Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΠΑΡΑΚΤΙΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΣΤΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Ω.Σ.

Transcript

1 Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΠΑΡΑΚΤΙΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΣΤΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Ω.Σ. Χάρης Αποστολόπουλος Εργαστήριο Τεχνολογίας και Αντοχής των Υλικών Πανεπιστήμιο Πατρών 21o Φοιτητικό Συνέδριο ΕΠΙΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ 2014 Πάτρα Φεβρουαρίου 2015

2 φωνα με την ASCE (American Society Civil Engineering, 2010) στος της αποκατάστασης έργων υποδομής λόγω διάβρωσης του σιδηροοπλισμού πολογίζεται 18 φορές υψηλότερο από το όστος αποκατάστασης λόγω σεισμικών συμβάντων.

3 αράκτιες πόλεις με υπέροχη θέα και πολλά χλωριόντα

4 Κατασκευές σε Θαλάσσιο περιβάλλον Concrete deterioration of bridge piles Source: Road Transport Authority (RTA), NSW N και ACI 2001 καθορίζουν τα όρια συγκέντρωσης χλωριόντων σκυρόδεμα. Για τυπικό όριο 0.6%, η πιθανότητα εξάxνωσης του σιδηρού

5 Κατασκευές σε Θαλάσσια ατμόσφαιρα

6 Φυσικές Χημικές και Μηχανικές Φθορές

7 ανισμός πρόκλησης Τοπικής Διάβρωσης βρωση με βελονισμούς δράσης χλωριόντων ωριόντα προερχόμενα από: ταγονίδια θαλασσινού νερού μεση επαφή με θαλασσινό νερό αγολυτικά άλατα ιομηχανικά αρμυρά ύδατα υρκαγιά PVC, αέριο HCL

8 νισμός πρόκλησης Ομοιόμορφης ή Γενικής Διάβρωσης θράκωση (CO2) πλυση του Ca(OH)2 ι παράγοντες δημιουργίας ακικών ή θειικών αλάτων αράμετροι που επιδρούν Ποιότητα και πάχος επικάλυψης Κατηγορία τσιμέντου Συνθήκες περιβάλλοντος

9

10 Κατάρρευση σε Parking

11 Ιστορικές και Mελλοντικές Προβλέψεις συγκέντρωσης CO2 στην ατμόσφαιρα [Mehta P.K. Construction Introduction V 23, 6, pp 61-66, 2001]

12

13 Τυπική άποψη ενανθρακωμένου σκυροδέματος

14 $18-21 Billion / year spent on Repair and Maintenance of Concrete ση το μμα ο ατισμός ακόμη ότερο. Source- NRMCA

15

16 λήματα αρχίζουν με τη σκυροδέτηση. ασία ΕΝ 1504 (με μειωτές νερού) Επιφανειακές ρωγμές λόγω συστολής ξήρανσης (υψηλός λόγος Ν/Τ)

17 Προσομοίωση εκτίναξης σκυροδέματος λόγω διάβρωσης του χάλυβα σε διαφορετικά βάθη

18 Σχολιάζοντας το πρότυπο ELOT EN οι μηχανικοί ι διατηρώντας τις επικαλύψεις και σκυροδέματος οι θα εμφανίσουν από ενανθράκωση η ντα μετά από 50

19 ελεστής ρυθμού ενανθράκωσης ος έκθεσης σε έτη. ελεστής διάχυσης. Ks και Ds σύμφωνα με τον ELOT EN για διάφορες κατηγορίες έκθεσης Κατηγορία έκθεσης κατασκευής XC1 XC2 XC3 XC4 Min. Cover (mm) W/C Cement (Kgr) K (mm year -1/2 ) D (mm 2 / year) T (years)

20 ιση μεταξύ μετρήσεων μας και των carbonation curves σύμφωνα με τον ELOT EN Carbonation Rate of Major Cities in Greece Carbonation Depth (mm) Age vs Crete-Hrakleio Age vs Athens Centre Age vs Kalamata Age vs Thessaloniki-Centre Age vs Volos Age vs Mykonos Age vs Kifisia-Athens Age vs Ioannina Age vs Larissa K=3.54 mm year -1/2 (XC1, XC2) K=4.95 mm year -1/2 (XC3, XC4) Age in Years ξέταση αποκαλύπτει ότι η εφαρμογή του προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ δεν παρέχει επαρκή προστασία στα 50 έτη με πρώτη

