ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
30
27
Spośród wszystkich awarii zanotowanych w Polsce od 1963
25
21
około 50% dotyczyło ró\
nego rodzaju konstrukcji
20
17
16 16
\
elbetowych
ZAGADNIENIE KOMPATYBILNOÅšCI 15
11
10
Koszt niezbędnych napraw i remontów obiektów betonowych
5
W NAPRAWACH KONSTRUKCJI
koniecznych do przeprowadzenia w przeciÄ…gu najbli\
szych
0
stalowe \
elbetowe prefabrykaty murowe drewniane mieszane 20 lat szacuje siÄ™ na okoÅ‚o 1 do 3·1012 USD, stanowi to od 15
śELBETOWYCH
do 50%. ogólnej wartości zasobów budownictwa
rodzaj obiektu
betonowego].
Względny udział poszczególnych typów obiektów budowlanych w
ogólnej liczbie awarii w latach 1963-98 (L.Runkiewic, 2000)
Dla oceny mo\
liwości i celowości naprawy konstrukcji
niezbędne jest opracowania diagnozy stanu technicznego
50
obiektu, a przede wszystkim, ustalenie przyczyn jej
zaniedbania
inwestora
40
uszkodzenia
34 niska jakość
odchyłki elementów
od i złącz
30
projektu
niewłaściw 22
niskie
inne
19 e know- kwalifikacje
20 how
15 wykonawcy 14
11
10
DIAGNOSTYKA KONSTRUKCJI śELEBTOWYCH
0
przyczyny uszkodzeń konstrukcji
Najczęstsze przyczyny awarii budowlanych w latach 1963-98
(L.Runkiewic, 2000)
L.Czarnecki & 1 L.Czarnecki & 2
A.Garbacz A.Garbacz
BETON
obciÄ…\
enia ruchem kołowym
obciÄ…\
enia u\
ytkowe
Względnie
Droga
obciÄ…\
enia
tani cieplne
naprawa
w konstrukcji obciÄ…\
enia
wilgociÄ… (RH)
obciÄ…\
enia udarowe
obciÄ…\
enia od skurczu
powłoka
15 - 50% wartości zasobów betonowych
płyta na
gruncie
rysa w podkładzie
PL: 0,3·1012 zÅ‚
USA: 1,0·1012 $
L.Czarnecki & 3 L.Czarnecki & 4
A.Garbacz A.Garbacz
Korozja wewnętrzna:
b) wtórny etryngit
KOROZJA BETONU a) alkaliczna reakcja
(zapoczÄ…tkowanie
kruszywa (zapoczÄ…tkowanie
- zhydratyzowany cement)
- reaktywne ziarno)
FIZYCZNA BIOLOGICZNA CHEMICZNA
Zewnętrzna
Korozja typu I
" Wewnętrzna
- Å‚ugowanie
(makropory,
Korozja typu III
wycieki)
- siarczanowa
PODZIAA
KOROZJI ZE WZGL
DU NA MECHANIZM I SKUTKI
Korozja typu II
- kwasowa
TYP I TYP II TYP III
Korozja zbrojenie
(przesuwa siÄ™
zbrojenia
granica zniszczenia)
reakcje chemiczne, reakcje chemiczne,
Rozpuszczanie
powstawanie Å‚atwo powstawanie trudno
i wymywanie CO2
rozpuszczalnych soli rozpuszczalnych soli
rozpuszczalnych Cl
lub produktów nie zwiększających
składników
wykazujących adhezji objętość podczas
rysa
krystalizacji
L.Czarnecki & 5 L.Czarnecki & 6
A.Garbacz A.Garbacz
1
częstość względna, %
częstość względna, %
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
KOROZJA A
UGUJ
CA (A
UGOWANIE)
KOROZJA MROZOWA
KOROZJA I TYPU
- Korozja fizyczna  cykliczne zamra\
anie i rozmra\
anie wody w
porach betonu; często w połączeniu z działaniem środków
odladzajÄ…cych
Rozpuszczanie i wymywanie z betonu Ca(OH)2
-Wody miękkie o małej twardości węglanowej
KOROZJA BIOLOGICZNA
- Na betonach nieskarbonatyzowanych nie występuje - Proces dyfuzyjny ale szybkość rośnie ze spadkiem
temperatury
- Na betonach skarbonatyzowanych (glony, grzyby szczepy
bakterii
- Powstawanie H2S w wyniku rozkładu zło\
y biologicznych
L.Czarnecki & 7 L.Czarnecki & 8
A.Garbacz A.Garbacz
KOROZJA KWASOWA KOROZJA W
GLANOWA
Ca(OH)2 + 2H+ Ca2+ + 2H2O
nadmiarowa zawartość CO2 w wodzie
