ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Δρ. Αθ.Ρούτουλας Καθηγητής
Το ποσό της διάβρωσης του χάλυβα στο σκυρόδεμα μπορεί να εκφρασθεί ως απώλεια βάρους των ράβδων μετά την αφαίρεση της σκουριάς και να προσδιοριστεί με άμεσο τρόπο (ζύγιση). Η μέθοδος όμως είναι σχετικά ανασφαλής, διότι υπάρχει κίνδυνος λανθασμένων μετρήσεων κατά την αφαίρεση της σκουριάς. Επίσης, η μέθοδος μπορεί να εφαρμοσθεί μόνο μετά την οπτική αναγνώριση διάβρωσης χάλυβα (εμφάνιση κηλίδων σκουριάς ή ρωγμών στο σκυρόδεμα).
Έτσι περισσότερο χρήσιμες και συνήθως μη καταστρεπτικές είναι οι έμμεσες μέθοδοι για την ανίχνευση της διάβρωσης του χάλυβα οποιαδήποτε στιγμή. Οι μέθοδοι αυτές επιτρέπουν ακόμα τη μελέτη της επίδρασης των συνθηκών του περιβάλλοντος πάνω στο βαθμό διάβρωσης του χάλυβα, την επιλογή του τρόπου επισκευής της κατασκευής και τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας της καθοδικής προστασίας.
Μία γενική εκτίμηση των συνθηκών, όπου ο χάλυβας θεωρητικά διαβρώνεται, δεν προσβάλλεται ή προστατεύεται από συγκεκριμένα οξείδια, δίνεται από τα διαγράμματα δυναμικού ως προς ph (διαγράμματα Pourbaix), τα οποία αναφέρονται, μολονότι δεν συνιστούν μέθοδο μέτρησης διάβρωσης.
Υπάρχουν πολλές ηλεκτροχημικές έμμεσες μέθοδοι για τη μέτρηση της διάβρωσης του χάλυβα σε υγρό περιβάλλον. Μερικές από αυτές τις μεθόδους έχουν χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για μέτρηση της διάβρωσης χάλυβα ενσωματωμένου σε σκυρόδεμα. Οι περισσότερο γνωστές έμμεσες μέθοδοι είναι: Χρονική εξέλιξη του δυναμικού διάβρωσης. Μέτρηση έντασης ρεύματος διάβρωσης. Σύνταξη και μελέτη καμπυλών πόλωσης. Μέτρηση της αντίστασης πόλωσης. Ηλεκτροχημική φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης. Άλλες μέθοδοι μέτρησης διάβρωσης.
Η χρονική εξέλιξη του δυναμικού διάβρωσης του χάλυβα ως προς κάποιο ηλεκτρόδιο αναφοράς προσφέρει πληροφορίες για την πιθανότητα διάβρωσης του χάλυβα. Ως ηλεκτρόδια αναφοράς χρησιμοποιούνται συνήθως, το ηλεκτρόδιο καλομέλανα SCE [Hg/HgCl/KCl] ή το ηλεκτρόδιο θειικούχαλκούcse[cu/cusο 4 ].
Από τα δύο είδη ηλεκτροδίων, το ηλεκτρόδιο καλομέλανα είναι ακριβότερο από το ηλεκτρόδιο θειικού χαλκού. Το ηλεκτρόδιο θειικού χαλκού όμως ετοιμάζεται γρήγορα, και γι αυτό το λόγο προτιμάται για μετρήσεις σε εξωτερικούς χώρους. Το ηλεκτρόδιο καλομέλανα προσβάλλεται από άλατα βρωμίου και ιωδίου. Το ηλεκτρόδιο θειικού χαλκού προσβάλλεται από άλατα χλωρίου, το δε υγρό του χρειάζεται συχνή αντικατάσταση. Η επιφάνεια του σκυροδέματος κατά τη μέτρηση του δυναμικού δεν πρέπει να είναι κορεσμένη ούτε απολύτως ξηρή, αλλά απλώς υγρή για να υπάρχει αγωγιμότητα.
