Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΣΤΗΝ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΛΟΓΩ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ

Transcript

1 Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΣΤΗΝ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΛΟΓΩ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ Κ.Κ. Σίδερης Επίκουρος Καθηγητής ΠΘ, Εργαστήριο οµικών Υλικών, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικώ,ν ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Σ.Χ. Ζάρρας Μηχανικός Περιβάλλοντος, Ζάρρας Σκυρόδεµα Α.Ε. Λέξεις κλειδιά: Ενανθράκωση, ανθεκτικότητα, συντήρηση, κατηγορία αντοχής. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Το πρόβληµα της ανθεκτικότητας σε διάρκεια θεωρείται σήµερα από την διεθνή κοινότητα των µηχανικών σαν το υπ αριθµόν ένα επιστηµονικό και πρακτικό πρόβληµα του σκυροδέµατος. Πέρα από τις προφανείς επιδράσεις στην ασφάλεια και το περιβάλλον υπάρχει σηµαντική οικονοµική διάσταση. Ήδη, στις αναπτυγµένες χώρες το ετήσιο κόστος επισκευών υπερβαίνει κατά πολύ αυτό των νέων κατασκευών. Ένας από τους βασικότερους µηχανισµούς µείωσης της ανθεκτικότητας του σκυροδέµατος είναι η ενανθράκωση. Το πρόβληµα είναι ιδιαίτερα έντονο στη χώρα µας, όπου λόγω των ιδαιτέρων καιρικών συνθηκών εναλλαγή ξηρών και υγρών περιόδων η συγκεκριµένη αντίδραση εξελίσσεται µε γοργό ρυθµό. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται µακροχρόνια πειραµατικά αποτελέσµατα ενανθράκωσης διαφορετικών κατηγοριών αντοχής σκυροδέµατος. Συγκεκριµένα εξετάζεται το βάθος ενανθράκωσης σκυροδεµάτων κατηγοριών αντοχής C16/, C/, C/3 και C3/37 τα οποία συντηρήθηκαν σε συνθήκες πεδίου στην περιοχή της Θράκης µετά από συντήρηση 1, 3 και 7 ηµερών. Τα αποτελέσµατα δείχνουν ότι η εκτεταµένη συντήρηση 7 ηµερών µειώνει σηµαντικά το βάθος ενανθράκωσης του σκυροδέµατος ενώ αυξάνει έως και 4 φορές τον ωφέλιµο χρόνο ζωής των κατασκευών. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το οπλισµένο σκυρόδεµα είναι σήµερα το πλέον χρησιµοποιούµενο δοµικό υλικό παγκοσµίως. Υπό κανονικές συνθήκες έκθεσης, ένα υγιές σκυρόδεµα είναι αρκετό για να προφυλάξει το χάλυβα έναντι της οξείδωσης. Όπως είναι γνωστό σε όλους, ο συνήθης χάλυβας σκουριάζει όταν έλθει σε επαφή µε τον αέρα ή την υγρασία. Ακόµη και οι χαλύβδινοι ράβδοι οπλισµού του σκυροδέµατος σκουριάζουν κατά τη διάρκεια της έκθεσης τους στις µάντρες δοµικών υλικών. Γεννάται λοιπόν το εύλογο- ερώτηµα: πως είναι δυνατόν οι ράβδοι του οπλισµού στο σκυρόδεµα να µην διαβρώνονται, όταν είναι γνωστό ότι οι πόροι του τελευταίου περιέχουν υδατικό διάλυµα, άρα υγρασία; Η απάντηση στην ανωτέρω ερώτηση είναι ότι το σκυρόδεµα παρέχει αλκαλικό περιβάλλον. Τα µέταλλα ως γνωστόν διαβρώνονται σε όξινο περιβάλλον, ενώ προστατεύονται από τη διάβρωση σε αλκαλικό περιβάλλον. Λέγοντας πως το σκυρόδεµα είναι αλκαλικό εννοούµε πως περιέχει µικροσκοπικούς πόρους µε υψηλές συγκεντρώσεις οξειδίων ασβεστίου, νατρίου και καλίου. Οι ουσίες αυτές αποτελούν προϊόντα της ενυδάτωσης των συστατικών του τσιµέντου. Αυτά τα οξείδια σχηµατίζουν υδροξείδια µε την προσθήκη νερού, δηµιουργώντας έτσι εξαιρετικά αλκαλικές συνθήκες µε τιµές ph= (Μπατής κ.α., 3). Η σύνθεση του νερού των πόρων και η κίνηση των ιόντων και των αερίων µέσω των πόρων είναι πολύ σηµαντική και λαµβάνεται 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6 1

2 ιδιαίτερα υπόψη κατά την ανάλυση της ευπάθειας των κατασκευών οπλισµένου σκυροδέµατος στη διάβρωση. Αποτέλεσµα της υψηλής τιµής του ph είναι ο σχηµατισµός µιας «παθητικής» στρώσης στην επιφάνεια του χάλυβα. Με τον όρο παθητική στρώση εννοούµε ένα πυκνό µη διαπερατό στρώµα οξειδίων, το οποίο εάν δηµιουργηθεί επαρκώς και διατηρηθεί, αποτρέπει την περαιτέρω διάβρωση του χάλυβα. Η στρώση που σχηµατίζεται πάνω στο χάλυβα µέσα στο σκυρόδεµα είναι κατά ένα µέρος οξείδιο / υδροξείδιο του σιδήρου και κατά ένα άλλο µέρος ανόργανη ύλη από το σκυρόδεµα (Bromfield, 1997). Γενικά η παθητική στρώση του χάλυβα είναι ένα θέµα υπό µελέτη. Εκείνο που µας ενδιαφέρει όµως, είναι ότι εφόσον η στρώση αυτή διατηρηθεί, ο χάλυβας στο σκυρόδεµα δεν µπορεί να διαβρωθεί. Ωστόσο, το προστατευτικό αυτό στρώµα δεν µπορεί πάντα να διατηρηθεί. ύο διαδικασίες µπορούν να το καταστρέψουν στο σκυρόδεµα : η µία είναι η ενανθράκωση και η άλλη η ύπαρξη χλωριόντων. Τότε λέµε ότι ο οπλισµός «αποπαθητικοποιείται» (depassivation) και η διάβρωσή του ξεκινά.. Η ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΤΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ. Όπως αναφέρθηκε προηγουµένως, κύριο προϊόν της ενυδάτωσης των πυριτικών φάσεων του τσιµέντου είναι το CaO, το οποίο µετατρέπεται σε Ca(OH). Η ουσία αυτή είναι υπεύθυνη για το αλκαλικό περιβάλλον των πόρων του σκυροδέµατος, περιβάλλον απαραίτητο για την προστασία του χάλυβα του σκυροδέµατος. Το Ca(OH) όµως αντιδρά εύκολα µε το CO του ατµοσφαιρικού αέρα και παρουσία υγρασίας µετατρέπεται σε CaCO3. Η αντίδραση αυτή παρατίθεται κατωτέρω: H O Ca( OH ) + CO CaCO3 + H O. (1) Η αντίδραση αυτή, γνωστή ως ενανθράκωση του σκυροδέµατος, δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στις ιδιότητες του ίδιου του σκυροδέµατος. Αντίθετα έχει σε ορισµένες περιπτώσεις παρατηρηθεί µία ελαφριά αύξηση της αντοχής λόγω του σχηµατισµού του ανθρακικού ασβεστίου. Το σηµαντικότερο αποτέλεσµα της παραπάνω αντίδρασης είναι η κατανάλωση Ca(OH) προς σχηµατισµό CaCO 3, µε αποτέλεσµα τη µείωση της αλκαλικότητας του περιβάλλοντος των πόρων του σκυροδέµατος (πτώση του ph του διαλύµατος των πόρων). Όταν η τιµή του ph µειωθεί κάτω του 11, το προστατευτικό στρώµα του χάλυβα αρχίζει να ρηγµατώνεται και τελικά καταστρέφεται πλήρως όταν το ph του διαλύµατος των πόρων πέσει κάτω από την τιµή 9. Τότε ο χάλυβας του σκυροδέµατος αρχίζει να σκουριάζει, σύµφωνα µε τη διαδικασία που αναφέρθηκε ανωτέρω. Η αντίδραση της ενανθράκωσης ξεκινάει από την εξωτερική επιφάνεια του σκυροδέµατος και σταδιακά προχωράει προς το εσωτερικό του. Η επιφάνεια που διαχωρίζει το ενανθρακωµένο από το υγιές σκυρόδεµα ονοµάζεται µέτωπο της ενανθράκωσης. Όταν το µέτωπο της ενανθράκωσης φθάσει στον οπλισµό (ή µε άλλα λόγια το βάθος της ενανθράκωσης γίνει ίσο µε το πάχος της επικάλυψης του οπλισµού), τότε αυτός αποπαθητικοποιείται και η διάβρωσή του ξεκινά. Η όλη διαδικασία γίνεται καλύτερα κατανοητή στο σχήµα 1: Στην παρούσα εργασία µελετήθηκε η επίδραση του χρόνου συντήρησης στο βάθος ενανθράκωσης σκυροδεµάτων κατηγοριών αντοχής C16/, C/, C/3 και C3/37. 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6

3 CO CO CO Αποπαθητικοποιηµένος οπλισµός Ενανθρακωµένο σκυρόδεµα Υγιές σκυρόδεµα Σχήµα 1: Ενανθράκωση σκυροδέµατος και «αποπαθητικοποίηση» χαλύβδινου οπλισµού. 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Για τις ανάγκες της παρούσας εργασίας παρασκευάστηκαν σκυροδέµατα διαφορετικών κατηγοριών αντοχής C16/, C/, C/3 και C3/37. Από κάθε µείγµα παρασκευάστηκαν κυβικά δοκίµια ακµής 1 εκατοστών και κυλινδρικά δοκίµια διαστάσεων 1χ3 εκατοστά. Όλα τα σκυροδέµατα καθώς και τα αντίστοιχα δοκίµια παρασκευάστηκαν σε µονάδα ετοίµου σκυροδέµατος στην περιοχή της Ξάνθης. Οι αναλογίες µείξεως των σκυροδεµάτων που παρασκευάστηκαν παρουσιάζονται στον Πίνακα 1: Πίνακας 1: Αναλογίες µείξεως παρασκευασθέντων σκυροδεµάτων (Kg/m 3 ). άµµος λατοµείου Άµµος ποταµού γαρµπίλι χαλίκι CEM II 4. Ν CEM IV 3.Ν νερό Ν/T Επιβ/τής Υπ/τής C16/ ,68,864 C/ ,6 1,6 C/ ,7 1,88,374 C3/ ,46 1,317,7 Τα δοκίµια που παρασκευάστηκαν από κάθε σκυρόδεµα χωρίστηκαν σε τρεις παρτίδες και υποβλήθηκαν σε διαφορετικούς χρόνους υγρής συντήρησης: Η πρώτη παρτίδα ξεκαλουπώθηκε στις 4 ώρες και στη συνέχεια τοποθετήθηκε στο χώρο φυσικής έκθεσης (δοκίµια µε συντήρηση 1 ηµέρας). Η δεύτερη παρτίδα δοκιµίων µετά το ξεκαλούπωµα τοποθετήθηκε για δύο επιπλέον ηµέρες στο θάλαµο υγρής συντηρήσεως και στη συνέχεια τα δοκίµια τοποθετήθηκαν στο χώρο έκθεσης (συντήρηση 3 ηµερών). Τέλος τα δοκίµια της τρίτης παρτίδας από κάθε σκυρόδεµα τοποθετήθηκαν µετά το ξεκαλούπωµά τους για έξι ηµέρες στο θάλαµο συντηρήσεως και στη συνέχεια τοποθετήθηκαν στο χώρο φυσικής έκθεσης (συντήρηση 7 ηµερών). Στην περίπτωση των κυλινδρικών δοκιµίων που προορίζονταν για τη µέτρηση του βάθους ενανθράκωσης ακολουθήθηκαν επιπλέον δύο σενάρια συντήρησης: Παρασκευάστηκαν επιπλέον δοκίµια τα οποία, αφού ξεκαλουπώθηκαν όπως τα προηγούµενα τοποθετήθηκαν κατευθείαν στο χώρο έκθεσης όπου και ψεκάστηκαν µε δύο αντιεξατµιστικές µεµβράνες του εµπορίου (M και D). Ο χώρος φυσικής έκθεσης των δοκιµίων βρισκόταν σε µία άκρη του βιοµηχανικού συγκροτήµατος όπου τα δοκίµια ήταν εκτεθειµένα στις καιρικές συνθήκες. Η διακύµανση της ετήσιας σχετικής υγρασίας στην περιοχή της Ξάνθης παρουσιάζεται στο Σχήµα : 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6 3

4 Σχετική Υγρασία % Ιανουαριος Φεβρουάριος Μάρτιος Απρίλιος Μάϊος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέµβριος Οκτώβριος Νοέµβριος εκέµβριος Σχήµα : Μεταβολή ετήσιας σχετικής ατµοσφαιρικής υγρασίας στην περιοχή της Ξάνθης Από το σχήµα αυτό γίνεται φανερό ότι η µέση ετήσια σχετική υγρασία κυµαίνεται στο 8%, γεγονός που κατατάσσει το περιβάλλον έκθεσης έναντι ενανθράκωσης στην κατηγορία έκθεσης 4 (ΧC4) του Ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ6-1. Η θλιπτική αντοχή των σκυροδεµάτων µετρήθηκε στις ηλικίες των 7, 8 και 18 ηµερών σε κυβικά δοκίµια ακµής 1 εκατοστών. Το βάθος ενανθράκωσης όλων των σκυροδεµάτων µετρήθηκε στις ηλικίες των 6, 9 και 1 µηνών. Αυτό µετρήθηκε µε χρήση του διαλύµατος φαινολοφθαλείνης [RILEM, CPC 18]. Σε κάθε µία από αυτές τις ηλικίες αφαιρείτο τµήµα του κυλινδρικού δοκιµίου διαµέτρου 1 mm και πάχους mm το οποίο στη συνέχεια ψεκαζόταν µε το διάλυµα. Η θλιπτική αντοχή των παρασκευασθέντων σκυροδεµάτων παρουσιάζεται στον Πίνακα ενώ το βάθος ενανθράκωσης για διαφορετικές συνθήκες συντήρησης παρουσιάζεται στον Πίνακα 3. Πίνακα; : Θλιπτική αντοχή δοκιµίων σκυροδεµάτων για διαφορετικές συνθήκες συντήρησης. Ηλικία (ηµέρες): 1 ηµέρας 3 ηµέρες 7 ηµέρες C16/ C/ C/3 C3/ ,1 18,8 4,7 1,31 4,9 31,97 18,91 31,16 39,19 4,13 37,98 46,97 14,9 3,38 8, 18,76 9,8 36,97,31 3,7 43,4 7,7 41,84,98 16,79 6,43 3,14,9 3,8 41,11 4,6 38,66 49,83 9,93 46,9 9,43 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6 4

5 Πίνακας 3: Βάθος ενανθράκωσης (mm) δοκιµίων σκυροδεµάτων για διαφορετικές συνθήκες συντήρησης. C16/ C/ C/3 C3/ ηµέρας 6,6 8,9 9,81,83 7,33 7,78 3,36 4,8 4,7,,44,6 3 ηµερών,46 7,3 7,87 4,36,78 6,1,3,81 3,31 1,3 1,1 1,69 7 ηµερών 3,19 4,64,13, 3,6 3,9 1, 1,16 1,38,64,83,99 Ψεκασµός Μ 3,9 4,36 4,98 1,3,9 3,31 1,11 1,36 1,6,61,88 1, Ψεκασµός D 3,4 4,7 4,9 1,4 3,1 3,38,9 1,1 1,44,3,7,89 4. ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ. Είναι γνωστό ότι το τσιµέντο είναι µία υδραυλική κονία και ότι για να ενυδατωθεί σωστά το κονίαµα και το σκυρόδεµα χρειάζεται περιβάλλον πλούσιο σε υγρασία. Υπενθυµίζεται άλλωστε ότι η σωστή συντήρηση των δοκιµίων ελέγχου του σκυροδέµατος απαιτείται από τον Κανονισµό η συντήρησή τους µέσα σε θάλαµο υγρασίας µε ποσοστό υγρασίας άνω του 98%. Σκυρόδεµα το οποίο δεν θα συντηρηθεί σωστά δεν θα ενυδατωθεί στον ίδιο βαθµό µε ένα σκυρόδεµα σωστής συντήρησης. Αποτέλεσµα της ελλιπούς συντήρησης είναι λοιπόν η καθυστέρηση της ενυδάτωσης και κατά συνέπεια η βραδύτερη µείωση του πορώδους, γεγονός που αντανακλά στην βραδύτερη ανάπτυξη της θλιπτικής αντοχής των µειγµάτων. Εποµένως όσο λιγότερο συντηρείται ένα σκυρόδεµα, τόσο περισσότερο ευάλωτο γίνεται έναντι της ενανθράκωσης, ενώ παράλληλα καθυστερείται σηµαντικά η ανάπτυξη της θλιπτικής αντοχής του. Η σηµασία της συντήρησης στην εξέλιξη της θλιπτικής αντοχής παρουσιάζεται για όλα τα µείγµατα στο κατωτέρω σχήµα : ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ Μpa C16/ - ΘΛΙΠΤΙΚΕΣ ΑΝΤΟΧΕΣ ΑΝΑ ΠΕΡΙΟ Ο ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΗΜΕΡΕΣ 1 ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ Μpa C/ - ΘΛΙΠΤΙΚΕΣ ΑΝΤΟΧΕΣ ΑΝΑ ΠΕΡΙΟ Ο ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΗΜΕΡΕΣ 1 ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ C/3 - ΘΛΙΠΤΙΚΕΣ ΑΝΤΟΧΕΣ ΑΝΑ ΠΕΡΙΟ Ο ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ C3/37 - ΘΛΙΠΤΙΚΕΣ ΑΝΤΟΧΕΣ ΑΝΑ ΠΕΡΙΟ Ο ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ Μpa ΗΜΕΡΕΣ 1 ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ Μpa ΗΜΕΡΕΣ 1 ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ Σχήµα 3: Επίδραση της υγρής συντήρησης στην εξέλιξη της θλιπτικής αντοχής σκυροδεµάτων διαφορετικώνκατηγοριών αντοχής. 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6

6 Από το ανωτέρω σχήµα γίνεται φανερή η τεράστια σηµασία της σωστής, επιµεληµένης και εκτεταµένης υγρής συντήρησης στην εξέλιξη της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέµατος. Όλα τα δοκίµια µε συντήρηση 1 ηµέρας (ουσιαστικά δεν συντηρούνται, αφού µετά το ξεκαλούπωµα εκτείθενται αµέσως στην ατµόσφαιρα) αναπτύσσουν σε κάθε ηλικία µειωµένη θλιπτική αντοχή κατά έως 3% σε σχέση µε την αντοχή των δοκιµίων µε συντήρηση 7 ηµερών. Είναι µάλιστα αξιοσηµείωτο το γεγονός ότι τα δοκίµια αυτά αναπτύσσουν στην ηλικία των 8 ηµερών, σε όλες τις κατηγορίες αντοχής των σκυροδεµάτων, µέση θλιπτική αντοχή ίση ή και αρκετά µικρότερη ακόµη και από την χαρακτηριστική αντοχή της κατηγορίας του σκυροδέµατος στην οποία ανήκουν. Το φαινόµενο της ενανθράκωσης αποτελεί ένα από τα αρχικά παραδείγµατα εφαρµογής µαθηµατικού µοντέλου για την προεκτίµηση ενός φυσικοχηµικού φαινοµένου στο σκυρόδεµα Το πρώτο µοντέλο δηµοσιεύθηκε το 198 από τους Uchida και Hamada παρουσιάζοντας το βάθος ενανθράκωσης να είναι ανάλογο προς την αναλογία νερού/τσιµέντου και την τετραγωνική ρίζα του χρόνου. Από τότε πολλά µοντέλα έχουν προκύψει και όλα συµφωνούν (Richardson, ) στο γεγονός ότι το βάθος ενανθράκωσης του σκυροδέµατος είναι ανάλογο της τετραγωνικής ρίζας του χρόνου ζωής της κατασκευής. Οι τιµές του Πίνακα 3 χρησιµοποιήθηκαν για την κατάστρωση των εξισώσεων του βάθους ενανθράκωσης σε σχέση µε το χρόνο. Οι εξισώσεις αυτές παρουσιάζονται για όλα τα σκυροδέµατα σε συνάρτηση µε το είδος της συντήρησης στο ακόλουθο Σχήµα 4: ΒΑΘΟΣ ΕΝΕΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ ΣΕ ΟΚΟΜΙΑ C16/ y =,841x y =,31x y = 1,464x y = 1,441x y = 1,3818x ΒΑΘΟΣ ΕΝΕΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ ΣΕ ΟΚΟΜΙΑ C/ y =,341x y = 1,83x y = 1,89x y =,8916x y =,978x ΗΛΙΚΙΑ (t^1/) ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ MASTERCURE DARAKOTE 1 ΗΛΙΚΙΑ (t^1/) ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ MAS TERC URE DARAKO TE ΒΑΘΟΣ ΕΝΕΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ ΣΕ ΟΚΟΜΙΑ C/3 y = 1,3617x y =,9497x y =,399x y =,48x y =,393x ΒΑΘΟΣ ΕΝΕΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) 3, 1, 1, ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ ΣΕ ΟΚΟΜΙΑ C3/37 y =,7889x y =,37x y =,779x y =,873x y =,447x ΗΛΙΚΙΑ (t^1/) ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ MASTERCURE DARAKO TE ΗΛΙΚΙΑ (t^1/) ΗΜΕΡΑ 3 ΗΜΕΡΕΣ 7 ΗΜΕΡΕΣ MASTERCURE DARAKO TE Σχήµα 4: Επίδραση της υγρής συντήρησης στην εξέλιξη του βάθους ενανθράκωσης σκυροδεµάτων διαφορετικών κατηγοριών αντοχής. Το βάθος ενανθράκωσης σε κάθε ηλικία µειώνεται, όσο αυξάνεται η κατηγορία αντοχής του σκυροδέµατος. Αυτό είναι αναµενόµενο, δεδοµένου ότι υψηλότερη κατηγορία αντοχής επιτυγχάνεται χάρις στην αύξηση της δοσολογίας του τσιµέντου και την παράλληλη µείωση του υδατοτσιµεντοσυντελεστή. Και οι δύο αυτοί παράγοντες έχουν ως αποτέλεσµα τη µείωση του πορώδους του σκυροδέµατος. Είναι γνωστό (Wee et al, 1999) ότι το CO δεν µπορεί να εισέλθει σε πόρους µε διάµετρο µικρότερη των 8 Å. Οποιαδήποτε ενέργεια αποσκοπεί λοιπόν στη µείωση 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6 6

7 του πορώδους ενός µείγµατος, συµβάλλει κατ αυτό τον τρόπο και στη µείωση του ρυθµού µε τον οποίο εξελίσσεται η ενανθράκωση στο µείγµα αυτό. Όπως αναφέρθηκε προηγουµένως, σε ένα δεδοµένο µείγµα η ενυδάτωση, και κατ επέκταση η µείωση του πορώδους, συντελείται µε τον µέγιστο ρυθµό όταν το σκυρόδεµα βρίσκεται σε υγρό περιβάλλον. Αντίθετα, η ενυδάτωση επιβραδύνεται όταν η υγρασία του σκυροδέµατος µειώνεται. Αυτό εξηγεί την αύξηση του βάθους ενανθράκωσης των µειγµάτων όσο µειώνεται η υγρή συντήρηση, τάση που φαίνεται για όλα τα µείγµατα στο Σχήµα 4. Στον Πίνακα 4 παρουσιάζονται οι εξισώσεις βάθους ενανθράκωσης ηλικίας σκυροδέµατος για τα διαφορετικά είδη συντήρησης. Παράλληλα στον πίνακα αυτό παρουσιάζεται και ο χρόνος που χρειάζεται το µέτωπο της ενανθράκωσης για να φτάσει στο επίπεδο του οπλισµού, στην περίπτωση που η επικάλυψη του τελευταίου είναι ίση µε mm. Πίνακας 4: Εξισώσεις ενανθράκωσης σκυροδεµάτων για διαφορετικό σενάριο συντήρησης. C16/ C/ C/3 C3/37 1 ηµέρα y =,841x y =,341x y = 1,3617x y =,7889x 3 ηµέρες y =,31x y = 1,83x y =,9497x y =,37x 7 ηµέρες y = 1,464x y = 1,89x y =,399x y =,779x Ψεκασµός Μ y = 1,441x y =,8916x y =,48x y =,873x Ψεκασµός D y = 1,3818x y =,978x y =,393x y =,447x Πϊνακας : Απαιτούµενος χρόνος για αποπαθητικοποίηση οπλισµού (επικάλυψη mm) σε διαφορετικά µείγµατα σκυροδεµάτων τα οποία υπεβλήθησαν σε διαφορετική συντήρηση. C16/ C/ C/3 C3/37 ΜΗΝΕΣ ΕΤΗ ΜΗΝΕΣ ΕΤΗ ΜΗΝΕΣ ΕΤΗ ΜΗΝΕΣ ΕΤΗ 1 ηµέρα ηµέρες ηµέρες Ψεκασµός Μ Ψεκασµός D Από τη στιγµή που αποπαθητικοποιείται ο οπλισµός, αρχίζει η διάβρωσή του. Η διαδικασία της διάβρωσης εξαρτάται σαφώς από την παρουσία υγρασίας καθώς και από τη διαπερατότητα του σκυροδέµατος της επικάλυψης έναντι Ο. Γενικά όµως έχει γίνει αποδεκτό ότι από τη στιγµή που ο χάλυβας θα αποπαθητικοποιηθεί, η διάβρωσή του εξελίσσεται µε γοργό ρυθµό σε διάστηµα 6-1 ετών. Μπορεί λοιπόν να υποστηριχθεί ότι οι χρόνοι αποπαθητικοποίησης του Πίνακα εκφράζουν το χρόνο ζωής των δοµικών στοιχείων οπλισµένου σκυροδέµατος τα οποία σκυροδετήθηκαν µε διαφορετικά σκυροδέµατα και υποβλήθηκαν σε διαφορετικά σενάρια συντήρησης. Παρατηρούµε λοιπόν ότι η πλήρης απουσία συντήρησης ελαττώνει δραµατικά το χρόνο ζωής των κατασκευών έναντι ενανθράκωσης. Μόνο το σκυρόδεµα C3/37 µε συντήρηση 1 ηµέρας 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6 7

8 αναπτύσσει χρόνο ζωής µεγαλύτερο των ετών, ηλικία που χαρακτηρίζεται από τους Ευρωκώδικες ως ο ελάχιστος απαιτούµενος χρόνος ζωής συνήθων κατασκευών. Στα χαµηλότερης κατηγορίας αντοχής µείγµατα ο χρόνος έναρξης της διάβρωσης λόγω ενανθράκωσης είναι κατά πολύ µικρότερος των ετών για υγρή συντήρηση 1 ηµέρας. Από τον Πίνακα αυτόν διαφαίνεται και η σηµασία της εκτεταµένης υγρής συντήρησης στην αύξηση του χρόνου ζωής των κατασκευών λόγω ενανθράκωσης: η υγρή συντήρηση 3 ηµερών διπλασιάζει το χρόνο που απαιτείται για την αποπαθητικοποίηση του οπλισµού των στοιχείων οπλισµένου σκυροδέµατος λόγω ενανθράκωσης, ενώ ο χρόνος αυτός υπερτετραπλασιάζεται όταν η υγρή συντήρηση εφαρµοσθεί για 7 ηµέρες. Στην περίπτωση εφαρµογής µεµβρανών συντήρησης τα αποτελέσµατα όσον αφορά το χρόνο αποπαθητικοποίησης του οπλισµού είναι τα ίδια ή και καλύτερα όπως στην περίπτωση της υγρής συντήρησης των 7 ηµερών.. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η ταχύτητα εξέλιξης της ενανθράκωσης αποτελεί ένα πολύ σηµαντικό παράγοντα µείωσης του χρόνου ζωής των κατασκευών οπλισµένου σκυροδέµατος στη Βόρεια Ελλάδα. Λόγω των τοπικών κλιµατολογικών συνθηκών, το µέτωπο της ενανθράκωσης προχωράει µε ταχύ ρυθµό και φθάνει το επίπεδο του οπλισµού σε χρονικό διάστηµα λιγότερο των ετών, για σκυρόδεµα C16/ και C/ το οποίο παραµένει ανεπίχριστο και έχει υποστεί πληµµελή συντήρηση. Η παρατεταµένη υγρή συντήρηση του σκυροδέµατος επιδρά σαν πολλαπλασιαστής ισχύος όσον αφορά τη µείωση του βάθους ενανθράκωσης: η αύξηση του χρόνου της υγρής συντήρησης από 1 σε 3 ή 7 ηµέρες έχει ως αποτέλεσµα τον διπλασιασµό ή και τετραπλασιασµό του χρόνου που απαιτείται για την αποπαθητικοποίηση του οπλισµού όταν η επικάλυψη του σκυροδέµατος είναι ίση µε mm. Σε περίπτωση αδυναµίας εφαρµογής σωστής υγρής συντήρησης, ο ψεκασµός των επιφανειών του σκυροδέµατος µε ειδικές αντιεξατµιστικές µεµβράνες αποτελεί µία εναλλακτική λύση µε εξαιρετικά αποτελέσµατα. Η κατηγορία αντοχής του σκυροδέµατος είναι επίσης καθοριστικός παράγοντας για την ταχύτητα εξέλιξης του φαινοµένου της ενανθράκωσης. Ο χρόνος αποπαθητικοποίησης του οπλισµού σε σκυροδέµατα C/3 και C3/37 βρέθηκε, για όλα τα σενάρια συντήρησης, υπερτετραπλάσιος του αντίστοιχου χρόνου που υπολογίστηκε σε µείγµατα κατηγορίας αντοχής C16/ ή C/. Τα «φτωχά» αυτά µείγµατα δεν κατόρθωσαν να αναπτύξουν χρόνο αποπαθητικοποίησης του οπλισµού µεγαλύτερο του ορίου των ετών σε καµία περίπτωση, ανεξαρτήτως του σεναρίου συντήρησης. Από τα αποτελέσµατα της παρούσας εργασίας φαίνεται ότι η συνδυασµένη χρήση σκυροδέµατος C/3 (ή ανώτερο) και υγρής συντήρησης 7 ηµερών (ή ψεκασµού µε ειδικές µεµβράνες) αποτελούν µία λύση που αυξάνει το χρόνο ζωής των κατασκευών οπλισµένου σκυροδέµατος λόγω ενανθράκωσης σε επίπεδα υψηλότερα των 1 ετών. 1ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6 8

9 ΑΝΑΦΟΡΕΣ Comite Europeene de Normalisation (a) : «Concrete - Part 1: Specίfication, Perlormance, Production and Conformity», ΕΝ 6-1.Richardson G. M., Fundamentals of Durable Reinforced Concrete, Published by E&.FΝ.SPOON PREss (Modern Concrete Technology Series), London, RILEM Committee CPC-18 (198): Measurement of hardened concrete carbonation depth, Materials and Structures, 1, pp Uchida, S. and Hamada, Μ. (198): Durability tests of steel and concrete, Journal of Architecture and Building Science 16, pp Wee T. H., Suryavanshi A. K.,.Logendran D: "Pore structure controlling the carbonation of a hardened cement matrix blended with mineral admixture" Advances in Cement Research, Vol. 11, Issue, 1999, pp ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, -7 Οκτωβρίου, 6 9