ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΙΑΒΡΩΜΕΝΩΝ & ΣΥΓΚΟΛΛΗΜΕΝΩΝ ΡΑΒ ΩΝ ΣΙ ΗΡΟΟΠΛΙΣΜΟΥ S500s

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΙΑΒΡΩΜΕΝΩΝ & ΣΥΓΚΟΛΛΗΜΕΝΩΝ ΡΑΒ ΩΝ ΣΙ ΗΡΟΟΠΛΙΣΜΟΥ S5s Χ.A. Αποστολόπουλος 1, A.Θ. Κερµανίδης 2 1. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Συχνά στις κατασκευές από οπλισµένο σκυρόδεµα για διάφορους λόγους παρουσιάζεται έλλειψη ουσιαστικής επικάλυψης του σιδηροοπλισµού µε σκυρόδεµα. Συνέπεια αυτού του είδους της κακοτεχνίας είναι η έναρξη και η εξέλιξη της διάβρωσης. Στην παρούσα εργασία, ελέγχθηκε επίσης η συµπεριφορά συγκολληµένων ράβδων σιδηροοπλισµού S5s που ως γνωστόν χρησιµοποιείται σήµερα ευρύτατα στις επισκευές στις ενισχύσεις και στις επεκτάσεις κτιριακών δοµών από οπλισµένο σκυρόδεµα. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα των µηχανικών δοκιµών σε απλές διαβρωµένες ράβδους σιδηροοπλισµού έδειξαν υποβάθµιση των µηχανικών ιδιοτήτων και σαφή ψαθυροποίηση. Τα αποτελέσµατα των πειραµατικών δοκιµών εφελκυσµού συγκολληµένων ράβδων σιδηροοπλισµού S5s κατά παράθεση και διαβρωµένων στην συνέχεια, δείχνουν µείωση χαρακτηριστικών µεγεθών όπως είναι το µέγιστο φορτίο θραύσης και η επιµήκυνση θραύσης. 2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εµπειρία από τους σεισµούς τόσο στον ελληνικό χώρο όσο και στον διεθνή, έδειξε ότι η πλαστιµότητα των φερόντων στοιχείων ενός έργου από οπλισµένο σκυρόδεµα, έχει σπουδαία σηµασία και συνδέεται στενά µε την ολκιµότητα των ράβδων του χρησιµοποιούµενου σιδηροπλισµού. Παράγοντες που επηρεάζουν αρνητικά την ολκιµότητα του σιδηροοπλισµού, είναι η επίδραση του περιβάλλοντος σε θαλάσσιες περιοχές [1], [2] άλλων υλικών όπως ο ασβέστης, η εργασία συγκόλλησης [3], [4]. Η απώλεια της ολκιµότητας των σιδηροοπλισµών αποτελεί βασικό λόγο περιορισµού της ωφέλιµης διάρκειας ζωής µιας κατασκευής. Μέχρι σήµερα το πρόβληµα της διάβρωσης του σιδηροοπλισµού είναι υποτιµηµένο και εξαντλείται µόνο µε πρακτικές συµβουλές και χρήσιµες οδηγίες [5]. Οι περιορισµένες διαθέσιµες πληροφορίες για το θέµα αυτό έχουν φυσικό επακόλουθο η διάβρωση να µην έχει ποσοτικοποιηθεί, να µην προβλέπεται από τον ισχύοντα κανονισµό και να µην λαµβάνεται υπ όψιν στον σχεδιασµό. Είναι γνωστό, ότι το σκυρόδεµα σε κανονικές συνθήκες, παρέχει προστασία στον σιδηροοπλισµό. Την φυσική προστασία του σιδηροοπλισµού έναντι της διάβρωσης, εξασφαλίζει η πυκνή και σχετικά στεγανή δοµή του σκυροδέµατος. Την χηµική προστασία όµως, εξασφαλίζει η λεπτή στρώση των οξειδίων γύρω από τον σιδηροοπλισµό κατά την ενυδάτωση του σκυροδέµατος. Η στρώση αυτή των οξειδίων παραµένει σταθερή στο αλκαλικό περιβάλλον του σκυροδέµατος (ΡΗ>13) αρχίζει όµως να καταστρέφεται όταν το ΡΗ του διαλύµατος των πόρων πέσει κάτω από την τιµή 11 [6],[7]. Η φθορά λόγω διάβρωσης όµως, αυξάνει µε εντονότερο ρυθµό όταν το ΡΗ µειωθεί κάτω από την τιµή 9. Η διάβρωση λόγω περιβαλλοντικών δράσεων κυρίως σε παράκτιες

