tunnelelement van die toekomstige Scheldetunnel mocht vieren. Het was inderdaad een huzarenstukje, acht tunneldelen zodanig nauwkeurig in een in de bodem van de schelde uitgebaggerde sleuf plaatsen dat ze netjes uitgelijnd één lange koker vormen. In een volgende stap worden de tunnelelementen bedekt met grond en komt de koker dan volledig onder de Scheldebodem te liggen. Hopelijk is de koker een zeer lang leven beschoren. Waarom ik daarbij ‘hopelijk’ schrijf? Welnu, Scheldewater is niet bepaald het meest vriendelijke milieu dat we in de corrosiewereld kennen. Zij die denken dat het Scheldewater zoet is, zij dwalen. Het Scheldewater is ‘brak’. Het bevat nog behoorlijk hoge hoeveelheden zouten. Dat met zouten beladen water dringt uiteraard ook in de bodem, waardoor de koker uitwendig aan vocht, zouten en andere potentieel corrosie in de hand werkende substanties wordt blootgesteld. Gezien het inherente corrosierisico, zou ik dan natuurlijk ook graag het fijne over de toegepaste corrosiebescherming weten. Ik ben echter niet bij de bouw van de Scheldetunnel betrokken, dus uit pure nieuwsgierigheid heb ik google even over de zoekterminologie “corrosiebescherming tunnelelementen Scheldetunnel” laten reflecteren. Het daaruit resulterende ‘AI-overzicht’ leerde mij het volgende: “De corrosiebescherming van de tunnelelementen in de nieuwe Scheldetunnel (Oosterweelverbinding) is cruciaal en wordt verzekerd door een combinatie van waterdichte afdichtingen in de voegen tussen de elementen en het gebruik van specifieke betonmortels, speciale afdichtingsbanden en betonnen sluitvoegen, die zorgen voor een complete waterdichtheid tegen de Schelde-omgeving; extra waterdichtingen en afwerkingen maken het geheel compleet”.
(Bron: iStock - BartCo)
Daarna volgen er nog wat extra details, maar in die google-AI-uitleg is er alleszins nergens iets over de corrosiebescherming van de stalen betonwapening te vinden. Is het artificieel, zogenaamd intelligent google-antwoord dan niet volledig? Die kans is redelijk groot - Ik raad u ten zeerste aan om AI-resultaten steeds met een korrel zout te nemen - maar dat er volgens die AI-uitleg niet minstens een corrosiemonitoring van de wapening is voorzien, verontrust me toch geen klein beetje. Het zou me anderzijds ook niet verbazen dat die niet is voorzien. Bij het ontwerp van menige gewapende betonconstructie werd en wordt er immers van uitgegaan dat de wapening volledig van corrosie is gevrijwaard, enerzijds omdat de wapening volledig ingekapseld zit in de beton en, anderzijds, omdat het wapeningstaal ook door een zogenaamde ‘passivatielaag’ wordt beschermd, hetgeen op zich reeds een corrosiebescherming is (voor meer info over passivatie, verwijs ik u graag naar het artikel ‘De kunst van het passief overleven’ uit ALURVS 2021-02). Maar is het werkelijk ten allen tijde zo dat de wapening volledig ingekapseld zit in de beton? Uiteraard niet! Ook beton is immers geen oneindig leven beschoren. In een duurzaam ontwerp moet men er steeds van uitgaan dat er, onder andere onder invloed van de krachten die op de constructie werken, kleine barstjes in de beton kunnen ontstaan. Er moet in een duurzaam ontwerp rekening mee worden gehouden dat de beton zelf onder invloed van bepaalde milieu-invloeden kan uitlogen, wat dan leidt tot verzwakking vanuit het uitlogende oppervlak enz. Met andere woorden: Vroeg of laat zullen er zones zijn waar vocht tot aan de wapening geraakt, waardoor er een verhoogd risico op een corrosieve aantasting van het staal ontstaat. Hoezo, er was toch die passivatielaag? Dat is juist, maar in spleetvormige openingen neigt water tot verzuring, hetgeen die oorspronkelijke passivatielaag teniet kan doen. Als het zeewater of brak water betreft, is het risico op faling van de passivatielaag nog hoger wegens de inwerking van onder andere chloriden. Bovendien kan de aanwezigheid van chloriden leiden tot putcorrosie. En daar bovenop komt dat ook het spleetcorrosierisico toeneemt omwille van de nauwe opening tussen de wapening en het beton. Eénmaal dergelijke corrosieprocessen kunnen initiëren, zal in dergelijke omstandigheden ook roestvorming optreden, hetgeen dan weer kan leiden tot betonrot, zijnde het uitscheuren en afbrokkelen van beton omwille van roestvorming op de wapening.
(Bron: iStock - BartCo)
Daarna volgen er nog wat extra details, maar in die google-AI-uitleg is er alleszins nergens iets over de corrosiebescherming van de stalen betonwapening te vinden. Is het artificieel, zogenaamd intelligent google-antwoord dan niet volledig? Die kans is redelijk groot - Ik raad u ten zeerste aan om AI-resultaten steeds met een korrel zout te nemen - maar dat er volgens die AI-uitleg niet minstens een corrosiemonitoring van de wapening is voorzien, verontrust me toch geen klein beetje. Het zou me anderzijds ook niet verbazen dat die niet is voorzien. Bij het ontwerp van menige gewapende betonconstructie werd en wordt er immers van uitgegaan dat de wapening volledig van corrosie is gevrijwaard, enerzijds omdat de wapening volledig ingekapseld zit in de beton en, anderzijds, omdat het wapeningstaal ook door een zogenaamde ‘passivatielaag’ wordt beschermd, hetgeen op zich reeds een corrosiebescherming is (voor meer info over passivatie, verwijs ik u graag naar het artikel ‘De kunst van het passief overleven’ uit ALURVS 2021-02). Maar is het werkelijk ten allen tijde zo dat de wapening volledig ingekapseld zit in de beton? Uiteraard niet! Ook beton is immers geen oneindig leven beschoren. In een duurzaam ontwerp moet men er steeds van uitgaan dat er, onder andere onder invloed van de krachten die op de constructie werken, kleine barstjes in de beton kunnen ontstaan. Er moet in een duurzaam ontwerp rekening mee worden gehouden dat de beton zelf onder invloed van bepaalde milieu-invloeden kan uitlogen, wat dan leidt tot verzwakking vanuit het uitlogende oppervlak enz. Met andere woorden: Vroeg of laat zullen er zones zijn waar vocht tot aan de wapening geraakt, waardoor er een verhoogd risico op een corrosieve aantasting van het staal ontstaat. Hoezo, er was toch die passivatielaag? Dat is juist, maar in spleetvormige openingen neigt water tot verzuring, hetgeen die oorspronkelijke passivatielaag teniet kan doen. Als het zeewater of brak water betreft, is het risico op faling van de passivatielaag nog hoger wegens de inwerking van onder andere chloriden. Bovendien kan de aanwezigheid van chloriden leiden tot putcorrosie. En daar bovenop komt dat ook het spleetcorrosierisico toeneemt omwille van de nauwe opening tussen de wapening en het beton. Eénmaal dergelijke corrosieprocessen kunnen initiëren, zal in dergelijke omstandigheden ook roestvorming optreden, hetgeen dan weer kan leiden tot betonrot, zijnde het uitscheuren en afbrokkelen van beton omwille van roestvorming op de wapening.
(bron: iStock - David Taljat)
En wat kunnen we dan doen om dat te vermijden? Wel, ik hoop in de eerste plaats dat de google-AI-informatie inderdaad onvolledig was en dat de ontwerpers van de Scheldetunnel ook hebben voorzien in een permanente corrosiemonitoring van de wapening en misschien ook wel in een bescherming door middel van zogenaamde ‘opgedrukte stroom’. Om die monitoring en het beschermingsprincipe van de opgedrukte stroom te kunnen uitleggen, moet ik een belofte inlossen die ik maakte in het artikel ‘De wet van de edelste’ ook te lezen in ALURVS 2025-05. In dat artikel schreef ik onder andere over de rol die elektrische potentialen bij corrosie van metalen spelen. Mocht u zich dat niet meer herinneren, dan raad ik u aan dat artikel nog eens te lezen. Aan het einde werd daarin immers aangegeven dat ik in één van mijn volgende bijdragen zou terugkomen op iets waarin die potentialen ook een rol spelen, met name het ‘drie-elektroden principe’.
Dus bij deze: Het ‘drie-elektroden principe’ is in essentie een elektrische methode om het risico op corrosie en corrosiesnelheden te meten. De potentialen zijn daarbij de maat voor het corrosierisico en de elektrische stroom is de maat voor de corrosiesnelheid. Corrosie van metalen kenmerkt zich immers door het in oplossing gaan van het metaal in water (of meer algemeen, in een ‘elektroliet’, waarvan water het typevoorbeeld is), waarbij metaalatomen zich omzetten naar ionen (die naar het water gaan) en elektronen (die in het metaal achterblijven). Als bijvoorbeeld ijzer corrodeert in kraanwater, gaat er per ijzeratoom (Fe) een tweewaardig ijzer-ion (Fe2+) het water in en twee elektronen (2 e-) blijven achter in het metaal. Als dat ijzer bij wijze van voorbeeld in contact staat met het meer edele koper, gaan die twee elektronen zich verplaatsen naar het koper en daar deelnemen aan een andere chemische reactie. Geen paniek, over die reactie ga ik hier niet verder uitwijden. De essentie is dat er zo een stroom van elektronen van het ijzer naar het koper ontstaat, en elektrische stroom kunnen we meten met een ampèremeter. Die elektrische stroom wordt zo dan een maat voor de corrosiesnelheid van het ijzer, want als er, weer bij wijze van voorbeeld, 20-biljoen elektronen per seconde doorheen de ampèremeter zoeven, hebben we 10-biljoen ijzeratomen per seconde verloren. Ter info in verband met de grootteorde: 1 microampère (µA) is ongeveer 6.24-biljoen (6.24 x 1012) elektronen per seconde.
Drie-elektroden-principe.
Dus bij deze: Het ‘drie-elektroden principe’ is in essentie een elektrische methode om het risico op corrosie en corrosiesnelheden te meten. De potentialen zijn daarbij de maat voor het corrosierisico en de elektrische stroom is de maat voor de corrosiesnelheid. Corrosie van metalen kenmerkt zich immers door het in oplossing gaan van het metaal in water (of meer algemeen, in een ‘elektroliet’, waarvan water het typevoorbeeld is), waarbij metaalatomen zich omzetten naar ionen (die naar het water gaan) en elektronen (die in het metaal achterblijven). Als bijvoorbeeld ijzer corrodeert in kraanwater, gaat er per ijzeratoom (Fe) een tweewaardig ijzer-ion (Fe2+) het water in en twee elektronen (2 e-) blijven achter in het metaal. Als dat ijzer bij wijze van voorbeeld in contact staat met het meer edele koper, gaan die twee elektronen zich verplaatsen naar het koper en daar deelnemen aan een andere chemische reactie. Geen paniek, over die reactie ga ik hier niet verder uitwijden. De essentie is dat er zo een stroom van elektronen van het ijzer naar het koper ontstaat, en elektrische stroom kunnen we meten met een ampèremeter. Die elektrische stroom wordt zo dan een maat voor de corrosiesnelheid van het ijzer, want als er, weer bij wijze van voorbeeld, 20-biljoen elektronen per seconde doorheen de ampèremeter zoeven, hebben we 10-biljoen ijzeratomen per seconde verloren. Ter info in verband met de grootteorde: 1 microampère (µA) is ongeveer 6.24-biljoen (6.24 x 1012) elektronen per seconde.
Allemaal goed en wel, zie ik u denken, maar nu weten we nog altijd niet wat dat drie-elektrode principe is. Welnu, dat is het elektrisch circuit om die elektrische potentialen en stromen te kunnen meten. Op de figuur hieronder zie je het schematisch weergegeven. Er zijn drie elektroden nodig:
• De werkelektrode: Dat is het metaal waarvan we het corrosierisico en, als er corrosie optreedt, de corrosiesnelheid willen kennen.
• De hulpelektrode: Dat is een elektrode die edeler is dan de werkelektrode. Bij het voorbeeld met het ijzer-koper duo zal dat het koper zijn, maar voor labotesten en monitoring gaan we veelal inerte elektrisch geleidende materialen zoals platina of zelfs grafiet gebruiken.
• De referentie-elektrode: Het woord spreekt voor zich. De referentie-elektrode heeft een vooraf gekende potentiaalwaarde, die als referentie voor de potentiaalmeting dient. Tegenwoordig wordt vooral gebruik gemaakt van de ‘Calomel’ of de ‘koper-kopersulfaat’ elektroden, termen die ook reeds in ‘de wet van de edelste’ aan bod kwamen.
(Bron: iStock-Srinuan Hirunwat)
Via de voltmeter (V) in het circuit kunnen we dan potentialen meten en via de ampèremeter (A) kunnen we elektronenstromen, dus algemene corrosiesnelheden meten. Wat we dan allemaal met dat drie-elektroden-principe kunnen doen? Laten we terugkeren naar het voorbeeld van de in gewapend beton uitgevoerde tunnels. Meer en meer nieuwe tunnels worden uitgerust met een corrosiemonitoringsysteem dat op dat drie-elektroden-principe is gebaseerd. Onder andere omwille van het vermijden van al te hoge elektrische weerstanden en de verschillen in blootstellingscondities worden de tunnels daarbij opgedeeld in verschillende zones, die elk met een dergelijk monitoringsysteem zijn uitgerust. In iedere zone worden een hulpelektrode en een referentie-elektrode via een drie-elektroden-circuit gekoppeld met de wapening als werkelektrode. In sommige gevallen is dat de eigenlijke wapening zelf, maar in heel wat gevallen wordt er voor geopteerd om een klein stukje losse wapening (uiteraard van hetzelfde type als die van het wapeningnetwerk) mee in het beton van de betreffende zone te verwerken, dus zonder dat dat stukje contact maakt met de eigenlijke betonwapening. Voordelen zijn dat daarmee effecten zoals de invloed van lassen en zwerfstromen op de elektrische weerstand - en dus op de meting - kunnen worden vermeden. Nadeel is dan weer dat als er in de betreffende tunnelzone al ergens vocht tot aan een deel van het wapeningnetwerk is doorgedrongen, maar nog niet tot aan het representerend kleine wapeningstukje, er nog geen detectie van het verhoogde corrosierisico zal optreden.
In die zin is dat ‘kleine wapeningstukje’ dan ook eerder een metafoor voor referentie-wapeningstaven of zelfs -netten die als werkelektrode, los van het eigenlijke wapeningnetwerk, op weloverwogen plaatsen mee worden ingebouwd om zo snel mogelijk het optreden van vochtpenetratie tot aan de wapening te detecteren. Immers, zodra er vocht tot aan de werkelektrode is doorgedrongen, zal er via het drie-elektroden principe een corrosiepotentiaal worden gemeten. En mocht er effectief een corrosieproces starten, zal er ook een elektrische stroom worden gemeten waarvan de evolutie in de tijd wordt opgevolgd. Afhankelijk van de meetwaarden weten de operatoren dan in welke zones er corrosierisico’s zijn ontstaan, of er daar effectief corrosie optreedt en hoe snel die dan optreedt. In tunnels die worden blootgesteld aan maritieme of brakke condities worden ter ondersteuning soms ook nog bijkomende detectoren ingebouwd die chloridegehaltes en de geleidbaarheid van het binnendringend vocht meten. Al die meetwaarden worden getoetst aan bepaalde indicatoren die helpen beslissen of er al dan niet een extra inspectie nodig is (inspectie is immers niet hetzelfde als monitoring) en of er een mitigerende, schadebeperkende interventie of, in het ergste geval, zelfs herstel nodig is. De google-AI liet mij in het ongewisse, maar ik kan alleen maar hopen dat ook de Scheldetunnel met een dergelijk systeem is uitgerust.
Mocht één van de betrokkenen dit lezen, laat het mij zeker weten! Naast het gebruik in nieuwe tunnels, zijn er nog legio voorbeelden van toepassingen waarin het drie-elektroden-principe wordt toegepast. In de infrastructuurwereld zijn er meer en meer bruggen die er mee worden uitgerust, al weet ik ook hier niet of dat ook geldt voor de nieuwe bruggen van de Oosterweelverbinding. In chemische installaties worden bepaalde, voor corrosie gevoelige installatiedelen er mee gemonitord. Het drie-elektroden-principe laat toe om de kracht en de al dan niet noodzaak tot vervanging van opofferingsanodes op te volgen. In labo’s is het een veelvuldig gebruikte technologie (veelal gekend onder de naam ‘polarisatiemetingen’) om corrosierisico’s en -snelheden van metalen in diverse omgevingsomstandigheden te evalueren. Het wordt in het veld (en dat bedoel ik letterlijk) gebruikt om corrosierisico’s van verschillende grondtypes ten aanzien van bijvoorbeeld stalen leidingsegmenten te meten. Dat is dan niet alleen van belang bij bijvoorbeeld trajectkeuzes voor ondergrondse leidingen, maar ook om na installatie de corrosiebescherming via opgedrukte stroom goed te kunnen afregelen en wijzigingen in die opgedrukte stroom correct te kunnen interpreteren. Maar wat is dan concreet die ‘opgedrukte stroom’? Welnu, dat is één van mijn goede voornemens voor 2026: Daar in één van de volgende uitgaven van ALURVS verder aandacht aan besteden. Maar voor vandaag ga ik het hierbij laten. Een ander goed voornemen eist mijn aandacht op: Vieren dat Materials Consult al 20 jaar ten dienste van u allen staat. Dank u wel voor het vertrouwen dat we gedurende die twintig jaar van u hebben gekregen. We kijken alvast uit naar alle materiaalkundige projecten die we ook de volgende 20 jaren voor en met u mogen realiseren.
In die zin is dat ‘kleine wapeningstukje’ dan ook eerder een metafoor voor referentie-wapeningstaven of zelfs -netten die als werkelektrode, los van het eigenlijke wapeningnetwerk, op weloverwogen plaatsen mee worden ingebouwd om zo snel mogelijk het optreden van vochtpenetratie tot aan de wapening te detecteren. Immers, zodra er vocht tot aan de werkelektrode is doorgedrongen, zal er via het drie-elektroden principe een corrosiepotentiaal worden gemeten. En mocht er effectief een corrosieproces starten, zal er ook een elektrische stroom worden gemeten waarvan de evolutie in de tijd wordt opgevolgd. Afhankelijk van de meetwaarden weten de operatoren dan in welke zones er corrosierisico’s zijn ontstaan, of er daar effectief corrosie optreedt en hoe snel die dan optreedt. In tunnels die worden blootgesteld aan maritieme of brakke condities worden ter ondersteuning soms ook nog bijkomende detectoren ingebouwd die chloridegehaltes en de geleidbaarheid van het binnendringend vocht meten. Al die meetwaarden worden getoetst aan bepaalde indicatoren die helpen beslissen of er al dan niet een extra inspectie nodig is (inspectie is immers niet hetzelfde als monitoring) en of er een mitigerende, schadebeperkende interventie of, in het ergste geval, zelfs herstel nodig is. De google-AI liet mij in het ongewisse, maar ik kan alleen maar hopen dat ook de Scheldetunnel met een dergelijk systeem is uitgerust.
Mocht één van de betrokkenen dit lezen, laat het mij zeker weten! Naast het gebruik in nieuwe tunnels, zijn er nog legio voorbeelden van toepassingen waarin het drie-elektroden-principe wordt toegepast. In de infrastructuurwereld zijn er meer en meer bruggen die er mee worden uitgerust, al weet ik ook hier niet of dat ook geldt voor de nieuwe bruggen van de Oosterweelverbinding. In chemische installaties worden bepaalde, voor corrosie gevoelige installatiedelen er mee gemonitord. Het drie-elektroden-principe laat toe om de kracht en de al dan niet noodzaak tot vervanging van opofferingsanodes op te volgen. In labo’s is het een veelvuldig gebruikte technologie (veelal gekend onder de naam ‘polarisatiemetingen’) om corrosierisico’s en -snelheden van metalen in diverse omgevingsomstandigheden te evalueren. Het wordt in het veld (en dat bedoel ik letterlijk) gebruikt om corrosierisico’s van verschillende grondtypes ten aanzien van bijvoorbeeld stalen leidingsegmenten te meten. Dat is dan niet alleen van belang bij bijvoorbeeld trajectkeuzes voor ondergrondse leidingen, maar ook om na installatie de corrosiebescherming via opgedrukte stroom goed te kunnen afregelen en wijzigingen in die opgedrukte stroom correct te kunnen interpreteren. Maar wat is dan concreet die ‘opgedrukte stroom’? Welnu, dat is één van mijn goede voornemens voor 2026: Daar in één van de volgende uitgaven van ALURVS verder aandacht aan besteden. Maar voor vandaag ga ik het hierbij laten. Een ander goed voornemen eist mijn aandacht op: Vieren dat Materials Consult al 20 jaar ten dienste van u allen staat. Dank u wel voor het vertrouwen dat we gedurende die twintig jaar van u hebben gekregen. We kijken alvast uit naar alle materiaalkundige projecten die we ook de volgende 20 jaren voor en met u mogen realiseren.
En tot slot is er nog het allerbelangrijkste: Dat het nieuwe jaar voor u en uw dierbaren gezegend mag zijn met succes, geluk en, bovenal, een goede gezondheid!
