Καλώς ήλθατε

Συνδεθείτε ή εγγραφείτε ως Μέλη, προκειμένου να σχολιάσετε αναρτημένα άρθρα, slides κλπ ή/και να διατυπώσετε τις δικές σας απόψεις για οποιοδήποτε θέμα τεχνικού ενδιαφέροντος.

Κυριακή, 19 Σεπτεμβρίου 2021

Παρουσίαση των κ.κ. Γεωργίου Καρύδη, Πολ.  Μηχ., Market Field Manager Refurbishment, Sika Hellas ABEE και Χρήστου Ροδόπουλου, Καθηγητή, Centre of Expertise in Structural Mechanics, Monash University, Victoria, 3800, Australia, στο Πανελλήνιο Συνέδριο Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012

Η ανθεκτικότητα αποτελεί πλέον μία από τις σημαντικότερες παραμέτρους για τους μηχανικούς τόσο για το σχεδιασμό νέων, όσο και για τη συντήρηση υφιστάμενων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος. Η ανεπαρκής ανθεκτικότητα μπορεί να οδηγήσει σε πληθώρα μηχανισμών υποβάθμισης της δομικής ακεραιότητας, όπως ρηγμάτωση και απολέπιση σκυροδέματος, απώλεια ενεργής διατομής χάλυβα, απώλεια συνάφειας, απώλεια μηχανικών ιδιοτήτων χάλυβα, απώλεια ωφέλιμου μήκους αγκύρωσης, κλπ

ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012Καθοδική Προστασία (Γαλβανική) για την Αντιμετώπιση της Διάβρωσης του Χαλύβδινου Οπλισμού από Χλωριόντα, σε Ιστορικό Διατηρητέο Κτίριο Οπλισμένου Σκυροδέματος Γεώργιος Καρύδης Πολιτικός Μηχανικός, Market Field Manager Refurbishment, Sika Hellas ABEE Χρήστος Ροδόπουλος Καθηγητής, Centre of Expertise in Structural Mechanics, Monash University, Victoria, 3800, Australia 1. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ 1.1 Σύντομη Ιστορική Αναδρομή Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος Από τα τέλη του 19ο αιώνα, οι μηχανικοί στη προσπάθεια να δομήσουν κατασκευές, κυρίως στα μεγάλα αστικά και βιομηχανικά κέντρα, αναζητούν νέες τεχνολογικές λύσεις, ώστε να περιορίσουν τις ογκώδεις κατασκευές φέρουσας τοιχοποιίας, καθώς και να αποφύγουν τις δυσμενείς συνέπειες από καταστροφικές πυρκαγιές που πλήττουν της μεγαλουπόλεις της εποχής. Την ίδια περίοδο μια από τις βασικές καινοτομίες πραγματοποιείτε καταρχήν στην τεχνολογία του τσιμέντου και εν συνεχεία στην παραγωγή σκυροδέματος, όπου σε συνδυασμό με τον εγκιβωτισμό χαλύβδινων ράβδων οδηγούμαστε προοδευτικά στις κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος, όπου κυριαρχούν σε όλο τον αναπτυγμένο κόσμο μέχρι και τις μέρες μας. Τεχνολογικά ο συνδυασμός των δύο υλικών, σκυροδέματος και χάλυβα, βασίζεται στην ορθή χρήση των ιδιοτήτων τους, με τη θλίψη να παραλαμβάνεται από το σκυρόδεμα και τον εφελκυσμό από το χάλυβα. Το αποτέλεσμα της σύνθεσης αυτής επιφέρει μονολιθικές κατασκευές που παρουσιάζουν σταθερότητα σε θερμοκρασιακές μεταβολές λόγω του κοινού συντελεστή θερμικής διαστολής. Επίσης, ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά τους είναι ότι το σκυρόδεμα λόγω της υψηλής αλκαλικότητας του τσιμέντου (pH>12), δημιουργεί ένα περιβάλλον, ιδανικό για να προστατεύει τον χαλύβδινο οπλισμό έναντι διάβρωσης. H γενική αντίληψη του τότε τεχνικού κόσμου για τις κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος, ήταν ότι είχαν ανακαλύψει μια τεχνολογία υψηλής αντοχής και ανθεκτικότητας, ικανής να ανθίσταται στις δυσμένειες του περιβάλλοντος. Παρόλα αυτά με το πέρασμα των ετών και παρατηρώντας τις φθορές και τις βλάβες, είμαστε πλέον σε θέση να καταγράφουμε με ακρίβεια τους μηχανισμούς που οδηγούν σε παθογένειες και ειδικότερα στη διάβρωση του χαλύβδινου οπλισμού, λόγω κυρίως της ενανθράκωσης του σκυροδέματος (πτώση αλκαλικότητας, ηλεκτρολύτη χαμηλότερα από pH 8.6) και της προσβολής από χλωριόντα. Η έννοια της ανθεκτικότητας αποτελεί πλέον μία από τις σημαντικότερες παραμέτρους για τους μηχανικούς τόσο για το σχεδιασμό νέων, όσο και για τη συντήρηση υφιστάμενων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε πληθώρα μηχανισμών υποβάθμισης της δομικής ακεραιότητας, όπως ρηγμάτωση και απολέπιση σκυροδέματος, απώλεια ενεργής διατομής χάλυβα, απώλεια συνάφειας, απώλεια μηχανικών ιδιοτήτων χάλυβα, απώλεια ωφέλιμου μήκους αγκύρωσης, κλπ [1,2]. 1.2 Διατηρητέο Κτίριο Οπλισμένου Σκυροδέματος Στο Βαθύ του νησιού της Ιθάκης, βρίσκεται ένα αρχοντικό το οποίο είναι αντιπροσωπευτικό δείγμα νεοκλασικού και αναγεννησιακού ρυθμού των αρχών του 20ου αιώνα, με αρχική χρήση ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012αυτή της αμιγούς κατοικίας. Πρόκειται για κτίριο οπλισμένου σκυροδέματος, σε κεντρικό σημείο της παραλιακής λεωφόρου του οικισμού, με πλούσια διαμόρφωση του περιβάλλοντος χώρου, όπου στον μπροστινό περίβολο δεσπόζουν οι φοινικιές στις παρειές του κτιρίου καθώς και μια τεχνητή λίμνη. Αρχιτεκτονικά παρουσιάζει τετραγωνική κάτοψη και στην πρόσοψη κυριαρχεί η αντιστοιχία των ανοιγμάτων και η συμμετρία ως προς τον κεντρικό άξονα. Επιπλέον στην πρόσοψη ο κεντρικός εξώστης στεγάζει την είσοδο που τον στηρίζουν ζεύγη κιόνων ιωνικού ρυθμού, τετραγωνικής διατομής. Το Υπουργείο Πολιτισμού λόγω του ότι αποτελεί ενδιαφέρον δείγμα αρχιτεκτονικής και ένα από τα ελάχιστα αυτής της μορφής που απέμειναν μετά τους καταστροφικούς σεισμούς του 1953, αποφάσισε με την υπουργική απόφαση ΥΑ/ΥΠΠΟ/ΔΙΛΑΠ/Γ/3609/58331/3-11-1995 - ΦΕΚ 1022/Β/12-12-1995, να το χαρακτηρίσει ως ιστορικό διατηρητέο μνημείο, όπου απαιτείται η πλήρη προστασία και ανάδειξή του. 2. ΠΑΘΟΛΟΓΙΑ 2.1 Γενικές Αρχές Παθολογίας Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος – Μηχανισμός Διάβρωσης Η απόδοση του όρου της διαβρώσεως για τεχνητά και φυσικά υλικά κατά τη διάρκεια του Διεθνούς Συμβουλίου για τη Διάβρωση (International Corrosion Council), της Ευρωπαϊκής Ομοσπονδία Διάβρωσης (European Federation of Corrosion), ήταν η εξής: Διάβρωση είναι κάθε αυθόρμητη, ακόμη και εκβιασμένη, χημικής, ηλεκτροχημικής, φυσικής, μηχανικής, βιολογικής φύσης διεργασία αλλοίωσης της επιφάνειας (εξωτερικής και εσωτερικής (πόροι)) των υλικών, που οδηγεί σε απώλεια υλικού. Ειδικότερα για το μηχανισμό της διάβρωσης των μετάλλων είναι χρήσιμο να αναφέρουμε ότι κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας των μεταλλευμάτων (δηλ. εδαφικών υλικών τα οποία βρίσκονται κυρίως υπό τη μορφή οξειδίων, υδροξειδίων και άλλων ενώσεών τους - οξειδωμένα μέταλλα), πραγματοποιείται αναγωγή αυτών με προσφορά ενέργειας. ΜxΟy(s) + yCO(g) + ΔQ → xΜ(1) + yCO2(g) Επομένως, από τη φύσης τους τα μεταλλικά στοιχεία όταν βρίσκονται σε υγρό περιβάλλον παρουσία οξυγόνου έχουν μια τάση προς διάβρωση, δηλαδή προδιάθεση στο να επιστρέψουν στην αρχική τους κατάσταση, δηλαδή αυτή των μεταλλευμάτων. Σε κατασκευές που εγκιβωτίζονται μέταλλα ή κράματα μετάλλων (χάλυβας, χαλκός, ορείχαλκος, κ.α.) με διαφορετικές στατικές λειτουργίες (σύνδεσμος, σκελετός, κ.α.) και τα οποία έχουν τοποθετηθεί τόσο από την αρχή της κατασκευής, όσο και σε επεμβάσεις αποκατάστασης ή αναστήλωσης, η φύση του αιτίου που οδήγησε στη διάβρωση είναι κυρίως λόγω ηλεκτροχημικών διεργασιών. Το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης περιγράφει αναλυτικότερα την ηλεκτροχημική διεργασία, καθώς η ηλεκτρική σύνδεση των πόλων (μεταλλικό στοιχείο) επιτρέπει τη ροή e-, ενώ το νερό δρα στους πόρους ως ηλεκτρολύτης. Επιπλέον, ένας πρόσθετος διαχωρισμός αναφέρεται στα είδη της διάβρωσης βάσει της μορφής και των αποτελεσμάτων της, διακρίνοντάς τη σε «ομοιόμορφη» ή «γενική διάβρωση» και «διάβρωση με βελονισμούς», παράγοντας αντιστοίχως προϊόν είτε ομοιόμορφο/ισόπαχο, ή τοπικά εξελισσόμενο. Παρά τις όποιες ουσιώδεις διαφορές των δύο ειδών διαβρώσεως (ομοιόμορφης και με βελονισμό), το κεντρικό σημείο αναφοράς όπως τεκμηριώθηκε από τις θεωρίες και τις πειραματικές διατάξεις του Wagner, αποτελεί το ότι ο μηχανισμός λειτουργίας είναι κοινός. Η αυτόβουλη (άνευ εξωτερικής επίδρασης) ύπαρξη γαλβανικού στοιχείου με πόλους, το μέταλλο / ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012κράμα, το διαβρωτικό μέσο (αέρας, έδαφος, νερό, κ.α.), ο ηλεκτρολύτης και τα προϊόντα διάβρωσης αποτελούν τη βασική θεώρηση του μηχανισμού. Ειδικότερα η ανοδική δράση πραγματοποιείται στο μέταλλο/κράμα (αρνητικός πόλος) με τη διάλυσή (οξείδωση) του, συνοδευμένη από απόδοση ηλεκτρονίων ως εξής: Fe → Fe2+ +2e- (κατιόντα) Αντιθέτως, κατά την καθοδική δράση, είναι απαραίτητη η ύπαρξη οξειδωτικού μέσου (στη συγκεκριμένη αντίδραση οξυγόνο δηλ. θετικός πόλος) που συνοδεύεται από το σχηματισμό των υδροξυλίων (αναγωγή) ως εξής: ½ Ο2 + Η2Ο + 2e- → 2OH- (ανιόντα) Τα ιόντα του σιδήρου και τα υδροξυλιόντα από την ανοδική και καθοδική δράση αντίστοιχα μετακινούνται μέσα στον ηλεκτρολύτη (πορώδες κονιάματος, προϊόντα αντίδρασης) και αντιδρώντας σχηματίζουν στερεό προϊόν κατά την αντίδραση: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 Εν συνεχεία, το σχηματιζόμενο υδροξείδιο του δισθενούς σιδήρου είναι ασταθές και παρουσία οξυγόνου μετατρέπεται σε υδροξείδιο του τρισθενούς σιδήρου (Fe(OH)3 ή ανάλογα με τον ηλεκτρολύτη σε άλλα είδη προϊόντων όπως οξείδια του δισθενούς Fe2O3 η τρισθενούς σιδήρου Fe3O4, τα οποία καταλαμβάνουν μεγαλύτερο όγκο και ασκώντας εφελκυστικές τάσεις στο σκυρόδεμα κι επιφέροντας τις γνωστές συνέπειες (δηλ. ρηγματώσεις, αποφλοιώσεις σκυροδέματος, απώλεια συνάφειας, κα.) 2.2 Σχηματισμός Μικροστοιχείου και Μακροστοιχείου Γαλβανικής Δράσης Ανάμεσα στο μέταλλο/κράμα και το διαβρωτικό περιβάλλον δημιουργείται το «δυναμικό διάβρωσης», το οποίο ενισχυμένο από τα «τοπικά γαλβανικά στοιχεία» που οφείλονται σε διάφορες περιπτώσεις αταξιών δομής, αποδίδεται στο ολικό δυναμικό διάβρωσης. Τα τοπικά γαλβανικά στοιχεία προκύπτουν λόγω αταξίας στη δομή κατά την παραγωγική διαδικασία (δηλ. γεωμετρική, ενδόκκοκη χημική σύσταση) και εμφάνισης διαφορών δυναμικού στην επιφάνεια (δηλ. με προσκόλληση ανοδικότερου ή καθοδικότερου μετάλλου, μεταξύ δύο οξειδωμένων σημείων). Τα μακροστοιχεία σε αντίθεση με τα τοπικά γαλβανικά στοιχεία εμφανίζονται σε μεγάλες περιοχές του μεταλλικού οπλισμού και οφείλονται στη συνολική δομή και λειτουργία της κατασκευής και όχι αποκλειστικά και μόνο στην ύπαρξη του μετάλλου. Επίσης, ένα μακροστοιχείο δημιουργείται και στην περίπτωση της επαφής δύο διαφορετικών μετάλλων (δηλ. επι-ψευδαργυρωμένος (γαλβανιζέ) χάλυβας/κοινός χάλυβας, ανοξείδωτος χάλυβας/κοινό χάλυβα) ακόμα και ενσωματωμένων στη μάζα του κονιάματος/σκυροδέματος. Το γαλβανικό μακροστοιχείο δημιουργείται λόγω της προδιάθεσης (ηλεκτροδιακό δυναμικό) των μετάλλων να οξειδωθούν σύμφωνα με τις τιμές της ηλεκτροχημική τους έντασης. Στην περίπτωση οπλισμένου σκυροδέματος, η δημιουργία μακροστοιχείων οφείλεται κυρίως στις επιδράσεις του περιβάλλοντος, καθώς τα χλωριόντα εισέρχονται στο σκυρόδεμα από μία διεύθυνση και προσβάλλουν τους πρώτους οπλισμούς ενώ οι ευρισκόμενοι σε γειτονικά τμήματα να μην παραμένουν προστατευμένοι. Το αποτέλεσμα είναι ότι μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών μεταλλικών στοιχείων δημιουργείται μέσω των συνδετήρων μακροστοιχείο, καθώς λαμβάνουν δράση όλες οι ηλεκτροχημικές διεργασίες με τη μεταφοράς των ιόντων στο σκυρόδεμα και τους οπλισμούς που έχουν ήδη γύρω τους χλωριόντα να αποτελούν την άνοδο, τη στιγμή που οι οπλισμοί χωρίς χλωριόντα αποτελούν την κάθοδο του γαλβανικού στοιχείου. Η ταχύτητα διάβρωσης εξαρτάται από την ένταση του ρεύματος του γαλβανικού μακροστοιχείου. Η ένταση του ρεύματος εξαρτάται από το δυναμικό του μακροστοιχείου, την ηλεκτρική αντίσταση του σκυροδέματος και το λόγο της ανοδικής προς την καθοδική επιφάνεια. Επίσης, γαλβανικά μακροστοιχεία εμφανίζονται όταν υπάρχουν περιοχές (αεριζόμενες / μη αεριζόμενες, υγρές / στεγνές, χαμηλού pH (λόγω ενανθράκωσης) / υψηλού pH). Η λειτουργία γαλβανικών ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012μακροστοιχείων οδηγεί αναπόφευκτα στη διάβρωση των μεταλλικών στοιχείων και σε επακόλουθες ρηγματώσεις των υλικών που τα περικλείουν (σκυρόδεμα), επιφέροντας παράλληλα και δομητικές ανεπάρκειες λόγω της απομείωσης της ενεργής διατομής τους. Συνοπτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων της διάβρωσης σε κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος δίνονται στον πίνακα που ακολουθεί (πιν. 1). Εύρος Υποβάθμισης Συνάφειας λόγω Χλωριόντων από τη Θάλασσα σύμφωνα με το ΕΝ 206 - 1 Υπο- Κατηγορία (Sub Category) XS1 XS2 XS3 0.5-5 0.1-1 1-10 Ρυθμός Διάβρωσης (corrosion Rate) Icor (µA/cm2) Θερμοκρασιακό Εύρος (Temperature Range) ≤20οC [3] 1.5-15 0.3-3.0 3.0-30 Ρυθμός Διάβρωσης (corrosion Rate) Icor (µA/cm2) Θερμοκρασιακό Εύρος (Temperature Range) 20 οC ≤T≤40οC [4] Ετήσια Απομείωση Διαμέτρου Ενεργής Διατομής 11.6-116 2.3223.223.2 232.0 (Reduction of Rebar Diameter per Year (µm/year) Θερμοκρασιακό Εύρος (Temperature Range) ≤20οC [5] Ετήσια Απομείωση Διαμέτρου Ενεργής Διατομής 34.86.9669.6-696 348.0 69.6 (Reduction of Rebar Diameter per Year (µm/year) Θερμοκρασιακό Εύρος (Temperature Range) 20oC ≤T ≤40οC [5] Τύπος Οξειδίων Διάβρωσης FeO, (Type of Corrosion Oxide) [6] Fe(OH)2 Fe(ΟΗ)3, Fe(ΟΗ)3 + 3Η2Ο Απομένουσα Συνάφειας Fbd σε οπλισμό διάτμησης 0.67-.0. 1.060.38-0.0 (Fbd range with stir-ups) 0.38 Θερμοκρασιακό Εύρος (Temperature Range) ≤20οC , δηλ. διάμετρο ράβδου Φ12 [7] Απομένουσα Συνάφειας Fbd σε οπλισμό διάτμησης 0.22-0.0 0.85-0.0 0.0-0.0 (Fbd range with stir-ups) Θερμοκρασιακό Εύρος (Temperature Range) 20oC ≤T ≤40οC, δηλ διάμετρο ράβδου Φ12 [7] Ελάχιστη Κατηγορία Σκυροδέματος C30/37 C30/37 C35/45 (Minimum Concrete Category) Ελάχιστη Ποσότητα σε Τσιμέντο (kgr) ανά κ.μ. Σκυροδέματος 330 330 350 (Minimum Cement (kgr) per cubic meter of concrete mix ) Μέγιστη Λόγος Ν/Τ 0.50 0.50 0.45 (Maximum W/C ratio) Ελάχιστος Εγκλεισμός Αέρα (%) (Minimum Air-Entrainment (%)) Ελάχιστη Επικάλυψη Σκυροδέματος (mm) 35 40 50 (Minimum Cover Thickness (mm))πιν. 1 Εύρος Υποβάθμισης Συνάφειας λόγω Χλωριόντων (από τη Θάλασσα) σύμφωνα με το ΕΝ 206-1. 2.3 Μορφή Διάβρωσης – Περιβάλλον Έκθεσης Η αυθόρμητη διάβρωση στα μέταλλα με μικρή προδιάθεση ή μικρής έντασης γεωμετρικά ή ενδόκοκκα ενεργά κέντρα σε συνθήκες όπου το περιβάλλον παραμένει ήπιο (δηλ. αέρας, χωρίς βροχή, με χωρίς ή λίγη υγρασία και σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες) παρουσιάζουν ηλεκτροχημική ομοιόμορφη διάβρωση. Το αξιοσημείωτο όμως στην εξέλιξη της προαναφερόμενης διεργασίας είναι ότι είτε όταν τροποποιηθεί το διαβρωτικό περιβάλλον (δηλ. η υγρασία είναι έντονη, υπάρχει παρουσία χλωριόντων), είτε όταν παρουσιαστούν ανομοιογένειες στη δομή του μετάλλου (δηλ. η επιφάνεια εμφανίζει ενεργειακά αναβαθμισμένα σημεία, γεωμετρικά ενεργά κέντρα, αταξίες δομής ή σύστασης λόγω δυσκολίας του προϊόντος διάβρωσης ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012να παρακολουθήσει το μακροσκοπικό σχηματισμό, μηχανικές κακώσεις, θερμικές ανισότητες μεταξύ μετάλλου και προϊόντος διάβρωσης), η διάβρωση εξελίσσεται ή ακόμη και από την εκκίνησή της παρουσιάζει χαρακτηριστικά διάβρωσης με βελονισμό. 2.4 Διερεύνηση - Μακροσκοπικός Έλεγχος Κατά τη διάρκεια των διερευνητικών εργασιών διαπιστώθηκε ότι σημαντικό μέρος του φέροντος οργανισμού παρουσίαζε έντονα προβλήματα διάβρωσης του χαλύβδινου οπλισμού, λόγω των χλωριόντων από την άμεση γειτνίαση της κατασκευής με το θαλασσινό περιβάλλον. Κατά τη διάρκεια της αποτύπωσης και εν συνεχεία τεκμηρίωσης της υφιστάμενης καταστάσεως του κτιρίου, διαπιστώθηκαν έντονα σημάδια φθοράς, με αποφλοιώσεις σκυροδέματος, κηλίδες οξείδωσης και σημαντική απομείωση της ενεργής διατομής του οπλισμού, (φωτ. 1, 2). Ως εκ τούτου, πραγματοποιήθηκαν πρόσθετες διερευνητικές εργασίες, τόσο στο έργο, όσο και στο εργαστήριο, ώστε να προσδιοριστούν με ακρίβεια τα πιθανά αίτια και ο μηχανισμός που οδήγησαν στις αστοχίες αυτές, προτού προταθούν αναστηλωτικές επεμβάσεις. Το κτίριο σχεδιάστηκε οπλισμένο σκυρόδεμα κατηγορίας B160 (DIN 1045) και λείο χάλυβα κατηγορίας StI. Το σκυρόδεμα παρουσιάζει υψηλό λόγο Ν/Τ και χαμηλό ποσοστό τσιμέντου. Επιπλέον η κοκκομετρία του σκυροδέματος (μέγιστος κόκκος 42mm) σε σχέση με το πάχος επικάλυψης (ΜΟ 12mm) δημιούργησε προβλήματα διαχωρισμού (segregation) με αποτέλεσμα η περιεκτικότητα της επικάλυψης σε τσιμεντοπολτό να είναι ιδιαιτέρως χαμηλή [8] και κατ' επέκταση περιορισμένης αντίστασης στην διάχυση χλωριόντων.φωτ.1 Διάβρωση Χαλύβδινου Οπλισμού με βελονισμό.φωτ.2 Απoφλοιώσεις Χαλύβδινου ΟπλισμούΤο ανάπτυγμα / χαρτογράφηση των ρηγματώσεων υποδεικνύει ότι οι βλάβες προέρχονται από προϊόντα οξειδώσεως των μεταλλικών στοιχείων, ανατρέποντας παράλληλα οποιαδήποτε υπόνοια για δυσμενή αποτελέσματα λόγω σεισμικής διέγερσης. Ειδικότερα για το φαινόμενο της οξείδωσης του χαλύβδινου οπλισμού, εντοπίζεται στη διεπιφάνεια χάλυβα / σκυροδέματος, επιβεβαιώνοντας τη διαφορετικότητά του σε σχέση με τις προκληθείσες συνέπειες των τυχηματικών δράσεων (π.χ. σεισμός, καθίζηση). Η φυσική εξήγηση της προκαλούμενης ρηγμάτωσης εντοπίζεται στο ότι τα παραγόμενα οξείδια του σιδήρου παρουσιάζουν μικρότερη πυκνότητα και συνεπώς μεγαλύτερο όγκο, με άμεση συνέπεια τη δημιουργία εφελκυστικών τάσεων στα υλικά που τα περιβάλλουν (σκυρόδεμα) και την τελική διάρρηξη της επικάλυψης. Επιπλέον, σε περιπτώσεις επίθεσης από χλωριόντα (παραθαλλάσια έργα) υπάρχει σοβαρή ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012πιθανότητα διάβρωσης βελονισμού (εξαχνώσεις) με ταυτόχρονη δημιουργία περιοχών συγκέντρωσης εφελκυστικών τάσεων στον οπλισμό. Ανάλογα με τις διαστάσεις και την πυκνότητα των εξάχνωσεων υπάρχει αύξηση του συντελεστή ψαθυροποίησης του χάλυβα με αποτέλεσμα την μείωση της πλαστιμότητας [9]. 2.5 Διερεύνηση – Επί του Έργου & Εργαστηριακή Τεκμηρίωση Ο τρόπος προσβολής από χλωριόντα, διακρίνεται σε ενδογενείς περιπτώσεις, ο οποίος λαμβάνει χώρα εξ’ αρχής στο άμεσο περιβάλλον κατά την υλοποίηση της κατασκευής (δηλ. παραγωγή κονιαμάτων και σκυροδεμάτων με χρήση θαλασσινού νερού, αδρανών πλούσια σε άλατα), καθώς και εξωγενείς περιπτώσεις, ο οποίος πραγματοποιείται μέσω διείσδυσης σε υγιές υλικό (δηλ. παγολυτικά άλατα, γειτνίαση σε θαλασσινό περιβάλλον). Η ύπαρξη χλωριόντων στη μάζα του σκυροδέματος προκαλεί διττή δυσμένεια για τις κατασκευές, καθώς η δράση του ως μηχανισμός μακροστοιχείου συμπληρώνεται κι από την επικείμενη προσβολή της παθητικής στρώσης των οξειδίων σιδήρου. Η παθητικότητα του χάλυβα εξαρτάται από τη σταθερότητα του υμένα προστασίας που δημιουργείται κατά τη διαδικασία εγκιβωτισμού του από το φρέσκο σκυρόδεμα. Η απενεργοποίηση δε του υμένα αυτού εμφανίζεται όταν το ποσοστό των χλωριόντων υπερβαίνει ένα κρίσιμο επίπεδο, με αποτέλεσμα τα μη δεσμευμένα χλωριόντα να τον προσβάλουν τοπικά. Σημαντικό μέρος της μελέτης αποτελεί η τεκμηριωμένη εξακρίβωση των αιτίων που οδήγησαν στην εξέλιξη του μηχανισμού διάβρωσης των χαλύβδινου οπλισμού. Σε περιπτώσεις παραθαλλάσιων έργων κρίνετε επιβεβλημένη τόσο η μέτρηση των εναερίων χλωριόντων όσο και η διάχυση τους στο σκυρόδεμα. Η συγκέντρωσης εναερίων χλωριώντων μετρήθηκε με τη χρήση διαφραγματικής αντλίας 35 lt/min και φίλτρα PTFE Φ47/8μm+ φίλτρο υαλονήματος 1 μm για 3 ημέρες (1 φίλτρο ανά 1 ημέρα). Η συγκέντρωση χλωριώντων υπολογίσθηκε μετά από χρωματογραφία. Τα αποτελέσματα δίνονται παρακάτω (σχ.1), όταν το τυπικό όριο κατηγοριοποίησης έκθεσης οπλισμένο σκυρόδεμα σε διαβρωτικό περιβάλλον από εναέρια χλωριόντα είναι τα 1000 mg/lt (ΕΝ 206-1, XS).σχ.1 Μετρήσεις Πεδίου Εναέριων Χλωριόντων (ISO 9223) Η καμπύλη διάχυσης χλωριόντων στο σκυρόδεμα έγινε βάση του AASHTO T260. Ενδεικτικά αποτελέσματα δίνονται στο διάγραμμα που ακολουθεί (εικ. 1). Το γενικό όριο κρίσιμης ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012συγκέντρωσης στο βάθος επικάλυψης είναι 0.18% κ.