Προστασία του οπλισμού στο σκυρόδεμα με τη χρήση οργανικών επικαλύψεων με και χωρίς προϊόντα νανοτεχνολογίας

Protection of steel rebars with organic coatings with and without the usage of nanotechnology products

Προστασία του οπλισμού στο σκυρόδεμα με τη χρήση οργανικών επικαλύψεων με και χωρίς προϊόντα νανοτεχνολογίας

Zafeiropoulou, Theodosia

Ζαφειροπούλου, Θεοδοσία

PhD Thesis

2014

The subject of the present thesis is the protection level that organic coatings offer to the reinforcement when concrete structures are exposed to highly corrosive environments under the presence of chlorides and CO2. The organic coatings under evaluation are applied on the surface of concrete structures and include: paints for industrial and conventional applications and organic coatings with nanotechnology products. The experimental procedure was divided into two sections. In the first section, basic physicochemical and mechanical properties were examined and in the second section the behavior of the coatings against corrosion and carbonation was evaluated. The main outcomes of this thesis are the following. Industrial coatings: Epoxy and polyurethane paints are the most effective coatings regarding all diffusion coefficients. They presented the best mechanical properties demonstrating 43% greater adhesive strength to the surface than all systems. Regarding Cl- and CO2 corrosion they exhibited the best protection level which is depicted to all electrochemical measurements. Industrial coatings are considered ineffective regarding vapour transmission rate since they demonstrated very low diffusion coefficients. Chlorinated rubber and solvent-based paints exhibited moderate mechanical properties and moderate efficacy against corrosion in chloride environment. Conventional coatings: elastomeric coatings were more effective than acrylic and emulsion paints in all physicochemical and mechanical properties tested except of accelerated carbonation. In corrosion experiments they were also found more protective in all corrosion environments. Acrylic dispersion exhibited the highest values regarding equivalent air layer thickness after exposure in a carbonation chamber. Nanotechnology coatings: They presented the optimal behavior between the two key parameter physicochemical properties of water vapor transmission rate and liquid water permeability. They also outweighed conventional paints in all mechanical properties tested. Regarding corrosion measurements nanotechnology paints offered 19%, 5% and 40% higher protection level from all conventional systems in three different chloride environments. Finally, they were very effective against natural carbonation while their resistance to carbonation chamber was significantly reduced.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάστηκε η προστασία που προσφέρουν οι οργανικές επικαλύψεις στην διάβρωση του οπλισμού του σκυροδέματος από χλωριόντα και CO2. Τα είδη των οργανικών επικαλύψεων που εξετάστηκαν εφαρμόζονται στην επιφάνεια του σκυροδέματος και περιλαμβάνουν: χρώματα βιομηχανικών και συμβατικών εφαρμογών και χρώματα με προϊόντα νανοτεχνολογίας. Η μελέτη των εξεταζόμενων οργανικών επικαλύψεων χωρίστηκε σε δύο ενότητες. Στην πρώτη ενότητα προσδιορίστηκαν βασικές φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες των χρωμάτων και στην δεύτερη ενότητα αποτιμήθηκε ο προσφερόμενος βαθμός προστασίας των επικαλύψεων έναντι διάβρωσης από χλωριόντα και CO2. Από την παρούσα Διδακτορική Διατριβή προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα. Βιομηχανικές Επικαλύψεις: Οι επικαλύψεις με εποξειδικές και με ρητίνες πολυουρεθάνης παρουσιάστηκαν τα πιο αποτελεσματικά χρώματα αναφορικά με όλους τους συντελεστές διάχυσης. Παρουσίασαν επίσης τις καλύτερες μηχανικές ιδιότητες επιδεικνύοντας 43% μεγαλύτερη αντοχή σε πρόσφυση από τα υπόλοιπα χρώματα. Αναφορικά με την διάβρωση από Cl- και από CO2 εμφανίστηκαν καλύτερα από όλα τα υπόλοιπα χρώματα γεγονός που αποτυπώνεται σε όλες τις μετρήσεις. Αναποτελεσματικά θεωρούνται μόνο από άποψη υδρατμοπερατότητας εφόσον παρουσίασαν πολύ χαμηλούς συντελεστές διάχυσης. Τα βιομηχανικά χρώματα με χλωριωμένο καουτσούκ και το τσιμεντόχρωμα διαλύτη επέδειξαν μέτριες μηχανικές ιδιότητες και μέτρια αποτελεσματικότητα έναντι διάβρωσης σε χλωριόντα. Συμβατικές Επικαλύψεις: Τα ελαστομερή χρώματα ήταν πιο αποτελεσματικά από τα ακρυλικά σε όλες τις ιδιότητες πλην της ενανθράκωσης σε επιταχυνόμενες συνθήκες. Στα πειράματα διάβρωσης βρέθηκε μεγαλύτερος βαθμός προστασίας από τις ελαστομερικές επικαλύψεις σε σχέση με τις ακρυλικές σε όλα τα περιβάλλοντα έκθεσης που ελέχθησαν. Τα ακρυλικά χρώματα επέδειξαν καλή συμπεριφορά στο θάλαμο ενανθράκωσης δίνοντας τις υψηλότερες τιμές ισοδύναμου πάχους αέρα. Τα υπόλοιπα ακρυλικά και πλαστικά χρώματα βρέθηκαν αναποτελεσματικά τόσο στις φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες όσο και στα πειράματα διάβρωσης. Επικαλύψεις Νανοτεχνολογίας: Παρουσίασαν την βέλτιστη συμπεριφορά ανάμεσα στις δύο βασικότερες φυσικοχημικές ιδιότητες υδατοπερατότητας και υδρατμοπερατότητας και υπερτερούσαν έναντι των συμβατικών στις μηχανικές ιδιότητες που μελετήθηκαν. Στις μετρήσεις διάβρωσης τα χρώματα νανοτεχνολογίας παρουσίασαν 19%, 5% και 40% μεγαλύτερους βαθμούς προστασίας από τα καλύτερα συμβατικά χρώματα στα τρία περιβάλλοντα διάβρωσης. Η προστασία των επικαλύψεων νανοτεχνολογίας έναντι φυσικής ενανθράκωσης ήταν πολύ ικανοποιητική, ενώ η αντοχή τους σε θάλαμο ενανθράκωσης ήταν μειωμένη.

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία ➨ Επιστήμη Χημικού Μηχανικού

Οργανικές επικαλύψεις

Φυσικοχημικές ιδιότητες

Steel

Chemical Engineering

Νανοτεχνολογία

Physicochemical charasteristics

Διάβρωση

Χάλυβας

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία

Επιστήμη Χημικού Μηχανικού

Σκυρόδεμα

Electrochemical measurements

Engineering and Technology

Corrosion

Organic coatings

Concrete

Nanotechnology

Ηλεκτροχημικές μετρήσεις

Greek

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ)

National Technical University of Athens (NTUA)

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης και Ηλεκτρονικού Περιεχομένου (ΕΚΤ)

Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών

Συλλογή ΕΑΔΔ