περιοχές, προκαλείται είτε δια απ ευθείας διάχυσης των ιόντων χλωρίου στην επιφάνεια του σιδηροοπλισµού, είτε λόγω προηγούµενης ενανθράκωσης του σκυροδέµατος. Πάντως η προσβολή του σιδηροοπλισµού από τις υψηλές συγκεντρώσεις χλωριδίων στην λεπτή στρώση των οξειδίων του σιδήρου έχει ως συνέπεια την τοπική οξείδωση και εν συνεχεία την διάβρωση του. Κατά τον Darwin [8] για την επίδραση των χλωριόντων απαιτείται ταυτόχρονα οξυγόνο και υγρασία. Ο τρόπος εκτέλεσης της σύνδεσης ράβδων σιδηροπλισµού δια ηλεκτροσυγκόλλησης, σήµερα, διέπεται από τον ισχύοντα Ελληνικό Κανονισµό Τεχνολογίας Χάλυβα 21 [5]. Εντούτοις όµως και σήµερα ακόµη οι ακολουθούµενες πρακτικές συγκόλλησης ράβδων στις κατασκευές από οπλισµένο σκυρόδεµα, γίνεται σταθερά µε τους γνωστούς παραδοσιακούς τρόπους όπως: Ανεβατό (κατακόρυφη συγκόλληση µε φορά προς τα πάνω) Κατεβατό (κατακόρυφη συγκόλληση µε φορά προς τα κάτω). Ουρανός (συγκόλληση στο κάτω µέρος των χαλύβδινων ράβδων τοποθετηµένων στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο). Πλάκα (συγκόλληση στο πάνω µέρος των χαλύβδινων ράβδων τοποθετηµένων στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο). Ωστόσο, οι ακολουθούµενες πρακτικές ηλεκτροσυγκόλλησης που προαναφέρθηκαν, πολύ λίγες φορές τηρούν αυστηρά την προδιαγραφή. Για τις διαδικασίες επιτυχούς συγκόλλησης των ράβδων σιδηροπλισµού σε κάθε ειδική περίπτωση, υπάρχουν περιορισµένες διαθέσιµες πληροφορίες στην διεθνή βιβλιογραφία. Συχνά πολλές από τις ακολουθούµενες ή τις προτεινόµενες διαδικασίες συγκόλλησης είναι δύσκολο, ενίοτε δε και αδύνατο να εφαρµοστούν ειδικά λόγω περιορισµού του χώρου εργασίας ή λόγω της θέσης των συγκολλούµενων ράβδων σιδηροπλισµού ή ακόµη και λόγω περιορισµένων ικανοτήτων των ηλεκτροσυγκολλητών, ανυπαρξίας επιβλεπόντων µηχανικών και διαφόρων άλλων λόγων. Στην καθηµερινή πράξη λοιπόν, το κύριο πρόβληµα που αναδύεται, σχετίζεται µε την εφικτότητα εφαρµογής συγκόλλησης που είναι σύµφωνη µε τις προδιαγραφές. Ένα άλλο πρόβληµα που εµφανίζεται, είναι η ανυπαρξία προδιαγραφής από τον Κανονισµό Τεχνολογίας Χαλύβων οπλισµένου σκυροδέµατος [5] για ορισµένες περιπτώσεις αναγκαίας συγκόλλησης ράβδων π.χ καθ ύψος θέση ράβδων, σε υπερκεφαλήν οριζόντια διάταξη ράβδων κλπ. Σ αυτές τις περιπτώσεις δηλαδή που µόνον µερικώς προδιαγράφεται η διαδικασία συγκόλλησης π.χ. το σηµείο έναρξης και η πορεία συγκόλλησης δίχως να αντιµετωπίζεται το πρόβληµα βαρύτητας, της αδυναµίας επαφής µε τις ραφές κλπ. Απ όσα εκτέθηκαν παραπάνω, κρίθηκε σκόπιµος ο έλεγχος της αποδοτικότητας τόσο του προτεινόµενου τρόπου ηλεκτροσυγκόλλησης από τον Ελληνικό Κανονισµό Τεχνολογίας Χάλυβα [5] όσο και ο έλεγχος αποδοτικότητας σύνδεσης αντίθετης µε την εφαρµογή της προδιαγραφής. Στην παρούσα εργασία, έγιναν µηχανικές δοκιµές εφελκυσµού απλών ράβδων σιδηροοπλισµού S5s tempcore που προηγουµένως διαβρώθηκαν. Τα αποτελέσµατα, κατέδειξαν σταδιακή µείωση του ορίου διαρροής, της µέγιστης τάσης θραύσης και παράλληλα δραµατική υποβάθµιση της παραµόρφωσης θραύσης και της ειδικής ενέργειας παραµόρφωσης. Στην εργασία αυτή εξετάστηκε επίσης, η συµπεριφορά ηλεκτροσυγκολληµένων κατά παράθεση ράβδων σιδηροοπλισµού S5s tempcore, µε µηχανικές δοκιµές εφελκυσµού και ελέγχθηκαν χαρακτηριστικά µεγέθη όπως το µέγιστο φορτίο θραύσης και η επιµήκυνση θραύσης. Στην ίδια εργασία, δόθηκε έµφαση και στην αξιολόγηση των αποτελεσµάτων και των συνεπειών της µη τήρησης της προδιαγραφής στο απλό θέµα του σηµείου έναρξης και περάτωσης της ραφής ηλεκτροσυγκόλλησης.

