Έλεγχος διάβρωσης οπλισµού σκυροδέµατος µε πουζολανικά τσιµέντα µέσω της φασµατοσκοπίας σύνθετης αντίστασης

Έλεγχος διάβρωσης οπλισµού σκυροδέµατος µε πουζολανικά τσιµέντα µέσω της φασµατοσκοπίας σύνθετης αντίστασης Χ. ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗ Επίκουρη καθηγήτρια. Tοµέας Επιστήµης και Τεχνικής των Υλικών, Ε.Μ.Π.. ΤΕΤΑΓΙΩΤΗ Π.Μ. Υποψήφια ιδάκτορας. Tοµέας Επιστήµης και Τεχνικής των Υλικών, Ε.Μ.Π. Γ. ΜΠΑΤΗΣ Καθηγητής Ε.Μ.Π. Tοµέας Επιστήµης και Τεχνικής των Υλικών, Ε.Μ.Π. Κ.ΠΑΠΑΘΑΝΑΣΙΟΥ Μεταλλειολόγος Μηχανικός. Α Κ Σύµβουλοι Μηχανικοί Λέξεις - κλειδιά: Φασµατοσκοπία Σύνθετης αντίστασης, ιάβρωση οπλισµών, Χλωριόντα, Σκωρία ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Σκοπός της εργασίας είναι η µελέτη της διάχυσης χλωριόντων και διάβρωσης των οπλισµών σε κονιάµατα που έχουν παρασκευαστεί µε τσιµέντο πόρτλαντ και πόρτλαντ / σκωρία (65/35) και άµµο µε εναλλασσόµενη εµβάπτιση σε διάλυµα χλωριούχου νατρίου 3,5 % και παραµονή στο περιβάλλον του εργαστηρίου. Παρασκευάστηκαν κυβικά δοκίµια κονιαµάτων µε οπλισµό µε τσιµέντο πόρτλαντ και πόρτλαντ/σκωρία. Οι πέντε έδρες των δοκιµίων καλύφθηκαν µε εποξειδική ρητίνη και εµβαπτίστηκαν επαναλαµβανόµενα για 1,6,12 ώρες και για διάστηµα 1,2,6,12 µηνών σε διάλυµα NaCl 3.5% κ.β. Η διείσδυση χλωριόντων µπορούσε να πραγµατοποιηθεί µόνο από τη µία πλευρά. Επειδή η διάβρωση είναι µια ηλεκτροχηµική διεργασία ο εντοπισµός και ο προσδιορισµός του ρυθµού µε τον οποίο εξελίσσεται είναι δυνατό να πραγµατοποιηθεί µε ηλεκτροχηµικές µετρήσεις. Στην παρούσα εργασία χρησιµοποιήθηκε η ηλεκτροχηµική φασµατοσκοπία σύνθετης αντίστασης (EIS). Για τον υπολογισµό της αντίστασης πόλωσης τα δοκίµια κονίαµα / οπλισµός µοντελοποιούνται µε τη χρήση ηλεκτρικών κυκλωµάτων. Παρατηρήθηκε µεγαλύτερη ταχύτητα διάχυσης χλωριόντων στα δοκίµια µε πόρτλαντ-σκωρία καθώς και µεγαλύτερη διάβρωση των οπλισµών από τα δοκίµια µε τσιµέντο πόρτλαντ για χρόνους µεγαλύτερους από 6 µήνες. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η φασµατοσκοπία σύνθετης αντίστασης εναλλασσόµενου ρεύµατος είναι µια τεχνική που χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό της σύνθετης αντίστασης (εµπέδηση) της διεπιφάνειας µετάλλου - ηλεκτρολύτη σε διάφορες συχνότητες εναλλασσόµενου ρεύµατος. Σύµφωνα µε τον ορισµό που δίνει το ASTM G-15 η ηλεκτροχηµική εµπέδηση είναι η µιγαδική τιµή του συντελεστή αναλογίας Ε / Ι µεταξύ του εφαρµοζόµενου δυναµικού και της απόκρισης του ρεύµατος σ' ένα ηλεκτροχηµικό κελί. Η εµπέδηση είναι το µέτρο της αντίστασης στη ροή του ρεύµατος ενός συστήµατος. Μέσω της µέτρησης της αντίστασης είναι δυνατή η πρόβλεψη της ταχύτητας διάβρωσης του µετάλλου (Macdonald 1994). Για τον υπολογισµό της διάβρωσης το σηµαντικό µέγεθος είναι η αντίσταση πόλωσης. Η εµπέδηση είναι συνάρτηση της συχνότητας και δίνεται από τη σχέση: 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 1