3CaOÅ"Al2O3 + 12H+ 3Ca2+ + 2Al3+ + 6H2O
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
KOROZJA TYPU I
H2O + SiO2
CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
3CaOÅ"SiO2 + 6H+ 3Ca2+ +H2SiO3 + 2H2O
A
atwo rozpuszczalne
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
WZROST
CaCO3 + 2H+ Ca2+ + H2O + CO2
POROWATOÅšCI
L.Czarnecki & 9 L.Czarnecki & 10
A.Garbacz A.Garbacz
KOROZJA MAGNEZOWA KOROZJA SIARCZANOWA
Korozja typu II (wody morskie, sole odladzajÄ…ce) Korozja typu III
-etryngitowa SO42- < 1000 mg/dm3
Ca(OH)2 + MgCl2 CaCl2 + Mg(OH)2
-etryngitowo-gipsowa SO42- > 1000 mg/dm3
-gipsowa SO42- > 3000 mg/dm3
2Ca(OH)2 + 3MgCl2 + 2H2O Mg3Cl2(OH)4Å"2H2O + 2CaCl2
Ca(OH)2 + SO42- + 2H2O CaSO4Å"2H2O + 2OH-
KOROZJA AMONOWA
Korozja typu II (du\
a zawartość NH4+)
3CaOÅ"Al2O3 + CaSO4Å"2H2O + 10H2O
3CaOÅ"Al2O3Å"CaSO4Å"12H2O
Ca(OH)2 + 2NH4Cl CaCl2 + 2NH4OH
3CaOÅ"Al2O3 + 3 CaSO4Å"2H2O + 26H2O
2NH3 + 2H2O
3CaOÅ"Al2O3Å"3CaSO4Å"32H2O (etryngit)
L.Czarnecki & 11 L.Czarnecki & 12
A.Garbacz A.Garbacz
2
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
KOROZJA CHLORKOWA
Korozja typu III/II (ekspansywne sole zasadowych chlorków,
degradacja fazy C-S-H, opóz
niony etryngit)
700
3CaOÅ"SiO2 + MgCl2 + 2H2O 2CaOÅ"SiO2 + CaCl2 + Mg(OH)2
600
500
3CaOÅ"SiO2 + 3MgCl2 + 6H2O CaOÅ"SiO2 + 2CaCl2 + Mg3Cl2(OH)4Å"2H2O
400
300
3CaOÅ"Al2O3Å"Ca(OH)2Å"12H2O + CaCl2 3CaOÅ"Al2O3Å"CaCl2Å"10H2O + Ca(OH)2 + 2H2O
200
100 CH C3AH6
H
0
3CaOÅ"Al2O3Å"CaSO4Å"12H2O + CaCl2 3CaOÅ"Al2O3Å"CaCl2Å"10H2O + CaSO4 + 2H2O
3CaOÅ"Al2O3 + + 26H2O 3CaOÅ"Al2O3Å"3CaSO4Å"32H2O
L.Czarnecki & 13 L.Czarnecki & 14
A.Garbacz A.Garbacz
KOROZJA ZASADOWA KOROZJA WEWN
TRZNA
Korozja typu II (stÄ™\
one zasady - KOH i NaOH > 10%) Przewa\
nie korozja typu I
3CaOÅ"Al2O3Å"6H2O + 2KOH 2K(AlO2) + 3Ca(OH)2 + 4H2O
Główna przyczyna:
niewłaściwy dobór składu betonu pod
KOROZJA pod wpływem związków organicznych
względem jakościowym i ilościowym !
Korozja typu II
- Wolne CaO i/lub MgO
-Większość związków organicznych nie agresywna dla betonu,
-Reaktywne kruszywo,
-Kwasy organiczne działają jak nieorganiczne,
-Wtórny etryngit
L.Czarnecki & 15 L.Czarnecki & 16
A.Garbacz A.Garbacz
KOROZJA WEWN
TRZNA
KOROZJA WEWN
TRZNA
Alkaliczna reakcja kruszywa (AAR)
Reaktywne kruszywo + du\
a zawartość alkaliów w cemencie
Pęcznienie wapniowe i magnezowe
(> 0,8% w przeliczeniu na Na2O)
Wolne CaO
alkaliczna reakcja krzemionki (ASR) - reaktywna krzemionka
CaO + H2O Ca(OH)2
SiO2 + Na2O + nH2O Na2SiO3Å"nH2O
opal
portlandyt
alkaliczna reakcja dolomitu (ACR) - kruszywa węglanowe dolomitowe
Wolne MgO
MgO + H2O Mg(OH)2 CaMg(CO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3
brucyt
Na2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2NaOH
L.Czarnecki & 17 L.Czarnecki & 18
A.Garbacz A.Garbacz
3
3
_
3
C A·3CS·32H
_
C
4
AH
13
C
3
A·CS·12H
Objętość molowa, V
m
, cm /mol
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
KOROZJA WEWN
TRZNA
T = 80  100 °C
°
°
°
Wtórny etryngit - rozkład etryngitu i jego powtórna
rekrystalizacja; zmiany objętościowe
- -
C3AÅ"3CSÅ"32H + 6KOH C3AH6 + 3K2S +3CH +
Rozkład* etryngitu w podwy\
szonej temperaturze i w obecności alkaliów
26H
T=60-80°
°C
°
°
- - -