3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Σε αυτή την ερευνητική εργασία, διεξήχθησαν µηχανικές δοκιµές σε ράβδους σιδηροοπλισµού Φ8, κατηγορίας S5s tempcore, Ελληνικής Βιοµηχανίας (xxxx). Το συνολικό µήκος των ράβδων επελέγη 23mm (55mm-12mm-55mm). Το πειραµατικό πρόγραµµα περιελάµβανε δοκιµές εργαστηριακής επιταχυµένης διάβρωσης σε περιβάλλον αλατονέφωσης σύµφωνα µε την προδιαγραφή ASTM GB117-94a [9] και στην συνέχεια µηχανικές δοκιµές εφελκυσµού. Για την αξιολόγηση της επίδρασης της διάβρωσης στις µηχανικές ιδιότητες των απλών ράβδων σιδηροοπλισµού, S5s χρησιµοποιήθηκαν οι προδιαγραφές ASTM E8M-94a [1] DIN 488, σε µία σερβοϋδραυλική µηχανή ΜΤS 25ΚΝ µε επιβολή ρυθµού παραµόρφωσης 1mm/min. Σχετικά µε την συγκόλληση κατά παράθεση των δοκιµίων σιδηροοπλισµού S5s, τα καλύτερα αποτελέσµατα επιτυγχάνονται µε την χρήση ηλεκτροδίων τύπου «χαµηλού υδρογόνου» όπως Ε7ΧΧ και Ε8ΧΧ. Εντούτοις, αυτοί οι τύποι ηλεκτροδίων δεν είναι κατάλληλοι για την καθηµερινή χρήση δεδοµένου ότι πρέπει να είναι επιµελώς ξηροί και να χρησιµοποιηθούν σε διάστηµα 4 ωρών. Οι προϋποθέσεις αυτές, όπως γίνεται αντιληπτό είναι πολύ δύσκολο να εξασφαλιστούν στην Ελληνική οικοδοµή [11]. Κατά συνέπεια, αυτός ο τύπος ηλεκτροδίων αποφεύγεται και αντί αυτών στην πράξη χρησιµοποιούνται ευρέως τα ηλεκτρόδια µε επένδυση ρουτυλίου. Αυτός ο τύπος ηλεκτροδίου αν και λιγότερο αποτελεσµατικός είναι ευκολότερο να χρησιµοποιηθεί στην πράξη. Για τους λόγους αυτούς, η συγκόλληση των ράβδων σιδηροπλισµού κατά παράθεση της παρούσας έρευνας έγινε µε χειρωνακτική ηλεκτροσυγκόλληση τόξου µε χρήση ηλεκτροδίων όξινης επένδυσης ρουτυλίου [5], σε δοκίµια Φ1, S5s tempcore, µήκους έκαστο τµήµα 16mm. Το µήκος του δοκιµίου που προέκυψε από την συγκόλληση (κατά παράθεση) ήταν κυµαινόµενο από 26~263mm µε µήκος συγκόλλησης 5mm±2mm. Ολόκληρο το πειραµατικό µέρος αυτής της έρευνας, έγινε στο Εργαστήριο Τεχνολογίας και Αντοχής των Υλικών του τµήµατος Μηχανολόγων Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών. 3.1 οκιµές αλατονέφωσης Οι δοκιµές αλατονέφωσης διεξήχθησαν σύµφωνα µε την προδιαγραφή ASTM GB117-94[9]. Για την δοκιµή αυτή, χρησιµοποιήθηκε ειδική συσκευή SF 45 της εταιρείας Cand W specialist equipment Ltd, η οποία ικανοποιεί τις απαιτήσεις της πιο πάνω προδιαγραφής. Το διάλυµα άλατος παρασκευάστηκε διαλύοντας 5 µέρη κατ όγκον χλωριούχου νατρίου (Nacl) σε 95 µέρη απεσταγµένου ύδατος. Η θερµοκρασία κατά την µέτρηση του ΡΗ ήταν σταθερή, 25 C. Η θερµοκρασία στην ζώνη έκθεσης του υλικού του σιδηροπλισµού εντός του θαλάµου αλατονέφωσης, διατηρήθηκε στους 35+1.1-1.7 C. Μετά την έκθεση τα δοκίµια πλύθηκαν σε καθαρό ρέον νερό για να αποµακρυνθούν υπολείµµατα άλατος από την επιφάνεια τους και στην συνέχεια ξηράνθηκαν. Ως χρόνοι έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον αλατονέφωσης επιλέχτηκαν οι πιο κάτω: 1 ηµέρες -2 ηµέρες 3 ηµέρες- ηµέρες 6 ηµέρες 9 ηµέρες. 4. ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ Κατά σειρά, όλες οι πειραµατικές δοκιµές που έγιναν περιλαµβάνουν: α)πειράµατα εφελκυσµού για καταγραφή των µηχανικών ιδιοτήτων των αδιάβρωτων δοκιµίων αναφοράς. (αριθµός δοκιµίων 4) β) οκιµές επιταχυµένης εργαστηριακής διάβρωσης αλατονέφωσης. (αριθµός δοκιµίων 18)

