Αξιολόγηση της Μηχανικής Απόδοσης Σιδηροοπλισμών Κατηγορίας S500s tempcore και B500c πριν και μετά από Διάβρωση

Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 43 Αξιολόγηση της Μηχανικής Απόδοσης Σιδηροοπλισμών Κατηγορίας S500s tempcore και πριν και μετά από Διάβρωση Χ. Α. ΑΠΟΣΤΟΛΟΠΟΥΛΟΣ Λέκτορας Πανεπιστημίου Πατρών Περίληψη Στην παρούσα μελέτη, εξετάζεται και αποτιμάται η μηχανική απόδοση προϊόντων σιδηροοπλισμού της ίδιας κατηγορίας S500s tempcore κατά ΕΛΟΤ 971 και Β500c κατά ΕΛΟΤ 1421 1-3, που έχουν προέλευση την ίδια ελληνική βιομηχανία παραγωγής. Η αξιολόγηση της μηχανικής απόδοσης γίνεται με την χρήση του δείκτη ποιότητας Q D, ο οποίος συνδυάζει τις μηχανικές ιδιότητες αντοχής και ολκιμότητας των υλικών αυτών. Οι πειραματικές μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού, πραγματοποιήθηκαν σε μη διαβρωμένα και διαβρωμένα δοκίμια σιδηροοπλισμού Φ12, κατηγορίας S500s tempcore και. Η διάβρωση των δοκιμίων έγινε σε εργαστηριακό περιβάλλον αλατονέφωσης. Οι μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού έγιναν, προκειμένου να αποτιμηθεί η μηχανική απόδοση των δύο χαλύβων S500s tempcore και, με βάση τη συσσώρευση βλάβης λόγω διάβρωσης, η οποία εκδηλώνεται συχνά κατά τη διάρκεια της «ζωής» μιας κατασκευής από οπλισμένο σκυρόδεμα. Παράλληλα, ο δείκτης ποιότητας Q D χρησιμοποιείται για τη σύγκριση της μηχανικής απόδοσης των δύο ποιοτήτων σιδηροοπλισμού πριν και μετά τη συσσώρευση βλάβης, λόγω έκθεσής τους σε διαβρωτικό εργαστηριακό περιβάλλον αλατονέφωσης. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Είναι γνωστό ότι στις αρχές της δεκαετίας του 1990, στην Ελλάδα, καθιερώθηκε ως οπλισμός ενίσχυσης του σκυροδέματος, ο χάλυβας με νευρώσεις της κατηγορίας ΒStIV [1],[2] γνωστός σύμφωνα με τα ελληνικά πρότυπα ως S500s tempcore [3,4]. Τα διάφορα προϊόντα χάλυβα που ταξινομούνται στην κατηγορία S500s tempcore ΒStIV, από εργοστάσιο σε εργοστάσιο, παρουσιάζουν ελαφρά διαφοροποίηση στη χημική τους σύσταση και τη θερμική τους επεξεργασία. Έτσι, ανάλογα με την πολιτική της κάθε παραγωγού βιομηχανίας, προκύπτουν χάλυβες με διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες, άλλοτε με υψηλή υπέρβαση των κατώτατων ορίων αντοχής και άλλοτε με υψηλή υπέρβαση των ορίων της ολκιμότητάς τους. Η ποικιλία των μηχανικών χαρακτηριστικών του ίδιου προϊόντος από τη μία βιομηχανία στην άλλη, έχει ως συνέπεια, την εμφάνιση μεγάλης διαφημιστικής προβολής η οποία εν τέλει κάθε άλλο παρά διευκολύνει στις επιλογές του τον υποψήφιο χρήστη. Επομένως, το ερώτημα περί του καταλληλότερου χάλυβα μεταξύ των προϊόντων της ίδιας κατηγορίας σιδηροοπλισμού S500s tempcore και του Β500c με βάση τη μηχανική τους απόδοση, φαίνεται ότι δεν είναι μία απλή απόφαση. Προβάλλει λοιπόν, η ανάγκη κατάταξης τουλάχιστον των προϊόντων της ίδιας κατηγορίας, μέσω ενός δείκτη ποιότητας που θα χαρακτηρίζει την τεχνολογική τους αξία. Η βάση μιας τέτοιας μεθόδου επιλογής ενός μετάλλου η κράματος με τη μεγαλύτερη μηχανική απόδοση, αναφέρεται από τον M. Ashby [5]. Ως ιδέα επιλογής ενός προϊόντος, ο M.Ashby, εφάρμοσε μία διαδικασία απαίτησης για ικανοποίηση ορισμένων κριτηρίων και στη συνέχεια, την ταξινόμηση των προϊόντων με βάση ένα δείκτη μηχανικής απόδοσης. Βέβαια, η καθιέρωση δείκτη μηχανικής απόδοσης ενός προϊόντος βασίζεται σε πολλούς παράγοντες όπως είναι το είδος της επιβαλλόμενης καταπόνησης, η γεωμετρία της κατασκευής και οι περιορισμοί λειτουργίας της. Η χρήση δεικτών μηχανικής απόδοσης έχει αποδειχθεί πολύ χρήσιμο εργαλείο για την επιλογή του καταλληλότερου προϊόντος σε μία σειρά κατασκευών εφαρμοσμένης μηχανικής, όπως για παράδειγμα, στα μηχανικά ελατήρια, στα λεπτότοιχα πιεστικά δοχεία και αλλού. Η ίδια έννοια του δείκτη μηχανικής απόδοσης ή δείκτη ποιότητας, εφαρμόστηκε και σήμερα χρησιμοποιείται ευρέως για την αξιολόγηση της μηχανικής απόδοσης των διαφόρων χυτών κραμάτων αλουμινίου στην αεροναυπηγική (6, 7, 8). Όμως, παρά την ευρεία χρήση και διάδοση του δείκτη μηχανικής απόδοσης ή του δείκτη ποιότητας διαφόρων βιομηχανικών μεταλλικών προϊόντων, η έννοια αυτή παραμένει μέχρι σήμερα πλήρως ανεκμετάλλευτη για την αξιολόγηση και την ταξινόμηση των παραγόμενων ράβδων σιδηροοπλισμού σκυροδέματος. Με αυτόν τον τρόπο, ουσιαστικά αφήνεται περισσότερος χώρος στην υποκειμενικότητα και πλήρης ελευθερία για διαφημιστικές καμπάνιες των βιομηχανιών παραγωγής. Ενώ αυτά συνιστούν μια πραγματικότητα, παράλληλα στην Ελλάδα αλλά και διεθνώς τα τελευταία χρόνια, παρατηρού-