C3AÅ"3CSÅ"32H + 4KOH C3AÅ"CSÅ"12H + 2K2S +
T=20°
°C, czas H" 1 rok
°
°
2CH + 20H
- -
C3AÅ"3CSÅ"32H + 6KOH C4AÅ"H13 + 3K2S + -
Powtórnie powstaje etryngit: C3AÅ"3SÅ"32H
2CH+ 19H
L.Czarnecki & 19 L.Czarnecki & 20
A.Garbacz A.Garbacz
Korozja wewnętrzna:
b) wtórny etryngit
a) alkaliczna reakcja
(zapoczÄ…tkowanie
kruszywa (zapoczÄ…tkowanie
- zhydratyzowany cement)
- reaktywne ziarno)
25000
Korozja typu I
20000
103 m3
- Å‚ugowanie
(makropory, 15000
Korozja typu III
wycieki)
- siarczanowa
10000
5000
Korozja typu II
0
- kwasowa
Korozja zbrojenie
(przesuwa siÄ™
zbrojenia
granica zniszczenia)
CO2
Cl
rysa
L.Czarnecki & 21 L.Czarnecki & 22
A.Garbacz A.Garbacz
skuteczna
ochrona
1600 stali
400
Korozja
1200
korozja w\
erowa
0
Fe3+
800
-400
częściowa pasywacja
400
Korozja młody
pasywacja skarbonatyzowany
beton
-800
0 Pasywacja
odporność
pH
Fe2+ -1200
-400
6
14 12 10 8 7 4 2 0
0,2 0,4 0,6 0,8 0,10 0,12 0,14
zawartość Cl , % mas. cementu
-800
zasadowy kwaśny
odczyn
Korozja pH=13
Fe środowiska
Odporność
-1200
obojętny
nieagresywne agresywne
2 4 6 8 10 12 14 agresywność
wobec betonu
wykładnik jonów wodorowych, pH
L.Czarnecki & 23 L.Czarnecki & 24
A.Garbacz A.Garbacz
4
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
potencjał, E, mV
potencjał anodowy, E, mV
potencjał katodowy, E, mV
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
proces anodowy - utlenianie zawartość chlorków, %mas.
2+ - 0,1 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0,3
2Fe 2Fe +4e 14
14
2+ -
Elektrolit: Fe , OH
1 2
2+ -
FeO(OH)
Ca , Cl
-
-
e
13
13
OH
katoda anoda katoda
(-) (+) (-)
- -
12
12
4OH 2H2O+O2+4e
proces katodowy - redukcja
11
11
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
stÄ™\
enie chlorków, cCl-, mol/dm3
stÄ™\
enie chlorków, cCl-, mol/dm3
2H+ + 2e- 2H H2  w środowisku o



odczynie kwaśnym 5 6 7 8
0 2 3 4
1
stÄ™\
enie chlorków, cCl ,g/dm3
L.Czarnecki & 25 L.Czarnecki & 26
A.Garbacz A.Garbacz
120 2,5
100
2 USZKODZENIA BETONU KOROZJA ZBROJENIA
80
1,5
60
1
40
0,5
20 Zanieczyszczenia
Mecha- Chemiczne Fizyczne
Karbonaty- PrÄ…dy
działające
niczne zacja błądzące
0 0
korozyjnie
0 10 20 30 40 50 60
stopień korozji stali, % mas
Wprowadzone
Ze środowiska
7
przy produkcji
zewnętrznego
6
5
4
3
CZEKAMY
(zmniejszamy obciÄ…\
enia) Rodzaj i zakres
2
naprawy ROZBIÓRKA
1
0
L.Czarnecki & 27 L.Czarnecki & 28
A.Garbacz A.Garbacz
Zgodnie z Prawem Budowlanym:
Rodzaj uszkodzeń bezpieczeństwo i niezawodność konstrukcji - podstawowymi wymaganiami
stawianymi obiektom budowlanym.
Ubytki Spękania
Wymagania bezpieczeństwa i niezawodności ujęte w
lokalne
obni\
enie
dyrektywie europejskiej 89/106/EEC
obni\
enie
obszar
obszar
nośności
nośności
jako wymagania podstawowe dla wyrobów stosowanych w budownictwie:
rozległe
Wytrzymałość mechaniczna i stateczność
obni\
enie
obni\
enie
w strefie zbrojenia
Bezpieczeństwo po\
arowe
głębokość szczelności
głębokość szczelności
przypowierzchniowe
Higieniczne, zdrowotne i środowiskowe
obni\
enie
obni\
enie
Bezpieczeństwo u\
ytkowania
Poło\
enie uszkodzeń rozciąganie
Poło\
enie uszkodzeń
nośności i
nośności i
w konstrukcji
w konstrukcji Ochrona przed hałasem
szczelności
ściskanie
szczelności
Energooszczędność.
