Waarom beton scheurt

Beton is het meest gebruikte bouwmateriaal ter wereld. Sinds Louis Vicat in 1817 het cement uitvond, hebben onderzoek en ontwikkeling de eigenschappen ervan geoptimaliseerd. Dit resulteerde in betere toepassingen, een hogere mechanische sterkte en chemische weerstand, en nieuwe materialen zoals voorgespannen beton. Heeft het beton met de jaren perfectie bereikt? Als we de vele betonnen constructies in onze omgeving aandachtig bekijken, zien we dat geen van die structuren perfect intact gebleven is, zelfs niet die van de recentste gebouwen. 

De onvermijdelijke zwakke plek van beton is de neiging om te scheuren. Scheurvorming wordt benadrukt door uitgerekend de factor waaraan beton zijn populariteit dankt: de compatibiliteit met staal en het gegeven dat gewapend beton aan de eisen van een geavanceerd bouwmateriaal voldoet. Zijn alle scheuren identiek? Zeker niet. Scheuren kunnen veroorzaakt worden door diverse factoren zoals vervorming, hydraulische krimp, thermische krimp of zwelling. De belangrijkste verschillen worden hieronder door BASF Master Builders Solutions toegelicht. 

Op betonconstructies worden trek-, druk- en schuifkrachten uitgeoefend. Door die krachten vervormt het materiaal en kunnen scheuren ontstaan. De plaats en de vorm van de scheur in de structuur zijn dikwijls kenmerkend. De oorzaak kan dan ook gevonden worden door goed naar de scheuren te kijken. Scheuren als gevolg van indrukking lopen evenwijdig met de uitgeoefende kracht, door trekkracht veroorzaakte scheuren worden haaks op de kracht gevormd en scheuren die aan schuifkrachten te wijten zijn, verlopen haaks ten opzichte van de trekspanning. 

De treksterkte van beton bedraagt slechts ongeveer een tiende van de druksterkte. Daarom wordt beton zelden zonder wapening gebruikt. De meest gebruikte wapeningsmethode is het inwerken van stalen versterkingsstaven in zones die blootgesteld zijn aan trekspanning. Dit betontype wordt meestal gewapend beton genoemd. Er kunnen ook versterkingen in kunstvezel gebruikt worden. 

Beton in de open lucht krimpt doorgaans tijdens het uitharden. Dit komt doordat een deel van het water in het beton verdampt. Scheuren ontstaan wanneer de krimpkrachten groter worden dan de sterkte van het beton. Dit kan gezien worden als een race tegen de klok tussen twee verschijnselen: de verdamping van water en de verhoging van de sterkte van beton. Dit geldt ook voor betonnen elementen die niet kunnen vervormen. Als beton krimpt, is vervorming niet mogelijk. In die omstandigheden wordt een inwendige spanning opgebouwd die tot scheurvorming leidt wanneer de spanning de sterkte van het beton overwint. 

Er kunnen ook al scheuren ontstaan vóór het beton uitgehard is. Dit verschijnsel is niet zuiver het gevolg van hydraulische krimp, maar is veeleer te wijten aan de verdamping van een deel van het water of aan absorptie van de ondergrond. Het heeft vooral gevolgen voor verhardingen die bij warm en droog weer worden gestort of voor beton dat bij koud weer wordt gegoten in verwarmde ruimten of op een poreuze ondergrond. De scheuren doen zich voor op specifieke plaatsen zoals in naden van het beton en vlakbij wapeningen. 

Dit probleem doet zich vooral voor in grote structuren. Cementhydratatie is een exotherme reactie waarbij warmte vrijkomt die zich mettertijd verspreidt. De temperatuurverandering is niet in alle delen van de structuur gelijk en dit veroorzaakt differentiële vervorming die tot scheuren kan leiden. 

Beton kan zwellen door de inwerking van zouten zoals sulfaten, die vaak voorkomen in grond die rechtstreeks in aanraking komt met het beton. Dit leidt tot een chemische reactie met het aluminaat in het cement zelf, waardoor een uitzettende stof wordt gevormd. Zwelling kan ook optreden door bevriezing van het vrije water in het beton, dat in volume toeneemt wanneer het in ijs verandert. Ten slotte kan zwelling veroorzaakt worden door oxidatie van de in het beton ingewerkte wapening, een verschijnsel dat op zijn beurt versneld wordt door de aanwezigheid van scheuren. 

Beton is sterk alkalisch en beschermt hierdoor de stalen wapening. Dat maakt gewapend beton tot een vrijwel onverwoestbaar materiaal. Toch kunnen de versterkingsstaven in bepaalde omstandigheden corroderen, waarbij roest wordt gevormd. Wanneer het volume van de gevormde corrosieproducten groter is dan het volume van de oorspronkelijke wapeningsstaaf, veroorzaakt dit een trekspanning op het beton. Bij vergevorderde corrosie kan het beton scheuren en delamineren. De belangrijkste oorzaken van corrosie van staal in beton zijn carbonisatie van het beton en de aanwezigheid van zee- of strooizout in het beton en rond de wapeningsstaven.