Degradační modely. Miroslav Sýkora Kloknerův ústav ČVUT v Praze

Transkript

1 Degradační modely Miroslav Sýkora Kloknerův ústav ČVUT v Praze 1. Úvod 2. Degradace železobetonových konstrukcí 3. Degradace ocelových konstrukcí 4. Závěrečné poznámky 1

2 Motivace 2

3 Úvod obvykle pravděpodobnostní modelování degradačních procesů železobetonové konstrukce: iniciace a rozvoj koroze vlivem karbonatace a pronikání chloridů (obecně přijaté modely) ocelové konstrukce: koroze v závislosti na agresivitě prostředí 3

4 Rozvoj koroze v žb. konstrukcích 4 vznik vlasových trhlin vznik nadměrných trhlin překročení MSÚ

5 Iniciace způsobená karbonatací pravděpodobnost depasivace P corr (t) = P[c - d(t) < 0] () () -1 d t = 2kekcRNAC,0CCO s t W t 2, k e - vlhkost prostředí k c -ošetřování betonu R -1 NAC,0 - odolnost betonu vůči karbonataci C CO2,s - koncentrace CO 2 W(t) - lokální klimatické podmínky fib Bulletin 59 Condition control and assessment of reinforced concrete structures exposed to corrosive environments, 2011 fib Model Code for Service Life Design, 2006 fib Bulletin 55, Model Code First complete draft, Volume 1 (chapters 1-6), fib Bulletin 56, Model Code First complete draft, Volume 2 (ch. 7-10) JCSS Probabilistic Model Code - Environmental Attack. 4th Draft April

6 Deterministické ověření fib 2006 ověření trvanlivosti: c d - d d (t) < 0 c d = c nom 10 mm model hloubky karbonatace charakteristické hodnoty odpovídají průměrným hodnotám k e,d = [(1 (RH skut / γ RH ) 5 ) / (1 - RH ref5 )] 2,5 - RH skut (Praha 0,7), γ RH = 1,3 - RH ref = 0,65 k c,d Doba ošetřování ve dnech k c,d 3,00 2,03 1,61 1,37 1,20 1,09 1,00 0,92 0,86 0,81 0,77 0,73 0,70 0,67 6

7 Deterministické ověření fib 2006 R NAC,0-1 testy, γ R = 1,5 Průměrné hodnoty R -1 NAC,0 v (mm 2 /rok) / (kg/m 3 ) Druh cementu 1 w/c eqv 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 CEM I 42,5 R CEM I 42,5 R + FA (k = 0,5) CEM I 42,5 R + SF (k = 2,0) CEM III/B 42, Ekvivalentní vodní součinitel s uvážením vlivu popílku (FA) a křemičitého prachu součiniteli k. Uvažované objemy: FA 22 % váhy cementu, SF 5 % váhy cementu. 2 data nejsou k dispozici. C s,d = 0,00082 kg/m 3 (vyšší hodnoty znečištěné prostředí, tunely) W(t) = (t 0 / t)^[(p SR ToW / 365) bw / 2] t 0 - referenční doba 0,0767 roku, p SR 0,1 (svislé prvky), ToW 100 dní, b w,d = 0,446 7

8 Návrhová hodnota hloubky karbonatace d d 2,5 5 0,7 1 1, ,65 hloubka 30 karbonatace v mm 25 () t = 2 1,61 ( 1,5 5600) ,00082 t 0,0767 t ( 0,1 0,27) 2 0, čas v letech 8

9 Modelování rozsáhlých ploch dílčí plochy 1..N oblast s podobnými podmínkami fib Bulletin 59 Condition control and assessment of reinforced concrete structures exposed to corrosive environments,

10 Závislost P f na t pro různě rozsáhlé plochy 0.5 P f (t) N = N = 100 N = 1 0 čas t

11 Iniciace způsobená vnikáním chloridů vnikání chloridů difuse iontů a proudění závislost na: - vlastnostech betonu (složení, pórovitost, mikrostruktura) - saturaci pórů - okolním prostředí (koncentrace Cl -, teplota, vlhkost) druhý Fickův difusní zákon: C(x,t) = C 0 {1 erf[x /(2 tθ D D)]} pravděpodobnost překročení mezní koncentrace P corr (x,t) = P[C r - C(x,t)< 0] 11

12 Koroze výztuže korozní rychlost i corr (τ) = θ icorr 0,85i corr0 τ -0,29 důlková a plošná koroze a p (τ) θ 2 (τ) θ 1 (τ) p(τ) φ - p(τ) p(τ)/2 A S φ φ 12

13 Degradace ocelových konstrukcí stupně korozní agresivity podle ČSN EN Korozní agresivita C1 - velmi nízká C2 - nízká C3 - střední C4 - vysoká C5 - velmi vysoká Typická prostředí (příklady) Vnitřní vytápěné prostory s nízkou vlhkostí a zanedbatelným znečištěním (kanceláře, školy) nízká četnost výskytu kondenzace a nízké znečištění (sklady, sportovní haly) střední četnost výskytu kondenzace a střední znečištění z výrobních procesů (výrobny potravin, prádelny, pivovary) Vysoká četnost výskytu kondenzací a vysoké znečištění z výrobních procesů (průmyslové provozy, bazény) trvalá kondenzace, vysoké znečištění (důlní, podzemní výrobní prostory) Vnější - Mírné klima, nízké znečištění SO 2 < 12 mg/m 3 (venkovské oblasti, malá města) Mírné klima se středním znečištěním (SO 2 : 12 až 40 mg/m 3 ) nebo malým vlivem chloridů (městské oblasti) Mírné klima, oblast s vysokým znečištěním (SO 2 : 40 až 80 mg/m 3 ) nebo značným vlivem chloridů (znečištěné městské oblasti, průmyslové oblasti, silný vliv solí rozmrazovacích prostředků) Mírné klima s velmi vysokým znečištěním (SO 2 : 80 až 250 mg/m 3 ), silný vliv chloridů (průmyslové oblasti, zóny s postřikem slanou vodou) 13

14 Koncentrace S0 2 14

15 Hodnoty korozních rychlostí ČSN ISO 9223 a ČSN ISO 9224 Korozní rychlost r corr v μm/rok pro první rok expozice C1 C2 C3 C4 C5 r corr 1,3 1,3 < r corr < r corr < r corr < r corr 200 Průměrná korozní rychlost r av v mm/rok pro prvních 10 let expozice C1 C2 C3 C4 C5 r av 0,5 0,5 < r av 5 5 < r av < r av < r av 100 Ustálená korozní rychlost r lin v mm/rok C1 C2 C3 C4 C5 r lin 0,1 0,1 < r lin 1,5 1,5 < r lin 6 6 < r lin < r lin 90 + životnost ochranných vrstev 15

16 Závěrečné poznámky Degradace železobetonových konstrukcí: - karbonatace a pronikání chloridů -důlková a rovnoměrná koroze výztuže Ocelové konstrukce klasifikace podle agresivity prostředí Konvenční modely pro pravděpodobnostní rozbor (průměr, variační koeficient, typ rozdělení) Postup podle metody dílčích součinitelů zatím většinou chybí fib Model Code for Service Life Design,

17 Děkuji za pozornost Miroslav Sýkora 17