1 Βελτιστοποίηση συνδυασµού ιπτάµενης τέφρας και παραπροϊόντος κοιτάσµατος πορφυρίτη στην ανθεκτικότητα σκυροδέµατος Optimization of fly ash and porfiritis waste combination in concrete durability Γεώργιος ΜΠΑΤΗΣ 1, Αθανάσιος ΡΟΥΤΟΥΛΑΣ 2, Παρασκευή ΠΑΝΤΑΖΟΠΟΥΛΟΥ 3 Λέξεις κλειδιά: ιπτάµενη τέφρα, πορφυρίτης, αντοχές, χλωριόντα, Strain Gauges ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα ερευνητική εργασία µελετήθηκε η δυνατότητα βελτιστοποίησης συνδυασµού ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη Χαλκιδικής στην παραγωγή τσιµεντοκονιαµάτων υψηλής ανθεκτικότητας στην περιβαλλοντική διάβρωση. Το πειραµατικό µέρος περιέλαβε έκθεση οπλισµένων δοκιµίων κονιάµατος σε διαβρωτικό περιβάλλον µερικής εµβάπτισης σε διάλυµα 3.5% κ.β. χλωριούχου νατρίου και έλεγχο της ανθεκτικότητάς τους µε µετρήσεις των θλιπτικών αντοχών, ηλεκτροχηµικές µετρήσεις (επιταχυνόµενες δοκιµές Strain Gauges, µετρήσεις δυναµικού διάβρωσης και ρεύµατος διάβρωσης) και µετρήσεις απώλειας µάζας των σιδηροπλισµών. Σύµφωνα µε τα µέχρι τώρα αποτελέσµατα, παρατηρήθηκε ότι η χρήση του συνδυασµού πορφυρίτη και ιπτάµενης τέφρας σε συνολικό ποσοστό έως 20% έχει ευεργετική επίδραση στην ανθεκτικότητα των σιδηροπλισµών, χωρίς σηµαντική επίδραση στις µηχανικές αντοχές. ABSTRACT : The possibility of optimizing the combination of fly ash and porfiritis waste in the production of mortars enduring environmental corrosion was studied in the present research work. The experimental part included partial immersion of reinforced mortar specimens in 3.5% w/w sodium chloride solution and examination of their durability by measuring compressive strength as well as by conducting electrochemical measurements (accelerated Strain Gauges tests, measurements of corrosion potential and corrosion current) and measurements of reinforcement mass loss. According to the preliminary results, the use of a combination of fly ash and porfiritis waste up to a total percentage of 20% acts 1 Καθηγητής, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: gbatis@central.ntua.gr 2 Καθηγητής, Τµήµα Φυσικής Χηµείας και Τεχνολογίας Υλικών, Τ.Ε.Ι. Πειραιά, email: arout@teipir.gr 3 Χηµικός Μηχανικός, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: parpant@central.ntua.gr
2 beneficially on reinforcement durability without affecting significantly mechanical strength. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αξιοποίηση της τσιµεντοβιοµηχανίας, ως εναλλακτικής λύσης διάθεσης αστικών και βιοµηχανικών αποβλήτων, είναι τεχνικά εφικτή, οικονοµικά συµφέρουσα και µπορεί να συµβάλει αποφασιστικά στην περιβαλλοντική και αναπτυξιακή αειφορία (Τάσιος & Αλιγιζάκη 1993). Τα σύνθετα τσιµέντα εµφανίζουν σηµαντικά τεχνικά πλεονεκτήµατα συγκρινόµενα µε το αµιγές τσιµέντο Portland, όσον αναφορά στην ανθεκτικότητα τους σε ποικίλα διαβρωτικά περιβάλλοντα (Mehta & Monteiro 2005, Bentur & Mitchell 2008, Kouloumbi & Batis 1992). Η δηµιουργία διµερών µιγµάτων ή µιγµάτων περισσότερων συστατικών δίνει τη δυνατότητα της επιλεκτικής τροποποίησης των ιδιοτήτων του παραγόµενου σκυροδέµατος. Χαρακτηριστικά, ένα σύνθετο τσιµέντο µπορεί µε κατάλληλη σύνθεση να καλύψει συγκεκριµένες απαιτήσεις αντοχής, ανθεκτικότητας σε δεδοµένο διαβρωτικό περιβάλλον, θερµότητας ενυδάτωσης, εργασιµότητας κ.α. (Bertolini & Συνεργάτες 2004). Το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 450 για τα κατασκευαστικά υλικά ορίζει ως ιπτάµενη τέφρα το λεπτόκοκκο υλικό που αποτελείται κυρίως από σφαιρικά, υαλώδη σωµατίδια, προερχόµενα από την καύση κονιορτοποιηµένου άνθρακα. Λαµβάνεται από τα ηλεκτροστατικά ή µηχανικά φίλτρα, τα οποία την δεσµεύουν από τα απαέρια των λεβήτων καύσης κονιορτοποιηµένου άνθρακα. Το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ197-1 διαχωρίζει τις τέφρες σε δύο κατηγορίες: στις πυριτικές τέφρες (V), οι οποίες περιέχουν λιγότερο από 10% CaO και παρουσιάζουν ποζολανικές ιδιότητες και στις ασβεστολιθικές τέφρες (W), οι οποίες περιέχουν 10-35% CaO, ενώ µπορεί να έχουν και υδραυλικές ιδιότητες (Τσιβιλής & Τσίµας 2000). Οι Ελληνικές ιπτάµενες τέφρες ανήκουν στην κατηγορία των ασβεστοπυριτικών και πλούσιων σε άσβεστο τεφρών. Η ιπτάµενη τέφρα Πτολεµαΐδας είναι πλούσια σε ασβέστιο και κατατάσσεται στην κατηγορία «υδραυλικών τεφρών», ενώ η ιπτάµενη τέφρα Μεγαλόπολης είναι πλούσια σε πυριτικά και χαρακτηρίζεται ως καλή «ποζολανική τέφρα», καθώς και σε θειικά (SO 3 ). Οι ποσότητες της ιπτάµενης τέφρας που παράγονται ετησίως εκτιµώνται γύρω στους 11.5-12 εκατοµµύρια τόνους, το µεγαλύτερο ποσοστό των οποίων παράγεται από τη ΕΗ και συγκεκριµένα το 80% από τους ατµοηλεκτρικούς σταθµούς της επιχείρησης σε Κοζάνη και Πτολεµαΐδα και το 20% σε Μεγαλόπολη. Συγκρίνοντας το ποσοστό αξιοποίησης της χώρας µε τον αντίστοιχο µέσο όρο της Ευρώπης υπάρχει σηµαντική υστέρηση, εφόσον αξιοποιείται περίπου 1 µε 1.1 εκατοµµύρια τόνους τέφρας, δηλαδή το 10% της παραγόµενης ποσότητας, την ίδια στιγµή που στην Ευρώπη το ποσοστό εκµετάλλευσης φτάνει γύρω στο 18.2% (Τσιβιλής & Τσίµας 2000). Ως πλεονεκτήµατα της χρήσης των ιπτάµενων τεφρών στα σύνθετα τσιµέντα θεωρούνται η συµβολή στη δηµιουργία καθαρότερου και ασφαλέστερου
3 περιβάλλοντος, η µείωση των εκποµπών διοξειδίου του άνθρακα από την αντικατάσταση τσιµέντου σε διάφορες εφαρµογές, η διατήρηση των φυσικών πόρων αντικαθιστώντας άλλα υλικά, η µείωση του συνολικού κόστους παραγωγής ενέργειας από την εκµετάλλευσή της και τελικά η µείωση των απαιτούµενων χώρων για την απόθεση της τέφρας. Ο λειοτριβηµένος πορφυρίτης, παραπροϊόν των µεταλλείων εξόρυξης χρυσού του οικισµού «Σκουριές» στη Β.Α. Χαλκιδική, περιέχει οξείδια του ασβεστίου, πυριτίου, σιδήρου και αργιλίου. Αρχικά διενεργήθηκε ο απαραίτητος βάσει του EN 450-1 έλεγχος για την ενεργότητα του πορφυρίτη (προσδιορισµός ενεργού πυριτίου), και η τιµή της ενεργότητας βρέθηκε 25.5, γεγονός που επέτρεπε την περαιτέρω συνέχιση της µελέτης. Ακολούθως, µελετήθηκε η ανθεκτικότητα του παραγόµενου σύνθετου τσιµέντου, όπου το ΟPC αντικαταστάθηκε από πορφυρίτη σε ποσοστό 20% κ.β. τσιµέντου (τύπος τσιµεντοκονιάµατος CEM II/A-S κατά ΕΝ 197-1), έναντι δύο συνήθων διαβρωτικών παραγόντων: της διείσδυσης χλωριόντων και της ενανθράκωσης (Batis & Συνεργάτες 2008). Επιπλέον διερευνήθηκε η δυνατότητα προσδιορισµού του εύρους χρήσης πορφυρίτη ως πρόσθετο στο τσιµέντο (Μπατής & Συνεργάτες 2008). Ως συνέχεια του ανωτέρω ερευνητικού έργου µελετήθηκε η δυνατότητα αξιοποίησης συνδυασµού ιπτάµενης τέφρας Πτολεµαΐδας και παραπροϊόντος κοιτάσµατος πορφυρίτη Χαλκιδικής στην παραγωγή τσιµεντοκονιαµάτων υψηλής ανθεκτικότητας στην περιβαλλοντική διάβρωση και κυρίως έναντι της διείσδυσης χλωριόντων. Η διείσδυση χλωριόντων είναι ο κύριος µηχανισµός έναρξης και συντήρησης της διάβρωσης του οπλισµού σε θαλάσσιο περιβάλλον και παράκτιες κατασκευές (Jau & Tsay 1998, Thomas & Matthews 2004, Montemor & Συνεργάτες 2003). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΥΛΙΚΑ Προκειµένου να µελετηθεί η αξιοποίηση συνδυασµού ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη στην παραγωγή τσιµεντοκονιαµάτων χρησιµοποιήθηκαν οι ακόλουθες µέθοδοι ελέγχου για: Προσδιορισµό της θλιπτικής αντοχής των µειγµάτων. Μέτρηση της διάβρωσης µε τεχνική Strain Gauges. Μετρήσεις δυναµικού διάβρωσης ως προς ηλεκτρόδιο αναφοράς κορεσµένου καλοµέλανα SCE σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM C876-87. Μέτρηση της πυκνότητας ρεύµατος διάβρωσης µέσω της χάραξης ποτενσιοδυναµικών καµπυλών πόλωσης (µέθοδος γραµµικής πόλωσης). Το ηλεκτροχηµικό κελί για τον προσδιορισµό της ταχύτητας διάβρωσης µέσω της τεχνικής γραµµικής πόλωσης αποτελείται από το δοκίµιο τσιµεντοκονιάµατος ως ηλεκτρόδιο εργασίας, ηλεκτρόδιο αναφοράς ένα ηλεκτρόδιο καλοµέλανα και βοηθητικό ηλεκτρόδιο δύο βραχυκυκλωµένες ράβδους άνθρακα. Πραγµατοποιήθηκε σάρωση του δυναµικού µέσω του 262A Potensiostat / Galvanostat της EG&G, µε ταχύτητα 0.1 mv/s σε εύρος δυναµικού ± 20 mv από το δυναµικό ανοικτού κυκλώµατος (Kouloumbi & Batis 1992).
4 Προσδιορισµό της απώλειας µάζας των οπλισµών (κατά ISO/DIS 8407.3). Για την κατασκευή των δοκιµίων των µετρήσεων της θλιπτικής αντοχής χρησιµοποιήθηκε τσιµέντο Portland (OPC) τύπου CEM Ι 32.5Ν, σκύρα και χαλίκια ελληνικής προέλευσης και νερό δικτύου Αθήνας. Παρασκευάστηκαν δοκίµια άοπλου σκυροδέµατος, µε τις ακόλουθες αναλογίες σε Kg/m 3 (τσιµέντο : 280, γαρµπίλι : 480, χαλίκι : 480, άµµος : 960, νερό : 180). Στα σύνθετα δοκίµια το ΟPC αντικαταστάθηκε, από πορφυρίτη σε ποσοστό 20%, ιπτάµενη τέφρα 20% και πορφυρίτη και ιπτάµενη τέφρα από 10% (τύπος τσιµεντοκονιάµατος CEM II/A-S κατά ΕΝ 197-1). Ο προσδιορισµός της θλιπτικής αντοχής έγινε σε κυβικά δοκίµια σκυροδέµατος ακµής 15 cm (βάσει του ΕΝ 196-1), σε ηλικίες 7 και 28 ηµερών. Η χηµική σύσταση του τσιµέντου Portland, του πορφυρίτη Χαλκιδικής και της ιπτάµενης τέφρας Πτολεµαΐδας δίνεται στον Πίνακα 1. Η λεπτότητα του πορφυρίτη ήταν της τάξης του τσιµέντου Portland. Πίνακας 1. Χηµική σύσταση τσιµέντου Portland, πορφυρίτη και ιπτάµενης τέφρας SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O SO 3 CaO (f) LOI OPC 20.67 4.99 3.18 63.60 2.73 0.37 0.29 2.41 2.41 2.52 Πορφυρίτης 34.34 10.37 2.44 41.30 6.90 0.32 0.38 0.12-0.09 Ιπτάµενη τέφρα 37.02 16.80 6.61 27.21 3.24 1.25 0.49 5.41 7.62 2.74 Τα δοκίµια των ηλεκτροχηµικών µετρήσεων ήταν κυλινδρικά, διαστάσεων Φ40 100 mm. Για την κατασκευή των δοκιµίων αυτών, που εµβαπτίστηκαν µερικώς στο διάλυµα NaCl 3.5% κ.β., χρησιµοποιήθηκαν τσιµέντο Portland (OPC) τύπου CEM Ι 42.5Ν, άµµος περιοχής Ξάνθης και νερό δικτύου Αθήνας µε αναλογίες 1:3:0.5 σύµφωνα µε τον κανονισµό DIN 1164. Στα σύνθετα δοκίµια χρησιµοποιήθηκαν οι ίδιες αναλογίες πορφυρίτη και ιπτάµενης τέφρας όπως ανωτέρω. Στα δοκίµια αυτά τοποθετήθηκαν αξονικά χαλύβδινοι οπλισµοί σκυροδέµατος (Σχ. 1) τύπου Tempcore S500s, διαµέτρου 12 mm και ύψους 100 mm, µε την ακόλουθη χηµική σύσταση (C:0.18%, Mn:0.99%, S:0.047%, P:0.023%, Si:0.15%, Ni:0.09%, Cr:0.09%, Cu:0.21%, V:0.02%, Mo:0.021). Οι κατηγορίες δοκιµίων και η σύστασή τους κ.β. δίνονται στον Πίνακα 2. Πίνακας 2. Κατηγορίες δοκιµίων Σύσταση (κ.β.) Κατηγορία OPC Πορφυρίτης Ιπτάµενη τέφρα Άµµος Νερό RE 1.00 - - 3.00 0.50 I20 0.80-0.20 3.00 0.50 P20 0.80 0.20-3.00 0.50 I10P10 0.80 0.10 0.10 3.00 0.50
5 14 12 14 ΚΑΛΩ ΙΟ ARALDITE 15 100 ΟΠΛΙΣΜΟΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑ 15 Σχήµα 1. Μορφή και διαστάσεις (σε mm) κυλινδρικών δοκιµίων. Τα δοκίµια των µετρήσεων Strain Gauge ήταν πρισµατικά, διαστάσεων 80 80 100 mm, µε οπλισµούς διαµέτρου 12 mm. 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. Τα αισθητήρια που χρησιµοποιήθηκαν για τη µέτρηση του ρυθµού διάβρωσης των οπλισµών ήταν Strain Gauge (SG) τύπου KM-30-120 της KYOWA. (Routoulas & Batis 1999) (σχήµα 2). ύο SG βυθίζονται 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 εξισορρόπηση της θερµοκρασίας και των άλλων παραµέτρων που επηρεάζουν τη µέτρηση. Τα δοκίµια παρέµειναν στον θάλαµο συντήρησης (20 C, 100% humidity) για 7 ηµέρες και κατόπιν εµβαπτίστηκαν σε 3.5 % κ.β. διάλυµα NaCl. Η επιτάχυνση της διάβρωσης στα δοκίµια, που έχουν µερικώς βυθισθεί σε διάλυµα NaCl 3.5% κ.β., επιτεύχθηκε µε την εφαρµογή 1000 mv σταθερού ανοδικού δυναµικού για επτά ηµέρες. Καθώς η διάβρωση δείχνει να επιβραδύνεται, εφαρµόζεται υψηλότερη τιµή σταθερού 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 (Μπατής & Συνεργάτες 2003, Routoulas & Συνεργάτες 2003). Η διάταξη του πειράµατος περιλαµβάνει ποτενσιοστάτη για την εφαρµογή της ανοδικής φόρτισης, κύκλωµα γέφυρας - ενισχυτή των SG και ένα κοινό πολύµετρο για τις µετρήσεις των SG, όπως φαίνεται στο σχήµα 3.
6 ARALDITE SG SG 15 ΑΓΩΓΟΣ 85 ΟΠΛΙΣΜΟΣ 34 12 ΚΟΝΙΑΜΑ 34 15 50 12 18 Σχήµα 2. Μορφή και διαστάσεις (σε mm) δοκιµίων µε SG. ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΠΟΤΕΝΣΙΟΣΤΑΤΗΣ V + - ΗΛΕΚΤΡΟ ΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ SCE V ΧΑΛΥΒ ΙΝΗ ΡΑΒ ΟΣ A STRAIN GAUGE ΗΛΕΚΤΡΟ ΙΟ ΓΡΑΦΙΤΗ ΟΚΙΜΙΟ 3.5% NaCl sol Σχήµα 3. Σχηµατικό διάγραµµα εργαστηριακής διάταξης ελέγχου διάβρωσης µε SG
7 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Η θλιπτική αντοχή δοκιµίων αναφοράς και δοκιµίων µε προσθήκη ιπτάµενης τέφρας, πορφυρίτη και συνδυασµού ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη ελέγχθηκε σε ηλικίες 7 και 28 ηµερών. Στο Σχήµα 4 γίνεται σύγκριση των αντοχών στις δύο ηλικίες ελέγχου και έχουν χρησιµοποιηθεί οι µέσοι όροι των αποτελεσµάτων που προέκυψαν. Είναι γνωστό ότι οι ποζολανικές προσθήκες οδηγούν γενικά σε µείωση των θλιπτικών αντοχών στις 28 ηµέρες και ότι η µείωση αυτή εξακολουθεί να ισχύει µέχρι το χρονικό διάστηµα των 9 µηνών (Νeville 1996). Από τη µελέτη του σχήµατος προκύπτει ότι η θλιπτική αντοχή όλων των δοκιµίων ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη είναι µικρότερη από αυτή των δοκιµίων αναφοράς, ενώ στις 28 ηµέρες η µικρότερη µείωση στην αντοχή παρουσιάζεται στα δοκίµια µε τον συνδυασµό ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη. Είναι ενθαρρυντικό πάντως το γεγονός ότι οι µειώσεις των αντοχών των 28 ηµερών είναι σχετικά µικρές (της τάξης του 10% περίπου). 40 7 ηµέρες 28 ηµέρες Θλιπτική αντοχή (Mpa) 30 20 10 0 RE I20 P20 I10-P10 Σχήµα 4. Θλιπτική αντοχή όλων των κατηγοριών δοκιµίων στις 7 και 28 ηµέρες Οι τιµές τάσης των SG που λαµβάνονται µε την τεχνική των SG για όλες τις κατηγορίες δοκιµίων παρουσιάζονται στο διάγραµµα του Σχήµατος 5 σε συνάρτηση µε το χρόνο. Τα δοκίµια τα οποία δοκιµάστηκαν κάτω από παρόµοιες συνθήκες εφαρµοζόµενου ανοδικού δυναµικού ταξινοµούνται µε βάση τη διαβρωτική τους συµπεριφορά. Ο αρχικός χρόνος είναι η στιγµή της εφαρµογής του ανοδικού δυναµικού στο δοκίµιο. Σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρήθηκε αύξηση των τιµών τάσης των SG, που σχετίζονται µε τη διάβρωση. Η κλίση της καµπύλης τάσεων των SG υποδεικνύει το µέσο ρυθµό διάβρωσης. Τα δοκίµια αναφοράς και τα δοκίµια µε 20% πορφυρίτη παρουσιάζουν ισοδυναµία, ενώ αντίστοιχα τα δοκίµια µε 20% ιπτάµενη τέφρα καθώς και αυτά µε τον συνδυασµό ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη υποδεικνύουν σαφώς βελτιωµένη συµπεριφορά.
8 500 400 SGR SGI SGP SGI-P Τιµή SG (mv) 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Χρόνος ανοδικής φόρτισης (Ηµέρες) Σχήµα 5. Χρονική εξέλιξη τιµών SG για όλες τις κατηγορίες δοκιµίων. Η µέτρηση του δυναµικού διάβρωσης παρέχει ενδείξεις ως προς την θερµοδυναµική πορεία της διάβρωσης και όχι ως προς το ρυθµό διάβρωσης και έχει σκοπό να προσδιορίσει την κατάσταση των οπλισµών και την πιθανότητα διάβρωσης του χάλυβα στο δεδοµένο διαβρωτικό περιβάλλον (Broomfield & Συνεργάτες 2002). Στο Σχήµα 6 παρουσιάζονται τα δυναµικά διάβρωσης οπλισµένων δοκιµίων κονιαµάτων µετά από 3 µήνες εµβάπτισης στο διαβρωτικό περιβάλλον και τα δοκίµια χαρακτηρίζονται και από την εξέλιξη αλλά και τις τελικές τιµές των δυναµικών διάβρωσης των οπλισµών. Σε όλες τις κατηγορίες δοκιµίων παρατηρείται τάση για σταθεροποίηση του δυναµικού διάβρωσης µετά από 8 εβδοµάδες εµβάπτισης. Η σταθεροποίηση των δυναµικών των σύνθετων δοκιµίων γίνεται σε αρκετά ηλεκτροθετικότερες τιµές από αυτές των δοκιµίων αναφοράς, γεγονός που αποτελεί και ένδειξη της προστατευτικής δράσης των προσθέτων έναντι της επίδρασης του διαλύµατος χλωριόντων. 0 υναµικό διάβρωσης (mv) -100-200 -300-400 -500-600 RE I20 P20 I10-P10-700 0 2 4 6 8 10 12 Χρόνος (εβδοµάδες) Σχήµα 6. υναµικά διάβρωσης ως προς χρόνο έκθεσης σε διάλυµα NaCl.
9 Η επίδραση της προσθήκης ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη στην προστασία του οπλισµού των δοκιµίων από τη διάβρωση εκτιµήθηκε µε προσδιορισµό της ταχύτητας διάβρωσης µέσω χάραξης των ποτενσιοδυναµικών καµπυλών πόλωσης σε δοκίµια µετά από 3 µήνες έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον διαλύµατος χλωριούχου νατρίου (Σχ. 7). Είναι φανερό ότι τα δοκίµια µε τις ποζολανικές προσθήκες παρουσιάζουν µικρότερες τιµές ρεύµατος διάβρωσης από αυτές των δοκιµίων αναφοράς, µε µικρές διαφορές όµως µεταξύ τους. Η παρατηρούµενη αυτή µείωση του ρεύµατος διάβρωσης, που φθάνει στην καλύτερη περίπτωση περίπου στο 35%, οφείλεται στην ικανότητα που έχουν οι ποζολάνες να δεσµεύουν τα χλωριόντα σε κρυσταλλικές ενώσεις. 30,00 Ρεύµα διάβρωσης (µα) 20,00 10,00 0 µήνες 3 µήνες 0,00 RE I20 P20 I10-P10 Σχήµα 7. Ένταση ρεύµατος διάβρωσης µετά από 3 µήνες έκθεσης σε διάλυµα NaCl 3.5% κ.β. για όλες τις κατηγορίες οπλισµένων δοκιµίων Τα αποτελέσµατα αυτά βρίσκονται σε συµφωνία µε τα αποτελέσµατα απώλειας µάζας των οπλισµών µετά από 6 µήνες µερικής εµβάπτισης στο διαβρωτικό περιβάλλον διαλύµατος χλωριούχου νατρίου (Σχ. 8). Παρατηρείται αύξηση της διάβρωσης των σιδηροπλισµών όσο αυξάνεται ο χρόνος παραµονής στο διαβρωτικό περιβάλλον, η οποία είναι µικρότερη εντός των σύνθετων δοκιµίων από αυτήν των δοκιµίων αναφοράς στις ηλικίες των 4, 5 και 6 µηνών. Την µεγαλύτερη προστασία από τη διάβρωση παρέχει ο συνδυασµός ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη (µε ποσοστό περίπου 25% στους 6 µήνες), ακολουθούµενη από τις άλλες δύο προσθήκες. Η παρατηρούµενη µεγαλύτερη απώλεια µάζας των δοκιµίων πορφυρίτη στους 3 µήνες από αυτή των δοκιµίων αναφοράς µπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι δεν έχει περάσει ο απαιτούµενος χρόνος για την ολοκλήρωση της ποζολανικής δράσης.
10 Απώλεια µάζας (% Μ/ΜΑ) 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 RE I20 P20 I10-P10 3 4 5 6 Χρόνος έκθεσης (µήνες) Σχήµα 8. Απώλεια µάζας οπλισµών µετά από 6 µήνες µερικής εµβάπτισης σε διάλυµα NaCl 3.5% κ.β. Όπως προκύπτει από τις προηγούµενες (Batis & Συνεργάτες 2008, Μπατής & Συνεργάτες 2008) και την παρούσα εργασία, ο πορφυρίτης µπορεί να χρησιµοποιηθεί µόνος του ή σε συνδυασµό µε ιπτάµενη τέφρα για την παρασκευή σύνθετων τσιµέντων µε αυξηµένη ανθεκτικότητα έναντι του τσιµέντου Portland. Εποµένως η χρήση του πορφυρίτη στο τσιµέντο µπορεί να δώσει µια µερική λύση στο πρόβληµα της διάθεσης του πορφυρίτη στο περιβάλλον. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με βάση τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την µελέτη χρησιµοποίησης συνδυασµού ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη Χαλκιδικής στην παραγωγή τσιµεντοκονιαµάτων υψηλής ανθεκτικότητας στην περιβαλλοντική διάβρωση, µπορούν να διατυπωθούν τα παρακάτω συµπεράσµατα: Η προσθήκη ιπτάµενης τέφρας, πορφυρίτη και συνδυασµού ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη σε ποσοστό 20% κατά βάρος τσιµέντου οδηγεί σε µικρή αλλά γενικά αποδεκτή µείωση της θλιπτικής αντοχής των 28 ηµερών. Σε οπλισµένα δοκίµια µε τις τρείς κατηγορίες ποζολανικών προσθέτων, που εκτέθηκαν στο διαβρωτικό περιβάλλον µερικής εµβάπτισης διαλύµατος 3.5% κ.β. χλωριούχου νατρίου, παρατηρήθηκε µείωση της τάσης των οπλισµών προς διάβρωση. Τα καλύτερα αποτελέσµατα ως προς τον βαθµό προστασίας των οπλισµών από τη διάβρωση παρουσιάζονται στη συνδυασµένη χρήση ιπτάµενης τέφρας και πορφυρίτη.
11 ΑΝΑΦΟΡΕΣ Batis, G., Pantazopoulou, P. & Stavropoulou, O., Exploitation of the solid waste of porfiritis in pozzolanic cements, Waste Management and the Environment IV, WIT Press, Ed. M.Zamorano, C.A.Brebbia, A.G.Kungolos, V.Popov & H.Itoh, Southampton UK, 2008, 213-222 Bentur, A. & Mitchell, D., Material performance lessons, Cement and Concrete Research, Vol. 38, No 2 (2008) 259-272 Bertolini, L., Elsener, B., Pedeferri, P. & Polder, R., Corrosion of steel in concrete: Prevention, Diagnosis, Repair, Wiley VCH, New York (2004) Kouloumbi, N. & Batis, G., Chloride Corrosion of Steel Rebars in Mortars with Fly Ash Admixtures, Cement and Concrete Composites, Vol.14 (1992) 199-207 Mehta, P.K. & Monteiro, P., Concrete Microstructure, Properties & Materials, McGraw-Hill, New York (2005) Montemor, M.F., Simoes, A.M.P. & Ferreira, M.G.S, Chloride-induced corrosion on reinforcing steel: from the fundamentals to the monitoring techniques, Cement & Concrete Composites, Vol. 25 (2003) 491-502 Μπατής, Γ., Πανταζοπούλου, Π., Καρατζούνης, Ν., Αξιοποίηση στερεών αποβλήτων κοιτάσµατος σκωριών ως πρόσθετο στο τσιµέντο, 1 ο Πανελλήνιο Συνέδριο οµικών Υλικών και Στοιχείων, Αθήνα, 21-23/5/2008, Τόµος Β, 787-798 Μπατής, Γ, Ρούτουλας, Α. & Πανταζοπούλου, Π., ιερεύνηση ορίων εφαρµογής τεχνικής Strain Gauges για µετρήσεις διάβρωσης οπλισµών σκυροδέµατος, 14o Συνέδριο Σκυροδέµατος, Κως, 15-17/10/2003, Τόµος Γ, 42-53 Neville, A.M., Properties of Concrete, England: Addison Wesley Longman Limited (4 th and final edition) (1996) Routoulas, Α. & Batis, G., Performance Evaluation of Steel Rebars Corrosion Inhibitors with Strain Gauges, Anti-Corrosion Methods and Materials, Vol. 46, No 4 (1999) 276-283 Routoulas, A., Pantazopoulou, P., & Batis, G., Evaluation of parameters influencing reinforcement corrosion by means of a strain gauge technique, Anti- Corrosion Methods and Materials, Vol.50, No.4 (2003) 271-279 Τάσιος, Θ.,Π. & Αλιγιζάκη, Κ.. Ανθεκτικότητα Ωπλισµένου Σκυροδέµατος Έναντι Περιβαλλοντικών ράσεων, Εκδόσεις Φοίβος, Αθήνα (1993)
12 Thomas, M.D.A & Matthews, J.D., Performance of pfa concrete in a marine environment 10-year results, Cement and Concrete Composites, Vol. 26, No 1 (2004) 5-20 Jau, W. & Tsay, D. A Study of the Basic Engineering Properties of Slag Cement Concrete and its Resistance to Seawater Corrosion, Cement and Concrete Research, Vol.28 (1998) 1363-1371 Τσίµας, Σ. & Τσιβιλής, Σ., Επιστήµη και Τεχνολογία Τσιµέντου, Εκδ. ΕΜΠ, Αθήνα (2000)