Hydratatie zet alles in gang. Cement ontmoet water. Er ontstaat direct een verzadigde oplossing van calciumhydroxide in de poriën van de matrix. Dit vloeibare milieu is de drager van de hoge alkaliteit. Het staal zit er middenin. Zodra het verse beton de wapening omsluit, vormt zich een flinterdunne oxidelaag door de reactie met de aanwezige OH-ionen. Een chemisch pantser. Het beschermt de constructie decennialang tegen degradatie van buitenaf.
De buitenwereld dringt echter binnen. Koolstofdioxide uit de atmosfeer diffundeert langzaam door de betonhuid en reageert met de kalk. Carbonatatie vindt plaats. De pH-waarde zakt. Dit neutralisatiefront kruipt tergend langzaam richting de wapening, vaak maar enkele millimeters per jaar, afhankelijk van de compactheid van de betonstructuur en de vochtigheidsgraad in de omgeving. In de praktijk is dit proces onzichtbaar voor het blote oog. Meten is weten. Bij technische inspecties wordt vaak een indicatorvloeistof zoals fenolftaleïne op een vers breukvlak gespoten om de grenzen van het alkalische gebied vast te stellen. Kleurt het beton felroze? Dan is de buffer nog aanwezig. Blijft het oppervlak kleurloos, dan is de alkaliteit ter plaatse verloren gegaan en de natuurlijke bescherming van het staal opgeheven.
De interactie tussen de poriënstructuur en de chemische samenstelling bepaalt de snelheid van dit proces. Een zeer dicht beton vertraagt de indringing van gassen. De alkaliteit blijft langer behouden op de plek waar het telt: bij de wapening. Het is een voortdurend proces van chemisch evenwicht dat bepaalt hoe de constructie de tand des tijds doorstaat.
De afname van alkaliteit in cementgebonden materialen is een sluipend proces. Koolstofdioxide uit de atmosfeer vormt de primaire oorzaak. Dit gas diffundeert door de poriën van het beton en gaat een chemische verbinding aan met de aanwezige calciumhydroxide. Dit proces, bekend als carbonatatie, neutraliseert de basische reserve. Het is een front dat millimeter voor millimeter naar binnen schuift. Daarnaast kan uitloging de boosdoener zijn. Hierbij transporteert binnendringend vocht de opgeloste alkalische deeltjes naar buiten, waardoor de interne buffer letterlijk wegspoelt. De structuur wordt poreuzer. Het milieu minder basisch.
Het verlies aan alkaliteit heeft directe gevolgen voor de integriteit van gewapende constructies. De chemische bescherming valt weg. Zodra de pH-waarde in de directe nabijheid van de wapening onder de 9 daalt, treedt depassivering op. De flinterdunne oxidelaag rond het staal lost op. Zuurstof en vocht kunnen nu ongehinderd reageren met het metaal. Er ontstaat corrosie. Dit is een expansief proces. Het gevormde ijzeroxide neemt aanzienlijk meer volume in dan het oorspronkelijke staal. De druk loopt op. Het beton bezwijkt onder deze interne spanning. Er ontstaan scheuren langs de wapeningsstaven, gevolgd door het afdrukken van de betondekking. Het constructieve staal verliest zijn doorsnede en daarmee zijn draagkracht.
In de betontechnologie maken we een cruciaal onderscheid tussen de actuele pH-waarde en de alkali-reserve. De pH-waarde geeft de directe basische intensiteit aan van het poriewater. Dit is de actieve bescherming. De alkali-reserve daarentegen verwijst naar de totale voorraad aan calciumhydroxide-kristallen in de betonmatrix die als buffer fungeren. Wanneer zuren binnendringen, lossen deze kristallen op om de pH-waarde constant hoog te houden. Een beton met een hoge reserve houdt het langer vol. Portlandcement (CEM I) staat bekend om zijn enorme alkalische buffer. Hoogovencement (CEM III) heeft een lagere initiële reserve, maar compenseert dit door een veel dichtere poriënstructuur die indringing van buitenaf fysiek bemoeilijkt.
