ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΟΜΗΣΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΓΕΝΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ, ΧΗΜΕΙΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ

Transcript

1 ΓΕΝΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ, ΧΗΜΕΙΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΧΗΜΕΙΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Α.Τ. ΡΟΥΤΟΥΛΑΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΗΛ , Ε-MAIL: ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΟΜΗΣΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2010

2 Πίνακας περιεχομένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ ΓΕΝΙΚΟΤΗΤΕΣ ΤΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟ ΣΕ ΘΕΙΪΚΑ ΠΟΖΟΛΑΝΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ YΨΙΚΑΜΙΝΟΥ ΤΟ ΝΕΡΟ ΤΑ Α ΡΑΝΗ ΑΛΚΑΛΟΠΥΡΙΤΙΚΗ ΡΑΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ-ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΕΝΙΚΑ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΧΛΩΡΙΟΝΤΩΝ ΣΤΗ ΙΑΒΡΩΣΗ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΟΥ ΙΟΞΕΙ ΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΚΑΙ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΡΗΓΜΑΤΩΣΕΩΝ ΣΤΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΟΣΘΕΤΩΝ ΣΤΙΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΣΚΩΡΙΑ ΥΨΙΚΑΜΙΝΩΝ ΧΡΗΣΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΠΡΟΣΘΕΤΩΝ ΑΝΑΣΤΟΛΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ (ΧΗΠΑ ) ΧΡΗΣΗ Υ ΑΤΟΣΤΕΓΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΑ ΕΠΙΣΤΡΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΙ ΗΡΟΠΛΙΣΜΩΝ ΓΕΝΙΚΟΤΗΤΕΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΧΑΛΥΒΑ ΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕ ΒΕΛΟΝΙΣΜΟΥΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΛΟΓΩ ΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΧΛΩΡΙΟΝΤΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΙΑΒΡΩΣΗ ΑΠΟ ΧΛΩΡΙΟΝΤΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΙ ΗΡΟΠΛΙΣΜΩΝ ΑΠΟ ΙΑΒΡΩΣΗ ΓΕΝΙΚΟΤΗΤΕΣ ΠΡΟΣΜΙΞΕΙΣ ΣΤΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ ΑΝΑΣΤΟΛΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΕΠΙΧΡΙΣΜΑΤΑ ΣΙ ΗΡΟΠΛΙΣΜΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΣΙ ΗΡΟΠΛΙΣΜΩΝ ΓΕΝΙΚΟΤΗΤΕΣ ΧΡΟΝΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΥΝΑΜΙΚΟΥ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΈΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΧΡΟΝΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΥΝΑΜΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΕΝΤΑΣΙΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΠΟΛΩΣΗΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΠΟΛΩΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΣΥΝΘΕΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΓΕΝΙΚΑ ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΣΥΝΘΕΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΕ ΟΚΙΜΙΑ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΛΟΙΠΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΣΙ ΗΡΟΠΛΙΣΜΩΝ ΜΕ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕ SG ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΥΛΙΚΑ -ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΕ SG ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΑΠΟ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΕΡΧΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΣΤΑΘΜΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΒΑΡΟΥΣ ΣΙ ΗΡΟΠΛΙΣΜΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ... 61

3 5.4.1 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕ SG ΓΙΑ ΟΚΙΜΙΟ OPC ΚΑΙ ΛΟΓΟ N/T0,5 ΥΠΟ ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕ SG ΓΙΑ ΟΚΙΜΙΟ SG2A ΚΑΙ ΛΟΓΟ N/T 0,5 ΜΕ ΑΝΑΣΤΟΛΕΑ ΙΑΒΡΩΣΗΣ 2% ΥΠΟ ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕ SG ΓΙΑ ΟΚΙΜΙΟ SG4A ΚΑΙ ΛΟΓΟ Ν/T 0,5 ΜΕ ΑΝΑΣΤΟΛΕΑ ΙΑΒΡΩΣΗΣ 4% ΥΠΟ ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕ SG ΓΙΑ ΟΚΙΜΙΟ OPC ΚΑΙ ΛΟΓΟ N/T 0,7 ΥΠΟ ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕ SG ΓΙΑ ΟΚΙΜΙΟ SG2A ΚΑΙ ΛΟΓΟ N/T 0,7 ΜΕ ΑΝΑΣΤΟΛΕΑ ΙΑΒΡΩΣΗΣ 2% ΥΠΟ ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΜΕ SG ΓΙΑ ΟΚΙΜΙΟ SG4A ΚΑΙ ΛΟΓΟ Ν/Τ 0,7 ΜΕ ΑΝΑΣΤΟΛΕΑ ΙΑΒΡΩΣΗΣ 4% ΥΠΟ ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 82

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΤΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ 1.1. ΓΕΝΙΚΟΤΗΤΕΣ Το σκυρόδεµα είναι σύνθετο υλικό, που αποτελείται κυρίως από τσιµέντο, αδρανή και νερό, του οποίου η σύσταση και οι ιδιότητες ποικίλουν πολύ. Χαρακτηριστικά µπορεί να αναφερθεί η διακύµανση της πυκνότητας του η οποία µπορεί να κυµαίνεται από 800 έως 4000 Κg/m 3, της τελικής θλιπτικής αντοχής, από 1 έως 140 Μpa και της διαπερατότητας σε αέρια, η οποία µπορεί να είναι από µεγάλη έως ελάχιστη. Ανάλογα µε τη χρήση για την οποία προορίζεται, προστίθενται ορισµένα βελτιωτικά των ιδιοτήτων του. Η ποιότητα του σκυροδέµατος εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό από την ποιότητα των υλικών από τα οποία συντίθεται, αλλά και από άλλους παράγοντες όπως η αναλογία και ο τρόπος ανάµιξης τους, η κατασκευή των καλουπιών και η συµπύκνωση του σκυροδέµατος µέσα στα καλούπια (1-5) ΤΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟ Το ευρύτερα χρησιµοποιούµενο τσιµέντο είναι το τσιµέντο τύπου πόρτλαντ, το οποίο προκύπτει από το ψήσιµο σε θερµοκρασία 1400 έως 1500 C, οµογενοποιηµένου µίγµατος ασβεστόλιθου σε περιεκτικότητα 75% και αργιλοπυριτικών ενώσεων σε περιεκτικότητα 25% και στη συνέχεια συνάλεση του ενδιάµεσου προϊόντος (κλίνκερ) µε κατάλληλη ποσότητα γύψου. Ο γύψος προστίθεται προκειµένου να ελέγξει το χρόνο πήξης του τσιµέντου. Μια τυπική ανάλυση κλίνκερ και τσιµέντου τύπου πόρτλαντ δίνεται στον Πίνακα1. Το τσιµέντο όταν συνδυάζεται µε το νερό σχηµατίζει µια πάστα ικανή να στερεοποιηθεί είτε στον αέρα είτε µέσα στο νερό και να µετατραπεί τελικά σε υλικό σκληρό σαν πέτρα. Οι αντιδράσεις ενυδάτωσης του τσιµέντου είναι πολύπλοκες και οι θεωρίες ερµηνείας τους πολλές. Οι βασικές αντιδράσεις που πραγµατοποιούνται κατά την προσθήκη νερού στο τσιµέντο είναι οι ακόλουθες: 1. 2(3CaO.SiO 2 ) + 6H 2 O 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + 3Ca(OH) (2CaO.SiO 2 ) + 4H 2 O 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + Ca(OH) CaO.Al 2 O 3 + 6H 2 O 3CaO.Al 2 O 3.6H 2 O 4. 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 + 2Ca(OH) H 2 O CaO.Al 2 O 3.6H 2 O + 3CaO.Fe 2 O 3.6H 2 O Από τα σχηµατιζόµενα σύµφωνα µε τις παραπάνω αντιδράσεις προϊόντα, η στερεότητα του σκυροδέµατος οφείλεται στο 3CaO.2SiO 2.3H 2 O και η αλκαλική φύση του στο Ca(OH) 2. Στη χηµεία του τσιµέντου, ακολουθούνται συχνά οι εξής συντµήσεις για κωδικοποίηση των βασικών του συστατικών :

5 C=CaO, S=SiO 2, A=Al 2 O 3, F=Fe 2 O 3, H=H 2 O, M=MgO Πίνακας 1 Ανάλυση κλίνκερ και τσιµέντου τύπου πόρτλαντ ΣΥΣΤΑΤΙΚΆ ΚΛΊΝΚΕΡ % ΤΣΙΜΈΝΤΟ % SiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO SO Ελεύθερο CaO K 2 O Na 2 O Αδιάλυτα Υπόλοιπα 9.60 Εκτός από το τσιµέντο τύπου πόρτλαντ χρησιµοποιούνται και άλλα είδη τσιµέντων. Τα τσιµέντα αυτά περιέχουν προσµίξεις, οι οποίες µε τη φυσική ή χηµική δράση τους επηρεάζουν τις ιδιότητες του τσιµέντου. Οι προσµίξεις που χρησιµοποιούνται συνήθως είναι : 1. Φυσικές ποζολάνες 2. Τεχνητές ποζολάνες όπως : α. Ιπτάµενες τέφρες β. Πυριτική παιπάλη 3. Φυσικοί ηφαιστειακοί λίθοι 4. Σκωρίες υψικαµίνων 5. Τέφρα κελύφους ρυζιού Τσιµεντο Ανθεκτικο σε Θειϊκα Το τσιµέντο πόρτλαντ ανθεκτικό σε θειικά είναι ένα τσιµέντο χαµηλής περιεκτικότητας σε C 3 A. Η περιεκτικότητα σε C 3 A πρέπει να είναι µικρότερη ή ίση µε 3%. Η συρρίκνωση του τσιµέντου πόρτλαντ ανθεκτικού σε θειικά πρέπει να είναι µικρότερη ή ίση µε 0.6 mm/m. Το τσιµέντο αυτό είναι κατάλληλο για κατασκευές που έρχονται σε επαφή µε νερά υψηλής περιεκτικότητας σε θειικά ή ανθρακικά ιόντα.

6 Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι η χρήση τσιµέντου ανθεκτικού σε θειικά σε περιβάλλον πλούσιο σε χλωριόντα είναι προβληµατική λόγω της µεγαλύτερης διάβρωσης του σιδηροπλισµού, όπως προκύπτει από το Σχήµα SR 20 CA Απώλεια Βάρους (mg/cm 2 ) Χρόνος Έκθεσης (Μήνες) Σχήµα 1 Σχέση απώλειας βάρους και χρόνου έκθεσης για χρόνο ωρίµανσης µιας ηµέρας. οκίµια CA µε τσιµέντο Πόρτλαντ και SR µε τσιµέντο ανθεκτικό σε Θειικά (6) Ποζολανικα Τσιµεντα Σαν ποζολανικά υλικά χαρακτηρίζονται τα αργιλοπυριτικά υλικά που, από µόνα τους ή δεν έχουν υδραυλικές ιδιότητες ή έχουν ασθενείς υδραυλικές ιδιότητες αλλά, σε λεπτό διαµερισµό παρουσία νερού αντιδρούν µε την υδράσβεστο σε συνήθη θερµοκρασία και σχηµατίζουν ενώσεις µε υδραυλικές ιδιότητες (7). Τα ποζολανικά υλικά είναι γνωστά από αρχαιοτάτων χρόνων. Ανάλογα την προέλευση τους µπορούν να διακριθούν σε: Φυσικές Ποζολάνες, που είναι φυσικά αποθέµατα ηφαιστιογενών πηγών (πυροκλαστικά υλικά) και έχουν µεγάλη περιεκτικότητα σε πυριτικά πετρώµατα π.χ. θηραϊκή γη. Τεχνητές Ποζολάνες, δηλαδή διάφορα αργιλοπυριτικά υλικά που λαµβάνονται µετά από κάποια θερµική κατεργασία σαν απόβλητα. Τέτοια υλικά είναι οι τέφρες των ατµοηλεκτρικών σταθµών είτε είναι ιπτάµενες (fly ashes) είτε είναι βάσης (bottom ashes) και οι διάφορες σκωρίες υψικαµίνων (blast furnaces slags).

7 Tα ποζολανικά υλικά χρησιµοποιούνται σαν προσθήκες στο τσιµέντο πόρτλαντ για λόγους είτε εξοικονόµησης ενέργειας είτε αύξησης αντοχής σε διάβρωση. Τα τσιµέντα αυτά είναι γνωστά σαν «τσιµέντα µε πρόσθετα» ή «µικτά τσιµέντα» (blended cements) Φυσικές Ποζολάνες Θηραϊκή Γη Η προέλευση των φυσικών ποζολανών είναι ηφαιστειογενής. Η δραστική ύαλος που περιέχουν δηµιουργήθηκε από ηφαιστειογενή έκρηξη. Τα αέρια που ελευθερώθηκαν κατά την έκρηξη στο υπό µορφή τήγµατος µίγµα και η απότοµη ψύξη, που ακολούθησε, προκάλεσε την κρυστάλλωση µε µεγάλη εσωτερική επιφάνεια λόγω ακριβώς της απελευθέρωσης και διαφυγής των αερίων. Αυτές οι φυσικές ποζολάνες είναι ενεργειακά αναβαθµισµένα υλικά. Η σύσταση διαφόρων φυσικών ποζολανών δίνονται στον Πίνακα 2. Στην Ελλάδα υπάρχει φυσική ποζολάνη που έχει πάρει το όνοµα της από την νήσο Σαντορίνη,(στο εξωτερικό γνωστή σαν Santorin Earth) και είναι γνωστή µε το όνοµα Θηραϊκή Γη. Σε σύγκριση µε τις άλλες φυσικές ποζολάνες έχει υψηλότερο ποσοστό SiO 2. H χρήση των φυσικών ποζολανών σαν πρόσθετα στο τσιµέντο έχει µακρόχρονη παρουσία. Αρχικά χρησιµοποιήθηκαν για λόγους µείωσης του κόστους. Αργότερα χρησιµοποιήθηκαν για εξοικονόµηση ενέργειας. Για αυτόν τον λόγο η χρήση τους γενικεύθηκε µετά την ενεργειακή κρίση του Με τον χρόνο διαπιστώθηκε η αυξηµένη αντοχή τους στην διάβρωση. Σύµφωνα µε τις Αµερικανικές προδιαγραφές ΑSTM C595 τα τσιµέντα αυτά χαρακτηρίζονται σαν Type IP. Σύµφωνα µε τις Γερµανικές προδιαγραφές DIN 1164 T1 χαρακτηρίζονται σαν Trasszement (εν συντοµία Τrz). H χρήση των ποζολανών σαν πρόσθετα µπορεί να γίνει είτε κατά την παραγωγή του τσιµέντου µε ξηρή συνάλεση στο κλίνκερ,(σύνθετα Τσιµέντα), είτε µε ανάµιξη εκ των υστέρων κατά την παραγωγή του σκυροδέµατος. Στην δεύτερη περίπτωση η ποζολάνη πρέπει να έχει αλεσθεί. Οι φυσικές ποζολάνες σαν πρόσθετα στο τσιµέντο πόρτλαντ συντελούν ώστε : Να µειωθεί η εκλυόµενη θερµότητα κατά την πήξη Να αυξηθεί η αντοχή σε διάβρωση Να καθυστερεί η ανάπτυξη αντοχών Όλα αυτά είναι συνέπειες της συµµετοχής της φυσικής ποζολάνης στις αντιδράσεις ενυδάτωσης του τσιµέντου. Κατά την ενυδάτωση πρώτα αντιδρούν οι ενώσεις του κλίνκερ. Στη συνέχεια όµως αρχίζει µε βραδύ ρυθµό η αντίδραση της υδρασβέστου, που απελευθερώνεται από τις ενώσεις του κλίνκερ µε τα δραστικά συστατικά της ποζολάνης. Κύριο προϊόν της αντίδρασης αυτής είναι το CSH. Επειδή η αντίδραση αυτή είναι βραδεία επιβραδύνεται ο ρυθµός έκλυσης θερµότητας αλλά και η ανάπτυξη µηχανικών αντοχών. Ταυτόχρονα η δέσµευση της υδρασβέστου συντελεί στην αύξηση της ανθεκτικότητας σε όξινο περιβάλλον. Το σηµαντικότερο όµως είναι ότι, η αντίδραση της υδρασβέστου µε τα SiO 2, Al 2 O 3 αλλά και το Fe 2 O 3 γίνεται µέσα στους πόρους της µάζας του τσιµέντου και τα προϊόντα περιορίζουν το πορώδες.

8 Τα τσιµέντα µε πρόσθετο φυσική ποζολάνη είναι ανθεκτικότερα σε σχέση µε το αµιγές τσιµέντο πόρτλαντ σε µαλακά νερά, θαλασσινό νερό και σε αραιά διαλύµατα αλάτων µαγνησίου. Μόνο σε πυκνά διαλύµατα αλάτων µαγνησίου η αντοχή του τσιµέντου πόρτλαντ είναι µεγαλύτερη. Ακόµη λόγω της ικανότητας δέσµευσης των χλωριόντων συντελούν στην προστασία του οπλισµού. Πίνακας 2 Χηµική Σύσταση & Ειδικό Βάρος Ποζολανών ιαφορετικής Προέλευσης Σύνθεση ΠΟΖΟΛΑΝΕΣ Salone Ιταλίας Bacoli Ιταλίας Θηραϊκή Γη Ρήνου Βαυαρίας Αυστρίας ΑΠ % 4,6-11,8 6,0-8,8 15,2 4,3 3,5 4,5 SiO 2 51,0-57,7 59,0-65,9 57,1 48,1 58,9 63,6 Al 2 O 3 17,1-19,0 13,8-16,6 17,5 18,2 20,5 17,1 Fe 2 O 3 1,8-5,8 3,0-5,4 3,3 7,3 0,8 4,1 TiO 2 Ίχνη Ίχνη 0,8 0,7 0,5 0,5-1 CaO 3,1-5,8 3,3-7,8 0,3 9,9 4,0 3,6 MgO 1,1-1,7 0,9-2,8 0,9 5,7 1,5 1,8 Na 2 O 0,8-5,4 1,7-2,2 0,5 0,9 2,7 2,4 K 2 O 2,8-6,3 1,5-2,3 2,8 4,4 6,6 2,1 SO 3 Ίχνη Ίχνη 1,9 Ίχνη Ίχνη Ίχνη Ε.β. 2,4-2,6 2,5-2,6 2,4 2,7 2,4 2,4 Στην προστασία του οπλισµού συνεισφέρουν και µε θυσιαζόµενες αταξίες, τις οποίες απέκτησαν λόγω της απότοµης ψύξης κατά τον σχηµατισµό τους Τεχνητές Ποζολάνες Ιπτάµενη Τέφρα Η Ιπτάµενη Τέφρα (I.T.) είναι ένα υλικό που παράγεται κατά την καύση κονιοποιηµένων στερεών καυσίµων σε µεγάλες ατµοπαραγωγικές µονάδες. Παρασύρεται από το ρεύµα των καυσαερίων και συλλέγεται σε ειδικές εγκαταστάσεις αποκονίωσης (µε µηχανικά ή ηλεκτροστατικά φίλτρα). Η χηµική και ορυκτολογική σύσταση της Ι.Τ. εξαρτάται από την πρώτη ύλη της καύσης, την θερµοκρασία καύσης και την ταχύτητα ψύξης. Η Ι.Τ. διαφέρει από τις φυσικές ποζολάνες κύρια στην περιεκτικότητα σε άσβεστο και την µικρότερη περιεκτικότητα σε δεσµευµένο νερό. Οι Ι.Τ. έχουν από µόνες τους υδραυλικές ιδιότητες αλλά συνήθως αυτές είναι ασθενείς. Η σύσταση και η λεπτότητα της Ι.Τ. δεν είναι πάντα σταθερές και εποµένως πρέπει να ελέγχονται. Για την ποιότητα του σκυροδέµατος που πρόκειται να παραχθεί µεγάλη σηµασία έχουν : Η ειδική επιφάνεια της Ι.Τ(πρέπει να είναι µεγαλύτερη από 2500 cm 2 /g) Η περιεκτικότητα σε ενεργά συστατικά SiO 2 και Al 2 O 3. H περιεκτικότητα σε επιβλαβή συστατικά (C<3% και SO 2 ). H περιεκτικότητα σε ελεύθερη άσβεστο. Ειδικότερα όσον αφορά την περιεκτικότητα σε ελεύθερη άσβεστο οι αµερικανικοί κανονισµοί κατατάσσουν τις Ι.Τ. σε 2 κατηγορίες :

9 α) την κατηγορία που περιέχει κατά κύριο λόγο SiO 2 (περισσότερο από 45%) και λίγη άσβεστο (κατά ASTM Class F Fly Ashes). β) την κατηγορία µεγάλης περιεκτικότητας σε CaO (περισσότερο από 20%) και µικρή περιεκτικότητα σε πυρίτιο (κατά ASTM Class C Fly Ashes). Στον Πίνακα 3 δίνεται η σύσταση Ι.Τ. από διάφορες χώρες και στον Πίνακα 4 παρουσιάζεται η σύσταση Ι.Τ. της Ελλάδας. Πίνακας 3 Εκατοστιαία Σύσταση Ιπτάµενων Τεφρών ιάφορων Χωρών Προέλευση SiO 2 % Χαµηλής Περιεκτικότητας σε CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO % % % % Αλκάλια % 1. Τσεχοσλοβακία 57,38 22,18 7,67 3,44 2,71 2,02 0,34 4,03 2. Αγγλία 49,80 24,91 9,22 3,65 2,11 4,68 0,81 4,00 3. Ινδία ( ελχί) 58,20 28,05 7,63 0,58 0,39 2,11 Ίχνη 4,51 Προέλευση SiO 2 % Υψηλής Περιεκτικότητας σε CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO % % % % Αλκάλια % 1. U.S.A. (Ottertail) 26,42 14,95 14,35 23,78 7,26 6,3 4, Γαλλία (Provence) 21 13,5 7,4 43 2, SO 3 % SO 3 % A.Π. % A.Π. % Επί % περιεκτικότητα Σε οξείδια Πίνακας 4 Χηµική Σύσταση Ελληνικών Ι.Τ. Ι.Τ. Μεγαλοπόλεως Ι.Τ. Πτολεµαϊδας Ι.Τ. Αλιβερίου SiO Al 2 O Fe 2 O 3 6,5-10 3,5-7,0 8 CaO MgO 1,8-2,8 1,5-4,5 2 SO 3 1,5-3, ,5 K 2 O 1,5-2 0,5-1,1 2 Na 2 O ~0,5 0,6-0,8 0,5 Ελεύθερο CaO Aπώλεια Πυρώσεως Αδιάλυτο Υπόλειµµα 0,9-2, , Στο µικροσκόπιο οι κόκκοι της Ι.Τ. παρουσιάζουν ποικιλία σχηµάτων. Γενικά είναι δυνατή η διάκριση τους σε τρεις κατηγορίες : 1) Σφαιρικοί, που συνήθως είναι οι πιο µικροί µε τάξη µεγέθους λίγα µ. 2) Σφαιροειδείς. 3) Ακανόνιστοι.

10 Στις δύο τελευταίες κατηγορίες ανήκουν οι κόκκοι µε τάξη µεγέθους των 5µ. Στους κόκκους αυτούς παρουσιάζεται ένα κέλυφος από τηγµένο υλικό που δηµιουργήθηκε στις ελεύθερες επιφάνειες, λόγω επίτηξης, που τους καθιστά αδρανείς. Η χρήση της Ι.Τ. σαν πρόσθετο στο τσιµέντο έχει απασχολήσει τους ερευνητές τόσο στην Ελλάδα όσο και διεθνώς. Συνοψίζοντας τα αποτελέσµατα των διάφορων εργασιών, προκύπτει ότι η Ι.Τ., σαν πρόσθετο στο τσιµέντο, έχει τα ακόλουθα αποτελέσµατα : Βελτιώνει την εργασιµότητα, αυξάνει την πλαστικότητα και την αντλησιµότητα του παραγοµένου σκυροδέµατος. Βελτιώνει την εµφάνιση της επιφάνειας του σκυροδέµατος µετά το ξεκαλούπωµα. Έχει την ικανότητα να δεσµεύει τα χλωριόντα και έτσι προστατεύει τον σιδηροπλισµό από την διάβρωση. Λόγω της αυξηµένης περιεκτικότητας σε ελευθέρα άσβεστο αυξάνει την ταχύτητα της ενανθράκωσης. Για την σύγκριση της ταχύτητας ενανθράκωσης του τσιµέντου µε πρόσθετο Ι.Τ. και του τσιµέντου πόρτλαντ θα πρέπει να συνεκτιµηθεί η επίδραση της αύξησης της υδρασβέστου και της µείωσης του πορώδους Τσιµεντα Yψικαµινου Η σκωρία υψικαµίνων (slag, Schlacke) είναι υλικό µη µεταλλικό, που αποτελείται από πυριτικά και αργυλοπυριτικά άλατα του ασβεστίου. Οι σκωρίες έχουν από µόνες τους υδραυλικές ιδιότητες. Όταν όµως ενυδατώνονται µόνες τους, χωρίς την παρουσία του τσιµέντου πόρτλαντ, το ποσό του υδραυλικού υλικού που σχηµατίζεται είναι µικρό και ο ρυθµός σχηµατισµού του ανεπαρκής. Για τον λόγο αυτό χρησιµοποιούνται πάντα σε µίγµατα µε τσιµέντο πόρτλαντ. Η προσθήκη της σκωρίας στο τσιµέντο πόρτλαντ µπορεί να γίνει µε ξηρή συνάλεση στο κλίνκερ ή µε ανάµιξη εφόσον η σκωρία είναι ήδη κονιοποιηµένη αρκετά. Τα ποσοστά ανάµιξης ποικίλουν σε µεγάλο εύρος (από 5-85% σκωρία). Οι γερµανικοί κανονισµοί (DIN 1164 T1) διακρίνουν τα τσιµέντα µε σκωρία σε δύο κατηγορίες : στα τσιµέντα µε σκωρία 6-35% και τσιµέντο πόρτλαντ 94-65% που χαρακτηρίζονται σαν σιδηρούχα τσιµέντα πόρτλαντ (Eisenportlantzement) στα τσιµέντα µε σκωρία 36-80% και τσιµέντο πόρτλαντ 64-20% που χαρακτηρίζονται σαν τσιµέντα υψικαµίνου (Hochofenzement). Σύµφωνα µε το ίδιο πρότυπο η σκωρία πρέπει να ικανοποιεί την σχέση : (CaO + MgO +Al 2 O 3 )/ SiO 2 > 1 Aκόµη, για την πρώτη περίπτωση, η περιεκτικότητα του τριοξειδίου του θείου πρέπει να είναι SO 3 <3.5% και για την δεύτερη περίπτωση SO 3 <4%. Και στα δύο είδη τσιµέντων η συρρίκνωση πρέπει να είναι µικρότερη από 8mm/m. H προσθήκη της σκωρίας στο τσιµέντο πόρτλαντ προκαλεί: µείωση του ποσού της εκλυόµενης θερµότητας µείωση της συρρίκνωσης µικρότερη πρόσληψη νερού

11 Η ενυδάτωση τσιµέντων µε πρόσθετο σκωρία αρχίζει µε την ενυδάτωση των ενώσεων του κλίνκερ του πόρτλαντ. Το σχηµατιζόµενο υδροξείδιο του ασβεστίου προωθεί την ενυδάτωση των κόκκων της σκωρίας, που έχουν και από µόνοι τους υδραυλικές ιδιότητες, ενώ ταυτόχρονα δεσµεύεται και το ίδιο. Για τον λόγο αυτό τα τσιµέντα µε πρόσθετο σκωρία έχουν µεγάλη ανθεκτικότητα σε θειικά. Τα τσιµέντα αυτά είναι επίσης ανθεκτικά σε διαλύµατα CaSO 4, MgSO 4 και Na 2 SO 4 χαµηλής ή µέσης συγκέντρωσης. Εάν η σκωρία είναι σε ποσοστό µεγαλύτερο από 60% τότε είναι ανθεκτικά και σε πυκνά διαλύµατα Na 2 SO 4. Επίσης είναι ανθεκτικά πλήρως σε µαλακά νερά. Η ταχύτητα ενανανθράκωσης είναι µικρότερη από αυτή του τσιµέντου πόρτλαντ. Μειονέκτηµα των τσιµέντων αυτών είναι ότι σε θερµοκρασίες άνω των 10 C καθυστερεί σηµαντικά η ανάπτυξη των αντοχών. Ακόµη σε περιβάλλον πλούσιο σε χλωριόντα η ταχύτητα διάβρωσης του σιδηροπλισµού είναι µεγαλύτερη από αυτή του τσιµέντου πόρτλαντ. Επίσης η εµπειρία έχει δείξει ότι σε περιπτώσεις όπου υπάρχει σηµαντικά κυµαινόµενη στάθµη νερού η διάβρωση των τσιµέντων µε πρόσθετο σκωρία είναι µεγαλύτερη από αυτή του αµιγούς τσιµέντου πόρτλαντ ΤΟ ΝΕΡΟ Το νερό επηρεάζει σε µικρό βαθµό την ποιότητα του σκυροδέµατος, κυρίως µε την ποσότητα παρά µε την ποιότητα του. Τα όρια αναλογίας νερού προς τσιµέντο κυµαίνονται γενικά µεταξύ 0.6/1 και 0.4/1, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η ρευστότητα του παραγόµενου υλικού προκειµένου να είναι κατάλληλο για κατασκευές αλλά και η αντοχή του στη διάβρωση. Όταν η αναλογία νερού προς τσιµέντο ξεπεράσει το 0.6/1, η διαπερατότητα του σκυροδέµατος, άρα και η πιθανότητα χηµικής προσβολής, αυξάνεται δυσανάλογα, εξαιτίας της µεγάλης αύξησης του µεγέθους και του αριθµού των τριχοειδών πόρων(1). Όταν η αναλογία νερού προς τσιµέντο κυµαίνεται µεταξύ 0.40/1 και 0.45/1, εξασφαλίζεται τόσο η µείωση του πορώδους όσο και η αύξηση της µηχανικής αντοχής του σκυροδέµατος. Σχετικά µε τη σύσταση του χρησιµοποιούµενου νερού, όταν µεν πρόκειται για πόσιµο, οπότε οι διαφορές στη χηµική του σύσταση είναι σχετικά µικρές, δεν προκύπτουν σηµαντικές διαφορές στην ποιότητα του σκυροδέµατος. Όταν όµως πρόκειται για νερό ποταµών ή θάλασσας, η σύσταση του γίνεται ιδιαίτερα σηµαντική, µε κυριότερο παράγοντα τη περιεκτικότητα του σε χλωριόντα, της οποίας η τιµή δεν πρέπει να ξεπερνά 0.05% κ.β. τσιµέντου. Νερό µε περιεκτικότητα σε χλωριόντα µεγαλύτερη από 0.15% κ.β. τσιµέντου µπορεί να αρχίσει αµέσως τη διάβρωση εγκιβωτισµένου σιδηροπλισµού. Τέλος, το νερό που χρησιµοποιείται για την παρασκευή σκυροδέµατος, πρέπει να έχει χαµηλή περιεκτικότητα σε διαλυµένες και αιωρούµενες οργανικές ουσίες καθώς και πλήρη έλλειψη σε λίπη και έλαια ΤΑ Α ΡΑΝΗ Αυτά αποτελούν το 65-70% του όγκου του σκυροδέµατος και οι ιδιότητες τους επηρεάζουν την ποιότητα του. Το κυριότερο χαρακτηριστικό των αδρανών που επηρεάζει την ποιότητα του σκυροδέµατος είναι η κοκκοµετρική τους διαβάθµιση και στη συνέχεια οι περιεχόµενες επιβλαβείς ουσίες, η αντοχή τους σε θλίψη και τριβή,

12 το σχήµα και η υφή της επιφάνειας τους, η απορρόφηση νερού και τέλος η αντοχή τους σε φυσικές µεταβολές και χηµικές επιδράσεις. Τα αδρανή µπορεί να είναι φυσικά ή τεχνητά. Φυσικά θεωρούνται αυτά που χρησιµοποιούνται όπως είναι ή µετά από θραύση, ενώ τεχνητά θεωρούνται είτε τα φυσικά που χρησιµοποιούνται µετά από ειδική επεξεργασία εκτός της θραύσης, είτε τα διογκωµένα πλαστικά. Από τις ιδιότητες του σκυροδέµατος που επηρεάζονται από τα αδρανή, η πλέον σηµαντική για τη διάβρωση είναι το πορώδες. Αυτό εµφανίζεται χαµηλότερο στην περίπτωση των φυσικών αδρανών, πράγµα που προσδίδει στο σκυρόδεµα που παρασκευάζεται µε αυτά, µεγαλύτερη αντοχή στην διάβρωση. Ανάλογα µε τη χρήση του σκυροδέµατος και κυρίως σε ειδικές περιπτώσεις κατασκευών που διατρέχουν µεγάλο κίνδυνο χηµικής προσβολής, η επιλογή των αδρανών πρέπει να υπακούει σε διεθνείς προδιαγραφές Αλκαλοπυριτική ράση Όταν τα αδρανή περιέχουν άµορφο ή σε κρυπτοκρυσταλλική µορφή πυρίτιο, υπάρχει κίνδυνος αντίδρασής του µε τα αλκάλια του σκυροδέµατος. Προϊόν της αντίδρασης είναι ένα αρχικά διαυγές και στη συνέχεια λευκό, παχύρρευστο πήγµα (silica gel), το οποίο διογκώνεται µε την απορρόφηση του νερού των πόρων και προκαλεί ρωγµές στο σκυρόδεµα. Οι αλκαλοπυριτικές δράσεις που αναφέρουν διάφοροι ερευνητές είναι οι εξής: 1. 2SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 SiO 3 2SiO 2. Na 2 O.H 2 O 2. 2SiO 2 + 4NaOH 2Na 2 SiO 3 + 2H 2 O 2SiO 2.Na 2 O.H 2 O 3. 3SiO 2 + 4NaOH 2Na 2 SiO 3 + H 2 SiO 3 + H 2 O 3SiO 2 + 2Na 2 O.H 2 O +H 2 O H αντίδραση που θα συµβεί εξαρτάται από τη µορφή του πυριτίου και τη συγκέντρωση των αλκαλίων, προϋποθέτει δε την παρουσία υγρασίας. Το πήγµα που σχηµατίζεται είναι συνήθως αρνητικά φορτισµένο και έλκει τα ιόντα ασβεστίου. Η περιεκτικότητα του πήγµατος σε Ca ++ αυξάνεται µε τον χρόνο, όταν δε ξεπεράσει ένα ορισµένο όριο, η τάση του πήγµατος προς διόγκωση µηδενίζεται. Η αντίδραση ευνοείται από την αύξηση της συγκέντρωσης των ΟΗ - στο διάλυµα των πόρων του σκυροδέµατος, και από την αύξηση της θερµοκρασίας. Η χρήση ιπτάµενης τέφρας και σκωρίας υψικαµίνου ως πρόσθετα στο τσιµέντο µειώνει τον κίνδυνο πραγµατοποίησης αλκαλοπυριτικής δράσης. Αυτό οφείλεται στη µείωση της ποσότητας των αλκαλίων στους πόρους του σκυροδέµατος εξαιτίας των προσµίξεων αυτών.

13 Η ρηγµάτωση που προκαλείται από την αλκαλοπυριτική δράση, ευνοεί την διάβρωση του σιδηροπλισµού, ο οποίος εξαιτίας των ρωγµών, εκτίθεται πλέον στο διαβρωτικό περιβάλλον. Εκτός της αλκαλοπυριτικής αντίδρασης, έχει παρατηρηθεί και αντίδραση µεταξύ αλκαλίων και ανθρακικών αλάτων. Η δράση αυτή πραγµατοποιείται µεταξύ αλκαλίων και αδρανών που προέρχονται από δολοµιτικό ασβεστόλιθο, και δεν έχει παρατηρηθεί µέχρι στιγµής στην Ευρώπη.

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Γενικά ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ-ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ Η ανθεκτικότητα κατασκευών από οπλισµένο σκυρόδεµα (Ο.Σ) επηρεάζεται σε µεγάλο βαθµό από τις περιβαλλοντικές συνθήκες, οι οποίες επιδρούν στην κατασκευή εσωτερικά και εξωτερικά. Σε χώρες που περιβάλλονται από θάλασσα και µε ζεστό κλίµα, όπως η Ελλάδα, η θερµοκρασία, η σχετική υγρασία, τα χλωριόντα και άλλοι αέριοι ρύποι όπως το διοξείδιο του άνθρακα CO 2, το διοξείδιο του θείου SO 2 και τα οξείδια του αζώτου NΟ x, είναι παράγοντες θεµελιώδους σηµασίας για τη φθορά και κατά συνέπεια την καταστροφή του σκυροδέµατος, η οποία προκαλείται κατά κύριο λόγο από τη διάβρωση του οπλισµού και την ενανθράκωση του σκυροδέµατος. ιάφορα ορυκτά πρόσθετα έχουν χρησιµοποιηθεί στο παρελθόν για την παραγωγή τσιµέντων και σκυροδεµάτων αυξηµένης ανθεκτικότητας, όπως οι φυσικές και τεχνητές ποζολάνες και η πυριτική παιπάλη. Ως ποζολανικά υλικά χαρακτηρίζονται τα αργυλοπυριτικά τα οποία από µόνα τους δεν έχουν υδραυλικές ιδιότητες αλλά σε λεπτό διαµερισµό, παρουσία νερού και υδροξειδίου του ασβεστίου σχηµατίζουν ενώσεις µε υδραυλικές ιδιότητες. Η προσθήκη των φυσικών ποζολανών στο τσιµέντο έχει ως αποτέλεσµα τη βελτίωση της εργασιµότητας και τη µείωση του πορώδους του παραγοµένου σκυροδέµατος. Επίσης παρουσιάζουν αυξηµένη ικανότητα δέσµευσης χλωριόντων κατά τη διάρκεια της ενυδάτωσης σε σχέση µε το τσιµέντο Πόρτλαντ. Όµως λόγω της µειωµένης περιεκτικότητάς τους σε ελεύθερη άσβεστο αυξάνεται σηµαντικά ο ρυθµός ενανθράκωσής τους. Από τη βιβλιογραφία υπάρχει ικανοποιητικός αριθµός πειραµατικών δεδοµένων ως προς την διάβρωση σκυροδεµάτων µε φυσικές και τεχνητές ποζολάνες Επίδραση των χλωριόντων στη διάβρωση του σκυροδέµατος Τα χλωριόντα αποτελούν έναν από τους κυριότερους λόγους για την φθορά του σκυροδέµατος στις γέφυρες και γενικά στις παραθαλάσσιες κατασκευές όπως λιµάνια και µαρίνες. Η χρήση των χηµικών για την τήξη του χιονιού στους δρόµους των πόλεων καθώς επίσης και η επίδραση του περιβάλλοντος σε παραθαλάσσιες περιοχές βρέθηκε ότι είναι η κύρια πηγή των χλωριόντων που απαιτούνται για να λάβει χώρα η διάβρωση. Ο οπλισµός µέσα στο σκυρόδεµα αρχικά προστατεύεται από την δηµιουργία στην επιφάνειά του ενός παθητικού στρώµατος από οξείδια, το οποίο δηµιουργείται λόγω της αλκαλικότητας του σκυροδέµατος. Η διαδικασία της διάβρωσης ξεκινά όταν το παθητικό αυτό στρώµα του οξειδίου καταστραφεί. Τα χλωριόντα τα οποία διαχέονται δια µέσω της µάζας του σκυροδέµατος προκαλούν αποπαθητικοποίησή του χάλυβα όταν η συγκέντρωση τους στην διεπιφάνεια χάλυβα-σκυροδέµατος είναι ίση και µεγαλύτερη από κάποιο όριο. Η τιµή του ορίου της συγκέντρωσης των χλωριόντων είναι ένας παράγων σηµαντικής σπουδαιότητας. Και ποικίλει ανάλογα µε τον τύπο σκυροδέµατος. Συγκεντρώσεις της τάξης των 0,71 έως 0,89 Kg/m 3 θεωρούνται όριο συγκέντρωσης των χλωριόντων για συνήθεις κατασκευές από σκυρόδεµα για γέφυρες. Σύµφωνα µε το AASHTO, συγκεντρώσεις µικρότερες των

15 1,42 Kg/m 3 είναι αποδεκτές για γέφυρες, ωστόσο το σκυρόδεµα θα πρέπει να επισκευάζεται όταν το όριο των χλωριόντων φτάσει την τιµή 2.8 Kg/m 3. Μια δεύτερη θεωρία αναφέρει ότι το όριο στο οποίο ο χάλυβας αποπαθητικοποιείται δεν πρέπει να λαµβάνει υπόψη της µόνο την συγκέντρωση των χλωριόντων στη µάζα του σκυροδέµατος, αλλά την αναλογία του λόγου των χλωριόντων ως προς την συγκέντρωση των υδροξυλιόντων. Σύµφωνα µε τον Haussmann, λόγος µεγαλύτερος από 0,6 υποδηλώνει µεγάλη πιθανότητα για ενεργή διάβρωση, ενώ λόγος µικρότερος του 0,6 όχι. Εύκολα διαπιστώνεται ότι ο λόγος της συγκέντρωσης των χλωριόντων ως προς την συγκέντρωση των υδροξυλιόντων µεγαλώνει όχι µόνο µε την αύξηση της συγκέντρωσης των χλωριόντων αλλά και µε την µείωση της συγκέντρωσης των υδροξυλιόντων. Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι ο ακριβής προσδιορισµός της συγκέντρωσης των υδροξυλιόντων είναι πολύ δύσκολος ιδιαίτερα σε σκυροδέµατα µε πολύ υψηλές τιµές του ph Επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα και των µικρορηγµατώσεων στο σκυρόδεµα Ερευνητές µελέτησαν την επίδραση των µικρορηγµατώσεων στη διάχυση των χλωριόντων και του διοξειδίου του άνθρακα, καθώς επίσης και τη συσχέτιση των περιοχών µε ρηγµατώσεις και του ρυθµού διάχυσης τους. Η επίδραση των µικρορηγµατώσεων στην διάχυση των χλωριόντων σε σκυρόδεµα µε λόγο νερού προς τσιµέντο ίσο µε 0.4, µελετήθηκε από τους Jacobsen et al. Οι εσωτερικές ρηγµατώσεις επιτεύχθηκαν µε έκθεση των δοκιµίων σε επαναλαµβανόµενους κύκλους ψύξης και θέρµανσης και η αυτοεπαναφορά τους προσοµοιώθηκε µε βύθιση των δοκιµίων σε κορεσµένο διάλυµα άσβεστου. Τα αποτελέσµατα της έρευνας έδειξαν µείωση της τάξης των 28 µε 30% της διάχυσης των χλωριόντων στα αυτοεπαναφερόµενα δοκίµια συγκρινόµενα πάντα µε τα ρηγµατωµένα δοκίµια σκυροδέµατος. Οι ερευνητές A. Alonso και C. Andrade υπολόγισαν το ρυθµό ενανθράκωσης του σκυροδέµατος, συναρτήσει της θερµοκρασίας και της σχετικής υγρασίας του περιβάλλοντος, για την χρονική περίοδο µετά την αποπαθητικοποίηση του οπλισµού.

16 Οι πειραµατικές µετρήσεις τους έγιναν σε παλιά κτίρια όπου το βάθος ενανθράκωσης είχε φτάσει την επιφάνεια των οπλισµών και παρουσίαζαν επιφανειακά εµφανείς φθορές όπως ρηγµατώσεις καθώς επίσης και σε κτίρια όπου η ενανθράκωση δεν ήταν σηµαντική παρόλο που οι οπλισµοί ήταν ήδη διαβρωµένοι. Τα αποτελέσµατα των ερευνών τους έδειξαν µικρότερο ρυθµό διάβρωσης στα παλιά κτίρια παρά τις εµφανείς φθορές που είχαν και την σχετικά υψηλή υγρασία του περιβάλλοντος που εµφανιζόταν σε µερικές από τις κατασκευές. Η συµπεριφορά αυτή οδήγησε τους συγγραφείς στο συµπέρασµα ότι ο ρυθµός διάβρωσης του οπλισµού σε ενανθρακωµένο σκυρόδεµα ακολουθεί την µειωµένη εκθετική συνάρτηση, όπως ακριβώς συµβαίνει και στην ατµοσφαιρική διάβρωση του χάλυβα. ηλαδή όταν σε µια κατασκευή ο οπλισµός αποπαθητικοποιείται ο ρυθµός διάβρωσης παίρνει αρχικά πολύ µεγάλες τιµές, έως ότου να σχηµατιστούν οξείδια στην επιφάνεια του οπλισµού, που παρόλο που δεν παθητικοποιούν το οπλισµό δηµιουργούν όµως µια διεπιφάνεια, η οποία εξασθενίζει µε το χρόνο αλλά καταφέρνει να µειώσει το ρυθµό διάβρωση. Θα πρέπει επίσης να σηµειωθεί ότι το κινητικό µοντέλο πρόβλεψης το οποίο µελέτησαν οι ερευνητές δεν εφαρµόζεται σε περιπτώσεις όπου η διάβρωση προκαλείται από χλωριόντα Μέθοδοι προστασίας του οπλισµένου σκυροδέµατος Από την στιγµή που η διάβρωση προκαλεί πρώιµη φθορά στις κατασκευές του οπλισµένου σκυροδέµατος είναι αναγκαία η ανάπτυξη µεθόδων για την αύξηση του χρόνου ζωής των κατασκευών. Μια από τις µεθόδους αυτές είναι η χρήση υψηλής ποιότητας τσιµέντου µε χαµηλή αναλογία του λόγου νερού / τσιµέντο. Σύµφωνα µε το πρότυπο ACI 201, συστήνεται χαµηλή αναλογία νερού / τσιµέντο και πάχος

17 επικάλυψης οπλισµού τουλάχιστον 75mm για κατασκευές που εκτίθενται σε περιβάλλον χλωριόντων, έτσι ώστε να παρατείνεται ο χρόνος έναρξης της διάβρωσης. Μεγαλύτερη ανθεκτικότητα και αντίσταση κατά των ρωγµών του σκυροδέµατος, που διευκολύνουν τη διάχυση των διαβρωτικών ουσιών στο χάλυβα, µπορεί να επιτευχθεί µε τη προσθήκη ανοξείδωτου χάλυβα, ινών υάλου και πολυπροπυλενίου στο σκυρόδεµα. Το ινοπλισµένο σκυρόδεµα βρίσκει σήµερα ευρεία εφαρµογή στην προστασία από την διάβρωση των γεφυρών, υπό την µορφή επικάλυψης. Τα τελευταία χρόνια γίνεται προσπάθεια ανάπτυξης διαφόρων υλικών τα οποία αυξάνουν τον χρόνο επισκευής που δηµιουργείται από την επίθεση των χλωριόντων. Οι µέθοδοι αυτές περικλείουν την χρήση ορυκτών πρόσθετων και αναστολέων διάβρωσης και την καθοδική προστασία. Στο παρόν πρόγραµµα γίνεται προσπάθεια αύξησης της αντίστασης στη διάβρωση του σκυροδέµατος µε προσθήκη βιοµηχανικών παραπροϊόντων στο τσιµέντο ή µε χρήση χηµικών αναστολέων διάβρωσης στο σκυρόδεµα ή µε συνδυασµό και των δύο Επίδραση των ορυκτών πρόσθετων στις ιδιότητες του σκυροδέµατος Πολλές αναφορές και έρευνες έχουν γίνει για την απόδοση των ορυκτών πρόσθετων και την επίδραση τους στην διείσδυση των χλωριόντων και τον προσδιορισµό των χαρακτηριστικών παραµέτρων της διάβρωσης. Οι µελέτες ποικίλουν σύµφωνα µε τον τύπο των ορυκτών πρόσθετων στο σκυρόδεµα, το παρόν τσιµέντο το οποίο αποκαθίσταται, τις συνθήκες συντήρησης και ενυδάτωσης καθώς και από άλλους παράγοντες. Γενικά το σκυρόδεµα µε ορυκτά πρόσθετα επέδειξε µειωµένη διαπερατότητα και οι συντελεστές διάχυσης ήταν σαφώς µικρότεροι σε σχέση µε αυτούς που παρουσιάζονταν σε σκυρόδεµα µε τσιµέντο Πόρτλαντ Χρήση Ορυκτών προσθέτων (ΟΠΑ ) Τα ορυκτά πρόσθετα αναστολής διάβρωσης στο σκυρόδεµα έχουν σαν στόχο τον περιορισµό της διάβρωσης του οπλισµού µέσω της µείωσης του πορώδους του συνεκτικού υλικού (τσιµεντοκονίας) του σκυροδέµατος. Τέτοια υλικά είναι τα ποζολανικά που συνίσταται από αργιλοπυριτικές ενώσεις. Τα υλικά αυτά από µόνα τους δεν έχουν υδραυλικές ιδιότητες, αλλά µε λεπτό τους διαµερισµό και παρουσία νερού παρουσιάζουν υδραυλικές ιδιότητες, λόγω της αντίδρασης τους µε την υδράσβεστο. Τα ποζολανικά υλικά είναι γνωστά από αρχαιοτάτων χρόνων και διακρίνονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα µε την προέλευση τους: Φυσικές ποζολάνες, όπως Μηλαϊκή γη, προέρχονται από ηφαιστιογενείς πηγές (πυροκλαστικά υλικά). Τεχνητές ποζολάνες, αργυλοπυριτικά υλικά που προέρχονται από κάποια θερµική κατεργασία σαν απόβλητα. Τέτοια υλικά είναι η σκωρία υψικαµίνων (BFS) και η φαρίνα ηλεκτροφίλτρων παραπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας του τσιµέντου Ιπτάµενη Τέφρα Η Ιπτάµενη Τέφρα (I.T.) είναι ένα υλικό που παράγεται κατά την καύση κονιοποιηµένων στερεών καυσίµων σε µεγάλες ατµοπαραγωγικές µονάδες.

18 Παρασύρεται από το ρεύµα των καυσαερίων και συλλέγεται σε ειδικές εγκαταστάσεις αποκονίωσης (µε µηχανικά ή ηλεκτροστατικά φίλτρα). Η χηµική και ορυκτολογική σύσταση της Ι.Τ. εξαρτάται από την πρώτη ύλη της καύσης, την θερµοκρασία καύσης και την ταχύτητα ψύξης. Η Ι.Τ. διαφέρει από τις φυσικές ποζολάνες κύρια στην περιεκτικότητα σε άσβεστο και την µικρότερη περιεκτικότητα σε δεσµευµένο νερό. Οι Ι.Τ. έχουν από µόνες τους υδραυλικές ιδιότητες αλλά συνήθως αυτές είναι ασθενείς. Η σύσταση και η λεπτότητα της Ι.Τ. δεν είναι πάντα σταθερές και εποµένως πρέπει να ελέγχονται. Για την ποιότητα του σκυροδέµατος που πρόκειται να παραχθεί µεγάλη σηµασία έχουν : Η ειδική επιφάνεια της Ι.Τ. (πρέπει να είναι > 2500 cm 2 /g) Η περιεκτικότητα σε ενεργά συστατικά SiO 2 και Al 2 O 3. H περιεκτικότητα σε επιβλαβή συστατικά (C<3% και SO 2 ). H περιεκτικότητα σε ελεύθερη άσβεστο. Η χρήση της Ι.Τ. σαν πρόσθετο στο τσιµέντο έχει απασχολήσει τους ερευνητές τόσο στην Ελλάδα όσο και διεθνώς. Συνοψίζοντας τα αποτελέσµατα των διάφορων εργασιών, προκύπτει ότι η Ι.Τ., σαν πρόσθετο στο τσιµέντο, έχει τα ακόλουθα αποτελέσµατα : Βελτιώνει την εργασιµότητα, αυξάνει την πλαστικότητα και την αντλησιµότητα του παραγοµένου σκυροδέµατος. Βελτιώνει την εµφάνιση της επιφάνειας του σκυροδέµατος µετά το ξεκαλούπωµα. Έχει την ικανότητα να δεσµεύει τα χλωριόντα και έτσι προστατεύει τον σιδηροπλισµό από την διάβρωση. Λόγω της αυξηµένης περιεκτικότητας σε ελευθέρα άσβεστο αυξάνει την ταχύτητα της ενανθράκωσης Σκωρία υψικαµίνων Η σκωρία υψικαµίνων (slag, Schlacke) είναι υλικό µη µεταλλικό, που αποτελείται από πυριτικά και αργυλοπυριτικά άλατα του ασβεστίου. Οι σκωρίες έχουν από µόνες τους υδραυλικές ιδιότητες. Όταν όµως ενυδατώνονται µόνες τους, χωρίς την παρουσία του τσιµέντου πόρτλαντ, το ποσό του υδραυλικού υλικού που σχηµατίζεται είναι µικρό και ο ρυθµός σχηµατισµού του ανεπαρκής. Για τον λόγο αυτό χρησιµοποιούνται πάντα σε µίγµατα µε τσιµέντο πόρτλαντ. Η σκωρία είναι ένα παραπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας του χάλυβα. Η σκωρία δεν είναι µεταλλικό προϊόν και αποτελείται κατά βάση από πυριτικά και αργυλοπυριτικά άλατα του ασβεστίου. Λόγω των υδραυλικών ιδιοτήτων της σκωρίας, σωµατίδια κοκκοµετρίας µικρότερης από τα 10µm συνεισφέρουν στις πρώιµες αντοχές, ενώ σωµατίδια µεγαλύτερα από 10µm και µικρότερα από 45µm συνεισφέρουν στις τελικές αντοχές. Σωµατίδια κοκκοµετρίας µεγαλύτερης των 45µm είναι δύσκολο να ενυδατωθούν. Η σκωρία είναι υλικό κοκκοµετρίας µικρότερης των 45µm.

19 Η σκωρία όταν χρησιµοποιείται ως πρόσθετο στο τσιµέντο πόρτλαντ προσδίδει τα ακόλουθα πλεονεκτήµατα: Υψηλή τελική αντοχή, µε χαµηλές πρώιµες αντοχές Υψηλή αναλογία σε κάµψη ως προς την αντοχή σε θλίψη. Αντίσταση στα ιόντα των θειικών και χλωρίου Χαµηλή θερµοκρασία ενυδάτωσης Μείωση της συρρίκνωσης µε επακόλουθα την µείωση πορώδους και την διαπερατότητα του σκυροδέµατος. Τα τσιµέντα σκωρίας έχουν επίσης καλή εργασιµότητα και χαµηλή απαίτηση σε νερό. Στην ενυδάτωση της σκωρίας σηµαντικό ρόλο παίζει η επίδραση της θερµοκρασίας. Η ενυδάτωση επιτυγχάνεται στις υψηλές θερµοκρασίες και επιβραδύνεται στις χαµηλότερες, σε σχέση µε την ενυδάτωση του τσιµέντου πόρτλαντ. 2.7 Χρήση Χηµικών προσθέτων αναστολής διάβρωσης (ΧΗΠΑ ) Αναστολέας διάβρωσης είναι οποιαδήποτε ουσία που µπορεί να µειώσει τον ρυθµό διάβρωσης του χάλυβα (ή άλλου µετάλλου ή κράµατος) όταν είναι παρούσα σε σχετικά µικρή συγκέντρωση πλησίον της επιφάνειας του χάλυβα (ή άλλου µετάλλου ή κράµατος). Οι αναστολείς διάβρωσης ενεργούν: στο ανοδικό ή καθοδικό τµήµα της ηλεκτροχηµικής αντίδρασης της διάβρωσης και το επιβραδύνουν σηµαντικά και η ενέργειά τους εντοπίζεται στην διεπιφάνεια µετάλλου - διαβρωτικού περιβάλλοντος. στην διαδικασία της διαβρωτικής δράσης µε χηµική αντίδραση και η ενέργειά τους επεκτείνεται σε όλο το διαβρωτικό περιβάλλον. Για τους αναστολείς της πρώτης περίπτωσης το πρώτο στάδιο είναι η ρόφηση στην επιφάνεια του µετάλλου. Η ρόφηση µπορεί να είναι φυσική ή χηµική. Οι φυσικοί αναστολείς επιδρούν καλύπτοντας τα ενεργά κέντρα του µετάλλου, τα οποία είναι η αιτία της ύπαρξης ανοδικών και καθοδικών περιοχών στην επιφάνεια του µετάλλου. Οι φυσικοί αναστολείς ονοµάζονται και πρωτογενείς, καθόσον το στρώµα ρόφησης περιέχει µόνο µόρια του αναστολέα. Οι χηµικοί αναστολείς επιδρούν µε επιφανειακή χηµική αντίδραση, η οποία καλύπτει την επιφάνεια του µετάλλου µε το προϊόν της χηµικής αντίδρασης. Οι χηµικοί αναστολείς ονοµάζονται και δευτερογενείς, λόγω του ότι το στρώµα ρόφησης περιέχει το προϊόν αντίδρασης µεταξύ µετάλλου - αναστολέα. Η εφαρµογή τους όµως ως πρόσθετο σκυροδέµατος παρόλα αυτά είναι πρόσφατη. Η χρονική αυτή υστέρηση οφείλεται σε διάφορους λόγους. Καταρχήν η χρήση των αναστολέων διάβρωσης π.χ. σε κλειστά συστήµατα σωληνώσεων έχει σαν σκοπό την προστασία από τη διάβρωση για λίγα χρόνια. Μετά την πάροδο της χρονικής αυτής περιόδου ο αναστολέας ανανεώνεται. Στο σκυρόδεµα η προστασία του οπλισµού απαιτεί χρονικό ορίζοντα πάνω από πενήντα χρόνια και η ανανέωση του είναι δύσκολη αν όχι αδύνατη. Επίσης η προσθήκη του αναστολέα διάβρωσης δεν πρέπει να επηρεάζει σηµαντικά άλλες ωφέλιµες ιδιότητες του σκυροδέµατος όπως τη θλιπτική αντοχή. Αρχικά η χρήση των αναστολέων διάβρωσης ήταν η προσθήκη (του αναστολέα διάβρωσης) σαν πρόσθετο κατά την παραγωγή του σκυροδέµατος. Σαν αναστολείς διάβρωσης είχαν προταθεί το νιτρώδες νάτριο (NaNO 2 ), το χρωµικό κάλιο και το

