Solving concrete rebars corrosion problems, by C.Rodopoulos by arch

Η αντιμετώπιση της διάβρωσης του οπλισμού: το φαινόμενο, οι κανονισμοί, οι αρχές των επεμβάσεων, η χρονοεπάρκειά τους, το κόστος τους και η εφαρμογή καθοδικής προστασίας με αυτοκόλλητα θυσιαζόμενα ανόδια

Χρήστος Ροδόπουλος Παναγιώτης Αναγνωστόπουλος

Εισαγωγή Το αντικείμενο είναι εκτενές και αρκετά πολύπλοκο, ενώ το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα σημαντικό, αλλά και διεθνές. Οι κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα αυξάνουν και πληθύνονται, ενώ ταυτόχρονα πολλές από αυτές έχουν ήδη εμφανίσει περισσότερα ή λιγότερα προβλήματα οφειλόμενα στην διάβρωση του οπλισμού. Και όσο οι κατασκευές παλιώνουν τα προβλήματα πολλαπλασιάζονται ... Εκτιμάται ότι σήμερα απαιτούνται παγκοσμίως περί τα 475 δις € για τις επισκευές κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα ... Το πρόβλημα λοιπόν είναι μεγάλο και τα λεφτά πολλά! Η αντιμετώπιση ενός τέτοιου προβλήματος, όπως είναι ευνόητο, δεν μπορεί να γίνεται με την μέθοδο του "μπαλώματος". Αντίθετα απαιτείται πλήρης τεχνικο-οικονομική αξιολόγηση των επεμβάσεων και της χρονοεπάρκειάς τους. Εχει ήδη αναπτυχθεί και εφαρμόζεται διεθνώς ένα ευρύ κανονιστικό πλαίσιο που διέπει τις επισκευαστικές επεμβάσεις (ΕΝ 1504, ΕΝ ISO 12696 κλπ), ενώ υπάρχουν τεχνικές και υλικά που επιτρέπουν την εξασφάλιση μεγαλύτερης χρονοεπάρκειας των επεμβάσεων, δηλαδή καλύτερου λόγου κόστους/οφέλους. Μια από αυτές είναι η μέθοδος των αυτοκόλλητων θυσιαζομένων ανοδίων. Βέβαια, ο μεγάλος εχθρός των επισκευαστικών επεμβάσεων είναι οι ανεπαρκείς μελέτες, οι κακοτεχνίες και οι αυτοσχεδιασμοί κατά την εφαρμογή τους ... Η παρουσίαση όλων αυτών των πτυχών του προβλήματος, αναπόφευκτα, οδήγησε σε ένα αρκετά εκτενές κείμενο. Καταβλήθηκε όμως κάθε προσπάθεια ώστε να είναι όσο το δυνατόν πιο απλό και χωρίς πολλά μαθηματικά και χημικές εξισώσεις. Υ.Γ. Θυμηθείτε ότι, όπως λέει και κάποιο Ιρλανδέζικο άσμα των '70, "Η σκουριά ποτέ δεν κοιμάται" (Rust never sleeps)

1 / 63

Α.

Το φαινόμενο της διάβρωσης του οπλισμού και το σχετικό κανονιστικό πλαίσιο

Η διάβρωση του οπλισμού στις κατασκευές από οπλισμένο σκυροδέματος οδηγεί σχεδόν πάντοτε σε σημαντική υποβάθμιση της φέρουσας ικανότητάς τους μέσω συνδυαζόμενων μηχανισμών υποβάθμισης. Οι βασικοί συνδυαζόμενοι μηχανισμοί είναι: α) β) γ)

η μείωση συνάφειας μεταξύ οπλισμού/σκυροδέματος η υποβάθμιση των διατομών και των δύο υλικών η μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων και των δύο υλικών

Οι παραπάνω συνδυαζόμενοι μηχανισμοί επιφέρουν ανάλογα τον τύπου του στοιχείου και τον σχεδιασμό του φορέα: α) β) γ) δ) ε)

απώλεια αντοχής συνάφειας με το σκυρόδεμα μείωση της φέρουσας ικανότητας έναντι τέμνουσας μείωση καμπτικής αντοχής μείωση δυσκαμψίας στο Στάδιο ΙΙ μείωση ικανότητας στροφής

Πηγή.

Σ. Π. ΤΑΣΤΑΝΗ και Σ. Ι. ΠΑΝΤΑΖΟΠΟΥΛΟΥ, Αποτίμηση και Αναβάθμιση Διαβρωμένων Κατασκευών Ο.Σ. με Σύνθετα Υλικά Ι.Ο.Π. Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, Ι, τεύχ. 1-2

2 / 63

Λόγω των παραπάνω, σε πλήθος περιπτώσεων τόσο στην Ελλάδα αλλά και στον κόσμο, η διάβρωση του οπλισμού οδηγεί τους μελετητές Μηχανικούς στην μερική ή πλήρη ανακατασκευή των προβληματικών στοιχείων, στην σημαντική ενίσχυση υφισταμένων ή και ακόμα στην πλήρη ενίσχυση του φορέα. Οι επεμβάσεις λόγω διάβρωσης κυμαίνονται μεταξύ 85-270% του κόστους αρχικής κατασκευής του στοιχείου.

Σήμερα σε παγκόσμιο το κόστος επισκευών από διάβρωση σε κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος ξεπερνάει σε παγκόσμιο επίπεδο τα 72 δις δολάρια.

Στην ΕΕ, σύμφωνα με το ερευνητικό πρόγραμμα COST action 521, το 2015 δαπανήθηκαν περισσότερα από 25 δις € ενώ εκτιμήθηκε ότι μέχρι το 2035 ο λογαριασμός θα φθάσει τα 48 δις ετησίως, λόγω της συνεχιζόμενης γήρανσης του δομικού πλούτου. Με γραμμική παρεμβολή των στοιχείων του COST της περιόδου 2002-2010 προκύπτει για την Ελλάδα δαπάνη κατά το 2015 περί τα 400 εκατ. €. Ομως το ποσόν αυτό, λόγω της κρίσης, είναι εύλογο να αναθεωρηθεί προς τα κάτω κατά πολύ, στα 50-60 εκατ. €. 3 / 63

Η έναρξη και η εξέλιξη του φυσικο-χημικού φαινομένου της διάβρωσης, προϋποθέτει παρουσία οξυγόνου και υγρασίας καθώς και συγκεκριμένους μηχανισμούς υποβάθμισης (παθολογίας) του τσιμεντοπολτού του σκυροδέματος. Ο τσιμεντοπολτός λειτουργεί ως πεπερασμένο μέσο προστασίας του οπλισμού. Ο χρόνος της παρεχόμενης προστασίας (έναρξη κύκλου ζωής έως έναρξη εμφάνισης ενεργού διάβρωσης) ονομάζεται χρόνος έναρξης διάβρωσης (ΧΕΔ).

Ο ΧΕΔ εξαρτάται από: α)

Την ποσότητα και την ποιότητα του τσιμεντοπολτού στο μείγμα. Κανονιστικά αυτό αποτυπώνεται στο ΕΝ 206

4 / 63

β)

Το πάχος επικάλυψης. Κανονιστικά αυτό αποτυπώνεται στο ΕΝ 206

γ)

Την ποιότητα κατασκευής επικάλυψης. Κανονιστικά αυτό αποτυπώνεται στο πρότυπο ΕΝ 13670.

ε)

το περιβάλλον λειτουργίας. Το περιβάλλον λειτουργίας ταξινομείται επί της αρχής στο ΕΝ 206

5 / 63

Είναι εξαιρετικά σημαντικό να τονίσουμε ότι η προστασία δεν παρέχεται από το πάχος (cm) επικάλυψης αλλά από το ποσοστό και την ποιότητα του τσιμεντοπολτού που εμπεριέχεται στο σκυρόδεμα. Για τον λόγο αυτό η πλειονότητα των ανεπτυγμένων χωρών του κόσμου και πολλές χώρες της ΕΕ έχουν συμπεριλάβει στο εθνικό του προσάρτημα για το προτύπου ΕΝ 206, μέγιστο κόκκο αδρανούς 20 mm χωρίς αλλαγές στην περιεκτικότητα τσιμέντου και στο λόγο Ν/Τ.

Εξαιρετικό ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι καμία από τις παραπάνω χώρες δεν συνδυάζουν ταυτόχρονα την υψηλή σεισμικότητα με την υψηλή στάθμη περιβαλλοντικών/διαβρωτικών δράσεων όπως η Ελλάδα. Το Αιγαίο για παράδειγμα έχει μια από τις υψηλότερες στάθμες συγκέντρωσης χλωριόντων στον κόσμο άνω ταυτόχρονα έχουμε έντονη ηλιοφάνεια.

Το οξυγόνο, βέβαια, υπάρχει σε αφθονία, εκτός των περιπτώσεων υποθαλασσίων κατασκευών. Η υγρασία εμφανίζει διακυμάνσεις και πολυμορφία: υγρασία της ατμόσφαιρας, υγρασία λόγω αστοχίας στεγάνωσης, ανερχόμενη υγρασία από υπόγεια ύδατα, βροχή, ακόμη και υγρασία από αυτόματο πότισμα. Η υγρασία επηρεάζει αρνητικά τόσο τους μηχανισμούς υποβάθμισης της προστασίας που παρέχεται από τον τσιμεντοπολτό του σκυροδέματος στον χάλυβα (χρόνος έναρξης διάβρωσης) όσο και τον ρυθμό διάβρωσης του οπλισμού. Η επίδραση της θερμοκρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας μειώνει εκθετικά την παρεχόμενη προστασία του τσιμεντοπολτού και άρα το ΧΕΔ, ενώ ταυτόχρονα εκθετικά επιταχύνει το ρυθμό διάβρωσης (αύξηση κατά 10 °C από την βάση των 20 °C διπλασιάζει τουλάχιστον τον ρυθμό διάβρωσης). Η επίδραση της θερμοκρασίας στην μεταβολή του ρυθμού διείσδυσης χλωριόντων ή και ενανθράκωσης δεν συμπεριλαμβάνεται στο πρότυπο ΕΝ 206.

6 / 63

Στις κατασκευές που βρίσκονται σε απόσταση μεγαλύτερη των 1.000 m από το θαλάσσιο μέτωπο, η υποβάθμιση του σκυροδέματος οφείλεται συνήθως στην ενανθράκωση του τσιμεντοπολτού (μηχανισμός μείωσης αλκαλικότητας) σε επίπεδα που καθιστούν τον τσιμεντοπολτό αδύναμο να παρέχει προστασία στον χάλυβα οπλισμού έναντι διάβρωσης. Ο ρυθμός ενανθράκωσης συνδέεται άμεσα με την συγκέντρωση CO2 στην ατμόσφαιρα με αποτέλεσμα μεγάλες αστικές περιοχές να εμφανίζουν μικρότερο ΧΕΔ σε σχέση με περιοχές μικρότερης πληθυσμιακής πυκνότητας.

Σε απόσταση μικρότερη των 1.000 m, η διάβρωση προέρχεται από την διείσδυση εναέριων χλωριόντων στον τσιμεντοπολτό και την απευθείας προσβολή του χάλυβα. Λόγω της πηγής του μηχανισμού διείσδυσης, η προσβολή (διάβρωση) αναφέρεται ως εξωγενής.

Χλωριόντα στην μάζα του τσιμεντοπολτού σκυροδέματος έχουν επίσης καταγραφεί σε αρκετές κατασκευές, ειδικότερα σε νησιά λόγω χρήσης υφάλμυρου νερού αντλήσεων ή και "μολυσμένων" αδρανών που συλλέγονται από αλατούχα εδάφη ειδικότερα σε κατασκευές πριν το 1990. Χλωριόντα στην μάζα του σκυροδέματος έχουν επίσης καταγραφεί σε κατασκευές πριν το 1970 λόγω χρήσης ορυκτών αλάτων στο νωπό σκυρόδεμα για την επιτάχυνση επίτευξης πρώιμων αντοχών. Λόγω της πηγής, η προσβολή αναφέρεται ως ενδογενής. Η ύπαρξη χλωριόντων στον νωπό μείγμα καταλύει το ΧΕΔ.

7 / 63

Σε απόσταση μεταξύ 150 - 1.000 m από το θαλάσσιο μέτωπο εμφανίζεται συνδυασμός ενανθράκωσης και προσβολής από εναέρια χλωριόντα. Ο συνδυασμός αυτός οδηγεί σε σημαντική μείωση του ΧΕΔ και σε πολλαπλάσιο ρυθμό διάβρωσης σε σχέση με τον ρυθμό διάβρωσης που προέρχεται αποκλειστικά από την προσβολή εναέριων χλωριόντων.

Η πτώση της αλκαλικότητας, λόγω πχ ενανθράκωσης, μειώνει σημαντικά την δυνατότητα δέσμευσης χλωριόντων από τον τσιμεντοπολτό, με αποτέλεσμα τα ελευθέρα χλωριόντα (αυτά που επιτίθενται στον χάλυβα), ως ποσοστό των ολικών χλωριόντων, αυξάνουν σημαντικά. Τα όρια του ΕΝ 206 (σύμφωνα με τον παραπάνω Πίνακα 15), δηλώνουν την κρίσιμη τιμή ολικών χλωριόντων. Κατά μέσο όρο, ένας τσιμεντοπολτός με pH>12.5 μπορεί να δεσμεύσει περί το 80-87% των ολικών χλωριόντων ενώ ένας τσιμεντοπολτός με pH=10.5 περί το 8-12%. Στο πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 206 δεν γίνεται συσχετισμός της κρίσιμης περιεκτικότητας χλωριόντων με την αλκαλικότητα του σκυροδέματος (pH). Ωστόσο, οι τιμές του κρίσιμου λόγου Cl-/OH- συναρτήσει της αλκαλικότητας του τσιμεντοπολτού μπορούν να ληφθούν από το ACI 222R-8 (Συστάσεις του American Concrete Institute).

13,5

Κρίσιμη Συγκέντρωση σε ppm 6740

13,0

2130

12,5

672

12,0 11,5 11,0 10,0 9,0 (Όριο πλήρους ενανθράκωσης)

213 67 21 2

0,087 (≈ ΕΝ 206 για προ-εντεταμένες κατασκευές) 0,027 0,0087 0,00027 0.000026

0,2

0,00000026

pH Τσιμεντοπολτού

* Θεωρώντας σκυρόδεμα C30/37 βάσει ΕΛΟΤ ΕΝ 206.

8 / 63

Κρίσιμη συγκέντρωση κατά βάρος τσιμέντου (%) * 0,87 0,27 (≈ ΕΝ 206 για μη προ-εντεταμένες κατασκευές)

Τα όρια αυτά του ACI εξηγούν το αποτέλεσμα της παρακάτω εικόνας σε κατασκευή όπου η συγκέντρωση χλωριόντων στο βάθος επικάλυψης ήταν 0,05% ή στο 1/2 του ορίου του κανονισμού. Η αλκαλικότητα στο βάθος επικάλυψης μετρήθηκε pH=10,8.

Σε κάθε περίπτωση, ανεξάρτητα από την παθολογία του σκυροδέματος που οδήγησε στην διάβρωση του οπλισμού, η επέμβαση αποκατάστασης πρέπει να είναι ανθεκτική στον χρόνο (να διαθέτει αξιόπιστη χρόνο-επάρκεια). Σε παγκόσμιο επίπεδο, το 50% των επισκευών διάβρωσης αποτυγχάνει σε λιγότερο από 5 χρόνια.

Πηγή. Ερευνητικό πρόγραμμα ΕΕ, CON.REP.NET

Μια επέμβαση αποκατάστασης θεωρείται αποτελεσματική και επιτυχής, όταν σε χρονικό ορίζοντα τουλάχιστον 20 ετών δεν θα παρουσιαστούν εκ νέου φαινόμενα όπως η εκτίναξη του σκυροδέματος (αποφλοίωση), η απομείωση της διατομής του οπλισμού, η υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων και απώλεια συνάφειας με το σκυρόδεμα.

9 / 63

Η ευθύνη του μηχανικού που αναλαμβάνει την μελέτη αποκατάστασης είναι πολλαπλάσια αυτής μιας νέας κατασκευής και μάλιστα εκθετικά αυξημένη σε σχέση με τις επιπτώσεις μιας αποτυχίας. Λόγω της πολυπλοκότητας του προβλήματος, ο ΚΑΝΕΠΕ σηκώνει τα χέρια ψηλά δηλώνοντας

• Η χρήση αναστολέων διάβρωσης δεν παρέχουν καμία πιστοποιημένη χρόνοεπάρκεια ενώ δεν πιστοποιούνται έναντι καμίας αρχής του προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ 1504. Για τον λόγο αυτό δεν φέρουν σήμανση CE βάσει EN 1504-9 (CATHODIC CONTROL) ή ΕΝ 1504-10 (CATHODIC PROTECTION). Η ερώτηση προς οποιοδήποτε κατασκευαστή ως προς την απόδοση και την χρόνο-επάρκεια των αναστολέων διάβρωσης λαμβάνει πάντα την ίδια απάντηση "Δεν είμαστε υποχρεωμένοι να δηλώσουμε τιμή συμμόρφωσης".

Οι ΕΤΕΠ αν και παραπέμπουν σε χρήση αναστολέων διάβρωσης, δεν αποτελούν οδηγίες μελέτης και σε καμία περίπτωση δεν αναφέρονται σε χρόνο-επάρκεια προστασίας. Η τεχνική της γαλβανικής καθοδικής προστασίας έναντι διάβρωσης του οπλισμού διέπεται από αυστηρά πρότυπα συμμόρφωσης. Το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ 12696 είναι υποχρεωτικής εφαρμογής για όλες τις χώρες της ΕΕ από το 2000.

Η τεχνολογία των θυσιαζόμενων ανοδίων (γαλβανική) για την προστασία κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος δεν είναι καινούργια. Εδώ και 60 χρόνια έχει εφαρμοσθεί με επιτυχία παγκοσμίως σε πάνω από 1,5 εκ κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος. Στην διεθνή βιβλιογραφία υπάρχουν χιλιάδες αναφορές για την εφαρμογή σε έργα όλων των κατηγοριών ενώ σε όλες τις χώρες του κόσμου, οι σχετικές εργασίες καλύπτονται από τα τυποποιημένα τιμολόγια Δημοσίων Εργων (Standard Items Lists). Η μοναδική χώρα στον κόσμο που δεν έχει σχετικό επίσημο τιμολόγιο είναι ... η Ελλάδα! Τα Σκόπια έφτιαξαν τιμολόγιο το 2009 ενώ η Αλβανία έχει από το 1988.

10 / 63

Β.

Επεξήγηση και υπολογισμός του Δείκτη Αποτελεσματικότητας Επισκευών Διάβρωσης (RPI)

Η αξιολόγηση της επιτυχίας των επεμβάσεων για την αντιμετώπιση των προβλημάτων από την διάβρωση του οπλισμού κατασκευών από σκυρόδεμα γίνεται σήμερα διεθνώς με τον Δείκτη Αποτελεσματικότητας Επισκευών Διάβρωσης (Corrosion Repair Performance Indicator, RPI), ο οποίος προσδιορίζεται με βάση την σχέση:

όπου: PI ο δείκτης απόδοσης (Performance Indicator) ImPI ο δείκτης βαρύτητας. n o αριθμός μετρήσιμων παραμέτρων προσδιορισμού απόδοσης που διαβαθμίζονται σύμφωνα με τον παρακάτω Πίνακα 1

Ο δείκτης RPI διαβαθμίζεται από την στάθμη 1 = Βέλτιστος ως την στάθμη 4 = Χείριστος. Η στάθμη (1) ορίζει την μέγιστη δυνατή πιθανότητα επιτυχίας της επέμβασης και η στάθμη (4) την μέγιστη δυνατή πιθανότητα αποτυχίας. ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Ανάλυση Δείκτη Αποτελεσματικότητας Επισκευών Διάβρωσης (RPI)

11 / 63

Πριν προβούμε στην ανάλυση των παραμέτρων είναι εξαιρετικά σημαντικό να δούμε την τελευταία γραμμή του Πίνακα: Target value for the success criteria (determined at the time of repair) = 3 Τιμή στόχου επιτυχούς επισκευής = 3 [άθροισµα γινόµενων βάρους ImPI x στάθµη ( score)] Ο παραπάνω πίνακας περιλαμβάνει 3 ομάδες κριτηρίων αξιολόγησης (απαιτήσεων):

Πρόσφυση (Bond) Βαρύτητα (ImPI) 15% Η ομάδα αυτή αναφέρεται στην ποιότητα της επέμβασης και περιλαμβάνει τα ακόλουθα υποκριτήρια (ΡΙ):

1.1 Αποκόλληση: Εύρος ρηγμάτωσης μεταξύ επισκευής και υποστρώματος (οπτικός προσδιορισμός) -- Debonding: Crack width between repair and substrate (visual) -- Βαρύτητα 5%, κωδικός PI1.ImPI1 Μια κακής ποιότητας επέμβαση θα επιφέρει περιμετρική αποκόλληση της περιοχής επέμβασης με αποτέλεσμα να αυξήσει σημαντικά το ρυθμό διάβρωσης και σε πολλές περιπτώσεις να δημιουργήσει εξαχνώσεις στον οπλισμό ακόμα και σε περιπτώσεις απλής ενανθράκωσης που επί της αρχής εμφανίζεται με ομοιόμορφο τρόπο. Οι εξαχνώσεις είναι αποτέλεσμα δημιουργίας πολλαπλών φαινόμενών άρχουσας ανόδου (εξηγείτε στην συνέχεια). Η αστοχία αυτή οφείλεται ως επί το πλείστον στην αδυναμία των συντελεστών του έργου (μελέτη/επίβλεψη/ανάδοχος) να συνδυάσουν ορθά την εφαρμογή της απαιτούμενης αποκατάστασης με τον τρόπο προμέτρησης/τιμολόγησης/ επιμέτρησης των εργασιών. Δηλαδή:

12 / 63

α)

να προϋπολογίσουν σωστά τον απαιτούμενο όγκο καθαρισμού/αφαίρεσης των σαθρών υλικών στην περιοχή της επέμβασης, της προετοιμασίας της επιφάνειας εφαρμογής με τοπικές καθαιρέσεις αλλά και της μορφοποίησης των ακμών (υποχρέωση Μελετητή)

β)

να επιλέξουν τα υλικά αποκατάστασης βάσει των ειδικών απαιτήσεων του έργου (υποχρέωση Μελετητή).

γ)

να διατηρήσουν τα όρια παρασκευής νωπού μείγματος όπως ορίζονται από τον παραγωγό ώστε να μην επηρεάσουν τα πολυμερή αντιστάθμισης συρρίκνωσης που εμπεριέχονται στο επισκευαστικό κονίαμα (υποχρέωση Ανάδοχου)

δ)

να τηρήσουν τους απαιτούμενους χρόνους ωρίμανσης όπως ορίζονται από τον παραγωγό των υλικών στην περίπτωση πολλαπλών στρώσεων (υποχρέωση Ανάδοχου).

Εικόνα 1: Αστοχία επισκευής γεωμετρίας λόγω περιμετρικής αποκόλλησης

Στην Ελλάδα στην περίπτωση των Δημοσίων Εργων (συχνά και των Ιδιωτικών) η επιμέτρηση των εργασιών αποκατάστασης έχει επικρατήσει να γίνεται σε τετραγωνικά μέτρα επιφανείας, ασχέτως του πάχους επικάλυψης του οπλισμού. Ως παράδειγμα αναφέρεται το άρθρο Β-95.1 των Ενιαίων Τιμολογίων Οδοποιίας: "Αποκατάσταση επιφανειών σκυροδέματος που έχουν υποστεί φθορές λόγω διάβρωσης οπλισμού από την δράση χλωριόντων και την ενανθράκωση του σκυροδέματος με εφαρμογή αναστολέων διάβρωσης και επισκευαστικών κονιαμάτων - Σε στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα σε ύψος από το δάπεδο εργασίας μικρότερο των 10,0 m, με σποραδική εφαρμογή επισκευαστικών κονιαμάτων (επιφανείας με σποραδικές οξειδώσεις οπλισμού)", με τιμή μονάδας 86,50 €/m2. Βέβαια, η ποσότητα των απαιτουμένων επισκευαστικών υλικών εξαρτάται από την τοπική έκταση της βλάβης (μπορεί να προσδιοριστεί επακριβώς μόνον μετά την υδροβολή και την προετοιμασία της επιφάνειας), αλλά και από πάχος επικάλυψης του οπλισμού που είχε εφαρμοσθεί κατά την κατασκευή του έργου, το οποίο στην πράξη ποικίλει από θέση σε θέση. Ολα αυτά είναι δύσκολο να προσεγγισθούν στο στάδιο της μελέτης.