44 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 νται έντονα προβλήματα μη ικανοποιητικής ανθεκτικότητας (παλαίωσης) των κατασκευών με τη διάβρωση του σιδηροοπλισμού να αναδεικνύεται ως το σημαντικότερο πρόβλημα. Έχει εξάλλου αναγνωριστεί, ότι οι κατασκευές είναι ευπαθείς στη συσσώρευση βλάβης λόγω διάβρωσης όπως επίσης έχουν αναγνωριστεί και ορισμένοι σχετικοί μηχανισμοί βλάβης [ 9, 10, 11, 12, 13, 14 ]. Αξίζει εδώ να υπογραμμιστεί, ότι, οι σημερινές προδιαγραφές [15, 3] δεν λαμβάνουν υπόψη τους τη μεταβολή της μηχανικής απόδοσης του σιδηροοπλισμού που διαβρώνεται μέσα στο σκυρόδεμα κατά τη διάρκεια της ζωής μιας κατασκευής. Από τη βιβλιογραφική αναζήτηση, προέκυψε ότι οι περισσότερες από τις ερευνητικές εργασίες, εστιάζονται στα αποτελέσματα της βαθμιαίας συσσώρευσης βλάβης καθώς και στη δομική ακεραιότητα των ράβδων σιδηροοπλισμού [10, 13, 16, 17, 18], ενώ οι ερευνητικές εργασίες που αναφέρονται στα αποτελέσματα της μηχανικής απόδοσης των ράβδων σιδηροοπλισμού λόγω της συσσώρευσης βλάβης από διάβρωση, είναι σχετικά λίγες, (όπως για παράδειγμα [ 16, 17, 19, 20, 21]. Στις εργασίες 10 και 22 γίνεται αναφορά και αποτίμηση στη μείωση της συνάφειας μεταξύ σιδηροοπλισμού και σκυροδέματος, λόγω της αύξησης της συσσώρευσης βλάβης από διάβρωση στις ράβδους σιδηροοπλισμού. Στις εργασίες [13, 14, 16, 17, 20] αναγνωρίζεται ότι η διάβρωση του σιδηροοπλισμού οδηγεί στη μείωση της φέρουσας ικανότητας του σιδηροοπλισμού και λόγω αύξησης του όγκου του και σε ρηγμάτωση του σκυροδέματος. Παράλληλα, στις εργασίες [14, 17, 20, 21] τονίζεται η υποβάθμιση της ολκιμότητας του σιδηροοπλισμού λόγω διάβρωσης. Στην παρούσα εργασία, ερευνάται πειραματικά και αξιολογείται ο δείκτης μηχανικής απόδοσης (ή δείκτης ποιότητας) δύο προϊόντων χάλυβα σιδηροοπλισμού ΒStIV, ειδικότερα του S500s tempcore κατά ΕΛΟΤ 971 και κατά ΕΛΟΤ 1421 1-3. O, παράγεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις, του νέου προτύπου του ΕΛΟΤ 1421, που προβλέπει την εξασφάλιση μεγαλύτερης αντοχής, αλλά και υψηλότερης ολκιμότητας έναντι του S500s tempcore κατά ΕΛΟΤ 971. Η πειραματική έρευνα της εργασίας, περιλαμβάνει μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού που πραγματοποιήθηκαν σε δοκίμια σιδηροοπλισμού S500s tempcore και της ίδιας διατομής Φ12 και της ίδιας ελληνικής βιομηχανίας παραγωγής. Οι μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού έγιναν σε δοκίμια αναφοράς (μη διαβρωμένα) καθώς και σε δοκίμια, που διαβρώθηκαν με τη βοήθεια επιταχυνόμενων εργαστηριακών δοκιμών διάβρωσης αλατονέφωσης. Λόγοι μελέτης του ρυθμού μεταβολής των μηχανικών ιδιοτήτων του νέου σιδηροοπλισμού Β500c (διατομής Φ12), επέβαλαν και την πραγματοποίηση δοκιμών εφελκυσμού δοκιμίων, μετά από διάφορους χρόνους έκθεσης σε περιβάλλον επιταχυνόμενης αλατονέφωσης. Στην παρούσα μελέτη, για την αξιολόγηση της μηχανικής απόδοσης των μη διαβρωμένων και των διαβρωμένων χαλύβων, χρησιμοποιείται ο δείκτης μηχανικής απόδοσης ή δείκτης ποιότητας Qd. Ο δείκτης ποιότητας Qd, επιτρέπει την έκφραση ενός συνδυασμού ιδιοτήτων αντοχής και ολκιμότητας με αξιοποίηση των μεγεθών της τάσης διαρροής, της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης και της εμφανιζόμενης διασποράς των αποτελεσμάτων αυτών στο πείραμα του εφελκυσμού. Όμοια με την εισαγωγή των υποβαθμισμένων (λόγω διάβρωσης) μηχανικών ιδιοτήτων εφελκυσμού ήτοι, του ορίου διαρροής της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης και της αντίστοιχης διασποράς αυτών των αποτελεσμάτων, προσδιορίζεται αντίστοιχα ο δείκτης ποιότητας Qd c του διαβρωμένου. Στη συνέχεια, με βάση τους δείκτες ποιότητας Qd (των μη διαβρωμένων) και Qd c (των διαβρωμένων) γίνεται ταξινόμηση και κατάταξη τόσο των αδιάβρωτων όσο και των διαβρωμένων δοκιμίων σιδηροπλισμού S500s tempcore και Β500c. 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Τα υλικά που ερευνήθηκαν στην παρούσα εργασία είναι δύο χάλυβες Φ12, παραγωγής της ίδιας ελληνικής βιομηχανίας, της ίδιας κατηγορίας διαφορετικής όμως ποιότητας, συγκεκριμένα του χάλυβα S500s tempcore και του χάλυβα Β500c. Στόχος των πειραματικών δοκιμών ήταν η παραγωγή των μηχανικών χαρακτηριστικών απόδοσης τόσο των μη διαβρωμένων δοκιμίων αναφοράς, όσο και των αντίστοιχων διαβρωμένων χαλύβων. Για τα δύο υλικά S500s tempcore και, εξασφαλίστηκαν δοκίμια από ράβδους διατομής Φ12, μήκους 1.20 m. Τα δοκίμια εφελκυσμού κόπηκαν σύμφωνα με την προδιαγραφή [23], με ελεύθερο μήκος 180 mm, που αντιστοιχεί σε μήκος 15 φορές την ονομαστική διάμετρο της ράβδου Φ12, ενώ εξασφαλίστηκε επιπλέον μήκος 55 mm για την αγκύρωση της εντός της κάθε αρπάγης της μηχανής εφελκυσμού. Πριν την οποιαδήποτε δοκιμή, καταγράφηκε το ακριβές μήκος έκαστου δοκιμίου και το βάρος του, προκειμένου να υπολογιστεί η απώλεια μάζας και η μείωση της διαμέτρου πριν και μετά από το εκάστοτε επίπεδο διάβρωσης. Στην παρούσα εργασία, η επίτευξη της διάβρωσης πραγματοποιήθηκε εργαστηριακά, με εφαρμογή της επιταχυνόμενης μεθόδου διάβρωσης αλατονέφωσης, καθώς αυτή θεωρήθηκε ικανοποιητική για την εξομοίωση της φυσικής παράκτιας διάβρωσης. Τα δοκίμια και των δύο ποιοτήτων σιδηροοπλισμού S500s tempcore και, εκτέθηκαν επί 90 ημέρες σε εργαστηριακό περιβάλλον επιταχυνόμενης διάβρωσης αλατονέφωσης σύμφωνα με την προδιαγραφή ASTM B117-94. Το διάλυμα προετοιμάστηκε με αναλογία 5 μερών NaCl, σε 95 μέρη αποσταγμένο νερό. Η δοκιμή έγινε σε θερμοκρασία 35 C ±1.1 C (με ΡΗ από 6.50 έως 7.20 σε 25 C) για 90 ημέρες. Μετά την έκθεση σε περιβάλλον αλατονέφωσης, τα δοκίμια πλύθηκαν με καθαρό τρεχούμενο νερό, προκειμένου να αφαιρεθούν τα άλατα και τα προϊόντα διάβρωσης. Η επιλογή της διάρκειας έκθεσης 90 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης έγινε για να μελετηθεί η αναλογία μεταξύ χρόνου αλατονέφωσης, απώλειας μάζας

Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 45 και της αντίστοιχης μείωσης της διαμέτρου. Απώλειες μάζας σιδηροοπλισμού (μικρής διαμέτρου) ορισμένες φορές απαντάται σε διαβρωμένους συνδετήρες εξωτερικών υποστυλωμάτων και δοκών. Εξάλλου και στη βιβλιογραφία [14, 16, 17, 19] καταγράφονται απώλειες μάζας σε διαβρωμένο σιδηροοπλισμό κατασκευών. Από τα πιο πάνω αποτελέσματα, προέκυψε μία κλίμακα συσχετισμού μεταξύ δοκιμών εργαστηριακής επιταχυνόμενης διάβρωσης (συσσώρευσης βλάβης) και απώλειας μάζας. Παράλληλα, μελετήθηκε η μεταβολή των μηχανικών χαρακτηριστικών των δυο προϊόντων σιδηροοπλισμού του S500s tempcore κατά ΕΛΟΤ 971 και του σιδηροοπλισμού Β500c κατά ΕΛΟΤ 1421, σε διάφορα επίπεδα διάβρωσης. Όλες οι πειραματικές δοκιμές εφελκυσμού πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με την προδιαγραφή DIN 488-3 [23] σε μία σερβοϋδραυλική μηχανή MTS 100KN. Για κάθε σειρά δοκιμής, εκτελέστηκαν μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού, ώστε συνολικά να προκύψει ένα σύνολο 70 δοκιμών. Σχετικός είναι ο πίνακας 1, όπου φαίνεται το σύνολο των διενεργηθεισών δοκιμών εφελκυσμού. Τα διαβρωμένα δοκίμια S500s tempcore και, μετά τη μηχανική αφαίρεση των προϊόντων διάβρωσης από την ελεύθερη επιφάνειά τους (με χρησιμοποίηση μεταλλικής βούρτσας) ζυγίστηκαν εκ νέου, ώστε να καταγραφεί η απώλεια μάζας λόγω διάβρωσης και στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε μηχανικές δοκιμές. Θεωρώντας ότι γύρω από την εξωτερική επιφάνεια του δοκιμίου λόγω διάβρωσης έχουμε ομοιόμορφη απώλεια μάζας τότε το ποσοστό της απώλειας μάζας ω ορίζεται ως : m m m 0 r (2.1) 0 όπου m 0 είναι η μάζα του μη διαβρωμένου δοκιμίου και m r είναι η μειωμένη μάζα του διαβρωμένου δοκιμίου. Επίσης, υποθέτοντας ότι η πυκνότητα του (διαβρωμένου και μη) δοκιμίου παραμένει σταθερή προκύπτει : m m A d (2.2) 2 r r r 2 0 A0 d 0 όπου Α r, A o και d r, d o είναι η διατομή και η διάμετρος του διαβρωμένου και μη διαβρωμένου δοκιμίου αντίστοιχα. Με συνδυασμό των σχέσεων (2.1) και (2.2), η μειωμένη διάμετρος d r μπορεί να διατυπωθεί ως : d r d ( 1 ) (2.3) όπου d είναι η ονομαστική διάμετρος του μη διαβρωμένου δοκιμίου 12 mm. Σύμφωνα με το DIN 488-3 [23] η διατομή του σιδηροοπλισμού σκυροδέματος δίνεται από τη σχέση : 2 A d (2.4) 4 με d να είναι η ονομαστική διάμετρος του σιδηροοπλισμού. Στο διάγραμμα 1 φαίνεται ποσοστιαία απώλεια μάζας και στον πίνακα 2 η αντίστοιχη μείωση της διαμέτρου των δοκιμίων S500s tempcore και Β500c πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση (διάρκειας μέχρι 90 ημέρες) σε περιβάλλον αλατονέφωσης. Από τις πειραματικές δοκιμές εφελκυσμού στα μη διαβρωμένα και τα διαβρωμένα (για χρόνο 30 ημερών) δοκίμια S500s tempcore, αξιολογήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες της τάσης διαρροής Rp, της μέγιστης τάσης R m, της παραμόρφωσης ε Β στη μέγιστη τάση, της μέγιστης παραμόρφωσης ε f και της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης W. Η πυκνότητα ενέργειας παραμόρφωσης W είναι μία παράγωγος ιδιότητα και αναφέρεται στην επιφάνεια που διαγράφεται κάτω από την καμπύλη τάσης παραμόρφωσης στο πείραμα του εφελκυσμού. Η τιμή W του πίνακα 3 προέκυψε κατόπιν ακριβούς εμβαδομέτρησης της επιφάνειας κάτω από την καμπύλη λαμβάνοντας υπόψη για τον υπολογισμό της τις τιμές : R p, R m και ε f. Στη συνέχεια, για κάθε μηχανική ιδιότητα υπολογίστηκε η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση. Για τον σιδηροοπλισμό Β500c Φ12, αξιολογήθηκαν οι ίδιες μηχανικές ιδιότητες σε διάφορους χρόνους έκθεσης σε περιβάλλον αλατονέφωσης (10, 20, 30, 45, 60, 90 ημέρες). 3. ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ Τα αποτελέσματα των μηχανικών δοκιμών φαίνονται στα διαγράμματα 2, 3, 4 και 5. Αναλυτικότερα, στο διάγραμμα 2 φαίνεται η μεταβολή του ορίου διαρροής R p των σιδηροοπλισμών S500s tempcore και πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση, διάρκειας 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης. Στο διάγραμμα 3, η μεταβολή της μέγιστης τάσης R m των σιδηροοπλισμών S500s tempcore και πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση, διάρκειας 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης. Στο διάγραμμα 4, η μεταβολή της παραμόρφωσης ε Β, στη μέγιστη τάση των σιδηροοπλισμών S500s tempcore και Β500c πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση, διάρκειας 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης. Στο διάγραμμα 5, η μεταβολή της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης W των σιδηροοπλισμών S500s tempcore και πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση, διάρκειας 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης. Στον πίνακα 3, βρίσκονται συγκεντρωμένα τα αποτελέσματα των μηχανικών ιδιοτήτων με αναφορά στην μέση τιμή και την καταγραφείσα τυπική απόκλιση. Βάσει των αποτελεσμάτων, οι δύο ελεγχθείσες ποιότητες σιδηροοπλισμού αναφοράς (μη διαβρωμένου) S500s tempcore και, μπορούν να ταξινομηθούν στην κατηγορία BStIV. Καθώς φαίνετα,ι τόσο τα όρια αντοχής (όριο διαρροής Rp και όριο θραύσης Rm), όσο και τα όρια ολκιμότητας (μέγιστη παραμόρφωση ε f και παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε Β ), βρίσκονται εντός των ορίων που υπαγορεύουν οι προδιαγραφές [3],[15].