ηλεκτρόδιο αναφοράς: ηλεκτρόδιο θειικού χαλκού
Οι κλίμακες μέτρησης του δυναμικού ως προς τα ηλεκτρόδια καλομέλανα και θειικού χαλκού είναι διαφορετικές. Στο μηδέν της κλίμακας SCE αντιστοιχεί το +240 mv της κλίμακας Η 2 και το 60 mv της κλίμακας CSE. Δηλαδή η σχέση μεταξύ τους είναι: V H = V SCE + 240 = V CSE + 300 (σε mv)
Όπως αναφέρεται στο πρότυπο ASTM C876-87, από τις τιμές του μετρούμενου δυναμικού διάβρωσης, προκύπτουν οι ενδείξεις για την προδιάθεση του σιδηροπλισμού για διάβρωση και διακρίνονται τα εξής ενδεχόμενα: Όταν Ε corr >-200 mv CSE, κατά πιθανότητα 90% δεν συμβαίνει διάβρωση. Όταν Ε corr <-350 mv CSE, κατά πιθανότητα 90% συμβαίνει διάβρωση. Όταν -200 mv CSE > Ε corr >-350 mv CSE, δεν είναι βέβαιο αν συμβαίνει ή όχι διάβρωση.
Η μέθοδος αυτή είναι απλή στην εφαρμογή της και γρήγορη, γι αυτόν δε τον λόγο χρησιμοποιείται ευρέως. Πάντως, η εφαρμογή και η ερμηνεία της μεθόδου πρέπει να γίνεται από ειδικευμένο προσωπικό. Ενανθρακωμένο ή χλωριωμένο περιβάλλον συνεπάγονται αλλοιώσεις στα αποτελέσματα των μετρήσεων. Η χρονική εξέλιξη του δυναμικού διάβρωσης για μακρές περιόδους, είναι αυτή που δίνει πιο αξιόπιστα στοιχεία για την προδιάθεση μετάλλων σε διάβρωση.
Μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στη διάβρωση έχει εκείνο το μέταλλο, για το οποίο το δυναμικό διάβρωσης μένει σταθερότερο για ίδιες συνθήκες. Γρήγορη πτώση του δυναμικού διάβρωσης, δείχνει γρήγορο σχηματισμό προϊόντος διάβρωσης. Την πτώση αυτή ακολουθεί, συνήθως, στη συνέχεια απότομη αύξηση του δυναμικού διάβρωσης, λόγω ρήξης του στρώματος του προϊόντος διάβρωσης. Η μέτρηση του δυναμικού δεν δίνει πληροφορίες, όσον αφορά την ταχύτητα διάβρωσης του χάλυβα.
Στο χρόνο μηδέν, συγκρίνοντας τις τιμές του Ε corr των περιπτώσεων Α,Β,Γ,Δ,Ε προκύπτει η προδιάθεση για διάβρωση Α>Β>Γ>Δ>Ε. Η άποψη αυτή ανατρέπεται αν γίνει εξέταση της χρονικής εξέλιξης του δυναμικού διάβρωσης. Το συμπέρασμα που προκύπτει για την προδιάθεση για διάβρωση είναι Δ>Ε>Β>Α>Γ>
Υπολογίζεται η ένταση ρεύματος ή το φορτίο του ρεύματος που πέρασε, σε ορισμένο χρονικό διάστημα (Q=I. t) από κύκλωμα, που αποτελείται από το μέταλλο που διαβρώνεται και ένα βοηθητικό ηλεκτρόδιο από αδρανές υλικό (λ.χ. λευκόχρυσο ή γραφίτη). Και τα δύο ηλεκτρόδια (μέταλλο και βοηθητικό) τοποθετούνται στο διαβρωτικό περιβάλλον, που εξετάζεται. Αν συνδυαστεί η τιμή της έντασης διάβρωσης με την τιμή του δυναμικού διάβρωσης οδηγεί σε βεβαιότερη πρόβλεψη για τη συμπεριφορά στη διάβρωση των συγκρινόμενων μετάλλων, συγκριτικά με αυτήν που προκύπτει από την τιμή μόνο του δυναμικού διάβρωσης. Για τη βέβαιη όμως πρόβλεψη. απαιτείται η προσφυγή και σε άλλες μεθόδους.