13 / 63

Ας δούμε ως παράδειγμα την επέμβαση αποκατάστασης σε θέση κατασκευής με κύριο οπλισμό Φ20, διανομές Φ 10 και πάχος επικάλυψης 25 mm, επί επιφανείας 1,00 m2 Η ορθή πρακτική επιβάλλει την περιμετρική επέκταση της επιφάνειας εφαρμογής της επιφάνειας επισκευής κατά τουλάχιστον 5 cm ώστε να διαμορφωθούν ακμές 130° -140°, ενώ παράλληλα πρέπει να αποκαλυφθεί πλήρως ο υπάρχων οπλισμός, ώστε να επικαλύπτεται πλήρως από το επισκευαστικό κονίαμα. Πρέπει δηλαδή η τοπική καθαίρεση να φθάσει σε βάθος 25 + 20 + 10 = 55 mm. Με την εκατέρωθεν διεύρυνση η επιφάνεια επέμβασης γίνεται 1,10 x 1,10 = 1,20 m2 (+20%)

Εικόνα 2: Σκαρίφημα σωστής προετοιμασίας επιφάνειας πριν την επισκευή.

Η τυπική κατανάλωση επισκευαστικού υλικού κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-3 είναι της τάξεως των 1,8 kg/m2 ανά mm πάχους. Δηλαδή στο συγκεκριμένο παράδειγμα θα απαιτηθούν 55 mm x 1,8 kg/m2/mm x 1,2 (προσαύξηση επιφάνειας λόγω προεργασίας) ≈ 120 kg επισκευαστικού κονιάματος. x 0,65 €/kg (μέση τιμή αγοράς επισκευαστικών κονιαμάτων) = 78 €/m2 επισκευής. Στην δαπάνη αυτή πρέπει να προστεθούν τα εργατικά, τα ικριώματα, οι μεταφορές, η χρήση μέσων και εξοπλισμού, οι σταλίες/αναμονές για την ωρίμανση των στρώσεων, η φύρα των υλικών κλπ. που "επιεικώς" κοστίζουν τουλάχιστον το 50% της δαπάνης του βασικού υλικού. Φθάνουμε δηλαδή "αισίως" τα 120 €/m2 με τάση αύξησης έως και τα 150 €/m2 όταν οι επισκευές είναι διάσπαρτες ή μικρότερης επιφάνειας. Το άρθρο Β-95.1 αναφέρεται σε επιφάνειες με σποραδικές βλάβες, χωρίς να προσδιορίζει το ποσοστό τους ανά μονάδα επιφανείας του στοιχείου της κατασκευής που εμφανίζει τις βλάβες. Με την παραπάνω κοστολογική ανάλυση η τιμή μονάδας "επαρκεί" για βλάβες που εκτείνονται σε ποσοστό της επιφανείας του στοιχείου έως 86,50 / (120+150) /2 ≈ 60 % Τί γίνεται όμως όταν ο Ανάδοχος δίνει την συνήθη έκπτωση > 50%; Του "μένουν" 45 - 45 €/m2, πράγμα που σημαίνει ότι όταν το ποσοστό βλαβών επί της επιμετρούμενης επιφάνειας του στοιχείου υπερβαίνει το 30%, τότε "μπαίνει μέσα"! Και τι κάνει τότε; Συχνά εφαρμόζει την τεχνική επισκευών τύπου φλούδας ή "πασαλιψατέρ", ενώ η επίβλεψη "παραβλέπει" ή απλώς "αποβλέπει"!! 14 / 63

Στο εξωτερικό η αποκατάσταση επιφανειών σκυροδέματος που έχουν υποστεί φθορές λόγω διάβρωσης οπλισμού (corrosion patch repair) διαβαθμίζεται τιμολογιακά ανάλογα με το πάχος της επισκευής, το οποίο εκτιμάται, όπως πλέον ορίζει και το ΕΛΟΤ ΕΝ 1504, ως: t = πάχος επικάλυψης + διατομή οπλισμού + 10mm ΠΙΝΑΚΑΣ 2:

Χώρα ΗΠΑ Καναδάς Μ. Βρετανία Αυστραλία Γερμανία Ιταλία Γαλλία Δανία

Ενδεικτικές τιμές τιμολογίου διαφόρων χωρών (2016) για εργασίες ισοδύναμης περιγραφής με αυτές του ΝΕΤ ΟΔΟ Β-95.1 ανά m2 επισκευής πάχους 10-20 mm και τυπικές εκπτώσεις προσφορών Κόστος σε Ευρώ 86-92* 78-88* 69 105-110 78-91 75 75 87

Μέση έκπτωση (%) 12 8 8 5 11 14 6 11

* Ανάλογα την πολιτεία/περιφέρεια/κρατίδιο

ΠΙΝΑΚΑΣ 3:

Χώρα ΗΠΑ Καναδάς Μ. Βρετανία Αυστραλία Γερμανία Ιταλία Γαλλία Δανία ΠΙΝΑΚΑΣ 4:

Χώρα ΗΠΑ Καναδάς Μ. Βρετανία Αυστραλία Γερμανία Ιταλία Γαλλία Δανία

Ενδεικτικές τιμές τιμολογίου διαφόρων χωρών (2016) για εργασίες ισοδύναμης περιγραφής με αυτές του ΝΕΤ ΟΔΟ Β-95.1 ανά m2 επισκευής πάχους 20-40 mm και τυπικές εκπτώσεις προσφορών Κόστος σε Ευρώ 136-155* 178-188* 169 155-210 135-178 153 172 167

Μέση έκπτωση (%) 16 11 9 6 8 14 8 10

Ενδεικτικές τιμές τιμολογίου διαφόρων χωρών (2016) για εργασίες ισοδύναμης περιγραφής με αυτές του ΝΕΤ ΟΔΟ Β-95.1 ανά m2 επισκευής πάχους 70-70 mm και τυπικές εκπτώσεις προσφορών {αποκλειστικά για επισκευές γεφυρών, λόγω πάχους επέμβασης) Κόστος σε Ευρώ 276-290* 250-300* 300 325-400 315-378 253-300 262-300 425

Μέση έκπτωση (%) 14 12 16 16 18 22 17 14

Οι παραπάνω τιμές μονάδας αναφέρονται σε πραγματική επιφάνεια επισκευής και βασίζονται, όπως είναι εύλογο, στα κοστολογικά δεδομένα των χωρών αυτών. Λόγου χάριν, στις ΗΠΑ η εργατική δαπάνη (καθαρά ωρομίσθια συν εργοδοτικές εισφορές) είναι κατά περίπου 60% μεγαλύτερη από ότι στην Ελλάδα, ενώ και η τιμή επισκευαστικού γνωστής εταιρείας είναι 2,00 €/kg όταν στην Ελλάδα διατίθεται περί το 1,00 €/kg. Ωστόσο είναι εμφανής η διαβάθμιση της τιμής ανάλογα με το πάχος της επέμβασης αποκατάστασης.

15 / 63

Εικόνα 3: Τυπική κακοτεχνία επισκευής.

Από την φωτογραφία καταλαβαίνετε ότι στην ουσία ο Ανάδοχος της επισκευής καλείται να επισκευάσει όχι απλά την νέα αστοχία λόγω διάβρωσης αλλά και τις αστοχίες όλων των προηγούμενων επεμβάσεων. Παρατηρώντας πιο προσεκτικά την φωτογραφία αυτή παρατηρούμε τα εξής: α)

Υπάρχει έντονη διαβάθμιση επικάλυψης κατά τουλάχιστον 10 mm. Ο οπλισμός δεξιά φέρει σχεδόν μηδενική επικάλυψη ενώ ο οπλισμός στην μέση και αριστερά εμφανίζει επικάλυψη >10 mm.

β)

Ο κάτω συνδετήρας βρίσκεται πάνω από τον κατακόρυφο οπλισμό σε αντίθεση με τον άνω συνδετήρα.

γ)

Το σκυρόδεμα δεν είναι επαρκώς συμπυκνωμένο, ενώ είναι εμφανής η έλλειψη τσιμεντοπολτού.

δ)

Ο προηγούμενος επισκευαστής είχε εφαρμόσει φλούδα κονιάματος σε αρκετή έκταση γύρω από το σημείο της βλάβης, κατά πάσα πιθανότητα για να αυξήσει την προς επιμέτρηση/πληρωμή επιφάνεια της επισκευής ...

ε)

Ανύπαρκτη η πρόσφυση του επισκευαστικού κονιάματος με τον οπλισμό (δεν υπάρχει έστω και δείγμα παραμένουσας φλούδας επισκευαστικού στον οπλισμό).

ζ)

Η αδρότητα της επισκευής οδηγεί σε υπόνοιες ότι είτε το επισκευαστικό κονίαμα δεν είχε αναμιχθεί σωστά, είτε ακόμα ότι χρησιμοποιήθηκε σκέτο τσιμέντο με νερό!!

η)

Οσο για την προστατευτική βαφή ... Ούτε ίχνος από καθαρισμό επιφανείας ή αστάρι, ενώ η "βαφή" δεν είναι παραπάνω από ένα χέρι και μάλιστα με περίσσεια νερού για να "φτουρήσει" η μπογιά. 16 / 63

Η εικόνα 3 δεν είναι φανταστική. Προέρχεται από δημοτικό έργο που εκτελέστηκε τον Μάρτιο του 2012 και αστόχησε τον Ιανουάριο του 2013. Οι φορολογούμενοι είχαν πληρώσει τότε 185.000 €. Σήμερα (2016) το κόστος μιας νέας επισκευής φθάνει τα 400.000 €. Επειδή χρήματα δεν υπάρχουν, το έργο θα ακολουθήσει την μοίρα των προηγούμενων, μέχρι την στιγμή που θα απαιτηθούν πάνω από 1,00 εκατ. €, για ενισχύσεις αυτήν την φορά ... Ο μελετητής και ο επιβλέπων παραμένουν στην υπηρεσία του δήμου μέχρι και σήμερα, ο δε Ανάδοχος έκτοτε έχει εκτελέσει αντίστοιχα "έργα" αξίας πάνω από 2,5 εκατ. € ... Τέλεια, θα πει κανείς!