γ)πειράµατα εφελκυσµού για καταγραφή των µηχανικών ιδιοτήτων των διαβρωµένων δοκιµίων σε διάφορους χρόνους έκθεσης. (αριθµός δοκιµίων 18) δ) Πειράµατα εφελκυσµού ηλεκτροσυγκολληµένων κατά παράθεση σύµφωνα µε την προδιαγραφή [5] ράβδων σιδηροοπλισµού S5s (οµάδα δοκιµίων Α) µε συγκόλληση «κορδόνι» από έξω προς τα µέσα. (αριθµός δοκιµίων 1). ε) Πειράµατα εφελκυσµού ηλεκτροσυγκολληµένων κατά παράθεση αντίθετα µε την προδιαγραφή [5] ράβδων σιδηροοπλισµού S5s (οµάδα δοκιµίων Β) µε συγκόλληση «κορδόνι» από µέσα προς τα έξω (αριθµός δοκιµίων 5). στ) Πειράµατα εφελκυσµού κατά παράθεση ηλεκτροσυγκολληµένων ράβδων, σύµφωνα µε την προδιαγραφή [5] σιδηροοπλισµού κατηγορίας S5s όµοια µε τα δοκίµια της οµάδας Α. Τα συγκολληµένα αυτά δοκίµια εκτέθηκαν προηγουµένως σε επιταχυµένο εργαστηριακό περιβάλλον αλατονέφωσης. (αριθµός δοκιµίων 14). 5. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στα διαγράµµατα 1,2,3,4,5,6,7,8 παρουσιάζεται η µεταβολή χαρακτηριστικών µεγεθών των δοκιµίων σιδηροοπλισµού S5s tempcore για διαφορετικούς χρόνους έκθεσης σε εργαστηριακό διαβρωτικό περιβάλλον αλατονέφωσης. Σ αυτά, παρουσιάζεται, η µεταβολή του βάρους των δοκιµίων, η µεταβολή του τεχνητού ορίου διαρροής σ.2, του ορίου µεγίστης τάσης θραύσης, η µεταβολή της παραµόρφωσης και η µεταβολή της ειδικής ενέργειας παραµόρφωσης. ιάγραµµα 1 Επίδραση της διάβρωσης στην µείωση βάρους βάρος [%] 8 6 2 99.4 95.7 91.2 83 75.8 68.4 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες) ιάγραµµα 2 Επίδραση της διάβρωσης στο τεχνητό όριο διαρροής τεχνητό όριο διαρροής σ [%] 8 6 2 97.1 96.5 9.9 87.7 72.2 72.1 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες)

Ονοµαστικό όριο διαρροής [%] ιάγραµµα 3 Επίδραση της διάβρωσης στο ονοµαστικό όριο διαρροής 8 6 2 96.5 92.4 83 72.8 55.1 49.3 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες) ιάγραµµα 4 Επίδραση της διάβρωσης στην µέγιστη τάση Μέγιστη τάση [%] 8 6 2 94.5 93.6 91.6 84.9 79 79.1 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες) ιάγραµµα 5 Επίδραση της διάβρωσης στην µέγιστη ονοµαστική τάση Μέγιστη ονοµαστική τάση [%] 8 6 2 93.9 89.6 83.7 7.5 6.2 54.1 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες)

ιάγραµµα 6 Επίδραση της διάβρωσης στην παραµόρφωση στην µέγιστη τάση Παραµόρφωση στη µέγιστη τάση [%] 8 6 2 99.3 78.7 72.1 71.3 49.3 44.8 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες) ιάγραµµα 7 Επίδραση της διάβρωσης στην παραµόρφωση στην θραύση Παραµόρφωση στην θραύση [%] 8 6 2 93.6 74.9 66.8 64.2 48.1 43.8 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες) Ειδική ενέργεια παραµόρφωσης [%] ιάγραµµα 8 Επίδραση της διάβρωσης στην ειδική ενέργεια παραµόρφωσης 8 6 2 89.9 68.7 61 53.6 35.4 1 2 3 5 6 7 8 9 Χρόνος επιταχυµένης διάβρωσης αλατονέφωσης (ηµέρες)

