σκυροδέµατος λόγω ενανθράκωσης και ταυτόχρονης παρουσίας χλωριόντων.

Transcript

1 Επίδραση του αναστολέα διάβρωσης µε βάση την N,Nδιµεθυλαµινοαιθανόλη στην προστασία του οπλισµού του σκυροδέµατος λόγω ενανθράκωσης και ταυτόχρονης παρουσίας χλωριόντων. Γ. Μπατής, Ε. Ρακαντά, Β. Θεοδωρίδης Σχολή Χηµικών Μηχανικών Ε.Μ.Π, Τοµέας Επιστήµη και Τεχνική των Υλικών Κ. Κ. Σίδερης Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών ηµοκρίτειου Πανεπιστηµίου Θράκης Λέξεις κλειδιά: ιάβρωση, ενανθράκωση, αναστολείς διάβρωσης, συνθετικό διάλυµα πόρων ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην παρούσα εργασία ερευνάται η επίδραση της N,N-διµεθυλαµινοαιθανόλης στη διάβρωση του χάλυβα λόγω ενανθράκωσης παρουσία χλωριόντων. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν µείγµατα κονιάµατος από τσιµέντο Πόρτλαντ και ποζολανικά τσιµέντα και στη συνέχεια εκτέθηκαν σε υπαίθριες συνθήκες καθώς επίσης και σε ελεγχόµενο θάλαµο ενανθράκωσης µε συγκέντρωση CO 2 10% και σχετική υγρασία 50-65%. Το βάθος ενανθράκωσης και η απώλεια οπλισµού λόγω της σκουριάς λήφθηκαν για ένα χρονικό διάστηµα µέχρι δύο έτη. Τα διαθέσιµα αποτελέσµατα µέχρι αυτήν την ηλικία δείχνουν ότι η ενανθράκωση όλων των µιγµάτων µειώνεται σηµαντικά εάν η N,N-διµεθυλαµινοαιθανόλη προστίθεται στο µίγµα. Σε αυτήν την περίπτωση το βάθος της ενανθράκωσης µειώθηκε µέχρι 60%. Σηµαντική προστασία παρουσιάζεται επίσης στην περίπτωση της ταυτόχρονης παρουσίας χλωριόντων και ενανθράκωσης καθώς επίσης και στην περίπτωση της διάβρωσης του οπλισµού αποκλειστικά λόγω της διείσδυσης χλωριόντων. Στην τελευταία υπήρξε ένα ανώτερο όριο στη συγκέντρωση των χλωριόντων πέρα του οποίου η N,Nδιµεθυλαµινοαιθανόλη βρέθηκε να µην είναι αποτελεσµατική (τουλάχιστον για την περιεκτικότητα που χρησιµοποιήθηκε σε αυτήν την έρευνα). 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το σκυρόδεµα είναι ένα πορώδες υλικό µε αρκετά υψηλή αλκαληκότητα. Η αλκαληκότητα του οφείλεται στο διάλυµα των πόρων του σκυροδέµατος το οποίο αποτελείται κυρίως από υδροξείδια του ασβεστίου, και δευτερευόντως από υδροξείδια του νατρίου και καλίου. Είναι γνωστό ότι γενικά τα µέταλλα (εκτός του αλουµινίου) παθητικοποιούνται σε αλκαλικά διαλύµατα ενώ αντίθετα διαβρώνονται/ διαλύονται σε όξινα διαλύµατα. Κατά συνέπεια η αλκαλικότητα του σκυροδέµατος οδηγεί στην δηµιουργία ενός παθητικού στρώµατος στην επιφάνεια του χαλύβδινου οπλισµού. Η παθητικοποιήση του χάλυβα µέσα στο σκυρόδεµα οφείλεται στη δηµιουργία επιφανειακού επιστρώµατος µαγνητίτη (Fe 3 O 4 ) ή γ- Fe 2 O 3., το οποίο είναι αρκετά συνεκτικό, λεπτό µε το υπόστρωµα και προστατεύει από την διάβρωση τον χάλυβα. Η έναρξη της διάβρωσης του οπλισµένου σκυροδέµατος αρχίζει µε την έναρξη της διάρρηξης του παθητικού στρώµατος του χάλυβα. Η αποπαθητικοποίηση του χάλυβα οφείλεται στην µείωση της αλκαλικότητας του σκυροδέµατος. Συγκεκριµένα όταν η τιµή του ph κυµαίνεται µεταξύ 9 ph 11 τότε ξεκινά η καταστροφή του παθητικού στρώµατος. Η µείωση του ph στο διάλυµα των πόρων του σκυροδέµατος συµβαίνει είτε