Alkaliteit is niet altijd een bondgenoot. Er bestaat een destructieve variant van chemische interactie waarbij de alkaliteit van het cement de vijand wordt: de alkali-silicareactie. Dit fenomeen, in de volksmond ook wel betonrot of betonvlekziekte genoemd, ontstaat wanneer een te hoog gehalte aan alkaliën (natrium- en kaliumoxiden) reageert met reactief kiezelzuur in de gebruikte toeslagmaterialen. Er vormt zich een zwellende gel. De interne druk loopt op. Het beton barst. Hier spreken we dus over schadelijke alkaliteit. Om dit te voorkomen, wordt in risicovolle omgevingen vaak gewerkt met 'low alkali' cement, herkenbaar aan de aanduiding LA op de verpakking. Het is een delicate balans tussen genoeg basen voor staalbescherming en niet te veel basen om interne expansie te vermijden.
Bij het afwerken van muren of vloeren speelt de oppervlakte-alkaliteit een hoofdrol. Vers stucwerk of betonvloeren zijn extreem basisch. Dit noemen we de versalkaliteit. Schilders en vloerenleggers vrezen dit. De hoge pH vreet namelijk de bindmiddelen uit verf of de lijm van vloerbedekking op. Verzeping vindt plaats. De afwerking laat los of verkleurt op dramatische wijze. Pas na verloop van tijd, door natuurlijke carbonatatie aan de lucht, zakt de pH aan het oppervlak naar een veilig niveau. We spreken dan van een acceptabele restalkaliteit. Soms wordt dit proces versneld door te 'neutraliseren' met een zwak zuur, maar meestal is geduld de enige technisch verantwoorde weg.
Tijdens de renovatie van een galerijflat uit de jaren zestig boort een betoninspecteur een kleine kern. Hij splijt de cilinder en vernevelt direct een indicatorvloeistof over het breukvlak. Fenolftaleïne. Een deel van de kern kleurt binnen seconden fel fuchsia, maar de buitenste twee centimeter blijft grauw en kleurloos. Dit kleurloze deel markeert het carbonatatiefront. Hier is de alkaliteit verdwenen. De inspecteur weet direct dat de dekking op de wapening onvoldoende is om het staal nog langer chemisch te beschermen.
Een stukadoor heeft een wand strakgetrokken met een cementgebonden mortel. De opdrachtgever wil vaart maken en de schilder brengt na enkele dagen al een standaard muurverf aan. Na twee weken ontstaan er vlekken en begint de verflaag op sommige plekken poederig los te laten. Wat is er gebeurd? De extreme alkaliteit van de jonge mortel heeft de bindmiddelen in de verf simpelweg afgebroken. Dit proces van verzeping maakt de afwerklaag onherstelbaar kapot. Geduld of een alkalibestendige primer waren hier de enige redding geweest.
Langs de snelweg vertoont een viaduct uit de jaren tachtig een fijnmazig patroon van scheuren, ook wel map cracking genoemd. Bij de voegen is een stroperige, witte substantie zichtbaar die uit de scheurtjes sijpelt. Hier is sprake van de schadelijke kant van alkaliteit: de alkali-silicareactie (ASR). De hoge concentratie alkaliën in het beton is een verbinding aangegaan met reactieve mineralen in de grindkorrels. De ontstane gel zuigt vocht op, zwelt en drukt de constructie van binnenuit uit elkaar. Een onzichtbaar chemisch gevecht met destructieve gevolgen voor de draagkracht.
De wet eist veiligheid. Simpel. In het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) ligt de fundamentele eis vast dat constructies gedurende de beoogde levensduur niet mogen bezwijken, waarbij de bescherming tegen corrosie direct gekoppeld is aan het behoud van die cruciale alkalische buffer in de betonmatrix. Het is geen vrijblijvende chemie. NEN-EN 206 en de Nederlandse aanvulling NEN 8005 vormen hierin het dwingende kader. Deze normen definiëren de milieuklassen waarin beton zich bevindt. De klassen XC1 tot en met XC4 zijn direct gerelateerd aan carbonatatie en dus aan het verlies van alkaliteit door indringing van kooldioxide uit de lucht. Hoe agressiever de omgeving, hoe strenger de eisen aan de mengselsamenstelling en de minimale cementgehaltes om de pH-waarde bij de wapening op peil te houden.
Eurocode 2 (NEN-EN 1992) dicteert de nominale dekking op het staal. Een rekenkundige exercitie met grote gevolgen. Te weinig beton op de wapening betekent een kortere weg voor het neutralisatiefront, wat in de praktijk neerkomt op een juridisch gebrek in de constructieve duurzaamheid. Voor het beheersen van de destructieve alkali-silicareactie (ASR) is CUR-Aanbeveling 102 het technisch-normatieve document waarop inspecteurs zich baseren. Het verbiedt bepaalde toeslagmaterialen in combinatie met specifieke cementtypen. Geen advies, maar een noodzaak. Wie afwijkt van deze richtlijnen bij de productie van beton, riskeert aansprakelijkheid bij latere schade door expansieve reacties. In de afbouwfase gelden weer andere regels. De NEN 2741 voor dekvloeren stelt bijvoorbeeld indirect eisen aan de gereedheid van de ondergrond, waarbij de alkaliteit van de vloer bepaalt of een afwerklaag volgens de geldende verwerkingsvoorschriften van fabrikanten mag worden aangebracht.
De Romeinen wisten van niets. Hun beton was simpelweg basisch door de kalk. Pas in 1824, toen Joseph Aspdin Portlandcement patenteerde, kreeg de bouw onbewust de sleutel in handen tot de extreem hoge pH-waarden die we nu technisch noodzakelijk achten. Vroege betonbouwers zoals Monier experimenteerden met ijzeren vlechtwerk zonder te weten dat de alkaliteit hun constructies redde van roest. Passivering was een gelukkig toeval. Een onzichtbaar cadeau van de hydratatie. Men bouwde op intuïtie en de constructies bleven staan, simpelweg omdat het staal hermetisch was ingepakt in een basisch milieu dat niemand nog bij naam noemde.
Het optimisme over de onverwoestbaarheid van gewapend beton kreeg rond 1940 een flinke deuk. Thomas Stanton ontdekte in Californië dat alkaliteit ook een destructieve kant had. Hij beschreef als eerste de alkali-silicareactie (ASR). Plotseling was die hoge pH niet meer alleen de beschermer van staal, maar ook de sloper van toeslagmateriaal. Het was een technisch keerpunt. In Nederland bleef het lang stil rondom dit fenomeen, totdat de eerste grote betonreparatiegolf in de jaren tachtig op gang kwam. Viaducten en bruggen vertoonden schade die niet door overbelasting, maar door chemische degradatie werd veroorzaakt.
De regelgeving volgde de schadegevallen op de voet. Oude voorschriften richtten zich puur op de dikte van de betonhuid. Men dacht: meer beton is meer bescherming. De geschiedenis van de afgelopen dertig jaar laat een verschuiving zien naar chemische beheersing. De introductie van hoogovencement (CEM III) in de Nederlandse markt dwong ingenieurs anders te kijken naar de alkalische reserve. Dit cementtype heeft een lagere kalkreserve dan het traditionele Portlandcement, maar biedt een veel dichtere structuur. Het was een historisch compromis tussen chemie en fysica. Tegenwoordig zijn de NEN-normen en Eurocodes het resultaat van deze leercurve; alkaliteit is niet langer een statisch gegeven, maar een dynamische factor die we met rekenmodellen proberen te voorspellen over een levensduur van honderd jaar of meer.
Joostdevree | Ecopedia | Betonhuis | Sealteq | Stowa | Vliz | Rivm | Monumentenwacht | Van-nieuwpoort | Producten.hanzestrohm | Chubbfs | Bcwestbrabant | Nl.hach | Pubmed.ncbi.nlm.nih | Cp-advice | Ketoenzo | Swimmingpool | Goedkopermetschakelmateriaal