Evaluation of concrete patch repairs

Abstract

In the present PhD thesis, extensive experimental work was performed to study: (a) the parameters which influence the efficiency and quality of remote robotic hydroerosion (a precise form of robotic hydroblasting that takes advantage of remote robotic technology and uses sensor feedback to better control the quality and quantity of concrete removal) for removing defective concrete, (b) the flexural strength of 6 different types of repair mortars/concretes, (c) the water permeability of the above 6 types of repair materials and (d) the parameters which influence the adhesive strength of patch repairs. In order to evaluate the efficiency and quality of remote robotic hydroerosion, 4 sets of parameters (concrete, pressure generation unit, material removal unit and nozzle parameters) were investigated using 7 series of tests. The flexural behaviour of the 6 different types of repair materials was investigated by performing 160 4-point flexural tests on unrepaired and repaired beam specimens with dimensions of 100 x 100 x 500 mm3. The water permeability of the above 6 different types of repair materials was investigated by using the ISAT and absorption by immersion tests on 100 mm cube specimens. Moreover, 4 parameters (type of substrate surface, mechanical strength of substrate, type of repair material and use of bonding/agent primer), which influence the mode of failure and value of the adhesive strength of patch repairs were investigated by performing 300 pull-off tests. Finally, as part of the experimental work, laser interferometry was used to measure and characterise the roughness of concrete substrates prior to repair. Results obtained using the above method proved the ability of remote robotic hydroerosion to produce surfaces with higher roughness values which in turn promote the adhesive strength between the concrete substrate and the repair material.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, εκτεταμένη πειραματική έρευνα έλαβε χώρα για τη μελέτη: (α) των παραμέτρων που επηρεάζουν την απόδοση και την ποιότητα της τηλεχειριζόμενης ρομποτικής υδροδιάβρωσης (ρομποτική υδροβολή υψηλής ακρίβειας, η οποία συνδυάζει τηλεχειριζόμενα ρομπότ με αισθητηριακή ανατροφοδότηση, προσφέροντας βέλτιστο έλεγχο τόσο της ποιότητας όσο και της ποσότητας του αφαιρούμενου σκυροδέματος) για την αφαίρεση αποσαθρωμένου σκυροδέματος, (β) της καμπτικής αντοχής 6 διαφορετικών τύπων επισκευαστικών κονιαμάτων/σκυροδεμάτων, (γ) της υδατοδιαπερατότητας των άνωθεν επισκευαστικών υλικών και (δ) των παραμέτρων που επηρεάζουν την συνάφεια μεταξύ του υποστρώματος και του υλικού επισκευής. Για την αξιολόγηση της απόδοσης και της ποιότητας της τηλεχειριζόμενης ρομποτικής υδροδιάβρωσης, διερευνήθηκαν 4 ομάδες παραμέτρων (παράμετροι σκυροδέματος, μονάδας παραγωγής πίεσης, μονάδας αφαίρεσης υλικού και ακροφυσίου) χρησιμοποιώντας 7 σειρές δοκιμών. Η καμπτική συμπεριφορά των 6 διαφορετικών τύπων επισκευαστικών κονιαμάτων/σκυροδεμάτων μελετήθηκε με την εκτέλεση 160 δοκιμών κάμψης 4 σημείων σε μη επισκευασμένα και επισκευασμένα δοκίμια δοκών διαστάσεων 100 x 100 x 500 mm3. Η υδατοδιαπερατότητα των άνωθεν 6 διαφορετικών τύπων επισκευαστικών υλικών μελετήθηκε με την χρήση δοκιμών ISAT και απορρόφησης με εμβάπτιση σε κυβικά δοκίμια ακμής 100 mm. Επιπλέον, μελετήθηκαν 4 παράμετροι (τύπος επιφάνειας υποστρώματος, μηχανική αντοχή υποστρώματος, τύπος επισκευαστικού υλικού και χρήση συγκολλητικού υλικού), οι οποίες επηρεάζουν το είδος αστοχίας και την τιμή της συγκολλητικής αντοχής, με την εκτέλεση 300 δοκιμών εξόλκευσης (pull off tests). Τέλος, ως μέρος της πειραματικής έρευνας, συμβολομετρία λέιζερ χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση και τον χαρακτηρισμό της τραχύτητας των υποστρωμάτων σκυροδέματος πριν την επισκευή. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν με τη χρήση της άνωθεν μεθόδου απέδειξαν την ικανότητα της τηλεχειριζόμενης ρομποτικής υδροδιάβρωσης να παράγει επιφάνειες με υψηλότερες τιμές τραχύτητας, γεγονός που με τη σειρά του ενισχύει τη συγκολλητική αντοχή μεταξύ του υποστρώματος του σκυροδέματος και του υλικού επισκευής.