Μελέτη της επίδρασης της βλάβης διάβρωσης στη μηχανική συμπεριφορά του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος
Authors: Δρακακάκη Αργυρώ 
Published: August 2021

Όπως είναι γνωστό, στις παράκτιες περιοχές, μεγάλο μέρος των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος, υπόκειται τις συνέπειες του επιθετικού θαλάσσιου περιβάλλοντος. Οι επιπτώσεις της διάβρωσης, λόγω χλωριόντων, στο χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος, σε συνέργεια με άλλους επιβλαβείς παράγοντες όπως οι σεισμικές δράσεις και οι εκπομπές ρύπων, σε συνδυασμό με την απουσία επισκευαστικών δράσεων, συχνά αποβαίνουν ζημιογόνες για τις κατασκευές. Η εκ των ανωτέρω λογων απομείωση της ανθεκτικότητας και της επιτελεστικότητας των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος, εγείρουν ζητήματα ασφάλειας και αξιοπιστίας της δομικής ακεραιότητας των κατασκευών. Επομένως, η ανάγκη διαχείρισης παρόμοιων κατασκευών, καθίσταται επιτακτική. Ωστόσο, παρά τη βαρύτητα των επιπτώσεων της διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα και κατ’ επέκταση τη διάρκεια ζωής των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα, μόλις τα τελευταία χρόνια συγκέντρωσαν το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Η καθυστερημένη απόκριση της επιστημονικής κοινότητας να ασχοληθεί σοβαρά με το μείζον αυτό ζήτημα είχε ως αποτέλεσμα τη μη συμπερίληψη του στα ισχύοντα κανονιστικά κείμενα ανασχεδιασμού των κατασκευών, αφού μέχρι σήμερα εκκρεμεί η ποσοτικοποίηση της διάβρωσης του σιδηροοπλισμού. Η εκτενής μελέτη, ανάλυση και ποσοτικοποίηση της ποσοστιαίας απώλεια μάζας του σιδηροοπλισμού, απαιτεί την εργαστηριακή αναπαραγωγή της διάβρωσης, μεσω της εφαρμογής μεθόδων ταχείας προσομοίωσης διάφορων περιβαλλοντικών συνθηκών.Με βάση τα ανωτέρω, στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη των επιπτώσεων του φαινομένου της διάβρωσης στο χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος, τόσο στην δομή του υλικού όσο και στη μηχανική του συμπεριφορά. Συγκεκριμένα, ελήφθησαν μετρήσεις επί πραγματικών κατασκευών, εστιάζοντας ιδιαίτερα σε μηχανικά κρίσιμες θέσεις για τη δομική ακεραιότητα αλλά και την τυχόν μελλοντική τους επέκταση. Τέτοιες θέσεις αποτελούν κυρίως τα άκρα "γραμμικών" στοιχείων (δοκών- υποστυλωμάτων στις θέσεις ανάδυσης των ράβδων χάλυβα οπλισμού γνωστές ως αναμονές). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν ανέδειξαν ζητήματα περί της πραγματικής φέρουσας ικανότητας και κατ’ επέκταση περί της αξιοπιστίας των ημιτελών ( για μεγάλο χρονικό διάστημα) κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος. Η υποβάθμιση της μηχανικής απόδοσης του χάλυβα λόγω διάβρωσης του και η ανάγκη μελέτης του φαινομένου, οδήγησε στη χρήση εργαστηριακών μεθόδων ταχείας προσομοίωσης του ανάλογου διαβρωτικού περιβάλλοντος. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η επιταχυνόμενη διάβρωση της αλατονέφωσης και η μέθοδος της ηλεκτροδιάβρωσης (επιβολή συγκεκριμένης πυκνότητας ρεύματος). Μέσω αυτών των μεθόδων, προσομοιώθηκαν οι συνθήκες έκθεσης XS1 (κατά EN206), σε ομάδες «γυμνών» και ημιεγκιβωτισμένων δοκιμίων που εκτέθηκαν στο διαβρωτικό μέσον. Στόχος ήταν η μελέτη των επιπτώσεων της δράσης των χλωριόντων επί του εκτεθειμένου- στο περιβάλλον- οπλισμού, καθώς και επί των αναμονών, αποτελέσματα τα οποία αντιστοιχήθηκαν με μετρήσεις επί πραγματικών καασκευών. Με στόχο τη μελέτη της μηχανικής απόδοσης του οπλισμένου σκυροδέματος, πριν και μετά από διάβρωση, κατασκευάσθηκαν δύο υποστυλώματα οπλισμένου σκυροδέματος (κλίμακα 1:2), το ένα εκ των οποίων διαβρώθηκε με την επιβολή ρεύματος, σε συγκεκριμένο ύψος από τη βάση του, και τα οποία δοκιμάστηκαν υπό σταθερή κατακόρυφη φόρτιση και παράλληλη επιβολή οριζόντιας μετατόπισης (drifts), που συνιστά μηχανικό ανάλογο της σεισμικής καταπόνησης. Σκοπός των πειραμάτων ήταν η μελέτη απομείωσης της σεισμικής απόκρισης υποστυλωμάτων, υπό την επιδραση τόσο του διαβρωτικού παράγοντα, όσο και της μηχανικής καταπόνησης, σε μηχανικά κρίσιμες περιοχές (άκρο υποστυλώματος) κατασκευών καθώς σύμφωνα με το σχεδιασμό στις θέσεις αυτές προσδοκάται η ανάπτυξη επαρκούς πλαστικής άρθρωσης.Πέραν αυτών, αναγκαία κρίθηκε η μελέτη των επιπτώσεων της διάβρωσης στην εσωτερική δομή του υλικού (του χάλυβα), καθώς και των παραγόντων που συνεργούν στην απομείωση της μηχανικής του απόδοσης. Τα αποτελέσματα αναλύσεων SEM και EDX χαλύβων, πριν και μετά από διάβρωση, αποκάλυψαν αφενός σημαντικές ατέλειες στην εσωτερική δομή του διφασικού χάλυβα B500c, οι οποίες προέρχονται ήδη από την παρασκευή (χύτευση) του και αφ’ετέρου την καταλυτική παρουσία χημικών ενώσεων θείου (σουλφιδίων), που αναπτύσσονται τόσο εσωτερικά, όσο και υποδόρια της εξωτερικής επιφάνειας του υλικού. Οι εν λόγω ενώσεις, αντιδρούν με την παρουσία ιόντων χλωρίου σχηματίζοντας επιβλαβείς κρατήρες, στο εσωτερικό του υλικού, οι οποίοι ευθύνονται σημαντικά για την ψαθυροποίηση του. Σε συνέχεια των παραπάνω ευρημάτων, μελετήθηκε η επίδραση που έχει στη βλάβη διάβρωσης ο παράγοντας του εκτεθειμένου μήκους. Προς τούτο, εξετάστηκε ο βαθμός βλάβης διάβρωσης σε δείγματα με διαφορετικό εκτεθειμένο μήκος, τα αποτελέσματα των οποίων φαίνεται να έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη μηχανική των πραγματικών κατασκευών. Παρόλα αυτά, θα απαιτηθεί περαιτέρω έρευνα.Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε συσχέτιση της επιταχυνόμενης μεθόδου διάβρωσης μέσω αλατονέφωσης, με την αντίστοιχη της ηλεκτροδιάβρωσης, ως προς την απώλεια μάζας και το χρόνο έκθεσης. Η μελέτη αυτή μπορεί να αποτελέσει ένα έναυσμα περαιτέρω διερεύνησης του ζητήματος, ώστε να πραγματοποιηθεί συσχέτιση της ηλεκτροδιάβρωσης με το φυσικό περιβάλλον, ανάλογη με εκείνη που έχει ήδη υλοποιηθεί για τη μέθοδο της αλατονέφωσης.Για την ενίσχυση της αντιδιαβρωτικής συμπεριφοράς του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος, προτάθηκε μέθοδος αντιδιαβρωτικής προστασίας, μέσω της διαδικασίας της ψηγματοβολής. Έπειτα από εντατική έρευνα επελέγη ο κατάλληλος συνδυασμός υλικού, ο οποίος επέφερε το επιθυμητό επίπεδο επιφανειακού καθαρισμού του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος, απομακρύνοντας τις ανεπιθύμητες ακαθαρσίες, χωρίς ωστόσο να επιδρά στη χημική σύσταση του υλικού, και ακόμα επέφερε σημαντική παράταση ζωής του υλικού, στα πλαίσια μάλιστα που ορίζουν οι ισχύοντες κανονισμοί.