Roest, corrosie, oxidatie
Corrosie kan aanzienlijke problemen veroorzaken wanneer stalen bruggen of andere constructies eroderen. Jaarlijks worden miljarden dollars uitgegeven aan corrosiepreventie en andere corrosie-gerelateerde kwesties.
Corrosie is een chemische reactie die optreedt tussen twee stoffen, waarvan er tenminste één een metaal is, waarbij elektronen worden uitgewisseld. Roest is hetzelfde als corrosie, maar alleen als deze reactie op staal optreedt, wordt het roest genoemd. Deze transformatie omvat meestal een reactie met zuurstof, waarbij een zuiver metaal wordt omgezet in een chemisch stabieler metaaloxide.
De term ‘oxidatie’ wordt vaak gebruikt en houdt in dat het altijd reageert met zuurstof. Dit is echter niet altijd het geval, en de term "oxidatie" wordt nu gebruikt om te verwijzen naar alle chemische reacties waarbij elektronen worden uitgewisseld.
Dit komt bijvoorbeeld vaak voor in batterijen of accu's en wordt een reductieve oxidatiereactie genoemd.
Wat is weerstaal?
Sinds de mens ijzer verwerkt, hebben corrosie en effectieve corrosiebescherming een rol gespeeld. Het wordt onder meer zo aangebracht dat de oxidelaag zo dicht wordt dat deze geen zuurstof meer doorlaat naar het onderliggende materiaal waardoor het oxidatieproces stopt. Een goed voorbeeld hiervan is roestbestendig staal, waarbij chroom reageert met zuurstof en chroomoxiden vormt, die het oppervlak van de zuurstof-dichte laag voorzien. Het nadeel is dat de combinatie van chroom en het veelgebruikte nikkel in RVS tot hoge materiaalprijzen leidt.
Al in 1932 ontwikkelde de uitvinder Byramji D. Saklatwalla een stalen variant die een zuurstof-dicht oppervlak produceerde. Deze variant werd verder ontwikkeld door United Steel Corporation en kreeg de naam COR-TEN-staal. Dit is een afkorting voor "CORrosie-bestendig" en "Treksterkte". Weer-bestendig staal is een laag-gelegeerd staal dat bestaat uit ijzer waaraan kleine hoeveelheden koper, fosfor, silicium, nikkel en chroom zijn toegevoegd. De treksterkte (vloeigrens) van het materiaal bedraagt circa 355 MPA (N/mm²). Corten is dan ook een merknaam voor weervast staal, dat uitsluitend wordt geleverd door US Steel Corporation.
Verwerend staal zal net als gewoon constructiestaal roesten. Het zal echter een zeer dichte oxidelaag vormen die voorkomt dat zuurstof binnendringt.
Gebruik van weervast staal
Cortenstaal wordt veel gebruikt in artistieke creaties, vandaar de bijnaam 'kunstenaarsstaal'. Het wordt ook gebruikt in architectonische constructies zoals zeecontainers, bruggen en schoorstenen. De afgelopen jaren is de toepassing ervan als dakbedekkings- of bekledingsmateriaal in de bouwsector toegenomen. Cortenstaal wordt ook vaak gezien als geluidsbarrière langs snelwegen. Bovendien wordt dit materiaal veel aangetroffen in diverse tuinartikelen, zoals bloembedden, plantenbakken, schuttingen, roostervloeren of tuinpoorten. Ook vuurkorven en tuinhaarden zijn vaak gemaakt van cortenstaal. Hoge temperaturen zorgen ervoor dat cortenstaal sneller oxideert en sneller een roestlaag vormt. Vanwege de roestbestendigheid kunnen deze artikelen doorgaans lang meegaan.
Kwesties waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp en de bouw
Hoewel cortenstaal zuurstofondoorlaatbaar-is, is het nog steeds gevoelig voor slijtage. Zure regen, hagel of zandslijtage kunnen dit allemaal veroorzaken. Door slijtage wordt het onderliggende materiaal blootgelegd, waardoor het oxidatieproces opnieuw wordt gestart. Daarom kan cortenstaal na een gebruiksperiode doorroesten. Omgevingen met een hoog-zoutgehalte (zoals kustgebieden of plaatsen waar in de winter zout wordt gebruikt) kunnen ook de oxidelaag aan het oppervlak aantasten.
Verweringsstaal vereist afwisselend natte en droge omstandigheden om een goede beschermende coating te vormen. Als het staal langere tijd in een vochtige omgeving wordt bewaard, zal het uiteindelijk doorroesten. Daarom is het tijdens het ontwerp en de constructie essentieel om ervoor te zorgen dat er geen gaten zijn waardoor water zich kan ophopen. Ook vochtige bladeren die op het materiaal achterblijven, kunnen voor problemen zorgen.
Het lassen van weervast staal vereist het gebruik van additieven met dezelfde samenstelling als het staal zelf. Dit betekent dat de sterkte van het vulmetaal niet groter zal zijn dan die van het basismateriaal. Dit verschilt aanzienlijk van de additieven die worden gebruikt bij het lassen van constructiestaal. Bovendien moet de las glad zijn om te voorkomen dat water in holtes of gaten sijpelt.
Bevestigingsmiddelen zoals schroeven of bouten moeten van weervast staal zijn gemaakt, maar dit materiaal is vaak moeilijk verkrijgbaar. Een andere optie is het gebruik van bevestigingsmiddelen gemaakt van roest-bestendig staal, maar dit verhoogt de verwerkingskosten.
Tijdens het roestproces kan afvloeiend regenwater roestvlekken achterlaten op het onderliggende materiaal. Dit roestproces kan enkele maanden duren.