1.2 Πρόσφυση μεταξύ επισκευαστικού και υποστρώματος -- Bond to substrate -- Βαρύτητα 10%, κωδικός PI2.ImPI2 Η πρόσφυση καλύπτει τρείς βασικές απαιτήσεις: - να μην μας έρθει το επισκευαστικό στο κεφάλι λόγω αποκόλλησης - μείωση του ρυθμού διάβρωσης μέσω της αντίστασης στην μετακίνηση κατιόντων - εξασφάλιση της λειτουργίας του οπλισμού μετά την γεωμετρική αποκατάσταση της διατομής Οι βασικοί μηχανισμοί ρηγμάτωσης/αστοχίας επισκευών και οι αντίστοιχες ανισοεξισώσεις των βασικών μηχανισμών παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα, όπου:

σt ftR ftC fA

τάση συρρίκνωσης επισκευαστικού κονιάματος εφελκυστική αντοχή επισκευαστικού υλικού εφελκυστική αντοχή σκυροδέματος δύναμη πρόσφυσης μεταξύ επισκευαστικού και υποστρώματος

(α) Συνθήκη για εγκάρσια ρωγμή στο επισκευαστικό κονίαμα

(β) Αποκόλληση επισκευαστικού κονιάματος

17 / 63

(γ) Ρηγμάτωση σκυροδέματος

(δ) Εγκάρσια ρηγμάτωση επισκευαστικού κονιάματος

(ε) Σωστή επισκευή

Η δήλωση του παραγωγού του υλικού ότι το κονίαμα είναι μη συρρικνούμενο ισχύει υπό την προϋπόθεση ότι ο Ανάδοχος ακολουθεί επιμελώς τις οδηγίες εφαρμογής και τους περιορισμούς που τίθενται από τον παραγωγό. Τα κονιάματα που αναφέρονται ως μη-συρικνούμενα κατά κανόνα εμπεριέχουν πολυμερή αντιστάθμισης της συρρίκνωσης. Η αντιστάθμιση συρρίκνωσης θα πρέπει να διαρκεί τουλάχιστον 28 ημέρες. Το πρότυπο, π.χ. EN 12617-4, στο οποίο βασίζεται η δήλωση συμμόρφωσης έναντι συρρίκνωσης ορίζει μέγιστη τιμή συρρίκνωσης 3%, με μόνιμη συντήρηση του δοκιμίου σε 65% υγρασία και υπό συνθήκες χωρίς περιορισμούς μετακίνησης. Ενδεικτική τιμή δήλωσης προϊόντος ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-3 ≈ 500 μm/m (20°C, 65% σχετική υγρασία στις 28 ημέρες) Γενικώς οι τάσεις συρρίκνωσης είναι σχετικά μικρές (0,2-0,8 MPa) σε σχέση με τις άλλες παραμέτρους των ως άνω ανισοτήτων. Ιδιαίτερα σημαντικός για τις επισκευές που εκτίθενται στην ηλιακή ακτινοβολία είναι ο συντελεστής θερμικής διαστολής (παράγει όμοιο αποτέλεσμα με αυτό της συρρίκνωσης). Δυστυχώς δεν αποτελεί κριτήριο υποχρεωτικής συμμόρφωσης του παραγωγού. Στις περιπτώσεις αυτές ο μελετητής θα πρέπει να επιλέγει υλικά με την απαιτούμενη τιμή του συντελεστή θερμικής διαστολής, με βάση τα τεχνικά φυλλάδια των προϊόντων.

18 / 63

Εικόνα 4: Απαιτήσεις συμμόρφωσης επισκευαστικών κονιαμάτων βάσει ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-3

Μετά την ως άνω παρουσίαση των μηχανισμών αστοχίας γίνεται αμέσως αντιληπτό ότι στην περίπτωση της εικόνας 3 έχει επέλθει αστοχία τύπου (β) ή (γ), λόγω του ότι ο Ανάδοχος δεν είχε προετοιμάσει σωστά την επιφάνεια (καθαίρεση μέχρι την εύρεση συμπαγούς υποστρώματος), με αποτέλεσμα η εφελκυστική αντοχή του παραμένοντος στην επιφάνεια εφαρμογής του επισκευαστικού να είναι σχεδόν ανύπαρκτη. Είναι εδώ προφανής ο ρόλος που μπορεί να παίξει η ορθή επίβλεψη των εργασιών. Η τιμή της εφελκυστικής αντοχής υγιούς σκυροδέματος μπορεί να εκτιμηθεί με βάση τους Ευρωκώδικες (παρέχουν σχετική εξίσωση). Η εφελκυστική αντοχή του επισκευαστικού υλικού ftR είναι εξαιρετικά σημαντική παράμετρος που δυστυχώς στην ΕΕ δεν αποτελεί κριτήριο συμμόρφωσης προϊόντων σε αντίθεση με τις ΗΠΑ, Ιαπωνία και Αυστραλία. Μείωση της τιμής πέραν των ορίων που ενεργοποιούν τους μηχανισμούς αστοχίας οφείλεται σε αύξηση του νερού ανάμειξης ή και κακή ανάμειξη από το συνεργείο του Ανάδοχου (μη ομοιόμορφη κατανομή ινών). Η ορθή επιλογή της τιμής ftR σε σχέση με τις απαιτήσεις του έργου αποτελεί ευθύνη του μελετητή. Πολλές φορές ο μελετητής επιλέγει την χρήση κονιαμάτων 2 συστατικών ώστε να διασφαλίσει το έργο έναντι πιθανών κακοτεχνιών του Ανάδοχου, που όμως οδηγεί σε αδικαιολόγητη αύξηση του κόστους. Μια τέτοια λύση είναι οικονομοτεχνικά ορθή όταν συνδυάζεται με επιπλέον απαιτήσεις. Η απαιτούμενη τιμή ftR, σε περίπτωση μη καθορισμού της στην μελέτη, μπορεί να εκτιμηθεί έμμεσα με την σχέση:

όπου: ft fck

η εφελκυστική αντοχή του επισκευαστικού κονιάματος (splitting tensile strength) η θλιπτική αντοχή του επισκευαστικού κονιάματος (όλες οι τιμές σε MPa). 19 / 63

Μια επιτυχής επισκευή ως προς το κριτήριο 1.2 (PI2.ImPI2) απαιτεί την επιλογή υλικού με την μέγιστη δυνατή δύναμη πρόσφυσης μεταξύ επισκευαστικού και υποστρώματος (fΑ). Η τιμή αυτή αποτελεί σημαντική παράμετρο κοστολογικής διαβάθμισης των υλικών. Υλικά με πρόσφυση μέχρι και 15 MPa κυκλοφορούν και στην Ελληνική αγορά. Σε περιπτώσεις που ο παραγωγός δηλώνει απλώς συμμόρφωση ανά κατηγορία αντοχής (R4, R3) θα πρέπει να λαμβάνεται η ελάχιστη τιμή fΑ για τον έλεγχο των ως άνω ανισοτήτων (όριο συμμόρφωσης). Η χρήση βελτιωτικών πρόσφυσης (υλικά γνωστά και ως γέφυρες πρόσφυσης), συνιστάται τόσο στον οπλισμό όσο και στην επιφάνεια του υποστρώματος. Επισημαίνεται εδώ ότι είναι εξαιρετικής σημασίας η χρήση επισκευαστικού υλικού χημικώς συμβατού με την γέφυρα πρόσφυσης, ώστε να αποφευχθούν ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις αλλά και να εξασφαλισθούν μεγαλύτερες αντοχές πρόσφυσης μεταξύ γέφυρας και υποστρώματος από ότι μεταξύ γέφυρας και επισκευαστικού. Στις οριζόντιες επισκευές, στις οποίες το ίδιο βάρος του επισκευαστικού δημιουργεί τάσεις αποκόλλησης που μειώνουν την αντοχή πρόσφυσης, συνιστάται η επιλογή υλικών ταχείας ανάπτυξης πρόσφυσης (εντός 24 ωρών). Επισημαίνεται ότι η τιμή συμμόρφωσης κατά το ΕΝ 1504-3 ή το ΕΝ 1542 αναφέρεται σε δοκιμή πρόσφυσης εκτελούμενη μετά από 28 ημέρες και μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα όταν η επισκευή είναι οριζόντια. Ο μελετητής θα πρέπει να επισημάνει το κίνδυνο αυτό και να απαιτήσει την εφαρμογή του επισκευαστικού σε δύο ή περισσότερες φάσεις. Γενικώς στις οριζόντιες επισκευές πρέπει να αποφεύγεται η εφαρμογή στρώσεων πάχους μεγαλύτερου από 30 mm (εφαρμογή με μυστρί) και > 45 mm (εφαρμογή με ψεκασμό).

Διαπερατότητα (Permeability) Βαρύτητα (ImPI) 37% Η ομάδα αυτή αναφέρεται στην αντίσταση του τσιμεντοπολτού στην διείσδυση βλαπτικών παραγόντων αλλά και τις αστοχίες που επηρεάζουν την διείσδυση. Περιλαμβάνει τα ακόλουθα υποκριτήρια:

2.1 Ρηγμάτωση του επισκευαστικού υλικού -- Cracking in the patch material Βαρύτητα 10%, κωδικός PI3.ImPI3 Εφόσον για την επιλογή και εφαρμογή του επισκευαστικού υλικού έχουν τηρηθεί αυτά που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη ομάδα κριτηρίων, η εμφάνιση ρηγμάτωσης στην περιοχή επισκευής υποδηλώνει την συνέχιση παραγωγής οξειδίων λόγω διάβρωσης. Αν στην περίπτωση (α) των μηχανισμών αστοχίας "Συνθήκη για εγκάρσια ρωγμή στο επισκευαστικό κονίαμα", αντικαταστήσουμε στην ανισότητα την τάση συρρίκνωσης σt με την εφελκυστική τάση που αναπτύσσεται λόγω των παραγόμενων οξειδίων θα καταλήξουμε σε υπέρβαση της εφελκυστικής αντοχής του επισκευαστικού υλικού ftR. Δηλαδή, η ρηγμάτωση λειτουργεί ως μηχανισμός αποφόρτισης. Στην περίπτωση της παρακάτω φωτογραφίας λαμβάνεται συντηρητικά βαθμός 4 κατά τον Πίνακα 1.

20 / 63

Εικόνα 5: Τυπική αστοχία επισκευής λόγω ενεργής διάβρωσης

Στο σημείο αυτό πρέπει να επισημανθεί ότι η εμφάνιση ρωγμών στα επισκευαστικά κονιάματα υποδηλώνει την συνέχιση παραγωγής οξειδίων διάβρωσης και μάλιστα με αυξημένο ρυθμό. Τα οξείδια που οδηγούν στην εμφάνιση ρωγμών στο επισκευαστικό κονίαμα είναι πολύ μεγαλύτερου όγκου από αυτά που οδηγούν στην εμφάνιση ρωγμών του αυτού εύρους στο σκυρόδεμα. Αυτό οφείλεται στο ότι η εφελκυστική αντοχή και ιδιαίτερα η δυσθραυστότητα των επισκευαστικών υλικών είναι κατά πολύ μεγαλύτερες από ότι του σκυροδέματος. Νοείται ότι με όταν το επισκευαστικό υλικό αρχίζει να εμφανίζει ρηγματώσεις η ενεργός διατομή των ράβδων του οπλισμού έχει υποστεί σημαντική απομείωση.

2.2 Ρυθμός ενανθράκωσης -- Carbonation front rate factor Βαρύτητα 10%, κωδικός PI4.ImPI4 Το υποκριτήριο αυτό αναφέρεται στο σκυρόδεμα της κατασκευής και όχι στο επισκευαστικό κονίαμα. Τα επισκευαστικά υλικά βάσει ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-3 έχουν εξαιρετικά υψηλή αντίσταση έναντι ενανθράκωσης. Εν προκειμένω θα πρέπει να γίνει πρώτα κατανοητός ο μηχανισμός έναρξης και λειτουργίας της διάβρωσης, πολύ απλά και χωρίς να μπούμε σε λεπτομέρειες που σίγουρα θα ξεχάσετε. (i)

Η ενεργός διάβρωση προϋποθέτει την ύπαρξη μιας περιοχή που απελευθερώνει ηλεκτρόνια, την άνοδο, μιας περιοχής που απορροφά τα ηλεκτρόνια και το οξυγόνο, την κάθοδο, όπου τα παραγόμενα υδροξύλια μετατρέπονται σε οξείδια (σκουριά). 21 / 63

Εικόνα 6: Τυπικό ηλεκτροχημικό στοιχείο (cell)

(ii) Για να δημιουργηθεί άνοδος χρειάζεται διάρρηξη του υμένα (φιλμ) προστασίας του χάλυβα. Στην περίπτωση της ενανθράκωσης η διάρρηξη είναι αποτέλεσμα της αδυναμίας του τσιμεντοπολτού να "τροφοδοτεί" την επαναδημιουργία του φιλμ προστασίας. Η διακοπή της τροφοδοσίας αυτής δεν είναι στιγμιαία αλλά σταδιακή και εξαρτάται από το pH. Δείτε το και έτσι: Δευτέρα - pH = 12,5: παραγγέλλουμε 50 σακιά τροφής για 50 αρνιά, παραλαμβάνουμε 50 και τα ταϊζουμε όλα Τρίτη - pH = 11,5 παραγγέλλουμε 50 σακιά, παραλαμβάνουμε 48 και 2 αρνιά μένουν ατάιστα Τετάρτη - pH = 11,0: παραγγέλλουμε 50 σακιά, παραλαμβάνουμε 30, οπότε 15 αρνιά μένουν ατάιστα, 4 ψυχορραγούν και 1 ψοφάει Πέμπτη - pH =10,0: παραγγέλλουμε 50 σακιά, παραλαμβάνουμε 15, οπότε 20 αρνιά μένουν ατάιστα, 10 ψυχορραγούν και 5 ψοφάνε 15, (20 αρνιά ψυχορραγούν και 5 ψοφάνε). Παρασκευή - pH = 9,2: παραγγέλλουμε 50 σακιά, παραλαμβάνουμε 1. Μέχρι το Σάββατο θα έχουν ψοφήσει και τα 50 αρνιά! Προφανώς κάθε αρνί που ψόφησε αποτελεί και μια άνοδο. Σε ένα άλλο μαντρί μερικά μέτρα μακριά ο ίδιος μηχανισμός επαναλαμβάνεται με χρονοκαθυστέρηση π.χ. 1 έτους. Αυτό συμβαίνει επειδή το βάθος/ρυθμός ενανθράκωσης παρουσιάζει μεγάλη τυπική απόκλιση. Για παράδειγμα, στις συντεταγμένες π.χ. Χ = 10 cm, Υ = 5 cm έχουμε βάθος ενανθράκωσης 2,7 cm και στις συντεταγμένες π.χ. Χ = 12 cm, Υ = 6 cm έχουμε 3,5 cm. Μάλιστα όσο χειρότερη είναι η ποιότητα της επικάλυψης τόσο μεγαλύτερη είναι και η τυπική απόκλιση.

