Ανθεκτικότητα δοκών οπλισμένου σκυροδέματος υπό μόνιμη καμπτική φόρτιση

Abstract

The deterioration of the reliability of a concrete structure over time is the result of various mechanical, physical, chemical and biological processes, with the corrosion of reinforcement being the most serious problem of durability of reinforced concrete structures. For the past fifty years, the international scientific community has made tremendous efforts with laboratory research and experimental field studies to increase the corrosion resistance of concrete. The infestation of structures by the penetration of chlorides is a key problem in our country as it mainly concerns coastal structures that are affected by seawater. The subject of this dissertation was the study of methods of protection of reinforced concrete while investigating the influence of permanent bending load on the strength of a carrier. The compositions were prepared according to the latest concrete regulations and international standards and are as follows: conventional quality concrete C30/37, conventional concrete with corrosion inhibitor as an additive, conventional concrete with surface protection, fine aggregate concrete and self-compacting concrete. For the experimental part, 40 reinforced concrete beams of 5 different compositions were constructed and exposed to 2 different simulated environmental conditions at 3 different loading levels for a total period of 42 months. Their anti-corrosion behavior was determined by regular tests of the electrical resistance of concrete and the corrosion potential of the reinforced steel bars using copper sulfate as the reference electrode. In addition, their anti-corrosion behavior was determined by the following laboratory tests: water absorption test, water pressure permeability test, mercury penetration porosimetry, rapid chloride penetration test, accelerated carbonation test. The experimental results showed that the protection systems tested provide adequate protection to the reinforcement against corrosion compared to the reference specimens. Also, an inversely proportional relationship of the Water/Cement ratio of a composition with the ability to protect against corrosion was observed. Lower Water/Cement values (0.4 instead of 0.5) lead to better anti-corrosion behavior. Finally, it is observed that the corrosion rate of steel gradually increases with increase of the permanent load. The interaction of permanent loading with the corrosion of the reinforcement is a relationship that has not been thoroughly investigated as of this writing. This creates a need for further research so that the new reinforced concrete structures take all harmful factors into account and prove to be more durable over time.

Η υποβάθμιση της αξιοπιστίας μιας κατασκευής από σκυρόδεμα με την πάροδο του χρόνου είναι αποτέλεσμα διαφόρων μηχανικών, φυσικών, χημικών και βιολογικών διεργασιών, με τη διάβρωση του οπλισμού να αποτελεί το σοβαρότερο πρόβλημα ανθεκτικότητας των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος. Τα τελευταία πενήντα χρόνια, η διεθνής επιστημονική κοινότητα κατέβαλε τεράστιες προσπάθειες με εργαστηριακές έρευνες και πειραματικές μελέτες πεδίου με στόχο την αύξηση της αντίστασης του σκυροδέματος στη διάβρωση. Η προσβολή των κατασκευών από τη διείσδυση χλωριόντων αποτελεί καίριο πρόβλημα και στη χώρα μας καθώς αφορά κυρίως παραθαλάσσιες κατασκευές που προσβάλλονται από το θαλασσινό νερό. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η μελέτη των μεθόδων προστασίας του οπλισμένου σκυροδέματος με ταυτόχρονη διερεύνηση της επιρροής της μόνιμης καμπτικής φόρτισης στην ανθεκτικότητα ενός φορέα. Οι συνθέσεις παρασκευάσθηκαν σύμφωνα με τους πιο πρόσφατους κανονισμούς σκυροδέματος και τα διεθνή πρότυπα και έχουν ως εξής: συμβατικό σκυρόδεμα ποιότητας C30/37, συμβατικό σκυρόδεμα με αναστολέα διάβρωσης ως πρόσθετο, συμβατικό σκυρόδεμα με επιφανειακή στεγανοποιητική προστασία, γαρμπυλοσκυρόδεμα και αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα. Για το βασικό πειραματικό μέρος κατασκευάστηκαν 40 δοκοί οπλισμένου σκυροδέματος 5 διαφορετικών συνθέσεων και εκτέθηκαν σε 2 διαφορετικές προσομοιωμένες περιβαλλοντικές συνθήκες σε 3 διαφορετικά επίπεδα φόρτισης για συνολική περίοδο 42 μηνών. Η συμπεριφορά τους κατά της διάβρωσης προσδιορίστηκε μέσω τακτικών μετρήσεων της ηλεκτρικής αντίστασης του σκυροδέματος και του δυναμικού διάβρωσης των ενισχυμένων χαλύβδινων ράβδων με χρήση θειικού χαλκού ως ηλεκτρόδιο αναφοράς. Επιπλέον, η συμπεριφορά τους κατά της διάβρωσης προσδιορίστηκε μέσω των ακόλουθων εργαστηριακών δοκιμών: δοκιμή υδατοαπορροφητικότητας, δοκιμή διαπερατότητας νερού υπό πίεση, ποροσιμετρία διείσδυσης υδραργύρου, δοκιμή ταχείας διείσδυσης σε χλωριόντα, δοκιμή επιταχυνόμενης ενανθράκωσης. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι τα συστήματα προστασίας που εξετάστηκαν παρέχουν ικανοποιητική προστασία στον οπλισμό έναντι της διάβρωσης σε σύγκριση με τα δοκίμια αναφοράς. Επίσης, παρατηρήθηκε μια αντιστρόφως ανάλογη σχέση του λόγου Ν/Τ μιας σύνθεσης με την ικανότητα για προστασία από διάβρωση. Μικρότερες τιμές λόγου Ν/Τ (0,4 αντί 0,5) οδηγούν σε καλύτερη αντιδιαβρωτική συμπεριφορά. Τέλος, παρατηρείται πως ο ρυθμός διάβρωσης του χάλυβα αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση του μόνιμου φορτίου. Η αλληλεπίδραση της μόνιμης φόρτισης με την εξέλιξη της διάβρωσης είναι μια σχέση που δεν έχει ερευνηθεί σε βάθος έως τη συγγραφή του παρόντος. Δημιουργείται έτσι η ανάγκη να υπάρξει επιπλέον έρευνα σε αυτόν τον συσχετισμό προκειμένου οι νέες κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα να λαμβάνουν υπόψιν όλους τους ζημιογόνους παράγοντες και να είναι περισσότερο ανθεκτικές στο χρόνο.