L.Czarnecki & 29 Wymagania te sÄ… pochodnÄ… przeznaczenia obiektu budowlanego. 30
L.Czarnecki &
A.Garbacz A.Garbacz
5
pH
pH
wykładnik jonów wodorowych
wykładnik jonów wodorowych
współczynnik
przyczepności, A, %
rozwartość rysy, w, mm
3
2
3
2
3
4
2
3
Względna objętość molowa
Fe
Fe(OH) 3H O
Fe O
FeO
Fe O
Fe(OH)
Fe(OH)
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
a) b)
MATERIAA
Y
MATERIAA
Y
MATERIAA
Y
MATERIAA
Y
zbrojenie
stalowe I ICH FUNKCJE " ochrona zbrojenia - powłoki ochronne
I ICH FUNKCJE
I ICH FUNKCJE
I ICH FUNKCJE
o spoiwie cementowym (alkalizacja)/
Zestawy
beton
materiałowe \
ywicznym (szczelność),
Ochronna " materiały impregnacyjne, o działaniu
powierzchniowa
hydrofobizujÄ…cym i/lub
Iniekcje rys
Uzupełnianie
scalające podło\
e. Ciekłe preparaty
ubytków
mineralne - krzemiany (silikatyzacja),
zaprawy naprawcze
i warstwy sczepne
Ochrona
kompozycje \
ywiczne o niskiej lepkości,
zbrojenia
" środki gruntujące, o działaniu
podobnym do impregnatów
beton natryskowy
powierzchniowych. Najczęściej
syntetyczne \
ywice,
L.Czarnecki & 31 L.Czarnecki & 32
A.Garbacz A.Garbacz
PCC I
" materiały do wykonywania warstw łączących -
modyfikowane zaczyny lub mikrozaprawy cementowe,
" środki iniekcyjne uszczelniające i/lub wzmacniające;
PCC III
PCC
preparaty mineralne - cementowe i krzemianowe, jak i
II
polimerowe,
" ochrona zbrojenia  powłoki o spoiwie cementowym
" uzupełnianie ubytków, zarówno głębokich, sięgających
(alkalizacja) / \
ywicznym (szczelność),
" materiały impregnacyjne hydrofobizujące i/lub scalające
zbrojenia naprawy konstrukcyjne), jak i płytkich (naprawy
podło\
e; ciekłe preparaty mineralne  krzemiany
(silikatyzacja), kompozycje \
ywiczne o małej lepkości,
powierzchniowe); szpachlówki i zaprawy o spoiwie
" środki gruntujące, o działaniu podobnym do impregnatów; najczęściej syntetyczne \
ywice,
" materiały do wykonywania warstw łączących  modyfikowane zaczyny (mikrozaprawy) cementowe,
cementowym (modyfikowanym polimerami) lub \
ywicznym
" środki iniekcyjne uszczelniające i/lub wzmacniające; preparaty mineralne  cementowe i krzemianowe,
oraz polimerowe  epoksydowe, poliuretanowe i akrylowe,
(epoksydowym lub akrylowym). Do tej grupy materiałów
" uzupełnianie ubytków głębokich, sięgających zbrojenia (naprawy konstrukcyjne) i płytkich (naprawy
powie-rzchniowe); szpachlówki i zaprawy cementowe (modyfikowanym polimerami) lub \
ywiczne
mo\
na tak\
e zaliczyć beton natryskowy (kompozyty
(epoksydowe lub akrylowe). Tak\
e beton natryskowy (cementowy, modyfikowany polimerami oraz
mikrokrzemionkÄ…),
cementowe, modyfikowane polimerami oraz
" ochrona powierzchniowa; powłoki grubowarstwowe, laminaty, powłoki malarskie.
" PCC (Beton polimerowo-cementowy)  I, II, III,
mikrokrzemionkÄ…),
" SPCC (Natryskowy beton polimerowo-cementowy)  II, III,
L.Czarnecki & 33 L.Czarnecki & 34
A.Garbacz A.Garbacz
 Naprawa podobnego podobnym
- podobieństwo materiałowe
Dobór materiałów do naprawczych powinien być tak
przeprowadzony aby zapewnić dobrą współpracę
D.Plum 90: nielogiczne !