Όπως στην περίπτωση του δυναμικού διάβρωσης, έτσι και στην περίπτωση της έντασης διάβρωσης, παρακολουθείται η τιμή της έντασης του ρεύματος διάβρωσης σε συνάρτηση με το χρόνο, για διάστημα ημερών ή μηνών ή και χρόνων. Μεγαλύτερη αντοχή έχει εκείνο το μέταλλο, που η τιμή της έντασης διάβρωσης μένει σταθερότερη για σταθερές συνθήκες. Γρήγορη πτώση της έντασης διάβρωσης, δείχνει γρήγορο σχηματισμό προϊόντος διάβρωσης. Την πτώση αυτή ακολουθεί, συνήθως, στη συνέχεια απότομη αύξηση της έντασης διάβρωσης, εξαιτίας ρήξης του στρώματος του προϊόντος διάβρωσης.
Για την εφαρμογή της μεθόδου, απαιτείται να προσδιορισθεί πρώτα το δυναμικό διάβρωσης του χάλυβα. Στη συνέχεια επιβάλλονται με τη βοήθεια ποτενσιοστάτη διάφορες σταθερές τάσεις (θετικές ή αρνητικές) μεταξύ του δοκιμίου και του ηλεκτροδίου αναφοράς και μετράται κάθε φορά η ένταση του ρεύματος απόκρισης, μεταξύ του δοκιμίου και του βοηθητικού ηλεκτροδίου.
Τέλος, από τις τιμές του δυναμικού (Ε) και της αντίστοιχης έντασης ρεύματος(i), συντάσσεται το διάγραμμα Ε-logΙ το οποίο ονομάζεται δυναμοστατική καμπύλη πόλωσης. Αν αντίθετα επιβάλλονται διάφορες σταθερές εντάσεις ρεύματος με τη βοήθεια γαλβανοστάτη και μετράται κάθε φορά η τάση μεταξύ δοκιμίου και ηλεκτροδίου αναφοράς, το διάγραμμα Ε-logΙ που προκύπτει ονομάζεται εντασιοστατική καμπύλη πόλωσης.
Από την μελέτη των καμπυλών πόλωσης εξάγονται ενδιαφέροντα συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του σιδηροπλισμού. Μία καμπύλη ανοδικής πόλωσης (προκύπτει από επιβολή ανοδικής φόρτισης) φαίνεται στο Σχήμα 3.4A. Τα εφαρμοζόμενα δυναμικά είναι μερικές εκατοντάδες mv μεγαλύτερα και μικρότερα από το δυναμικό διάβρωσης του χάλυβα. Όταν η μεταβολή ΔΕ/ΔΙ είναι πολύ μεγάλη βρισκόμαστε στην παθητική περιοχή. Αντίθετα, όταν η παραπάνω μεταβολή γίνει σχεδόν μηδενική, δηλαδή για μικρές μεταβολές του δυναμικού παρατηρούνται μεγάλες μεταβολές της έντασης ρεύματος, αίρεται η παθητική προστασία του χάλυβα και ξεκινά η διάβρωσή του. Η σχετική περιοχή χαρακτηρίζεται ως υπερπαθητική και ξεκινά μετά από ορισμένο δυναμικό (Ε ΤΡ ). Η παθητικότητα στον χάλυβα αποδίδεται στο σχηματισμό οξειδίων, υδροξειδίων ή άλλων ελάχιστα διαλυτών ενώσεων
Όταν συμβαίνει τοπική διάβρωση (π.χ. με παρουσία χλωριόντων), η παθητικότητα στον χάλυβα χάνεται για μικρότερεςτιμέςτουδυναμικούσεσχέσημετοδυναμικόε ΤΡ. Στο παράδειγμα του Σχήματος 3.4B, παρατηρείται (σημείο Ε n ) μια «εκτροπή» (Ε n B) απ την παθητικότητα, παρ όλο που το δυναμικόείναι χαμηλότεροτουε ΤΡ. Η εστιγμένη καμπύλη αντιστοιχεί σε διάβρωση χάλυβα χωρίς την παρουσία χλωριόντων. Το Ε Ρ είναι το μέγιστο δυναμικό για το οποίο δεν παρατηρείται διάβρωση κατά βελονισμό. Η χρήση αναστολέων διάβρωσης αυξάνει την τιμή του μέγιστου δυναμικού κατά το οποίο δεν παρατηρείται τοπική διάβρωση του σιδηροπλισμού, παρέχοντας προστασία έναντι διάβρωσης για διάφορες συνθήκες.