Ζ(ω) = ReZ - j(imz) (1) όπου ReZ και ImZ είναι το πραγµατικό και το φανταστικό τµήµα της εµπέδησης και j = (-1) 1/2 Στη φασµατοσκοπία εµπέδησης χρησιµοποιείται ένα ηµιτονοειδές δυναµικό για να προκαλέσει την απόκριση του εξεταζοµένου συστήµατος που είναι ένα ηµιτονοειδές ρεύµα Ε = Εsin(ωt) (2) i = isin(ωt+φ) (3) όπου Ε και i τα εύρη των κυµάτων του δυναµικού και του ρεύµατος και φ η απόκλιση της φάσης µεταξύ του εφαρµοζόµενου δυναµικού και του προκύπτοντος ηµιτονοειδούς ρεύµατος. Το Ζ(ω) παριστάνεται ως διάνυσµα στο µιγαδικό επίπεδο όπου στον άξονα παρίσταται το πραγµατικό µέρος και στον άξονα Υ το φανταστικό µέρος της εµπέδησης σχήµα όπως φαίνεται στο σχήµα 1. -ImZ Ζ(ω) φ ReZ Σχήµα 1. ιανυσµατική απεικόνιση της εµπέδησης Ζ(ω) στο µιγαδικό επίπεδο Την εµπέδηση συνήθως την απεικονίζουµε σε διαγράµµατα Nyquist και/ή Bode. Στα πρώτα το ImZ εκφράζεται σαν συνάρτηση του ReZ. Στα διαγράµµατα Bode o log Z και το φ εκφράζονται σαν συνάρτηση του logω. Ένα κύκλωµα το οποίο περιλαµβάνει αντίσταση και πυκνωτή παράλληλα συνδεδεµένα και αυτά σε σειρά µε µία δεύτερη αντίσταση όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα 2, αντιπροσωπεύει το απλούστερο σύστηµα διάβρωσης. Στο διάγραµµα Nyquist του σχήµατος 3 η απόκριση του συστήµατος που διαβρώνεται είναι ένα ηµικύκλιο, στο οποίο η συχνότητα αυξάνει µε φορά αντίθετη από αυτή του ρολογιού από το οποίο µπορούµε να υπολογίσουµε την αντίσταση πόλωσης R p, µια και στις πολύ χαµηλές και πολύ υψηλές συχνότητες στα σηµεία τοµής δηλαδή µε τον άξονα των τετµηµένων το φανταστικό µέρος εξαφανίζεται και προκύπτει η αντίσταση πόλωσης R p στη χαµηλή συχνότητα και η αντίσταση του διαλύµατος R Ω στην υψηλή αντίστοιχα. Από την τιµή της συχνότητας στο υψηλότερο σηµείο του ηµικυκλίου µπορούµε να υπολογίσουµε τη χωρητικότητα C του πυκνωτή του κυκλώµατος. Στα διαγράµµατα Bode στο σχήµα 4 η κλίση του ευθύγραµµου τµήµατος είναι -1 και αποτελεί τυπικό εκπρόσωπο λειτουργίας του συστήµατος ως πυκνωτή. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 2

Σχήµα 2: Ισοδύναµο κύκλωµα µοντελοποίησης της διάβρωσης µετάλλου Σχήµα 3: Τυπικό διάγραµµα Nyquist διάβρωσης µετάλλου σε ηλεκτρολύτη Σχήµα 4: Τυπικά διαγράµµατα Bode συστήµατος διάβρωσης που αποτελείται από δύο αντιστάσεις και πυκνωτή Τα πραγµατικά συστήµατα διάβρωσης δεν είναι τόσο απλά, και η εµπέδηση είναι ένας συνδυασµός διαφόρων ηµικυκλίων τα οποία οφείλονται σε διάφορα άλλα φαινόµενα τα οποία εµφανίζονται στη διεπιφάνεια µετάλλου / ηλεκτρολύτη, όπως για παράδειγµα η