Διερεύνηση της χρήσης ειδικών πρόσθετων για την προστασία του οπλισμού στο σκυρόδεμα

Abstract

This dissertation is studying the effectiveness of using specialized additives - corrosion inhibitors- for the protection of the reinforcement rebar in concrete. For this scope we utilize organic corrosion inhibitors whose active ingredients are nitrogen compounds (alkanolamines and aminoalcohols). In detail the set up of the experimental procedure comprises mainly of two separate stages. In the first stage, we investigate the corrosion resistance of four categories of concrete steel reinforcements as these are referred in the 2007’s edition of the Regulation for Steel Technology, against atmospheric corrosion before their installation into the concrete. Subsequently we examine the protection of concrete reinforcement steel by deploying alkanolamines corrosion inhibitors. In the second stage we investigate the effect and the efficiency of two organic corrosion inhibitors (aminoalcohols and alkanolamines) in the steel reinforcement of newly built structures which are expected to get exposed in an environment that is highly concentrated with chlorides. The effect and the efficiency of the corrosion inhibitors as a concrete additive has been examined in both a synthetic concrete pore solution as well as in cement mortar specimens. In summary the main outcomes of this thesis are the following: u The order of resistance in corrosion of the various steel rebars is as follows: S220>S500 Vanadus> S400>S500s. u The bond strength between the reinforcement and the concrete is decreased if the rebar has suffered already atmospheric corrosion and carries corrosion products at a level greater than 270- 300g/m2 of steel rebar surface or if the thickness of the corrosion products exceeds 126μm. u The reinforcement rebars are adequately protected for at least 3 months if we spray their surface with a solution of organic volatile corrosion inhibitor with active ingredient a mixture of alkanolamines without any effect on the bond strength between the reinforcement and the concrete. u In a chloride-ion environment the degree of protection offered by the alkanolamine corrosion inhibitor reaches a percentage of 50% in the case of cement mortars and 40% in the case of lightweight mortars. However in urban environments the offered degree of protection is decreasing significantly with time reaching a percentage of 7% after a 24 months exposure for the case of cement mortars and 3,15% in the case of lightweight mortars respectively. u In a chloride-ion environment the degree of protection offered by the aminoalcohol corrosion inhibitor reaches a percentage of 67% in the case of cement mortars and 52% in the case of lightweight mortars. In urban environments, in the case of cement mortars, the offered degree of protection of the corrosion inhibitor increases up to a percentage of 57% after a 24 months exposure. On the opposite in the case of reinforced lightweight mortars the offered degree of protection is decreasing significantly with time reaching a percentage of 16%. u In the case of the corrosion alkanolamine inhibitor it is observed a significant decrease in the compression resistance of the 28 days reinforced concrete up to 26%. On the other hand the aminoalcohol corrosion inhibitor did not have any impact on the compression resistance of the 28 days reinforced concrete (<1,5%).

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση ειδικών πρόσθετων -αναστολέων διάβρωσης- για την προστασία του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος (ΧΟΣ). Οι αναστολείς διάβρωσης που χρησιμοποιήθηκαν για την προστασία του χάλυβα Ο.Σ ήταν οργανικοί, αναστολείς με δραστικές ουσίες αζωτούχες ενώσεις. Αναλυτικότερα, ο σχεδιασμός της διδακτορικής διατριβής περιλαμβάνει δύο ενότητες. Στην πρώτη ενότητα διερευνάται η ανθεκτικότητα που παρουσιάζουν τέσσερις τύποι δομικού χάλυβα Ο.Σ. όπως αυτοί αναφέρονται στον ΚΤΧ 2007, έναντι της ατμοσφαιρικής διάβρωσης. Στη συνέχεια εξετάζεται η προστασία του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος από την ατμοσφαιρική διάβρωση με τη χρήση αναστολέα διάβρωσης με κύρια δραστική ουσία μίγμα αλκανολαμινών. Στη δεύτερη ενότητα εξετάζεται η αποτελεσματικότητα και ο βαθμός προστασίας που προσφέρουν δύο οργανικοί αναστολείς διάβρωσης: (α) Αλκανολαμίνη και (β) Αμινοαλκοόλη ως πρόσμικτα σε οπλισμένα κονιάματα αλλά και σε συνθετικό διάλυμα πόρων σκυροδέματος. Τα συμπεράσματα της εργασίας αυτής ήσαν: u Η σειρά αντίστασης ως προς τη διάβρωση των διαφόρων ειδών χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος είναι: S220> S500βαναδιούχος>S400>S500s για όλα τα διαβρωτικά περιβάλλοντα. u Ο χάλυβας οπλισμού σκυροδέματος που έχει υποστεί ατμοσφαιρική διάβρωση και φέρει προϊόντα διάβρωσης από ένα επίπεδο και άνω (270-300g/m2 επιφάνεια χάλυβα Ο.Σ ή πάχος προϊόντων διάβρωσης 126μm) μειώνει τη συνάφεια οπλισμού-σκυροδέματος. u Με ψεκασμό διαλύματος αναστολέα διάβρωσης αλκανολαμινών είναι δυνατή η προστασία του χάλυβα Ο.Σ από την ατμοσφαιρική διάβρωση για χρονικό διάστημα τουλάχιστον 3 μηνών χωρίς η επιφανειακή προστασία να επηρεάζει τη συνάφεια χάλυβα Ο.Σ και σκυροδέματος. u Σε περιβάλλον χλωριόντων ο βαθμός προστασίας (24 μήνες έκθεσης) που προσφέρει ο αναστολέας διάβρωσης μίγματος αλκανολαμινών φτάνει το ποσοστό του 51% στην περίπτωση των τσιμεντοκονιαμάτων και 38% στην περίπτωση των κισσηροκονιάματων. Όμως σε αστικό περιβάλλον ο βαθμός προστασίας από τον αναστολέα μειώνεται συναρτήσει του χρόνου φτάνοντας το ποσοστό του 7% και 3,15% για τα τσιμεντοκονιάματα και κισσηροκονάματα αντίστοιχα. u Σε περιβάλλον χλωριόντων ο βαθμός προστασίας (24 μήνες έκθεσης) που προσφέρει ο αναστολέας διάβρωσης αμινοαλκοόλης φτάνει το ποσοστό του 67% και 52% στην περίπτωση των τσιμεντοκονιαμάτων και κισσηροκονιάματων, αντίστοιχα. Σε αστικό περιβάλλον στην περίπτωση των τσιμεντοκονιαμάτων ο βαθμός προστασίας από τον αναστολέα αυξάνει συναρτήσει του χρόνου φτάνοντας μετά από 24 μήνες έκθεσης το ποσοστό του 57%. Αντίθετα στην περίπτωση των κισσηροκονιαμάτων ο βαθμός προσφερόμενης προστασίας από τον αναστολέα διάβρωσης μειώνεται συναρτήσει του χρόνου έκθεσης στο 16%. Στην περίπτωση του πρόσμικτου αναστολέα διάβρωσης αλκανολαμίνης παρατηρήθηκε σημαντική μείωση των θλιπτικών αντοχών του σκυροδέματος των 28 ημερών έως και 26%, ενώ ο αναστολέας διάβρωσης αμινοαλκοόλης δεν επέφερε μείωση των θλιπτικών αντοχών του σκυροδέματος στο αντίστοιχο χρονικό διάστημα (<1,5%).