22 / 63

Εικόνα 7: Ενανθράκωση με έντονη τυπική απόκλιση

Για παράδειγμα το καλύτερο μπετόν στον κόσμο με 500 kg/m3 τσιμέντο, αν έχει μια μικροσκοπική ρωγμούλα, θα βρεθούμε μπροστά στην εικόνα 8.

Εικόνα 8: Ενανθράκωση μέσω ρωγμούλας.

Θα μου πείτε καλά τώρα ας μην τρελαθούμε κιόλας και κυνηγάμε τις ρωγμούλες! Αν είμαστε στα Γρεβενά δεν τρέχει τίποτα, αν όμως βρισκόμαστε σε απόσταση 150 - 1.000 m από το θαλάσσιο μέτωπο και εμφανίζεται συνδυασμός ενανθράκωσης και προσβολής από εναέρια χλωριόντα, το πο πιθανό είναι να δούμε κάτι τέτοιο:

(α)

(β)

Εικόνα 9: Το φαινόμενο ονομάζεται ... επιστημονικά: "Πιάσ' τ' αβγό και κούρευ' το"

Το χειρότερο είναι ότι λόγω του περιορισμένου μεγέθους της ανόδου το πιθανότερο είναι να μην δημιουργηθεί ικανός όγκος οξειδίων για να διαρρήξει το σκυρόδεμα και να μας φανερωθεί το πρόβλημα πριν να είναι απελπιστικά αργά. 23 / 63

(iii) Η ύπαρξη ανόδου σε μια ράβδο οπλισμού σημαίνει ταυτόχρονα την προστασία μιας άλλη ράβδου που λειτουργεί ως κάθοδος (μέσω της εύκολης κίνησης των ηλεκτρονίων διά του οπλισμού). Όταν λοιπόν επισκευάσουμε μια άνοδο (καθαιρούμε τοπικά το ενανθρακωμένο σκυρόδεμα και στην θέση του τοποθετούμε επισκευαστικό κονίαμα με υψηλή αλκαλικότητα) στην ουσία επαναλκαλοποιούμε την άνοδο (δημιουργούμε φιλμ προστασίας) και άρα σταματά να απελευθερώνει ηλεκτρόνια, τα οποία όμως προστάτευαν μια κάθοδο. Στην περίπτωση αυτή, εφόσον υπάρχει η προδιάθεση (ενανθράκωση στο βάθος επικάλυψης της ράβδου), θα μετατρέψουμε την κάθοδο σε νέα άνοδο και θα παρουσιαστεί νέα αστοχία είτε στην επισκευασμένη ή στην περιοχή που γειτονεύει με την επισκευή. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται άρχουσα άνοδος (incipient anode, ring effect, halo effect). Προφανώς η πιθανότητα να δημιουργίας φαινομένου άρχουσας ανόδου αυξάνεται με τον ρυθμό ενανθράκωσης, όπως ορθά αποτυπώνεται στον Πίνακα 1. Τυπικές τιμές ρυθμού ενανθράκωσης για τις αστικές περιοχές στην Ελλάδα και την ποιότητα των κατασκευών μας είναι 3 - 6 mm/year 0,5 ή βαθμός 3. Για τις αγροτικές περιοχές, τιμές 1-3 mm/year 0,5 ή βαθμός 2 είναι αρκετά κοντά στην πραγματικότητα. Τιμές < 1 mm/year 0,5 ενδείκνυνται για αγροτικές περιοχές σε απόσταση < 100 m από συστήματα απορρόφησης CO2 όπως λίμνες και θάλασσα. Βαθμός 4 συνήθως μπαίνει σε εμφανή σκυροδέματα εντός αστικών περιοχών. Οι τιμές αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτη προσέγγιση όταν δεν υπάρχουν στοιχεία από επί τόπου μετρήσεις.

2.3 Συντελεστής διάχυσης χλωριόντων -- Chloride ion diffusion coefficient Βαρύτητα 10%, κωδικός PI5.ImPI5 Το πρόβλημα της άρχουσας ανόδου έχει βαρύνουσα σημασία στις περιπτώσεις προσβολής από χλωριόντα ή συνδυασμό χλωριόντων και ενανθράκωσης. Σε αντίθεση με την ενανθράκωση που η άνοδος και η κάθοδος βρίσκονται σχετικά κοντά, στην περίπτωση των χλωριόντων δημιουργούνται σε μεγαλύτερες αποστάσεις, ακόμα και 7-10 cm (εικόνα 9β). Επισημαίνεται ότι στις περιπτώσεις επισκευών λόγω διάβρωσης από χλωριόντα η επισκευασμένη/επαναπαθητικοποιημένη άνοδος (με την τοπική καθαίρεση του προσβεβλημένου σκυροδέματος και την εφαρμογή στην θέση του επισκευαστικού κονιάματος χωρίς χλωριόντα) εμφανίζει αυξημένη πιθανότητα υψηλής ανοδικής πόλωσης, ακόμη και εμφάνισης θετικών τιμών ημι-δυναμικού (εικόνα 10). Στην περίπτωση αυτή το φαινόμενο του βελονισμού θα επεκταθεί και σε οπλισμούς πλέον των αρχικά επισκευασμένων. Τυπικές τιμές του συντελεστή διάχυσης χλωριόντων για παραθαλάσσιες περιοχές σε απόσταση από την θάλασσα < 500 m και την ποιότητα κατασκευών μας είναι 2,0 έως 5,0 x 10-12 m2/s ή βαθμός 3 για την περίπτωση επιχρισμένων και βαμμένων κατασκευών και > 5 x 10-12 m2/s ή βαθμός 4 για την περίπτωση εμφανών σκυροδεμάτων. Για κατασκευές σε απόσταση 500-1000 m από την θάλασσα οι τιμές κυμαίνονται μεταξύ 1,0 και 2,0 x 10-12 m2/s. Οι τιμές αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτη προσέγγιση όταν δεν υπάρχουν στοιχεία από επί τόπου μετρήσεις.

24 / 63

Εικόνα 10:

Ορια τιμών ημιδυναμικού (SCE) σε σχέση με το ποσοστό χλωριόντων στο σκυρόδεμα. Η περιοχή Α είναι επιρρεπής στο φαινόμενο της άρχουσας ανόδου.

2.4 Εισρόφηση νερού -- Water absorption or sorptivity Βαρύτητα 7%, κωδικός PI6.ImPI6 Οι σχετικές μετρήσεις πεδίου είναι αρκετά "επίπονες", παρουσιάζουν σημαντική διασπορά, δεν ακολουθούν κανονική κατανομή και σπανίως έχουν επαναληψιμότητα (εντός π.χ. επιφάνειας μέτρησης 1,0 m2). Ωστόσο, είναι εξαιρετικά χρήσιμες για την βαθμονόμηση της ποιότητας του τσιμεντοπολτού της επικάλυψης που λειτουργεί ως μέσο προστασίας του χάλυβα. Προβλήματα συμπύκνωσης, συντήρησης και ρωγμές οδηγούν σε εκτίναξη των μετρήσεων, ασχέτως αν η μελέτη σύνθεσης του σκυροδέματος είχε δείξει αξιοπρεπέστατη αντίσταση εισρόφησης. Δεν αρκεί λοιπόν να τηρούνται μόνον οι διατάξεις του ΕΝ 206 (παραγωγή σκυροδέματος), αλλά πρέπει συγχρόνως να εφαρμόζεται και το ΕΝ 13670 (εκτέλεση κατασκευών από σκυρόδεμα)! Άραγε, σε ποιά κατηγορία αντίστασης εισρόφησης θα κατέτασσε κανείς το τοιχίο αντιστήριξης από σκυρόδεμα σύμφωνα με το ΕΝ 206 που εμφανίζεται στις παρακάτω εικόνες;

25 / 63

Τί θα έλεγε κανείς γι΄αυτό το κανάλι απορροής στην στέψη του τοιχίου, στο οποίο επίσης χρησιμοποιήθηκε σκυρόδεμα κατά ΕΝ 206;

Πιθανότατα θα επέλεγε την χειρότερη περίπτωση (βαθμός 4) ή > 0.2 mm/mm2 και είναι σχεδόν βέβαιο ότι οι μετρήσεις εισρόφησης δεν θα διέφεραν σημαντικά από την οπτική και μόνον εκτίμηση! Η κατασκευή στην παρακάτω εικόνα που πολλοί θα αποφαινόταν ότι αγγίζει την τελειότητα εμφανίζει εισρόφηση 0.1-0,15 mm/mm2 και παίρνει βαθμό 2 (παρατηρήστε το έντονο επιφανειακό πορώδες και τις ρωγμές).

Αντοχή σε διάρκεια (Durability) Βαρύτητα (ImPI) 48% Η ομάδα αυτή αναφέρεται σε μετρήσιμα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Περιλαμβάνει τα ακόλουθα υποκριτήρια:

26 / 63

3.1 Ημιδυναμικό χαλύβδινου οπλισμού -- Reinforcement potential Βαρύτητα 15%, κωδικός PI7.ImPI7 Η μέτρηση επηρεάζεται από την ποιότητα της επικάλυψης, την πυκνότητα του οπλισμού και τις κλιματολογικές συνθήκες, ιδιαίτερα όταν η μετρούμενη τάση υπερβαίνει τα -250 mV (επί το αρνητικότερο). Ο Πίνακας 1 μέσω των τιμών διαβάθμισης (score) αντικατοπτρίζει την πιθανότητα αστοχίας της επισκευής.

3.2 Ρυθμός διάβρωσης οπλισμού -- Reinforcement corrosion rate Βαρύτητα 15%, κωδικός PI8.ImPI8 Ο ρυθμός διάβρωσης του οπλισμού μπορεί να προσδιορίσθεί με επαρκή ακρίβεια με μετρήσεις πεδίου. Απαιτείται ωστόσο σημαντικός αριθμός μετρήσεων ανά μονάδα επιφανείας της κατασκευής και η διαδικασία είναι σχετικά δαπανηρή. Το αποτέλεσμα των μετρήσεων επηρεάζεται από τις αλλαγές στην πυκνότητα του οπλισμού και οι τιμές παρουσιάζουν μεταβλητότητα με την πάροδο του χρόνου. Σε μεγάλες και κρίσιμες κατασκευές γίνονται συνήθως μετρήσεις τρείς τουλάχιστον φορές τον χρόνο για την στάθμιση των αποτελεσμάτων. Οι μετρήσεις αυτές, όπως και οι μετρήσεις ημι-δυναμικού είναι χαμηλής αξιοπιστίας όταν υπάρχουν εκτινάξεις σκυροδέματος και στις περιπτώσεις αυτές δεν πραγματοποιούνται. Ο Πίνακας 1 μέσω των τιμών διαβάθμισης (score) αντικατοπτρίζει την πιθανότητα αστοχίας της επισκευής.

