Επίδραση πρόσθετων νανοτεχνολογίας στην ανθεκτικότητα του οπλισμένου τσιμεντοκονιάματος

Abstract

The general objective of the present study is to contribute to the construction industry through the improvement of building materials and related cement structures. Moreover, the purpose of the study is to deploy nanomodified materials and further examine their effect on durability and on the corrosion impact in mortar specimens armed with reinforcing steel rebars. In particular, three (3) sets of reinforced mortar specimens with additives of 0,1% wt of carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNFs) have been exposed to a solution of 3,5 % NaCl, for a long period and further examined for their impact on corrosion performance. The durability of these additives was investigated through electrochemical methods as well as through scanning methods. During the present study several measurements such as potential measurements, linear polarization (LPR) measurements, mercury porosimetry (MIP) measurements, mass loss and total chloride content measurements are applied, while among scanning methods X-ray powder diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) analyze the microstructure of the tested mortar specimens. From the tested results it is found that the addition of CNTs/ CNFs provides a higher protection against corrosion, whereas the pore structure of cement mortars with CNTs/CNFs significantly reduce the mass loss rate and the relative permeability. Therefore, incorporating evidence from other reviews, this study provides a consolidated assess of the impact of the nano modified materials, and further demonstrates that the effect of cement mortars with the addition of CNFs is to improve the durability of the mortar specimens compared to the mortars with no additives or even with CNTs additives.

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η πειραματική μελέτη και διερεύνηση της ανθεκτικότητας δοκιμίων τσιμεντοκονιάματος στα οποία προστέθηκαν νανοσωλήνες και νανοΐνες άνθρακα σε ποσοστό 0,1 % κ.β τσιμέντου. Συγκεκριμένα, έγινε συνολική ανασκόπηση των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή των δοκιμίων τσιμεντοκονιάματος, και αναπτύχθηκαν αναλυτικά οι πρώτες ύλες, τα είδη, οι ιδιότητες, οι παράγοντες που τα επηρεάζουν και οι τρόποι παρασκευής τους. Επίσης, παρουσιάστηκε η έννοια της ανθεκτικότητας των δομικών στοιχείων από τσιμεντοκονίαμα και αναλύθηκαν οι παράγοντες που επιδρούν σε αυτήν. Στην συνέχεια αναλύθηκαν οι παράγοντες που συντελούν στην διάβρωση του οπλισμού και παρουσιάστηκαν αναλυτικά τα είδη της διάβρωσης και οι μέθοδοι προστασίας του οπλισμού έναντι αυτής. Τα υλικά νανοτεχνολογίας, νανοΐνες και νανοσωλήνες άνθρακα προστέθηκαν σε δοκίμια τσιμεντοκονιάματος με εγκιβωτισμένο σιδηρό οπλισμό. Συγκεκριμένα, εκτός από τα δοκίμια αναφοράς (Κατηγορία Ι) εξετάστηκαν άλλες δύο (2) κατηγορίες δοκιμίων τσιμεντοκονιάματος στα οποία προστέθηκαν νανοσωλήνες άνθρακα (Κατηγορία ΙΙ) σε ποσοστό 0,1 % κ.β τσιμέντου και νανοΐνες άνθρακα (Κατηγορία ΙΙΙ) σε ποσοστό 0,1 % κ.β τσιμέντου. Η επίδραση των ανωτέρω πρόσθετων υλικών νανοτεχνολογίας στην ανθεκτικότητα των τσιμεντοκονιαμάτων εκτιμήθηκε με τις ακόλουθες μεθόδους: •Μέτρηση του δυναμικού διάβρωσης στον οπλισμό συναρτήσει του χρόνου •Μέτρηση του ρεύματος διάβρωσης στον οπλισμό συναρτήσει του χρόνου •Μέτρηση απώλειας μάζας του οπλισμού λόγω διάβρωσης, μέσω της ηλεκτροχημικής και βαρυμετρικής μεθόδου. •Μέτρηση της περιεκτικότητας των ολικών χλωριόντων στο τσιμεντοκονίαμα •Έλεγχος της ποιότητας της δομής των δειγμάτων τσιμεντοκονιάματος μέσω της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (Scanning Electron Microscopy, SEM),και αντίστοιχα ποσοτική ανάλυση μέσω του μικροσκοπίου. •Έλεγχος της μικροδομής των δειγμάτων τσιμεντοκονιάματος μέσω της φασματοσκοπίας περίθλασης ακτίνων Χ (XRD)Από τα πειραματικά αποτελέσματα προέκυψε ότι η προσθήκη νανοσωλήνων και νανοϊνών άνθρακα, σε ποσοστό όπως εμφανίζεται στην παρούσα εργασία, αυξάνει την ανθεκτικότητα των εξεταζόμενων δοκιμίων τσιμεντοκονιάματος. Πιο συγκεκριμένα τα δοκίμια στα οποία έχουν προστεθεί νανοΐνες άνθρακα εμφανίζουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα από τα δοκίμια αναφοράς αλλά και από τα δοκίμια που έχουν προστεθεί νανοσωλήνες άνθρακα.

L'objectif général de la présente étude est de contribuer à l'industrie de la construction à travers l'amélioration des matériaux de construction et des structures en ciment associées. De plus, le but de l'étude est de déployer des matériaux nanomodifiés et d'examiner plus en détail leur effet sur la durabilité et sur l'impact de la corrosion dans des échantillons de mortier armés de barres d'armature en acier. En particulier, trois (3) ensembles d'éprouvettes de mortier renforcé avec des additifs de 0,1% en poids de nanotubes de carbone (CNT) et de nanofibres de carbone (CNF) ont été exposés à une solution de NaCl à 3,5%, pendant une longue période et examinés plus en détail pour leur impact sur les performances en matière de corrosion. La durabilité de ces additifs a été étudiée par des méthodes électrochimiques ainsi que par des méthodes de numérisation. Au cours de la présente étude, plusieurs mesures telles que les mesures de potentiel, les mesures de polarisation linéaire (LPR), les mesures de porosimétrie au mercure (MIP), les mesures de perte de masse et de teneur totale en chlorure sont appliquées, tandis que parmi les méthodes de balayage, la diffraction des rayons X sur poudre (XRD) et le balayage électronique. La microscopie (SEM) analyse la microstructure des échantillons de mortier testés. Les résultats testés montrent que l'ajout de CNT/CNF offre une protection plus élevée contre la corrosion, tandis que la structure poreuse des mortiers de ciment contenant des CNT/CNF réduit considérablement le taux de perte de masse et la perméabilité relative. Par conséquent, intégrant les preuves d'autres revues, cette étude fournit une évaluation consolidée de l'impact des matériaux nano-modifiés et démontre en outre que l'effet des mortiers de ciment avec l'ajout de CNF est d'améliorer la durabilité des spécimens de mortier par rapport aux mortiers. sans additifs ou même avec des additifs CNT.