wszystkich komponentów układu naprawczego
-podobieństwo cech technicznych
materiał naprawczy
istniejÄ…ce komponenty
warstwy
" ZASADA DOBREJ WSPÓA
PRACY ( )
" ZASADA DOBREJ WSPÓA
PRACY ( )
" ZASADA DOBREJ WSPÓA
PRACY ( )
" ZASADA DOBREJ WSPÓA
PRACY (KOMPATYBILNOŚĆ)
przejściowe
 taki dobór  pod względem właściwości chemicznych
i fizycznych  elementów układu naprawianego, aby
zapewniał on nie przekraczanie naprę\
eń dopuszczalnych
(w niektórych przypadkach, tak\
e odkształceń) w \
adnej części
układu, w przewidzianym czasie* i warunkach u\
ytkowania
*) trwałość
L.Czarnecki & 35 L.Czarnecki & 36
A.Garbacz A.Garbacz
6
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
KOMPATYBILNOŚĆ: kompatybilność elektrochemiczna, np. naprawa materiałem o du\
ej
- fizykomechaniczna,
szczelności (z reguły traktowana jako cecha korzystna zapraw naprawczych)
- chemiczna,
- elektrochemiczna,
mo\
e spowodować gromadzenie się jonów Fe2+, ich reakcję Fe2+ + 2OH -
- ze względu na szczelność
Fe(OH)2 i w konsekwencji obni\
yć zdolności ochronne otuliny betonowej
wobec zbrojenia, zwłaszcza wobec zró\
nicowanych wzdłu\
pręta
" kompatybilność fizykomechaniczna właściwie dobrane cechy
zbrojeniowego stÄ™\
eń tlenu i jonów chlorkowych.
mechaniczne (wytrzymałościowe) i inne fizyczne (głównie cieplne)
kompatybilność ze względu na szczelność (cechy barierowe); np odspojenia
" kompatybilność chemiczna, np. zawartość jonów sodu i potasu mo\
e
lokalnie wypełnionego szczelną zaprawą ubytku - w wyniku prę\
ności pary
aktywować reakcję alkaliczną kruszywa w podło\
u betonowym, a zawartość
przenikającej przez porowaty podkład betonowy i gromadzącej się na granicy
jonów chlorkowych (niedopuszczalna) będzie przyśpieszać korozję
faz materiał naprawy/materiał naprawiany. Dobrym przykładem
zbrojenia,
zró\
nicowania wymagań szczelności dla powłok ochronnych są chłodnie
kominowe. Powłoka ochronna wewnętrzna powinna być paro- i
cieczoszczelna, a zewnętrzna paroprzepuszczalna i cieczoszczelna.
L.Czarnecki & 37 L.Czarnecki & 38
A.Garbacz A.Garbacz
U k Å‚ a d / C e c h a P r z e j a w y n i e k o m p a t y b i l n o Å› c i W a r u n e k k o m p a t y b i l n o Å› c i
MATERIAA
NAPRAWCZY
ÅšRODOWISKO BETON
CEMENTOWY
KOMPOZYT POLIMEROWY
N B E H" E
N B
E  m o d u Å‚ s p r Ä™ \
y s t o Å› c i E < E
N B
B
E H" E
N B
Mechanizm zniszczenia
N
E - m o d u Å‚ s p r Ä™ \
y s t o Å› c i E < E
N B
N B Ć N E" 0
OBCI
śENIE OBCI
śENIE OBCI
śENIE
CIEPLNE MECHANICZNE CHEMICZNE
Ć - w s p ó ł c z y n n i k p e ł z a n i a Ć N > 0
N
reakcje chemiczne
naprÄ™\
enia cieplne
obciÄ…\
enia zewnętrzne N B
Ä… T E" Ä… T
B
procesy fizykochemiczne, N B
ą T  w s p ó ł c z y n n i k ą T ą T
>
 mostkowanie rys r o z s z e r z a l n o Å› c i c i e p l n e j
transport masy
N
naprÄ™\
enia
N
B µ H" 0
S
powstawanie wnikanie agresywnych
wewnętrzne
•  s k u r c z w i Ä… z a n i a i
S
i propagacja rys substancji
t w a r d n i e n i a N
µ > 0
S
L.Czarnecki & 39 L.Czarnecki & 40
A.Garbacz A.Garbacz
Parametry kontrolne dla określania kompatybilności
P A R A M E T R Y M A T E R IA A
O W E
K o m p o z yt p o lim e ro w y B eto n c em e n to w y
w układach naprawczych
P
r R - w ytrz ym ało ś ć n a
R - w ytrz ym ało ś ć n a ro z c ią g a n ie, M P a b
P
Å› cis k a n ie, M P a
E - m o d u Å‚ s p rÄ™ \
ysto Å› ci p rz y ro z c iÄ… g a n iu , M P a
- mechaniczne:
-1 B
r
ą tP - w s p ó łc z yn n ik lin io w e j ro z s z e rz aln o śc i c ie p ln e j, K R - w ytrz ym ało ś ć n a
P
ro z c iÄ… ga n ie , M P a
 - p rz e w o d n o ść c ie p ln a , W m /K
-- przyczepność,
P B
E - m o d u Å‚ s p rÄ™\
ysto Å› ci
v - w s p ó łc z yn n ik P o is so n 'a
-- odporność na pękanie,
P
p rz y ro z c iÄ…g a n iu , M P a
µ - o d k s z ta Å‚c e n ie p rz y z e rw a n iu , %
P B
s ą t - w s p ó łc z yn n ik lin io w e j
-- przyczepność miÄ™dzywarstwowa, µ - sk u rcz lin io w y, %
2
ro z s z e rz a ln o śc i
D - w s p ó łc z yn n ik d yfu z ji, c m s-1
-- wytrzymałość w złączach klejonych,
P /P -1
Ä
R - w ytrz ym ało ś ć n a śc in an ie p o m ięd z y w a rstw am i c iep ln ej, K
B
- cieplne i inne fizyczne: k o m p o z ytu p o lim e ro w e go , M P a  - p rz ew o d n o ść c iep ln a,
p W m /K
h - gru b o ś ć w a rs tw y, m
-- skurcz utwardzania,
p
lr - z d o ln o ść d o m o s tk o w a n ia ry s w p o d ło \
u , m m h - g ru b o ś ć, m
ar - s z e ro k o ść rys , m m
-- zgodność cieplna,
t - cz a s w n ik a n ia , s
-- odporność cieplna, w tym odporność na udar cieplny,
P /B
R - w ytrz ym a ło ść z łą c z a n a ś c in an ie , M P a
Ä
- odporność chemiczna.