46 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 Εδώ παρατηρείται ότι το μη διαβρωμένο υλικό (αναφοράς) Β500c εμφανίζει υψηλότερα όρια αντοχής σε σχέση με τα αντίστοιχα όρια του μη διαβρωμένου υλικού (αναφοράς) S500s tempcore. Ομοίως, και τα όρια ολκιμότητας του διαβρωμένου παρουσιάζονται υψηλότερα των αντίστοιχων ορίων του διαβρωμένου χάλυβα S500s tempcore. Οι αυξημένες ιδιότητες αντοχής και ολκιμότητας του, έναντι του S500s tempcore έρχονται σε συμφωνία με τις αυξημένες τιμές της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης W, πριν και μετά την υποβολή σε διάβρωση. Στον πίνακα 4, φαίνονται οι καταγραφείσες απώλειες μάζας και η ποσοστιαία μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων των S500s tempcore και, λόγω συσσώρευσης βλάβης διάβρωσης από έκθεση σε επιταχυνόμενο περιβάλλον αλατονέφωσης για 30 ημέρες. Τα αποτελέσματα του πίνακα 4 δείχνουν μία αξιοσημείωτη πτώση της ολκιμότητας του διαβρωμένου σιδηροοπλισμού έναντι του S500s tempcore. Επομένως, η προσπάθεια κατάταξης και ταξινόμησης των ποιοτήτων S500s tempcore και όσον αφορά στη δυνατότητά τους για μηχανική απόδοση, μετά την επιβολή συγκεκριμένου επιπέδου διάβρωσης, φαίνεται ότι δεν είναι ένα απλό ζήτημα. Από τις παρατηρήσεις και τις σκέψεις αυτές, φαίνεται ότι η εισαγωγή ενός δείκτη ποιότητας Qd, μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην αξιολόγηση και την ταξινόμηση (ως προς τη μηχανική απόδοση) των ποιοτήτων χάλυβα S500s tempcore και, πριν και μετά τη διάβρωση. Ο δείκτης ποιότητας Qd που θα αξιολογήσει τη μηχανική απόδοση των συγκεκριμένων προϊόντων χάλυβα, μπορεί να κινηθεί παράλληλα, με την επιτυχή εισαγωγή και καθιέρωση των δεικτών απόδοσης, όπως έχουν προταθεί από τον Μ. Ashby [5], Μ. Drouzy, [6] τις πρόσφατες εργασίες [ 8, 24, 25, 26, 27], καθώς και την εργασία [28] στην οποία συνδυάστηκε η εμπειρία των αποτελεσμάτων των εργασιών [14, 17, 20, 21]. 4. ΔΕΙΚΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ Στην εργασία [28] γίνεται αποτίμηση της μηχανικής απόδοσης του χάλυβα S500s tempcore διάφορων ελληνικών εργοστασιακών μονάδων με την εισαγωγή του δείκτη ποιότητας Qd. Στην παρούσα μελέτη, ερευνώνται οι δύο χάλυβες S500s tempcore κατά ΕΛΟΤ 971 και κατά ΕΛΟΤ 1421, προκειμένου να αξιολογηθούν και να ταξινομηθούν ανάλογα με το δείκτη της μηχανικής τους απόδοσης Q d. Για μία λεπτομερή περιγραφή του δείκτη Q d μπορούν να αναφερθούν οι εργασίες [28] 8, [24, 26], ωστόσο στη συνέχεια, για λόγους ευκολίας θα περιγραφεί με συντομία ο δείκτης ποιότητας Qd. Ο δείκτης μηχανικής απόδοσης ή δείκτης ποιότητας Qd είναι η ποσότητα Qd = Kd Qo (4.1) όπου: Qo είναι ο παράγοντας που χαρακτηρίζει τη μηχανική απόδοση του υλικού σε εφελκυσμό και Κd είναι ένας αδιάστατος παράγοντας που περιγράφει τη διασπορά των τιμών των μηχανικών ιδιοτήτων (σταθερά απόκλισης ). Η ποιότητα Qo, διατυπώνεται ως Qo =Rp+a.W (4.2) όπου: Rp είναι η τιμή του ορίου διαρροής και W η πυκνότητα της ενέργειας παραμόρφωσης του υλικού. Η πυκνότητα της ενέργειας παραμόρφωσης W, υπολογίζεται από την επιφάνεια κάτω από την καμπύλη τάσης παραμόρφωσης, du W dv f o d (4.3) όπου: V ο όγκος του υλικού και ε f η παραμόρφωση στη θραύση. Στη σχέση (5.2) η τάση διαρροής Rp θέτει τις επιτρεπόμενες περιοχές τάσεων, που δύναται να κινείται η αντοχή, ενώ η πυκνότητα ενέργειας W αποτελεί την ποσότητα που χαρακτηρίζει την απαιτούμενη ενέργεια για την θραύση του υλικού. Ο εμπειρικός αδιάστατος συντελεστής a που πολλαπλασιάζει την πυκνότητα ενέργειας παραμόρφωσης W, επιλέχθηκε έτσι, ώστε να ισορροπήσει τη συμβολή της ολκιμότητας και της αντοχής στο τελικό αποτέλεσμα Qo. Έτσι, η ποσότητα Qo διαφέρει από υλικό σε υλικό, όπως φαίνεται στις εργασίες [ 6, 8, 25]. Στην πρόσφατη εργασία [28], όπου γίνεται αναφορά στο σιδηροοπλισμό S500s tempcore τεσσάρων διαφορετικών ελληνικών εργοστασίων, η τάση διαρροής και η πυκνότητα ενέργειας παραμόρφωσης είχαν κατά προσέγγιση τιμές 500 MΡa και 100 (MJ/m 3 ) αντίστοιχα, δηλαδή η αναλογία τους ήταν της τάξης του αριθμού 5. Έτσι και στην παρούσα εργασία, ο συντελεστής a θα τεθεί επίσης ίσος προς 5. Ο αδιάστατος συντελεστής Κd της εξίσωσης (4.1) ορίζεται ως: Rpi Wi Rmax W max Kd (4.4) όπου: Rpi και Wi, αντιπροσωπεύουν την τιμή του ορίου διαρροής και την τιμή της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης ενός εκάστου δοκιμίου i, ενώ R max και W max αντιπροσωπεύουν τις μέγιστες τιμές του ορίου της τάσης διαρροής και της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης, που προσδιορίζεται μεταξύ όλων των δειγμάτων της ίδιας σειράς δοκιμών. Ουσιαστικά, ο παράγοντας Kd ενσωματώνει στο δείκτη ποιότητας Qd την τυπική απόκλιση των δοκιμίων της κάθε πειραματικής σειράς. Με τον τρόπο αυτό, στη διαμόρφωση του δείκτη μηχανικής απόδοσης και συνεπώς στον τελικό δείκτη ποιότητας, λαμβάνονται σοβαρά υπόψη όλες οι τυπικές αποκλίσεις (διασπορά τιμών). Μετά από αυτά, ο μέσος δείκτης απόδοσης (κάθε ποιότητας χάλυβα) που προκύπτει από έναν αριθμό Κ δοκιμίων, μπορεί να γραφεί ως: K Qdi Qd K i (4.5)

Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 47 Ο συντελεστής Kd, λαμβάνει τιμές πάντα μικρότερες από 2, καθώς η τιμή 2 αντιπροσωπεύει το ιδεατό υλικό παραγωγής δίχως διασπορά στις τιμές των μηχανικών ιδιοτήτων. Χρησιμοποιώντας λοιπόν τις εξισώσεις (4.1), (4.2) και (4.4), ο δείκτης μηχανικής απόδοσης Qd του υλικού μπορεί να γραφεί: Rpi Wi Qd R pi 5Wi Rmax W (4.6) max 5. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ Με τη χρήση του δείκτη ποιότητας Qd, έγινε αξιολόγηση και ταξινόμηση των ελεγχθεισών ποιοτήτων χάλυβα S500s tempcore και. Στον πίνακα 5 παρουσιάζονται όλα τα σημαντικά μεγέθη της τελικής αξιολόγησης όπως: o λόγος Rm/Rp, η ποσότητα Qo, ο αδιάστατος συντελεστής Kd, ο δείκτης ποιότητας Qd και η σχέση τους με την απώλεια μάζας Δm. Ο δείκτης ποιότητας Qd προέκυψε από το συνδυασμό των μεταβαλλόμενων ιδιοτήτων της αντοχής, της ολκιμότητας και της αντίστοιχης τυπικής απόκλισης τιμών του υλικού, πριν και μετά την επιβολή του συγκεκριμένου επιπέδου διάβρωσης. Η επιταχυνόμενη εργαστηριακή διάβρωση αλατονέφωσης, σε χρόνους 10, 20, 30, 45, 60 και 90 ημερών στις δύο ελεγχόμενες ποιότητες του σιδηροοπλισμού Β500c και S500s tempcore, προκάλεσε ποικίλες απώλειες μάζας και μείωση της διαμέτρου, όπως φαίνεται στο διάγραμμα 1 και στον πίνακα 2 αντίστοιχα. Αφού οι παράγοντες που καθορίζουν σε σημαντικό βαθμό το δείκτη μηχανικής απόδοσης στον μη διαβρωμένο χάλυβα Β500c (όριο διαρροής Rp και η πυκνότητα ενέργειας παραμόρφωσης W) είναι ανώτεροι των αντίστοιχων του μη διαβρωμένου χάλυβα S500s tempcore, πράγματι και ο δείκτης ποιότητάς του, όπως και αναμενόταν, είναι ανώτερος καθώς 2184.59 > 1815.08 (βλ. πίνακα 5). Όμοια και ο λόγος Rm/Rp των μη διαβρωμένων υλικών είναι 1.21 > 1.16 (πίνακας 5). Η υπεροχή του δείκτη ποιότητας του νέου μη διαβρωμένου χάλυβα Β500c σε ποσοστό κατά 20% περίπου έναντι του S500s tempcore και του λόγου Rm/Rp, φαίνεται ότι δικαιολογεί και επιβεβαιώνει τη χρησιμότητά του στην αγορά των κατασκευών. Παρατηρούμε επίσης ότι και ο δείκτης ποιότητας του διαβρωμένου χάλυβα φέρεται ανώτερος (κατά 16% περίπου) του αντίστοιχου χάλυβα S500s tempcore, καθώς 2089.67 > 1805.48 (βλ. πίνακα 5). Όμοια και στην περίπτωση αυτή ο λόγος Rm/Rp των διαβρωμένων υλικών είναι 1.22 > 1.16 (πίνακας 5). Από τον πίνακα 5 φαίνεται ότι ο ρυθμός πτώσης του δείκτη ποιότητας του (ποιοτικά ανώτερου) χάλυβα είναι κατά 8.2 φορές μεγαλύτερος του αντίστοιχου ρυθμού πτώσης του δείκτη ποιότητας του χάλυβα S500s tempcore. Αυτό δείχνει ότι ο χάλυβας S500s tempcore, αν και ποιοτικά κατώτερος, ωστόσο παρουσιάζει σταθερότερα μηχανικά χαρακτηριστικά έναντι του νέου χάλυβα Β500c, μέχρι το συγκεκριμένο επίπεδο διάβρωσης. Στο σημείο αυτό ενδιαφέρουσα είναι η γραφική παράσταση του διαγράμματος 6, όπου φαίνεται η μεταβολή του δείκτη ποιότητας Qd του Β500c σε βάθος χρόνου (90 ημέρες έκθεσης σε περιβάλλον αλατονέφωσης) μέχρι απώλεια μάζας 9%. Από το διάγραμμα 6 φαίνεται επίσης ότι η λόγω διάβρωσης καταγραφόμενη τάση μείωσης του δείκτη ποιότητας θα αργοπορήσει χαρακτηριστικά, ώσπου να οδηγηθεί σε δείκτη ποιότητας με τιμή περίπου 1815, που αντιστοιχεί στο μη διαβρωμένο χάλυβα S500s tempcore. Η μεταβολή του δείκτη ποιότητας του προσεγγίζεται ικανοποιητικά από μια συνάρτηση Weibull C1 D C1 C2 (5.1) C log t / C 4 3 e με σταθερές C1= 1316.49, C2= 2179.21, C3= 1.98, C4=7.51. Σύμφωνα με τον πίνακα 3 και το διάγραμμα 6 φαίνεται ότι προκειμένου ο δείκτης ποιότητας του νέου χάλυβα να γίνει περίπου 1815 θα απαιτηθεί χρόνος έκθεσης σε περιβάλλον αλατονέφωσης μεγαλύτερος των 60 ημερών και αντίστοιχα απώλεια μάζας μεγαλύτερη του 5.50%. Κατ αυτή την έννοια, αν ένας χάλυβας επιλεγεί με κριτήριο την υψηλότερη μηχανική του απόδοση για χρήση σε έντονα διαβρωτικό περιβάλλον, μετά από ένα εύλογο χρονικό ορίζοντα (δύο-τριών δεκαετιών περίπου) δεν θα διατηρήσει απαραίτητα το πλεονέκτημά του έναντι ενός άλλου με μηχανική απόδοση χαμηλότερη μεν, αλλά μακριά από τη διάβρωση. Ενδιαφέρουσα θα είναι η οπτική ενός δείκτη ποιότητας Qd με χρήση της πυκνότητας ενέργειας W μέχρι του ορίου της μέγιστης αντοχής, δεδομένου ότι στο πείραμα του εφελκυσμού ο χάλυβας πέραν του ορίου αυτού χάνει τις μηχανικές ιδιότητες αντίστασής του. Θέματα που σχετίζονται με τη μηχανική και ποιοτική συμπεριφορά των διαβρωμένων χαλύβων σιδηροοπλισμού κατασκευών, αποτελούν μέρος μιας συνεχιζόμενης εκτεταμένης έρευνας, που πραγματοποιείται στο εργαστήριο Τεχνολογίας και Αντοχής των Υλικών του τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Για τον υπολογισμό της μηχανικής απόδοσης του σιδηροοπλισμού ποιότητας S500s tempcore κατά ΕΛΟΤ 971 και του Β500c κατά ΕΛΟΤ 1421, χρησιμοποιήθηκε ένας δείκτης ποιότητας Qd, ο οποίος ορίζεται από τις μηχανικές ιδιότητες της αντοχής (όριο διαρροής Rp), της ολκιμότητας (πυκνότητα ενέργειας παραμόρφωσης W) και την καταγραφόμενη διασπορά των τιμών των

