Ανθεκτικότητα κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος

∗ Αθανάσιος Μουζάς

Γράφει ο ∗ Μουζάς Αθανάσιος – Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. , υπ. Διδάκτωρ Δ.Π.Θ. , μέλος ΤΕΕ / Επικεφαλής μηχανικός Διασφάλισης Ποιότητας & Ελέγχου Ποιότητας Τεχνικών έργων / Συνιδρυτής εταιρίας SPEAR – Engineering Excellence

Το οπλισμένο σκυρόδεμα γίνεται στόχος πολλαπλών μηχανισμών φθοράς, με κοινό παρονομαστή και κύριο καταλύτη το νερό, το οποίο επηρεάζει το πορώδες, τις ογκομετρικές μεταβολές και αποτελεί το μέσο εισόδου των διαβρωτικών παραγόντων.

Ιστορικά το σκυρόδεμα θεωρείται το πλέον διαδεδομένο ανθρωπογενές υλικό και το δεύτερο συνολικά σε χρήση μετά το νερό σε παγκόσμια κλίμακα. Στατιστικά τα έξοδα επισκευών-ενίσχυσης των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος αποτελούν σημαντικό κομμάτι του συνολικού προϋπολογισμού κάθε έργου και μάλιστα στον σύγχρονο δυτικό κόσμο το ετήσιο κόστος επεμβάσεων υπερβαίνει κατά πολύ αυτό των νέων κατασκευών. Αυτό συμβαίνει, διότι οι κατασκευές εμφανίζουν αστοχίες πριν ολοκληρωθεί η διάρκεια ζωής σχεδιασμού και έτσι πρέπει να πραγματοποιηθούν επεμβάσεις για την αποκατάσταση τους. Ανάλογα με το είδος του τεχνικού έργου διαφοροποιείται και η διάρκεια ζωής σχεδιασμού. Βάσει EN 1990 (Eurocode -πίνακας 2.1) η διάρκεια ζωής σχεδιασμού ενός έργου ορίζεται ως εξής:

Ως ανθεκτικότητα ορίζεται η ικανότητα του σκυροδέματος να ανθίσταται στις περιβαλλοντικές φυσικοχημικές δράσεις κατά τη διάρκεια του προβλεπόμενου χρόνου ζωής της κατασκευής, διατηρώντας την επιτελεστικότητα, δηλαδή την λειτουργικότητα, αισθητική και ασφάλεια πάνω από ένα ανεκτό όριο. Έτσι το ανθεκτικό μίγμα σκυροδέματος φθείρεται με πολύ βραδύτερο ρυθμό στο χρόνο συγκριτικά με ένα συμβατικό μίγμα σκυροδέματος. Συνεπώς είναι αναγκαίος ο σχεδιασμός ανθεκτικών μιγμάτων σκυροδέματος, με σκοπό οι κατασκευές να πληρούν τον χρόνο ζωής σχεδιασμού, ελαχιστοποιώντας τις αναγκαίες επεμβάσεις.

Διάγραμμα βάσει του fib Bulletin 59

Καθώς το οπλισμένο σκυρόδεμα μιας κατασκευής εκτίθεται στο περιβάλλον, τείνει  να υποβαθμιστεί λόγω της δράσης φθοροποιών μηχανισμών. Οι μηχανισμοί αποδόμησης μπορεί να είναι φυσικής, χημικής, μηχανικής και βιολογικής φύσεως και σχετίζονται είτε με τα αδρανή, είτε με την τσιμεντόπαστα, είτε με τον ενσωματωμένο χαλύβδινο οπλισμό του σκυροδέματος, είτε και με συνδυασμό αυτών. Οι κυριότεροι μηχανισμοί φθοράς είναι:

• Διάβρωση χαλύβδινου οπλισμού λόγω ενανθράκωσης ή χλωριόντων ή συνεργετική δράση αυτών
• Κύκλοι ψύξης – απόψυξης σε ψυχρά κλίματα με παρουσία ή όχι αντιπαγετικών αλάτων
• Χημική προσβολή με έκθεση σε θειικά, όξινα διαλύματα, θαλασσινό νερό, μαλακό νερό, βιομηχανικά απόβλητα
• Μικροβιακώς επαγόμενη διάβρωση λόγω δράσης μικροβίων (θειοβάκιλοι)
• Αντίδραση αλκαλίων-αδρανών (αλκαλοπυριτική & αλκαλοανθρακική αντίδραση)
• Τριβή-απότριψη
• Εξανθήματα και κρυστάλλωση αλάτων

Αστοχία από διάβρωση οπλισμού σε υποστύλωμα κτιρίου.