2 λόγω της διάχυσης των χλωριόντων είτε λόγω της τοπικής οξίνησης του σκυροδέµατος (ενανθράκωση) λόγω της διάχυσης του. Για την διάβρωση δια µέσω της διάχυσης των χλωριόντων στο σκυρόδεµα, η συγκέντρωση αυτών θα πρέπει να είναι µεγαλύτερη από τα 0,4g/100g Τσιµέντου Πόρτλαντ. Η τιµή αυτή δεν είναι απόλυτη, αφού στη διάβρωση του σκυροδέµατος επιδρούν και άλλοι συνεργηστικοί παράγοντες όπως θερµοκρασία, σχετική υγρασία, συγκέντρωση διαθέσιµου οξυγόνου. Στην εικόνα 1 παρουσιάζονται τα κυριότερα στάδια της διάβρωσης (Broomfield, J.P ). 1 ο στάδιο: Στην επιφάνεια του σκυροδέµατος εµφανίζονται οι πρώτες µικρορηγµατώσεις, χωρίς άλλα εµφανή σηµάδια διάβρωσης του οπλισµού όπως εµφανής σκουριές. 2 ο στάδιο: Το σκυρόδεµα επιφανειακά χρωµατίζεται από τα προϊόντα της διάβρωσης του χάλυβα (εµφανής σκουριά), ενώ το πλήθος των ρωγµών αυξάνει 3 ο στάδιο: θραύση και µερική αποκόλληση του σκυροδέµατος, µερική αποκάλυψη των οπλισµών. 4 ο Στάδιο: εκτεταµένες φθορές από την διάβρωση, Συνολική άποψη της έκτασης της διάβρωσης σε γέφυρα από οπλισµένο έκθεση των οπλισµών στην σκυρόδεµα. Αποκάλυψη των οπλισµών, εµφανείς σκουριές στην επιφάνεια ατµόσφαιρα λόγο της αποκόλλησης και του, ρηγµάτωση µε συνέπεια την θραύση/ αποκόλληση του πάχους της φθοράς του σκυροδέµατος της επικάλυψης των οπλισµών. κατασκευής. Εικόνα 1: Στάδια διάβρωσης οπλισµένου σκυροδέµατος Λόγω της έκτασης του προβλήµατος της διάβρωσης του οπλισµένου σκυροδέµατος, παγκοσµίως έχουν αναπτυχθεί διάφορα επιπλέον συστήµατα προστασίας από τη διάβρωση όπως οι αναστολείς

3 διάβρωσης, εποξειδικής ρητίνης επικαλυµµένος χάλυβας, ανοξείδωτος χάλυβας, η επιφανειακή βαφή του σκυροδέµατος και η καθοδική προστασία του οπλισµού. Μεταξύ των συστηµάτων προστασίας από τη διάβρωση η χρήση των αναστoλέων διάβρωσης ως πρόσµεικτα στο σκυρόδεµα είναι µία δηµοφιλής, εύκολη και σχετικά οικονοµική µέθοδος (Saremi, M. et. al., 2002). Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η αποτελεσµατικότητα αναστολέα διάβρωσης µε βάση την Ν, Ν ιµεθυλαµινοαιθανόλη έναντι της ενανθράκωσης του σκυροδέµατος και της διάβρωσης του οπλισµού παρουσία χλωριόντων. 2 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ 2.1 Υλικά Για την µελέτη της ενανθράκωσης του σκυροδέµατος κατασκευάστηκαν δύο σειρές κυλινδρικών δοκιµίων από τσιµεντοκονιάµατος. Στην πρώτη σειρά χρησιµοποιήθηκε τσιµέντο Πόρτλαντ τύπου I- 42.5N, ενώ για την δεύτερη σειρά χρησιµοποιήθηκε τσιµέντο τύπου II-42.5N σύµφωνα µε το πρότυπο EN Στον πίνακα 1 δίνεται η χηµική σύσταση των τσιµέντων. Ο οπλισµός των δοκιµίων ήταν τύπου S500s Tempcore διαµέτρου 12mm (Φ12) και µήκους 100mm για όλα τα δοκίµια, η χηµική σύσταση των οποίων δίνεται στον πίνακα 2. Ως αδρανή χρησιµοποιήθηκε προτυποποιήµενη άµµος EN Τα δοκίµια των χαλύβων πριν την σκυροδέτηση τους στα δοκίµια τσιµεντοκονίας, καθαρίστηκαν µε διάλυµα υδροχλωρικού οξέος µε αναστολέα διάβρωσης έτσι ώστε να αποµακρυνθούν τυχόν οξείδια από την επιφάνεια τους ξεπλύθηκαν µε