21 C.Apostolopoulos et al, (article in press 2015) Mechanical Behavior of Corroded Protruding Rebars from unfinished Concrete Structures Journal of Applied Mechanical Engineering

22 H υποβάθμιση της μηχανικής απόδοσης του σιδηρού οπλισμού (και συνεπώς των κατασκευών) είναι χρονικά εξηρτημένη. Η έννοια της χρονικής εξάρτησης (κανονιστικά)

23

24

25 Protruding steel bars with an average mass loss at about 4% of a reference bar showed Yield strength and Uniform Elongation below the limits that are set by the EC2 for high ductility steels.

26

27

28 0c Επιπτώσεις από τη σύνδεση διαφορετικής κατηγορίας χαλύβων

29 Επιπτώσεις από την σύνδεση διαφορετικής κατηγορίας χαλύβων

30 Μαρτενσίτης Φεριτοπερλιτικός πυρήνας

31 Πειραματική Διαδικασία Διάβρωσης «γυμνών δοκιμίων»

32 Πειραματική Διάβρωση εγκιβωτισμένων ράβδων Πειραματικές δοκιμές σε 200 δοκίμια οπλισμένου σκυροδέματος B500c Φ8, Φ10 & Φ12 μέχρι 180 ημέρες σε θάλαμο αλατονέφωσης.

33 Εξέταση των βελονισμών (pits) of steel Β500c, Φ10 Πράσινος κύκλος: Μη διαβρωμένη περιοχή. Κόκκινος κύκλος : Θέσεις με έντονη σημειακή Διάβρωση.

34 Μεταβολή της κατά μήκος διατομής διαβρωμένης ράβδου Φ10

35 Εξέταση των βελονισμών Απεικόνιση βελονισμών δοκιμίου χάλυβα (a) γυμνού και (b) εγκιβωτισμένου. MAX MIN MIN MAX 0,28mm 0,35mm (a) Bare specimen (b) Embedded specimen την ίδια απώλεια μάζας, τα «γυμνά» δοκίμια έναντι των «εγκιβωτισμένων» κατέγραψαν εντονότερα βάθη βελονισμών.

36 Μέτρηση βάθους βελονισμών σε έντονο περιβάλλον διάβρωσης C.Apostolopoulos et al, «Pit Corrosion Examination of Bare and Embedded Steel Bar», 10 th International Conference "Advanced Metallic Materials and Technology", pp , Saint Petersburg, June 2013, Russia.

37 Άποψη επιφανειακών βελονισμών (a) γυμνών και (b) Εξέταση των βελονισμών αίωση και στην εργασία olopoulos et al, Chloride-induced corrosion of steel reinforcement Mechanical ance and pit depth analysis, Journal Construction Building Materials 38, pp (b) (a)

38 αι EDX - B500C Δοκίμια αναφοράς δίχως διάβρωση και τάνυση C. Apostolopοulos 2010, «Inelastic Cyclic Behavior of As-Received and Pre-Corroded B500c Tempcore Steel Reinforcement», International Journal of Structural Integrity, Vol. 1, (1), pp Si EDX analysis - Si inclusion Si

39 MnS EDX analysis - MnS inclusion

40

41 κος τομή δοκιμίου χάλυβα αναφοράς δίχως διάβρωση και τάνυση

42 B450C Εξωτερική επιφάνεια χάλυβα (5% mass loss) δίχως τάνυση Apostolopoulos Diamantogiannis et al, (2015) of the mechanical behavior in dual phase steel B400C, B450C and B500B in marine environment, Journal of Materials in Civil Engineering Crevice Corrosion Pitting osion sites contain Cl- (segment decohesion)

43 EDX - B450C Εσωτερική Βλάβη δοκιμίων (5% mass loss) δίχως τάνυση MnS, FeS Apostolopoulos Diamantogiannis (2015) sessment of the mechanical behavior in dual phase steel B400C, B450C and B500B in marine environment,

44 B450C Εξωτερική επιφάνεια χάλυβα (10% mass loss) δίχως τάνυση olopoulos, et al, «The Role of MnS Inclusion in Structural Integrity of Steel Bar under Seismic 0 th International Conference "Advanced Metallic Materials and Technology", pp , Saint Petersburg, June 2013, Russia. Apostolopoulos Diamantogiannis et al, (2015) of the mechanical behavior in dual phase steel B400C, B450C and B500B in marine environment, Journal of Materials in Civil Engineering 170μm

45 Επιφάνειες θραύσης Δοκίμια αναφοράς Απώλεια μάζας 5%

46 Εφελκυσμός C Apostolopoulos et al, «Structural Integrity Problems in Dual-Phase High Ductulity Steel Bar», Journal of Applied Mechanical Engineering, Vol. 1, Issue 5, , Ε 2 STRESS [MPa] STRESS [MPa] E 3

47 μήκος τομή με εμφανείς περιοχές MnS στα όρια της μαρτενσιτικής ζώνης. MnS MnS MnS MnS

48 Επιφάνεια θραύσης από Εφελκυσμό C Apostolopoulos et al, «Structural Integrity Problems in Dual-Phase High Ductulity Steel Bar», Journal of Applied Mechanical Engineering, Vol. 1, Issue 5, , (b) Martensite Martensite ιβεβαίωση της μερικής αποκόλλησης του διαβρωμένου μαρτενσιτικού φλοιού

49 Τα αποτελέσματα για τους χάλυβες υψηλής ολκιμότητας (διφασικοί), αναδεικνύουν την σημασία της διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα των κατασκευών. Οι αρχικές ατέλειες (οπές) στη δομή του χάλυβα καθώς και άλλα εγκλωβίσματα πως ενώσεις του θείου (FeS, MnS) υπο διαβρωτικό περιβάλλον (χλωριόντων η και την ύπαρξη υδρογόνου) μεγενθύνονται. Υπό σεισμικά συμβάντα, τα εγκλωβίσματα αυτά συνενώνονται με άλλα εξωτερικά pits συνιστώντας crack initiation. Η αναλυτική προσέγγιση τέτοιων καταστάσεων πραγματοποιείται μέσω μιας void growth analysis and or fast crack growth.

50 Ανακυκλήσεις με μικρού εύρους παραμορφώσεις έτιση της διάρκειας ζωής και του εύρους παραμόρφωσης (Συσσώρευση βλάβης).

51

52

53 ΣΕΙΣΜΙΚΕΣ ΦΟΡΤΙΣΕΙΣ διάρκειας ζωής, βαθμού διάβρωσης, απόστασης συνδετήρων, σεισμικών φορτίσεων. MAX STRESS Grade Απώλεια Μάζας Strain amplitude ±2.50 % 6Φ 8Φ IN STRESS B500c Δοκίμιο Αναφοράς 33 cycles 17 cycles 5% 21 cycles 16 cycles

54 Diamantogiannis Apostolopoulos, (2014),

55

56

57 a) Ισχυρά διαβρωμένος χάλυβας Δίχως coating b) - c) Μετά τον καθαρισμό του και d) Άποψη χάλυβα με coating μετά από ισχυρή διάβρωση.

58

59 iannis Apostolopoulos (2014), l Behavior of B500c Steel with an yer Coating in a Marine Environment, aterials in Civil Engineering ASCE

60

61

62 έτρηση Ηλεκτρικής Αντίστασης (Electric resistivity) υ ηλεκτρικού ρεύματος στο σκυρόδεμα αποτελεί μία ηλεκτρολυτική διαδικασία. Η αυξανόμενη ιοντική δραστηριότητα προκαλεί