Στους πίνακες αποτελεσµάτων 1,2,3,4 παρουσιάζεται η µεταβολή χαρακτηριστικών µεγεθών των συγκολληµένων κατά παράθεση ράβδων σιδηροοπλισµού S5s tempcore, όπως το µέγιστο φορτίο θραύσης, η επιµήκυνση θραύσης και η επιµήκυνση στην θέση του µέγιστου Ρmax εφαρµοζόµενου φορτίου. Πίνακας 1. Πειραµατικές δοκιµές εφελκυσµού συγκολληµένων δοκιµίων (από έξω προς τα µέσα οµάδα Α) Φ1, S5s σύµφωνα µε την προδιαγραφή. ΟΚΙΜΗ Ρmax (ΚN) l(στορmax) l(ολικό) ΣΧΟΛΙΟ Test 37 49.94 11.85 14. Θραύση στην συγκόλληση Test 38 Test 39 51.7 16.95 23.7 Test 53.3 14.5 18.75 Θραύση στην συγκόλληση Test 41 Test 1 51.9 22.9 27.45 Test 2 5.9 22.6 27.5 Test 3 52.5 23.45 28.35 Test 4 51.8 23.15 27. Test 42 51.6 24.8 28.65 Θραύση στην συγκόλληση Test 43 Test 42 5.85 22.5 27.3 Test 44 5.8 22.2 27.9 Πίνακας 2. Πειραµατικές δοκιµές εφελκυσµού συγκολληµένων δοκιµίων(από µέσα προς τα έξω οµάδα Β) Φ1,S5s µε φορά συγκόλλησης αντίθετα από την προδιαγραφή. ΟΚΙΜΗ Ρ max (ΚN) l(στορmax) l(ολικό) ΣΧΟΛΙΟ Test 31 47.85 22.35 27.8 Test 32 45. 16. 21.1 Test 33 Test 34 45.85 13.1 17. Test 35 47.9 16. 21.7 Test 36 46.6 14.35 19.2

Πίνακας 3. Πειραµατικές δοκιµές εφελκυσµού κανονικά συγκολληµένων δοκιµίων Φ1,S5s που στην συνέχεια διαβρώθηκαν σε περιβάλλον επιταχυµένης αλατονέφωσης για 14 ηµέρες ΟΚΙΜΗ Ρ max (ΚN) l(στορmax) l(ολικό) ΣΧΟΛΙΟ Test 45 43.25 3.55 5. Θραύση στην συγκόλληση Test 46 Test 47 49.7 16. 17.8 Θραύση στην συγκόλληση Test 48 Test 49 47.8 8.95 1.85 Θραύση στην συγκόλληση Test 5 48.5 13.75 15.8 Θραύση στην συγκόλληση Test 5 49.8 16.45 18.35 Test 51 48.45 13.52 15.2 Θραύση στην συγκόλληση Test 52 49.3 15.8 17.9 Test 53 48.5 13.2 15.6 Θραύση στην συγκόλληση Test 54 48.35 13.1 15.5 Θραύση στην συγκόλληση Test 55 49.45 15. 17.8 Πίνακας 4. Πειραµατικές δοκιµές εφελκυσµού συγκολληµένων δοκιµίων Φ1, S5s που στην συνέχεια διαβρώθηκαν σε περιβάλλον επιταχυµένης αλατονέφωσης για 3 ηµέρες ΟΚΙΜΗ Ρ max (ΚN) l(στορmax) l(ολικό) ΣΧΟΛΙΟ Test 21 Test 22 Test 23 45.7 15.45 19.8 Test 24 45.8 17.55 2.82 Test 25 45.6 15.6 18.68 Test 26 45.45 15.95 19.3 Οι πειραµατικές δοκιµές σε συγκολληµένα δοκίµια (διαβρωµένα και µη) συνεχίζονται. 6. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ -Από τα αποτελέσµατα των µετρήσεων των διαβρωµένων απλών ράβδων σιδηροοπλισµού, προέκυψε µία γενική υποβάθµιση του υλικού. -Παρατηρήθηκε έναρξη διάβρωσης από την βάση των νευρώσεων προς τον εσωτερικό µεταξύ των νευρώσεων χώρο. Τα χλωριόντα δοκιµής αλατονέφωσης προκάλεσαν διάβρωση µε βελονισµούς (pitting). Σε µεγαλύτερους χρόνους έκθεσης στην αλατονέφωση, η συγκέντρωση των χλωριόντων αυξάνει καθώς και η διάβρωση, δες εικόνα 1. Μετά την αφαίρεση των προϊόντων διάβρωσης, οι βελονισµοί (pitting) στο σιδηροπλισµό αφήνουν εσοχές, οι οποίες µπορεί να χαρακτηριστούν ως ενεργά κέντρα επιτάχυνσης της διάβρωσης. Κατά την µηχανική καταπόνηση του σιδηροοπλισµού, οι

εσοχές αυτές, προκαλούν συγκέντρωση µηχανικών τάσεων µε ότι αρνητικό συνεπάγεται. Ένα σηµαντικό εύρηµα της µελέτης αυτής, είναι η απώλεια µάζας των δοκιµίων εξ αιτίας της έκθεσης σε επιταχυµένο περιβάλλον αλατονέφωσης. Εικόνα 1. οκίµια µε διαφορετικό βαθµό διάβρωσης - Η µείωση του βάρους µε τον χρόνο διάβρωσης, ακολουθεί µία περίπου γραµµική σχέση. - Ο λόγος µέγιστης τάσης θραύσης προς την τάση διαρροής, τόσο στα διαβρωµένα όσο και στα αδιάβρωτα δοκίµια ικανοποιεί την απαίτηση fu / fy 1, 5 του Ελληνικού Κανονισµού Τεχνολογίας των Χαλύβων οπλισµένου σκυροδέµατος [5]. - Η τιµή της παραµόρφωσης µετά τη θραύση, ικανοποιεί την απαίτηση του ίδιου κανονισµού ε 12% για έκθεση σε περιβάλλον αλατονέφωσης µέχρι απώλεια βάρους 17%. - Η παραµόρφωση στην µέγιστη τάση, έµεινε σταθερή στην διάρκεια έκθεσης σε διάβρωση αλατονέφωσης στις 1 πρώτες ηµέρες και εποµένως, η ολκιµότητα δεν επηρεάστηκε. - Η έκθεση των ράβδων σιδηροπλισµού σε εργαστηριακό επιταχυµένο διαβρωτικό περιβάλλον αλατονέφωσης, δηµιούργησε σχετικά µικρή µείωση της εφελκυστικής τάσης διαρροής κατά 28% και της εφελκυστικής µέγιστης τάσης θραύσης κατά 21% (σε ποσοστό µείωσης βάρους 32%) όταν η τάση υπολογίστηκε µε βάση την πραγµατική διατοµή της ράβδου. - Για τον ίδιο βαθµό διάβρωσης, η τιµή της τάσης διαρροής ανήλθε σε 422 ΜΡa και η τιµή της µέγιστης τάσης 552ΜΡa. Η απαίτηση του Ελληνικού Κανονισµού Τεχνολογίας Χαλύβων οπλισµένου σκυροδέµατος [5] ως προς το πραγµατικό όριο διαρροής fy 5MPa, δεν ικανοποιείται

- Η απαίτηση του Ελληνικού Κανονισµού Τεχνολογίας Χαλύβων οπλισµένου σκυροδέµατος [5] ως προς το ονοµαστικό όριο µέγιστης τάσης σε fu 55MPa ικανοποιείται για απώλεια βάρους, µόνον µέχρι 9%. Παρατηρούµε λοιπόν, ότι όταν η µέγιστη εφελκυστική αντοχή υπολογίστηκε χρησιµοποιώντας την ονοµαστική διάµετρο αυτή έφθασε την τιµή 373ΜPa που αντιστοιχεί σε ποσοστό µείωσης βάρους 32%, στην τιµή 415 MΡa που αντιστοιχεί σε ποσοστό µείωσης βάρους 24% και στη τιµή 485ΜΡa που αντιστοιχεί σε ποσοστό µείωσης βάρους 17%. Οι τιµές αυτές της µέγιστης εφελκυστικής αντοχής πάντως, είναι µικρότερες από την απαίτηση της προδιαγραφής του Κ.Τ.Χ [5]. Η έκθεση των ράβδων σιδηροπλισµού σε εργαστηριακό επιταχυµένο διαβρωτικό περιβάλλον αλατονέφωσης προκάλεσε σταδιακά ψαθυροποίηση του υλικού. - Έτσι για απώλεια βάρους σε ποσοστό 32% λόγω διάβρωσης, η ειδική ενέργεια παραµόρφωσης µειώθηκε κατά 65% και η παραµόρφωση στην θραύση κατά 56%. στην περίπτωση αυτή µάλιστα η παραµόρφωση στην µέγιστη τάση έφτασε την τιµή 6% η οποία ως γνωστό δεν ικανοποιεί την ελάχιστη απαίτηση του (ΚΤΧ) [5]. Για απώλεια βάρους σε ποσοστό 24%, λόγω διάβρωσης η ειδική ενέργεια παραµόρφωσης µειώθηκε κατά 6% και η παραµόρφωση στην θραύση κατά 52%. Για απώλεια βάρους σε ποσοστό 17% λόγω διάβρωσης, η ειδική ενέργεια παραµόρφωσης µειώθηκε κατά 46% και η παραµόρφωση στην θραύση κατά 36%. - Η απώλεια βάρους και φυσικά η αποµείωση της διατοµής, έχει ως συνέπεια την µείωση της ροπής αδράνειας και συνεπώς την µείωση του µέγιστου φορτίου λυγισµού της ράβδου σιδηροοπλισµού. Θεωρώντας (µε απλοποίηση), ότι η διατοµή είναι κυκλική, η µείωση του φορτίου λυγισµού υπολογίζεται 53% για την περίπτωση απώλειας βάρους κατά 32% λόγω διάβρωσης σε περιβάλλον αλατονέφωσης, 42% για την περίπτωση απώλειας βάρους κατά 25% λόγω διάβρωσης σε περιβάλλον αλατονέφωσης κ.λ.π. Αυτό, µπορεί να έχει ως συνέπεια, τον κίνδυνο πρόκλησης αστοχίας ενός δοµικού στοιχείου οπλισµένου σκυροδέµατος µε µοιραία αποτελέσµατα. Από τους πίνακες 1 και 2 προκύπτει µικρή µείωση κατά 5% του µέγιστου φορτίου (Ρmax) των δοκιµίων (οµάδα Β) που συγκολλήθηκαν αντίθετα µε την προδιαγραφή. Παρότι η τάση όλων των συγκολληµένων δοκιµίων (οµάδα Α και οµάδα Β) καλύπτει την απαίτηση σ συγ.9 σ υλικου καθ ότι 655ΜΡa.9 672MPa και 622ΜΡa.9 672ΜPa, εν τούτοις, η µείωση που παρατηρείται στην επιµήκυνση του µέγιστου επιβαλλόµενου φορτίου Ρ max της οµάδας Β έναντι της οµάδας Α είναι σηµαντική και ανέρχεται σε 36%. Όπως φαίνεται και από τους πίνακες, τα περισσότερα των αντίθετα µε την προδιαγραφή συγκολληµένων δοκιµίων (οµάδα Β) που εξετάστηκαν, αστόχησαν στην θέση της συγκόλλησης. Τα δοκίµια (οµάδας Α) που συγκολλήθηκαν σύµφωνα µε την προδιαγραφή αστόχησαν κανονικά. Μείωση κατά 9% του µέγιστου φορτίου (Ρmax) των συγκολληµένων δοκιµίων που εκτέθηκαν σε περιβάλλον επιταχυµένης αλατονέφωσης επί 14 ηµέρες, και µείωση κατά 11% των συγκολληµένων δοκιµίων που διαβρώθηκαν στο ίδιο περιβάλλον επί 3 ηµέρες. Ο παράγοντας της επιταχυµένης εργαστηριακής διάβρωσης αλατονέφωσης προκάλεσε επίσης µείωση, στην καταγραφείσα επιµήκυνση του µέγιστου φορτίου των δοκιµίων που διαβρώθηκαν 14 ηµέρες κατά 25%. Με καταγεγραµµένη λοιπόν την δραµατική υποβάθµιση του σιδηροοπλισµού µιας κατασκευής οπλισµένου σκυροδέµατος λόγω διάβρωσης, και την ψαθυροποίηση του

σιδηροοπλισµού λόγω µη τήρησης των προδιαγραφών στο θέµα της συγκόλλησης, γίνεται αντιληπτό, ότι η πλαστιµότητα της κατασκευής αυτής µειώνεται αντίστοιχα. Η απώλεια της ολκιµότητας των σιδηροοπλισµών και αντίστοιχα η απώλεια της πλαστιµότητας, αποτελεί βασικό λόγο περιορισµού της ωφέλιµης διάρκειας ζωής της κατασκευής. 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα συµπεράσµατα αυτής της πειραµατικής έρευνας είναι τα εξής: Η έκθεση των ράβδων σιδηροοπλισµού S5 s (tempcore) σε διαβρωτικό περιβάλλον αλατονέφωσης, προκαλεί βαθµιαία γενική µηχανική υποβάθµιση πολλών κρίσιµων µηχανικών ιδιοτήτων του υλικού. Η δραµατική πτώση της ειδικής ενέργειας παραµόρφωσης των διαβρωµένων σιδηροοπλισµών είναι σηµαντική διαπίστωση διότι συνδέεται άµεσα µε την απώλεια της ολκιµότητας. Ειδικά για τις κατασκευές που ευρίσκονται σε σεισµογόνο περιοχή, ο σιδηροοπλισµός υποβάλλεται συχνά σε ολιγοκυκλική κόπωση, εκεί η ανάγκη επαρκούς ενεργειακού αποθέµατος είναι επιτακτική. Η διαπίστωση της µεγάλης υποβάθµισης της ειδικής ενέργειας παραµόρφωσης των διαβρωµένων σιδηροπλισµών, µπορεί να φανεί ιδιαίτερα χρήσιµη όχι µόνο ως ποιοτικό αποτέλεσµα αλλά και ως ποσοτικό. Ο ισχύων σήµερα Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός 2 (ΕΑΚ 2) [12] ως γνωστόν, δεν λαµβάνει υπ όψιν του το πρόβληµα της διάβρωσης και εποµένως οι µηχανικοί που συντάσσουν κυρίως µελέτες επισκευών αναλύονται σε στατικούς υπολογισµούς, παραβλέποντας τον παράγοντα διάβρωση. Στην παρούσα εργασία έγινε προσπάθεια ποιοτικής και ποσοτικής καταγραφής βασικών µηχανικών ιδιοτήτων του σιδηροοπλισµού. Έτσι ο όρος αποµένουσα αντοχή γίνεται περισσότερο φιλικός και αξιοποιήσιµος µε την εισαγωγή της σχέσης του βαθµού της διάβρωσης και της ειδικής µηχανικής ενέργειας παραµόρφωσης. Βαθµιαία σηµαντική πτώση της παραµόρφωσης θραύσης. Βαθµιαία σηµαντική απώλεια βάρους του σιδηροοπλισµού και φυσικά της διατοµής του. Βαθµιαία σηµαντική απώλεια της ονοµαστικής τάσης διαρροής και της ονοµαστικής µέγιστης τάσης Εκτιµώντας όµως ότι η διαβρωτική δράση στην πραγµατικότητα (λαµβάνει χώρα) υπό µηχανική τάση, τότε γίνεται σαφές ότι η καταγραφείσα στην παρούσα εργασία, υποβάθµιση των µηχανικών ιδιοτήτων του σιδηροοπλισµού πρέπει να θεωρείται µικρότερη της πραγµατικής. Η δυνατότητα των σιδηροοπλισµών κατηγορίας S5s να συγκολληθούν