διάχυση ιόντων. Στην περίπτωση της διάβρωσης χάλυβα σε σκυρόδεµα ένα τυπικό διάγραµµα Nyquist είναι αυτό που φαίνεται στο Σχήµα 5. Το πρώτο µικρό ηµικύκλιο αντιπροσωπεύει το σκυρόδεµα, ενώ το δεύτερο το διαβρωσκόµενο χάλυβα. Το αντίστοιχο κύκλωµα είναι αυτό που φαίνεται στο σχήµα 6. Αν και η εφαρµογή της ηλεκτρικής διέγερσης µπορεί να γίνει σε ευρεία κλίµακα συχνοτήτων, οι συνήθως χρησιµοποιούµενες συχνότητες για την απόκριση του συστήµατος χάλυβας - σκυρόδεµα είναι 1-3 - 1 5 Hz. Η φασµατοσκοπία σύνθετης αντίστασης εναλλασσόµενου ρεύµατος είναι χρονοβόρα µέθοδος γιατί η απόκριση του συστήµατος στις χαµηλές συχνότητες είναι αργή, ενώ έχει το πλεονέκτηµα 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 3

ότι είναι δυνατή η εκτίµηση του ρυθµού διάβρωσης ενός συστήµατος χωρίς να είναι απαραίτητη η πλήρης κατανόηση του µηχανισµού διάβρωσης του υπό εξέταση συστήµατος. Όσον αφορά την διάβρωση του οπλισµού στο σκυρόδεµα σε θαλασσινό νερό ενώ έχουν µελετηθεί επαρκώς οι περιπτώσεις της πλήρους εµβάπτισης ή της ηµιεµβάπτισης, η περίπτωση των εναλλασσοµένων συνθηκών δεν έχει επαρκώς µελετηθεί. Για τον λόγο αυτό η παρούσα εργασία ασχολείται µε την διάβρωση του οπλισµού στο σκυρόδεµα υπό εναλλασσόµενες συνθήκες εµβάπτισης στο θαλασσινό νερό και ξήρανσης στον αέρα. Στην εργασία αυτή χρησιµοποιήθηκε η εµπέδηση για την µελέτη της διάβρωσης του χάλυβα σε δοκίµια κονιάµατος, τα οποία εµβαπτίζονταν περιοδικά σε διάλυµα NaCl 3,5% κ.β. Σχήµα 5: Τυπικό διάγραµµα Nyquist διάβρωσης χάλυβα σε σκυρόδεµα Σχήµα 6: Ισοδύναµο κύκλωµα για τη διάβρωση χάλυβα σε σκυρόδεµα 2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ Παρασκευάστηκαν 2 σειρές δοκιµίων τσιµεντοκονιάµατος µε αναλογίες τσιµέντο/νερό/άµµος = 1:.55:3. Στη δεύτερη σειρά 35% του τσιµέντου αντικαταστάθηκε από σκωρία. 1 η σειρά: ΟΚΙΜΙΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ (CEM II): Χρησιµοποιήθηκε τσιµέντο ΟPC µε την παρακάτω χηµική σύσταση: Πίνακας 1: Χηµική σύσταση τσιµέντου SiΟ 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO SO 3 MgO K 2 O Na 2 O CaO (f) 2,5 5,2 3,2 63,56 2,52 2,73,37,29 2,14 ΑΜΜΟΣ: Χρησιµοποιήθηκε άµµος λατοµείου µε την παρακάτω κοκκοµετρική διαβάθµιση Πίνακας 2: Κοκκοµετρική διαβάθµιση άµµου d>4mm 2mm<d<4mm 1mm<d<2mm 5µm<d<1mm 25 µm <d<5 µm d<25 µm 2,8% 3,6% 26,43% 14,22% 9,42% 16,53% 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 4