63

64

65 ση Ανοδίων ης γαλβανικής προστασίας βασίζεται στον 1o Νόμο Ηλεκτρόλυσης του Faraday. της ουσίας (m) που αποτίθεται, ελευθερώνεται ή μετασχηματίζεται στο αντίστοιχο ηλεκτρόδιο την διάρκεια μίας ηλεκτρόλυσης είναι ανάλογη της ποσότητας του ηλεκτρικού φορτίου (Q) που ερνά το ηλεκτρολυτικό διάλυμα." Q M m F z (1) η μάζα (σε gr) του ανοδίου που καταναλώνετε για να απελευθερωθούν τα ηλεκτρόνια. ότητα του ηλεκτρικού φορτίου που πέρασε από το ηλεκτρολυτικό διάλυμα (Q = I*t) σε Coulombs(C) υ Ι είναι η ένταση ρεύματος σε Amp και t ο χρόνος σε sec. ο μοριακό βάρος του κράματος του ανοδίου σε gr/mol, στην περίπτωση του καθαρού ψευδαργύρου είναι gr/mol. μός σθένους των ιόντων. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΡΙΘΜΟΥ ΑΝΟΔΙΩΝ σμός ανηγμένης επιφάνειας οπλισμού προς προστασία. sign=ecc * Aπόδοση Ανοδίου. ται από την επιλογή του θυσιαζόμενου μετάλλου, νόδιο ψευδαργύρου Zn, ECC= 780 Ah/Kgr. η Ανοδίου :

66 ς κατανάλωσης Ανοδίου ανά ώρα καθοδικής. Χρονοεπάρκεια ανά κιλό. Consumption Rate h/kgr.,design (Ah/Kgr) / Icorr,cathodic Icorr, cathodic = At * Icorr * ΣΑ. At: ανηγμένη επιφάνεια οπλισμού. Ιcorr: πυκνότητας ρεύματος. ΣΑ: Συντελεστής Ασφαλείας. (1,2-1,7) Επιλογή πυκνότητας ρεύματος Icorrγια την προστασία κατασκευής. Υπολογισμός απαίτησης Γαλβανικής προστασίας σε πυκνότητα ρεύματος. Επιλογή θυσιαζόμενου μετάλλου Ανοδίου. ECC : Nominal Electrochemical Capacity (Ah/kgr)

67

68

69 λικά του αρχικού πλαισιακού φορέα είναι σκυρόδεμα ορίας C20/25 και χάλυβας σιδηροοπλισμού Β500 c όδεμα 5MPa, Poisson =0,20 9GPa βας 00MPa & f u = 600MPa Poisson =0,30 00GPa

70 Η διάβρωση επηρεάζει τη συνάφεια μεταξύ οπλισμού και σκυροδέματος. Σύμφωνα με την ανωτέρω εργασία

71

72 1 Αρχικός φορέας. ς 3(Κατάσταση αστοχίας ) λώματα Κ1 και Κ2 με σχήμα διάβρωσης τύπου Β (i cor =5μΑ/cm 2 & t=10έτη). ς 3) το σημείο αστοχίας απεικονίζεται με οριζόντια γραμμή (Αστοχία Κ2)..

73 Τα συμπεράσματα ενός «οπτικού ελέγχου» μπορεί να επιφυλάσσουν εκπλήξεις. Ιδιαίτερα όταν συνδυάζονται από πρόωρες καθησυχαστικές απόψεις πως: «Ρωγμές δεν φαίνονται,. η κατασκευή έχει αντέξει τόσους σεισμούς.»

74 χαιολογικό Μουσείο Αργοστολίου (2007), παρότι εξωτερικά δεν εμφάνιζε τικές μικρορηγματώσεις και χρωματικές αλλοιώσεις, ανιχνεύσαμε έντονη διάβρωση ια διατομής 19-28% στον κύριο οπλισμό) επισκευασμένων υποστυλωμάτων (gunite)»

75 Το Αρχαιολογικό Μουσείο Αργοστολίου μετά τον σεισμό (2014).

76 ο Αρχαιολογικό Μουσείο Αργοστολίου μετά τον σεισμό (2014).

77 υσιάζεται ένα εξελισσόμενο πείραμα με ιστορικό από 14 ομάδες κύκλων φόρτισης ελεγχόμενης παραμόρφωσης. Αρχικό Drift =0.15%.

78 πλισμένου σκυροδέματος 30*30 cm, ύψους 1.60m, 4Φ16, ΣΦ8/25, επικάλυψη cm (C20/25, Β500c) πριν και μετά τη διάβρωση οπλισμού 14% - 21 %

79

80