" T - d o p u s z cz aln y p rz yro s t tem p e ra tu ry, K
L.Czarnecki & 41 L.Czarnecki & 42
A.Garbacz A.Garbacz
7
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
W y m a g a n i a d o t y c z Ä… c e k o m p a t y b i l n o Å› c i I n i e k c j a r y s U z u p e Å‚ n i a n i e N a k Å‚ a d a n i e p o w Å‚ o k i
m o d e l I l o k a l n y c h u b y t k ó w m o d e l I I I
Zdolność do "mostkownia" rys
m o d e l I I
µ Å" l e" " a 1 ) 2 ) d l a +
pr f + + lu e" l
f
- + +
2 ) 2 )
R Å" h Wymagania dotyczÄ…ce kompatybilnoÅ›ci Iniekcja UzupeÅ‚nianie NakÅ‚adanie
p r p
Å" µ 1 + µ e" " a
p r ( p r ) r
R
b r rys lokalnych powłoki
R Å" h - 3 ) 3 ) ubytków
p r p
Å" µ 1 + µ e" a + " a + +
( )
p r p r r r
R
b r
model III
model I model II
p / b
- + +
R e" R
Ä br
+ + -
p / b
R e" R µ Å"l e" "a dla
pr br + 1) + 2) +
pr f
pi / pi + 1
R e" R
Ä br
- + +
lu e" l
f
(Ä… t p - Ä… tb ) E Å" E
p / b 3 ) p r b r
R > Å" " T + + +
Ä
E + E
p r b r
R Å" hp
pr - + 2) + 2)
Å" µ (1 + µ )e" "ar
ëÅ‚ R öÅ‚
b r
ìÅ‚ µ - ÷Å‚
p r Rbr pr pr
4 ) + +
íÅ‚ E Å‚Å‚
p / b 3 ) b r +
R e" E Å" E
Ä p r b r
E + E
p r b r R Å" hp
pr
Å" µ (1 + µ )e" ar + "ar
 E Å" Ä… t b - + 3) + 3)
b b r
<
Rbr pr pr
 B
p
- - +
(Ä… tp - Ä… t b )
B = E Å" E
p r b r
E + E
p r b r
0 ,3 Å" E Å" µ + warunek decydujÄ…cy o kompatybilnoÅ›ci kompozytu polimerowego i podÅ‚o\
a betonowego,
p s
R e"
p r + + +
1
( - ½ ) - warunek nie wystÄ™pujÄ…cy w danym modelu,
p
0 , 3 Å" E Å" µ + + + 1)  w tym przypadku lf = ar,
p / b 3 ) p s
R e"
Ä
1
( - ½ ) 2)  w przypadku podÅ‚o\
a zarysowanego,
p
- + +
0 ,3 Å" E Å" µ
p i / p i + 1 p s 3)  w przypadku podło\
a niezarysowanego,
R e"
Ä
1 p
( - ½ )
p
4)  w przypadku iniekcji rys stosuje siÄ™ parametr Rpr/b.
h e" Ä„ D Å" t
p
- - +
L.Czarnecki & 43 L.Czarnecki & 44
A.Garbacz A.Garbacz
Zgodność cieplna kompozytu z podło\
em betonowym
Kompatybilność ze względu na przyczepność
Wymagania dotyczące kompatybilności Iniekcja Uzupełnianie Nakładanie
Wymagania dotyczące kompatybilności Iniekcja Uzupełnianie Nakładanie
rys lokalnych powłoki
ubytków rys lokalnych powłoki
model I model III
ubytków
model II
model I model III
RÄp / b e" Rbr - + + model II
p + 4) + -
Rpr/ b e" Rbr
(Ä…tp -Ä…tb)Epr Å" Ebr
+ + +
RÄp / b3) > Å""T
- + +
pi / pi + 1 Epr + Ebr
R e" R
Ä br
p
4)  w przypadku iniekcji rys stosuje siÄ™ parametr Rpr/b.