β. σκυροδέματος. Το όριο του 0.18% αναφέρετε σε σκυρόδεμα με pH 13.5 και σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να υπολογίζετε σε σχέση με το πραγματικό pH στο βάθος επικάλυψης. Τυπικά αποτελέσματα pH σύμφωνα με ASTM D 4262-05 δίνονται στο παρακάτω διάγραμμα (εικ. 2). Ενδεικτικές τιμές κρίσιμης συγκέντρωσης χλωριόντων σε σχέση με το pH, δίνονται στον πίνακα (πιν. 2) SIDE B Testing according to AASHTO T260SIDE B Testing according to ASTM D4262–05Θέση ΟπλισμούΘέση οπλισμού0.611 K18 K16 K1Concrete Ph100.40.3-Cl (%w.t. concrete)0.50.29 critical alkalility limit 8K18 K16 K17 critical penetration limit0.1 0102030405060706 010Concrete Thickness (mm)εικ.1 Καμπύλες διάχυσης χλωριόντων σε σχέση με το πάχος σκυροδέματος (πλευράς προς το θαλάσσιο μέτωπο).203040506070Concrete Thickness (mm)εικ.2 Καμπύλες pH σε σχέση με το πάχος σκυροδέματος (προς το θαλάσσιο μέτωπο).Από τα παραπάνω γίνετε αντιληπτό ότι η διάχυση των χλωριόντων στο βάθος επικάλυψης είναι 905 φορές μεγαλύτερη από το κρίσιμο όριο (πιν. 2, φωτ.3).pH Σκυροδέματος στο Βάθος Επικάλυψης 13.5 13.0 12.5 11.0 9.0φωτ.3 Διάβρωση χαλύβδινου οπλισμού και απώλεια διατομήςΚρίσιμη Συγκέντρωση Χλωριόντων σε Βάθος Επικάλυψης, κ.β. Σκυροδέματος (%) 0.18 0.056 0.018 0.0056 0.00053πιν. 2 Κρίσιμη συγκέντρωση χλωριόντων στο βάθος επικάλυψης σε σχέση με την αλκαλικότητα του σκυροδέματος [10].Στο πλαίσιο αυτό, μια πρώτη διερευνητική εργασία ιδιαίτερης σπουδαιότητας επί του έργου αποτέλεσε η μέτρηση του ρυθμού διάβρωσης με Μέθοδο Γραμμικής Πόλωσης - Linear Polarization Resistance (LPR). Κατά τη μέτρηση αυτή είναι σημαντικό να υπάρχει αναγωγή θερμοκρασίας, ώστε να προβλεφθούν τα μέγιστα όρια του ρυθμού διάβρωσης (καλοκαιρινοί μήνες). Για την περιοχή της Ιθάκης με φάσμα μέση θερμοκρασίας 17.3 - 33.6 oC, ο συντελεστής ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012αναγωγής είναι 1.33. Στη συνέχεια (εικ. 3α και 3β) δίνονται τυπικά αποτελέσματα από τις μετρήσεις. Η χρήση contour plot είναι επιβεβλημένη για την αποτύπωση γαλβανικών ζωνών (μακρο-στοιχεία).εικ. 3(α) Περίοδος)Ρυθμός(Χειμερινή εικ. 3(β) Ρυθμός Διάβρωσης (Καλοκαιρινή Περίοδος)ΔιάβρωσηςΚαθοριστικό παράγοντα για την ύπαρξη μακρο-στοιχείων στο δόμημα καθώς και του ρυθμού εξέλιξης της διαβρώσεως αποτελεί η μέτρηση της περιεχόμενης υγρασίας στους πόρους σκυροδέματος. Ο προσδιορισμός αυτός επιτυγχάνεται με μετρήσεις της ηλεκτρικής αντίστασής τους με τη μέθοδο Wenner (τεσσάρων σημείων) ή θερμογράφο (λειτουργία υπέρυθρων ακτινών). Στο έργο αυτό χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Wenner (ASTM C1202), όπου οι μετρήσεις κατέδειξαν τις διαφορετικές τιμές μεταξύ των δομικών στοιχείων, τεκμηριώνοντας με τον τρόπο αυτό την ύπαρξη μακρο-στοιχείων. Τυπικά αποτελέσματα δίνονται παρακάτω (εικ 4). Concrete Wenner Resistance (Kohmcm) 259002030800101070020 15 25 30 40 4515 4540 600Height (cm)154515 20 20 50035 45 4025 10 20 10 1525 5 10 15400 103002025302020 5 10 155020 1535 4535102040 3030 25 20 150 01015 20505 10510025 304520 5 10 15 15 20 20 5 10 1520010 100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5035 30405060708090 100 110 120 130 140 150 160Side Length (cm)εικ. 4. Μετρήσεις ηλεκτρικής αντίστασης σκυροδέματος και εμφάνιση γαλβανικών μακροστοιχείων. Οι περιοχές μακρο-στοιχείων εμφανίζονται με τα βέλη. ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012Επιπροσθέτως, πραγματοποιήθηκαν μετατροπές των μετρήσεων σε βαθμό παραμένουσας συνάφειας, εικόνα 5α. Οι παραπάνω πληροφορίες σε συνδυασμό με απαιτούμενο συντελεστή αξιοπιστίας (required reliability index) βSLS για το επίπεδο της αποπαθητικοποίησης (depassivation) του χαλύβδινου οπλισμού σύμφωνα με την οδηγία της fib TG 5.6 (2000) ορίζουν μέγιστο συντελεστή εξάντλησης 0.75 με Πιθανότητα Αστοχίας (Probability of Failure) Pf=10-2 (Model Code CEB 78 Serviceability Limit State). Με βάση τα παραπάνω υπολογίζετε ο συντελεστής δομικής ακεραιότητας, εικόνα 5β.εικ. 5(α) Υπολειπόμενο Ποσοστό Συνάφειας εικ. 5(β) Συντελεστής Δομικής Ακεραιότητας Σκυροδέματος/Χάλυβα (με συντελεστή εξάντλησης 0,75) Τιμές του συντελεστή δομικής ακεραιότητας μεγαλύτερες από 3.0 δηλώνουν ότι το συγκεκριμένο στοιχείο θα πρέπει να επισκευαστεί με στάθμη επισκευής/συντήρησης > IV, V ώστε να διασφαλιστεί ο μέγιστος συντελεστής εξάντλησης για εύρος ωφέλιμης ζωής Τ>30 έτη. Ο αρχικός συντελεστής εκμετάλλευσής, συμπεριλαμβανόμενων των προβλημάτων υπολογίσθηκε στο 1.13. Για την επίτευξη του συντελεστή εξάντλησης 0.75 απαιτήθηκε η ενίσχυση των τοιχίων με συμβατικό μανδύα από χαλύβδινο οπλισμό και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, καθώς και τη χρήση σύμμεικτων μεταλλικών ενισχύσεων για τα υποστυλώματα. 2.6 Αποτίμηση – Αποτελέσματα Μετρήσεων Σύμφωνα με τα αποτελέσματα από τις επί του έργου και εργαστηριακές μετρήσεις συμπεραίνουμε ότι ο χαλύβδινος οπλισμός του κτιρίου και η χαμηλού ρυθμού εξέλιξη της ηλεκτροχημικής αντιδράσεως οξείδωσης επιταχύνεται σημαντικά λόγω της συγκέντρωσης χλωριόντων (δηλ. δράση γαλβανικού μακροστοιχείου, προσβολή παθητικής στρώσης οξειδίων του σιδήρου, αύξηση αγωγιμότητας). Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός της διάβρωσης, ο οποίος αρχικά εξαρτάται από το πορώδες και την αγωγιμότητα του σκυροδέματος που βρίσκονται σε επαφή με τον χαλύβδινο οπλισμό, διαφοροποιείται όσο το φαινόμενο εξελίσσεται και το πάχος των οξειδίων αυξάνεται στην επιφάνεια του χάλυβα. Αυτό συμβαίνει, διότι τα οξείδια του σιδήρου (σκουριά) με συγκεκριμένη περιεκτικότητα υγρασίας παρουσιάζουν μικρότερη αντίσταση (μεγαλύτερη αγωγιμότητα) από εκείνη του περιβάλλοντος (σκυροδέματος), καθώς επίσης και λόγω του ότι με το πέρασμα του χρόνου ο ρυθμός επιβαρύνεται ακόμη περισσότερο με την ύπαρξη των προκληθέντων ρηγματώσεων, από την διόγκωση που προκαλείται από την μετατροπή σιδήρου σε οξείδια, που αποτελούν σημεία εισόδου διαβρωτικών ουσιών (νερό, χλωριόντα). ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 20123. ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΕΠΕΜΒΑΣΗΣ 3.1 Μελέτη Καθοδικής (Γαλβανικής) Προστασίας Η επιτυχής επισκευή και προστασία των κατασκευών που έχουν υποστεί βλάβες ή φθορά απαιτεί επαγγελματική εκτίμηση, μελέτη, εκτέλεση και επίβλεψη μιας τεχνικής λύσης που συνάδει με τον αντικειμενικό στόχο της ομάδας εργασίας του έργου. Η επιλογή διαδικασιών καθώς και υλικών – συστημάτων σύμφωνα με την επιλεγμένη στρατηγική, αποτελούν τον κορμό της επιστημονικής προσέγγισης, διασφαλίζοντας την απαιτούμενη χρονοεπάρκεια της κατασκευής. Ένα από τα συστήματα καθολικού ελέγχου του φαινόμενου της διάβρωσης αποτελεί η καθοδική προστασία, κατά την οποία εφαρμόζεται δυναμικό αντίθετο του δυναμικού διάβρωσης (εικ. 6), μεταβάλλοντας τη μεταλλική ράβδο σε κάθοδο ενός ηλεκτρολυτικού κελιού. Επομένως, με τη διαδικασία αυτή αναστέλλεται η διεξαγωγή αντιδράσεων οξείδωσης του μετάλλου και αντιθέτως λαμβάνει χώρα η αντίδραση της αναγωγής. Το δυναμικό συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος προκαλείται με δύο διαφορετικούς τρόπους, οι οποίοι είναι είτε με την επιβολή τάσεως από μια πηγή συνεχούς ρεύματος ή κάνοντας χρήση ενός μετάλλου/κράματος (θυσιαζόμενο) υψηλότερου δυναμικού από εκείνου του προστατευμένου μετάλλου / κράματος (εικ. 7).εικ. 6 Αρχή Λειτουργίας Καθοδικής Προστασίαςεικ. 7 Αρχή Λειτουργίας Θυσιαζόμενων ΑνοδίωνΚατά τη φάση σχεδιασμού για τον περιορισμό και τον έλεγχο της περαιτέρω διάβρωσης του χαλύβδινου οπλισμού, επιλέχθηκε από τη μελετητική ομάδα η χρήση της καθοδικής προστασίας και ειδικότερα της γαλβανικής με τα θυσιαζόμενα ανόδια ψευδαργύρου. Η αρχή της λειτουργίας της βασίζετε στην ηλεκτρο-αρνητικότητα του ψευδαργύρου σε σχέση με τον χάλυβα και κατ’ επέκταση στη δημιουργία νέων ανόδων. Η μελέτη της γαλβανικής προστασίας προσδιορίζετε βάση των αρχών του Προτύπου ΕΝ 12696 όσον αφορά τις απαιτήσεις σε μάζα ψευδαργύρου ανά επιφάνεια οπλισμού, της αγωγιμότητας του σκυροδέματος και τις διαφοροποιήσεις ομοιόμορφης λειτουργίας από γαλβανικά κελιά. Η απλότητα στη χρήση γαλβανικής προστασίας έγκειται στο γεγονός ότι η λειτουργία της δεν απαιτεί τη χρήση εξωτερικής ηλεκτρικής μονάδας και αισθητήρων καταγραφής, όπως στην περίπτωση της κλασσικής καθοδικής προστασίας, ενώ η ωφέλιμη ζωή της μπορεί να ξεπεράσει, κατά περίπτωση τα 20 χρόνια υπό αυτόνομη λειτουργία ή και τα 25-30 χρόνια με επιπλέον επικουρικά μέσα, όπως χρήση αναστολέα διάβρωσης για περιορισμό των γαλβανικών κελιών, υδροφοβισμό για περιορισμό της υγρασίας και φραγμάτων διάχυσης χλωριόντων (βαφές) που περιορίζουν την επιφανειακή συγκέντρωση χλωριόντων και κατά συνέπεια το λόγο δεσμευμένων/ελευθέρων χλωριόντων. ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012Σε κάποιο βαθμό η ανοδική αντίδραση συνεχίζεται διαβρώνοντας τις ανόδους, κι αυτό αποτελεί και το βασικό σημείο για το σχεδιασμό του συστήματος της καθοδικής προστασίας. Η δράση του συστήματος καθοδικής προστασίας επιβεβαιώνεται διπλά, επηρεάζοντας καταλυτικά όλο το μηχανισμό της διάβρωσης και εξαλείφοντας τοπικά γαλβανικά στοιχεία και μακροστοιχεία, ενώ παράλληλα συνεισφέρει με τον μηχανισμό της και στη μετακίνηση των χλωριόντων προς την άνοδο (θετικά φορτισμένη), απομακρύνοντας τα κατά συνέπεια κι από το χαλύβδινο οπλισμό. 3.2 Τεχνολογία Θυσιαζόμενων Ανοδίων – Γαλβανικής Προστασίας Στο πλαίσιο της ανθεκτικότητας των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκαν και εξελίχθηκαν τεχνολογικές λύσεις υψηλού επιπέδου, που διασφαλίζουν υψηλό βαθμό προστασίας τόσο για νέες κατασκευές όσο και για επεμβάσεις αποκατάστασης. Ο τρόπος είναι άμεσος με δυνατότητα ελέγχου του μηχανισμού που προκαλεί τη φθορά και ειδικότερα επιφέροντας μείωσης του ρυθμού διάβρωσης του χαλύβδινου οπλισμού. Η ηλεκτροχημική τεχνολογία των εγκιβωτιζώμενων ανοδίων γαλβανικής προστασίας Sika® Galvashield® (εικ. 8, εικ 9), κάνουν χρήση της καινοτόμου Τεχνολογίας™ 2G - Υψηλού Ρεύματος, που αποτελείται από ένα ψευδαργυρικό πυρήνα υψηλής καθαρότητας που περικλείεται σε ένα ειδικά σχεδιασμένο τσιμεντοειδές κονίαμα. Τα στοιχεία ανοδίων είναι ενεργοποιημένα για χρήση σε αλκαλικό περιβάλλον (Τύπος Α) με pH 14, έτσι ώστε να παραμένει ενεργοποιημένος ο ψευδάργυρου καθ’ όλη τη διάρκεια λειτουργίας του ανοδίου, χωρίς να αναστέλλεται η δράση τους.εικ. 8 Ανόδια Sika® Galvashield®εικ. 9 Ανόδια Sika® Galvashield®3.3 Μεθοδολογία Μελέτης Γαλβανικής Προστασίας Για τον ορθό σχεδιασμό της γαλβανικής προστασίας απαιτείται να συνεκτιμηθούν αρκετοί παράμετροι, ώστε η τελική πρόταση να καλύπτει τις ανάγκες λειτουργίας του έργου. Συνοπτικά θα πρέπει να θιγούν θέματα όπως η αισθητική, η όχληση, το κόστος, η ανθεκτικότητα, το προσδόκιμο λειτουργίας, η προσβασιμότητα, η συντήρηση, η αναστρεψιμότητα, αλλά σημαντικά σημεία υπό εξέταση, για τον μελετητή αποτελούν η πυκνότητα ρεύματος και η κατανομή του δυναμικού. Η επιλογή της πυκνότητας ρεύματος αποτελεί ίσως το βασικό σχεδιαστικό παράγοντα, δεδομένου ότι καθορίζει σε σημαντικό βαθμό το ρυθμό διάβρωσης των ανοδίων και ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012κατά συνέπεια του χρόνου λειτουργίας του συστήματος. Επιπλέον, ο προσδιορισμός του δεν αποτελεί εύκολη διαδικασία, καθώς δεν υπάρχουν προκαθορισμένες τιμές που να δίνονται αποκλειστικά και μόνο από πίνακες ενός κανονιστικού κειμένου. Η ποιότητα του άμεσου περιβάλλοντος μέσα στο οποίο εγκιβωτίζεται το μεταλλικό στοιχείο, δηλαδή η περιεκτικότητα και η κατανομή του σε χλωριόντα, το ποσοστό της υγρασίας, ο βαθμός της θερμοκρασίας, η μεταβλητότητα του περιβάλλοντος εν γένει, η αντίσταση του μέσου κ.α., αποτελούν μερικά από τα κριτήρια υπό εξέταση πριν τη λήψη της τελικής απόφασης (εικ. 10). Ο σχεδιασμός της γαλβανικής προστασίας θα πρέπει να διασφαλίζει τα παρακάτω: 3.3.1 Ομοιόμορφη απόδοση ανοδίων καθ’ όλο το χρόνο σχεδιασμού Αυτό επιτυγχάνεται γνωρίζοντας τον ρυθμό διάβρωσης (current density) και το ποσοστό όπλισης της επιφάνειας προστασίας. Η περιοχή αρχικά χωρίζεται σε περιοχές 1 m 2 που εμφανίζονται διαφορές στον ρυθμό διάβρωσης > 10% και έντονα μακρο-στοιχεία (ΔR>20KOhm cm). Τυπικά αποτελέσματα μελέτης δίνονται στον Πίνακα 3.ΙcorrSteel SurfaceConcrete VolumeMax. Anode OutputΔR>20µA/cm2No.m2m3Ah/Kgr (1)KOhmcm4.8 3.6 1.8 1.81.72 1.72 1.72 1.720.2 0.2 0.2 0.2850 850 850 850Yes No Yes NoDesign Anode OutputΣυντελεστής Απόδοσης ΑνοδίουΒάρος ΑνοδίωνΚατανάλωση ΑνοδίουΑh/Kgr0-1Kgrh/Kgr637 722.5 637 722.50.75 0.85 0.75 0.850.44 0.40 0.17 0.15770349 657062 1539490 1744917Μax Closed Circuit Potential (mV) in Chlorides (2)1 2 3 4≈ 995 ≈ 995 ≈ 995 ≈ 9951. Sika® Galvashield (Οι τιμές διαφέρουν ανάλογα τον κατασκευαστή και τον τύπο του ανοδίου) Το designed Closed Circuit Potential (mV) είναι 775mV2.