ΠΕΡΙΛΗΨΗ. H απάντηση στα ερωτήματα αυτά, είναι ότι:

Transcript

1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ H φθορά του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος (ΧΟΣ) λόγω της ατμοσφαιρικής διάβρωσης είναι μείζονος σημασίας τόσο από οικονομική άποψη όσο και από την πλευρά της συμπεριφοράς των κατασκευών (μηχανικές αντοχές). Δυστυχώς, τις περισσότερες φορές ο ΧΟΣ βρίσκεται εκτεθειμένος για μεγάλα χρονικά διαστήματα στην ατμόσφαιρα κατά την μεταφορά και αποθήκευσή του σε εργοταξιακούς χώρους. Σε κάθε ένα από τα παραπάνω στάδια μπορεί να προσβληθεί από χλωριόντα που είτε μεταφέρονται από τη θάλασσα είτε βρίσκονται στον αέρα στης ατμόσφαιρας. Το γεγονός αυτό οδηγεί στην δημιουργία προϊόντων διάβρωσης στην επιφάνεια του εκτεθειμένου ΧΟΣ. Ο σχηματισμός των προϊόντων διάβρωσης στην επιφάνεια του ΧΟΣ, έχει δημιουργήσει ερωτήματα όπως: Αν επηρεάζεται η συνάφεια του ΧΟΣ με το σκυρόδεμα. Αν τα προϊόντα διάβρωσης μεταβάλλουν τις μηχανικές ιδιότητες του ΧΟΣ. Αν επηρεάζεται η ανθεκτικότητα των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος, όπου χρησιμοποιείται διαβρωμένος χάλυβας. H απάντηση στα ερωτήματα αυτά, είναι ότι: 1. H μηχανικές ιδιότητες του ΧΟΣ δεν μεταβάλλονται παρά μόνο όταν μεταβληθεί η διατομή του 2. H παρουσία προϊόντων διάβρωσης στην επιφάνεια του ΧΟΣ επηρεάζει άμεσα την συνάφεια χάλυβα/σκυροδέματος, με αυξητικό ρυθμό ο οποίος μειώνεται στην πορεία όσο το πάχος των οξειδίων αυξάνει. 3. H δημιουργία τοπικών γαλβανικών στοιχείων λόγω της διάβρωσης μειώνει την ανθεκτικότητα των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Το θέμα της διδακτορικής αυτής διατριβής είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας αναστολέων διάβρωσης στο να προσφέρουν προστασία στον ΧΟΣ από την ατμοσφαιρική διάβρωση. Αρχικά εξετάστηκαν απλά διαλύματα αναστολέων διάβρωσης ως και στην συνέχεια έγινε προσπάθεια προστασίας του ΧΟΣ, με επικαλύψεις μικρού σχετικά πάχους. Οι αναστολείς διάβρωσης που περιέχονται στα διαλύματα και στις επικαλύψεις, ανήκουν στην ομάδα των αμινοαλκοολών οι οποίες ροφώνται στην επιφάνεια του χάλυβα. Ο τρόπος εναπόθεσής τους στην επιφάνεια του ΧΟΣ, που χρησιμοποιήθηκε σ όλες τις περιπτώσεις, ήταν ο ψεκασμός. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της δράσης του κάθε αναστολέα διάβρωσης και πως αυτός αντιδρά στους διάφορους παράγοντες που εντείνουν την δημιουργία οξειδίων στην επιφάνεια του ΧΟΣ. H προστατευτική δράση και η ανθεκτικότητα του κάθε αναστολέα, είτε αυτός ήταν σε διαλύματα είτε σε υδατοδιασπειρόμενες ρητίνες, μελετήθηκε και εκτιμήθηκε σε ευθύγραμμο ΧΟΣ με οπτική επιθεώρηση, με προσδιορισμό απώλειας μάζας και με ηλεκτροχημικές μετρήσεις κατόπιν έκθεσης πολλών σειρών δοκιμίων στην ατμόσφαιρα για ποικίλα χρονικά διαστήματα. Ακόμα εξετάστηκε η συμπεριφορά των επικαλύψεων στο σημείο της κάμψης σε διαμορφωμένους χάλυβες (με τους κανόνες