Ο C. Hansson, αναφέρει ότι η μέθοδος ελέγχου διάβρωσης του χάλυβα με τη σύνταξη καμπυλών πόλωσης έχει το πλεονέκτημα της δυνατότητας ελέγχου της επίδρασης των προσθέτων σκυροδέματος, καθώς και της επίδρασης των μεταβολών των συνθηκών του περιβάλλοντος στη διάβρωση του χάλυβα. Παρουσιάζει όμως η μέθοδος το μειονέκτημα ότι απαιτεί αρκετές ώρες για να πραγματοποιηθεί, κυρίως όταν πρόκειται για μετρήσεις σε εξωτερικούς χώρους. Ο αριθμός των μετρήσεων σ αυτήν την περίπτωση περιορίζεται, υπάρχει δε ο κίνδυνος λανθασμένης σύνταξης των καμπυλών. Η εφαρμογή δυναμικών αρκετά διαφορετικών από το δυναμικό διάβρωσης, μπορεί να μεταβάλλει τη διεπιφάνεια μεταξύ του χάλυβα και του σκυροδέματος, με αποτέλεσμα οι μετρήσεις να μην αφορούν την συμπεριφορά του χάλυβα στο φυσικό του περιβάλλον. Η μεταβολή της υγρασίας ή της θερμοκρασίας δεν
Η μέτρηση μπορεί να γίνει είτε με εφαρμογή δυναμικών και μέτρηση των αντίστοιχων ρευμάτων (δυναμοστατική μέθοδος) όπως έχει ήδη περιγραφεί, είτε με εφαρμογή ρευμάτων και μέτρηση των αντίστοιχων δυναμικών(εντασιοστατική μέθοδος). Στην περίπτωση της δυναμοστατικής μεθόδου, εφαρμόζονται στον χάλυβα διάφορα δυναμικά, πολύ κοντά στο δυναμικό διάβρωσης του χάλυβα (μέχρι και 25 mv εκατέρωθεν του δυναμικού διάβρωσης, αλλά συνηθέστερα 10 mv) και μετράται η ένταση του αντίστοιχου ρεύματος. Καταγράφεται η καμπύλη του δυναμικού V ως προς την ένταση του ρεύματος I, η οποία για μικρές μεταβολές του εφαρμοζόμενου δυναμικού, είναι περίπου ευθεία γραμμή.
Αυτό συμβαίνει γιατί στην περιοχή χαμηλής υπέρτασης ισχύει η προσεγγιστική μορφή της εξίσωσης Butler-Volmer: I o.f.n I= --------- R.T Όπου η ένταση του ρεύματος,(ι), μεταβάλλεται αναλογικά με την υπέρταση(n). Η κλίση της καμπύλης στην αρχή των αξόνων, δηλαδή για Ε = Ε corr, ονομάζεταιαντίστασηπόλωσηςr p,καιδίδεταιαπότησχέση: Όπου,β a και β c, οικλίσειςτωνευθειών Tafel.
Κατόπιν υπολογίζεται το «ρεύμα διάβρωσης» του χάλυβα, i corr απότησχέση: I corr = B/R p H σταθερά Β εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του H σταθερά Β εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του σκυροδέματος (το είδος του τσιμέντου, το λόγο Ν/Τ, τη συντήρηση του σκυροδέματος και την κατάσταση του οπλισμού). Αναφέρονται οι τιμές Β=52 mv για χάλυβα που ευρίσκεται στην παθητική κατάσταση (περιοχή δυναμικών μεταξύ Ε p και E TP,Σχήμα 3.4A) και Β=26 mv για χάλυβα στην ενεργή κατάσταση (δυναμικά ηλεκτροθετικότερα του Ε ΤΡ ή ηλεκτραρνητικότερατου Ε Ρ,Σχήμα3.4B).
Ανάλογα όμως με το είδος του σκυροδέματος, οι τιμές της σταθεράς Β διαφέρουν από τις προαναφερθείσες τιμές, συνήθωςδεκυμαίνονταιαπό13έως52mv. Ο επακριβής προσδιορισμός της σταθεράς Β για ένα είδος σκυροδέματος απαιτεί μακροχρόνια πειράματα για τον προσδιορισμό της άμεσης απώλειας βάρους του σιδηροπλισμού και τη συσχέτισή του με την ηλεκτροχημική απώλεια βάρους, όπως αυτή υπολογίζεται βάσει του νόμου του Faraday από το ρεύμα διάβρωσης όπως προκύπτει από την προηγούμενη σχέση. Αλλά και ο τρόπος συντήρησης του νωπού σκυροδέματος επηρεάζει την αντίσταση πόλωσης.
Η μέτρηση της αντίστασης πόλωσης είναι η μόνη επιτόπια μέθοδος για τον υπολογισμό της ταχύτητας διάβρωσης του χάλυβα, η οποία δίνει γρήγορα αποτελέσματα και με μικρό κόστος. Η μέθοδος όμως αυτή παρουσιάζει μειονεκτήματα (πέραν από τη δυσκολία προσδιορισμού της σταθεράς Β που αναφέρθηκε), ταοποίαείναι: Η έλλειψη ακρίβειας όταν πάνω στον σιδηροπλισμό έχουν σχηματισθεί παθητικά στρώματα οξειδίων. Σε περίπτωση τοπικής διάβρωσης, τα αποτελέσματα της μέτρησης δεν ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα.
Η μέτρηση της ηλεκτροχημικής σύνθετης (ή μιγαδικής) αντίστασης (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) έχει γίνει δημοφιλέστατη τα τελευταία χρόνια στις ηλεκτροχημικές μελέτες και γενικά στην μελέτη των υλικών. Η τεχνική αυτή προσφέρει την δυνατότητα της ανάλυσης των σταδίων μιας αντίδρασης, όταν χρησιμοποιείται ευρεία περιοχή συχνοτήτων. Επίσης στο πεδίο της μελέτης των υλικών χρησιμεύει για την αποκάλυψη σχέσεων μεταξύ ηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών και φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους.
Στην ηλεκτροχημεία, χρησιμοποιείται για τον έλεγχο: Των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των πολυμερών (διηλεκτρικές ιδιότητες, αγωγιμότητα). Της αναστολής ή επιβράδυνσης της διάβρωσης (ομοιόμορφης ή τοπικής). Της παθητικοποίησης των μετάλλων (των ανοξείδωτων χαλύβων και των ανοδικών στρωμάτων των μετάλλων). Της συμπεριφοράς προστατευτικών πολυμερών (αντιδιαβρωτικών χρωμάτων). Της ηλεκτροκρυστάλλωσης των μετάλλων (απόθεση Ni, Zn, Ag,κ.λπ.). Σε μπαταρίες και σε παρόμοιες πηγές ενέργειας (κελιά καυσίμων, στερεοί ηλεκτρολύτες). Των μη μεταλλικών επιστρωμάτων σε μέταλλα, που είναι πολύ διαδεδομένη και περίπλοκη εξαιτίας της μεγάλης
Σε αντιστοιχία με μια αντίσταση στο συνεχές ρεύμα, μπορεί να υπάρχει μια ισοδύναμη αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα. Αυτή η ισοδύναμη αντίσταση λέγεται «σύνθετη (μιγαδική) αντίσταση» (Impedance). Οι μετρήσεις της μπορούν να γίνουν με δυναμοστατικό έλεγχο, δηλαδή με εφαρμογή κάποιου δυναμικού και μέτρηση αντίστοιχα της έντασης του ρεύματος.