Πίνακας 3. Προστασία 30 ετών Παρόλα αυτά στις περιπτώσεις 3 και 4 ο αριθμός των απαιτούμενων ανοδίων Sika® Galvashield® XP-2 (100gr) δημιουργεί προβλήματα ομοιόμορφης λειτουργίας, καθώς ο αριθμός δεν επιτρέπει την τοποθέτηση σε κεντροβαρική απόσταση μικρότερη των 500 mm (radial operational range) που δίνεται από τον κατασκευαστή (ACI RAP-8 Installation of Embedded Galvanic Anodes) για την αποφυγή ζωνών με Closed Circuit Potential > -150mV (όριο έλεγχος έναρξης διάβρωσης). Η περίπτωση αυτή αντιμετωπίζετε με πύκνωση των ανοδίων εκμεταλλεύονται την ιδιότητα AC των ανοδίων Sika® Galvashield® XP-2. Η ιδιότητα AC χαρακτηρίζει την διπλή τους ικανότητα σε κατάσταση ελέγχου διάβρωσης (corrosion control) και σε κατάσταση αναμονής (corrosion prevention). Με λίγα λόγια τα ανόδια τύπου AC έχουν την δυνατότητα επανεκκινήσεως του κλειστού κυκλώματος δυναμικού (Closed Circuit Potential), ανάλογα με το αναπτυσσόμενο δυναμικό διάβρωσης του οπλισμού. 3.3.2 Ομοιόμορφη κατανάλωση ανοδίου Αποτελεί την πλέον σοβαρή παράμετρο σχεδιασμού αφού η πρόωρη κατανάλωση του ανοδίου σε σχέση με αυτά της αλληλοεπικαλύψεως (overlapping) θα δημιουργήσει προβλήματα στο radial operational range με αποτέλεσμα, α) τη δημιουργία μη προστατευμένων ζωνών, β) τη μείωση της ζωής του συστήματος και γ) τη δημιουργία έντονων μακρο-στοιχείων (artificial anode zones). Σημαντική παράμετρος στα παραπάνω είναι η μη γραμμική απόδοση του ανοδίου σε σχέση με τον χρόνο [11-14]. Το ανόδιο ή καλύτερα το σύστημα των ανοδίων (anode grid) / επιφάνεια ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 2012προστασίας σχεδιάζετε ώστε να λειτουργήσει αρχικά σε υψηλές τιμές δυναμικού (Closed Circuit Potential), ώστε να επιφέρει τάχιστη παθητικοποίηση του χάλυβα. Η περίοδος αυτή στην διεθνή βιβλιογραφία αναφέρεται σαν αρχική περίοδο παθητικοποίησης - initial passivation period (IPP). Συνήθως ο μελετητής θα πρέπει να πολλαπλασιάσει τον ρυθμό διάβρωσης με έναν συντελεστή 1.4<ΚIDP<3 για χρονική περίοδο όχι μεγαλύτερη των 6 μηνών, ενώ ο Συντελεστής Απόδοσης Ανοδίου θα πρέπει να είναι ίσος με 1.0. O πίνακας 4 δείχνει κατά αντιστοιχία με τον Πίνακα 3 τα αποτελέσματα.1 2 3 4ΙcorrSteel Surfa ceConcrete VolumeMax. Anode Output(µA/cm2)No.(m2)(m3)(Ah/Kgr)14.8 Χ 3 3.6 Χ 3 1.8 Χ 3 1.8 Χ 31.72 1.72 1.72 1.720.2 0.2 0.2 0.2850 850 850 850ΔR>20Design Anode OutputΣυντ. Απόδοσης ΑνοδίουΚατανά -λωση Ανοδίου(KOhm cm)(Ah/Kgr)(0-1)(h/Kgr)Yes No Yes No637 722.5 637 722.51 0.85 0.75 0.85256581 388027 684218 776055Μax Closed Circuit Potential (mV) in Chlorides ≈995 ≈995 ≈995 ≈995Κατανάλωση μάζας ανοδίου (gr)17 11 6.4 5.6Πίνακας 4. Υπολογισμός κατανάλωσης IDP. Στην περίπτωση Νο. 2 συμπεραίνουμε ότι 11 από τα 100 gr ανοδίου δύνατε να καταναλωθούν για την κάλυψη του IDP, με αποτέλεσμα ο ωφέλιμος αριθμός των ανοδίων για την διατήρηση των 30 ετών της μελέτης να αυξάνετε σε 1 επιπλέον ανόδιο ανά 4 ανόδια του πλέγματος (grid) ανά τετρ. μέτρο επιφανείας (σύνολο 5). 3.3.3 Εξάλειψη μακρο-στοιχείων Για την εξάλειψη μακρο-στοιχείων υπάρχει ο εμπειρικός κανόνας της πύκνωσης των ανοδίων στο ελάχιστο επιτρεπόμενο όριο κεντροβαρικής απόστασης (20 εκ). Το ανόδιο στην περιοχή του μακροστοιχείου ονομάζετε balancing anode (σε ελεύθερη μετάφραση ανόδιο υποστήριξης). Ο ρόλος του ανοδίου υποστήριξης είναι να καταναλωθεί πρόωρα χωρίς να επηρεάζει το radial operational range. Συνήθως υδροφοβισμός με τριχοειδής δράση (capillary action) χρησιμοποιείται επικουρικά στην περιοχή ώστε να μειώσει την ένταση του μακρο-στοιχείου.εικ. 10 Μια τυπική Διάταξη Μελέτης Ανοδίων ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΑΝΑΣΤΗΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ (ΕΤΕΠΑΜ) Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Αναστηλώσεων, Αθήνα 1-3 Νοεμβρίου 20123.4 Μεθοδολογία Τοποθέτησης Γαλβανικής Προστασίας Πρώτη βασική προϋπόθεση για την επιτυχή εφαρμογή της καθοδικής (γαλβανικής) προστασίας είναι να ακολουθηθεί η μελέτη εφαρμογής που περιγράφει αναλυτικά τη θέση, καθώς και τις αποστάσεις μεταξύ των ανοδίων. Τα συστήματα ανοδίων και τα επισκευαστικά κονιάματα εφαρμόστηκαν άμεσα, μετά την προετοιμασία και τον καθαρισμό του χαλύβδινου οπλισμού, χρησιμοποιώντας εγκεκριμένες τεχνικές σύμφωνα με το ACI RAP-8 Installation of Embedded Galvanic Anodes. Επίσης, καταγράφηκαν οι ακριβής θέσεις τοποθέτησης των ανοδίων, ώστε να παρακολουθείτε η απόδοσης τους σε βάθος χρόνου (φωτ. 8) Το σκυρόδεμα απομακρύνθηκε περιμετρικά και πίσω από το διαβρωμένο οπλισμό χρησιμοποιώντας εγκεκριμένες τεχνικές σύμφωνα με το ICRI Οδηγία R310,1R, ενώ ο εκτεθειμένος οπλισμός προετοιμάστηκε καταλλήλως, απομακρύνοντας σκόνες και υπολείμματα σκυροδέματος. Στη συνέχεια αφού πρώτα ενεργοποιήθηκαν τα ανόδια (φωτ. 4), μετά τοποθετήθηκαν με τη βοήθεια συρμάτων (φωτ. 5) δίπλα ή κάτω από τον οπλισμό και σε κοντινή απόσταση από το σκυρόδεμα (μέχρι 100 mm) διασφαλίζοντας και την πλήρη επικάλυψη που πρέπει να επακολουθήσει από το επισκευαστικό κονίαμα, καθώς το ελάχιστο πάχος επικάλυψης με επισκευαστικό κονίαμα πρέπει να είναι 20mm. Στις περιπτώσεις που το πάχος επικάλυψης ήταν μικρότερο των 20mm, η τοποθέτηση των ανοδίων πραγματοποιήθηκε στη πίσω πλευρά του κύριου οπλισμού, ενώ στις περιπτώσεις που το πάχος επικάλυψης ήταν μεγαλύτερο από 20 mm η τοποθέτηση των ανοδίων πραγματοποιήθηκε μεταξύ κύριου οπλισμού και διατμητικού οπλισμού (συνδετήρα).φωτ. 4 Ενεργοποίηση Sika® Galvashield®φωτ. 5 Τοποθέτηση Sika® Galvashield®Η σύνδεση μεταξύ ανοδίων με τον χαλύβδινο οπλισμό ελέγχθηκε με τη χρήση ηλεκτρικού πολύμετρου (φωτ.7), ενώ τα σημεία με ασυνέχειες, επιδιορθώθηκαν με την ένωση του “μη συνδεδεμένου” οπλισμού με κάποιο γειτονικό, χρησιμοποιώντας ανοξείδωτο ή γαλβανισμένο σύρμα Φ4 σε πυκνότητα 1 σύνδεση ανά τρέχον μέτρου ύψους (φωτ. 6), ώστε να επιτευχθεί διαφορά δυναμικού μεταξύ 0 και 1 mV για την επιβεβαίωση της ηλεκτρικής συνέχειας. Η σύνδεση σφραγίστηκε χρησιμοποιώντας υπερ-αγώγιμη κόλλα βάσεως αργύρου. ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΡΕΥΝ
Έχουν δημοσιευτεί 2 σχόλιαΜετάβαση στην αρχή του άρθρου