Έτσι λοιπόν, από την φάση σχεδιασμού του έργου, πρέπει να εντοπισθούν όλες εκείνες οι παράμετροι που επηρεάζουν δυσμενώς την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος και συνεπακόλουθα μειώνουν το χρόνο ζωής της κατασκευής, με σκοπό να επιλεχθούν τα κατάλληλα μέτρα πρόληψης και προστασίας στις τεχνικές προδιαγραφές του έργου. Γι’ αυτό το σκοπό, το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 206-1 και ο Ελληνικός Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος 2016 προδιαγράφουν τις κατηγορίες έκθεσης ανάλογα με τις περιβαλλοντικές δράσεις. Αυτές είναι:

• X0 – Χωρίς κίνδυνο διάβρωσης
• XC – Διάβρωση λόγω ενανθράκωσης
• XD – Διάβρωση από χλωριόντα εκτός θαλασσινού νερού
• XS – Διάβρωση από χλωριόντα θαλσσινού νερού
• XF – Προσβολή από ψύξη/απόψυξη με ή χωρίς αντιψυκτικά άλατα
• XA – Χημική προσβολή
• ΧΜ – Τριβή / Απότριψη

Σχηματική απεικόνιση κατηγοριών περιβαλλοντικής έκθεσης του Πολιτικού μηχανικού Ν. Μαρσέλλου

Πέραν της ντετερμινιστικής και προδιαγραφόμενης προσέγγισης για την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος μέσω των κατηγοριών έκθεσης βάσει ΕΝ 206-1 και ΚΤΣ ’16, υπάρχουν εξειδικευμένα εργαλεία μοντελοποίησης που βασίζονται σε πλήρως πιθανοτική ανάλυση (με στοχαστικές παραμέτρους) ή σε ημι-πιθανοτική ανάλυση, μέσω των οποίων ο μηχανικός μπορεί να εκτιμήσει την αναμενόμενη διάρκεια ζωής κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος και να ποσοτικοποιήσει την πιθανότητα υπέρβασης του οριακού κριτηρίου ανθεκτικότητας και το αντίστοιχο επίπεδο αξιοπιστίας.

Εξανθήματα αλάτων, απόπλυση υδρασβέστου και απώλεια αποθεματικής αλκαλικότητας σε υποστύλωμα κτιρίου Ο/Σ

Οι τρεις βασικότατοι παράγοντες που επηρεάζουν την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος είναι:

• το νερό
• οι συνδεδεμένοι πόροι και το τριχοειδές δίκτυο του σκυροδέματος
• το διαβρωτικό περιβάλλον που εκτίθεται η κατασκευή

Ειδικά ο ρόλος του νερού είναι καθοριστικής σημασίας για την ανθεκτικότητα μιας κατασκευής από οπλισμένο σκυρόδεμα, διότι:

• Επηρεάζει το πορώδες (αύξηση του λόγου ν/τ συνεπάγεται και αύξηση στην παρουσία τριχοειδών πόρων και της συνδεσιμότητας τους)
• Επηρεάζει τα μηχανικά χαρακτηριστικά (αύξηση του λόγου ν/τ συνεπάγεται μείωση της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος)
• Επηρεάζει τις ογκομετρικές μεταβολές του σκυροδέματος (αύξηση του λόγου ν/τ συνεπάγεται και αύξηση της συρρίκνωσης ξήρανσης και κατα συνέπεια την εμφάνιση ρωγμών)
• Αποτελεί το μέσο εισόδου των συστατικών φθοράς στους πόρους τους σκυροδέματος (χλωριόντα, θειικά κλπ)
• Αποτελεί τον κύριο διαλύτη των διαβρωτικών μέσων
• Συμμετέχει στην αντίδραση διάβρωσης του οπλισμού, στους κύκλους ψύξης-απόψυξης, στην αντίδραση αλκαλίων-αδρανών και στο φαινόμενο της ενανθράκωσης

Αυτοΐαση (self healing) τριχοειδούς ρωγμής με ενεργοποίηση κρυσταλλικών σχηματισμών σε πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος μετά από 4 εβδομάδες παρουσία νερού της βροχής

Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να επισημανθεί πως η ανθεκτικότητα του σκυροδέματος δεν επιτυγχάνεται με υψηλότερη μηχανική αντοχή, αλλά με συγκεκριμένες και στοχευμένες μεθόδους, οι οποίες σχετίζονται ξεχωριστά για το σκυρόδεμα και ξεχωριστά για τον χαλύβδινο οπλισμό. Συγκεκριμένα, το σκυρόδεμα θα πρέπει να γίνει λιγότερο διαπερατό στο νερό και στους φθοροποιούς παράγοντες και ο χαλύβδινος οπλισμός θα πρέπει να ανθίσταται σε φαινόμενα διάβρωσης. Βάσει κανονιστικού-επιστημονικού πλαισίου και ανάλογα με την κατηγορία περιβαλλοντικής έκθεσης, τα μέτρα πρόληψης και προστασίας για την επίτευξη ανθεκτικής κατασκευής οπλισμένου σκυροδέματος συνοψίζονται ως εξής:

Σκυρόδεμα

• Επιλογή της ελάχιστης επικάλυψης σκυροδέματος για ανθεκτικότητα βάσει του πίνακα Β2-7/ΚΤΣ’16.
• Επιλογή μέγιστου ενεργού λόγου νερού/τσιμέντο βάσει πίνακα Β2-7/ΚΤΣ ’16.
• Επιλογή ελάχιστης κατηγορίας θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος βάσει πίνακα Β2-7/ΚΤΣ ’16.
• Επιλογή ελάχιστης ποσότητας τσιμέντου βάσει πίνακα Β2-7/ΚΤΣ ’16.
• Επιλογή κατάλληλου τύπου τσιμέντου (πχ σκωριοτσιμέντο, SR κλπ).
• Χρήση δευτερογενών τσιμεντοειδών πρόσθετων υλικών (πχ πυριτική παιπάλη, μετακαολίνης κλπ).
• Εφαρμογή ορθής κατασκευαστικής πρακτικής και μεθόδων διάστρωσης, συμπύκνωσης και συντήρησης του σκυροδέματος βάσει ΕΝ 13670 και ΚΤΣ ’16.
• Χρήση καλουπιών σκυροδέματος με κατάλληλα εξαρτήματα, ικριώματα, επιφάνειες, γεωμετρία, αντοχή και δομική ασφάλεια και πάντα σε πλήρη εναρμόνιση με τις απαιτήσεις της ΕΛΟΤ ΤΠ 1501-01-04-00-00:2023.
• Χρήση κρυσταλλικών προσμίκτων που μειώνουν την διαπερατότητα και συνεισφέρουν στην αυτόνομη αυτοΐαση του σκυροδέματος, πιστοποιημένων με σήμανση CE βάσει EN 934-2 & ETA βάσει EAD 260026-00-0301.
• Εφαρμογή συγκεκριμένων επιστρώσεων προστασίας ή υδροφοβικού εμποτισμού πιστοποιημένων με σήμανση CE βάσει EN 1504-2.
• Τήρηση υψηλού επίπεδου ελέγχου ποιότητας-επιθεώρησης-επίβλεψης κατά την διάρκεια της σκυροδέτησης βάσει των κανονιστικών διατάξεων του ΚΤΣ ’16.

Χαλύβδινος οπλισμός

• Χρήση ειδικών χαλύβων (ανοξείδωτων ή με εποξειδική επικάλυψη) βάσει ΚΤΧ 2008.
• Εφαρμογή καθοδικής προστασίας με θυσιαζόμενα ανόδια ή εφαρμογή επιβαλλόμενου ρεύματος από εξωτερική πηγή.
• Χρήση χημικών προσμίκτων που δρουν ως αναστολείς διάβρωσης.
• Ψεκασμός διαχεόμενων ανοστολέων διάβρωσης.
• Τήρηση υψηλού επίπεδου ελέγχου ποιότητας-επιθεώρησης-επίβλεψης κατά την παραλαβή του εγκατεστημένου οπλισμού βάσει των κανονιστικών διατάξεων του ΚΤΧ 2008.

Πρέπει να γίνει σαφές, πως τα άνωθεν μέτρα πρόληψης και προστασίας του οπλισμένου σκυροδέματος εφαρμόζονται συνδυαστικά και όχι μεμονωμένα και πάντα με αυστηρή τήρηση κανονιστικών διατάξεων και τεχνικών προδιαγραφών.

Όροι αναδημοσίευσης: Για κάθε αναδημοσίευση περιεχομένου του gobhma.gr απαιτείται σαφής αναφορά στην πηγή και ενεργός σύνδεσμος (link) προς το πρωτότυπο άρθρο. Η απλή αναφορά της πηγής χωρίς ενεργό σύνδεσμο δεν αποτελεί πλήρη αναφορά προέλευσης.

πηγή: Εργοληπτικόν Βήμα Νο_148 | Το επιστημονικό σημείο αναφοράς του εργοληπτικού κόσμου | Καλή ανάγνωση!

ΑΝΤΙΠΛΗΜΜΥΡΙΚΑ ΈΡΓΑ & ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΥΠΟΔΟΜΩΝ