Χ Ρ Η Σ Η Α Ν Α Σ Τ Ο Λ Ε Ω Ν Ι Α Β Ρ Ω Σ Η Σ Γ Ι Α Τ Η Ν Π Ρ Ο Σ Τ Α Σ Ι Α Τ Ο Υ Χ Α Λ Υ Β Α Σ Ε Κ Ο Ν Ι Α Μ Α Τ Α

ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΣΤΟΛΕΩΝ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΧΑΛΥΒΑ ΣΕ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ Η τεχνική των SG είναι µία εργαστηριακή µέθοδος επιταχυνόµενης δοκιµής, χρήσιµη για γρήγορη εκτίµηση της διάβρωσης των σιδηροπλισµών σε τσιµεντοκονίαµα, εκτεθειµένο σε περιβάλλον χλωριόντων, υπό συνθήκες ανοδικής φόρτισης. Η µέθοδος χρησιµοποιήθηκε για να διερευνηθεί η διάβρωση των οπλισµών χάλυβα, σε κονίαµα, για ένα αριθµό διαφορετικών συνθηκών χρήσης αναστολέα διάβρωσης. Κατά την διαδικασία της διάβρωσης, ο σχηµατισµός των προϊόντωντης (Fe 3 O 4, Fe 2 O 3, FeO(OH)), πούέχουνµεγαλύτερο ειδικό βάρος από τον σίδηρο, δηµιουργούν τάσεις διόγκωσης στην περιοχή των χαλύβδινων ράβδων µέσα στο σκυρόδεµα. Οι αισθητήρες SG, που έχουν τοποθετηθεί στα δείγµατα κονιάµατος κατά την κατασκευή, καταγράφουν τις τάσεις διόγκωσης. 1

Παράµετροιδιάβρωσηςπου µελετήθηκαν 1. Παρουσία αναστολέων διάβρωσης ETHANOLAMINE H2N-CH2-CH2OH 2. Ποσοστό αναστολέα στο κονίαµα 0% 2% 4% κ.β.τσιµέντου 3. Λόγος Νερού/τσιµέντου στο κονίαµα 0,5 0,7 2

Υλικά που Χρησιµοποιήθηκαν Τσιµέντο Ι 42,5 Χηµική σύσταση (%) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O SO 3 CaO (f) LOI 20,67 4,99 3,18 63,60 2,73 0,37 0,29 2,44 2,41 1,52 Χάλυβας S500s Χηµική Σύσταση (%) ΕΙ ΟΣ ΧΑΛΥΒΑ C Mn S P Si Ni Cr Cu V Mo S500s Tempcore 0,160 0,770 0,019 0,019 0,190 0,140 0,220 0,260 0,00 0,05 3

Αναστολείς διάβρωσης Αναστολέας διάβρωσης είναι οποιαδήποτε ουσία που µπορεί να µειώσει τον ρυθµό διάβρωσης του χάλυβα όταν είναι παρούσα σε σχετικά µικρή συγκέντρωση πλησίον της επιφάνειας του χάλυβα. Οι αναστολείς διάβρωσης ενεργούν στο ανοδικό ή καθοδικό τµήµα της ηλεκτροχηµικής αντίδρασης της διάβρωσης και το επιβραδύνουν σηµαντικά. Η ενέργειά τους εντοπίζεται στη διεπιφάνεια µετάλλου - διαβρωτικού περιβάλλοντος. Το Ca(NO 2 ) 2 αντιδρά µε τα παραγόµενα προϊόντα των αντιδράσεων της ανοδικής περιοχής και χαρακτηρίζεται ανοδικός αναστολέας. Οι αναστολείς διάβρωσης που βασίζονται σε αµινοαλκοόλες (ΑΜΑ) µερικά εξουδετερωµένες, είναι µικτοί αναστολείς και αντιδρούν µε τον χάλυβα οπλισµού σχηµατίζοντας λεπτό στρώµα οργανοµεταλλικής προέλευσης και προστατεύουν τόσο τις ανοδικές όσο και τις καθοδικές περιοχές του. 4

Κατηγορίες δοκιµίωνηλεκτροχηµικών µετρήσεων- Σύσταση (κ.β.) ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΟΚΙΜΙΟΥ OPC ΑΜΜΟΣ ΝΕΡΟ ΑΝΑΣΤΟΛΕΑΣ-A ΜΕ ΒΑΣΗ ΑΜΙΝΟΑΛΚΟΟΛΕΣ CO 1 3 0,50 - CA2 1 3 0,48 0,02 CA4 1 3 0,46 0,04 5

ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΟΚΙΜΙΟΥ Κατηγορίες δοκιµίων SG Σύσταση (κ.β.) OPC ΑΜΜΟΣ ΝΕΡΟ SGO 1 3 0,5 - ΑΝΑΣΤΟΛΕΑΣ-A ΜΕ ΒΑΣΗ ΑΜΙΝΟΑΛΚΟΟΛ ΕΣ SGA2 1 3 0,48 0.02 SGA4 1 3 0,46 0,04 SGO 1 3 0,7 - SGA2 1 3 0,48 0,02 SGA4 1 3 0,46 0,04 6

Μεθοδολογία εξέτασης Προκειµένου να εκτιµηθεί η ανθεκτικότητα στη διάβρωση και η αποτελεσµατικότητα του αναστολέα, εφαρµόσθηκε η ακόλουθη µεθοδολογία ελέγχου: Μετρήσεις δυναµικού διάβρωσης σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM C876-87. Μέτρηση της πυκνότητας ρεύµατος διάβρωσης µέσω της χάραξης ποτενσιοδυναµικών καµπυλών πόλωσης. Σταθµικός προσδιορισµός της απώλειας µάζας των οπλισµών. Μέτρηση της διάβρωσης µε τεχνική Strain Gauges. 7

Τεχνική Strain Gauges Η τεχνική των SG βασίζεται στην εµφάνιση τάσεων, που προκαλούνται από τα προϊόντα διάβρωσης του χάλυβα και οι οποίες παρατηρούνται µε την τοποθέτηση στα δείγµατα κονιάµατος επιµηκυνσιοµέτρων τύπου SG. Οι αισθητήρες που χρησιµοποιούνται για τη µέτρηση του ρυθµού διάβρωσης του ενισχυµένου χάλυβα, είναι SG τύπου ΚΜ-30-120, της KYOWA. ύο SG έχουν βυθισθεί στο δοκίµιο κονιάµατος κατά την κατασκευή. Το ένα από αυτά (οριζόντια τοποθετηµένο) χρησιµοποιήθηκε για τα αποτελέσµατα των µετρήσεων της διάβρωσης και το άλλο (κάθετα τοποθετηµένο) για αντιστάθµιση της θερµοκρασίας και των άλλων παραµέτρων που επηρεάζουν τη µέτρηση. Η διάταξη του πειράµατος περιλαµβάνει, ποτενσιοστάτη (E.G.&G. P.A.R. Model 173) για την εφαρµογή της ανοδικής φόρτισης, κύκλωµα γέφυρας - ενισχυτή των SG και ένα κοινό πολύµετρο για τις µετρήσεις των SG. 8

Τεχνική Strain Gauges Το δοκίµιο βυθίζεται σε διάλυµα NaCl 3,5% κ.β. και στη συνέχεια εφαρµόζεται ανοδική φόρτιση. Η ανοδική φόρτιση εφαρµόζεται στο δοκίµιο µε τον ποτενσιοστάτη συνδεδεµένο µε τον οπλισµό, µε βοηθητικό ηλεκτρόδιο γραφίτη διαστάσεων 80 100 20 mm και ηλεκτρόδιο αναφοράς καλοµέλανα (SCE). Η επιτάχυνση της διάβρωσης στα δοκίµια, που έχουν µερικώς βυθισθεί σε διάλυµα NaCl 3,5% κ.β., επιτυγχάνεται µε την εφαρµογή 1000mV σταθερού ανοδικού δυναµικού για πέντε ηµέρες. Καθώς η διάβρωση δείχνει να επιβραδύνεται, εφαρµόζονται υψηλότερες τιµές ανοδικού δυναµικού, 1500 mv. Η διάρκεια του πειράµατος εξαρτάται από την αντίσταση του δοκιµίου στη διάβρωση και τερµατίζεται µε τη ρηγµάτωση του κονιάµατος που προκαλείται από τη διάβρωση του οπλισµού. Η τάση που εµφανίζεται σε κάθε SG µετράται και προσδιορίζονται οι αρχικές τιµές. Μετά την εφαρµογή του ανοδικού δυναµικού στα δοκίµια για δεδοµένο χρόνο (t), η τάση που εµφανίζεται σε κάθε SG µετράται κατά ηµερήσια διαστήµατα, και απεικονίζεται ως προς χρόνο. 9

