Het proces start bij de fysieke interactie binnen een tribologisch systeem. Harde deeltjes dringen onder mechanische druk de zachtere oppervlaktestructuur van een constructieonderdeel binnen. Terwijl deze deeltjes over het oppervlak bewegen, ontstaan er micro-inkepingen. Materiaal wordt hierbij verspaand of opzij gedrukt. De schuifspanningen die tijdens dit contact optreden, overstijgen de cohesie van het materiaal.
Deeltjes schuren. Bij industriële vloeren fungeert fijnstof of gruis onder rollend materieel als een ongecontroleerd schuurmiddel. De constante belasting forceert deze deeltjes diep in de toplaag. Er ontstaat een vicieuze cirkel. Losgekomen fragmenten van het basismateriaal mengen zich met het externe vuil en verhogen zo de abrasieve werking. In waterbouwkundige constructies verloopt de uitvoering van dit proces via de kinetische energie van de vloeistofstroom. Sediment wordt tegen wanden of bodems gestuwd. De inslaghoek van de deeltjes bepaalt de mate van erosieve slijtage. Soms is de slijtage gelijkmatig over het hele vlak verdeeld. Vaak concentreert de schade zich echter op punten met turbulente stroming. De snelheid van de vloeistof intensiveert de wrijving aanzienlijk. Een ruwer oppervlak vangt meer deeltjes op waardoor de degradatie versnelt zodra de harde buitenste schil, zoals de cementhuid van beton, eenmaal is gepenetreerd.
Wrijving vormt de kern. De hoofdoorzaak van abrasie ligt in de aanwezigheid van externe, harde deeltjes binnen een contactoppervlak. Wanneer zand, gruis of metaalschilfers zich tussen twee bewegende delen nestelen, fungeren zij als ongecontroleerd snijgereedschap. De intensiteit van de schade wordt gedicteerd door de wetten van de tribologie; een samenspel tussen belasting, snelheid en materiaalhardheid. Een zwaarbelaste heftruck op een vervuilde betonvloer perst kwartskorrels met enorme kracht in de cementmatrix. De korrel is harder dan de steen. Het oppervlak geeft mee.
In waterbouwkundige systemen is de vloeistofstroom de drijvende kracht. Sedimenten zoals slib en zand worden door kinetische energie tegen wanden en bodems gestuwd. De invalshoek van deze deeltjes bepaalt hoe effectief ze materiaal wegslaan. Turbulente stromingen verergeren dit proces aanzienlijk bij bochten en vernauwingen. Daarnaast speelt de ruwheid van het materiaal zelf een rol. Een grovere structuur vangt deeltjes makkelijker op, waardoor de schurende werking zichzelf versterkt zodra de eerste beschadiging een feit is.
De eerste tekenen zijn subtiel. Verlies van glans. Lichte krasvorming. Maar de gevolgen reiken verder dan esthetiek alleen. Materiaalafname leidt onvermijdelijk tot een afname van de constructieve doorsnede. Bij gewapend beton kan voortschrijdende abrasie de dekking op de wapening reduceren tot een kritiek punt. Corrosie krijgt dan vrij spel. Stofontwikkeling is een direct en hinderlijk neveneffect. In logistieke centra vervuilt dit fijne betonstof niet alleen de opgeslagen goederen, maar tast het ook de luchtkwaliteit aan.
Mechanische onderdelen verliezen hun nauwkeurige passing. Speling neemt toe. Hierdoor kunnen trillingen ontstaan die de rest van de constructie zwaarder belasten. Bij leidingen en pompen verandert de geometrie van het binnenoppervlak. Dit verstoort de stromingsprofielen, verhoogt de weerstand en laat de efficiëntie van het systeem kelderen. Uiteindelijk leidt dit proces tot functieverlies van het bouwdeel of de machine. De integriteit van de toplaag verdwijnt volledig, waardoor de kwetsbare kern van het materiaal onbeschermd bloot komt te liggen aan andere degradatiemechanismen.
In de tribologie, de leer van wrijving en slijtage, maken we onderscheid tussen twee hoofdvormen op basis van de betrokken lichamen. Bij tweelichamen-abrasie is er sprake van direct contact tussen twee oppervlakken met een verschillende hardheid. Het harde oppervlak, bijvoorbeeld een ruwe stalen plaat, snijdt of krast direct in het zachtere materiaal. Dit zien we vaak bij mechanische onderdelen die niet goed op elkaar zijn afgestemd.
Drielichamen-abrasie komt in de bouw vaker voor. Hierbij bevindt zich een los deeltje, zoals een zandkorrel of metaalslijpsel, tussen twee bewegende oppervlakken. Dit deeltje rolt en glijdt. Het fungeert als een ongecontroleerde beitel. De korrels worden door de druk van bijvoorbeeld een heftruckwiel in de vloer geperst, waardoor de toplaag stelselmatig wordt weggeslepen. De deeltjes zijn hier de daders.
De context waarin de slijtage optreedt, bepaalt vaak de specifieke benaming. Hydro-abrasie is een specifieke term uit de waterbouw en civiele techniek. Het beschrijft de slijtage van beton of staal door de impact en wrijving van sedimenten in stromend water. Zand, grind en stenen worden door de kinetische energie van het water tegen constructies geslagen. In droge condities spreken we soms van wind-abrasie of eolische abrasie, waarbij door de wind meegevoerd zand de gevels van gebouwen zandstraalt.