L.Czarnecki & 45 L.Czarnecki & 46
A.Garbacz A.Garbacz
Zgodność odkształceń kompozytu z podło\
em betonowym Odporność na udar cieplny
Wymagania dotyczące kompatybilności Iniekcja Uzupełnianie Nakładanie
Wymagania dotyczące kompatybilności Iniekcja Uzupełnianie Nakładanie
rys lokalnych powłoki
rys lokalnych powłoki
ubytków
model I model III ubytków
model II
model I model III
model II
ëÅ‚ Rbr öÅ‚
+ 4) + +
ìÅ‚ ÷Å‚
ìÅ‚µ pr- Ebr ÷Å‚ b Ebr Å"Ä…tb
íÅ‚ Å‚Å‚
<
RÄp / b3) e" Epr Å" Ebr
p B
Epr + Ebr
- - +
(Ä…tp -Ä…tb)E
B = Å"Ebr
p Epr +Ebr pr
4) w przypadku iniekcji rys stosuje siÄ™ parametr Rpr/b.
L.Czarnecki & 47 L.Czarnecki & 48
A.Garbacz A.Garbacz
8
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
Kompatybilność ze względu na skurcz utwardzania materiału
naprawczego
Kompatybilność ze względu na szczelność
Wymagania dotyczące kompatybilności Iniekcja Uzupełnianie Nakładanie
rys lokalnych powłoki
ubytków
Wymagania dotyczące kompatybilności Iniekcja Uzupełnianie Nakładanie
model I model III
model II
rys lokalnych powłoki
ubytków
0,3Å" Ep Å"µs
model I model III
+ + + model II
Rpr e"
(1-½ )
p
- - +
0,3Å" Ep Å"µs
+ + + hp e"Ä„ DÅ"t
RÄp / b3) e"
(1-½ )
p
- + +
0,3Å" Ep Å"µs
RÄpi / pi+1 e"
(1-½ )
p
L.Czarnecki & 49 L.Czarnecki & 50
A.Garbacz A.Garbacz
model I  iniekcja rys,
procedura BASIS: analiza istnienia przestrzeni dobrej
model II  uzupełnianie lokalnych ubytków,
współpracy dla warunków brzegowych - wartości
MATERIAA
NAPRAWCZY model III  nakładanie powłoki polimerowej granicznych cech u\
ytkowych kompozytu polimerowego,
KOMPOZYT POLIMEROWY
procedura VERIF: procedura uzupełniająca dla
procedury BASIS wykorzystywana w przypadku, gdy
UZUPEA
NIANIE C
AKA
ADANIE
\
aden z wierzchołków przestrzeni dobrej współpracy
INIEKCJA RYS
LOKALNYCH POWA
OKI
UBYTKÓW wyznaczony w procedurze BASIS nie jest rozwiązaniem
układu nierówności; następuje sprawdzenie, czy punkty
eksperymentalne wyznaczenie między wierzchołkami przestrzeni współpracy są
rozwiÄ…zaniem lub sprawdzania czy kompozyt
parametrów materiałowych
polimerowy o danej charakterystyce technicznej jest
kompozytu naprawczego
MODEL DOBREJ WSPÓA
PRACY UKA
ADU
kompatybilny z rozwa\
anym podło\
em betonowym,
KOMPOZYT POLIMEROWY (KP)  BETON ZWYKA
Y (BZ)
wierzchołki
WYMAGANIA MODEL WSPÓA
PRACY procedura EXPAND: najwa\
niejsza procedura
podprzestrzeni
DOTYCZ
CE
dobrej współpracy programu słu\
Ä…ca do wyznaczania N-wymiarowych
WSPÓA
PRACY
KP - BZ RYSY UBYTKI POWA
OKA prostopadłościanów zawierających się w części wspólnej
podprzestrzeń
zbioru rozwiązań układu nierówności; N-wymiarowe
dobrej
prostopadłościany uzyskuje się w wyniku  rozrostu
współpracy
pojedynczych wierzchołków lub punktów przestrzeni
ANALITYCZNE OBLICZENIE PRZESTRZENI DOBREJ WSPÓA
PRACY
UKA
ADU KOMPOZYT POLIMEROWY  BETON ZWYKA
Y rozwiązań wyznaczonych w procedurze BASIS lub
VERIF,
N-WYMIAROWA PRZESTRZEC
DOBREJ WSPÓA
PRACY
procedury GRAPH-2D i GRAPH-3D: słu\
Ä… do
prezentacji graficznej odpowiednio dwu- i
trójwymiarowych fragmentów przestrzeni dobrej
eksperymentalna weryfikacja
współpracy.