2 που ορίζει ο Κανονισμός Τεχνολογίας Χάλυβα - ΚΤΧ) και η αντοχή τους σε περιβάλλον πλούσιο σε χλωριόντα (έκθεση σε θάλαμο αλατονέφωσης). Δεν θα μπορούσε να παραληφθεί η εξέταση συνάφειας χάλυβα / σκυροδέματος με την μέθοδο της εξόλκευσης (Pull-Out tests). Σχετικά με τα διαλύματα αναστολέων, οι μετρήσεις του σταθμικού προσδιορισμού της απώλειας μάζας του ΧΟΣ για τρίμηνη έκθεση στην ατμόσφαιρα, έδειξε ότι μπορούν να προσφέρουν προστασία στον ΧΟΣ. Όμως η οπτική παρατήρηση δεν έδειξε να συμφωνεί πλήρως με τις παραπάνω μετρήσεις. Από τα πέντε διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν, μόνο δύο έδειξαν να διατηρούν κατά ένα βαθμό την χαλύβδινη μεταλλική όψη του ΧΟΣ, αλλά και πάλι όχι σε ικανοποιητικό βαθμό. Οι δοκιμές συνάφειας (pull-out tests) που πραγματοποιήθηκαν για τους ψεκαζόμενους αναστολείς έδειξαν ότι δεν υπάρχει διαφορά στην συνάφεια μεταξύ του ΧΟΣ χωρίς ψεκασμό και των δοκιμίων που είχαν ψεκαστεί με τα διάφορα διαλύματα. Μετά από τις διαπιστώσεις αυτές, έγινε προσπάθεια προστασίας του ΧΟΣ με επικαλύψεις μικρού σχετικά πάχους. Έγιναν δοκιμές με επικαλύψεις βασιζόμενες στις αλκυδικές ρητίνες (MC), με μετατροπείς οξειδίων σιδήρου (XG) και με ρητίνες σιλικόνης (SA). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι έγινε προσπάθεια να χρησιμοποιηθούν γαλακτώματα και όχι επιστρώματα που χρησιμοποιούν οργανικούς διαλύτες, για λόγους προστασίας του περιβάλλοντος. Οι παραπάνω επικαλύψεις είναι υδατοδιασπειρόμενες ρητίνες με προσθήκη αναστολέα διάβρωσης. Οι υδατοδιασπορές αυτές χρησιμοποιήθηκαν μετά από αραίωση με απιονισμένο νερό, σε συγκέντρωση 25% και 50% κ.β.. Ο κυριότερος λόγος της αραίωσης αυτής ήταν η μείωση του κόστους παραγωγής των ρητινούχων επικαλύψεων αλλά μετά από εξακρίβωση της διατήρησης των χαρακτηριστικών τους πλεονεκτημάτων. Από την οπτική επιθεώρηση που έγινε σε ευθύγραμμους ΧΟΣ μήκους 12m, προστατευμένους και μη υπό βιομηχανικές συνθήκες, προέκυψε ότι η επικάλυψη MC_50% έχει την δυνατότητα να προστατεύσει τον ευθύγραμμο ΧΟΣ για χρονικό διάστημα μέχρι και ενός έτους και τα κεκαμμένα δοκίμια μέχρι 4 μήνες. Παρόμοια αποτελέσματα έδειξαν και δοκίμια ΧΟΣ μήκους 10cm, τα οποία είχαν προστατευτεί με επικάλυψη MC_50%, σε εργαστηριακή κλίμακα. Δοκίμια ΧΟΣ επικαλυμμένα με την κατηγορία SA, δεν έδωσαν καλύτερα αποτελέσματα προστασίας μετά από τετράμηνη επιθεώρηση τους, ούτε σε ευθύγραμμο ούτε σε κεκαμμένο ΧΟΣ, σε σχέση με δοκίμια ΧΟΣ επικαλυμμένα με την κατηγορία MC. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η πιθανή αντιδιαβρωτική δράση των αναστολέων υπό τη μορφή προστατευτικών επιστρώματων του Χ.Ο.Σ. μέσα σε κονίαμα. H αξιολόγηση της ανθεκτικότητας του προστατευμένου ΧΟΣ στην διάβρωση μέσα σε κονίαμα, έγινε σε περιβάλλον χλωριόντων και σε συνθήκες επιταχυνόμενης ενανθράκωσης. Και στις δύο περιπτώσεις ακολούθησαν μετρήσεις απώλειας μάζας του ΧΟΣ και ηλεκτροχημικές. Για τις μετρήσεις αυτές, 46 δοκίμια ΧΟΣ επικαλύφθηκαν με διαλύματα αναστολέων και 48 με τις υποεξέταση υδατοδαισπειρόμενες ρητίνες. Τα επικαλυμένα δοκίμια όλων των κατηγοριών εγκιβωτίστηκαν σε κονιάματα και εκτέθηκαν τόσο σε περιβάλλον χλωριόντων (ημιεμβάπτιση σε διάλυμα 3.5%NaCl) όσο και σε θάλαμο ενανθράκωσης. Σε όλες τις δοκιμές που χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση του ρυθμού διάβρωσης του ΧΟΣ, συμπεριλαμβανόταν πάντα μία σειρά δοκιμίων Χ.Ο.Σ. χωρίς καμία επεξεργασία προστασίας, ως δοκίμια αναφοράς, προκειμένου να αποτελέσει την βάση σύγκρισης των υπολοίπων δοκιμίων.

