Ing.J.F.H. van EijnsbergenStichting Doelmatig Verzinken, Den Haag Thermisch verzinken vanwapeningsstaal1Afbrokkeling van de dekking als gevolg vanhet plaatselijk roesten van de wapening, diedoor invloeden van buitenaf Is aangetastFlaking of concrete cover due to local rustformation on rebar, caused by externalinfluences1. InleidingNormaal gesproken zal wapeningsstaal in beton niet roesten, omdat in het alkalisch milieu, metpH-waarden van 12,5 tot 12,8 het staaloppervlak volledig is gepassiveerd. In de loop der jarenis echter gebleken dat het wapeningsstaal gaat roesten wanneer dit niet volledig wordt om-geven door beton, waardoor (carbonatatie en absorptie) de pH-waarde na verloop van tijdvermindert.Als de scheurvorming in het beton een bepaalde grenswaarde overschrijdt (in zeewater vanafca. 0,2 'mm), of als de betondekking onvoldoende dik is, of als bij de bouw van een betoncon-structie fouten zijn gemaakt, kunnen zuurstof, water en zwavelverbindingen uit de atmosfeer enchloriden uit zeewater en zeelucht binnendringen [4]. Hoewel zuur reagerend en zwaveldioxydebevattend regenwater allereerst een neutralisering en de vorming van calciumsulfaat teweeg-brengt, zal een voortdurende penetratie ten slotte ook reacties tussen zwaveldioxyde en staalveroorzaken, waarbij ijzersulfaten worden gevormd en het staal gaat roesten. Chloride-penetra-tie leidt tot een kathodische polarisatie van het staaloppervlak en een verlaagde pH-waarde vanhet beton, die bij permanente zeewater-inwerking zelfs daalt tot ca. 8 [10,12,13]. Dit veroor-zaakt eveneens een versnelling van de oxydatie, dat wil zeggen het roesten van het staalopper-vlak. Nu zou een lichte roestvorming op wapeningsstaven of -draadnetten niet verontrustendbehoeven te zijn, ware het niet dat deze roestprocessen in de meeste gevallen onstuitbaar ver-lopen. Roest veroorzaakt bovendien een volumevergroting.Deze volumevergroting kan leiden tot versterkte scheurvorming en/of afbrokkeling van debetondekking (foto ?). In eerste instantie geeft het naar buiten treden van roestwater onooglijkeroestvlekken die dikwijls moeilijk te verwijderen zijn. Bij een voortschrijdende roestvormingloopt de constructie of het constructie-element dan gevaar zijn sterkte te verliezen.In de praktijk is het - bij betonconstructies die een zeer lange levensduur onder ongunstige om-standigheden moeten bezitten (in industrielucht, zeewater, afvalwater, agressieve bodemsoor-ten e.d.) - veelal aan te bevelen het wapeningsstaal tegen roesten te beschermen door ther-misch verzinken. Ook wanneer betonconstructies naderhand moeilijk en alleen door middel vankostbare maatregelen voor reparaties bereikbaar zijn, bijv. buizen, kanalen, reservoirs enz. in debodem of in water, kan men overwegen een dergelijke conservering uit te voeren dan wel voorte schrijven.Uitdrukkelijk moet worden gesteld dat thermisch verzinken van wapeningsstaal in de meestegevallen niet nodig zal zijn, maar dat onder de omstandigheden, die hierboven zijn vermeld, hetverzinken veiligheidshalve gewenst of zelfs noodzakelijk zal zijn [9].2. Het thermisch verzinkprocesIn het kort verloopt het thermisch verzinken van wapeningsstaven en draadnetten als volgt.Het staaloppervlak wordt door beitsen in zoutzuur ontdaan van walshuid en roest. Vervolgenswordt gespoeld, gedompeld in een flux-(zink/ammoniumchloride)oplossing en gedroogd. Daar-na wordt het materiaal in het vloeibare zink (temperatuur 450-465 ?C) gedompeld gedurendeenkele minuten.2Microdoorsnede (vergroting 250 maal) vanthermisch verzinkt staalMicrograph (magn. 250) of hot dip galvanisedsteelCement XXVIII (1976) nr. 6 2743Schema van het droog verzinken. Ook wordteen variant, het nat verzinken, toegepast,waarbij de flux op een afgescheiden gedeeltevan het zinkbad drijft Beide processen gevenzinklaagsystemen met dezelfde weerstandtegen corrosieScheme of the dry galvanised process.A variation of this process is the wet galva-nising method, where a flux is used on top ofthe molten zinc. Both job or general galva-nising processes yield coatings having thesame corrosion