Πειραµατική ιερεύνηση Επιταχυνόµενης ιάβρωσης Υποστυλωµάτων ΟΣ Accelerated Corrosion Investigation of RC Axial Members

Πειραµατική ιερεύνηση Επιταχυνόµενης ιάβρωσης Υποστυλωµάτων ΟΣ Accelerated Corrosion Investigation of RC Axial Members Χρήστος ΖΕΡΗΣ 1, Γεώργιος ΜΠΑΤΗΣ 2, Βασίλης ΜΟΛΟ ΑΚΗΣ 3, Ιωάννης ΜΑΡΑΚΗΣ 3 Λέξεις κλειδιά: ιάβρωση, Υποστύλωµα, Λείος χάλυβας, Χλωριόντα, Υφιστάµενες κατασκευές ΠΕΡΙΛΗΨΗ : ιερευνάται πειραµατικά η συµπεριφορά αξονικών στοιχείων από οπλισµένο σκυρόδεµα (ΟΣ) υπό κλίµακα, σε επιταχυνόµενη διάβρωση. Αντικείµενο της εργασίας είναι να διερευνηθεί η επιρροή του αξονικού φορτίου λειτουργίας στη διαδικασία της διάβρωσης, στο βαθµό που το ποσοστό της µόνιµης δράσης αξονικού σε ένα φέρον δοµικό στοιχείο που εκτίθεται σε διαβρωτικές περιβαλλοντικές δράσεις αυξάνει το ποσοστό µικρορωγµών στο υλικό και άρα διευκολύνει τη διείσδυση των χλωριόντων στο στοιχείο σε µακροχρόνια έκθεση. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα σε δεκαοκτώ δοκίµια ΟΣ µε διαφορετικά ποσοστά αξονικού και δύο χρόνους έκθεσης σε χλωριόντα αποδεικνύεται ότι, υπό σταθερή τάση 0,5 mv, τα στοιχεία µε υψηλότερο αξονικό απέδωσαν δεκαπλάσια ένταση ρεύµατος και άρα υπέστησαν ταχύτερη εισροή των χλωριόντων, από τα δοκίµια χωρίς αξονικό. ABSTRACT : The results of an experimental investigation are presented, on a series of accelerated corrosion tests of scaled reinforced concrete column elements under simultaneous action of service level axial load; depending on the axial load level, such a load induces directed microcracks of increasing density and width, within the concrete mass, as a consequence of the applied stress field, thereby enhancing the intrusion rate of chlorides in the concrete. Eighteen specimens are tested, under two exposure time scales and three different normalized axial load levels (namely 0., 0.22 and 0.44 of the column axial crushing strength). The test results indicate that the specimens with higher axial load exhibited ten times faster rates of induced current, under a constant applied voltage of 0.5 mv, compared to the unloaded specimens, over a recorded period of six months. 1 Επίκουρος Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: zeris@central.ntua.gr. 2 Καθηγητής, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: batis@chemeng.ntua.gr. 3 Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ, email: cv03013@mail.ntua.gr, marakisjohn@hotmail.com. 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Για την ορθότερη αποτίµηση της σεισµικής τρωτότητας των υφιστάµενων κατασκευών από οπλισµένο σκυρόδεµα (ΟΣ), είναι αναγκαίο να υπάρξει µια έστω προσεγγιστική πρόβλεψη του βαθµού διάβρωσης των οπλισµών στα δοµικά στοιχεία αυτών ανάλογα µε την ηλικία τους, τα υλικά κατασκευής και το βαθµό έκθεσης αυτών σε χλωριόντα, όπως αυτός καθορίζεται πλέον στο Πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 (2008). Ο µηχανισµός έναρξης και εξέλιξης της διάβρωσης του οπλισµού και άρα οι βασικές