Verwarring ligt op de loer. Abrasie wordt vaak in één adem genoemd met erosie. Toch is er een technisch verschil. Erosie is de overkoepelende term voor materiaaltransport door natuurlijke krachten zoals water en wind. Abrasie is de specifieke mechanische handeling binnen dat proces. Een ander belangrijk onderscheid is dat met cavitatie. Bij cavitatie ontstaat schade door imploderende dampbellen in een vloeistof. De putvormige schade kan op abrasie lijken, maar de fysieke oorzaak is totaal anders. Geen schurende korrels, maar drukgolven. Ten slotte is er adhesie. Hierbij plakken materiaaldeeltjes aan elkaar vast en worden ze losgetrokken. Abrasie is krassen en snijden. Adhesie is plakken en trekken.
Een logistiek centrum met intensief verkeer. Heftrucks rijden af en aan over een industrievloer. Er ligt wat zand en gruis. De wielen persen deze harde korrels met kracht in de betonmatrix. Het fungeert als een grove schuurpasta. Drielichamen-abrasie in optima forma. De toplaag verliest eerst zijn glans en begint daarna te verstuiven.
Kijk naar een betonnen stuw in een rivier met een hoog sedimentgehalte. Het water raast langs de wanden. Zandkorrels en kleine kiezels beuken continu tegen de constructie. Hydro-abrasie. De gladde cementhuid verdwijnt. Na verloop van tijd ligt het grove toeslagmateriaal van het beton volledig bloot. Het oppervlak voelt aan als schuurpapier. De stroming versnelt de degradatie.
Slijtage bij een natuurstenen trap in een historisch stationsgebouw. Miljoenen voetstappen. Elke zool voert een minuscule hoeveelheid straatvuil en zand mee. De treden slijten hol uit in het midden. Het oppervlak wordt op microschaal gepolijst en tegelijkertijd beschadigd. Een sluipend proces. De constructieve veiligheid komt pas na decennia in het geding, maar de geometrie van de trede verandert onherroepelijk.
In een zandstraalcabine is abrasie de bedoeling. Gecontroleerd. Maar aan een winderige kust gebeurt hetzelfde met de gevels van gebouwen. Wind-abrasie. De harde kwartskorrels van het strand slaan tegen de bakstenen. De voegen wijken terug. Het metselwerk krijgt een karakteristiek, verweerd uiterlijk.
Regels bepalen de houdbaarheid van een oppervlak. In de betonwereld vormt de NEN-EN 206, in Nederland aangevuld door de NEN 8005, het fundament. Hierin zijn specifieke milieuklassen vastgelegd voor mechanische belasting: de XM-klassen. XM1 geldt voor matige abrasie, zoals bij voertuigen met luchtbanden. Voor zwaar industrieel gebruik met heftrucks of rupsvoertuigen schrijft de norm XM2 of XM3 voor. Deze classificatie dwingt een minimale sterkteklasse en een verhoogde betondekking af. Slijtage mag de wapening nooit blootleggen.
Dekvloeren vallen onder een eigen regime. De NEN-EN 13813 classificeert materialen op basis van hun slijtweerstand. Voor cementgebonden vloeren wordt vaak de Böhme-testmethode gehanteerd, wat resulteert in een 'A'-waarde. Bij kunstharsvloeren spreken we over de BCA-methode, uitgedrukt in een AR-waarde (Abrasion Resistance). Een AR0,5 duidt op een extreem hoge weerstand, essentieel voor zware logistiek. Hoe lager het getal, hoe minder materiaalverlies. Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) stelt algemene eisen aan de veiligheid en duurzaamheid van constructies. Indirect betekent dit dat abrasie de constructieve integriteit of de gebruiksveiligheid, zoals stroefheid van een vloer, niet onaanvaardbaar mag aantasten gedurende de levensduur van het bouwwerk.
Waterbouwkundige constructies kennen hun eigen dynamiek. Hier gelden vaak specifieke richtlijnen van Rijkswaterstaat of de CUR-aanbevelingen. De focus ligt daar op de weerstand tegen hydro-abrasie bij betonmortel. Er worden eisen gesteld aan de hardheid van de toeslagmaterialen en de dichtheid van de cementmatrix. Geen vrijblijvend advies. Het is een noodzaak om voortijdige degradatie door sedimenttransport in rivieren of kanalen te voorkomen.
Slijtage door abrasie was eeuwenlang een empirisch gegeven. Men accepteerde dat natuurstenen treden in openbare gebouwen uitslepen of dat houten vloeren door zand en loopverkeer dunner werden. De transitie naar een technische discipline begon met de industriële revolutie. Machines draaiden sneller. Belastingen op fabrieksvloeren namen exponentieel toe. De noodzaak om materiaalverlies te kwantificeren werd acuut.
Een fundamenteel kantelpunt was 1966. Met de publicatie van het Jost Report in het Verenigd Koninkrijk werd de term tribologie geïntroduceerd. Slijtage, wrijving en smering werden verenigd in één wetenschappelijke context. Dit markeerde de verschuiving van 'dikker bouwen' om slijtage te compenseren naar het gericht engineeren van oppervlakken. In de betonwereld leidde dit tot de ontwikkeling van specifieke toeslagmaterialen zoals kwarts en korund. De introductie van de Böhme-testmethode in de vroege twintigste eeuw bood voor het eerst een gestandaardiseerde manier om de slijtweerstand van steenachtige materialen te vergelijken. Sindsdien is de focus verlegd van passieve acceptatie naar actieve preventie door middel van polymeermodificaties en hoogwaardige toplagen.
Joostdevree | Nl.wikipedia | Encyclo | Dbnl | Kennis.hunzeenaas | Abmbv | Fr.wiktionary | Umcg | Conservation-wiki