Επίδραση πρόσθετων σύνθετων αναστολέων διάβρωσης στην ανθεκτικότητα του οπλισμένου σκυροδέματος

Abstract

The object of this thesis is the experimental study of the protection of steel reinforcement and the increase of mechanical properties of concrete with the use of organic coatings and corrosion inhibitors. The thesis consists of two parts. The first part examined the use of an organic coating containing corrosion inhibitors, which can be used both on the reinforcement surface and the mortar surface, and evaluated the protection it can offer from corrosion in the environment of chlorides. In the second part, the use of calcium nitrate as corrosion inhibitor (either as an admixture or as a spray) was examined in chloride environment and the protection rate was evaluated to two other commercial corrosion inhibitors. The experimental process of first part consisted in the construction of reinforced cylindrical cement specimens and reinforced cubic cement specimens. The protection study was applied to two different types of specimens, which included reinforced concrete specimens. Αn organic coating was applied either on the surface of the mortar or on the surface of the reinforcement or on the surface of the mortar and on the surface of the reinforcement. For comparison purposes, the corrosion of steels in non-organic painted specimens was studied. The experimental process was carried out in accelerated corrosion conditions (salting chamber), under controlled conditions in a laboratory environment (partial immersion) and in an urban environment (in the Zografou Polytechnic School). The assessment of the protective capability of the organic coating was evaluated by the following methods: - Measurement of electrochemical corrosion parameters (icorr, Rp) and corrosion potential (Ecorr) of reinforcements as a function of exposure time to the corrosive environment, - Calculation of percentage loss of mass and electrochemical mass loss of reinforcements. In the second part were made specimens with a ratio of cement: sand: water 1: 3: 0.5 and with a ratio of cement: sand: water 1: 3: 0.65. In one group of specimens, the corrosion inhibitor Ca(NO3)2 was added in two different ratios (0.4g / 100g of cement and 0.8g / 100g of cement of the amount of water added), while in the other groups of reinforced concrete specimens four different types of corrosion inhibitors have been added to the outer surface of the mortar, two of which are based on calcium nitrate and the other two on dimethylethanolamine and calcium nitrite. The experimental procedure was performed under controlled conditions in a laboratory environment (partial immersion in 3.5 wt% NaCl). The protective capability of the above protection methods compared to unprotected steel was evaluated electrochemically by the determination of electrochemical corrosion parameters. In particular, it was determined: - Corrosion potential versus time - The density of the erosion current icorr- Linear polarization resistance Rp - Electrochemical mass lossIn addition, a mass determination of the mass loss of concrete reinforcement steel was made. Finally, macroscopic and microscopic observation of corroded cement mortars was carried out using a scanning electron microscope (SEM). From this thesis resulted in the following conclusions: 1. The organic coating that contains corrosion inhibitor in all the cases gives protection to the reinforcement and the system by applying the organic coating with the corrosion inhibitor (i and ii coating) both on the surface of the mortar and on the surface of the reinforcement provided better protection in relation to the other two systems (application of the organic coating (i and ii coating) only on the surface of the mortar, or only on the surface of the reinforcement. 2. The inhibitors that were used as admixtures in cement/sand/water: 1/3/0.5 specimens had a better protective effect than the inhibitors that were used as sprays, while in cement/sand/water: 1/ 3/ 0.65 specimens better protective effect had the inhibitors used as Sprays of Groups III and IV in which corrosion inhibitor was based on dimethylethanolamine and calcium nitrite respectively. 3. In all the cases inhibitor that was based on calcium nitrate provide protection either it was used as admixture either as a spray.

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η πειραματική μελέτη και διερεύνηση της προστατευτικής ικανότητας οργανικών επικαλύψεων και αναστολέων διάβρωσης με σκοπό την προστασία του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος (ΧΟΣ). Στο πρώτο μέρος εξετάσθηκε η χρησιμοποίηση μιας οργανικής επικάλυψης η οποία περιέχει αναστολείς διάβρωσης, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο στην επιφάνεια του οπλισμού όσο και του σκυροδέματος και αξιολογήθηκε η προστασία που μπορεί να προσφέρει από την διάβρωση σε περιβάλλον χλωριόντων. Στο δεύτερο μέρος, εξετάσθηκε η χρήση του νιτρικού ασβεστίου σαν αναστολέα διάβρωσης (είτε σαν πρόσμικτος είτε σαν ψεκαζόμενος) σε περιβάλλον χλωριόντων και αξιολογήθηκε η δυνατότητα προστασίας σε σύγκριση με δύο άλλους εμπορικούς αναστολείς διάβρωσης. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, η πειραματική διαδικασία περιελάμβανε κατασκευή οπλισμένων κυλινδρικών δοκιμίων τσιμεντοκονίας. Εφαρμόστηκε οργανική επικάλυψη είτε στην επιφάνεια του κονιάματος, είτε στην επιφάνεια του οπλισμού, είτε και στην επιφάνεια του κονιάματος και στην επιφάνεια του οπλισμού. Για λόγους σύγκρισης μελετήθηκε η διάβρωση των χαλύβων σε δοκίμια χωρίς οργανική επικάλυψη. Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε σε επιταχυνόμενες συνθήκες διάβρωσης (θάλαμος αλατονέφωσης), σε ελεγχόμενες συνθήκες σε εργαστηριακό περιβάλλον (μερική εμβάπτιση) και σε αστικό περιβάλλον (στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου). Η εκτίμηση της προστατευτικής ικανότητας που προσέφερε η οργανική επικάλυψη, εκτιμήθηκε με τις ακόλουθες μεθόδους:- Μέτρηση ηλεκτροχημικών παραμέτρων διάβρωσης (icorr, Rp) και δυναμικού Διάβρωσης (Ecorr) των οπλισμών συναρτήσει του χρόνου έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον,-Υπολογισμός της ποσοστιαίας απώλειας μάζας και της ηλεκτροχημικής απώλειας μάζας των οπλισμών. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, κατασκευάστηκαν οπλισμένα κυβικά δοκίμια με αναλογία τσιμέντο:άμμος:νερό 1:3:0.5 και με αναλογία τσιμέντο:άμμος:νερό 1:3:0.65. Στη μια ομάδα δοκιμίων έχει προστεθεί στη σύσταση του τσιμεντοκονιάματος αναστολέας διάβρωσης ως πρόσμικτο σε δύο διαφορετικές περιεκτικότητες (4g/100g τσιμέντου και 8g/100g τσιμέντου, της ποσότητας του νερού που προστέθηκε), ενώ στις άλλες ομάδες δοκιμίων οπλισμών εγκιβωτισμένων στο σκυρόδεμα, έχουν προστεθεί στην εξωτερική επιφάνεια του σκυροδέματος, ως ψεκαζόμενοι, τέσσερις διαφορετικοί τύποι αναστολέων διάβρωσης, από τους οποίους οι δύο βασίζονται στο Νιτρικό Ασβέστιο και οι άλλοι δύο στη Διμεθυλ-αιθανόλ-αμίνη και στο Νιτρώδες Ασβέστιο. Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε σε ελεγχόμενες συνθήκες σε εργαστηριακό περιβάλλον (μερική εμβάπτιση σε 3.5% κ.β. NaCl). Η προστατευτική ικανότητα των παραπάνω μεθόδων προστασίας σε σύγκριση με τον χάλυβα χωρίς προστασία εκτιμήθηκε ηλεκτροχημικά με τον προσδιορισμό ηλεκτροχημικών παραμέτρων διάβρωσης. Συγκεκριμένα προσδιορίστηκε: -Το Δυναμικό διάβρωσης συναρτήσει του χρόνου (στον οπλισμό) -Η πυκνότητα του ρεύματος διάβρωσης icorr -H αντίσταση γραμμικής πόλωσης Rp -Η ηλεκτροχημική απώλεια μάζας (στον οπλισμό). Επιπρόσθετα έγινε σταθμικός προσδιορισμός της απώλειας μάζας των χαλύβων οπλισμού σκυροδέματος. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μακροσκοπική και μικροσκοπική παρατήρηση των διαβρωμένων τσιμεντοκονιαμάτων με τη χρησιμοποίηση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης. Από την διατριβή αυτή προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα: 1. Η οργανική επικάλυψη με αναστολέα διάβρωσης σε όλες τις εξεταζόμενες περιπτώσεις προσδίδει προστασία στον οπλισμό και το σύστημα με εφαρμογή της οργανικής επικάλυψης με αναστολέα διάβρωσης (i και ii επικαλυπτικού) τόσο στην επιφάνεια του κονιάματος όσο και στην επιφάνεια του οπλισμού προσέφερε καλύτερη προστασία σε σχέση με τα άλλα δύο συστήματα (εφαρμογή της οργανικής επικάλυψης με αναστολέα διάβρωσης (i και ii επικαλυπτικού) μόνο στην επιφάνεια του κονιάματος, ή μόνο στην επιφάνεια του οπλισμού. 2. Οι αναστολείς που χρησιμοποιήθηκαν ως πρόσμικτοι στα δοκίμια με αναλογία τσιμέντου/αδρανών/νερό: 1/3/0.5 είχαν καλύτερη προστατευτική δράση απ’ότι οι αναστολείς που χρησιμοποιήθηκαν ως ψεκαζόμενοι, ενώ στα δοκίμια με αναλογία τσιμέντου/αδρανών/νερό: 1/3/0.65 καλύτερη προστατευτική δράση είχαν οι αναστολείς που χρησιμοποιήθηκαν ως ψεκαζόμενοι των Ομάδων III και IV, των οποίων οι αναστολείς διάβρωσης βασίζονται στη Διμεθυλ-αιθανόλ-αμίνη και στο Νιτρώδες Ασβέστιο αντίστοιχα. 3. Σε όλες τις εξεταζόμενες περιπτώσεις ο αναστολέας διάβρωσης που βασίζεται στο νιτρικό ασβέστιο προσέφερε προστασία είτε χρησιμοποιήθηκε ως πρόσμικτος είτε ως ψεκαζόμενος.