ΝΕΡΟ: Ως νερό ανάµιξης χρησιµοποιήθηκε νερό από το δίκτυο ύδρευσης της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου ΧΑΛΥΒΑΣ: Χρησιµοποιήθηκε δοµικός χάλυβας S5s TEMPCORE, ονοµαστικής διαµέτρου 1 χιλιοστών (Φ1) και µήκος 1 χιλιοστά Πίνακας 3: Χηµική σύσταση χάλυβα(%) C Mn S P Si Ni Cr Cu V Mo,18,99,47,23,15,9,9,21,2,21 2 η : σειρά δοκιµίων: ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΡΟΥΣ OPC ΜΕ 35% ΣΚΩΡΙΑ Πίνακας 4: Χηµική σύσταση σκωρίας SiΟ 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO SO 3 MgO K 2 O Na 2 O 34, 15,37 2,9 41,72-6,67,36,56 Τα δοκίµια που κατασκευάστηκαν είχαν διαστάσεις 8 χιλιοστά µήκος, 8 χιλιοστά πλάτος και 1 χιλιοστά ύψος. Σε κέθε ένα τοποθετήθηκαν τέσσερις οπλισµοί σε απόσταση περίπου 2 εκατοστά από τη βάση και τις πλευρές του δοκιµίου. Στο πάνω µέρος του χάλυβα (εκτός κονιάµατος) τοποθετήθηκε σύρµα για τη διενέργεια των ηλεκτροχηµικών µετρήσεων.τα δοκίµια επικαλύφθηκαν µε εποξειδική ρητίνη (Araldite) εκτός της µπροστινής πλευράς τους. Τα δοκίµια των χαλύβων πριν τον εγκιβωτισµό τους καθαρίστηκαν µε Dreca για την αποµάκρυνση τυχόν οξειδίων από την επιφάνειά τους, ξεπλύθηκαν µε απιονισµένο νερό και στη συνέχεια εµβαπίστηκαν σε ακετόνη και ζυγίστηκαν µε ακρίβεια τέταρτου δεκαδικού ψηφίου (ISO/DIS 847.3) Τα δοκίµια εµβαπτίζοταν σε διάλυµα NaCl 3,5% κ.β. για µία, έξι και δώδεκα ώρες καθηµερινά για χρονικό διάστηµα ενός µηνός, δύο µηνών έξι και δώδεκα µηνών. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στα διαγράµµατα 7-12 εµφανίζονται διαγράµµατα Nyquist που ελήφθησαν µε EIS. Από τα διαγράµµατα αυτά προκύπτουν πληροφορίες για την κατάσταση του οπλισµού.το διάγραµµα 7 αντιστοιχεί σε χάλυβα που βρίσκεται σε παθητική κατάσταση γι' αυτό και η τιµή της αντίστασης πόλωσης είναι πολύ µεγάλη δηλαδή είναι σε κατάσταση µη διάβρωσης. Το διάγραµµα αποτελείται από δύο ηµικύκλια, όπου το πρώτο αντιστοιχεί στο κονίαµα και το δεύτερο στον οπλισµό. Όσο µεγαλύτερο είναι το δεύτερο ηµικύκλιο τόσο µεγαλύτερη αντίσταση πόλωσης υπάρχει µε αποτέλεσµα να µην υπάρχει διάβρωση (Hope, 1985). Από πλευράς ισοδυνάµου κυκλώµατος αντιστοιχεί σε χωρητικό χαρακτήρα και είναι χαρακτηριστικό στιβάδας προϊόντων ηλεκτροχηµικών αντιδράσεων. Η στιβάδα αυτή των προϊόντων είναι πολύ ανθεκτική και αντιστοιχεί σε παθητικό φιλµ οξειδίων που αναπτύσσεται πάνω στην επιφάνεια του χάλυβα (Ford, 1998). 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 5

-75-5 Z'' -25 25 25 5 75 1 Z' Σχήµα 7: ιάγράµµα Nyquist δοκιµίου σε παθητική κατάσταση 1 4 Z 1 3 1 2 1-2 1-1 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 Frequency(Hz) -1-5 theta 5 1-2 1-1 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 Frequency (Hz) Σχήµα 8: ιαγράµµατα Bode δοκιµίου σε παθητική κατάσταση Το διάγραµµα 9 αντιστοιχεί σε οπλισµό που διαβρώνεται και µάλιστα αρκετά έντονα. Παρατηρούµε ότι το ηµικύκλιο και η αντίστοιχη αντίσταση πόλωσης έχουν µειωθεί σηµαντικά. Το 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 6

ελάχιστο σηµείο που εµφανίζεται στις υψηλές συχνότητες στο διάγραµµα Nyquist αντιστοιχεί στο άθροισµα της αντίστασης του ηλεκτρολύτη και της αντίστασης του κονιάµατος. Λόγω της µεγάλης περιεκτικότητας σε χλωριόντα η αντίσταση του ηλεκτρολύτη είναι πολύ µικρή και µπορεί να παραληφθεί οπότε στο σηµείο τοµής παίρνουµε την αντίσταση του κονιάµατος (Fedrizzi, 25). -5-25 Z'' 25 5 75 1 125 Z' Σχήµα 9: ιαγράµµατα Nyquist δοκιµίων µε µεγάλη διάβρωση 1 4 Z 1 3 1 2 1-2 1-1 1 1 1 1 2 1 3 1 4 Frequency (Hz) -15-1 theta -5 5 1-2 1-1 1 1 1 1 2 1 3 1 4 Frequency (Hz) Σχήµα 1: ιαγράµµατα Bode δοκιµίων µε µεγάλη διάβρωση 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 7

Από τα διαγράµµατα αυτά εξάγεται η τιµή της αντίστασης πόλωσης του αντίστοιχου δοκιµίου. Οι αντιστάσεις πόλωσης όλων των δοκιµίων συναρτήσει του χρόνου δίνονται στο σχήµα 13. Από το σχήµα 13 είναι φανερό ότι τα δοκίµια µε τσιµέντο πόρτλαντ-σκωρία εµφανίζουν µετά τον 6 µήνα µικρότερες αντιστάσεις πόλωσης. Από το διάγραµµα επίσης προκύπτει ότι υπάρχει σηµαντική µεταβολή της αντίστασης πόλωσης και εποµένως της διάβρωσης των δοκιµίων της 1 ώρας στις 6 ώρες και µικρότερη από τις 6 ώρες στις δώδεκα ώρες. Αυτό σηµαίνει ότι την πρώτη ώρα τα χλωριόντα εισέρχονται αλλά δεν διαχέονται επαρκώς ώστε να φθάσει αρκετός αριθµός στον οπλισµό και να τον διαβρώσουν. Αντίθετα όταν το δοκίµιο εκτεθεί στο διαβρωτικό περιβάλλον 6 ώρες τότε τα χλωριόντα αφ' ενός µεν έχουν το χρόνο να διαχυθούν και να φθάσουν στον οπλισµό και µάλιστα σε ποσά που να ικανοποιούν την κρίσιµη συγκέντρωση χλωριόντων ώστε ν' αρχίσει η διάβρωση. Αυτό συµφωνεί τόσο µε τα αποτελέσµατα του προσδιορισµού των χλωριόντων όσο και µε τα αποτελέσµατα της αντίστασης πόλωσης όπου παρατηρείται ότι η κρίσιµη συγκέντρωση χλωριόντων αντιστοιχεί σε έναρξη της πτώσης της τιµής της R p (Poupard, 24). Οι διαφορές στη συγκέντρωση χλωριόντων που εµφανίζονται οφείλονται επίσης και στην εναλλαγή των συνθηκών δηλαδή ύγρανση / ξήρανση για διαφορετικά χρονικά διαστήµατα. Ο παράγοντας αυτός εκτός της προφανούς αιτίας παρουσίας ή απουσίας του διαβρωτικού περιβάλλοντος µεταβάλλει τη διηλεκτρική σταθερά του κονιάµατος (Keddam, 1997) που είναι πολύ σηµαντική παράµετρος για τη συµπεριφορά των υλικών. Αν παρατηρήσουµε προσεκτικά το διάγραµµα 11 που έδωσε χάλυβας εµβαπτιζόµενος έξι ώρες θα δούµε ότι το ηµικύκλιο δεν σχηµατίζεται εξ'ολοκλήρου αλλά τη θέση του την έχει πάρει µια ευθεία µε κλίση περίπου 45 µοιρών, που αντιστοιχεί στην ενεργή διάβρωση του οπλισµού. Η ευθεία αυτή αντιστοιχεί σε χωρητικό χαρακτήρα ο οποίος µπορεί να αποδοθεί σε δύο δυνατούς µηχανισµούς: είτε σε οξείδωση του Fe 2+ σε Fe 3+ είτε σε διάχυση των ιόντων. Η φασµατοσκοπία εµπέδησης εναλλασσόµενου ρεύµατος είναι µέθοδος που µελετάει τα φαινόµενα στην εξέλιξή τους µε το χρόνο γι' αυτό και ενδείκνυται ιδιαίτερα για τη µελέτη της διάβρωσης. Στην περίπτωση όµως της διάβρωσης του χάλυβα σε κονίαµα ή σκυρόδεµα τα πράγµατα είναι πιο πολύπλοκα γιατί υπεισέρχονται πολλοί παράγοντες όπως η σχετική υγρασία, η σύσταση του κονιάµατος, η διάχυση των ιόντων κλπ. -1-75 -5 Z'' -25 25 15 175 2 225 25 275 Z' Σχήµα 11: ιάγραµµα Nyquist µε έλεγχο της διάβρωσης από διάχυση 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 8

1 3 Z 1 2 1-2 1-1 1 1 1 1 2 1 3 Frequency (Hz) theta -1, -7,5-5, -2,5 2,5 1-2 1-1 1 1 1 1 2 1 3 Frequency (Hz) Σχήµα 12: ιάγραµµα Bode µε έλεγχο της διάβρωσης από διάχυση Αντίσταση πόλωσης δοκιµίων 35 3 Αντίσταση πόλωσης (Ω) 25 2 15 1 Αντίσταση πόλωσης OPC 1/23 (Ω) Αντίσταση πόλωσης OPC 6/18 (Ω) Αντίσταση πόλωσης OPC 12/12 (Ω) Αντίσταση πόλωσης OPC/SLAG 1/23 (Ω) Αντίσταση πόλωσης OPC/SLAG 6/18 (Ω) Αντίσταση πόλωσης OPC/SLAG 12/12 (Ω) 5 1 2 6 12 ΧΡΟΝΟΣ (µήνες) Σχήµα 13: Αντίσταση πόλωσης δοκιµίων συναρτήσει του χρόνου 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 9

Προκειµένου να ελεγχθούν τα αποτελέσµατα της µεθόδου της εµπέδησης µετρήθηκε και η απώλεια µάζας των οπλισµών των δοκιµίων συναρτήσει του χρόνου. Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων δίνονται στο σχήµα 14. Και από τα αποτελέσµατα αυτά είναι φανερή η µεγαλύτερη διάβρωση των οπλισµών των δοκιµίων µε πόρτλαντ-σκωρία σε σύγκριση µε τα δοκίµια µε τσιµέντο πόρτλαντ. Όσον αφορά τον χρόνο εµβάπτισης των δοκιµίων παρατηρείται ότι όσο αυτός αυξάνει η διάβρωση των οπλισµών αυξάνει. Όµως η µεταβολή του χρόνου εµβάπτισης από µία ώρα σε 6 είχε πολύ µεγαλύτερη επίδραση από την µεταβολή από 6 ώρες σε 12. Απώλεια βάρους δοκιµίων συναρτήσει του χρόνου 2.5 2 Απώλεια βάρους (g) 1.5 1 Απώλεια βάρους OPC 1/23 (g) Απώλεια βάρους OPC 6/18 (g) Απώλεια βάρους OPC 12/12 (g) Απώλεια βάρους OPC/SLAG 1/23 (g) Απώλεια βάρους OPC/SLAG 6/18 (g) Απώλεια βάρους OPC/SLAG 12/12 (g).5 1 2 6 12 ΧΡΟΝΟΣ (µήνες) Σχήµα 14: Απώλεια βάρους δοκιµίων συναρτήσει του χρόνου Επίσης µετρήθηκε η συγκέντρωση των χλωριόντων κοντά στην επιφάνεια των οπλισµών. Τα αποτελέσµατα της µέτρησης αυτής εµφανίζονται στο σχήµα 15. Και πάλι τα δοκίµια µε πόρτλαντ-σκωρία παρουσιάζουν µεγαλύτερη συγκέντρωση χλωριόντων από τα αντίστοιχα δοκίµια µε πόρτλαντ για χρόνο µεγαλύτερο από 6 µήνες. Η αύξηση του χρόνου εµβάπτισης οδηγεί σε αύξηση της συγκέντρωσης των χλωριόντων. Η αύξηση του χρόνου εµβάπτισης από 1 ώρα σε 6 είχε σηµαντική επίδραση. Η αύξηση του χρόνου εµβάπτισης από 6 σε 12 ώρες είχε σηµαντικά µικρότερη επίδραση. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 1

Χλωριόντα δοκιµίων συναρτήσει του χρόνου 1 9 8 7 Χλωριόντα (kg/m^3) 6 5 4 3 Χλωριόντα OPC 1/23 (kg/m^3) Χλωριόντα OPC 6/18 (kg/m^3) Χλωριόντα OPC 12/12 (kg/m^3) Χλωριόντα OPC/SLAG 1/23 (kg/m^3) Χλωριόντα OPC/SLAG 6/18 (kg/m^3) Χλωριόντα OPC/SLAG 12/12 (kg/m^3) 2 1 2 4 6 8 1 12 14 ΧΡΟΝΟΣ (µήνες) Σχήµα 15: Συγκέντρωση χλωριόντων δοκιµίων συναρτήσει του χρόνου Τα αποτελέσµατα της εργασίας αυτής έρχονται σε αντίθεση µε την άποψη ότι τα πουζολανικά τσιµέντα µε σκωρία έχουν µεγαλύτερη ανθεκτικότητα από το τσιµέντο πόρτλαντ σε περιβάλλον µε χλωριόντα. Οι απόψεις αυτές όµως βασίζονται κύρια σε δοκίµια ή πλήρως εµβαπτισµένα ή σε παραθαλάσσιο περιβάλλον. Ήδη από το 1968 έχουν αναφερθεί περιπτώσεις όπου τα πουζολανικά τσιµέντα µε σκωρία παρουσιάζουν µειωµένη ανθεκτικότητα σε έντονα εναλλασσόµενες συνθήκες (Ι. Biscok, 1968). Η µείωση της ανθεκτικότητας των τσιµέντων µε σκωρία αποδίδεται στην γρήγορη αποµάκρυνση του υδροξειδίου του ασβεστίου προτού αυτό προλάβει να αντιδράσει µε το πουζολανικό υλικό. Η παρούσα εργασία υποστηρίζει την άποψη αυτή. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Η εµβάπτιση- στέγνωµα δοκιµίων αυξάνει την διάβρωση του οπλισµού όσο ο χρόνος εµβάπτισης αυξάνει, για χρόνους εµβάπτισης από 1 έως 12 ώρες. 2. Η αύξηση του χρόνου εµβάπτισης από 1 ώρα σε 6 ώρες αύξησε σηµαντικά την διάβρωση των οπλισµών, αντίθετα η αύξηση από 6 σε 12 ώρες είχε µικρή επίδραση. 3. Η µέτρηση της απώλειας βάρους και η µέτρηση της αντίσταση πόλωσης των δοκιµίων µε την µέθοδο της εµπέδησης συµφωνούν. 4. Η εµβάπτιση στέγνωµα των δοκιµίων έχει µεγαλύτερη επίδραση στα δοκίµια µε τσιµέντο OPC και σκωρία από ότι στα δοκίµια µε OPC. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 11

5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΑΝΑΦΟΡΕΣ 1. K. O. Ampadu, K. Torii, Chloride ingress and steel corrosion in cement mortars incorporating low-quality fly ashes, Cement and Concrete Research 32 893 91, 22 2. Biscok I., Betonkorrosion, Betonschutz, Bauverlag, 1968, 64-67. 3. K. Brantervik and G.A. Nildasson, Circuit models for cement based materials obtained from impedance spectroscopy, Cement and Concrete Research. Vol. 21, pp. 496-58, 1991. 4. T. Cheng, J. Lee, and W. Tsai, Corrosion of reinforcements in artificial sea water and concentrated sulfate solution, Cement and Concrete Research. Vol. 2, pp. 243-252, 199. 