3.3 Ηλεκτρική αντίσταση επισκευαστικού υλικού -- Concrete cover resistivity Βαρύτητα 10%, κωδικός PI9.ImPI9 Με την μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης του επισκευαστικού υλικού ελέγχεται η δυνατότητα διακίνησης κατιόντων στην μάζα του σκυροδέματος. Οι μετρήσεις πεδίου επηρεάζονται από την ποιότητα της επικάλυψης, την παραμένουσα υγρασία στο σκυρόδεμα και την πυκνότητα του οπλισμού. Οσο πιο χαμηλή είναι η αντίσταση, τόσο αυξάνουν οι πιθανότητες αστοχίας της επέμβασης Ο Πίνακας 1 μέσω των τιμών διαβάθμισης (score) αντικατοπτρίζει την πιθανότητα αστοχίας της επισκευής. Περισσότερες πληροφορίες για τις μετρήσεις ημι-δυναμικού και ηλεκτρικής αντίστασης επισκευαστικών υλικών παρατίθενται στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ του παρόντος στην Αγγλική. Πρόκειται για αποσπάσματα από εκπαιδευτικό βοήθημα του Χ. Ροδόπουλου για τους φοιτητές του Πανεπιστημίου Monash στην Αυστραλίας.

3.4 Αντοχή σκυροδέματος επικάλυψης -- Concrete cover mechanical strength Βαρύτητα 8%, κωδικός PI10.ImPI10 Όπως προαναφέρθηκε, στις επεμβάσεις αντιμετώπισης της διάβρωσης βαρύνουσα σημασία έχει η ποιότητα της επικάλυψης και όχι της γενικής μάζας του σκυροδέματος. Για τον λόγο αυτό, πολλοί μηχανικοί/ερευνητές/πανεπιστημιακοί δηλώνουν ότι η κάλυψη μόνον των απαιτήσεων του προτύπου ΕΝ 206, χωρίς την ταυτόχρονη κάλυψη και των απαιτήσεων άλλων προτύπων που διέπουν την ποιότητα της τελειωμένης επιφάνειας, όπως το ΕΝ 13670, δημιουργεί σοβαρότατες ψευδαισθήσεις ασφάλειας.

27 / 63

Υπάρχουν στο διαδίκτυο (με ελεύθερη πρόσβαση) εκατοντάδες εργασίες που καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι μια ποιοτική επικάλυψη σκυροδέματος C16/20 παρέχει την ίδια προστασία με επιφάνεια μέσης ποιότητας σκυροδέματος C30/37 για το ίδιο πάχος. Η μέτρηση της θλιπτικής αντοχής της εξωτερικής στοιβάδας του σκυροδέματος των κατασκευών, δηλαδή της επικάλυψης του οπλισμού, δεν θα πρέπει να συνδέεται σε καμία περίπτωση με μετρήσεις που προκύπτουν από πυρήνες κατά το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 13791. Επισημαίνεται εδώ ότι η διαφοροποίηση του πάχους της επικάλυψης, η υγρασία, ο βαθμός ενανθράκωσης, η θέση ελέγχου και η γενική ποιότητα της κατασκευής οδηγούν σε σημαντικές αποκλίσεις των αποτελεσμάτων μετρήσεων με εφαρμογή μη καταστροφικών μεθόδων, όπως η κρουσιμέτρηση και η ηχοσκόπηση. Η τεχνική της εξόλκυσης ήλου θεωρείται γενικά η πλέον ακριβής σε περιπτώσεις όπου η μέση αντοχή του σκυροδέματος είναι χαμηλότερη από 25 MPa. Για την εκτίμηση της θλιπτικής αντοχής της επικάλυψης σκυροδέματος έχει επικρατήσει η χρήση μιας ημι-εμπειρικής σχέσης που συνδυάζει την θλιπτική αντοχή μάζας (ΕΝ 13791),

όπου: Fck Sq ΕΑ

η αντοχή του σκυροδέματος αναγόμενη σε κυβικό δοκίμιο κατά ΕΝ 13791 συντελεστής εκτίμησης της ποιότητας επιφάνειας, με τιμές 1 έως 4 (Surface Quality, σύμφωνα με τις ακόλουθες εικόνες αναφοράς) συντελεστής δραστικότητας περιβάλλοντος, με τιμές 0 έως (Environmental Aggressiveness, σύμφωνα με τον πίνακα που ακολουθεί)

Sq = 4

Sq = 3

Sq = 2

Sq = 1 28 / 63

Έστω για παράδειγμα σκυρόδεμα αντοχής κύβου 27 MPa, ποιότητας επιφανείας Sq = 2 κατηγορίας έκθεσης XC3, δηλ. με συντελεστή δραστικότητας περιβάλλοντος ΕΑ = 2. Με βάση την παραπάνω σχέση, η αντοχή της εξωτερικής στοιβάδας είναι: Fck,c = 27,0 - 0,8 x 2,01,9 - 0,3 x 2,01,85 = 27,0 - 3,2 - 1,1 ≈ 23 MPa

Σύμφωνα με τον Πίνακα 1, το σκυρόδεμα αυτό λαμβάνει βαθμολογία 2 (αντοχή μεταξύ 20 MPa και αντοχής υποκειμένου σκυροδέματος -parent concrete). Εστω ακόμη σκυρόδεμα αντοχής κύβου 20 MPa, ποιότητας επιφανείας Sq = 3, κατηγορίας έκθεσης XS3, δηλ. με συντελεστή δραστικότητας περιβάλλοντος ΕΑ = 4 Με βάση την παραπάνω σχέση, η αντοχή της εξωτερικής στοιβάδας είναι: Fck,c = 20,0 - 0,8 x 3,01,9 - 0,3 x 4,01,85 = 22,0 - 6,4 - 3,9 ≈ 9,7 MPa . Με βάση τον Πίνακα 1, το σκυρόδεμα αυτό βαθμολογείται με 4 (αντοχή < 10 MPa).

29 / 63

Γ.

Εφαρμογή του Δείκτη Αποτελεσματικότητας Επισκευών Διάβρωσης (RPI)

Για να θεωρηθεί μια επισκευή διάβρωσης επιτυχής θα πρέπει το άθροισμα των γινομένων του Πίνακα 1 να παραμείνει ≤ 3,0 για τουλάχιστον 20 χρόνια ξεκινώντας από τιμή κοντά στην μονάδα (εικόνα 11).

Εικόνα 11: Υποθετική συμπεριφορά κατασκευής με την πάροδο του χρόνου, σε σχέση με τον τεθέντα στόχο (απεικονίζεται με εστιγμένη γραμμή) επισκευής.

Ούτως εχόντων των πραγμάτων, ένας μελετητής επισκευών πρέπει να απαντήσει σε 2 βασικά ερωτήματα και να αναλάβει "μέσω αιτιολογημένης κρίσης" την ευθύνη των απαντήσεων. Ερώτημα 1: Είναι πάντοτε εφικτό να επαναφέρω το RPI σε τιμή κοντά στην μονάδα ακολουθώντας την ουσία και τις οδηγίες του ΚΑΝ.ΕΠΕ; Ερώτημα 2: Είναι πάντοτε εφικτό να διασφαλίσω ΣPI.ImPI ≤ 3,0 για 20 χρόνια; Για να φτάσω σε τιμή ΣPI.ImPI ≈ 1 θα πρέπει στην ουσία και οι 10 παράμετροι του Πίνακα 1 να λάβουν την μικρότερη βαθμολογία (score). Είναι κάτι τέτοιο εφικτό;

Απάντηση στο Ερώτημα 1 Ομάδα 1: Πρόσφυση -- Βαρύτητα 15% 1.1 1.2

Αποκόλληση: Εύρος ρηγμάτωσης μεταξύ επισκευής και υποστρώματος (οπτικός προσδιορισμός) -- Βαρύτητα 5%, κωδικός PI1.ImPI1 Πρόσφυση μεταξύ επισκευαστικού και υποστρώματος -- Βαρύτητα 10%, κωδικός PI2.ImPI2

Κόστος ≈130 €/m2 για μέγιστο πάχος επισκευής 40 mm συμπεριλαμβανόμενης γέφυρας πρόσφυσης, με προσαύξηση επιφάνειας 20% για προετοιμασία υποστρώματος.

30 / 63

Oμάδα 2: Διαπερατότητα -- Βαρύτητα 37% 2.1 2.2 2.3 2.4

Ρηγμάτωση του επισκευαστικού υλικού -- Βαρύτητα 10%, κωδικός PI3.ImPI3 Ρυθμός ενανθράκωσης Βαρύτητα 10%, κωδικός PI4.ImPI4 Συντελεστής διάχυσης χλωριόντων -- Βαρύτητα 10%, κωδικός PI5.ImPI5 Εισρόφηση νερού -- Βαρύτητα 7%, κωδικός PI6.ImPI6

Κόστος - 25 €/m2. Περιλαμβάνεται υδροφοβισμός και βαφή κατά ΕΝ 1504-2 με δυνατότητα γεφύρωσης ρηγματώσεων (crack bridging) και υψηλή αντίσταση στην διείσδυση χλωριόντων. Τόσο η δυνατότητα γεφύρωσης ρωγμών όσο και η αντίσταση στην διείσδυση χλωριόντων, δεν αποτελούν απαίτηση συμμόρφωσης και καλύπτονται αποκλειστικά από βαφές υψηλού κόστους. Το κόστος των 25 €/m2 καλύπτει μέχρι και τον διπλασιασμό της επιφάνειας εφαρμογής για την αντιμετώπιση του φαινομένου της άρχουσας ανόδου. Ομάδα 3: Αντοχή σε διάρκεια -- Βαρύτητα 48% 3.1 3.2 3.3 3.4

Ημιδυναμικό χαλύβδινου οπλισμού -- Βαρύτητα 15%, κωδικός PI7.ImPI7 Ρυθμός διάβρωσης οπλισμού -- Βαρύτητα 15%, κωδικός PI8.ImPI8 Ηλεκτρική αντίσταση επισκευαστικού υλικού -- Βαρύτητα 10%, κωδικός PI9.ImPI9 Αντοχή σκυροδέματος επικάλυψης -- Βαρύτητα 8%, κωδικός PI10.ImPI10

Κόστος ≈ 55 €/m2. Περιλαμβάνεται η χρήση αναστολέα διάβρωσης και η εφαρμογή λεπτόκοκκου επισκευαστικού υλικού εξομάλυνσης υψηλής αντίστασης σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-2. Το κόστος των 55 €/m2 καλύπτει μέχρι και τον διπλασιασμό της επιφάνειας εφαρμογής για την αντιμετώπιση του φαινομένου της άρχουσας ανόδου. Στην ανωτέρω τιμή δεν περιλαμβάνεται η χρήση εναέριων αναστολέων διάβρωσης βαρέως τύπου, όπως π.χ. Margel 580, που θα αύξαναν το κόστος κατά 15 €/m2. Συνολικό κόστος επέμβασης: 210 €/m2

Απάντηση στο Ερώτημα 2 Ομάδα 1: Πρόσφυση - Βαρύτητα 15% 1.1 1.2

Όπως είδαμε παραπάνω, το κριτήριο PI1.ImPI1 μπορεί να διατηρηθεί για 20 χρόνια εφόσον καλυφθούν οι βασικές απαιτήσεις, δηλαδή βαθμός 1, σύμφωνα με τον Πίνακα 1, για 20 χρόνια. Αντίθετα, το κριτήριο PI2.ImPI2 δεν διασφαλίζεται χωρίς την πλήρης αναστολή της παραγωγής οξειδίων και την αποφυγή της υπέρβαση της αντοχής πρόσφυσης (αποκόλληση επισκευαστικού). Ας υποθέσουμε ότι εντός 20 ετών υπάρχει πιθανότητα να αυξηθεί ο βαθμός κατά μια μονάδα, δηλαδή βαθμός 2 σύμφωνα με τον Πίνακα 1, για 20 χρόνια.