Για την άριστη απόκριση των οργάνων, το επιβαλλόμενο δυναμικό είναι ημιτονοειδούς μορφής, δηλαδή: Ε t =E 0 ημ(ωt) Για γραμμικά συστήματα, δηλαδή όπου υπάρχει συνεχής εξέλιξη του φαινομένου της διάβρωσης (π.χ. μη ρήξη επιστρώματος προϊόντων διάβρωσης, ομοιογενή επιστρώματα) η απόκριση είναι επίσης ημιτονοειδής και ορίζεται ως: I t =I 0 ημ(ωt+φ) Όπου: Ε t :τοεφαρμοζόμενοδυναμικόσεσυνάρτησημετονχρόνο[v] Ε 0 :τοπλάτοςτηςδιαταραχήςτουδυναμικού[v] Ι t :τορεύμαπουπροκύπτεισεσυνάρτησημετονχρόνο[a] I 0 :τοπλάτοςτηςδιαταραχήςτουρεύματος[a] t:χρόνος[sec] φ : η διαφορά φάσης μεταξύ του εφαρμοζόμενου δυναμικού και του προκύπτοντος ρεύματος[rad] ω: γωνιακή συχνότητα[rad].
μη γραμμικό σύστημα
Όταν επιβάλλεται ημιτονοειδής τάση μικρού εύρους, υπάρχει απόκριση της έντασης ρεύματος επίσης μικρού εύρους. Όταν το εύρος διατηρείται μικρό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο πρώτος όρος της σειράς Taylor, που καταλήγει σ ένα περίπου γραμμικό σύστημα και αντιπροσωπεύει την απόκριση του ρεύματος. Η επιβολή δυναμικού και η προκύπτουσα ένταση ρεύματος μπορεί να γραφτεί ως συνάρτηση: και Ε t =E 0 exp(jωt) Ι t =I 0 exp(jωt φ)
Για να ολοκληρωθεί μία εξέταση πρέπει να γίνουν μετρήσεις σε ευρεία κλίμακα συχνοτήτων (συνήθως από 10-3 Hz έως 10kHz) και να καταγραφεί η σύνθετη αντίσταση ή/ και άλλα στοιχεία του συστήματος. Ο λόγος των δύο συναρτήσεων είναι μέτρο της σύνθετης(μιγαδικής) αντίστασης: Ζ(ω) =(Εο/Ιο)exp(jφ) = Ζ exp(jφ) = Ζ (συνφ + jημφ) = Ζ +jz Η σύνθετη αντίσταση Ζ, είναι μία ημιτονοειδής συνάρτηση, που απαρτίζεται από το πραγματικό μέρος, Ζ', (δηλαδή από τον ωμικόόροσεφάσημε τοσήμαεισόδου)καιαπότοφανταστικό μέρος, Ζ", (δηλαδή το χωρητικό όρο με διαφορά φάσης 90 ο από το σήμα εισόδου).
Σύμφωναμεταπαραπάνω: Ζ = (Ζ ) 2 +(jz ) 2 και Ζ = Ζ συνφ, Ζ = Ζ ημφ Ανάλογα με το ενδιαφέρον, τα πειραματικά αποτελέσματα Ανάλογα με το ενδιαφέρον, τα πειραματικά αποτελέσματα εκφράζονται ως σύνθετη αντίσταση ή ως μιγαδική αγωγιμότητα (admittance), που είναι ίση προς το αντίστροφο της σύνθετης αντίστασης.
Ζ πραγματικό και Ζ μιγαδικό τμήμα της σύνθετης αντίστασης
Η φυσική προστασία του οπλισμού στο σκυρόδεμα οφείλεται στην ύπαρξη αλκαλικού περιβάλλοντος στην διεπιφάνεια παθητικών οξειδίων. Η αλκαλικότητα αυτή αρχίζει να καταστρέφεται διαδοχικά από έξω προς τα μέσα, εξαιτίας της επίδρασης CO 2 του αέρα στα CaO, Ca(OH) 2, MgO, Mg(OH) 2 του σκυροδέματος. Εκτός από την επίδραση από το CO 2, τα CaCO 3, MgCO 3 έχοντας μεγαλύτερο όγκο δημιουργούν μικρορηγματώσεις, που ευκολύνουν την διείσδυση του CO 2 αλλά και του SO 2, που σχηματίζει CaSO 4. 2H 2 OκαιMgSO 4.Όταναυτάφθάσουνστονσιδηροπλισμό καταστρέφουν τα παθητικά οξείδια και η διάβρωση επιτείνεται.