resistance4Schema van de aantasting van het zinklagen-systeem in de cementspecie gedurende deverhardingsperiodeScheme of the attack by wet cement on thezinc coating during the hardening periodTijdens het dompelproces vormt zich een aan het staal gelegeerd lagensysteem, bestaande uiteen drietal zink/ijzer-legeringslagen, afgedekt door een zuivere zinklaag (fig. 2 en 3). Vervol-gens worden de staven of netten, na afkoeling, gedompeld in een verdunde zure chromaat-oplossing (nachromateren). Voor meerdere details over de verschillende uitvoeringen van hetthermisch verzinken wordt verwezen naar de literatuur.3. Eigenschappen van het zinklagensysteemNaast een langdurige weerstand tegen roest bezit het lagensysteem ook een zeer hoge slijt- enstootvastheid, vooral de legeringslagen. Bovendien heeft het thermisch verzinkte staal in depraktijk het belangrijke voordeel dat geen putvormige corrosie kan optreden, waardoor plaatse-lijk het materiaal zijn sterkte verliest.Op kleine beschadigingen in het lagensysteem, zoals snijkanten bij opgebogen staven, verhin-dert de kathodische bescherming van het systeem een roestvorming van het blootgekomenstaaloppervlak.In dit artikel wordt nader ingegaan op het gedrag van thermisch verzinkt wapeningsstaal inbeton. Zink is een amfoteer (tweeslachtig) metaal, dat wil zeggen het wordt door zuren en logenaangetast. In het sterk alkalische milieu van de cementspecie reageert zink onder vorming vancalciumzinkaat en waterstof. Deze reactie verloopt alleen gedurende de verhardingsperiode.Slechts een gedeelte van de buitenste laag, de zuivere zink- of ?talaag, wordt door deze reactieaangetast, want het calciumzinkaatlaagje verhindert een verdere aantasting en de legerings-lagen reageren in het geheel niet met de cementspecie (fig. 4).De waterstofontwikkeling, die tot een poreuze betonlaag rondom de wapening zou leiden, wordtvolledig tegengegaan door het nachromateren van de thermisch verzinkte staven en draad-netten. Weliswaar kan dit ook worden verhinderd door een geringe chroomtrioxyde-toevoeging(100 p.p.m.) aan de cementspecie, maar het is eenvoudiger en beter controleerbaar het verzink-te staal te chromateren [5,6]. Ook wordt door het chromateren voorkomen dat de specie aan debekisting kleeft.Een opmerking over waterstofbrosheid is hier op zijn plaats. Dit verschijnsel kan optredenwanneer atomaire waterstof in de staalstructuur dringt. Bij de gangbare betonstaalkwaliteitenwordt de sterkte - indien waterstof aan het staaloppervlak aanwezig zou zijn - niet of nauwe-lijks verminderd. Dit kan echter wel bij staalsoorten met een treksterkte boven 1000 N/mm2eneen hardheid groter dan 30 Rockwell geschieden [3]. Bij thermisch verzinkt nagechromateerdwapeningsstaal treedt geen waterstofontwikkeling en derhalve ook geen waterstofbrosheid op,wat ook blijkt uit de gegevens in tabel 1.Tabel 1Invloed van het verzinken op de mechanischeeigenschappen van gewalst kamstaal *Influence of the galvanising process on themechanical properties of rolled ribbed steelonverzinkte staven verzinkte stavenstaaf-doorsnede(mm) vloeigrens(N/mm2)treksterkte(N/mm2)rek**(%)vloeigrens(N/mm2)treksterkte(N/mm2)rek**(%)101216194424224514226486386976772327242445143244241266767772668726242525Bij metingen aan veredeld kamstaal waren de drie waarden 5-10% lager dan bij de onverzinkte(zwarte) staven**Rek na breuk, in procenten van de oorspronkelijke meetlengte (= 5 X proefstaafdiameter)Cement XXVIII (1976) nr. 6 2755Hechting van verzinkt ten opzichte van on-verzinkt wapeningsstaal in beton (afglijdings-waarden in micrometers)Adhesion of galvanised versus ungalvanisedrebars in concrete (slip values are inmicrometers)In het verleden werd wel eens beweerd dat thermisch verzinkte staven minder goed hechtenaan beton dan zwarte (d.w.z. onverzinkte) staven. Uit vele onderzoekingen [2,6] is inmiddelsgebleken dat thermisch verzinkt staal ten minste even goed hecht als onverzinkt staal en dat inveel gevallen zelfs een betere hechting wordt verkregen (fig. 5).Uit de gemiddelde waarden van de afglijding - zowel bij lagere als hogere