48 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 αποτελεσμάτων των μηχανικών δοκιμών. Για τη μελέτη της μηχανικής απόδοσης των δύο ποιοτήτων χάλυβα S500s tempcore και, λόγω της βλάβης διάβρωσης, πραγματοποιήθηκαν επιταχυνόμενες εργαστηριακές δοκιμές διάβρωσης αλατονέφωσης. Η απομένουσα μηχανική απόδοση του σιδηροοπλισμού μετά από τη διάβρωση, υπολογίστηκε με βάση το δείκτη ποιότητας Qd. Με βάση το δείκτη ποιότητας Qd διαπιστώθηκε η μηχανική και η ποιοτική υπεροχή του σιδηροοπλισμού Β500c έναντι του S500s tempcore, τόσο πριν όσο και μετά από διάβρωση. Το νέο προϊόν στην αγορά ο φαίνεται ότι καλύπτει τις υψηλές απαιτήσεις της νέας προδιαγραφής του ΕΛΟΤ 1421. Στην παρούσα εργασία προτείνεται ένας δείκτης ποιότητας Qd που βασίζεται στη μηχανική απόδοση του σιδηροοπλισμού πριν και μετά τη συσσώρευση ενός επιπέδου βλάβης διάβρωσης. Έτσι, με γνωστά πλέον τα προβλήματα επιτελεστικότητας στις κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος (λόγω της διάβρωσης του σιδηροοπλισμού), φαίνεται ότι μπορεί να φανεί χρήσιμη η υιοθέτηση ενός ευρέως αποδεκτού δείκτη ποιότητας ως κριτηρίου ταξινόμησης και κατάταξης της ποιότητας του σιδηροοπλισμού. Αναγνωρίσεις Ο συγγραφέας επιθυμεί να ευχαριστήσει τον κ. Μιχάλη Παπαδόπουλο, μεταπτυχιακό μηχανολόγο μηχανικό, υποψήφιο διδάκτορα στο Εργαστήριο Τεχνολογίας και Αντοχής των Υλικών του τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών του Πανεπιστημίου Πατρών, για τη σημαντική του συμβολή στην εργασία επανελέγχου της αποτίμησης των πειραματικών αποτελεσμάτων. 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Anon. Reinforcing Steel Grades, Properties, Marking. DIN 488 - Part 1, 1986. 2. Anon. Steel for the Reinforcement of Concrete - Part 2: Ribbed Bars. ISO 6935-2, 1991. 3. Hellenic Regulation for the Technology of steel in reinforced concrete,no.δ14/36010-29.2/24.3.2000 (Government Gazette Issue 381B). 4. Anon. Weldable Steels for the Reinforcement of Concrete. ELOT 971, Hellenic Standard, Apr 1994. 5. M. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Butterworth- Heinemann, Oxford, UK, 1999. 6. M. Drouzy, S. Jacob, and M. Richard, Interpretation of tensile results by means of quality index and probable yield strength, AFS Int. Cast Metals Journal, 5:43 50, 1980. 7. T. Din, A. Rashid, and J. Campbell, High strength aerospace casting alloys: quality factor assessment, Materials Science and Technology, 12: 269 273, 1996. 8. N. Alexopoulos and S. Pantelakis, A new quality index for characterizing aluminum cast alloys with regard to aircraft structure design requirements. Metallurgical and Materials Transanctions A, 35A(1): 301 308, 2004. 9. J. Broomfield. Corrrosion of Steel in Concrete, E & FN Spon, London, UK, 1997. 10. R. Capozucca, Damage to reinforcement concrete due to reinforcement corrosion, Construction and Buildings Material, 9(5): 295 303, 1995. 11. M. Alvarez and J. Galvele, The mechanisms of pitting of high purity iron in NaCl solutions, Corrosion Science, 24:27 48, 1984. 12. S. Diamond. Chloride concentrations in concrete pore solutions resulting from calcium and sodium chloride admixtures, Cement, Concrete and Aggregates, 8(2):97 102, 1986. 13. B. Borgard, C. Warren, R. Somayaji, and R. Heidersbach. Mechanisms of Corrosion of Steel in Concrete, ASTM STP 1065, Philadelphia, USA, p.174, 1990. 14. X. Αποστολόπουλος, Μηχανική συμπεριφορά σιδηροοπλισμού σκυροδέματος ιστορικών κατασκευών, 2 ο Εθνικό Συνέδριο Ήπιες επεμβάσεις για την προστασία ιστορικών κατασκευών, 14-16 Οκτωβρίου, 2004,Θεσ/νίκη. 15. Ελληνικής Αντισεισμικός Κανονισμός 2000, (ΕΑΚ 2000). 16. M. Maslehuddin, I. Ibrahim, H. Saricimen, and I. Abdulaziz. Influence of atmospheric corrosion on the mechanical properties of reinforcing steel, Construction and Buildings Materials, 8(1):35 41, 1993. 17. C. Apostolopoulos, M. Papadopoulos, and S. Pantelakis, Tensile behavior of corroded reinforcing steel bars BSt 500s, Construction andbuilding Materials, [2005] in print. 18. V. Papadakis. Suplementary Cementing Materials in Concrete, Activity, Durability and Planning, Danish Technological Institute Concrete Center, January 1999. 19. A.Almusallam, Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars, Cnstruction and Building Materials, 2001,(15) P-361-3681]. 20. Χ. Αποστολόπουλος, Α. Κερμανίδης Μηχανική συμπεριφορά διαβρωμένων και συγκολλημένων ράβδων σιδηροοπλισμών tempcore S500s, 14 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Σκυροδέματος, 15-17 Οκτωβρίου, 2003, Κως. 21. C.Apostolopoulos, M. Papadopoulos, S.Pantelakis, Tensile behaviour of corroded reinforcing steel bars S500s tempcore, PRRTEA June 7-11, 2004 in Cezena, Italy. 22. C. Fang, K. Lungren, L. Chen, and C. Zhu. Corrosion influence on bond in reinforced concrete. Cement and Concrete Research, 34(11): 2159 2167, 2004. 23. Anon. Reinforcing Steel Bars Testing. DIN 488 - Part 3, 1986. 24. N. Alexopoulos and S. Pantelakis. Evaluation of the effects of variations in chemical composition on the quality of Al-Si-Mg, Al-Cu and Al-Zn-Mg cast aluminum alloys. Journal of Mechanical Engineering and Performance, 12(2):196 205, 2003. 25. N. Alexopoulos and S. Pantelakis. Quality evaluation of A357 cast aluminum alloy specimens subjected to different aging treatment, Materials & Design, 25:419 430, 2004. 26. N. Alexopoulos and S. Pantelakis. Quality assessment of artificially aged A357 aluminum alloy cast ingots by introducing approximate expressions of the quality index QD, Metallurgical and Materials Transanctions A, 35A(10):3079 3089, 2004. 27. N. Alexopoulos. Development of a methodology for the quality evaluation of cast aluminum alloys to be used in light-weight constructions. PhD thesis, University of Patras, Dept. of Mechanical and Aeronautical Engineering, Patras, Greece, Feb 2004. 28. N. Alexopoulos, C. Apopstolopoulos, M. Papadopoulos, S. Pantelakis Mchanical performance of BStIV grade steel bars with regard to the long-term material degradation due to corrosion damage Construction and Buildings Material, accepted 2005 for publication.

Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 49 µ [%] 1 0 0 B 5 0 0 c S 5 0 0 s te m p c o re 9 8 9 6 9 4 9 2 9 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 [ µ ] Διάγραμμα 1. Ποσοστιαία απώλεια μάζας των δοκιμίων S500s tempcore και, πριν και μετά την επιταχυνόμενη σταδιακή διάβρωση διάρκειας χρόνου 90 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης 600 Rp [MPa] 590 580 570 560 550 S500s tempcore : Rs S500s 30 days temp : Rs-30 : Rc 30 days : Rc-30 540 Rs Rs-30 Rc Rc-30 Διάγραμμα 2. Μεταβολή του ορίου διαρροής των σιδηροοπλισμών S500s tempcore και, πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης

50 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 Rm [Pa] µ 720 710 700 690 680 670 660 650 640 630 Rs Rs-30 Rc Rc-30 S500s tempcore : Rs S500s 30 days temp : Rs-30 : Rc 30 days : Rc-30 Διάγραμμα 3. Μεταβολή του ορίου μέγιστης τάσης των σιδηροοπλισμώνs500s tempcore και πριν και μετά την διάβρωση 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης [%] µ µ 14 13 12 11 10 9 Rs Rs-30 Rc Rc-30 S500s tempcore : Rs S500s30 day temp : Rs-30 : Rc 30 days : Rc-30 Διάγραμμα 4. Μεταβολή της παραμόρφωσης στην μέγιστη τάση των σιδηροοπλισμών S500s tempcore και, πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης

Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 51 W [MJ/m3] µ 120 110 100 90 80 70 60 Rs Rs-30 Rc Rc-30 Rs Rs-30 Rc Rc-30 S500s tempcore : Rs S500s 30 days temp : Rs-30 : Rc 30 days : Rc-30 Διάγραμμα 5. Μεταβολή της πυκνότητας ενέργειας παραμόρφωσης των σιδηροοπλισμών S500s tempcore και πριν και μετά την διάβρωση 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης S500s tempcore Διάγραμμα 6. Μεταβολή του δείκτη ποιότητας του σιδηροοπλισμού Β500c κατά την διάρκεια διάβρωσης σε διάφορους χρόνους σε περιβάλλον αλατονέφωσης. Μεταβολή του δείκτη ποιότητας του σιδηροοπλισμού S500s tempcore πριν και μετά την διάβρωση σε περιβάλλον αλατονέφωσης 30 ημερών.

52 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 Πίνακας 1. Μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού των ράβδων Φ12, σιδηροοπλισμού S500s tempcore και µ µ 1 S500s tempcore / 10 2 S500s tempcore 30 µ 10 3 500c / 10 4 500c 10 µ 6 5 500c 20 µ 6 6 500c 30 µ 10 7 500c 45 µ 6 8 500c 60 µ 6 9 500c 90 µ 6 µ µ Πίνακας 2. Mείωση της διαμέτρου του σιδηροοπλισμού S500s tempcore και Β500c λόγω έκθεσης σε περιβάλλον επιταχυνόμενης διάβρωσης αλατονέφωσης μέχρι 90 ημέρες. 0 10 20 30 45 60 90 µ [mm] S500s 12 11.91 11.89 11.82 11.77 11.67 11.53 tempcore 12 11.94 11.89 11.86 11.76 11.67 11.45 Πίνακας 3. Αποτελέσματα μηχανικών δοκιμών. µ µ µ S500s tempcore Rp [MPa]. Rm [MPa]. [%]. f [%]. W [MJ/m3]. µ [%]. S500s tempcore S500s tempcore 30 µ 565 9.70 655 9.20 10.63 0.90 13.46 1.40 81.11 8.90 554 9.70 643 8.30 10.73 0.63 13.31 0.86 79.63 5.50 2.92 0.54 500c 584.8 7.47 705.45 7.08 13.34 0.67 17.55 1.50 117.54 8.76 500c 10 µ 576.55 4.46 699.87 5.78 13.60 0.64 17.43 1.17 115.66 7.54 0.88 0.07 500c 20 µ 573.95 7.07 699.35 6.12 13.45 1.46 16.71 1.44 110.16 9.15 1.77 0.03 500c 30 µ 574.42 4.71 700.00 4.26 12.19 0.95 15.97 0.91 105.29 5.73 2.40 0.25 500c 45 µ 561.96 4.46 690.94 5.35 11.33 0.57 14.38 0.64 93.52 4.65 4.01 0.38 500c 60 µ 548.82 7.35 679.01 6.59 11.75 1.43 14.48 1.84 92.29 11.88 5.50 0.34 500c 90 µ 541.06 7.32 675.19 4.90 9.89 0.98 11.86 0.99 74.46 7.16 8.93 0.39 Υπόμνημα : Rp [ΜΡα] = Όριο διαρροής, Rm [MPa] = Μέγιστη τάση ε Β [%] = Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση, ε f [%] = Μέγιστη παραμόρφωση W [MJ/m3]= Πυκνότητα ενέργειας παραμόρφωσης

Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 53 Πίνακας 4. Ποσοστιαία μεταβολή των μηχανικών ιδιοτήτων και απώλειες μάζας λόγω έκθεσης σε περιβάλλον επιταχυνόμενης διάβρωσης αλατονέφωσης 30 ημερών. µ m [%] Rp µ [%] Rm µ [% ] µ µ µ [%] µ f µ [%] µ W µ [%] S500s tempcore 2.92 1.95 1.83 1.10 1.11 1.82 2.40 1.77 0.63 8.62 9.00 10.42 Πίνακας 5. Αξιολόγηση και ταξινόμηση των προϊόντων χάλυβα S500s tempcore και πριν και μετά την επιταχυνόμενη διάβρωση 30 ημερών σε περιβάλλον αλατονέφωσης. µ m [%] Rm/Rp µ Qo [Ma] d Qd [MPa] µ µ S500s 1.16 970.57 47.52 1.87 0.10 1815.08 187.98 tempcore 1.21 1172.42 38.73 1.86 0.06 2184.59 138.89 S500s tempcore 2.92 1.16 951.98 28.67 1.89 0.07 1805.48 114.77 30 µ 30 µ 2.40 1.22 1100.86 28.63 1.90 0.05 2089.67 108.76 Χ. Α. Αποστολόπουλος, Δρ Πολιτικός Μηχανικός, Λέκτορας Πανεπιστημίου Πατρών

54 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 Extended Summary Assesment of Mechanical Performance in Steel Bars S500s tempcore and Category before and after Corrosion CH. A. APOSTOLOPOULOS Lecturer University of Patras Abstract The present study investigates and assesses the mechanical performance of steel bars in the same category, S500s tempcore according to ELOT 971 and according to ELOT 1421 1-3. The evaluation of mechanical performance was made with the use of the quality index Qd, which combines the mechanical properties of the yield strength R p and strain energy density W in the material. The mechanical tensile experiments were conducted on uncorroded and pre-corroded steel bar specimens Φ12, in the S500s tempcore and category. The corrosion on the specimens was induced in an experimental laboratory environment of salt-spray. The mechanical tensile tests were conducted in order to assess the mechanical performance of both steel bars, S500s tempcore and, based on damage accumulation due to corrosion, which often occurs during the life cycle of a reinforced concrete structure. EXTENDED SUMMARY Since the early 90s, high-strength ribbed S500s tempcore grade steel (BStIV according to DIN 488) has been used as reinforcement in reinforced concrete structures. Grades of reinforcing steel denote a specified minimum yield stress limit in MPa. Reinforcing steel products are classified into grades