Biologische aantasting van beton

Tijdens de Dag van de Betontechnologie op 30 maart 2017 gaf Edwin Vermeulen (Betonhuis Cement) een presentatie over het onderwerp Biologische aantasting van beton, gebaseerd op het Stutech-rapport over dit onderwerp. In het kort volgen de belangrijkste zaken voor opdrachtgevers, aannemers en betonproducenten.

Hypothese biologische aantasting

De laatste 15 tot 20 jaar is er steeds meer sprake van zwartverkleuring van betonoppervlakken en in mindere mate van aangroei van mossen. De zwartverkleuring is geen gewone vervuiling maar een zogeheten biofilm: een verzameling van schimmels, algen en/of bacteriën in een slijmlaag. Biofilms komen overal in de natuur voor, maar biofilms op reguliere betonconstructies is een tamelijk recent verschijnsel. Steeds vaker komen deze biofilms ook op natuurstenen monumenten voor, zodat duidelijk is dat het om een generiek fenomeen gaat.

Zo is de marmeren Jefferson Memorial uit 1943 nu volledig zwart verkleurd, terwijl het enkele jaren geleden nog stralend wit was. In de VS veronderstelt men dat dit komt doordat er geen sprake meer is van zure regen. In Nederland is de pH van regenwater gestegen van circa 4 tot 5 en daarmee een factor 10 minder zuur. Maar ook de daling in de uitstoot van zware metalen zoals lood zou een rol kunnen spelen en verder kunnen biofilms langer doorgroeien door veranderingen in het klimaat (warmer en meer neerslag).

Biofilms

Biofilms kunnen de ondergrond waarop ze zitten aantasten, onder andere doordat biofilms zuren produceren. Bij tandplak resulteert de zuurvorming door de bacteriën in gaatjes, maar biofilms kunnen zelfs roestvast staal aantasten. Het ligt daarom voor de hand dat ook beton in een vochtig milieu niet ongevoelig is voor biofilms. Naast het schonere milieu zijn er vermoedelijk ook meer voedingsstoffen beschikbaar voor biofilms. Voor enkele curing compounds is aangetoond dat er bij gebruik versneld een biofilm, bestaande uit diverse schimmels, op beton ontstaat. Bij diverse proeven is gebleken dat betontegels mét curing compound binnen een maand zwart verkleurden terwijl de niet behandelde tegels schoon bleven.

Ook de verschuiving van minerale naar de makkelijker afbreekbare plantaardige ontkistingsolie zou een rol kunnen spelen in de toename van biofilms op beton.

Biofilms kunnen beton aantasten door de productie van zuren, het onttrekken van mineralen uit de cementsteen en de indringing van schimmeldraden. Uit onderzoek is gebleken dat schimmels onder ideale omstandigheden 2 mm per jaar van het betonoppervlak kunnen wegetsen. De biomassa van een biofilm is echter beperkt en bij een uitgedroogde biofilm vindt er geen zuurproductie plaats. Het gaat bij een biofilm daarom waarschijnlijk vooral om esthetische schade.

Een biofilm is een voedingsbodem en initiator voor de afzetting van grotere organismen zoals mossen. Zodra er zich een dichte begroeiing van mossen heeft gevormd, groeit de biofilm uit tot een dikkere microbodem. Deze microbodem blijft mede door de mossen langer vochtig na een regenbui. Door het langer vochtig blijven en door de grotere biomassa wordt er door de microbodem aanzienlijk meer zuur geproduceerd dan door alleen een biofilm, waardoor de aantasting van beton ook aanzienlijk sneller zal verlopen.

Vorstaantasting

Daarnaast vindt er, doordat door de mossen en microbodem het beton langer vochtig blijft, natuurlijk ook meer vorstaantasting plaats; door het langer vochtig blijven neemt de kans toe dat het betonoppervlak waterverzadigd is op het moment dat het gaat vriezen. De combinatie van fysische en chemische aantasting door bacteriën, schimmels en algen en aantasting door vorst kan in relatief korte tijd tot forse schade leiden.

Preventie

• De hypothese biedt diverse aanknopingspunten voor het nemen van preventieve maatregelen om aangroei en aantasting te voorkomen. Alhoewel het proces van aangroei en aantasting nog niet volledig wordt begrepen, is het noodzakelijk om op basis van de huidige inzichten nu reeds maatregelen te nemen om vervuiling en op termijn aantasting van beton te voorkomen:
• Werk het betonoppervlak glad af; een ruw oppervlak blijft langer vochtig.
• Gebruik geen curing compounds op oppervlakken die vochtig kunnen worden (tenzij ze bereden of belopen worden en daardoor schoon blijven). Wel zeer zorgvuldig nabehandelen!
• Vermijd in vochtige milieus naast curing compounds ook zoveel mogelijk andere koolwaterstoffen zoals sommige anti-graffiti coatings. Voorkom een overmaat aan ontkistingsolie.
• Hanteer een lage water-cementfactor. Hoe lager hoe minder snel een biofilm wordt gevormd en hoe trager de aantasting.
• Overweeg het gebruik van een hydrofobeermiddel.
• Gebruik een cement met titaandioxide.
• Gebruik een hulpstof die beton beschermt tegen aangroei. Hulpstoffen die nu worden aanbevolen voor beton voor o.a. rioolbuizen zijn met een lage dosering wellicht al effectief voor beton in weer en wind.

Meer informatie

Zie voor meer informatie het over dit onderwerp verschenen artikel in Betoniek Vakblad 2017/1 en Stutech-rapport nr. 35.

• Betoniek Vakblad 2017/1
• Stutech