παράµετροι που τον επηρεάζουν, έχει περιγραφεί από φυσικοχηµικά προσοµοιώµατα που λαµβάνουν υπόψη τόσο τη σύσταση των υλικών όσο και τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά του στοιχείου (Τάσιος & Αλιγιζάκη, Papadakis et al., 1996, Αποστολόπουλος & Παπαδάκης, 2006). Επί πλέον, πειραµατικές έρευνες έχουν καταδείξει την αλλοίωση των µηχανικών χαρακτηριστικών του χάλυβα οπλισµού λόγω της σταδιακής του διάβρωσης, όπως είναι η απώλεια µάζας, η αντοχή σε εφελκυσµό και η ψαθυρότητα) (Batis & Rakanta, 2005, Almusallam, 2001), ενώ έχει µελετηθεί εκτενώς και η επιρροή της διάβρωσης στη συνάφεια µεταξύ σκυροδέµατος και χάλυβα (Berto, Simioni & Saetta, 2008), µέσω αναλυτικών εκφράσεων που βαθµονοµήθηκαν βάσει πειραµατικών αποτελεσµάτων. Με βάση τις δυνατότητες αναλυτικής προσοµοίωσης που έχουν προταθεί, δίδεται πλέον η δυνατότητα προσοµοίωσης των συνθηκών εκείνων που επηρεάζουν την ανθεκτικότητα του οπλισµένου σκυροδέµατος. Οι Vu, Stewart & Mullard (2005) διενέργησαν πειράµατα επιταχυνόµενης διάβρωσης σε οκτώ δοκίµια από ΟΣ, προσοµοιώνοντας τη διαδικασία διάβρωσης σε καταστρώµατα γεφυρών, µε ρυθµό επιβαλλόµενης διάβρωσης 100 ma/cm 2. Αποτέλεσµα της εργασίας τους ήταν η µόρφωση ενός εµπειρικού προσοµοιώµατος για την πρόβλεψη του χρόνου ρηγµάτωσης σε ανάλογους φορείς, µε βάση την επικάλυψη και την ποιότητα του υλικού (αλλά όχι τη φόρτιση). Αντίθετα, ο Li (2001) ανέφερε τα αποτελέσµατα ενός πειραµατικού προγράµµατος επιταχυνόµενης διάβρωσης δοκών µε σκυρόδεµα λόγου νερό/τσιµέντο 0,45 και 0,60, όπου πέραν από τις παραπάνω παραµέτρους, δοκιµάσθηκαν δοκίµια τόσο υπό κλίµακα όσο και φυσικής κλίµακας, αφετέρου δε οι δοκοί φορτίσθηκαν σε φορτία λειτουργίας κατά τη διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας. Όµως, αντίστοιχα πειραµατικά αποτελέσµατα σε υποστυλώµατα είναι περιορισµένα. Σε αυτή την περίπτωση, αν και έχουν διενεργηθεί πειράµατα ενίσχυσης σε διαβρωµένα στοιχεία (Bousias et al., 2004), εν τούτοις, δεν έχει διερευνηθεί επαρκώς η επιρροή της φόρτισης κατά τη διαδικασία διάβρωσης. Γενικά, σε πλήθος πειραµατικών µελετών επιταχυνόµενης διάβρωσης που έχουν εκπονηθεί, αν και λαµβάνονται υπόψη οι βασικές παράµετροι του προβλήµατος (βαθµός ενανθράκωσης, ένταση περιβαλλοντικού φορτίου, σύνθεση και άρα έµµεσα το πορώδες του σκυροδέµατος, ιδιότητες του τσιµέντου και του οπλισµού και επικάλυψη του οπλισµού), δεν λαµβάνεται υπόψη η οργανωµένη κατανοµή των ρηγµατώσεων του στοιχείου λόγω της αρχικής και συνεχούς καταπόνησής του κατά τη λειτουργία, η οποία δρα ταυτόχρονα µε την περιβαλλοντική φόρτιση, 2

προς το δυσµενές, σε όλη τη διάρκεια ζωής του. Για να διερευνηθεί περαιτέρω η διαβρούµενη συµπεριφορά αξονικών στοιχείων υπό φορτία λειτουργίας, διενεργήθηκε σειρά πειραµάτων επιταχυνόµενης διάβρωσης σε υπό κλίµακα υποστυλώµατα στο Εργ. ΟΣ ΕΜΠ, όπως περιγράφονται στην παρούσα. Η πρωτοτυπία της εν λόγω έρευνας, σε σχέση µε άλλα πειράµατα επιταχυνόµενης διάβρωσης, αφορά το γεγονός ότι τα δοκίµια υπέστησαν αρχική αξονική προφόρτιση, σταθερή καθ όλη τη διάρκεια της έκθεσης σε χλωριόντα. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ Κατασκευή των δοκιµίων και προετοιµασία του πειράµατος και χαρακτηριστικά των υλικών Για να διερευνηθεί το πρόβληµα της διάβρωσης υποστυλωµάτων υπό διαφορετικά επίπεδα αξονικού κατασκευάσθηκαν και ελέγχθηκαν πειραµατικά δεκαοκτώ υπό κλίµακα δοκίµια υποστυλωµάτων ΟΣ παραλληλόγραµµης διατοµής, µε διαστάσεις 10 cm /15 cm /50 cm (Σχήµα 1). Το σκυρόδεµα κατασκευής των δοκιµίων ήταν ποιότητας Β160 (C12), µε αναλογίες σύνθεσης: 300 kg τσιµέντο τύπου ΙΙ, 0.4 m 3 άµµου, 0.8 m 3 σκύρων (διάστασης µέγιστου κόκκου 15 mm), 0.25 m 3 νερό ανα κ.µ. µείγµατος. Η σκυροδέτηση έγινε σε δύο διαφορετικά αναµείγµατα, µε αντίστοιχες θλιπτικές αντοχές 28 ηµερών όπως δείχνονται στον Πίνακα 1, βάσει ελέγχων τυποποιηµένων κυλίνδρων. Αν και µε όµοια σύνθεση, η δεύτερη σκυροδέτηση απέδωσε υψηλότερη αντοχή, λόγω διαφοράς εκτιµούµενης υγρασίας της άµµου και πραγµατικής περιεκτικότητας σε νερό, που διέφεραν µεταξύ σκυροδέτησεων. Πίνακας 1. Θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος. Ανάµειγµα Φορτίο kn f c, MPa Ανάµειγµα Φορτίο kn f c, MPa Α-1 400 22.63 Β-1 499 28.24 Α-2 392 22.18 Β-2 507 28.70 Α-3 400 22.64 Β-3 507 28.70 Μ.Ο. 397 22.60 Μ.Ο. 504 28.54 Όλα τα δοκίµια οπλίσθηκαν κατά τη διαµήκη διεύθυνση µε λείο χάλυβα Φ14 κατηγορίας S220, ο οποίος απαντάται σε υποστυλώµατα υφισταµένων κατασκευών. Επί πλέον, για αποφυγή τυχόν αξονικής αστοχίας, αλλά και για κατασκευαστικούς λόγους, οι διαµήκεις οπλισµοί συνδέθηκαν εγκαρσίως στα άκρα του στοιχείου µε δύο συνδετήρες νευροχάλυβα Φ8 κατηγορίας S500, στα άκρα, µε καθαρή επικάλυψη 2.0 cm. Η επικάλυψη αυτή εξασφαλίσθηκε κατασκευαστικά µε κατασκευή των συνδετήρων σε ακριβείς διαστάσεις και χρήση αποστατών στη σκυροδέτηση, από πλαστικό. Πριν τη σκυροδέτηση όλοι οι κλωβοί από χάλυβα καθαρίσθηκαν µε συρµάτινη βούρτσα και ζυγίσθηκαν σε ζυγό ακριβείας. Επί πλέον, σε κάθε κλωβό συγκολλήθηκε µε κατάλληλα µονωµένο τρόπο ηλεκτρολογικό δίκλωνο καλώδιο, το οποίο εξείχε του δοκιµίου, για τη µετέπειτα διαµόρφωση του κυκλώµατος επιταχυνόµενης διάβρωσης. 3

Πειραµατική διαδικασία (α) (β) Σχήµα 1. (α) Σιδηρότυπος ζεύγους οπλισµένων δοκιµίων σε κάτοψη και τοµή και, (β) Φωτογραφία τυπικού ζεύγους δοκιµίων πριν τη σκυροδέτηση. Πριν από την έναρξη της διαδικασίας επιταχυνόµενης διάβρωσης το κάθε δοκίµιο προεντάθηκε µε χρήση κοχλιωτής ντίζας Φ3/4 υψηλής αντοχής που διερχόταν από προδιαµορφωµένο κυλινδρικό κατά µήκος κενό στο κέντρο του δοκιµίου, το οποίο υλοποιήθηκε µε πλαστική σωλήνα που στερεώθηκε πριν τη σκυροδέτηση. Για την εφαρµογή της αξονικής δύναµης προστέθηκαν ελάσµατα στα άκρα, µε διάτρηση οπής Φ21 στο κέντρο τους, για τη στερέωση της σωλήνας (Σχήµα 1). Η µόνιµη αξονική προφόρτιση εφαρµόσθηκε µετά την παρέλευση 28 ηµερών από τη σκυροδέτηση. Η αξονική υλοποιήθηκε µετά από αρχική τάνυση της ντίζας µέσω του δοκιµίου σε µηχανή αξονικού εφελκυσµού, έως το επιθυµητό επίπεδο αξονικής, χωρίς να ξεπεράσει σε καµιά περίπτωση µιά µέγιστη τιµή ίση προς το 85% της ελαστικής αντοχής της ντίζας, όπως αποτιµήθηκε πειραµατικά. ιατηρώντας την τάνυση σταθερή, το φορτίο της ντίζας µεταφέρθηκε στο δοκίµιο µέσω διπλών περικοχλίων άνω και κάτω, τα οποία σφίχτηκαν σε ανένδοτη επαφή µε τα αντίστοιχα ελάσµατα διανοµής του αξονικού φορτίου στα άκρα του 4

δοκιµίου. Έτσι, µε βάση τα πρότερα αποτιµηθέντα µεγέθη αντοχής διαρροής της ντίζας και της µέσης f c του σκυροδέµατος του κάθε δοκιµίου (Πίνακας 1), εφαρµόσθηκαν τρία ποσοστά ανηγµένου αξονικού 0%, 22% και 43% του µέγιστου ανηγµένου φορτίου αστοχίας του σκυροδέµατος, σε ζεύγη οµάδων ανά τρία δοκίµια. Μετά τη διαδικασία προφόρτισης όλα τα δοκίµια ποντίσθηκαν ανα τρία, σε κατακόρυφη θέση, σε πλαστικούς κάδους πλήρεις από υδάτινο διάλυµα χλωριούχου νατρίου (NaCl) πυκνότητας 5% κ.β. (Σχήµα 2). Κατόπιν αφέθηκαν για χρονικό διάστηµα: i) 3 µηνών (Φάση 1) και ii) 12 µηνών (Φάση 2), για κάθε οµάδα αξονικού, στο πέρας του οποίου ανασύρθηκαν για να ελεγχθούν. Σχήµα 2. Σχηµατική διάταξη του κυκλώµατος για την επίτευξη επιταχυνόµενης διάβρωσης και φωτογραφίες των δοκιµίων και των κάδων αποθήκευσης στο διάλυµα NaCl στο χώρο του Εργ. ΟΣ ΕΜΠ. 5

Για την επιτάχυνση της διαδικασίας, οι οπλισµοί και το περιβάλλον διάλυµα διατηρήθηκαν µέσω κατάλληλου ηλεκτρικού κυκλώµατος υπό σταθερή διαφορά δυναµικού έντασης 500 mv, καθ όλη τη διάρκεια της µηχανικής και χηµικής φόρτισης, σε κάθε περίπτωση. Η διάταξη του ηλεκτρικού κυκλώµατος που συνέδεε τους κλωβούς των οπλισµών (άνοδος) και το φύλλο χαλκού (κάθοδος) σε κάθε κάδο µε µετασχηµατιστή AC/DC εν σειρά µε ρυθµιστικό ρεοστάτη για σταθερή παροχή δυναµικού 500 mv στο κύκλωµα δείχνεται στο Σχήµα 2. Σηµειώνεται ότι, πριν να ποντισθούν τα δοκίµια, η επαφή όλων των ελασµάτων έδρασης µε τις ακραίες διαµήκεις παρειές των δοκιµίων µονώθηκε περιµετρικά µε σιλικόνη, ώστε νε µην υπάρξει εισροή νερού και χλωριόντων από αυτές τις παρειές αλλά µόνον από τα πλευρικά τοιχώµατα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (1) 4 ν = 0.0 (2) 7 ν = 0.0 (3) 10 ν = 0.0 (4) 12 ν = 0.22 (5) 13 ν = 0.22 (6) 14 ν = 0.22 (7) 2 ν = 0.44 (8) 6 ν = 0.44 (9) 8 (10) 3 6

ν = 0.44 ν = 0.0 (11) 11 (12) 17 ν = 0.0 ν = 0.0 (13) 15 ν = 0.22 (15) 18 ν = 0.22 (14) 16 ν = 0.22 (16) 1 ν = 0.44 (17) 5 ν = 0.44 Σχήµα 3. Εξωτερική φωτογραφική απεικόνιση των διαβρωµένων δοκιµίων µετά το πέρας του πειράµατος, στις Φάσεις 1 και 2. Μεταβολή της έντασης του ρεύµατος µε το χρόνο Η µεταβολή της έντασης ρεύµατος σε συνάρτηση µε το χρόνο σχετίζεται µε τη µεταβολή της αντίστασης που προβάλει εν µέρει το µέσο (χωρική κατανοµή των δοκιµίων στον κάδο, φύλλο χαλκού και υγρό διάλυµα χλωριούχου νατρίου µε ενδεχόµενη αλλαγή στην πυκνότητά του στο χώρο) αλλά, κυρίως, η επικάλυψη των οπλισµών των δοκιµίων, κατά τη διέλευση του ρεύµατος µέσα από αυτήν. Η αναγωγή αυτή προκύπτει καθώς η αντίσταση ως µέγεθος είναι αντιστρόφως ανάλογο της έντασης του ρεύµατος που την διαρρέει και εφόσον ταυτόχρονα διατηρείται σταθερή η εφαρµοζόµενη διαφορά δυναµικού. Στο υπό µελέτη κύκλωµα ενσωµατώνονται έξι κάδοι, κάθε ένας εκ των οποίων περιέχει µια σειρά από τρία δοκίµια υπό την ίδια αξονική φόρτιση (και µηδενική): Τα δοκίµια ίδιου αξονικού φορτίου είχαν την ίδια αντοχή σε θλίψη f c, ενώ στους κάδους µε αφόρτιστα δοκίµια τοποθετήθηκαν και δοκίµια που είχαν διαφορετική f c. Κάθε κάδος µε τρία δοκίµια προσοµοιώνεται από τρεις αντιστάσεις συνδεδεµένες εν παραλλήλω, συνεπώς, η συνολική ένταση ρεύµατος που το διατρέχει είναι ίση µε το άθροισµα των εντάσεων των ρευµάτων που διατρέχουν (18) 9 ν = 0.44 7

Ένταση (µα) Ανηγµένη Ένταση ένταση εν χρόνω εν χρόνω τα δοκίµια. Με αυτό 60 10000 τον τρόπο δίδεται η Σειρά 1 δυνατότητα σύγκρισης Σειρά 2 50 έξι καµπυλών έντασης Σειρά 3 1000 Σειρά 4 ρεύµατος συναρτήσει 40 Σειρά 5 του χρόνου, από τις Σειρά 6 οποίες κάθε µία 30 100 Σειρά 1 αντιστοιχεί σε µια 20 Σειρά 2 αξονική φόρτιση (ν = Σειρά 3 0, ν = 0.22, ν = 0.44). Η 10 Σειρά 4 10 µεταβολή της έντασης Σειρά 5 Σειρά 6 στο χρόνο 0 απεικονίζεται σε 1/ 61 16/ 6 1/ 7 16/ 7 31/ 7 16/ 8 31/ 8 15/ 9 30/ 9 15/ 10 31/ 10 15/ 11 30/ 11 15/ 12 1/ 6 16/ 6 1/ 7 16/ 7 31/ 7 16/ 8 31/ απόλυτα µεγέθη αλλά Χρόνος 8 15/ 9 30/ 9 15/ 10 31/ 10 15/ 11 30/ 11 15/ 12 Χρόνος και σε ανηγµένη µορφή, διαιρώντας µε την αρχική µέτρηση του κυκλώµατος κατά την έναρξη του πειράµατος, ώστε να συγκρίνονται όλες οι περιπτώσεις στην ίδια βάση σύγκρισης. (α) (β) Σχήµα 4. Μεταβολή της συνολικής έντασης ανά σειρά δοκιµίων κοινού αξονικού φορτίου στο χρόνο υπό σταθερή τάση 500 mv σε: α) Απόλυτα (λογαριθµικά) µεγέθη έντασης και, β) Μεγέθη ανηγµένης έντασης (χρονικά µεταβαλλόµενη µέτρηση προς την αρχική µέτρηση του πειράµατος κατά την εµβάπτιση στο διάλυµα χλωριόντων). Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα (Σχήµα 4) παρατηρείται ότι: i) Ο λόγος τελικής προς αρχική ένταση ρεύµατος αποδεικνύει ότι το φαινόµενο της διείσδυσης των χλωριόντων εξαρτάται σηµαντικά από την εντατική κατάσταση του στοιχείου. Είναι σαφές ότι πέρα από την διαµόρφωση της αρχικής τιµής στην αντίσταση που προβάλει το στοιχείο στο ρύπο, είναι σηµαντικό δεδοµένο και για τον ρυθµό µε τον οποίο θα εξελιχθεί το φαινόµενο, ii) Από το διάγραµµα 8

προκύπτει ότι κατά τον πρώτο µήνα λειτουργίας του πειράµατος, η εξέλιξη του φαινοµένου ήταν σταθερή και η µεταβολή ως προς την αρχική τιµή δεν ξεπέρασε σε καµία οµάδα το 3.0, iii) Οι δύο οµάδες δοκιµίων µε το υψηλό αξονικό (ν = 0.44), παρουσίασαν απότοµη υποβάθµιση της αντίστασης που προέβαλαν στη διέλευση του ρεύµατος από αυτά. Στη µία µάλιστα οµάδα παρατηρήθηκε αύξηση κατά 900% στη µέση αθροιστικά ένταση ρεύµατος από τα τρία δοκίµια, ενώ ο χρόνος που µεσολάβησε στις δύο διαδοχικές µετρήσεις ήταν µόλις τρεις ηµέρες και, iv) Σε δύο περιπτώσεις οµάδων, µία µε αξονικό ν = 0.22 και µια χωρίς φόρτιση παρατηρήθηκε αύξηση σε σχέση µε την αρχική τιµή κατά 7.2 και 5.2 φορές, αντίστοιχα. Η εξέλιξη αυτή, πραγµατοποιήθηκε ωστόσο σταδιακά και µε αρκετές διακυµάνσεις αυξοµειώσεων αντίθετα µε ότι συνέβη στις οµάδες υψηλού αξονικού φορτίου, όπου η αύξηση ήταν και πιο ουσιαστική και πιο άµεση. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η σύγκριση µεταξύ των δύο αφόρτιστων οµάδων ( 4, 7, 10) και ( 3, 11, 17). Τα δοκίµια της πρώτης οµάδας προέρχονται εξ ολοκλήρου από την πρώτη σκυροδέτηση (f c = 22.6 ΜPa), ενώ στη δεύτερη οµάδα ανήκουν δύο δοκίµια από τη δεύτερη σκυροδέτηση (f c = 28.5 ΜPa) και ένα από την πρώτη, όλα δε, υπόκεινται στην ίδια µηδενική αξονική. Στο διάγραµµα αναγωγής των οµάδων στην αρχική τους µέτρηση (Σχήµα 4.β) διαφαίνεται ότι κατά τη διάρκεια της Φάσης 1, η πρώτη οµάδα των αφόρτιστων δοκιµίων ( 4, 7, 10) έµεινε καθ όλη τη διάρκεια του πειράµατος κοντά στην αρχική της τιµή ροής ρεύµατος ενώ η οµάδα ( 3, 11, 17), µε σχετικά υψηλότερη αντοχή σε θλίψη, αύξησε την αρχική της τιµή κατά τρείς περίπου φορές. Πίνακας 2. ιαφορά δυναµικού (mv) µεταξύ σκυροδέµατος και χάλυβα. Α/Α, Φάση 1 4 7 10 12 13 14 2 6 8 ν 0 0 0 0.22 0.22 0.22 0.44 0.44 0.44 Κάτω παρειά (mv) 635 633 691 638 581 582 551 535 625 Άνω παρειά (mv) 617 622 679 605 572 575 524 522 619 Μ.Ο. (mv) 626 628 685 622 577 579 538 529 622 Α/Α, Φάση 2 3 11 17 15 16 18 1 5 9 ν 0 0 0 0.22 0.22 0.22 0.43 0.43 0.43 Κάτω παρειά (mv) 680 665 659 602 589 605 629 506 467 Άνω παρειά (mv) 684 696 674 610 605 645 660 535 512 Μ.Ο. (mv) 682 681 667 606 597 625 645 521 490 Προκύπτει, άρα, ότι για τη µικρή σχετικά διαφορά θλιπτικής αντοχής που διερευνήθηκε, η αντοχή του σκυροδέµατος δεν ήταν σηµαντικός παράγοντας στη διαµόρφωση της ταχύτητας εξέλιξης του πειράµατος, αντίθετα µε το αξονικό λειτουργίας του στοιχείου που διαφαίνεται καθαρά ότι έχει σηµαντικό ρόλο. Σε 9

ότι αφορά την αρχική τιµή έντασης, η οµάδα µε την χαµηλότερη αντοχή δοκιµίων παρουσίασε µικρότερη αντίσταση στη διέλευση του ρεύµατος. Το στοιχείο αυτό ήταν λογικό και αναµενόµενο καθώς διέθετε και µεγαλύτερο πορώδες, όπως αυτό συσχετίζεται µε τη χαµηλότερη αντοχή f c, σύµφωνα και µε το σχεδιασµό σε ανθεκτικότητα κατά ΕΛΟΤ ΕΝ206-1 (2008). Πίνακας 3. Μάζα οπλισµών κατά την αρχική, ενδιάµεση και τελική Φάση. α/α 4 7 10 12 13 14 2 6 8 f c (ΜPa) 22.6 22.6 22.6 28.5 28.5 28.5 22.6 22.6 22.6 ν 0 0 0 0.22 0.22 0.22 0.43 0.43 0.43 W αρχ (g) 1340.0 1264.6 1303.0 1312.7 1383.8 1356.0 1390.4 1373.5 1292.6 W τελ (g) 1337.2 1262.4 1300.5 1310.0 1381.8 1353.9 1388.1 1371.5 1290.3 W (g) 2.8 2.2 2.5 2.7 2.0 2.1 2.3 2.0 2.3 P u (kn) 411 370 323 509 358 485 418 426 400 α/α 3 11 17 15 16 18 1 5 9 f c (ΜPa) 22.6 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 22.6 22.6 22.6 ν 0 0 0 0.22 0.22 0.22 0.43 0.43 0.43 W αρχ (g) 1358.7 1360.3 1336.3 1397.0 1336.4 1332.2 1306.2 1382.3 1364.4 W τελ (g) 1355,4 6 1357,6 2 1360,4 8 1393,3 2 1332,7 0 1328,4 9 1302,4 6 1378,3 9 1360,6 W (g) 3,24 2,68 2,82 3,68 3,70 3,71 3,74 3,91 3,80 P u (kn) 265 243 363 390 331 319 391 400 345 ιαφορά δυναµικού Με την ίδια πειραµατική διάταξη και καταγραφικό (ποτενσιόµετρο) µετρήθηκε η διαφορά δυναµικού στο κάθε δοκίµιο κατά τη χρονική στιγµή που αυτό εξήλθε από την εµβάπτιση στο χλωριούχο νάτριο (Πίνακας Χ) στις Φάσεις 1 και 2. Σκοπός της µέτρησης ήταν να βαθµονοµηθεί η διάβρωση του κάθε δοκιµίου (οπτική αναγνώριση και απώλεια βάρους) µε τη δεδοµένη µέτρηση, λόγω του γεγονότος ότι η µέθοδος (ASTM C876, 1999) αποτελεί ένα ευρέως διαδεδοµένο τρόπο εκτίµησης της εξάπλωσης της διάβρωσης οπλισµών, επί τόπου στο έργο. Οι αρχικές µετρήσεις διαφοράς δυναµικού αµέσως µετά την κατασκευή των δοκιµίων ήταν µεταξύ 50 και 100 mv. Για τα δοκίµια και των δύο Φάσεων, τα οποία ανασύρθηκαν από το διάλυµα χλωριόντων στο τρίµηνο, οι µετρήσεις κυµάνθηκαν µεταξύ -490 και -690 mv. Η µεταβολή αυτή οφείλεται στη διείσδυση των χλωριόντων στους πόρους του σκυροδέµατος µε αποτέλεσµα τη 10

σταδιακή εξάλειψη της παθητικής προστασίας που προσέφερε το σκυρόδεµα στο χάλυβα. Σύµφωνα και µε το ASTM C876 (2000), για µέτρηση διαφοράς δυναµικού µικρότερης των -350mV παρουσία οξυγόνου, ο οπλισµός έχει διαβρωθεί µε πιθανότητα 90%. Σηµειώνεται ότι η παρειά του δοκιµίου που βρισκόταν βαθύτερα στον κάδο (Πίνακας 2) ανέπτυξε µεγαλύτερη διαφορά δυναµικού από αυτήν κοντά στην επιφάνεια του διαλύµατος. Απώλεια της µάζας των οπλισµών Οι αρχικές και οι τελικές µετρήσεις του συνολικού βάρους των διαµήκων οπλισµών ανά δοκίµιο ταξινοµούνται αντίστοιχα µε το ανηγµένο αξονικό και τη διάρκεια έκθεσης στον Πίνακα 3. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα διαφαίνεται ότι σε όρους απώλειας µάζας οπλισµών, η κατά µέσον όρο απώλεια στη Φάση 1 είναι 2.50,g ( 4, 7,και 10 µε ν=0), έναντι 2,.27 g (ν=0.22, 12, 13,και 14) και 2.17 g (ν=0.44, 12, 13,και 14). Η απώλεια µάζας των οπλισµών χωρίς αξονική φόρτιση ήταν η µεγαλύτερη χωρίς όµως να υπάρχει σηµαντική διαφορά µε τα δοκίµια που είχαν αξονική φόρτιση. Όµως στην δεύτερη φάση, µετά πάροδο 12 µηνών, η απώλεια µάζας των δοκιµίων χωρίς φόρτιση (ν=0) ήταν2,91 g, των δοκιµίων µε ν=0,22 ήταν 3,70 g και των δοκιµίων µε ν=0,43 ήταν 3,82 g. Στην αρχική περίοδο των 3 µηνών τα δοκίµια του σκυροδέµατος δεν είχαν ρωγµές, όπως άλλωστε υποδεικνύει και η ένταση του ρεύµατος φόρτισης και εποµένως οι απώλειες µάζας όλων των δοκιµίων ήσαν περίπου οι ίδιες. Στην περίοδο όµως των 12 µηνών στα δοκίµια µε αξονική φόρτιση σχηµατίσθηκαν ρωγµές, όπως υποδεικνύει και µεταβολή στην ένταση ρεύµατος των φορτισµένων αξονικά δοκιµίων, µε αποτέλεσµα οι απώλειες µάζας να αυξηθούν σηµαντικά σε σχέση µε τα αφόρτιστα δοκίµια. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τις πειραµατικές µετρήσεις της εργασίας αυτής προκύπτει ότι η µείωσης της ηλεκτρικής αντίστασης των δοκιµίων στο χρόνο εξαρτάται και από το επίπεδο της αξονικής καταπόνησης. Συγκεκριµένα, παρατηρήθηκε µια επιτάχυνση της έντασης του ρεύµατος φόρτισης για αύξουσα δρώσα αξονική από 0, έως 44% της µέγιστης αντοχής, αυξανόµενη κατά 100% µεταξύ σειρών δοκιµίων. Αυτή οφείλεται στην άµεση συσχέτιση της αξονικής µε την κατανοµή, το εύρος και την κατευθυντικότητα της µικρορηγµάτωσης που δηµιουργείται στο αξονικά φέρον στοιχείο, λόγω της ανοµοιογένειας του ΟΣ και των µηχανικών του χαρακτηριστικών, όπως η διόγκωση λόγω δράσης Poisson εγκάρσια προς τη θλίψη. Η δεδοµένη αυτή αύξηση και οργάνωση των µικρορωγµών που δηµιουργούνται, έχει σαν αποτέλεσµα τη διευκόλυνση, µακροχρόνια, της εισδοχής του ρύπου από την προσβαλλόµενη επικάλυψη προς τον οπλισµό, κατά τη διάρκεια ζωής σχεδιασµού του δοµικού στοιχείου. Η µεταβολή αυτή προκάλεσε σηµαντική αύξηση της απώλειας µάζας στα δοκίµια µε αξονική φόρτιση σε σύγκριση µε τα αφόρτιστα δοκίµια σε χρονικό διάστηµα έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον 12 µήνες. 11

Τα αποτελέσµατα αυτά δείχνουν ότι πρέπει να ληφθεί υπόψη στον σχεδιασµό σε ανθεκτικότητα αξονικών στοιχείων και το µέγεθος της αξονικής φόρτισης. Η συλλογή περισσότερων πειραµατικών αποτελεσµάτων θα επιτρέψει την µεταβολή των προσοµοιωµάτων διάχυσης χλωριόντων, βάσει των οποίων υπολογίζεται η ελάχιστη επικάλυψη του οπλισµού c dur για ανθεκτικότητα. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Almusallam A.A., Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars. J. Constr. Build. Mater., Vol. 15, No 8 (2001) 361-368. Αποστολόπουλος Χ. & Παπαδάκης Ε.Γ., Έναρξη, εξέλιξη και συνέπειες διάβρωσης οπλισµού κατασκευών από οπλισµένο σκυρόδεµα, 15ο Συνέδριο Σκυροδέµατος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, (2006). ASTM C876, Standard test method for half-cell potentials of uncoated reinforcing steel in concrete, στο Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04.02,, American Soc for Testing and Materials (2000) 446-451. Berto L., P. Simioni & A. Saetta, Numerical modelling of bond behaviour in RC structures affected by reinforcement corrosion, Engineering Structures, Vol. 30, No 5 (2008), 1375-1385. Bousias S., T. Triantafyllou, M. Fardis, L. Spathis & B. O Regan, FRP retrofitting of rectangular reinforced concrete columns with or without corrosion, ACI Structural J, Vol. 101, No 4 (2004) 512-520. ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1, Σκυρόδεµα - Μέρος 1: Προδιαγραφή, επιτελεστικότητα, παραγωγή και συµµόρφωση (2008). ΕΚΩΣ. «Ελληνικός Κανονισµός Έργων από Σκυρόδεµα». ΥΠΕΧΩ Ε, ΦΕΚ 1329Β/6-11/2000, (2000). El Maaddawy Τ.Α. & K.A. Soudki, Long-Term performance of corrosiondamaged reinforced concrete beams. ACI Structural J, Vol. 102, No 5 (2005) 649-656. Li C.Q., Initiation of Chloride-Induced Reinforcement Corrosion in Concrete Structural Members - Experimentation. ACI Structural J, Vol. 98, No 4 (2001) 502-510. Batis G. & E. Rakanta, Corrosion of steel reinforcement due to atmospheric pollution, Cement & Concrete Composites, Vol. 27, No 2, (2005) 269 275. Papadakis V.G., M.N. Fardis & C.G. Vayenas, Physicochemical processes and mathematical modeling of concrete chlorination. Chem Engng Sci., Vol. 51, No 4 (1996) 505-513. Vu K., Stewart M. G. & J. Mullard, Corrosion-Induced Cracking: Experimental Data and Predictive Models. ACI Structural J, Vol. 102, No 5 (2005) 719-726. 12