regardless of their chemical composition or thermalmechanical treatment. The need for a basic standard among European Union members led to the formation of standards, which set specific lower barriers for both strength and ductility properties of the material. The standardization of reinforcing steel bars greatly improved the materials produced. Steel manufacturers are now obliged to produce materials that conform to specifications for both strength and ductility properties. However, not all products have the same mechanical properties, since their chemical composition, as well as the thermal or mechanical treatment methods, may vary from one producer to another. It is well known that any variation in the chemical composition, thermal or mechanical treatment may increase the strength and decrease the ductility of the material, or vice versa. Thus, given that the mechanical properties of the products are all above the lower limits specified by the standards, it is not obvious which material is better; the one with higher strength and lower ductility or the one with higher ductility and lower strength values. Therefore, the strength and ductility properties of the material should be combined in such a way as to evaluate the tensile mechanical performance of the material. This methodology should evaluate in an objective manner the performance of each bar produced by different manufacturers, or even the differences between lots produced by the same manufacturer. No such evaluation method for reinforcing steel bars is known to the authors of this work, based on the available literature. Nowadays, in both Greece and other countries, serious durability problems in structures are observed, with steel bar corrosion being the most important. It has been recognized that the structures (with reinforced concrete) are vulnerable to damage accumulation due to corrosion, as well as the damage mechanisms. As a result of the variety of mechanical characteristics of the same product from one industry to the other, there is a large advertising campaign, which does not make the buyer s job any easier. Therefore, the selection of the appropriate steel bar product in the same category BStIV (S500s tempcore and ) on the basis of mechanical performance is no easy decision. An arrangement and classification is needed, at least for products in the same category, using a quality index Qd that will characterize its technological value. M. Ashby refers to a basis for a selection method

Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1-2 2005, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1-2 55 of a metallic or alloy product with a higher mechanical performance. The use of mechanical performance indexes has proved to be a very useful tool for selecting the most appropriate product in a series of mechanical structures, for example, mechanical springs, thin-walled pressure vessels and others. The same idea of mechanical performance indexes or quality index was applied, and today is widely used for the assessment of mechanical performance in various aluminum alloy casts in aeronautics. However, despite this spreading and use of a mechanical performance index, its application in the arrangement and classification of manufactured steel bars remains unexploited. In this way, there remains more scope for subjectivity and complete freedom of the industry s advertising campaigns. The present study investigates and assesses the mechanical performance in steel bars in the same category: S500s tempcore according to ELOT 971 and according to ELOT 1421. The evaluation of mechanical performance was made with the use of the quality index Qd, which combines the mechanical properties of the yield strength R p and strain energy density W in the material. The mechanical tensile experiments were conducted on uncorroded and corroded steel bar specimens Φ12, in the S500s tempcore and tempcore category. The corrosion on the specimens was induced in an experimental laboratory environment of salt-spray. Using these accelerated corrosion tests, it is possible to simulate natural corrosion and evaluate the mechanical properties of the corroded material The mechanical tensile tests were conducted in order to assess the mechanical performance of both steel bars, S500s and S500c, based on damage accumulation due to corrosion, which often occurs during the life cycle of a reinforced concrete structure. On the basis of the quality indexes Qd (uncorroded) and Qdc (corroded), both uncorroded as well corroded specimens (S500s tempcore, ) were derived and classified. The quality index of the new steel bar exceeded that of the S500s tempcore by about 20%, (2184.59 > 1815.08). Similarly, the quality index of corroded steel bar seems to be superior to the corresponding S500s (2089.67 > 1805.48). It is important to note that the reduction rate of the quality index of steel bar (with initial higher quality was eight times that of the quality index of steel bar S500s tempcore. This shows that the S500s tempcore steel bar (in the long term) presents stable mechanical characteristics, unlike steel bar. This reduction rate occurs due to the 30 days salt spray corrosion. In conclusion, from this study we can see that, if a steel bar is selected at first with a higher mechanical performance for a structure situated in a corrosion environment, after a period of time (about twenty to thirty years) this advantage will not be maintained, unlike the other steel bar (S500s) which, although having a low mechanical performance, is well-protected against corrosion. However, the is clearly of higher quality compared to the S500s tempcore steel bar, not only before, but also after corrosion. Ch A. Apostolopoulos, Dr Civil Engineer, Lecturer University of Patras.