όταν δεν αξιοποιηθεί µε προσοχή και πιστή τήρηση της προδιαγραφής µπορεί να δηµιουργήσει προβλήµατα ψαθυροποίησης. Η σύνδεση των ράβδων σιδηροοπλισµού µέσω συγκόλλησης είναι αµφισβητήσιµη για την αποτελεσµατικότητα της στις κρίσιµες περιοχές, όταν ιδιαίτερα πρόκειται να γίνει από εφαρµοστές µη εξειδικευµένους και σε ειδικές θέσεις µε προφανείς δυσκολίες εφαρµογής. Μετά από αυτά συµπεραίνεται ότι η όποια υποβάθµιση των µηχανικών ιδιοτήτων του σιδηροπλισµού πρέπει να λαµβάνεται σοβαρά υπ όψιν. Ιδιαίτερα στις χώρες µε

έντονη σεισµικότητα. Η δυνατότητα των σιδηροπλισµών ποιότητας S5 s να συγκολληθούν όταν δεν αξιοποιηθεί µε προσοχή και πιστή τήρηση της προδιαγραφής µπορεί να δηµιουργήσει προβλήµατα ψαθυροποίησης. Η σύνδεση των ράβδων σιδηροοπλισµού µέσω συγκόλλησης είναι αναµφισβήτητα για την αποτελεσµατικότητα της στις κρίσιµες περιοχές, όταν ιδιαίτερα πρόκειται να γίνει από εφαρµοστές µη εξειδικευµένους και σε ειδικές θέσεις µε προφανείς δυσκολίες εφαρµογής. 8. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] C.E.B. F.I.P. Model code for concrete structures, Bull d information No 124/125 Vol. II, Paris, April 1978. [2] Commission of the European communities, Eurocode No2: Common Unified Rules For Concrete Structures, Directorate-General, Information Market and Innovation, Luxamburg, 1984. [3] DIN 99, Welding of reinforcing steel Execution of welding work and testing, 1985. [4] DIN 488, Reinforcing steel Verification of weldability of reinforcing steel bars test procedure and evaluation, 1986. [5] Κανονισµός Τεχνολογίας Χαλύβων οπλισµένου σκυροδέµατος Αριθ. 14/361 της 29.2/24.3.2 (ΦΕΚ 381Β ). [6] Broomfield J. P, : Corrosion of steel in concrete, E & FN SPOON, 1997. [7] Papadakis V. G, : Supplementary cementing materials in concrete Activity, Durability and Planning, Danish Technological Institute concrete center, January, 1999. [8] Darwin D., Manning D., Hognestad E., Beeby A., Rice P., Ghowrwal A., Debate: crack width, cover and corrosion, concrete International, May, 1985, pp 2-35. [9] ASTM GB 117-94, standard practice for operating salt (fog) testing apparatus, in: Annual Book of ASTM standards, section3, Metal test Methods and analytical Procedures, West Conshohocken, ASTM, Philadelphia, USA, 1995, pp. 1-8. [1] ASTM E8M-94a, Standard test methods for tension testing of metallic materials (metric), Annual Book of ASTM standards, Section 3, Metal test Methods and Analytical Procedures, West Conshohocken. ASTM, Philadelphia, USA, pp. 81-96. [11] Dritsos S., Pilakoutas K., Strengthening existing R.C Structures By additional Reinforcement, Proc. Inter. Conference on Rehabilitation Renovation and Repairs of Structures, Visakhapatnam, India, p.p. 112-119, Jan., 1994. [12] Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός 2 (ΕΑΚ2). 1 ρ.πολ.μηχ. Λέκτορας, στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Αντοχής των Υλικών του τµήµατος Μηχανολόγων Αεροναυπηγών Μηχανικών, του Πανεπιστηµίου Πατρών, Tel-Fax 3261-4229, E-mail capostolo@tee.gr 2 ιπλ.πολ.μηχ. στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Αντοχής των Υλικών του τµήµατος Μηχανολόγων Αεροναυπηγών Μηχανικών, του Πανεπιστηµίου Πατρών