Σχήµα και ιαστάσεις οκιµίων ηλεκτροχηµικών µετρήσεων 14 12 14 ΚΑΛΩ ΙΟ ARALDITE 15 100 ΟΠΛΙΣΜΟΣ ΤΣΙΜ ΕΝΤΟΚΟΝΙΑ 15 10

Σχήµα και ιαστάσεις οκιµίων SG ARALDITE SG SG 15 ΑΓΩΓΟΣ 34 85 ΧΑΛΥΒΑΣ ΟΠΛΙΣΜΟΥ ΚΟΝΙΑΜΑ 12 34 15 48 12 20 11

ιάταξη ελέγχου διάβρωσης µε SG 12

Ηλεκτροχηµικές Μετρήσεις υναµικό διάβρωσης δοκιµίων κονιάµατος µε διαφορετικά ποσοστά αναστολέα διάβρωσης. υναµικό διά άβρωσης (Volts s) 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6 0 14 28 CO CA2 CA4 Περίοδος εµβάπτυνσης (ηµέρες) 13

Ηλεκτροχηµικές Μετρήσεις Ένταση ρεύµατος διάβρωσης δοκιµίων µε διαφορετικό ποσοστό αναστολέα διάβρωσης. 14

Απώλεια βάρους οπλισµού δοκιµίων κονιάµατος µε διαφορετικά ποσοστά αναστολέα διάβρωσης. Απώλει ια βάρους οπλισµού (mg/cm2) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 CO CA2 CA4 15

Επίπεδο προστασίας του οπλισµού από τη διάβρωση εκφραζόµενο ως ποσοστό µείωσης της απώλειας βάρους του. Μείωση απώλε ειας οπλισµού 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 2% 4% 16

Απώλεια βάρους οπλισµού δοκιµίων κονιάµατος µε διαφορετικά ποσοστά αναστολέα διάβρωσης και χρήση θαλασσινού νερού. 17

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών SG -Τάσης ρεύµατος για δοκίµιο SGO 300 5 ΤΙΜΗ SG(m mv) 250 200 150 100 SGO ΑΝΟΔΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 50 1 0,5 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟΔΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 18

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών SG -Τάσης ρεύµατος για δοκίµιο SG2A ΤΙΜΗ SG(m mv) 300 250 200 150 100 50 0 SG2A ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 ΤΙΜΕΣ ΤΑΣΗ Σ(m mv)- ΕΝΤΑΣΗΣ (ma A)- ΦΟΡΤΙΟΥ(mA.d) ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟ ΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 19

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών SG -Τάσης ρεύµατος για δοκίµιο SG4A 20

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών SG -Τάσης ρεύµατος για δοκίµιο SGO 21

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών SG -Τάσης ρεύµατος για δοκίµιο SG2Α 22

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών SG -Τάσης ρεύµατος για δοκίµιο SG4Α ΤΙΜΗ SG(mV V) 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 SG4A' ΑΝΟΔΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟΔΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 23

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών Τάσης-Έντασης ρεύµατος Φορτίου για δοκίµιο SGO 12 ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙ ΙΣΗ (V) ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟ ΟΣ(mA) ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Ο (ma.hm) 10 8 6 4 2 0 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟ ΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 24

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών Τάσης-Έντασης ρεύµατος Φορτίου για δοκίµιο SG2A 12 10 8 ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΤΙΜΗ SG(m mv) 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟ ΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 25

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών Τάσης-Έντασης ρεύµατος Φορτίου για δοκίµιο SG4Α ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡ ΡΤΙΣΗ (V) ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜ ΜΑΤΟΣ(mA) ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡ ΡΤΙΟ (ma.hm) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟ ΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 26

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών Τάσης-Έντασης ρεύµατος Φορτίου για δοκίµιο SGO 27

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών Τάσης-Έντασης ρεύµατος Φορτίου για δοκίµιο SG2Α ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡ ΡΤΙΣΗ (V) ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑ ΑΤΟΣ(mA) ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡ ΤΙΟ (ma.hm) 12 10 8 6 4 2 0 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟ ΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 28

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών Τάσης-Έντασης ρεύµατος Φορτίου για δοκίµιο SG4Α 18 ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡ ΡΤΙΣΗ (V) ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑ ΑΤΟΣ(mA) ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤ ΤΙΟ (ma.hm) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΑΝΟ ΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟ ΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ(ΗΜΕΡΕΣ) 29

Μετρήσεις µε SG Χρονική εξέλιξη τιµών SGγια διάφορα δοκίµια 150 ΤΙΜΗ SG (mv) 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 SGO SG2A SG4A SGO' SG2A' SG4A' 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟΔΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ (ΗΜΕΡΕΣ) 30

Μετρήσεις µε SG Τάσεις χρονικής εξέλιξης µετρήσεων SG για διάφορα δοκίµια ΤΙΜΗ SG (mv) 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 SG2A SGO SG4A SGO' SG2A' SG4A' Γραμμική (SG2A) Γραμμική (SGO) Γραμμική (SG4A) Γραμμική (SGO') Γραμμική (SG2A') Γραμμική (SG4A') 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΟΔΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ (ΗΜΕΡΕΣ) 31

Συσχέτιση τιµών SG Απώλειας µάζας οπλισµών για διάφορα δοκίµια ΡΥΘΜΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ SG (mv/ηµ.) ΡΥΘΜΟΣ ΙΑΒΡΩΣΗ ΗΣ (mg/ηµ.) 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 ΡΥΘΜΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ SG ΡΥΘΜΟΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ SG2A' SGO' SG4A' SG2A SG4A SGO ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΟΚΙΜΙΟΥ 32

Συµπεράσµατα 1 Από τις ηλεκτροχηµικές µετρήσεις και τον προσδιορισµό της απώλειας βάρους σιδηροπλισµών εξάγεται το συµπέρασµα ότι ο αναστολέας διάβρωσης αµινοαλκοόλης παρέχει ικανοποιητικό επίπεδο προστασίας έναντι της διάβρωσης του οπλισµού λόγω διείσδυσης χλωριόντων, ιδιαίτερα όταν αυτός προστεθεί σε ποσοστό 4% επί του βάρους του τσιµέντου. Το επίπεδο προστασίας του οπλισµού από τη διάβρωση εκφραζόµενο ως ποσοστό µείωσης της απώλειας βάρους του ανέρχεται σε 22% έως 40% ανάλογα µε το ποσοστό προσθήκης του. 33

Συµπεράσµατα 2α Στα πλαίσια των µετρήσεων της διάβρωσης, µε αισθητήρια τύπου Strain Gauge (SG) και την εφαρµογή της σε δοκίµια µε πρόσθετα αναστολείς διάβρωσης προέκυψαν τα ακόλουθα συµπεράσµατα. Σε όλα τα δοκίµια, κατά τη διάρκεια εφαρµογής της ανοδικής φόρτισης διαπιστώνεται διόγκωση λόγω διάβρωσης του οπλισµού, που καταγράφεται από το αισθητήριο SG. Στις φάσεις αλλαγής της ανοδικής φόρτισης κατά κανόνα έχοµε διαφοροποίηση της ταχύτητας διάβρωσης, που ακολουθείται από αντίστοιχη αντίδραση του αισθητηρίου. Τα διαγράµµατα ηλεκτρικού φορτίου και τιµών SG ως προς χρόνο παρουσιάζουν αντίστοιχη πορεία, η οποία επιβεβαιώνει την καταγραφή της διάβρωσης από το αισθητήριο. 34

Συµπεράσµατα 2β Αναφορικά µε τα δοκίµια µε λόγο Ν/Τ=0,5 η κατάταξη είναι SG4A, SG2A, SGO. Προφανώς προκύπτει η προστασία που παρέχει ο αναστολέας διάβρωσης και µάλιστα αποτελεσµατικότερη µε προσθήκη 4%. Αναφορικά µε τα δοκίµια µε λόγο Ν/Τ=0,7 η κατάταξη είναι SG2A, SGO, SG4A. Το δοκίµιο µε αναστολέα 2% παρουσιάζει την καλύτερη συµπεριφορά, ενώ το δοκίµιο µε αναστολέα 4% βρίσκεται σε αναντιστοιχία. Η σύγκριση των απωλειών µάζας οπλισµών, που προσδιορίστηκε µετά την θραύση των δοκιµίων, επιβεβαιώνει σε ικανοποιητικό βαθµό τα αποτελέσµατα των µετρήσεων διάβρωσης µε SG. Περαιτέρω έρευνα σε σκυροδέµατα απαιτείται, προκειµένου να τεκµηριωθεί µία πληρέστερη άποψη για το επίπεδο προστασίας που παρέχει ο συγκεκριµένος αναστολέας. 35