Αγαπητέ Κύριε Μαρσέλλο

σας ευχαριστώ για τα καλά σας λόγια. Ο πίνακας 1 είναι απο το άρθρο Rodriguez J., Orteca L. M. and Casal J.: ‘Corrosion of reinforcing bars and service life of reinforced concrete structures: Corrosion and bond deterioration’, International Conference on Concrete Across Borders, Odense, Denmark, 1994, Vol. II, pp. 315-326, και σήμερα αποτελεί κομμάτι του Model Code. Απλά το μόνο που κάναμε είναι να εισάγουμε τις συνθήκες της Ελλάδος (θερμοκρασία, κύκλοι διαβροχής, συγκεντρωση χλωριόντων) βάση πάντα κανονιστικών εξισώσεων απο το DuraCrete FIB TG 5.6).

O κυρ. Καρύδης αποτελεί επιστημονικά εναν μηχανικό με τεράστια εμπειρία αλλα και κατάρτιση.

Μετα τιμής

Χρήστος Ροδόπουλος
----------------------------------------------------

02 Φεβρουαρίου 2013

Το άρθρο αυτό είναι "θησαυρός". Δεν ξαναείδα σε Ελληνική βιβλιογραφία τους συσχετισμούς για κατηγορίες περιβάλλοντος XS1-XS2-XS3 με άλλες παραμέτρους, όπως στον Πινακα 1, καθώς και το όλο θέμα της καθοδικής προστασίας, που δυστυχώς δεν είναι της "μόδας" στην χώρα μας.

Ευχάριστη έκπληξη ο Γ. Καρυδης από την Sika. Που τα Ελληνικά "ιερατεία" του ΤΕΕ να τον αξιοποιήσουν ...

Η παρουσία του καθ. Χρ. Ροδόπουλου του Μonash University της Αυστραλίας είναι άλλο ένα "ράπισμα" στους καρεκλοκένταυρους του ΥΠΕΧΩΔΕ-ΥΠΟΜΕΔΙ κλπ που δεν αξιοποιουν τέτοια στελέχη στις Επιτροπές Κανονισμών, αλλά και για τον ΕΛΟΤ, που δεν μπορεί να βρει έναν τρόπο συμμετοχής experts στις Επιτροπές του, όπως στην ΤΕ-20: ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ (λ.χ. Ιωάννα Παπαγιάννη, Χρ.Ροδοπουλο κλπ)

Νικ.Μαρσελλος, Πολ.Μηχ.
"ισόβιο" μελος των Επιτροπων σκυροδεματος ... και ώρα να φύγει!

Εισάγετε το όνομά σας. *
Εισάγετε το e-mail σας. *
Μήνυμα
Κάντε ένα σχόλιο για το άρθρο. Το μήνυμα σχολίου σας θα δημοσιοποιηθεί μετά από έγκριση από την αρμόδια Επιτροπή.
*

Σφάλμα

Εισάγετε το όνομά σας.

Σφάλμα

Εισάγετε το e-mail σας.

Σφάλμα

Εισάγετε μήνυμα σχολίου.

Σφάλμα

Προέκυψε ένα λάθος κατά την αποστολή του σχολίου σας, παρακαλώ δοκιμάστε ξανά αργότερα.

Μήνυμα

Το μήνυμα σχολίου απεστάλη επιτυχώς. Θα δημοσιευτεί το συντομότερο δυνατό μετά την έγκριση του από την αρμόδια Επιτροπή.