Met bacteriën levensduur damwanden verlengen

Sommige damwanden zien er na decennia nog vrijwel nieuw uit, terwijl andere al veel eerder sterk zijn gecorrodeerd. Onderzoeker Michael Afanasyev probeert de verschillen in corrosiesnelheid te verklaren. Hij kijkt onder meer naar de aanwezige bodembacteriën en de eigenschappen en samenstelling van de grond en het grondwater. Uiteindelijk hoopt hij de omstandigheden in de bodem zodanig te kunnen beïnvloeden dat damwanden in de toekomst nauwelijks meer corroderen.

“Over corrosie van staal in de ondergrond is tot nu toe weinig bekend”, stelt Afanasyev van de afdeling Geo- Engineering van de TU Delft. “We weten wel dat de corrosiesnelheid enorm varieert. Bij de aanleg van een metrolijn in Kiev werd een damwand bijvoorbeeld al na enkele dagen dunner. We zien ook het omgekeerde. Zo bleken de zeventig jaar oude damwandplanken bij de vervanging van een kademuur in Rotterdam nog nauwelijks te zijn aangetast.”

Harde korst

“De snelle corrosie in Kiev was echt een extreem geval. Lokaal bleek het grondwater enorm zuur te zijn door de aanwezigheid van zwaveloxiderende bacteriën. Daardoor loste het ijzer van de damwandplanken razendsnel op en was van de planken al vrij snel bijna niets meer terug te vinden. Een minimale aantasting, zoals in Rotterdam, en alles er tussenin, komen we vaker tegen. Zijn damwandplanken weinig aangetast, dan zit er in de meeste gevallen op het metaal een harde korst die waarschijnlijk het onderliggende staal heeft beschermd (zie rechter hieronder). Vaak bestaat deze korst uit sideriet, een ijzercarbonaat, maar ook wel uit een mix van ijzersulfaat en ijzercarbonaat.”

Dunne harde korst op damwand. (Foto: Afanasyev)

Met zijn onderzoek probeert Afanasyev te achterhalen onder welke omstandigheden bacteriën de corrosiebeperkende korsten vormen. Daarvoor heeft hij onder andere in de Rotterdamse haven en bij de Zeeburgersluis in Amsterdam monsters genomen van verwijderde damwanden, de omringende grond en het grondwater. “We vermoeden dat de korsten ontstaan door bacteriën die een biofilm– tandplak als het ware – produceren tegen het staal aan. Mogelijk sluit deze biofilm de poriën in de grond af, waardoor corrosieve stof fen het staal niet meer kunnen bereiken. Na verloop van tijd verandert de tandplak in tandsteen en krijg je de harde korst die we geregeld op damwanden terugvinden.”

CT-scanner

“Om te zien of ons vermoeden klopt, ga ik onder andere de corrosieproducten – de verweerde laag op het staal en de eventuele korsten – analyseren. Ook ga ik het grondwater en de grond rondom de damwanden uitgebreid bemonsteren. Dat laatste is niet eenvoudig omdat er meestal maar weinig aanhangende grond meekomt bij het trekken van damwanden. Daarom hebben we bij de Zeeburgersluis vlak naast de damwand een boring gedaan, zodat we kunnen zien wat de samenstelling van de grond op verschillende diepten is. Voor de analyses van de grond en het grondwater schakelen we externe deskundigen in zoals het Chemisch Biologisch Laboratorium Bodem (CBLB) in Wageningen en SGS-Intron. De harde korst gaan we zelf analyseren met onder andere een CT-scanner, waarmee we verschillen in dichtheden en porositeit kunnen meten.”

Computermodel

Naast het onderzoek aan de materialen uit het veld, gaat Afanasyev ook experimenten in het laboratorium uitvoeren. Zo wil hij stukjes metaal in potten doen met in elke pot een andere grondmengsel. Met de CT-scanner wil hij vervolgens iedere week de verschillende potten analyseren om te zien wat er gebeurt. Hoe snel corrodeert het metaal? Wat is de invloed van de hoeveelheid chloride en sulfaat in de grond? Maakt het uit hoe poreus de grond is? In welke potten vormen bacteriën ‘tandplak’? En wanneer slibben poriën dicht?

Afanasyev: “Op basis van de uitkomsten van de veldanalyses en labexperimenten hoop ik een computermodel te kunnen ontwikkelen dat de geochemische en fysische processen rond damwanden en andere stalen elementen in de ondergrond adequaat beschrijft. Met zo’n model kun je voorspellen hoe snel staal corrodeert in verschillende grondsoorten. Dat is waardevolle kennis voor aannemers, maar voor ons is dat niet het eindpunt. Als volgende stap willen we aantonen dat we de processen in de grond en op het metaal positief kunnen beïnvloeden door de lokale omstandigheden aan te passen. Denk aan het injecteren van voedingsstoffen die de korstproducerende bacteriën lekker vinden.”

Besparen

Over het maatschappelijk belang van zijn onderzoek is Afanasyev helder:“Vanwege de grote verschillen in corrosiesnelheid nemen opdrachtgevers en aannemers tot nu toe grote veiligheidsmarges in acht. Als de damwanden van een ondergrondse parkeergarage vijftig jaar moeten meegaan zonder te lekken, kiezen ze voor de zekerheid voor damwandplanken die een paar millimeter dikker zijn, zodat er ook bij forse corrosie geen lekkage optreedt. Dat lijkt weinig uit te maken, maar een damwandplank van vijftien millimeter vergt vijfentwintig procent meer staal dan een van twaalf millimeter dik. Dat extra staal kost niet alleen veel geld, maar ook extra energie voor de productie en het transport. Er valt dus heel veel te besparen.”