Οι εχθροί του σκυροδέματος

20/04/2011 Άρθρα

Αποθήκευση

Medium_concrete-reinforcing-steel-corrosion

Εξαιτίας της αφθονίας πρώτων υλών για την παρασκευή του, αλλά και των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων που το χαρακτηρίζουν, το οπλισμένο σκυρόδεμα είναι ο πλέον διαδεδομένος τρόπος δόμησης του φέροντα οργανισμού των κατασκευών στην Ελλάδα.

Κατά τη διάρκεια της ωφέλιμης ζωής του δομήματος, του χρόνου δηλαδή που μπορεί μία κατασκευή να εξυπηρετήσει τους σκοπούς για τους οποίους φτιάχτηκε, το οπλισμένο σκυρόδεμα υπόκειται σε ένα πλήθος από εξωγενής επιρροές οι οποίες τείνουν να εκφυλίσουν τις μηχανικές του ιδιότητες. Τα χημικά στοιχεία του περιβάλλοντος αλληλεπιδρούν με το σώμα του σκυροδέματος τείνοντας να το αποδομήσουν. Παράγοντες που συντελούν και επιταχύνουν τέτοιες διαδικασίες είναι:

Χρόνος: Το οπλισμένο σκυρόδεμα είναι ένα μείγμα αδρανών υλικών το οποίο μετά τις χημικές διεργασίες της σκλήρυνσης του αποκτά στέρεα και στιβαρή δομή. Οι ισχυροί δεσμοί που αναπτύσσονται μεταξύ των επιμέρους υλικών που απαρτίζουν το σκυρόδεμα τείνουν να χαλαρώσουν με την πάροδο του χρόνου. Η φυσική γήρανση λοιπόν είναι αναπόφευκτη και μετά την έλευση 50 περίπου ετών η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος από σταθερή αρχίζει και μειώνεται. Παράλληλα εμφανίζεται το φαινόμενο του ερπυσμού (μερίδιο της παραμόρφωσης του σκυροδέματος που εξαρτάται από τις τάσεις λόγω δράσης μονίμων φορτίων). Είναι οι μόνιμες παραμορφώσεις που προκύπτουν σαν αποτέλεσμα μετακίνησης μορίων νερού στη μάζα του σκυροδέματος με την πάροδο του χρόνου.

Διάβρωση Οπλισμού: Η ιδιότητα που έχει ο χάλυβας να αντιδρά ταχύτατα με το οξυγόνο και να δημιουργεί προϊόντα του οξειδίου του σιδήρου, είναι ίσως η αχίλλειος πτέρνα του οπλισμένου σκυροδέματος. Το αποτέλεσμα αυτής της χημικής διεργασίας δεν είναι μόνο η απώλεια ενεργής επιφάνειας χάλυβα (επιφάνεια που αναλαμβάνει εφελκύστηκες τάσεις) αλλά και η επίδραση της στο σκυρόδεμα. Το οξείδιο του σιδήρου (σκουριά) έχει πολλαπλάσιο όγκο από αυτό του σιδήρου και το αποτέλεσμα αυτής της διεργασίας είναι η ρηγμάτωση - καταστροφή του σκυροδέματος που περιβάλλει την χαλύβδινη ράβδο (αποτίναξη επικάλυψης, μείωση ή και μηδενισμός της συνάφειας, επιτάχυνση της διαβρωτικής διαδικασίας).

Η διάβρωση του οπλισμού επιτυγχάνεται κατά πολύ όταν το προστατευτικό στρώμα που δημιουργείται στην επιφάνεια της χαλύβδινης ράβδου, σαν αποτέλεσμα του έντονου αλκαλικού περιβάλλοντος του σκυροδέματος απολεσθεί. Αυτό συμβαίνει όταν το PH μειωθεί αρκετά, όταν δηλαδή λάβουν χώρα είτε η ενανθράκωση του σκυροδέματος, είτε η είσοδος χλωριόντων στην μάζα του. Οι δύο αυτές διεργασίες είναι αποτέλεσμα περιβαλλοντικής επίδρασης σε συνθήκες που ευνοούν κάτι τέτοιο. Η ύπαρξη στον αέρα είτε περίσσειας χλωριόντων (κοντά στην θάλασσα, ύπαρξη χλωριούχου νάτριου) είτε περίσσεια CO2 (περιβαλλοντική μόλυνση μεγαλουπόλεων), συντελεί στην ταχύτερη εξέλιξη των δύο αυτών διεργασιών.

Σημαντικός παράγοντας όπως αναφέρθηκε είναι οι συνθήκες του περιβάλλοντος αλλά παράλληλα είναι και η κατάσταση του σκυροδέματος του δομικού στοιχείου. Αν για παράδειγμα υπάρχουν ρωγμές στο σώμα του, η διείσδυση των χλωριόντων ή του CO2, γίνεται ευκολότερα και ταχύτερα. Δυστυχώς οι ρωγμές που παρατηρούνται στο σκυρόδεμα αν και είναι ελέγξιμες και μπορούν να προβλεφθούν, εντούτοις δεν μπορούν να  αποφθεχθούν. Οι κυριότερες αιτίες δημιουργίας τους είναι οι ακόλουθες:

1.   Θερμοκρασιακές μεταβολές: Η απότομη θερμοκρασιακή μεταβολή σε συνδυασμό με τα ιδιαίτερα υψηλά ποσοστά υγρασίας δημιουργούν έντονες συστολοδιαστολές στο σκυρόδεμα αλλά και στο προστατευτικό επίχρισμα που δημιουργείται γύρω από τις ράβδους σιδήρου, λόγω του έντονα αλκαλικού περιβάλλοντος, με αποτέλεσμα την δημιουργία μικρορωγμών.