3 Από τις δοκιμές που έγιναν σε κονιάματα με ΧΟΣ προστατευμένο με επικαλύψεις, προέκυψε ότι το MC έδωσε προστατευτικά αποτελέσματα τόσο κατά την δοκιμή της ενανθράκωσης όσο και κατά την ημιεμβάπτιση των δοκιμίων σε διάλυμα 3.5% NaCl. Σημειώνεται ότι η κατηγορία επικαλύψεων SA έδωσε καλύτερα αποτελέσματα από το MC, κατά την παραμονή των οπλισμένων κονιαμάτων στον Θάλαμο ενανθράκωσης. Από τις δοκιμές συνάφειας που έγιναν (pull-out tests) προέκυψε ότι το MC δεν επηρεάζει την συνάφεια μεταξύ οπλισμού και σκυροδέματος. Το γεγονός αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η προστασία με επικαλύψεις, οι οποίες βασίζονται σε αλκυδικές ρητίνες (MC) είναι ικανές να προστατεύσουν τον ΧΟΣ μέσα και έξω από το σκυρόδεμα, χωρίς να επιδρούν στην συνάφεια χάλυβα / σκυροδέματος. Από τις υπόλοιπες επικαλύψεις που δοκιμάστηκαν συμπεραίνουμε ότι είναι δυνατή η συνέχιση της βελτίωσης των ιδιοτήτων των επικαλύψεων με βάση τις ρητίνες σιλικόνης, ώστε να καταστούν ικανές να προσφέρουν στον χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος ικανοποιητική προστασία για εύλογο χρονικό διάστημα.

4 ABSTRACT Reinforced steel corrosion is a major issue for both constructions endurance and steel commercial value. Unfortunately, a very common problem in our days, during the storage of reinforced steels in coastal and urban regions, waiting the building construction, is the formation of corrosion products on their surface due to atmospheric corrosion. For several years engineers are up to investigate whether rust on rebar s surface effects its fundamental characteristics, such as: Rebar-concrete bond stress-slip Mechanical strength over time Unstable micro-environment for embedded rebars by catalyzing side chemical reactions Many relevant studies have suggested the following general conclusions: 1. A small amount of corrosion formations improves rebar-concrete bonding. However, bigger quantities negate dramatically pull-out resistance. 2. Reinforced steel strength, being directly related to its crosscut, is negatively affected by rust. 3. There are many proven links between corrosion developing mechanisms and concrete environment. The aim of the present study is to evaluate the effectiveness of alkanolamine as an inhibitor to slow down or prevent atmospheric corrosion of the reinforcing steel rebars. Initially, investigated inhibition properties of alkanolamine as water based solutions in different concentrations. Further tests were conducted by using alkanolamine as thin film coatings. In both cases, organic agents are absorbed on steel surfaces by spraying methods. In the study are examined reactions mechanisms of corrosive environment on steel surface with each inhibitor. The anticorrosive capability of organic inhibitors was evaluated at predetermined exposure times by mass loss measurements of the steel substrate, by linear polarization curves, pull-out tests and with visual examination of the degree of rusting. Furthermore, corresponding tests were conducted on bended rebars according to Greek relevant regulations. For a three-month exposure period, average weight loss measurements revealed anticorrosive effectiveness of solution inhibitors. Furthermore, pull-out tests showed that bonding was not negatively affected by the inhibitors. On the other hand, visual examination reports were not aligned with the figures. Only two out of five solution samples preserved partially the steel brightness on the rebars. The results above, led to thin film organic inhibitors examination. Coatings were based on alkyd resins (MC), iron oxide transformers (XG) and silicon resins (SA). For environmental reasons, emulsions were preferred against coatings with organic solvent. The water sprayed resins used diluted in 25% and 50% concentrations, in order to examine possibilities or minimizing manufacturing cost, without protection degrading. Visual inspection of rectilinear rebars (12m) with MC_50% coating showed that there is efficient protection for almost a year period. Corresponding tests on bended rebars showed that the protection does not exceed 4 months. Laboratory

5 measurements on 10cm samples support the observations above. In contrary to MC, testing SA coatings did not prevent corrosion either on rectilinear or bended samples. Anticorrosive protection of organic inhibitors (solutions and resins coatings) tested also, on embedded rebars, in highly corrosive conditions, such as solution with 3,5% NaCl and accelerated carbonation room. Mass loss and electrochemical measurements were taken in both experiments. In every batch of samples, several unprotected rebars used as a reference point. The results of embedded rebars experiments showed that MC and SA coatings provide anticorrosive protection. In specific measurements, SA appears to be more effective than MC. According to pullout tests for MC, the corresponding resistance was not affected. Overall measurements and visual inspections led to the conclusion that anticorrosive protection can be achieved by using coatings based on alkyd resins, either for embedded or not embedded reinforced steel. Silicon based inhibitors could be further improved through research, in order to extend the duration of their protection.