Water raakt staal. Onmiddellijk ontstaat er een elektrochemische cel op het oppervlak waarbij een elektrolytische brug, vaak gevormd door condens of neerslag, de interactie tussen verschillende zones op het metaal mogelijk maakt. Aan de anode treden ijzeratomen uit het kristalrooster en laten hun elektronen achter in de massa, een proces van oxidatie dat de netto doorsnede van het materiaal direct verzwakt. Deze elektronen migreren door het staal naar de kathode. Daar vindt de reductie van zuurstof plaats.
De gevormde ijzerionen en hydroxide-ionen ontmoeten elkaar in de vloeistoffilm en slaan neer als ijzerhydroxide. Dit is de eerste fysieke manifestatie van de roestlaag. Door verdere reacties met zuurstof en periodieke uitdroging transformeert dit instabiele neerslag tot een complexe mix van gehydrateerde ijzeroxiden. De laag is poreus en capillair. Het zuigt vocht op en houdt dit vast tegen het gezonde metaal aan, waardoor de reactie zich naar binnen vreet.
Opeenvolgende fasen van bevochtiging en droging zorgen voor een gelaagde opbouw van de oxidehuid. Omdat de molaire massa van de gevormde oxiden groter is dan die van het oorspronkelijke ijzer, treedt er een significante volumevergroting op. Het materiaal drukt zichzelf naar buiten. Schilfering treedt op. De buitenste laag brokkelt af terwijl de kern van het profiel gestaag dunner wordt, een vicieuze cirkel die alleen stopt wanneer de toevoer van zuurstof of water volledig wordt afgesloten.
Een roestlaag verschijnt niet zomaar uit het niets. Het is het directe resultaat van een elektrochemisch proces dat start zodra staal of ijzer onbeschermd in aanraking komt met een elektrolyt. Vaak is dit simpelweg condenswater of regenval. Op microscopisch niveau ontstaan er spanningsverschillen op het metaaloppervlak, waarbij de aanwezigheid van zuurstof als katalysator fungeert voor de oxidatie van ijzeratomen. De ijzeratomen lossen op in de vochtfilm. Er vindt een migratie van elektronen plaats. Zonder vocht stopt dit proces onmiddellijk, maar in een gemiddeld klimaat is de luchtvochtigheid vaak al voldoende om de reactie gaande te houden.
IJzeroxiden nemen aanzienlijk meer ruimte in beslag dan het oorspronkelijke metaal. Het volume kan tot wel achtvoudig toenemen. Deze enorme volumevergroting is de hoofdoorzaak van secundaire schade in de bouwconstructie. Wanneer wapeningsstaal in beton corrodeert, bouwt de roestlaag een inwendige druk op die de treksterkte van het beton overstijgt. Het resultaat is betonrot. Stukken dekking worden simpelweg van de constructie afgeduwd. Bij stalen ankers in historisch metselwerk zorgt dezelfde expansiedruk voor het splijten van bakstenen of het ontwrichten van natuurstenen elementen.
De roestlaag zelf is geen bescherming. In tegenstelling tot de oxidelaag bij aluminium of koper, is roest op ijzer extreem poreus en capillair van aard. Het fungeert als een spons. Vocht wordt dieper in de laag gezogen en vastgehouden tegen het nog gezonde metaal, waardoor de corrosiefronten zich ongestoord naar de kern van het profiel kunnen vreten. Dit leidt tot een progressieve afname van de netto staaldoorsnede. De draagkracht neemt af. Bij dunwandige profielen of zwaarbelaste liggers kan dit proces leiden tot bezwijken, omdat de effectieve dikte van het materiaal simpelweg verdwijnt onder de schilferende bruine huid.
De eerste confrontatie met roest is vaak vliegroest. Het is een flinterdunne, oranjeachtige waas die zich razendsnel vormt op blank staal, vaak al binnen enkele uren na het stralen of slijpen bij een hoge luchtvochtigheid. Technisch gezien is dit nog geen structurele bedreiging. Het metaal is slechts oppervlakkig aangetast. Toch is het verraderlijk. Bij roestvast staal (RVS) ontstaat vliegroest vaak door contaminatie; ijzerdeeltjes van buitenaf nestelen zich op het oppervlak en gaan corroderen, wat de passiveringslaag van het edele metaal kan doorbreken.
Wanneer het proces langer doorgaat, transformeert de huid naar schilferroest. Dit wordt ook wel lamellaire corrosie genoemd. De roestlaag bouwt zich op in harde, brosse platen die loslaten van de gezonde kern. Hier is de volumevergroting het meest zichtbaar. Tussen de lamellen blijft vocht staan. Het proces versnelt zichzelf. Voor een constructeur is dit het stadium van alarm; de effectieve dikte van het staalprofiel neemt hierbij meetbaar af, wat directe gevolgen heeft voor de statische berekeningen van liggers en kolommen.