2.   Συστολή Ξήρανσης: Κατά τη διαδικασία της σκλήρυνσης του σκυροδέματος δύναται να παρουσιαστούν πολύ μικρές ρωγμές ως αποτέλεσμα της βράχυνσης του λόγω της ξήρανσης.

3.   Παγετός: Λόγω της διαφοροποίησης του όγκου του νερού κατά την πήξη του δημιουργεί στο σκυρόδεμα δυνάμεις που τείνουν να δημιουργήσουν ρωγμές. Η ικανότητα του σκυροδέματος να υποστεί τη δράση του παγετού χωρίς φθορά, εξαρτάται σαφώς από την ποιότητα του.

4.   Φορτίσεις: Η μικρή εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία ρωγμών στις εφελκυόμενες περιοχές των δομικών στοιχείων που δεν επηρεάζουν βέβαια την λειτουργικότητα ή την ανθεκτικότητα της κατασκευής, δημιουργούν όμως πρόσφορο έδαφος στην ευκολότερη διείσδυση στοιχείων που επιτυγχάνουν τη διάβρωση.

Σεισμός: Η επίδραση σεισμικών φορτίων πάνω στην κατασκευή εκτός των στατικών προβλημάτων που μπορεί να δημιουργήσουν προκαλούν την αποδιοργάνωση, μέσω πολύ μικρών μετακινήσεων, της συνοχής των αδρανών στοιχείων. Οι μικρορηγματώσεις αυτές έχουν μεν τριχοειδή φύση, διευκολύνουν όμως την εισχώρηση της υγρασίας και των χλωριόντων.

Πυρκαγιά: Η πυρκαγιά είναι ένας πολύ σημαντικός εχθρός του οπλισμένου σκυροδέματος. Κατά τη διάρκεια της και λόγω των πολύ υψηλών θερμοκρασιών που δημιουργούνται, συντελούν διάφορες αλλαγές στη δομή του.

1. Με την ταχύτατη εξάτμιση του νερού που υπάρχει στο σκυρόδεμα αναπτύσσονται υψηλές πιέσεις με αποτέλεσμα την θραύση τμημάτων.

2. Η θερμική διαστολή του σκυροδέματος έχει πάλι σαν αποτέλεσμα την θραύση του.

3. Μειώνονται οι δυνάμεις συνάφειας μεταξύ σκυροδέματος και χαλύβδινων ράβδων.

4. Τα επιμέρους μηχανικά χαρακτηριστικά του χάλυβα όπως το όριο διαρροής και γενικά το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης, μεταβάλλονται και οι τιμές τους μειώνονται.

5. Τα μηχανικά χαρακτηριστικά του σκυροδέματος μεταβάλλονται και η ανομοιόμορφη μεταβολή των τάσεων, λόγω απότομης θερμοκρασιακής μεταβολής (έναρξη πυρκαγιάς, κατάσβεση), επιδρά αρνητικά στην αντοχή του.

Κακοτεχνίες – Κατασκευαστικά λάθη: Καθώς το σκυρόδεμα, όσον αφορά την κατασκευή του αλλά κυρίως όσων αφορά την εκτέλεση του, δεν είναι βιομηχανοποιημένο προϊόν, η αποφυγή του λάθους και της κακοτεχνίας δεν είναι εφικτή. Για τον λόγο αυτό άλλωστε κατά τον υπολογισμό και την μελέτη στοιχείων  από οπλισμένο σκυρόδεμα υπεισέρχονται υψηλοί συντελεστές ασφάλειας. Μία κακοτεχνία  π.χ. μικρή, η ανύπαρκτη επικάλυψη οπλισμών, μη καλή συντήρηση κατά τη σκλήρυνση κτλ., μπορεί να επιφέρει επιτάχυνση των διαβρωτικών διαδικασιών. Μία πρόωρη φόρτιση των στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος πριν αυτό αναπτύξει τις αντοχές του, μπορεί να επηρεάσει την ικανότητα ανάληψης των φορτίων σχεδιασμού στο μέλλον.

Είναι γενικά αποδεκτό πάντως πως λόγω της σπουδαιότητας του φέροντος οργανισμού μίας κατασκευής, είναι απαραίτητο να γίνεται έλεγχος για τυχόν φθορές που μπορεί να έχει υποστεί το οπλισμένο σκυρόδεμα. Επίσης επιβεβλημένη είναι η συντήρηση του όταν διαπιστώνεται φθορά η οποία μπορεί να οδηγήσει σε επιτάχυνση διαδικασιών διάβρωσης οπλισμού. Παράλληλα όταν κρίνεται σκόπιμο θα πρέπει να παρακολουθείται και η φέρουσα ικανότητα επιμέρους στοιχείων μέσω μη καταστροφικών μεθόδων και να εξετάζεται η ενίσχυση των υπαρχόντων δομικών στοιχείων.

Χρήστος Φράγκος

Πολιτικός μηχανικός