Ποιότητα και πάχος επικάλυψης Περιεκτικότητα του σκυροδέματος σε τσιμέντο Πρόσθετα Είδος και συγκέντρωση των χλωριούχων αλάτων Περιβάλλον
Μικρός λόγος Ν/Τ εξασφαλίζει πυκνό σκυρόδεμα με μικρή διαπερατότητα οπότε μειώνεται η ποσότητα των χλωριόντων τα οποία μπορεί να διαχυθούν στο σκυρόδεμα. Οι ρωγμές βοηθούν τη διάχυση των χλωριόντων διότι έχει παρατηρηθεί ότι η περιεκτικότητα του σκυροδέματος σε χλωριόντα στη ρίζα της ρωγμής (άρα και πλησιέστερα στον οπλισμό) είναι αυξημένη. Αυτό πιθανόν να οφείλεται σε τριχοειδή απορρόφηση μέσα στις ρωγμές.
Όπως έχει ήδη αναφερθεί, ένα ποσοστό των χλωριόντων τα οποία βρίσκονται στο σκυρόδεμα δεσμεύονται χημικά από το C 3 Aτουτσιμέντου. Επομένως, όσο αυξάνεται η ποσότητα του C 3 A στο τσιμέντο, τόσο μειώνεται ο κίνδυνος διάβρωσης των οπλισμών από χλωριόντα. Μερικοί ερευνητές υποστηρίζουν, χωρίς να έχει επαληθευθεί, ότι σημασία έχει η αλκαλικότητα του σκυροδέματος και όχι η περιεκτικότητατουσκυροδέματοςσεc 3 A.
Σύμφωνα με τον Mehta, το τσιμέντο πρέπει να περιέχει περισσότερο από 8% C 3 A κ.β. τσιμέντου για να δεσμεύει τα χλωριόντα. Όταν όμως πιθανολογείται ταυτόχρονη επίδραση θειικών και χλωριούχων αλάτων, μεγάλη περιεκτικότητα του τσιμέντου σε C 3 A είναι καταστροφική για το σκυρόδεμα, γιατί τα θειικά ιόντα διασπούν το άλας Friedell ελευθερώνοντας τα χλωριόντα, ενώ ο ετρινγκίτης που δημιουργείται διογκώνεται και προκαλεί θραύση στο σκυρόδεμα.
ΚατάλληληπεριεκτικότητατουτσιμέντουσεC 3 Aθεωρείταιαυτή από 5 έως 8%, ενώ όπως αναφέρουν οι D. Darwin et al., το C 3 A δενπρέπειναείναιλιγότεροαπό4%. Όταν το τσιμέντο περιέχει πολλά αλκάλια, ο κίνδυνος διάβρωσης του χάλυβα λόγω επίδρασης χλωριόντων μειώνεται. Οι προσμίξεις στο τσιμέντο επηρεάζουν την ικανότητα του σκυροδέματος να δεσμεύει τα χλωριόντα.
ΧΡΟΝΟΣ (Ημέρες ) δοκίμια με λόγο Ν/Τ=0.45 που περιείχαν 2% κ.β. τσιμέντου CaCl 2 H 2 O
Τα τσιμέντα με σκωρίες υψικαμίνων και ποζολάνες αλλάζουν το πορώδες του σκυροδέματος μειώνοντας τη διαπερατότητα του σκυροδέματος. Σχετικά με τη διάβρωση του χάλυβα μέσα σε σκυροδέματα με ποζολανικό τσιμέντο που εκτίθενται σε επίδραση χλωριόντων, το τελικό αποτέλεσμα (επιτάχυνση της διάβρωσης ή προστασία) θα εξαρτηθεί από το σύνολο των άλλων χαρακτηριστικών της ποιότητας του σκυροδέματος, ιδίως δε από την περιεκτικότητα σε τσιμέντο και την τελειότητα συμπύκνωσης. Οι Hansson et al., απέδειξαν πειραματικά ότι σκυρόδεμα με ιπτάμενες τέφρες έχει μεγάλη αντίσταση σε διείσδυση χλωριόντων, ακόμα και σε υψηλές θερμοκρασίες. Επίσης τα αερακτικά μειώνουν τον κίνδυνο διάχυσης των χλωριόντων, επειδή μειώνουν τη διαπερατότητα του σκυροδέματος(λιγότερο νερό, πιο ομοιόμορφη διάστρωση).
ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ (mm)
Ο C. Locke, αναφέρει ότι πειραματικά αποτελέσματα συνηγορούν ότι το είδος του κατιόντος των χλωριούχων αλάτων επηρεάζει το βαθμό διάβρωσης του χάλυβα στο σκυρόδεμα. Για παράδειγμα, το CaCl 2 προκαλεί μεγαλύτερη διάβρωση του χάλυβα απ ότι το NaCl. Επίσης η διάχυση των χλωριόντων του CaCl 2 είναι 3 έως 4 φορές μεγαλύτερη από τη διάχυση των χλωριόντων του NaCl. Έχει δε πρόσφατα αποδειχθεί ότι για τον σχηματισμό του άλατος Friedell, το CaCl 2 αντιδρά ευκολότερα απ ότιτοnacl.
Οι D. Griffin R. Henry, συμπέραναν ότι αυξάνοντας τη συγκέντρωση των χλωριούχων αλάτων σε διάλυμα, αυξάνεται ο βαθμός διάβρωσης του χάλυβα μέχρις ενός μεγίστου και στη συνέχεια μειώνεται. Αυτή η μεταβολή πιθανόν να οφείλεται στη μειωμένη ικανότητα του οξυγόνου να διαχυθεί από τους πόρους του σκυροδέματος. Μπορεί όμως η διάχυση του Ο 2 σε υγρό σκυρόδεμα να είναι διαφορετική, και τα αποτελέσματα να διαφέρουν.
Έχει εκφρασθεί επίσης η άποψη ότι η διαφορά συγκέντρωσης χλωριόντων είναι ο σημαντικός παράγων για τη διάβρωση του χάλυβα και όχι η περιεκτικότητα του σκυροδέματος σε χλωριόντα κατ απόλυτη τιμή. Έχει παρατηρηθεί ότι σε κατασκευές όπου το σκυρόδεμα είχε τοπικά περιεκτικότητα σε χλωριόντα μικρότερη από την οριακή, ο χάλυβας είχε υποστεί διάβρωση, ενώ σε άλλες κατασκευές με περιεκτικότητα του σκυροδέματος σε χλωριόντα γενικά μεγάλη, ο χάλυβας παρέμεινε απόλυτα υγιής.
Ο P. Vassie, αναφέρει ότι η διαφορά συγκέντρωσης των χλωριόντων προκαλεί την ανάπτυξη διαφοράς δυναμικού. Όταν τα χλωριόντα βρίσκονται απαρχής στο σκυρόδεμα, είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα, ενώ όταν διεισδύουν από έξω δημιουργούνται διαφορές συγκέντρωσης. Διαφορά συγκέντρωσης χλωριόντων μπορεί επίσης να υπάρξει και μετά από επισκευή σκυροδέματος, στο οποίο ο χάλυβας είχε διαβρωθεί λόγω επίδρασης χλωριόντων, γιατί το παλαιό σκυρόδεμα περιέχει χλωριόντα, ενώ το καινούργιο είναι απαλλαγμένο.
Η διείσδυση των χλωριόντων μπορεί να γίνει είτε σε ξερό περιβάλλον (διείσδυση αερίου χλωρίου) είτε σε περιβάλλον με μεγάλα ποσοστά υγρασίας. Η διείσδυση χλωριόντων σε υγρό περιβάλλον είναι η περισσότερο συνηθισμένη και σοβαρή μορφή διείσδυσης. Ακόμα όμως και για χαμηλή υγρασία του περιβάλλοντος, η υγρασία στην επιφάνεια του σκυροδέματος αυξάνεται σημαντικά λόγω της υγροσκοπικής ικανότητας των χλωριόντων. Μ αυτόν τον τρόπο, μεγαλώνει κατά πολύ ο κίνδυνος διάβρωσης του χάλυβα. Επίσης η θερμοκρασία επιταχύνει τις διαδικασίες διείσδυσης των χλωριόντων και κατά συνέπεια την διάβρωση του χάλυβα.
Προκειμένου να εξασφαλιστεί η καλή ποιότητα μιας κατασκευής από σκυρόδεμα, απαιτείται κατάλληλη επιλογή υλικών, καλή δόνησή του και μεγάλος χρόνος συντήρησης. Ειδικά η προστασία του χάλυβα στο σκυρόδεμα μπορεί να επιτευχθεί είτε μειώνοντας τη διαπερατότητα του σκυροδέματος για να εμποδιστεί η διείσδυση των διαβρωτικών ουσιών, είτε με άμεση προστασία του ίδιου του χάλυβα εμποδίζοντας την προσβολή του μετάλλου.
Μέτρα στην μάζα του σκυροδέματος Μέτρα στην επιφάνεια του οπλισμού Μέτρα στην επιφάνεια του σκυροδέματος Καθοδική προστασία Χρήση ανοξείδωτων χαλύβων Λοιπές ηλεκτροχημικές μέθοδοι Τα μέτρα αυτά λαμβάνονται είτε εκ των προτέρων προκειμένου να αποκλεισθεί το ενδεχόμενο της διάβρωσης, είτε εκ των υστέρων προκειμένου να ανασταλεί μια εξελισσόμενη διαδικασία φθοράς σε μια ήδη υπάρχουσα κατασκευή από σκυρόδεμα.