απιονισµένο νερό και στην συνέχεια εµβαπτίστηκαν σε ακετόνη και ζυγίστηκαν µε ακρίβεια τέταρτου δεκαδικού ψηφίου (ISO/DIS ). Η ανάµιξη και η κατασκευή των δοκιµίων έγινε σύµφωνα µε το πρότυπο DIN 1164 [2]. Οι αναλογία τσιµέντο/ νερό/αδρανή ήταν ίση µε 1/0,6/3 και κρατήθηκε σταθερή για όλα τα δοκίµια Πίνακας 1. Χηµική σύσταση τσιµέντων Συγκέντρωση οξειδίων (%) Τσιµέντο Πόρτλαντ Cement I-42.5N Commercial Blended Cement II-42.5N SiO2 19,64 25,3 Al 2 O 3 4,62 5,95 Fe 2 O 3 3,27 4,44 CaO 63,59 55,7 MgO 1,91 2,98 SO 3 3,03 3,00 Na 2 O 0,38 0,30 K 2 O 0,62 0,57 Πίνακας 2. Χηµική σύσταση % δοµικού χάλυβα τύπου S500s Tempcore. C Mn S P Si Ni Cr Cu V Mo

4 Ως αναστολέας διάβρωσης χρησιµοποιήθηκε οργανικός αναστολέας µε κύριο συστατικό αναστολής την Ν, Ν ιµεθυλαµινοαιθανόλη. Αναλογία προσθήκης του στο τσιµεντοκονίαµα ήταν 4%κ.β τσιµέντο, ενώ η ανάµιξη του έγινε στο νερό µίξης των τσιµεντοκονιαµάτων. Η ανθεκτικότητα των δοκιµίων ως προς την ενανθράκωση µετρήθηκε σε κυλινδρικά δοκίµια διαµέτρου 40 mm και ύψους 100 mm. Για κάθε σειρά δοκιµίων (τύπο τσιµέντου) κατασκευάστηκαν έξι δοκίµια τσιµεντοκονιάµατος. Όλα τα δοκίµια κονιάµατος τοποθετήθηκαν σε θάλαµο ωρίµανσης υπό σταθερές συνθήκες θερµοκρασίας T και σχετικής υγρασίας RH (Τ=20±2 ο C και RH 95%) για 72h ώρες. Στη συνέχεια τα δοκίµια τοποθετήθηκαν σε θάλαµο επιταγχυνόµενης ανθράκωσης υπό ελεγχόµενες συνθήκες σχετικής υγρασίας RH=60±5%, θερµοκρασίας 20±2 C µε συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα 10%, για χρονικό διάστηµα 5 εβδοµάδων. Για την εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας του αναστολέα διάβρωσης πραγµατοποιήθηκαν ηλεκτροχηµικές µετρήσεις σε κυλινδρικά δοκίµια χάλυβα S500s Tempcore (βλέπε πίνακα 2) διαµέτρου 12mm και µήκους 10mm σε συνθετικό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος. Τα δοκίµια του χάλυβα παρέµειναν στα υπό εξέταση διαλύµατα για 24 ώρες πριν από κάθε µέτρηση, για την δηµιουργία του παθητικού στρώµατος στην επιφάνεια τους. Η εκτίµηση της απόδοσης του προαναφερθέν αναστολέα διάβρωσης πραγµατοποιήθηκε σε κορεσµένο διάλυµα υδροξειδίου του ασβεστίου Ca(OH) 2 µε προσθήκη σε καθορισµένες αναλογίες αναστολέα διάβρωσης και χλωριόντων (προστιθέµενα στο διάλυµα υπό µορφή NaCl). Οι κώδικες ονοµασίες και η χηµική σύσταση των διαλυµάτων (τεχνητό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος)παρουσιάζονται στον πίνακα Μέθοδοι εκτίµησης Η εκτίµηση της ανθεκτικότητας των τσιµεντοκονιαµάτων σε CO 2 έγινε σύµφωνα µε την µέθοδο RILEM CPC-18. οι τιµές της ενανθράκωσης που παρουσιάζονται στα διαγράµµατα προκύπτουν από τον µέσο όρο του βάθους ανθράκωσης των 6 δοκιµίων για κάθε σειρά τσιµεντοκονιαµάτων Για την εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας του αναστολέα διάβρωσης πραγµατοποιήθηκαν οι παρακάτω ηλεκτροχηµικές µετρήσεις! Μετρήσεις γραµµικής πόλωσης για τον προσδιορισµό της πυκνότητας του ρεύµατος διάβρωσης, της αντίστασης γραµµικής πόλωσης και του ρυθµού διάβρωσης.! Μετρήσεις κυκλικής πόλωσης για τον προσδιορισµό του δυναµικού διάρρηξης του παθητικού στρώµατος στην επιφάνεια του χάλυβα και το δυναµικό επαναπαθητικοποίησης του υπό εξέταση χάλυβα Η πειραµατική διάταξη για την διεξαγωγή των ηλεκτροχηµικών µετρήσεων (γραµµική και κυκλική πόλωση) περιελάµβανε Ποτενσιοστάτη/ γαλβανοστάτη της E.G & Model 263 συνδεδεµένο µε υπολογιστή για την καταγραφή των πειραµατικών δεδοµένων. Για την επεξεργασία των ηλεκτροχηµικών αποτελεσµάτων χρησιµοποιήθηκε λογισµικό Softcorr III της εταιρίας E.G & G Princeton Research. Οι ηλεκτροχηµικές µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν σε προτοτυποποιηµένο κελί ηλεκτρόλυσης υπό σταθερές συνθήκες θερµοκρασίας. Η διάταξη ήταν τριών ηλεκτροδίων. Ως ηλεκτρόδιο αναφοράς χρησιµοποιήθηκε ηλεκτρόδιο κεκορεσµένου καλοµέλανα SCE. Ως ηλεκτρόδιο εργασίας είναι το υπό εξέταση οπλισµός, ενώ ως βοηθητικό ηλεκτρόδιο χρησιµοποιήθηκε έλασµα από πλέγµα πλατίνας / λευκόχρυσου διαστάσεων 2cm 2. Ο ηλεκτρολύτης ο οποίος χρησιµοποιήθηκε ήταν κάθε φορά το υπό εξέταση διάλυµα (βλέπε πίνακα 4, συνθετικό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος). Στην τεχνική γραµµικής πόλωσης ο χάλυβας οπλισµού σκυροδέµατος πολώνεται σε µικρό εύρος δυναµικών ± 20mV από το δυναµικό ισορροπίας του(e eq ), και λαµβάνεται διάγραµµα σάρωσης των δυναµικών συναρτήσει της πυκνότητας του ρεύµατος διάβρωσης. Στη περιοχή [E eq -20mV, E eq +20mV] η συνάρτηση του δυναµικού ως προς την πυκνότητα του ρεύµατος ακολουθεί τον νόµο του Ohm

5 (γραµµική µεταβολή ρεύµατος ως προς δυναµικό). Ρυθµός µεταβολής επιβαλλόµενου δυναµικού (Scan rate) 0.1mV/sec. Στην τεχνική της κυκλικής πόλωσης οι παράµετροι που ορίστηκαν για την πόλωση του δοκιµίου ήταν οι ακόλουθοι: Ρυθµός µεταβολής επιβαλλόµενου δυναµικού (Scan rate) 0.7mV/sec. Αρχικό δυναµικό σάρωσης (Initial potential) 100 mv πιο αρνητικό από το δυναµικό ισορροπίας E eq,. υναµικό αναστροφής (Return potential) 900 mv πιο θετικό από το δυναµικό ισορροπίας E eq, και τελικό δυναµικό (Final potential) 100 mv ηλεκτρανητικότερα του δυναµικού ισορροπίας E eq, 3 ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στον πίνακα 3 δίνονται οι µέσοι όροι του βάθους ενανθράκωσης των δύο σειρών πειραµατικών δοκιµίων τσιµεντοκονιάµατος µε και χωρίς προσθήκη αναστολέα διάβρωσης. Από το διάγραµµα του σχήµατος 1 παρατηρείται ότι η προσθήκη του αναστολέα διάβρωσης µείωσε το βάθος ενανθράκωσης και για τους δύο τύπους τσιµεντοκονιαµάτων. Συγκεκριµένα το βάθος ενανθράκωσης στα δοκίµια µε αναστολέα διάβρωσης, µειώθηκε σε ποσοστό 18,71% και 25,22% στην περίπτωση των Ι42.5Ν και ΙΙ42.5Ν δοκιµίων αντίστοιχα. Το φαινόµενο της µείωσης του βάθους ενανθράκωσης είναι περισσότερο εµφανές για τα δοκίµια τα οποία έχουν κατασκευαστεί από σύνθετα τσιµέντα τα οποία υπό κανονικές συνθήκες είναι πολύ ποίο ευπαθή στην ενανθράκωση. Επιπρόσθετα, η επίδραση του αναστολέα διάβρωσης στην µείωση του βάθους ενανθράκωσης παρατηρείται ακόµη και στα δοκίµια ΙΙ42.5Ν στα οποία είχε προστεθεί NaCl στο νερό ανάµιξης, κατά την διάρκεια της κατασκευής τους. Συγκεκριµένα, επιτεύχθηκε µείωση της ενανθράκωσης σε ποσοστό 22,17% και 13,72% για περιεκτικότητα 1,4% και 3,5% χλωριόντων στο νερό µίξης, αντίστοιχα. Επίσης είναι φανερό ότι για τα δοκίµια τσιµεντοκονιαµάτων µε και χωρίς προσθήκη αναστολέα διάβρωσης ότι το βάθος ενανθράκωσης µειώνεται παρουσία των χλωριόντων στην µάζα των αντίστοιχων τσιµεντοκονιαµάτων. Ωστόσο αυτή η µείωση δεν είναι ανάλογη της περιεκτικότητας τους σε χλωριόντα. Η χαµηλότερη µέση τιµή βάθους ενανθράκωσης µετρήθηκε για τα δοκίµια τα οποία κατασκευάστηκαν µε 1,4% Cl-, ενώ αντίθετα για τα δοκίµια µε 3,5%κ.β Cl- στο νερό µίξης παρατηρείται αύξηση του βάθους ενανθράκωσης, που όµως παρόλα αυτά παραµένει σε χαµηλότερες τιµές σε σχέση µε τα δοκίµια χωρίς αναστολέα διάβρωσης. Πίνακας 3. Βάθος ενανθράκωσης δοκιµίων από τσιµεντοκονία µε και χωρίς προσθήκη αναστολέα διάβρωσης Κωδική ονοµασία µίγµατος Συγκέντρωση % χλωριόντων Βάθος ενανθράκωσης (mm) I42.5N 0% 6.52 I42.5N+CI 0% 5.30 II42.5N 0% II42.5N+CI 0% 7.56 II42.5N 1.4% 7.80 II42.5N+CI 1.4% 6.07 II42.5N 3.5% 8.60 II42.5N+CI 3.5% 7.42 Πιθανή εξήγηση της επίδρασης του αναστολέα διάβρωσης µε βάση την Ν, Ν ιµεθυλαµινοαιθανόλη στην µείωση της ενανθράκωσης ίσως οφείλεται στην µείωση της υδατοπερατότητας των τσιµεντοκονιαµάτων. Ωστόσο η πλήρης αποσαφήνιση του φαινοµένου και ο µηχανισµός δράσης του χρειάζεται παραπέρα εργαστηριακή έρευνα. Παρόλα αυτά όµως, θα πρέπει να

6 τονιστεί ότι η προσθήκη Ν, Ν ιµεθυλαµινοαιθανόλη έχει προστατευτική επίδραση έναντι της διάβρωσης του οπλισµού και όχι µόνο της ενανθράκωσης. Η αποτελεσµατικότητα της Ν, Ν ιµεθυλαµινοαιθανόλη έναντι της διάβρωσης έχει επαληθευτεί και καταγραφεί δια µέσω εργαστηριακών µετρήσεων (Maeder, U. 1994, Batis, G. et.al ). Σε αναφορά παλαιοτέρων εργασιών που έχουν πραγµατοποιηθεί επισηµαίνεται ότι η δράση των αναστολέων µε βάση τις αµινοαλκοόλες οφείλεται στην δηµιουργία ενός λεπτού και παράλληλα προστατευτικού στρώµατος στην επιφάνεια του χάλυβα. Το πάχος και η χηµική σύσταση του προσροφηµένου προστατευτικού στρώµατος εξαρτάται από την συγκέντρωση των αµινοαλκοολών στο διάλυµα του αναστολέα διάβρωσης (Welle, A. et al , Mader, U , Batis, et. al. 1999). 12 I42.5N: without Cl- I42.5N+CI: with cl- Carbonation Depth (mm) ,56 6,52 5,3 10,11 7,8 6,07 8,6 7, ,4 3,5 Chloride content (%) Σχήµα 1: Επίδραση του αναστολέα διάβρωσης στο βάθος ενανθράκωσης Η διάβρωση του οπλισµένου σκυροδέµατος είναι ένα ηλεκτροχηµικό φαινόµενο το οποίο συνοδεύεται από µεταφορά φορτίου (ηλεκτρονίων) µεταξύ των παθητικών και ενεργών περιοχών του χάλυβα. Απουσία χλωριόντων, η ανοδική αντίδραση στην επιφάνεια του χάλυβα (οξείδωση - διάλυση) καθορίζεται και ρυθµίζεται από την αναγωγή του οξυγόνου. Τα σχηµατιζόµενα ιόντα του σιδήρου Fe 2+ στις ανοδικές περιοχές σε συνδυασµό µε τα παραγόµενα υδροξυλιόντα OH - στις καθοδικές περιοχές σχηµατίζουν ένα σταθερό και αρκετά συνεκτικό παθητικό φιλµ στην επιφάνεια του χάλυβα. Ωστόσο παρουσία των χλωριόντων στους πόρους του σκυροδέµατος τα οποία έχουν το ίδιο ακριβώς αρνητικό φορτίο µε τα υδροξυλιόντα OH -, τα χλωριόντα λειτουργούν ανταγωνιστικά και αντιδρούν µε τα κατιόντα του σιδήρου Fe 2+ σχηµατίζοντας στη συνέχεια οξείδια του σιδήρου (σκουριά) (Dhouibi, L. et.al., 2002., Oladis Troconis de Rincon. et.al., 2002). Στην παρούσα εργασία το φαινόµενο της διάβρωσης του οπλισµού στο σκυρόδεµα εξετάζεται ηλεκτροχηµικά µε την µέθοδο της γραµµικής και κυκλικής πόλωσης. Στην τεχνική της γραµµικής πόλωσης σαρώνεται το δυναµικό του οπλισµού ± 20 mv από το δυναµικό διάβρωσης του. Λόγο του ότι η πόλωση που προκαλείται στον οπλισµό είναι πολύ µικρή, θεωρείται ότι η σχέση δυναµικού ως προς αποδιδόµενο ρεύµα είναι γραµµική δηλαδή υπακούει στον νόµο του Ohms. Οπότε η αντίσταση γραµµικής πόλωσης R p προκύπτει από την κλίση της ευθείας που

7 του δυναµικού ως προς την αποδιδόµενη πυκνότητα ρεύµατος σύµφωνα µε τον συσχετισµό του Stern Geary. I corr =B/R p, (1) Όπου: B σταθερά Tafel και ίση µε β β a c ( β + β ), 2.3 a c Η τιµή της σταθεράς Β για χάλυβα οπλισµού σκυροδέµατος παίρνει την τιµή 26mV όταν βρίσκεται σε ενεργή κατάσταση και 52mV όταν είναι σε παθητική κατάσταση β α και β c ανοδική και καθοδική σταθερά Tafel, αντίστοιχα. Πίνακας 4. Χηµική σύσταση διαλυµάτων συνθετικού διαλύµατος πόρων σκυροδέµατος και αποτελέσµατα ηλεκτροχηµικών µετρήσεων Κωδική ονοµασία διαλ. Χηµική σύσταση συνθετικού διαλύµατος πόρων σκυροδέµατος C.I (%wt. ) NaCl concentration (%wt.) Ηλεκτροχηµικές παράµετροι Τεχνική Γραµµικής Πόλωσης Κυκλική πόλωση Icorr Ρυθµός υναµικό (Μα/cm 2 Rp διάβρωσης διάρρηξης ) (kohms) (mpy) (mv) SCH 0_0 0% , SCH 0_1* 1% SCH 0_2 2% SCH 0_3 0% 3% SCH 0_4 4% SCH 0_5 5% SCH 1_0 0% SCH 1_1 1% SCH 1_2 2% SCH 1_3 1% 3% SCH 1_4 4% SCH 1_5 5% SCH 2_0 0% SCH 2_1 1% SCH 2_2 2% % SCH 2_3 3% SCH 2_4 4% SCH 2_5 5% SCH 3_0 SCH 3_1 0% 1% SCH 3_2 2% SCH 3_3 3% 3% SCH 3_4 4% SCH 3_5 5% SCH 4_0 0% SCH 4_1 1% SCH 4_2 2% % SCH 4_3 3% SCH 4_4 4% SCH 4_5 5% SCH: κορεσµένο διάλυµα υδροξείου του ασβεστίου, Ca(OH) 2,

8 Στον πίνακα 4 η πρώτη ένδειξη της κωδικής ονοµασίας κάθε διαλύµατος π.χ. «0» δηλώνει την % κ.β. συγκέντρωση του αναστολέα διάβρωσης στο διάλυµα. Ο δεύτερος αριθµός π.χ. «1» δηλώνει την % συγκέντρωση του NaCl στο τεχνητό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος. Από τον νόµο του Faraday και µε γνωστή τη πυκνότητα του ρεύµατος διάβρωσης I corr (από την µέθοδο της γραµµικής πόλωσης) καταλήγουµε στον προσδιορισµό του ρυθµού διάβρωσης του χάλυβα Ο.Σ I E W Ρυθµός ιάβρωσης (µm/y)= corr. (2) d Όπου: I corr πυκνότητα ρεύµατος διάβρωσης σε µα/cm 2, E.W. ισοδύναµο βάρος σε g (για τον χάλυβα E.W=55.85g), ρ πυκνότητα χάλυβα σε g/cm 3 (ρ=7.95g/cm 3 ) [8]. corrosion current density Icorr (µα) 1,400E+01 1,200E+01 1,000E+01 8,000E+00 6,000E+00 4,000E+00 2,000E+00 0,000E Concentration of %w.t NaCl in saturated Ca(OH)2 solution with different amounts of corrosion inhibitor 0%corr. Inh. 1%cor. Inh. 2%corr. inh. 3%corr. inh. 4%corr. inh. Σχήµα 2: Πυκνότητα ρεύµατος χάλυβα Ο.