Σκυρόδεμα εξωτερικού χώρου στη διάβρωση-Ανθεκτική επίστρωση με κυματιστές ίνες χάλυβα
Εισαγωγή: Πρόκληση αντοχής σκυροδέματος εξωτερικού χώρου
Οι κατασκευές από σκυρόδεμα προσβάλλονται συνεχώς από την υγρασία, τα χλωρίδια και τους κύκλους πάγωσης-απόψυξης στις κατασκευές εξωτερικών χώρων. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να επιταχύνουν τη διάβρωση του ενσωματωμένου οπλισμού χάλυβα, προκαλώντας ρωγμές, θρυμματισμό και δομική αστοχία. Το ινοπλισμένο σκυρόδεμα-ενισχυμένο με ίνες (FRC) έχει αυξήσει την αντοχή σε εφελκυσμό και την αντοχή σε ρωγμές του σκυροδέματος, ωστόσο η διάβρωση των ινών από χάλυβα σε σκληρές εξωτερικές συνθήκες παραμένει ένα σημαντικό ζήτημα.
Η διπλή λειτουργία των κυματιστών χαλύβδινων ινών στο σκυρόδεμα
Το σύγχρονο FRC χρησιμοποιεί κυματιστές ή παραμορφωμένες ίνες χάλυβα για καλύτερη μηχανική αγκύρωση στη μήτρα σκυροδέματος. Ο κύριος σκοπός τους είναι να γεφυρώνουν τις ρωγμές μετά τη ρωγμή, να μεταδίδουν φορτία εφελκυσμού και να βελτιώνουν τη σκληρότητα και την απορρόφηση ενέργειας. Αυτή η διαδικασία αυξάνει τη δομική απόδοση σε πεζοδρόμια, επενδύσεις σηράγγων και προκατασκευασμένα καταστρώματα γεφυρών όπου η διάδοση των ρωγμών είναι ζωτικής σημασίας. Σε εξωτερικές καταστάσεις, ο χάλυβας που υποστηρίζει το σκυρόδεμα μπορεί να είναι η πτώση του. Η διάβρωση των εκτεθειμένων άκρων των ινών ή των ινών που τέμνουν ρωγμές μπορεί να προκαλέσει εκτεταμένη σκουριά, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα των ινών και τη σταθερότητα του σκυροδέματος. Επομένως, η προστασία αυτών των ινών είναι απαραίτητη για τη μακροπρόθεσμη ανθεκτικότητα.
Θυσιαστικές μεταλλικές επικαλύψεις για προστασία από τη διάβρωση
Η καθοδική προστασία, συχνά με θυσιαζόμενες μεταλλικές επιστρώσεις, είναι η πιο επιτυχημένη και καλά μελετημένη-προσέγγιση για την προστασία από χάλυβα σκυροδέματος. Ο γαλβανισμένος χάλυβας, ο οποίος είναι-επενδυμένος με ψευδάργυρο, επεξηγεί αυτήν την αρχή. Ο ψευδάργυρος είναι ηλεκτροχημικά πιο ενεργός (ανοδικός) από τον χάλυβα. Ο ψευδάργυρος διαβρώνεται πιο εύκολα από τον χάλυβα σε έναν ηλεκτρολύτη όπως το νερό πόρων σκυροδέματος, προστατεύοντας τον χάλυβα. Ακόμη και σε σφάλματα επίστρωσης όπου το χαλύβδινο υπόστρωμα είναι ορατό, ο περιβάλλων ψευδάργυρος παρέχει γαλβανική προστασία μέχρι να καταναλωθεί επαρκής ποσότητα. Αυτή η μέθοδος μετατρέπει το καλυμμένο σύστημα σε ελαττωματικό ενώ προστατεύει το υπόστρωμα. Οι προηγμένες μέθοδοι όπως η τεχνική δόνησης ηλεκτροδίων σάρωσης (SVET) μπορούν να συγκρίνουν συστήματα επίστρωσης και περιβαλλοντικές συνθήκες για τη μέτρηση αυτής της προστατευτικής δραστηριότητας με την πάροδο του χρόνου.