Πρόκειται για ουσίες οι οποίες προστίθενται στο σκυρόδεμα κατά την παρασκευή του, με σκοπό να προστατέψουν τον ενσωματωμένο χάλυβα από τη διάβρωση. Οι αναστολείς διάβρωσης μπορεί να είναι οργανικά ή ανόργανα άλατα όπως, νιτρώδες ασβέστιο, νιτρώδες νάτριο, αμινοαλκοόλες, αλκανολαμίνες.
Ο κυριότερα χρησιμοποιούμενος αναστολέας διάβρωσης είναι τονιτρώδεςασβέστιο(ca(no 2 ) 2 ). Ως τρόπος δράσης του αναφέρεται η δημιουργία και συντήρηση ενός ανθεκτικού λεπτού παθητικού στρώματος στον χάλυβα οπλισμού, ακόμη και υπό συνθήκες παρουσίας χλωριόντων με συγκέντρωση πολύ υψηλότερη από την κρίσιμη για τη διάβρωσητουχάλυβα(0,9kg/m 3 ). Το Ca(NO 2 ) 2 αντιδρά με τα παραγόμενα προϊόντα των αντιδράσεων της ανοδικής περιοχής και χαρακτηρίζεται ανοδικός αναστολέας.
Η χημική αντίδραση του μηχανισμού προστασίας θεωρείται ότι είναιη: 2Fe ++ +2(OH) - +2(NO 2 ) - 2NO^+Fe 2 O 3 +H 2 0 Έτσι το (NO 2 ) - ανταγωνίζεται τα χλωριόντα δεσμεύοντας τα ιόνταfe ++ σχηματίζοντας σταθερόφιλμfe 2 O 3. Άλλοι ερευνητές θεωρούν ότι η προστασία οφείλεται στο σχηματισμόκρυσταλλικούca(οη) 2 στηνπεριοχήτουοπλισμού. Αυτός ο τύπος αναστολέα διάβρωσης δεν επηρεάζει την ανθεκτικότητα των δεσμών του σκυροδέματος.
Οι αναστολείς διάβρωσης που βασίζονται σε αμινοαλκοόλες (ΑΜΑ) μερικά εξουδετερωμένες, αντιδρούν με τον χάλυβα οπλισμού σχηματίζοντας λεπτό στρώμα οργανομεταλλικής προέλευσης και προστατεύουν τόσο τις ανοδικές όσο και τις καθοδικές περιοχές του(μικτοί αναστολείς). Οι αναστολείς διάβρωσης που βασίζονται σε αλκανολαμίνες είναι κυρίως μίγματα αμινοαλάτων και επιφανειακά ενεργών ουσιών σε υδατικό διάλυμα. Η προστατευτική δράση τους βασίζεται στη ρόφησή τους στην επιφάνεια του χάλυβα οπλισμού και τη δημιουργία ενός μονομοριακού προστατευτικού στρώματος τόσο των ανοδικών όσο και των καθοδικών περιοχών του.
Η δράση των αναστολέων διάβρωσης θεωρείται ότι εξαρτάται από τη συγκέντρωσή τους και κυρίως από τον λόγο της συγκέντρωσης, αναστολέα προς χλωριόντα. Ικανοποιητική προστασία επιτυγχάνεται με λόγο 1-1,5. Κατόπιν τούτου η δράση τους περιορίζεται χρονικά στην περίπτωση συνεχούς προσβολής του σκυροδέματος από διαβρωτικό περιβάλλον. Επίσης, στις μη προστατευμένες με αναστολέα περιοχές των οπλισμών η επίδραση του διαβρωτικού περιβάλλοντος είναι ισχυρότερη από αυτήν που θα υπήρχε με πλήρη απουσία αναστολέα.
Ειδικά για την προστασία του σιδηροπλισμού από την επίδραση των χλωριόντων, αναφέρεται ότι η προσθήκη 1.4% φωσφορικού άλατος στο σκυρόδεμα, εξουδετερώνει την επίδραση χλωριόντων που βρίσκονται σε αυτό σε περιεκτικότητα 0.3% κ.β. τσιμέντου. Άλλοι ερευνητές προτείνουν τη χρήση νιτρώδους νατρίου, βενζοϊκού νατρίου και οξειδίου του σιδήρου, με κυριότερο το νιτρώδες νάτριο, για τη μείωση της διάβρωσης του σιδηροπλισμού του ελαφροβαρούς σκυροδέματος.