20 βενζοϊκό νάτριο. Η χρήση των αναστολέων αυτών έδωσε θετικά αποτελέσµατα όσον αφορά την διάβρωση του οπλισµού, ταυτόχρονα όµως παρουσίαζαν το µειονέκτηµα της µείωσης της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέµατος. Η χρήση του νιτρώδους ασβεστίου, Ca(NO 2 ) 2, έδωσε για πρώτη φορά αύξηση της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέµατος και αύξησε την αντοχή σε διάβρωση. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν και άλλοι αναστολείς διάβρωσης κατάλληλοι για το οπλισµένο σκυρόδεµα µε βάση τις αλκανολαµίνες, αµινοαλκοόλες και µίγµατα αµινών και εστέρων. Οι παράγοντες που επηρεάζονται από τους αναστολείς διάβρωσης είναι: Ο ρυθµός εισόδου των χλωριόντων από το διαβρωτικό περιβάλλον, Ο βαθµός µε τον οποίο τα χλωριόντα χηµικά ενσωµατώνονται ή παγιδεύονται φυσικά στην επικάλυψη του σκυροδέµατος, Η περιεκτικότητα των χλωριόντων που ο οπλισµός µπορεί να ανεχθεί χωρίς να διαρρηχθεί το υπάρχον παθητικό φιλµ, Ο ρυθµός εισόδου του διαλυµένου οξυγόνου που στηρίζει την καθοδική αντίδραση, Η ηλεκτρική αντίσταση του σκυροδέµατος και Η χηµική σύσταση του ηλεκτρολύτη (όπως το διάλυµα των πόρων στο τσιµέντο). Γενικά ο βαθµός προστασίας ενός αναστολέα διάβρωσης εξαρτάται από την συγκέντρωση του σε σχέση µε την συγκέντρωση των χλωριόντων, π.χ. για το νιτρώδες ασβέστιο πρέπει να ικανοποιείται η σχέση NO 2 - / Cl - 1/6. Εποµένως ο ρυθµός εισόδου των χλωριόντων και ο ρυθµός απόπλυσης του αναστολέα διάβρωσης καθορίζουν το χρόνο προστασίας. Οι αναστολείς διάβρωσης (Migrating Corrosion Inhibitors, MCI) µε βάση τις αλκανολαµίνες διεισδύουν διαµέσου της πορώδους δοµής µέσω διάχυσης, µε ρυθµό περίπου 1 cm την ηµέρα. Στην επαφή µε το χάλυβα του οπλισµού σχηµατίζουν ένα µονοµοριακό στρώµα, πάχους Å, που µειώνει τη διάβρωση προστατεύοντας και τις ανοδικές και τις καθοδικές περιοχές του σιδηροπλισµού Χρήση υδατοστεγών µεµβρανών Οι συνηθέστερες µορφές µεµβρανών είναι τα βιοµηχανοποιηµένα φύλλα και ορισµένα υλικά που βρίσκονται σε υγρή µορφή κατά την τοποθέτηση τους στην επιφάνεια του σκυροδέµατος. Μια υδατοστεγής µεµβράνη πρέπει να ικανοποιεί τις εξής απαιτήσεις : Εύκολη τοποθέτηση Καλή πρόσφυση µε το υπόστρωµα Να µην αντιδρά µε τα συστατικά του σκυροδέµατος. Να εµποδίζει τη διείσδυση χλωριόντων και υγρασίας από το περιβάλλον. Κατά την τοποθέτηση της µεµβράνης απαιτείται µεγάλη προσοχή στην αποτροπή δηµιουργίας φυσαλίδων εξαιτίας των αερίων και της υγρασίας που παγιδεύονται στο σκυρόδεµα. Βέβαια, έχει παρατηρηθεί ότι οι φυσαλίδες αυτές δεν µειώνουν την παρεχόµενη από την µεµβράνη προστασία από τη διείσδυση χλωριόντων και υγρασίας.

21 Το µεγάλο µειονέκτηµα της χρήσης των µεµβρανών είναι η µικρή ανθεκτικότητα τους στο χρόνο, µε συνέπεια να απαιτείται η ανανέωση τους ανά τακτά χρονικά διαστήµατα Προστατευτικά επιστρώµατα από σκυρόδεµα Πρόκειται για επιστρώµατα µε ειδικά σκυροδέµατα που χρησιµοποιούνται για να µειώσουν τη διαπερατότητα του ήδη υπάρχοντος σκυροδέµατος (υπόστρωµα). Προσφέρουν µεγάλη ανθεκτικότητα σε διάφορες επιδράσεις όπως παγετού και αντιπαγωτικών αλάτων, µηχανικές επιδράσεις κ.λπ. Το σκυρόδεµα επίστρωσης µπορεί να είναι : Σκυρόδεµα υψηλής ποιότητας από τσιµέντο πόρτλαντ Το σκυρόδεµα αυτό απαιτείται να έχει : - Περιεκτικότητα σε τσιµέντο τουλάχιστον 470Κg/m 3 - Αναλογία νερού προς τσιµέντο ίση µε Κάθιση µικρότερη από 25mm Στο σκυρόδεµα µπορεί να προστεθούν ρευστοποιητές για τη µείωση της ποσότητας του απαιτούµενου ύδατος, η δε συντήρηση του πρέπει να είναι 72 ώρες τουλάχιστον. Η µέθοδος εφαρµόζεται κυρίως για τη προστασία του σιδηροπλισµού από διάβρωση εξαιτίας της επίδρασης αντιπαγωτικών αλάτων στις νέες γέφυρες, Σκυρόδεµα µε πρόσθετα πολυµερή Παρασκευάζεται από τσιµέντο πόρτλαντ και περιέχει ως πρόσθετο ένα γαλάκτωµα πολυµερών το οποίο µειώνει την απαιτούµενη ποσότητα νερού και ταυτόχρονα προσδίδει στο σκυρόδεµα χαµηλή διαπερατότητα και µεγάλη αντίσταση στη διείσδυση χλωριόντων. Το γαλάκτωµα είναι κολλοειδές διάλυµα ελαστικού σε νερό. Η συνήθης χρησιµοποιούµενη περιεκτικότητα σε γαλάκτωµα είναι 15% κ.β. τσιµέντου. Το πάχος του επιστρώµατος είναι συνήθως 40-50mm και µετά την τοποθέτηση του απαιτείται συντήρηση για 72 ώρες Εµποτισµός του σκυροδέµατος µε πολυµερή Ο εµποτισµός του σκυροδέµατος µε πολυµερή γίνεται µε σκοπό να µειωθεί η διαπερατότητα του όταν το περιβάλλον είναι πολύ διαβρωτικό. Κατά την εφαρµογή της µεθόδου, πληρώνονται τα κενά του σκυροδέµατος µε πολυµερές, σε βάθος 35 έως 50 mm συνήθως. Το συνηθέστερα χρησιµοποιούµενο υλικό είναι το πολυµερισµένο µεθακρυλικό µεθύλιο. Το βασικό πλεονέκτηµα της µεθόδου είναι ότι εφαρµόζεται σε όλα τα σκυροδέµατα, ανεξάρτητα από την ποιότητα και τα συστατικά τους, τα δε αποτελέσµατα είναι µόνιµα. Μειονέκτηµα της µεθόδου είναι ότι συχνά κατά την εφαρµογή της, όταν δεν δίνεται η απαιτούµενη προσοχή, προκαλείται εκτεταµένη ρηγµάτωση του σκυροδέµατος. Ακόµη απαιτείται ειδικός εξοπλισµός και ειδικευµένο προσωπικό.

22

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΙ ΗΡΟΠΛΙΣΜΩΝ 3.1 Γενικότητες Ο χάλυβας οπλισµού, υπό κανονικές συνθήκες, προστατεύεται έναντι της διάβρωσης, εξ αιτίας της ισχυρά αλκαλικής φύσης του σκυροδέµατος, που οφείλεται στο υδροξείδιο του ασβεστίου Ca(OH) 2 υποπροϊόν της ενυδάτωσης του τσιµέντου. Έτσι οι µεγάλες τιµές του ph (µεταξύ 12,5 και 13,5) του σκυροδέµατος, διευκολύνουν στο σχηµατισµό στην επιφάνεια του χάλυβα, ενός πολύ λεπτού και σφικτά προσκολληµένου παθητικού στρώµατος οξειδίων του σιδήρου, που εµποδίζει την ανάπτυξη της διάβρωσης(8). Αυτό το προστατευτικό στρώµα οξειδίων καταστρέφεται όταν προκύψει κάποια από τις ακόλουθες διεργασίες: Μείωση της αλκαλικότητας του σκυροδέµατος, λόγω της αντίδρασης του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) µε τα αλκάλια που υπάρχουν στο σκυρόδεµα, ή ιάτρηση του παθητικού στρώµατος από τα χλωριόντα(cl - ). Η διείσδυση των χλωριόντων µπορεί να προκαλέσει διάβρωση ακόµη και σε συνθήκες υψηλού ph.η διάβρωση των οπλισµών σε κανονικό σκυρόδεµα θα αρχίσει όταν µεταβληθεί η σύσταση των πόρων του σκυροδέµατος, εξαιτίας εξωτερικών παραγόντων. Στο θαλασσινό νερό, το 92% του περιεχοµένου CO 2 ευρίσκεται ως ΗCO - 3. Η διείσδυση του θαλασσινού νερού, που έχει ph =8, στο σκυρόδεµα προκαλεί µια µείωση του ph του διαλύµατος των πόρων, λόγω της εξουδετέρωσης των ΟΗ - και σχηµατισµού CO 2-3 στους πόρους του τσιµέντου µε τη µορφή CaCO 3. Όταν όλα τα ΟΗ - αντιδράσουν σύµφωνα µε την διαδικασία αυτή η τιµή του ph σταθεροποιείται περίπου στο 8,5. Ωστόσο η ταχύτερη διείσδυση των χλωριόντων στο θαλασσινό νερό επηρεάζει το φαινόµενο αποφασιστικά και ο ρόλος του CO 2 καθίσταται δευτερεύων. Για τον υπολογισµό των οριακών τιµών του ph και της συγκέντρωσης των ελευθέρων Cl - που προκαλούν την αποπαθητικοποίηση του χάλυβα οπλισµού χρησιµοποιείται η εµπειρική σχέση [Cl - ]/[ ΟΗ - ]>0,6. Για ένα σκυρόδεµα δεδοµένης σύνθεσης και σε δεδοµένες συνθήκες η συγκέντρωση των ελευθέρων χλωριόντων είναι σχεδόν σταθερό ποσοστό του συνόλου των περιεχοµένων χλωριόντων. Ο λόγος [Ελεύθερα Cl - ]/[Συνολικά Cl - ] έχει υπολογιστεί ότι κυµαίνεται στο διάστηµα 0,28 έως 0,92 και παίρνει τις µικρότερες τιµές, όσο η συγκέντρωση των συνολικών χλωριόντων είναι µικρότερη. Είναι φανερό ότι στο σκυρόδεµα υπάρχει υπερκορεσµός χηµικά συνδεδεµένων χλωριόντων και κάθε προσθήκη νέων χλωριόντων αυξάνει τα ελεύθερα στο διάλυµα των πόρων. ιάβρωση του χάλυβα συµβαίνει στην πράξη και σε διάφορες περιπτώσεις, όπως : Το σκυρόδεµα είναι κακής ποιότητας και παύει να παρέχει παθητική προστασία στον χάλυβα, π.χ. η διαπερατότητα του σκυροδέµατος είναι µεγάλη ώστε να επιτρέπει την διείσδυση χλωριόντων.

24 Το περιβάλλον δεν ήταν το αναµενόµενο ή άλλαξε κατά τη διάρκεια χρήσης της κατασκευής, π.χ. οι χώροι έχουν αυξηµένη υγρασία ή οι ξηρές συνθήκες µεταβλήθηκαν ξαφνικά σε υγρές, όπως συµβαίνει σε κουζίνες και πλυντήρια. Ο χάλυβας έρχεται σε επαφή µε υλικά τα οποία δεν παρουσιάζουν αλκαλικότητα όπως π.χ. έδαφος, ξύλο, νερό, υγροµονωτικά υλικά κλπ. Τα υλικά αυτά είναι πιθανόν να είναι µέρος της κατασκευής ή να έρθουν σε επαφή µε τον χάλυβα µετά από τυχόν ρηγµάτωση του σκυροδέµατος. Ο χάλυβας έχει κατασκευαστικές ατέλειες ή είναι εξαιρετικά ευαίσθητος ή έρχεται σε επαφή µε άλλα µέταλλα. Για τον καθορισµό της διάρκειας ζωής µια κατασκευής, είναι σηµαντικό να είναι δυνατή η εκτίµηση του πότε θα εµφανιστεί η διάβρωση του χάλυβα, ποιες παράµετροι επηρεάζουν τη διαδικασία διάβρωσης και µε ποιον τρόπο. Ο Κ. Tuutti, χωρίζει τη διάρκεια ζωής µιας κατασκευής σε δύο περιόδους, την αρχική περίοδο (t o ) και την περίοδο εξέλιξης της διάβρωσης (t 1 ), όπως φαίνεται στο ποιοτικό διάγραµµα του Σχήµατος 3.1. Κατά την αρχική περίοδο συµβαίνουν εκείνες οι διαδικασίες οι οποίες καταστρέφουν την παθητική προστασία του χάλυβα (π.χ. ενανθράκωση του σκυροδέµατος, διείσδυση χλωριόντων στο σκυρόδεµα κ.λπ.). Κατά την περίοδο εξέλιξης προάγεται η διαδικασία διάβρωσης µε την παρουσία επαρκών ποσοτήτων οξυγόνου και υγρασίας, µέχρις ότου επέλθει η τελική αστοχία. Αυτό δεν σηµαίνει απαραίτητα την ολοκληρωτική διάβρωση του χάλυβα, αλλά την κατάσταση εκείνη του δοµήµατος η οποία αντιστοιχεί σε µια απαράδεκτη στάθµη για να επιτελέσει το στόχο του. Ο τρόπος µε τον οποίο διαβρώνεται ο χάλυβας ποικίλλει σηµαντικά ανάλογα µε την αιτία που προκαλεί τη διάβρωση. Σχήµα 3.1 Εξέλιξη της διάβρωσης του χάλυβα στο σκυρόδεµα

25 Αν θελήσουµε να κατατάξουµε τις µορφές διάβρωσης σε κατηγορίες, πρέπει να διακρίνουµε τουλάχιστον τις εξής περιπτώσεις : Γενική ή οµοιόµορφη διάβρωση Τοπική διάβρωση - ιάβρωση µε βελονισµούς (pitting) - ιάβρωση σε σχισµές (crevice) -Περικρυσταλλική διάβρωση (intergranular) ιάβρωση λόγω ανάπτυξης εξωτερικής διαφοράς δυναµικού. -Γαλβανική ή διµεταλλική διάβρωση (galvanic) ιάβρωση µε µηχανική καταπόνηση (stress-corrosion) Από τις παραπάνω µορφές, η διάβρωση µε µηχανική καταπόνηση εµφανίζεται µόνο στους προεντεταµένους χάλυβες. 3.2 Μηχανισµός ιάβρωσης του χάλυβα Η διάβρωση του χάλυβα οπλισµού του σκυροδέµατος είναι ένα σύνθετο ηλεκτροχηµικό φαινόµενο που συνδέεται µε την ύπαρξη ανοδικών και καθοδικών περιοχών. Το φαινόµενο οφείλεται στη µικροσκοπική και µακροσκοπική ανοµοιογένεια της επιφάνειας του χάλυβα σε συνδυασµό µε το υγρό των πόρων του σκυροδέµατος. Η διάβρωση του χάλυβα όταν αυτός βρίσκεται σε επαφή µε το νερό προκαλείται από τις ακόλουθες αντιδράσεις (Σχήµα 3.2): Ανοδική περιοχή Fe Fe e - Fe OH - Fe (OH) 2

26 Ως άνοδος συµπεριφέρεται το τµήµα του χάλυβα όπου έχει καταστραφεί το προστατευτικό στρώµα οξειδίων. Σ αυτή την περιοχή, τα άτοµα σιδήρου µετατρέπονται σε ιόντα, ενώ ελευθερώνονται ηλεκτρόνια. To σχηµατιζόµενο Fe(OH) 2 είναι αδιάλυτο και σχηµατίζει ένα µικρής συνάφειας πορώδες και ογκώδες στρώµα (σκουριά) πάνω στην επιφάνεια του χάλυβα. Καθοδική περιοχή H 2 O + ½O 2 +2e - 2 OH - Ως κάθοδος συµπεριφέρεται εκείνη η περιοχή του χάλυβα όπου υπάρχει νερό και οξυγόνο, χωρίς να είναι απαραίτητο να έχει καταστραφεί το λεπτό στρώµα των οξειδίων. Ο ρυθµός της παραπάνω δράσης καθορίζεται από το ρυθµό διάχυσης του οξυγόνου(74). Το διαλυµένο στο νερό οξυγόνο φθάνει στην καθοδική περιοχή µέσω των τριχοειδών πόρων και των ρωγµών του σκυροδέµατος και οδηγεί στην διάβρωση του σιδηροπλισµού όταν η τιµή του ph βρίσκεται µεταξύ 4 και 10. To σχηµατιζόµενο στρώµα του Fe(OH) 2 δεν προσφέρει καµία προστασία στον οπλισµό καθώς είναι πορώδες και ελάχιστα συµπαγές, µε αποτέλεσµα η διάβρωση να προχωρά µέχρι την ολοσχερή µετατροπή του σιδήρου σε υδροξείδιο Απαραίτητη προϋπόθεση για την συνέχιση της δράσης αυτής είναι η παρουσία οξυγόνου. Όταν η τιµή του ph είναι µεγαλύτερη από 10 οι δράσεις που πραγµατοποιούνται στην ανοδική περιοχή είναι οι ακόλουθες: 2Fe H 2 O Fe 2 O 3 +6Η + +2e - 3Fe H 2 O Fe 3 O 4 +8Η + +2e - Σύµφωνα µε τις παραπάνω αντιδράσεις είναι δυνατόν να συµβεί οξείδωση, δηλαδή διάβρωση ακόµη και όταν η τιµή του ph είναι µεγαλύτερη από 10. Η διαφορά όµως είναι,ότι τα προϊόντα των αντιδράσεων αυτών (Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 ) σχηµατίζουν ένα συµπαγές και αδιαπέραστο στρώµα που παθητικοποιεί τον οπλισµό και τον αποµονώνει από το διαβρωτικό περιβάλλον. Έχει ήδη αναφερθεί ότι η τιµή του ph του υγρού των πόρων του σκυροδέµατος βρίσκεται συνήθως µεταξύ 12,5 και 13,5 µε αποτέλεσµα ο εγκιβωτισµένος οπλισµός να παραµένει σε παθητικοποιηµένη κατάσταση. Αν το σκυρόδεµα περιέχει ρωγµές, το νερό µπορεί να εισχωρήσει, να φθάσει στην περιοχή του οπλισµού και να αποµακρύνει τα OH - που συντελούν στην παθητικοποίηση του σιδήρου. Όταν υπάρχει ρωγµή που εκτείνεται µέχρι τον οπλισµό, ο χάλυβας θα συµπεριφερθεί σαν να ήταν άµεσα βυθισµένος στο θαλασσινό νερό, µε αποτέλεσµα την γρήγορη διάβρωσή του. Η αποµάκρυνση των OH - όµως εµποδίζεται από τις αντιδράσεις µεταξύ των ιόντων του θαλασσινού νερού και του ενυδατωµένου τσιµέντου, τα προϊόντα των οποίων φράσσουν προοδευτικά τις ρωγµές του σκυροδέµατος. Η διάβρωση του σιδηροπλισµού επηρεάζεται επίσης από τις µεταβολές της υγρασίας του σκυροδέµατος στην περιοχή του. Τέτοιες µεταβολές δεν παρατηρούνται