Συνδυάζοντας προηγμένες επιστρώσεις με κυματιστές ίνες
Αυτή η διαδικασία θυσιαστικής επίστρωσης κάνει ένα ισχυρό εξωτερικό σκυρόδεμα σύνθετο από κυματιστές ίνες χάλυβα. Η επίστρωση ψευδάργυρου ή κράματος ψευδάργυρου-είναι η αρχική άμυνα. Η κυματοειδής σχεδίαση των ινών βελτιώνει τη μηχανική ασφάλιση μεταξύ της επίστρωσης και του σκυροδέματος, μειώνοντας τη ζημιά της επίστρωσης κατά την ανάμειξη και την τοποθέτηση. Όταν μια ρωγμή σκυροδέματος εκθέτει μια επικαλυμμένη ίνα, η θυσιαζόμενη επίστρωση δρα γρήγορα. Η αργή, ελεγχόμενη διάβρωση σχηματίζει σταθερές εναποθέσεις οξειδίου/υδροξειδίου/ανθρακικού που καλύπτουν μικρο-ρωγμές. Η μηχανική ρωγμή-που γεφυρώνεται από την ίνα και η ηλεκτροχημική προστασία από την επίστρωση επιμηκύνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής του στοιχείου σκυροδέματος. Νέες επικαλύψεις όπως τα έξυπνα νανοδοχεία που απελευθερώνουν αναστολείς διάβρωσης κατά παραγγελία και τα αυτοσυναρμολογούμενα φύλλα φραγμού υπόσχονται πιο αυτόνομη και μακροχρόνια{10}προστασία.
Οικονομικά Οφέλη και Εφαρμογές
Πολλές-εξωτερικές εφαρμογές υψηλής αξίας επωφελούνται από τις ανθεκτικές στη διάβρωση-επικαλυμμένες κυματιστές ίνες χάλυβα. Τα καταστρώματα γεφυρών, τα πεζοδρόμια των αυτοκινητοδρόμων και οι τοίχοι με ηχοφράγματα που εκτίθενται σε άλατα αποπαγοποίησης, που προκαλούν διάβρωση του χάλυβα, είναι η ειδικότητά τους. Η επίστρωση προστατεύει τις θαλάσσιες υποδομές, συμπεριλαμβανομένων των λιμενικών εγκαταστάσεων, των θαλάσσιων τοιχωμάτων και των προβλήτων από ψεκασμό και βύθιση αλμυρού νερού, που είναι σκληρές για τον απροστάτευτο χάλυβα. Δεδομένου ότι η ανθεκτικότητα επηρεάζει το κόστος συντήρησης και τη διάρκεια ζωής, επωφελούνται επίσης τα προκατασκευασμένα πάνελ πρόσοψης, τα θησαυροφυλάκια χρησιμότητας και τα μπλοκ τοίχου αντιστήριξης. Οικονομικά, το FRC με επικαλυμμένες ίνες μπορεί να μειώσει το κόστος του κύκλου ζωής. Ελαχιστοποιεί ή εξαλείφει τη δευτερεύουσα συμβατική ενίσχυση, απλοποιεί την κατασκευή προσθέτοντας απευθείας ίνες και μειώνει δραματικά το κόστος συντήρησης και επισκευής από ζημιές λόγω διάβρωσης. Οι επικαλυμμένες ίνες είναι-οικονομικές για μακροπρόθεσμα έργα υποδομής λόγω της μακροζωίας τους και της μικρότερης πιθανότητας καταστροφικής αστοχίας.
Τελικές σκέψεις και προοπτικές
Η χρήση ανθεκτικών στη διάβρωση-θυσιαστικών επιστρώσεων και κυματιστών χαλύβδινων ινών για τη δημιουργία ανθεκτικού, βιώσιμου σκυροδέματος για εχθρικές εξωτερικές καταστάσεις αποτελεί σημαντική ανακάλυψη. Αυτή η λύση αντιμετωπίζει ένα σημαντικό ελάττωμα στην τυπική τεχνολογία σκυροδέματος συνδυάζοντας τα μηχανικά οφέλη του οπλισμού ινών με την ηλεκτροχημική χημεία της καθοδικής προστασίας. Η βελτιστοποίηση της σύνθεσης της επίστρωσης και των μεθόδων εφαρμογής για τις ίνες, η βελτίωση της πρόσφυσης-των ινών της επίστρωσης και η ανάπτυξη πολλαπλών-επικαλύψεων που προστατεύουν από τη διάβρωση, την τριβή και τη χημική επίθεση είναι πιθανές μελλοντικές εξελίξεις. Καθώς προχωρά η επιστήμη των υλικών, το έξυπνο σκυρόδεμα που-παρακολουθεί και μόνο του-θεραπεύει μικρές βλάβες γίνεται πραγματικότητα. Οι επικαλυμμένες κυματιστές ίνες χάλυβα είναι ένας-επιστημονικός τρόπος για τους μηχανικούς και τους τεχνικούς να προσθέτουν ελαστικότητα στην υποδομή μας και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής και την απόδοση των εξωτερικών κατασκευών από σκυρόδεμα.