Έχει παρατηρηθεί ότι ορισμένοι αναστολείς διάβρωσης μπορεί να επηρεάσουν δυσμενώς τις φυσικές ιδιότητες του σκυροδέματος προκαλώντας μείωση της θλιπτικής αντοχής του και επιβράδυνση της σκλήρυνσης του τσιμέντου ή μπορεί να γίνουν επιβλαβείς σε μετέπειτα ηλικίες.
Οι περισσότεροι από τους αναστολείς διάβρωσης διατίθενται σε μορφές που μπορούν να εφαρμοστούν με ψεκασμό της επιφάνειας του σκυροδέματος, που ακολουθείται από διάχυση στη μάζα αυτού, προσεγγίζοντας τους οπλισμούς σε χρόνους της τάξης του μήνα.
Η αποτελεσματικότητα των αναστολέων διάβρωσης εκφράζεται από τη σχέση: %Προστασία = 100(Δ-Δ*)/Δ όπου: Δ = Διάβρωση χωρίς αναστολέα Δ* = Διάβρωση με αναστολέα
Τα επιχρίσματα πάνω στο χάλυβα χρησιμοποιούνται με σκοπό να τον εμποδίσουν να έρθει σε επαφή με οξυγόνο, υγρασία ή χλωριόντα. Για την εφαρμογή των επιχρισμάτων, ο χάλυβας πρέπει να είναι απόλυτα καθαρός, απαλλαγμένος από ελαιώδεις ουσίες, σκόνη ή σκουριά προκειμένου να αποφευχθεί απώλεια συνάφειας μεταξύ των υλικών. Τα επιχρίσματα μπορεί να είναι μεταλλικά ή μη μεταλλικά.
Μπορεί να χρησιμοποιηθούν οργανικά ή ανόργανα υλικά. Τα πλέον συνηθισμένα υλικά επίχρισης είναι οι εποξειδικές ρητίνες και το χλωριούχο πολυβινύλιο (PVC). Το χλωριούχο πολυβινύλιο έχει μικρή διαπερατότητα από νερό, αέρια και ηλεκτρολύτες, παρουσιάζει δε μεγάλη ανθεκτικότητα σε χημική προσβολή από οξέα και βάσεις. Οι εποξειδικές ρητίνες παρουσιάζουν καλή πρόσφυση στο χάλυβα και έχουν μεγάλη ανθεκτικότητα σε αλκαλικό περιβάλλον, όπως αυτό του σκυροδέματος. Όμως ορισμένοι ερευνητές αναφέρουν ότι οι επιχρισμένοι με ρητίνες χάλυβες παρουσιάζουν μειωμένη συνάφεια με το σκυρόδεμα.
Τα μεταλλικά επιχρίσματα προστατεύουν το χάλυβα με τη δική τους καταστροφή. Πρόκειται για μέταλλα με δυναμικό διάβρωσης ηλεκτραρνητικότερο από αυτό του χάλυβα, όπως ο ψευδάργυρος, το αλουμίνιο κ.α. Τα επιχρίσματα αυτά διαβρώνονται κατά τον ίδιο ακριβώς τρόπο που διαβρώνονται ως συμπαγή μέταλλα, μέχρι ο προστατευόμενος χάλυβας να εκτεθεί στο διαβρωτικό περιβάλλον σε μικρές περιοχές. Τότε εξαιτίας της γαλβανικής δράσης, επιταχύνεται η διάβρωση του «θυσιαζόμενου» επιχρίσματος, συνεχίζοντας έτσι την προστασία του χάλυβα.
Έχει παρατηρηθεί ότι η χρήση των επιχρισμάτων δεν αποτρέπει τελείως τη διάβρωση του σιδηροπλισμού, πολλές φορές δε, εισάγει πρόσθετους κινδύνους. Για παράδειγμα, η χρήση γαλβανισμένων χαλύβων και χαλύβων επιχρισμένων με ψευδάργυρο, εμπεριέχει τον κίνδυνο της αντίδρασης του ψευδαργύρου με συστατικά του σκυροδέματος (Ca(OH) 2 ) και της γαλβανικής δράσης μεταξύ γαλβανισμένων και μη χαλύβων, σε περίπτωση που συνυπάρχουν στην ίδια κατασκευή. Σχετικά πειράματα έδειξαν ότι οι επιχρισμένοι με εποξειδικές ρητίνες χάλυβες συμπεριφέρονται καλύτερα όσον αφορά τη διάβρωση από τους γαλβανισμένους, ανεξάρτητα από το νερό ανάμιξης του σκυροδέματος, το πάχος επικάλυψης και το περιβάλλον στο οποίο εκτίθενται.