Η ύπαρξη χλωριόντων στην ατμόσφαιρα ή το έδαφος αυξάνει την πιθανότητα καταστροφής του παθητικού στρώματος με τη δημιουργία FeCl 2, που υδρολύεται και δημιουργεί όξινο περιβάλλον : FeCl - + 2 +2 H 2 O Fe(OH) 2 + 2Cl +2H
t = ένας μήνας εμβάπτισης σε διάλυμα χλωριούχων αλάτων
Έναμήναμετάαπότηνετοιμασίατουκαιπαραμονήσεδιάλυμα χλωριούχων αλάτων το διάγραμμα Nyquist έχει τη μορφή παθητικοποιημένου ηλεκτροδίου, δηλαδή η διάμετρος του ημικυκλίου σε υψηλές συχνότητες είναι πολύ μικρή και η καμπύλη σε χαμηλότερες συχνότητες προσεγγίζει ευθεία γραμμή. Η μείωση της διαμέτρου του ημικυκλίου σε υψηλές συχνότητες, σημαίνει μείωση της αντίστασης και συμβαδίζει με την αύξηση του ρυθμού της διάβρωσης. Η έναρξη εμφάνισης ευθείας γραμμής σε χαμηλότερες συχνότητες σημαίνει αύξηση της διάβρωσης που έχει υποστεί το δοκίμιο.
t = έξι μήνες εμβάπτισης σε διάλυμα χλωριούχων αλάτων
Μετά από 6 μήνες έκθεσης του δοκιμίου οπλισμένου σκυροδέματος σε διάλυμα χλωριούχων αλάτων η διάμετρος του ημικυκλίου στις υψηλές συχνότητες έχει μειωθεί σημαντικά, σε βαθμό εξαφάνισης. Ο ρυθμός διάβρωσης σε αυτή τη φάση είναι μεγαλύτερος από αυτόν της προηγούμενης.
t = ένας χρόνος εμβάπτισης σε διάλυμα χλωριούχων αλάτων
Μετά από ένα χρόνο έκθεσης του δοκιμίου οπλισμένου σκυροδέματος σε διάλυμα χλωριούχων αλάτων, η μορφή του διαγράμματος είναι όμοια περίπου με το διάγραμμα του ενός μήνα, αλλά η ευθεία γραμμή των 45 μοιρών φαίνεται στις περιοχές των χαμηλών συχνοτήτων. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι η διάβρωση του δοκιμίου είναι μεγαλύτερη από αυτήν της πρώτης φάσης.
Μέθοδος ελέγχου της διάβρωσης σιδηροπλισμών με μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης Νεώτερες μέθοδοι ελέγχου της διάβρωσης σιδηροπλισμών Μετρήσεις διάβρωσης με SG
Μια μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της κατάστασης των σιδηροπλισμών σκυροδέματος βασίζεται στο γεγονός, ότι η βαθμιαία μείωση της διατομής των, συνεπάγεται την αύξηση της αντίστασης στη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Η μέθοδος είναι μη καταστρεπτική, εύκολη, γρήγορη, δεν απαιτεί ειδικό εξοπλισμό και θα μπορούσε να εφαρμοστεί επιτόπια στις κατασκευές. Όμως η μέθοδος αυτή παρ' όλα τα πλεονεκτήματά της εφαρμόζεται σπάνια σε κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος και αναφέρονται λίγα σχετικά βιβλιογραφικά στοιχεία.