hechtspanningen -blijkt dat thermisch verzinkte staven in bijna alle gevallen een geringere afglijding (in ) ver-tonen. In de meeste gevallen is het goedkoper en gemakkelijker de staven eerst thermisch teverzinken en pas te buigen op het werk, hoewel het ook voorkomt dat de staven eerst wordengebogen en daarna naar de verzinkerij worden gezonden. Het is zaak het buigen van verzinktestaven gelijkmatig en om buigmallen van bepaalde minimum doorsnede uit te voeren. Een indi-catie van de daarbij vereiste buigmaldiameters wordt in tabel 2 gegeven.Tabel 2Buigmaldoorsneden voor het 90? buigen vanthermisch verzinkte wapeningsstavenDiameters of the bending mould for 90?bending of hot dip galvanised rebarsbuigmaldoorsnede bij 90? buigingstaafdoorsnedestaal(280 N/mm2)staal(420 N/mm2)staal(525 N/mm2)8-15 mm16-22 mm22-25 mm26-28 mm29-31 mm32-34 mm30-60 mm70-90 mm90-100 mm130-140 mm150-160 mm160-170 mm40-70 mm80-120 mm110-130 mm160-170 mm180-190 mm190-200 mm250-270 mm6Thermisch verzinkt wapeningsstaal in een var,de koelwaterkanalen van de EGD-centralete SpijkHot dip galvanised rebars in one of thecooling ducts of the EGD power plant at SpijkHet is verder van belang te letten op het gebruik van thermisch verzinkt binddraad bij thermischverzinkte staven en netten. Contact tussen onverzinkt en verzinkt staal moet zoveel mogelijkworden vermeden. Wanneer verzinkte staven gelast moeten worden, dient rekening te wordengehouden met lasrookontwikkeling en het gedeeltelijk verbranden van de zinklaag op de las.Veelal is het bijwerken van zulke lassen op staven niet noodzakelijk. Alleen grotere beschadi-gingen van de zinklaag moeten met een deugdelijke zinkstofcompound worden gereconditio-neerd. Bij puntlassen is reconditioneren onnodig. Over het lassen van thermisch verzinkt staalzijn uitvoerige gegevens in de literatuur [3,4] te vinden.4. Toepassingen van thermisch verzinkt wapeningsstaalOp grond van de talrijke proefnemingen, gevolgd door praktijkproeven op grote schaal, wordtthermisch verzinkt wapeningsstaal in de Verenigde Staten, Canada, Groot-Brittanni?, Frankrijk,Zwitserland, Zuid-Afrika, Australi? en Japan vaak toegepast. Ook in ons land wordt in de laatstejaren thermisch verzinkte wapening toegepast, zoals in de koelwaterkanalen van de Eems-centrale te Spijk (Gr.) (foto 6), in havenlichtcaissons in de Nieuwe Waterweg, in het plafond vande ruwe-oliereservoirs van het in aanbouw zijnde Andoc booreiland (foto 7) en in de koeltorenvan de elektriciteitscentrale te Buggenum (L).Voorbeelden van toepassingen in het buitenland zijn onder meer: gevelbekledingspanelen inhet Levi-Strass Building, het Trocadero Building en de Hartford Bank in San Francisco, beton-nen autowegviaducten in de USA, Canada en Frankrijk, verschillende regeringsgebouwen in deUSA en Zuid-Afrika, parkeergarages in de USA en Canada, de Bank of Hawaii en het FinancialPlaza of the Pacific in Honolulu, de universiteit van Wisconsin, voorgespannen betonnen reser-voirs in Californie en het National Theatre in Londen. Ook wordt verzinkt wapeningsstaal toe-gepast in haveninstallaties in het Cara?bische gebied en in Japan.Ten slotte wordt gewezen op het reeds meer dan 25 jaar toegepaste verzinkte wapeningsstaalvoor betonconstructies op de Bermuda-eilandengroep en op het gebruik van verzinkte staaf-netten in Amerikaanse brugdekken, waarvan sommige reeds 20 jaar oud zijn [7,11].Cement XXVIII (1976) nr. 6 2767Thermisch verzinkte wapening in het AndocolieplatformHot dip galvanised rebars in the Andocoffshore oil rig8Ishavn kerk te Tr?ms? (Noorwegen), waarinthermisch verzinkt wapeningsstaal /'s toe-gepastIce Cathedral at Tr?ms? (Norway) with hotdip galvanised rebarsUit een vier jaar durend onderzoek van het Laboratoire Central des Ponts et Chauss?es teParijs is komen vast te staan dat sommige soorten thermisch verzinkt draad kunnen wordentoegepast in voorgespannen vaartuigen, vooral wanneer voorspankabels, vervaardigd uit dezedraden, niet afdoende kunnen worden beschermd tegen corrosie.In Frankrijk heeft men intussen ook enkele praktijkproeven verricht met gunstig resultaat. DeFranse conclusies zijn in overeenstemming met Japanse experimenten, uitgevoerd door hetJapan Testing Center for Construction Materials [2].Tot besluit wordt gewezen op het gebruik van thermisch verzinkte draadnetten in betonnenbouwelementen [8]. Niet alleen wordt hierdoor roestwatervorming en verkleuring van het beton-oppervlak voorkomen, maar het is ook gebleken dat men bij zulke elementen de betondekkingwat dunner kan houden en daardoor besparingen op gewicht en transport kan realiseren. Dit isonder meer geschied bij de zwaluwstaartelementen op de zgn. 