Επίδραση ορυκτών πρόσθετων παραπροϊόντων βιομηχανίας στη διάβρωση του οπλισμού σκυροδέματος

Abstract

The object of this thesis is the experimental study of protection of steel reinforcement and the increase of mechanical properties of concrete with replacement cement by factory by-products. It is done comprehensive review for the word concrete and cement and it is developed in detail the factors that affect the properties and their ways of preparation.Specifically, the durability of reinforcement concrete was examined with partial immersion in NaCl 3.5%w.w and Na2SO4 5%w.w, exposure in atmosphere and stay in Salt-sprayed cabin and Accelerated CO2 chamber. The mineral additives that were used was fly ash, mill scale (calamine) and byproduct from production processes of Electrochemical Manganese Dioxide (EMD). The replacement of cement was made in rates 5% & 10% w.w. For the experimental procedure constructed concrete specimens (cubic & cylindrical) and cement reinforcement mortars.The protective ability of mineral additives in concrete compared to the reference concrete without admixture was evaluated by the following methods:Measuring linear polarization resistance and corrosion potential versus time,Measurements of gravimetric and electrochemical mass loss,Measurements of total chloride ions in concrete,Measurements of mechanical properties of concrete (compressive strength, tensile strength, flexural strength, pull-out test),Measurements of carbonation depth,Measurements of total porosity by ΜRP method and capillary porosity,Estimation of concrete sorptivity,Measurements of static and dynamic Elastic modulus,X-ray Diffraction,Microscopic observation of concrete under Scanning Electron Microscope (SEM),Observation under digital Stereoscope,From this thesis resulted in the following conclusions:1.The replacement of cement by EMD waste, decreased the porosity, sorptivity and carbonation depth of concrete. Also, the Young’s Modulus and the compressive strength increased. Mass loss measurements of steel embedded in cement mortars was less, compared with control specimens,2.The use of Ptolemais Fly Ash improved the mechanical properties and Elastic Modulus of concrete. Also, the capillary porosity and total chloride ions were reduced,3.Germany Fly Ash which contains large amounts of argillic minerals decreased the mechanical strengths and E Modulus of concrete,4.The replacement of cement by calamine, showed improvement all of physicochemical and mechanical properties of reinforced concrete.

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η πειραματική μελέτη και διερεύνηση της χρήσης παραπροϊόντων βιομηχανίας, σκοπό την προστασία του χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος (ΧΟΣ) και βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του σκυροδέματος.Η εκτίμηση της προστατευτικής ικανότητας που προσφέρουν τα πρόσθετα στο οπλισμένο σκυρόδεμα, εκτιμήθηκε με τις ακόλουθες μεθόδους: Μέτρηση ηλεκτροχημικών παραμέτρων διάβρωσης (icorr, Rp) και δυναμικού Διάβρωσης (Ecorr) των οπλισμών,Υπολογισμός ολικών χλωριόντων (στο σκυρόδεμα),Μέτρηση μηχανικών αντοχών του σκυροδέματος (μονοαξονική θλιπτική αντοχή, εφελκυστική αντοχή με διάρρηξη, καμπτική αντοχή),Υπολογισμός κάθισης νωπού Σκυροδέματος και της πυκνότητας νωπού & σκληρυμένου σκυροδέματος,Μέτρηση βάθους ενανθράκωσης,Εκτίμηση της συνάφειας οπλισμού – σκυροδέματος με τη δοκιμή Pull-out,Υπολογισμός της ποσοστιαίας απώλειας μάζας των οπλισμών,Υπολογισμός πορώδους του σκυροδέματος με τη ποροσιμετρία Hg και ανοικτού πορώδους με τη μέθοδο της απαέρωσης,Μέτρηση της απορροφητικότητας του σκυροδέματος σε μεθανόλη,Μέτρηση απορροφητικότητας με διείσδυση νερού υπό σταθερή πίεση 5 bars,Μέτρηση του Στατικού Μέτρου Ε καθώς επίσης και έμμεσος υπολογισμός του Δυναμικού μέτρου Ελαστικότητας από την ταχύτητα των υπερήχων,Εύρεση κρυσταλλικών φάσεων με την τεχνική περίθλασης ακτίνων Χ (XRD),Οπτική παρατήρηση και φωτογράφιση δοκιμίων σκυροδέματος σε Ψηφιακό στερεοσκόπιο,Οπτική παρατήρηση σε Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM)Μέτρηση διόγκωσης πρισματικού δοκιμίου με πρόσθετο Ι.Τ υψηλής συγκεντρώσεως αργιλικών ορυκτών για συνεχές χρονικό διάστημα 15 ημερώνΑπό την διατριβή αυτή προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα:1.Η χρήση του παραπροϊόντος από την παραγωγή EMD, μείωσε το πορώδες, την απορροφητικότητα και το βάθος ενανθράκωσης του σκυροδέματος. Ακόμα, βελτιώθηκε το μέτρο Ελαστικότητας και οι μηχανικές αντοχές ιδίως στο ποσοστό προσθήκης 5%κ.β. 2.Η Ι.Τ από την Πτολεμαΐδα βελτίωσε τις μηχανικές ιδιότητες του σκυροδέματος και το μέτρο Ελαστικότητας. Η διάβρωση του οπλισμού ελαττώθηκε καθώς επίσης και η συγκέντρωση των ολικών ιόντων χλωρίου. Το ανοικτό πορώδες μετά από 130 ημέρες μερικής εμβάπτισης μειώθηκε συγκριτικά με τα δοκίμια αναφοράς,3.Η Ι.Τ από τη Γερμανία η οποία περιέχει σημαντικές ποσότητες αργιλικών ορυκτών μείωσε σημαντικά τις μηχανικές αντοχές και το μέτρο Ε. 4.Από τη χρήση της καλαμίνας στο σκυρόδεμα προέκυψε βελτίωση όλων των φυσικοχημικών και μηχανικών ιδιοτήτων του Σκυροδέματος.