Η κυριότερη αιτία για την περιορισμένη εφαρμογή της μεθόδου σχετίζεται με τα μειονεκτήματά της, ένα από τα οποία είναι η ανάγκη χρήσης οπλισμών μικρής διατομής (μερικών mm 2 ), για την αύξηση της ευαισθησίας των μετρήσεων. Η κάλυψη αυτής της απαίτησης, συνεπάγεται αδυναμία χρήσης οπλισμών χωρίς μηχανική επεξεργασία και κατά συνέπεια, μη αξιόπιστα αποτελέσματα. Επίσης, το γνωστό φαινόμενο της εξάρτησης της ηλεκτρικής αντίστασης από την θερμοκρασία, το οποίο επιτείνεται για μικρό μέγεθος διατομής, απαιτεί για την αξιοπιστία των μετρήσεων σταθεροποίηση συνθηκών, πράγμα πού περιπλέκει την μεθοδολογία και καθιστά δύσκολη την εφαρμογή της σε επιτόπιες μετρήσεις.
Αναφέρεται μια διαδικασία βελτίωσης της μεθόδου και αντιμετώπισης των μειονεκτημάτων της, με την χρήση ενός αισθητηρίου μέτρησης διάβρωσης, το οποίο αποτελείται από σύνολο τεσσάρων αντιστάσεων συνδεδεμένων σε γέφυρα Wheatstone μία από τις οποίες είναι η αντίσταση μέτρησης διάβρωσης (τεμάχιο χάλυβα οπλισμού). Έτσι η επίδραση της θερμοκρασίας είναι ίδια και στις τέσσαρες αντιστάσεις και μετράται η μεταβολή της διαβρωνόμενης αντίστασης μέσω της γέφυρας σε mv. Το σύνολο του αισθητηρίου διάβρωσης είναι εγκιβωτισμένο στο δοκίμιο σκυροδέματος. Η μεθοδολογία αυτή προεκτείνεται και στην πρόβλεψη του χρόνου ζωής των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος.
Η τεχνική αυτή αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο και βασίζεται στην εμφάνιση τάσεων διόγκωσης στην περιοχή των ράβδων οπλισμού στο σκυρόδεμα, που προκαλείται από τα προϊόντα της διάβρωσης (Fe 3 O 4, Fe 2 O 3, κ.λ.π.) εξαιτίας του ότι έχουν μεγαλύτερο ειδικό όγκο από τον Fe. Ειδικά αισθητήρια Strain Gauges (SG) που τοποθετούνται κατά την παρασκευή των δοκιμίων επηρεάζονται από τις τάσεις διόγκωσης.
Για κάθε SG, με αρχική τιμή αντίστασης R, συνδεδεμένο σε γέφυρα Wheatstone, ισχύει η σχέση πού συνδέει την τάση εξόδου από τη γέφυρα με τη μεταβολή της αντίστασης εφόσον R=R 1 =R 2 =R 3 =R 4 : SG V dr i = και επειδή τοg ορίζεταιαπότησχέση 4 R V i dl τελικά SG=----.G.----- 4 L SG V dr όπου: SG=Τάσηεξόδου, Vi=Τάσηεισόδου R = Ηλεκτρική αντίσταση του Strain Gauge, dr= Μεταβολή αντίστασης L = Μήκος αντίστασης του Strain Gauge, dl= Μεταβολή μήκους αντίστασης G = Συντελεστής κέρδους
Έτσι, η μετρούμενη τιμή SG, που είναι η τάση εξόδου σε mv, είναι ανάλογη της ποσοστιαίας μεταβολής του μήκους της αντίστασης, που προκαλείται από την διόγκωση του δοκιμίου και οφείλεται στα προϊόντα της διάβρωσης. Η διαδικασία μέτρησης του αποτελέσματος και των παραγόντων που επηρεάζουν την διαβρωτική δράση, σε εργαστηριακή κλίμακα στηρίχθηκε σε ένα πλέγμα συνδυαζόμενων μετρήσεων, όπως: Μετρήσεις με SG, υπό ανοδική φόρτιση Εκτίμηση της διάβρωσης από μετρήσεις διερχομένου ρεύματος Σταθμικός προσδιορισμός απώλειας βάρους των σιδηροπλισμών.