'zeildaken' van het SydneyOpera House.5. Bevestigingsmiddelen aan betonBij de montage van geprefabriceerde betonnen gevelelementen dienen de bevestigingsmidde-len uiteraard ook deugdelijk tegen roesten te worden beschermd, hetzij door het kiezen vanroestvaste legeringen of bronssoorten of door het aanbrengen van anti-corrosieve deklagen opstalen onderdelen [1]. Thermisch verzinkt staal wordt veelvuldig voor dergelijke onderdelengekozen, in geval de omringende atmosfeer wel vochtig is of kan zijn, maar niet of in geringemate is verontreinigd. Indien deze bevestigingselementen permanent zijn blootgesteld aan eenagressieve atmosfeer worden duplexsystemen (thermisch verzinken plus 1-2 verflagen) ge-kozen. Als verflagen worden hier meestal bitumineuze produkten of epoxy/koolteer-vervengebruikt Dergelijke duplexsystemen geven door hun synergistisch effect een bijzonder langebeschermingsduur, die overeenkomt met de gebruiksduur van het object.6. SamenvattingThermisch verzinkte wapeningsstaven en -netten vinden toepassing in die gevallen waarin debetorieonstructie voortdurend blootstaat aan inwerking van agressieve stoffen en wanneer eendergelijke constructie naderhand niet plaatselijk kan worden gerepareerd. Ook worden verzink-te draadnetten toegepast in geprefabriceerde elementen van lichtbeton, alsmede in sommigedraadsoorten voor voorspankabels. Stalen bevestigingselementen worden in vele gevalleneveneens thermisch verzinkt en soms nog overgeschilderd met verflagen voor het bereiken vaneen maximale beschermingsduur.Literatuur*1. Stichting Bouwresearch, 'Richtlijnen bevestiging gevelelementen', Rapport B25-1.2. Cook, A.R., 'Recent research on galvanized steel for reinforcement of concrete', ILZRO, NewYork, 1976.3. Heiligenst?dt, P. en K.Bohnenkamp, 'Untersuchungen zum wasserstoffinduzierten Spr?dbruchverzinkter Spannst?hle im Beton', Bericht Nr. 1858 V.D.I., Mitteilung 1328 Max Planck Institutf?r Eisenforschung, D?sseldorf, Arch. Eisenh?ttenwesen 47, Nr. 2, 1976.4. Allen, R.T.L., 'The performance of concrete structures in the sea', Joint Conference on longservice from offshore structures, Londen 1976.5. Cook, A.R., 'Preserving galvanized steel and zinc from wet storage stain', ILZRO-communica-tion 1975.6. Zinc Institute Inc. en International Lead Zinc Research Organization Inc., 'Galvanized reinforce-ment for concrete', 1970.7. Stark, D. en W.Perenchio, 'The performance of galvanized reinforcement in concrete bridgedecks', Final Report Construction Technology Lab., Portland Cement Association, 1975.8. Moore, J.C.B., 'Galvanized rebar for precast concrete panels', The Construction Specifier,Constr. Spec. Inst, 1968.9. 'Galvanized reinforcing bar', brochure uitgegeven door St. Joe Minerals Corp., New York 1875.10. Ishikawa, T., I.Cornet en B.Bresler, 'Electrochemical study of the corrosion behaviour of gal-vanized steel in concrete', Proceed. 4th International Congress on Metallic Corrosion, Amster-dam 1969.11. Robinson, P.E., 'Using galvanized steel reinforcing bars for highway bridge decks', The Con-struction Specifier, mei 1974.12. Cornet, I. en B.Bresler, 'Corrosion of steel and galvanized steel in concrete', Materials Protec-tion, april 1966.13. Cornet, I. en B.Bresler, 'Corrosion of steel in prestressed concrete', NACE, Western RegionConference Report, 1964.*Over de verschillende aspecten van het ther-misch verzinken is in ruime mate literatuurverkrijgbaar bij de Stichting Doelmatig Ver-zinken te Den Haag.Cement XXVIII (1976) nr.6 277