Putcorrosie, of pitting, is wellicht de gevaarlijkste variant. In plaats van een gelijkmatige laag over het hele oppervlak, vreet de oxidatie zich op specifieke punten loodrecht naar binnen. Het oppervlak lijkt soms nog redelijk intact, maar onder kleine kratertjes bevinden zich diepe gaatjes. Dit is een sluipmoordenaar voor vloeistofdichte constructies of onderdelen onder hoge trekspanning. De spanningsconcentratie bij zo'n 'put' kan leiden tot plotselinge breuk zonder dat er significante materiaalafname over het hele oppervlak zichtbaar is.
| Type | Kenmerken | Risicoprofiel |
|---|---|---|
| Witroest | Witte, poederachtige uitslag op verzinkt staal door gebrek aan kooldioxide bij de vorming van de beschermlaag. | Tast de zinklaag aan, maar nog niet het onderliggende staal. |
| Edelroest (Patina) | Een dichte, stabiele oxidelaag bij materialen zoals weervast staal (Cortenstaal). | Gewenst. Het sluit het metaal af van verdere zuurstoftoevoer. |
| Contactcorrosie | Versnelde roestvorming op de grens tussen twee ongelijksoortige metalen, zoals staal en koper. | Lokaal zeer intensief en destructief. |
Niet elke bruine verkleuring is direct fataal. Het verschil tussen corrosie en roest is essentieel; corrosie is de verzamelnaam voor de chemische aantasting van metalen, terwijl roest specifiek slaat op de oxidatie van ijzerhoudende materialen. Waar een patina bij Cortenstaal de redding is van de constructie, is dezelfde kleur op een wapeningsstaaf in beton het begin van het einde. Het onderscheid zit in de dichtheid van de laag. Een poreuze roestlaag ademt, houdt vocht vast en vernietigt. Een gesloten laag beschermt.
Een galerijflat uit de jaren '70 vertoont bruine lekstrepen aan de onderzijde van de uitkragende vloer. Onschuldig? Absoluut niet. De roestlaag op de wapening zwelt aan en drukt met een onstuitbare kracht de betonnen dekking eraf. Grote schilfers vallen plotseling naar beneden. Wat je dan ziet is een staaf die door de oxidehuid veel dikker lijkt dan hij was, terwijl de constructieve kern juist is weggeteerd. Betonrot in optima forma.
In de monumentenzorg kom je vaak 'gezwollen' muurankers tegen. De roestlaag vormt zich langzaam tussen de ijzeren pen en de baksteen. De expansiedruk is hierbij zo extreem dat de stenen rondom het anker in een stervorm uit elkaar spatten. De roestlaag fungeert hier als een trage, destructieve explosie die het historische metselwerk volledig ontwricht. Een kleine verkleuring aan het oppervlak is vaak slechts het topje van de ijsberg.
Kijk naar een stalen ligger in een slecht geventileerde kruipruimte. Het schilderwerk staat op diverse plekken bol. Prik je zo'n blaas open, dan komt er geen lucht uit, maar een handvol brosse, bruine schilfers. De roestlaag heeft zich hier in lagen opgebouwd. Het lijkt op een soort bladerdeeg van ijzeroxide. Je kunt de lamellen er met een plamuurmes per millimeter afsteken. De balk oogt volumineus, maar de effectieve staaldikte is ondertussen kritiek afgenomen.
De wet stelt eisen. Veiligheid eerst. In het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) staat onomstotelijk vast dat de constructieve integriteit van een gebouw gedurende de beoogde levensduur gewaarborgd moet blijven, wat betekent dat een roestlaag nooit de kritieke grens van materiaalverlies mag overschrijden zonder dat er wordt ingegrepen. Eigenaren hebben een zorgplicht. Een verwaarloosde staalconstructie waarbij de roestlaag de statische stabiliteit ondermijnt, voldoet simpelweg niet aan de publiekrechtelijke eisen voor een veilig bouwwerk.
Voor de uitvoering van staalconstructies is de NEN-EN 1090-serie de technische maatstaf. Deze norm vereist dat oppervlakken adequaat worden voorbehandeld voordat een beschermlaag wordt aangebracht; schilderen over een actieve roestlaag is conform deze standaard niet toegestaan vanwege het gebrek aan hechting en de voortzetting van de oxidatie onder de verffilm. NEN-EN-ISO 12944 vult dit aan door omgevingen in te delen in corrosiviteitscategorieën van C1 tot CX. Hoe agressiever het milieu, hoe strenger de eisen aan de conservering om de vorming van ijzeroxiden te vertragen.
In de betonbouw zijn NEN-EN 206 en NEN 8005 leidend. Deze normen bepalen de minimale betondekking die nodig is om de wapening te beschermen tegen invloeden van buitenaf. De regelgeving richt zich hier specifiek op het voorkomen van de roestlaag op het staal binnenin het beton, aangezien de resulterende expansiedruk de constructieve samenhang vernietigt. Bij inspecties van bestaande bouw wordt vaak de NEN 2767 gehanteerd voor conditiemeting, waarbij de aanwezigheid van schilferroest of vliegroest direct de score en de noodzaak tot onderhoud bepaalt.
Rond 1837 patenteerde Stanislas Sorel het galvaniseren. Zink offerde zich op. Een revolutie. Ondertussen bleef de 'menie' — de loodhoudende oranje primer — decennialang de standaard op elke bouwplaats. Het was effectief maar giftig. Tot diep in de twintigste eeuw was de strijd tegen de roestlaag vooral een kwestie van dikke lagen loodverf smeren en hopen op het beste.
Joostdevree | Nl.wikipedia | Rapiddirect | Vissertechniek | Johnsteel