31 / 63

Oμάδα 2: Διαπερατότητα - Βαρύτητα 37% 2.1 2.2 2.3 2.4

Το κριτήριο PI3.ImPI3 δεν διασφαλίζεται χωρίς την πλήρη αναστολή της παραγωγής οξειδίων και την αποφυγή υπέρβασης της εφελκυστικής αντοχής του επισκευαστικού υλικού (συνθήκη για εγκάρσια ρωγμή σε επισκευαστικό). Ευλόγως μπορούμε να υποθέσουμε ότι εντός 20 ετών υπάρχει πιθανότητα να αυξηθεί ο βαθμός κατά μια μονάδα, δηλαδή βαθμός 2 σύμφωνα με τον Πίνακα 1, για 20 χρόνια. Όταν το κριτήριο PI3.ImPI3 λαμβάνει βαθμό 2, συμπαρασύρονται και τα κριτήρια PI4.ImPI4, PI5.ImPI5 και PI6.ImPI6, που λαμβάνουν επίσης βαθμό 2. Ομάδα 3: Αντοχή σε διάρκεια - Βαρύτητα 48% 3.1 3.2 3.3 3.4

Σημειώνεται ότι δεν προβλέπονται κάποιες ελάχιστες τιμές συμμόρφωσης για τους αναστολείς διάβρωσης που εφαρμόζονται βάσει των Αρχών 9, και 10 του ΕΛΟΤ ΕΝ 1504 (όσον αφορά την απόδοση και την χρόνο-επάρκεια προστασίας). Ακόμη και για τους βαρέως τύπου αναστολείς η εκτιμώμενη χρόνο-επάρκεια είναι περί τα 10-15 χρόνια. Ως εκ τούτου το κριτήριο PI7.ImPI7 λαμβάνει, τον μέγιστο βαθμό 4 του Πίνακα 1. Το κριτήριο PI8.ImPI8 βαθμολογείται στην περίπτωση διάβρωσης λόγω ενανθράκωσης με 2, ενώ στην περίπτωση διάβρωσης λόγω χλωριόντων με 4. Τα κριτήρια PI9.ImPI9 και PI10.ImPI10 δεν μεταβάλλονται με τον χρόνο, εφόσον τηρηθούν οι απαιτήσεις του ΕΛΟΤ ΕΝ 1504 και συνεχίζουν να λαμβάνουν βαθμό 1. Με βάση τα παραπάνω, το άθροισμα των γινομένων του Πίνακα 1, δηλαδή ο δείκτης RPI, παίρνει την τιμή 1,97 για την περίπτωση της ενανθράκωσης (αστική περιοχή) και την τιμή 2,17 για την περίπτωση προσβολής από χλωριόντα (παραθαλάσσια περιοχή).

Τεχνοοικονομικό Συμπέρασμα Αφού λοιπόν RPI = 1 σημαίνει 100% αποτελεσματικότητα της επένδυσης και RPI=3 σημαίνει μηδενισμό του αποτελέσματος στα 20 χρόνια, τότε με βάση τα παραπάνω: Για την περίπτωση διάβρωσης από ενανθράκωση: Κόστος 210 €/m2 με ποσοστό αποτελεσματικότητας 51% εντός 20 ετών. Για την περίπτωση διάβρωσης από χλωριόντα: Κόστος 210 €/m2 με ποσοστό αποτελεσματικότητας 42% εντός 20 ετών. Δηλαδή, με απλά λόγια:

Με κόστος 210 €/m2 και μέγιστη πιθανότητα επιτυχίας 51%, ούτε ο ΚτΕ μπορεί να διασφαλίσει πλήρως την επένδυσή του σε ποσοστό μεγαλύτερο του 51% έναντι αστοχίας της επέμβασης και ταυτόχρονης μείωσης της φέρουσας ικανότητας, ούτε ο μελετητής μπορεί να διασφαλιστεί πλήρως έναντι του κανονιστικού πλαισίου και των ευθυνών που αναλαμβάνει .

32 / 63

Δ.

Βασικές αρχές καθοδικής (γαλβανικής) προστασίας Οδηγίες Μελέτης

Κατ' απλούστευση, η γαλβανική προστασία βασίζεται στην παραγωγή ηλεκτρονίων από μέταλλο με μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα από το προστατευόμενο. Δηλαδή, δημιουργούμε μια νέα άνοδο (θυσιαζόμενη) μετατρέποντας την άνοδο του οπλισμού σε κάθοδο (προστατευόμενη). Παρατίθεται το διάγραμμα Poubraix για τον χάλυβα.

Με γκρι επισημαίνεται η περιοχή τιμών δυναμικού για τα οποία ο χάλυβας προστατεύεται από διάβρωση για διάφορες τιμές αλκαλικότητας του ηλεκτρολύτη. Η τιμές δυναμικού του διαγράμματος αναφέρονται σε βασικό ηλεκτρόδιο αναφοράς υδρογόνου (SHE). ανοδική παθητικοποίηση

καθοδική προστασία 33 / 63

Η επιλογή μετάλλου με μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα, καταλλήλου για την καθοδική προστασία, απλοποιείται με την χρήση των διαγραμμάτων Poubraix. Στην παρακάτω εικόνα δίδεται το διάγραμμα για τον ψευδάργυρο.

Οι δυο διακεκομμένες γραμμές αποτελούν τα θεωρητικά όρια του δυναμικού καθοδικής προστασίας ενός μετάλλου από το ηλεκτραρνητικότερο αυτού (principal cathodic protection potential). Το κάτω όριο για τον ψευδάργυρο (θυσιαζόμενο μέταλλο) αποτελεί, με την σειρά του, το δυναμικό, κάτω από το οποίο, ο ίδιος ο ψευδάργυρος απαιτεί πλέον προστασία! Τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας του σκυροδέματος ως ηλεκτρολύτη μπορούν να προσδιοριστούν έμμεσα με μετρήσεις γραμμικής πόλωσης. Στον πίνακα που ακολουθεί παρατίθενται οι μέσες τιμές ρυθμού διάβρωσης οπλισμού ανά κατηγορία έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 για τους συμβατικούς τύπους χάλυβα οπλισμού (δεν περιλαμβάνονται οι ανοξείδωτοι οπλισμοί κατά AISI και οι οπλισμοί MMFX).

34 / 63

Διάφορα διεθνή πρότυπα καθορίζουν τα όρια των τιμών της πυκνότητας του εφαρμοζόμενου ρεύματος καθοδικής προστασίας (ένταση ρεύματος ανά μονάδα επιφανείας οπλισμένης κατασκευής), για υφιστάμενες και νέες κατασκευές.

Μάλιστα στα πρότυπα ΕΝ 12696 και AS2832 τα όρια της πυκνότητας ρεύματος εξειδικεύονται και ανά κατηγορία έκθεσης και αίτιο διάβρωσης (ενανθράκωση - χλωριόντα).

Υπολογισμός καθοδικής προστασίας βήμα προς βήμα Εστω υποστύλωμα ύψους 3,0 m, διαστάσεων 60x60, με κύριο οπλισμό 8Φ16, συνδετήρες Φ8/10 υπο συνθήκες έκθεσης XS2 και με συγκέντρωση χλωριόντων μικρότερη από 4,5% κ.β. τσιμέντου. Να υπολογισθεί η καθοδική προστασία για χρονοεπάρκεια 20 ετών. Στάδιο 1: Υπολογισμός επιφάνειας οπλισμού προς προστασία Επιφάνεια κύριου οπλισμού: 2 x 3,14 x 0,016 / 2 x 3,00 x 8 = 1,20 m2 Η τιμή ΑR ενδείκνυται να προσαυξάνεται κατά 15% για να καλύψει την αυξημένη πυκνότητα σε κεφαλή και πόδα (ματίσεις).

35 / 63

Επιφάνεια συνδετήρων: 2 x 3,14 x 0,008 / 2 x 2,40 x 30 = 1,80 m2 όπου: Φ L N SL

η διάμετρος οπλισμού σε m το μήκος του κύριου οπλισμού ο αριθμός των ράβδων του οπλισμού το ανάπτυγμα των συνδετήρων

Συνολική επιφάνεια οπλισμού προς προστασία: ΑΤ = 1,15 x (AR + ASt) = 3,18 m2 Στάδιο 2: Επιλογή πυκνότητας ρεύματος προστασίας (mA/m2) Από τον προηγούμενο πίνακα, για κατηγορία έκθεσης XS2 και Cl < 4.5% κατά βάρος επιλέγεται τιμή IP = 2,5 mA / m2. Στάδιο 3: Υπολογισμός απαιτούμενου ρεύματος γαλβανικής προστασίας Το απαιτούμενο ρεύμα για την γαλβανική προστασία του στοιχείου υπολογίζεται με βάση την σχέση:

όπου: ο συντελεστής ασφαλείας, συνήθως μεταξύ 1,10 και 1,50

SFp

Στάδιο 4: Υπολογισμός ανάλωσης ανοδίου Υπολογίζεται σύμφωνα με τους νόμους των Faraday και Coulomb με βάση την σχέση:

όπου: EC Kp

η ηλεκτροχημική ικανότητα του θυσιαζόμενου κράματος (για τον ψευδάργυρο = 780 Ah/kg) ο συντελεστής απόδοσης του ανοδίου (για τα ανόδια ψευδάργυρου λαμβάνεται Kp = 0,85 εκτός και αν ο κατασκευαστής δηλώνει μεγαλύτερη τιμή).

Στάδιο 5: Υπολογισμός βάρους ανοδίων για την προβλεπόμενη χρόνοεπάρκεια προστασίας

Ο αριθμός 8760 είναι οι ώρες ανά έτος . Συμπέρασμα: Για την πλήρη αναστολή του φαινομένου της διάβρωσης επί 20 χρόνια, απαιτείται η ανάλωση 2,98 kg ψευδαργύρου.

36 / 63

Ανόδια Γαλβανικής Προστασίας Στην Ελληνική αγορά διατίθεται ποικιλία εγκιβωτιζομένων ανοδίων Ψευδαργύρου και μάλιστα εδώ και 3 χρόνια παράγεται εξ ολοκλήρου Ελληνικό ανόδιο Ψευδαργύρου και Αλουμινίου/Ινδίου.

37 / 63

Στην συνέχεια θα επικεντρωθούμε στην εφαρμογή αυτοκόλλητων ανοδίων ψευδαργύρου τα οποία σε σχέση με τα ανόδια εγκιβωτισμού παρουσιάζουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Μικρό κόστος εγκατάστασης συστήματος Ευκολία τοποθέτησης χωρίς την ανάγκη εξειδικευμένου εξοπλισμού και προσωπικού Δεν απαιτείται διάτρηση του σκυροδέματος Εύκολη αντικατάσταση με νέο έλασμα για αύξηση του χρόνου προστασίας

Εικόνα 12: Εφαρμογή αυτοκολλήτων ανοδίων ψευδαργύρου στην γέφυρα του Αξιού το 2016.

38 / 63

Παράδειγμα υπολογισμών μέσω πινάκων για την εφαρμογή αυτοκολλήτων ανοδίων Mapeshield Ε-25

Οι πίνακες της Mapei βασίζονται στον λόγο της περιμετρικής επιφάνειας του οπλισμού προς την επιφάνεια του σκυροδέματος. Η περιμετρική επιφάνεια του οπλισμού ισούται με την το άθροισμα των περιμετρικών επιφανειών όλων των ράβδων (κυρίου και δευτερεύοντος οπλισμού και συνδετήρωνQ

Σ (Φi·π·hi) όπου Φ η διάμετρος της ράβδου και h το ύψος ή πλάτος της

Από το προηγούμενο παράδειγμα έχουμε: Περιμετρική επιφάνεια ράβδων κύριου οπλισμού ανά τεμάχιο = 0.056 m2. Συνδετήρες αναπτύγματος 4 x πλάτος παρειάς ή 2,4 m (το πάχος επικάλυψης θεωρείται ότι αντισταθμίζει τις επικαλύψεις και αγκυρώσεις, οπότε δεν αφαιρείται) ⇒ περιμετρική επιφάνεια κάθε συνδετήρα = 0,060 m2. Κατά συνέπεια η συνολική περιμετρική επιφάνεια του οπλισμού ανά μέτρο ύψους του υποστυλώματος ανέρχεται σε: Ε = 8 x 0,056 m2 + 5 x 0,060 m2 =0,748 m2 Η επιφάνεια του σκυροδέματος ανά μέτρο ύψους υποστυλώματος είναι 0,6 x 4 = 2,4 m2, οπότε ο λόγος της περιμετρικής επιφάνειας οπλισμού προς την επιφάνεια του σκυροδέματος είναι: 0,828 / 2,4 = 0,35. Ο λόγος αυτός ονομάζεται Steel/Concrete Ratio και χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της απόστασης (Pitch) μεταξύ των αυτοκόλλητων φύλλων Mapeshield Ε-25 (εικόνα 13).

39 / 63

Εικόνα 13:

Η γκρι στήλη είναι ο λόγος Steel/Concrete Ratio. Στην περίπτωση του παραδείγματος για διάρκεια 20 ετών και λόγο 0,35 το pitch είναι 50 cm.

Το άθροισμα της μέγιστης απόστασης μεταξύ των φύλλων(pitch) και το πλάτος του φύλλου (25 cm) ορίζουν την επιφάνεια την οποία προστατεύει από διάβρωση η κάθε λωρίδα Mapeshield-25 (αναφέρεται ως Mapeshield Concrete Repair Area). Κάθε τρέχον μέτρο Mapesheield E-25 περιέχει 425 gr ψευδάργυρου. Επιπρόσθετα η Mapei δίνει διαγράμματα για τον υπολογισμό της προστατευόμενης επιφανείας έναντι ενανθράκωσης ή χλωριόντων ανά τρέχον μέτρο ταινίας Mapesheield E-25, συναρτήσει της πυκνότητας του οπλισμού.

Εικόνα 14:

Προστατευόμενη επιφάνεια έναντι ενανθράκωσης σκυροδέματος ανά λωρίδα ανοδίου συναρτήσει της πυκνότητας του οπλισμού.

40 / 63

Εικόνα 15:

Προστατευόμενη επιφάνεια έναντι χλωριόντων ανά λωρίδα ανοδίου συναρτήσει της πυκνότητας του οπλισμού.

Ο μελετητής, εκτός από τους υπολογισμούς, πρέπει να συντάξει αναλυτικά σχέδια διάταξης των ανοδίων (αποστάσεις μεταξύ των φύλλων) με βάση την απαιτούμενη ανά θέση της κατασκευής μάζα ψευδαργύρου (εικόνα 16)..

Εικόνα 16: Σχέδια διάταξης ανοδίων Mapeshield E-25 στην γέφυρα του Αξιού.

Από τα παραπάνω γίνεται αντιληπτό ότι μπορούμε να διασφαλίσουμε Δείκτη Αποτελεσματικότητας Επισκευών Διάβρωσης (RPI) = 1 για 20 ή και περισσότερα χρόνια, χωρίς την εμφάνιση κατά την περίοδο αυτή προβλημάτων άρχουσας ανόδου.

41 / 63

Κοστολογική Ανάλυση Κόστος ανά m2 επέμβασης Ομάδα 1: Πρόσφυση -- Βαρύτητα 15% 1.1 1.2

Κόστος ≈130 €/m2 για μέγιστο πάχος επισκευής 40 mm συμπεριλαμβανόμενης γέφυρας πρόσφυσης, με προσαύξηση επιφάνειας 20% για προετοιμασία υποστρώματος. Το κόστος της ομάδας Α δεν αλλάζει λόγω χρήσης καθοδικής προστασίας. Oμάδα 2: Διαπερατότητα - Βαρύτητα 37% 2.1 2.2 2.3 2.4

Το κόστος της Ομάδας περιλαμβάνεται στο σύστημα προστασίας Mapeshield E-25 Ομάδα 3: Αντοχή σε διάρκεια -- Βαρύτητα 48% 3.1 3.2 3.3 3.4

Το κόστος της Ομάδας περιλαμβάνεται στο σύστημα προστασίας Mapeshield E-25 Το κόστος προστασίας Mapeshield E-25 κυμαίνεται μεταξύ 55-135 €/m2, ανάλογα με την παθολογία και την πυκνότητα οπλισμού για 20 χρόνια προστασίας.

Συμπέρασμα: Με κόστος μεταξύ 185 και 265 €/m2, ο ΚτΕ μπορεί να διασφαλίσει την επένδυσή του σε ποσοστό 100% έναντι αστοχίας της επέμβασης και ταυτόχρονης μείωσης της φέρουσας ικανότητας, και ο μελετητής μπορεί να διασφαλιστεί πλήρως έναντι του κανονιστικού πλαισίου και των ευθυνών που αναλαμβάνει .

42 / 63

Η εφαρμογή καθοδικής προστασίας με χρήση αυτοκολλήτων ταινιών Mapeshield E25, βήμα προς βήμα Στάδιο Α: Στάδιο Β: Στάδιο Γ: Στάδιο Δ: Στάδιο Ε: Στάδιο Ζ:

Υδροβολή 500 bar Τοπικές επισκευές Τοποθέτηση ανοδίων Τοποθέτηση ηλεκτροδίων αναφοράς Τοποθέτηση κυτίων ελέγχου Σφράγιση κυκλώματος

Στάδιο Α: Υδροβολή 500 bar

Για να είναι διασφαλισμένη η μεταφορά κατιόντων μέσω του ion conductive layer του ανοδίου, επιβάλλεται ο καθαρισμός της επιφάνειας του σκυροδέματος από τον επιδερμικό τσιμεντοπολτό. Με την υδροβολή επιτυγχάνεται τόσο η απομάκρυνση σαθρών τμημάτων, όσο και ο καθαρισμός του οπλισμού από τα οξείδια της διάβρωσης.

43 / 63

Στάδιο Β - Τοπικές επισκευές

Ηλεκτρική σύνδεση των οπλισμών για την δημιουργία ηλεκτρικής συνέχειας πριν την επισκευή. Οι δύο ράβδοι της εικόνας δεν παρουσίαζαν ηλεκτρική συνέχεια, δηλαδή η πτώση τάσης μεταξύ τους βρέθηκε ότι είναι > 0,1V (μέτρηση με πολύμετρο στην θέση DC). Ο έλεγχος πραγματοποιείται τόσο μεταξύ διαδοχικών οπλισμών, όσο και μεταξύ του καλωδίου σύνδεσης και του οπλισμού. Η εξασφάλιση ηλεκτρικής συνέχειας του οπλισμού είναι ουσιώδης για την λειτουργία του συστήματος καθοδικής προστασίας !

44 / 63

Για την εξασφάλιση της ηλεκτρικής συνέχειας χρησιμοποιείται μονόκλωνο καλώδιο τύπου FG7R-0.6 / 1 kV / 1 x 8 (καλώδιο χαμηλής τάσης). Στις άκρες του καλωδίου προσαρμόζονται ακροδέκτες οπής (κοσάκια). Για την σύνδεση γίνεται διάτρηση του οπλισμού και σύσφιξη του ακροδέκτη με ανοξείδωτο πριτσίνι . Η περιοχή της σύνδεσης σφραγίζεται με μαστίχη. Το επισκευαστικό κονίαμα πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις των προτύπων ΕΝ 1504-2 και ΕΝ 1504-3, η δε ηλεκτρική του αντίσταση πρέπει να είναι < 10 kΩ ⋅ cm (κατά ΕΝ 12696). Διαφορετικά οι δυνατότητες πόλωσης του οπλισμού μέσω του ανοδίου μειώνονται σημαντικά, πράγμα που επιφέρει μερική ή ολική απώλεια της καθοδικής προστασίας.

45 / 63

Το επισκευαστικό κονίαμα χρειάζεται τουλάχιστον 24 ώρες για να ωριμάσει κατά την θερινή περίοδο. Ο χρόνος αυτός αυξάνεται σε 2-3 ημέρες κατά την χειμερινή περίοδο, αλλά μπορεί να μειωθεί με χρήση ταχυπήκτων κονιαμάτων. Ο έλεγχος της ωρίμανσης γίνεται με μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης του κονιάματος με χρήση συσκευής Wenner Probe.

Το ανόδιο MapeShield E-25 επικολλάται στην επιφάνεια του σκυροδέματος με ειδική αγώγιμη κόλλα (ion conductive gel) και εξομαλύνεται με ελαστική σφύρα (στην περίμετρο) και λαστιχένιο ρολό συμπίεσης. 46 / 63

Εντοπισμός οπλισμού σύνδεσης ανοδίου με φορητό ανιχνευτή σιδηρούχων μετάλλων (rebar cover meter). Τα όργανα αυτά επιτρέπουν και τον προσδιορισμό του βάθους του οπλισμού.

Στάδιο Γ: Τοποθέτηση ανοδίου

47 / 63

Σύνδεση οπλισμού και ανοδίου με αγκύρια διαστελλόμενης κεφαλής με μεταλλική ροδέλλα. Η θέση έχει βρεθεί πριν την επικόλληση του ανοδίου με τον ανιχνευτή σιδηρούχων μετάλλων υλικών. Σε κάθε σύνδεση γίνεται έλεγχος συνέχειας με πολύμετρο (< 0,1V). Επανάληψη της διαδικασίας για κάθε φύλλο ανοδίου. Εχουν προηγηθεί οι συνδέσεις με το οπλισμό. Με τον τρόπο αυτό διασφαλίζεται η ηλεκτρική συνέχεια στο σύνολο του κυκλώματος. Οταν το πάχος επικάλυψης είναι > 20 mm εφαρμόζεται η εξής διαδικασία: α) Εντοπισμός του συνδετήριου οπλισμού με φορητό ανιχνευτή β) Διάτρηση του σκυροδέματος με κρουστικό δράπανο με αρίδα Φ40 γ) Διάτρηση του συνδετήριου οπλισμού με διατρητικό καδμίου διατομής Φ4 δ) Τοποθέτηση ακροδέκτη οπής και στερέωση με πριτσίνι ε) Έλεγχος ηλεκτρικής συνέχειας με τους υπόλοιπους ακροδέκτες. ζ) Σφράγιση της οπής με μαστίχη

Σφράγιση της περιμέτρου του ανοδίου με μαστίχη Mapeflex PU40 για την αποφυγή διείσδυσης υγρασίας στο ion conductive gel. Μετά την εφαρμογή με το πιστόλι, γίνεται διάστρωση με σπάτουλα. Το τελικό πάχος δεν χρειάζεται να ξεπερνάει τα 2 - 3 mm. 48 / 63

Στάδιο Δ: Τοποθέτηση ηλεκτροδίων αναφοράς

49 / 63

Διάτρηση σκυροδέματος για την τοποθέτηση ηλεκτροδίου αναφοράς τύπου Ag/AgCl/KCl (Castle Electrodes Ltd, LD10). Συνολικά τοποθετηθήκαν δυο ηλεκτρόδια αναφοράς στην αρχή και στο τέλος του κυκλώματος ανοδίων: το πρώτο στην περιοχή των κεφαλών των τενόντων και το δεύτερο στο τέλος του κυκλώματος (ηλεκτρόδιο ισορροπίας). Τα ηλεκτρόδια αναφοράς επιτρέπουν την μέτρηση (μέσω της διαδικασίας αποπόλωσης) της απόδοσης του κυκλώματος κατά ΕΝ 12696.

Στάδιο Ε: Τοποθέτηση κυτίων ελέγχου (όταν απαιτείται)

50 / 63

Όδευση καλωδίων ηλεκτροδίου αναφοράς, οπλισμού αναφοράς, ανοδίου και οπλισμού ανοδίου σε στεγανό κυτίο ελέγχου. Στην συγκεκριμένη εφαρμογή κατά την σύνδεση μετρήθηκε τιμή -417 mV και -380 mV (Ag/AgCl) στο ηλεκτρόδιο αναφοράς και στο ηλεκτρόδιο ισορροπίας, αντίστοιχα, που επιβεβαιώνουν την έναρξη λειτουργίας του κυκλώματος.

Στάδιο Ζ: Σφράγιση κυκλώματος

Επικάλυψη του κυκλώματος με Mapelastic Smart (πρόσφυση >1,6 MPa στο Mapeshield E25) για τον περιορισμό της οξείδωσης του ανοδίου από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, την προστασία της δοκού από την βροχή και την περαιτέρω διείσδυση διαβρωτικών ουσιών.

51 / 63

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Αποσπάσματα από εκπαιδευτικό βοήθημα του Χ. Ροδόπουλου για τους φοιτητές του Πανεπιστημίου Monash στην Αυστραλία. C.A. Rodopoulos (2012), Reinforcement Corrosion, Condition Rating and Repair Performance Indicators - A step by Step Guide, DSTO-Centre of Expertise in Structural Mechanics, Monash University

52 / 63

53 / 63

54 / 63

55 / 63

56 / 63

57 / 63

58 / 63

59 / 63

60 / 63

61 / 63

62 / 63

63 / 63