5. L. Dhouibi-Hachani and E. Triki, J. Grandet, A. Raharinaivo, Comparing the steel-concrete interface state and its electrochemical impedance, Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 2, pp. 253-266, 1996 6. L. Fedrizzi, F. Azzolini, P. Bonora, The use of migrating corrosion inhibitors to repair motorways concrete structures contaminated by chlorides, Cement and Concrete Research 35, 551 561, 25 7. S.J. Ford, J.D. Shane, and T.O. Mason, Assignment of features in impedance spectra of the cement-paste/steel system, Cement and Concrete Research, Vol. 28, No. 12, pp. 1737 1751, 1998 8. K.R. Gowers, Phd, MRSC, G. Millard, Phd, MRSC, Electrochemical techniques for corrosion assessment of reinforced concrete structures, Proc. Instn CivEngrs Structs & Bldgs, 134, May, 129-137, 1999 9. P. Gu, P. Xie, Y.Fu, J.J. Beaudoin, A.C impedance phenomena in hydrating cement systems: the drying - rewetting process, Cement and Concrete Research. Vol. 24, pp. 89-91, 1994. 1. P. Gu, Y. Fu, P. Xie and J.J. Beaudoin, Characterization of surface corrosion of reinforcing steel in cement paste by low frequency impedance spectroscopy, Cement and Concrete Research, Vol. 24, No. 2, pp. 231-242, 1994 11. P. Gu, S. Elliott, J.J. Beaudoin and B. Arsenault, Corrosion resistance of stainless steel in chloride contaminated concrete, Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 8, pp. 1151-l 156, 1996 12. B. Hope and A. Ip and David G. Manning, Corrosion and electrical impedance in concrete, Cement and Concrete Research. Vol. 15, pp. 525-534, 1985. 13. B. Hope, J. Page and A. Ip, Corrosion rates of steel in concrete, Cement and Concrete Research. Vol. 16, pp. 771-781, 1986. 14. M. Keddam and H. Takenouti, X.R. Novoa, C. Andrade and C. Alonso, Impedance measurements on cement paste, Cement and Concrete Research, Vol. 27, No. 8, pp. 1191-121, 1997 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 12

15. D.D. Macdonald, Y.A. El-Tantaway, R.C. Rocha-Filho, M. Urquidi-Macdonald, Evaluation of electrochemical Impedance techniques for detecting corrosion on rebar in reinforced concrete, SRI International Menlo Park, California, 1994 16. M. Saremi, E. Mahallati, A study on chloride-induced depassivation of mild steel in simulated concrete pore solution, Cement and Concrete Research 32, 1915 1921, 22 17. M. Shi, Z. Chen, J. Sun, Determination of chloride diffusivity in concrete by AC impedance spectroscopy, Cement and Concrete Research 29, 1111 1115,1999 18. G. Song, Equivalent circuit model for AC electrochemical impedance spectroscopy of concrete, Cement and Concrete Research 3,1723-173, 2 19. M.A. Pech-Canul, P. Castro, Corrosion measurements of steel reinforcement in concrete exposed to a tropical marine atmosphere, Cement and Concrete Research 32, 491 498, 22 2. O. Poupard, A. Aý t-mokhtar, P. Dumargue, Corrosion by chlorides in reinforced concrete: Determination of chloride concentration threshold by impedance spectroscopy, Cement and Concrete Research 34,991 1, 24 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 26 13