Σ. σε κορεσµένο διάλυµα Ca(OH) 2 (συνθετικό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος) συναρτήσει. %κ.β. συγκέντρωσης αναστολέα διάβρωσης και %κ.β. NaCl Στον πίνακα 4 παρατίθονται τα αποτελέσµατα των ηλεκτροχηµικών παραµέτρων που προσδιορίστηκαν σε οπλισµό εµβαπτισµένο σε τεχνητό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος από την µέθοδο της γραµµικής και κυκλικής πόλωσης. Τα αποτελέσµατα της γραµµικής πόλωσης (προσδιορισµός I corr, R p, C.Rate) έδειξαν ότι η προσθήκη της Ν, Ν ιµεθυλαµινοαιθανόλη στο συνθετικό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος παρουσία χλωριόντων κατάφερε να µειώσει το ρεύµα διάβρωσης και κατά συνέπεια τον ρυθµό διάβρωσης του χάλυβα. Επίσης η αντίσταση γραµµικής πόλωσης R p των οπλισµών στο διάλυµα µειώνεται αυξανόµενης της συγκέντρωσης των χλωριόντων στο διάλυµα. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της ιοντικής αγωγιµότητας λόγο της αύξησης της συγκέντρωσης των χλωριόντων στο διάλυµα. Η παραπάνω προστατευτική επίδραση του αναστολέα διάβρωσης φαίνεται και από το διάγραµµα του Σχήµατος 3 στο οποίο παρουσιάζονται οι καµπύλες συµπεριφοράς του οπλισµού υπό ανοδική φόρτιση

9 σε διάλυµα πόρων σκυροδέµατος µε προσθήκη 3% αναστολέα διάβρωσης και συγκέντρωση χλωριόντων σε διάφορες αναλογίες. Στο σχήµα 2 δίνεται διάγραµµα του ρεύµατος διάβρωσης συναρτήσει της περιεκτικότητας σε αναστολέα διάβρωσης και της συγκέντρωσης σε χλωριούχο νάτριο. Παρατηρείται ότι η πυκνότητα ρεύµατος διάβρωσης για σταθερή περιεκτικότητα σε αναστολέα διάβρωσης, µειώνεται όταν αυξάνεται η συγκέντρωση των χλωριόντων. Το δυναµικό διάρρηξης ή αποπαθητικοποίησης Ε pitt του χάλυβα εξαρτάται άµεσα από την συγκέντρωση των διαβρωτικών στοιχείων στο διάλυµα των πόρων του σκυροδέµατος. Επιπρόσθετα, όσο µεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των µορίων αναστολής (αναστέλλουν την διάλυση του µετάλλου) και µικρότερη των διαβρωτικών ιόντων (καταλύουν την αντίδραση διάλυσης του µετάλλου) στο διάλυµα των πόρων σκυροδέµατος τόσο θετικότερες είναι οι τιµές που παίρνει το δυναµικό διάρρηξης (αύξηση της αντίστασης του µετάλλου έναντι της διάβρωσης). Στο Σχήµα 3 και στον πίνακα 4 δίνονται οι τιµές του Ε pitt για χάλυβα βυθισµένο σε διάλυµα πόρων σκυροδέµατος µε 3% κ.β. αναστολέα διάβρωσης σταθερή συγκέντρωση και περιεκτικότητα σε χλωριόντα µεταβαλλόµενη. Είναι φανερό ότι τα χλωριόντα συµβάλουν στην αποπαθητικοποίηση του χάλυβα και στην έναρξη της τοπικής διάβρωσης. Σε καµπύλες κυκλικής πόλωσης η πιθανότητα εντοπισµένης διάβρωσης σχετίζεται µε την διαφορά του δυναµικού επαναπαθητικοποίησης, E rep και του δυναµικού διάβρωσης E corr. ηλαδή όσο µεγαλύτερη είναι αυτή η διαφορά δυναµικού τόσο µικρότερη η πιθανότητα διάβρωσης µε βελονισµούς (Saremi, M. et al. 2002). 1,00E+03 8,00E+02 6,00E+02 0%NaCl+2%ci 2%NaCl+2%ci 4%NaCl+2%ci 1%NaCl+2%ci 3%NaCl+2%ci 5%NaCl+2%ci Potential (mv) 4,00E+02 2,00E+02 0,00E+00-2,00E+02-4,00E+02-6,00E+02-8,00E+02 0, ,0001 0,001 0,01 0, Log(I) Σχήµα 3: Κυκλική πόλωση χάλυβα Ο.Σ. σε συνθετικό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος (κορεσµένο διάλυµα Ca(OH) 2 ) µε 2%κ.β, αναστολέα διάβρωσης παρουσία χλωριόντων Cl-. 4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ # Το µικρότερο βάθος ενανθράκωσης παρουσιάζεται στα δοκίµια τσιµεντοκονιάµατος τα οποία είχαν ως αντιδιαβρωτική προστασία προσθήκη αναστολέα διάβρωσης µε βάση τις

10 αµινοαλκοόλες. Το φαινόµενο αυτό µπορεί να εξηγηθεί στην µείωση της υδατοπερατότητας του σκυροδέµατος µε την προσθήκη του αναστολέα διάβρωσης. # Ο ρυθµός διάβρωσης των χαλύβων σε τεχνητό διάλυµα πόρων αυξάνει αυξανόµενης της συγκέντρωσης των χλωριόντων και µειώνεται αυξανόµενης της συγκέντρωσης του αναστολέα διάβρωσης. # Η προσθήκη της Ν, Ν ιµεθυλαµινοαιθανόλη στο τεχνητό διάλυµα πόρων σκυροδέµατος παρουσία χλωριόντων µείωσε τον ρυθµό διάβρωσης του χάλυβα Ο.Σ. λόγο της δράσης των αµινοαλκοολών να σχηµατίζουν ένα σταθερό και συνεκτικό µε το υπόστρωµα παθητικό στρώµα στην επιφάνεια του χάλυβα. Ωστόσο, όταν η συγκέντρωση των χλωριόντων στο διάλυµα αυξηθεί σε µεγάλο βαθµό (4-5%κ.β.NaCl) το παθητικό στρώµα γίνεται ασταθές και η αποτελεσµατικότητα του αναστολέα διάβρωσης κρίνεται ανεπαρκής. 5 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Batis, G. Routoulas, A. Maeder, U Performance of Corrosion Inhibitors in the Protection of Reinforced Concrete in Seaside Environment. 14th International Corrosion Congress. Cape Town, South Africa. 2. Batis, G. Grigoriadis, Gr. Meletiou, C. A Protection of Steel Rebars in Lightweight Concrete with the Use of Corrosion Inhibitors. Modern Concrete Materials: binders, additions and admixtures, Editor Ravindra K. Dhir: pp Broomfield, J.P Corrosion of steel in concrete understanding, investigation and repair. E & FN SPON: pp DIN 1164: DIN Taschenbuch 73, Zement. 5. Dhouibi, L. Triki, E. Raharinaivo, A The application of electrochemical impedance spectroscopy to determine the long term effectiveness of corrosion inhibitors for steel in concrete. Cement &Concrete Composites. 24: pp European Standard EN 196-1: Methods of Testing cement Part 1: Determination 7. Maeder, U A new Class of Corrosion Inhibitors. Corrosion and Corrosion Protection of Steel in Concrete, Vol. II, Editor R. N. Swammy: pp Mader, U A mew class of corrosion inhibitor for reinforced concrete. 3rd CANMET/ACI International Conference on Concrete in Marine Environment. St. Andrews by-the-sea, Canada. SP Oladis Troconis de Rincon. Orlado Perez. Edgar Paredes. Yaxcelys Caldera. Carolina Urdaneta, Isabel Sandoval Long term performance of ZnO as a rebar corrosion inhibitor. Cement & Concrete Composites. 24: pp Saremi, M. Mahallati, E A study on chloride induced depassivation of mild steel in simulated concrete pore solution. Cement and Concrete Research. 32: pp Welle, A. Liao, J.D. Kaiser, K. Grunze, M. Maeder, U. and Blank, N Interactions of N,N - dimethylaminoethanol with steel surfaces in alkaline and chlorine containing solutions. Applied Surface Science, Vol. 119: pp