L.Czarnecki & 51 L.Czarnecki & 52
A.Garbacz A.Garbacz
L.Czarnecki & 53 L.Czarnecki & 54
uzupełnianie ubytków (PC) - ró\
ne podprzestrzenie
A.Garbacz A.Garbacz
9
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
PodprzestrzeÅ„ (µtP, EP,  pull-off ); uzupeÅ‚nianie ubytków (PC)  podÅ‚o\
e zarysowane; wpływ klasy betonu: B50 i B20 oraz
µ
µ
µ
szerokości rozwarcia rysy: ar = 0.15 ą 0.05; 0.10 ą 0.03 mm.
Ä… Ä…
Ä… Ä…
Ä… Ä…
p P
PodprzestrzeÅ„ (Ä… , , µtP); uzupeÅ‚nianie ubytków (PC) na podÅ‚o\
u zarysowany, gradient temperatury:"T = 10, 30, 50, 70 K
Ä… µ "
Ä… µ "
Ä… "
L.Czarnecki T µ 55 L.Czarnecki & 56
& E
A.Garbacz A.Garbacz
podprzestrzeÅ„ (µP, RrP, RÄP/b)  mineralny materiaÅ‚ powÅ‚okowy; u góry podÅ‚o\
e zarysowane grubość powłoki hP = 2.5 mm
powłoka ochronna (PC) na podło\
u zarysowanym (góra) i niezarysowanym (dół) dla dwóch szerokości rys
u dołu powłoka o grubości hP = 5 mm na podło\
u nie zarysowanym
L.Czarnecki & 57 L.Czarnecki & 58
A.Garbacz A.Garbacz
WERYFIKACJA EKSPERYMENTALNA
temp., °C
+20
uzupełnianie ubytków
-18°C +20°C
0
czas, h
200
mm
10 mm -18
beton z powłoką
100
1 h 1 h 1 h
mm
1 woda/solanka woda
180 0
1 cykl
mm 0
m
m
400
mm
temp., °C
+60
stwardniały
beton
+10°C
+10
czas, min.
360 360
1 cykl 10 10
zaprawa naprawcza, grubość 10 mm
L.Czarnecki & 59 L.Czarnecki & 60
A.Garbacz A.Garbacz
10
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
POWA
OKI
1
temp., °C
TB
+55
3K/min.
2
TA czas, min.
1
-25
150 27 150
360
3 4
krÄ…\
ek stalowy (C) (d=50 mm,
tp>30 mm)
d
t
t
s
t
0
5
p
p
t
powłoka
c
(A) s = 5-10
podło\
e
mm
betonowe (S)
L.Czarnecki & 61 L.Czarnecki & 62
A.Garbacz A.Garbacz
INIEKCJA
WZMACNIANIE KONSTRUKCJI
śELBETOWYCH KOMPOZYTAMI
POLIMEROWYMI
ZBROJONYMI WA
ÓKNEM SZKLANYM
Zniszczenie kohezyjne;
A
tkanina lub
tkaniny
A, B: wystarczająca przyczepność taśma
środek
materiału iniekcyjnego do betonu
zaprawa
adhezyjny
we wszystkich płaszczyznach klejąca
podło\
e
podło\
e betonowe
połączenia oraz wystarczająca
betonowe
śywica epoksydowa jest jednocześnie środkiem adhezyjnym
wytrzymałość na rozciąganie
B i matrycą dla włókien
Mn = As *fs *(d  ²1c/2) + Èf *Ap *ff *(h - ²1c/2)
fs  naprÄ™\
enie rozciÄ…gajÄ…ce w stali zbrojeniowej w strefie rozciÄ…gania
As - powierzchnia rozciąganych prętów zbrojeniowych
Zniszczenie adhezyjne;
C
d  głębokość osi centroidu rozciąganego zbrojenia stalowego
C: niewystarczająca adhezja materiału
iniekcyjnego do betonu w jednej lub
c  głębokość osi obojętnej
dwóch płaszczyznach połączenia,
²1  współczynnik dla  c wg. ACI-318
²
²
²
D: niewystarczająca wytrzymałość na
D Èf  współczynnik korekcyjny dla udziaÅ‚u CFRP w ogólnej noÅ›noÅ›ci
È
È
rozciÄ…ganie materiaÅ‚u iniekcyjnego È
Ap  ogólna powierzchnia włókien w kompozycie CFRP
ff  naprÄ™\
enie rozciÄ…gajÄ…ce w CFRP
h  całkowita wysokość przekroju belki i głębokość zbrojenia kompozytem CFRP
L.Czarnecki & 63 L.Czarnecki & 64
A.Garbacz A.Garbacz
µCM
µ
µ
µ
Właściwość System CFRP:
µc1 Cc
µ
µ
µ
C1
tkanina taśma
CFRP tkanina/taśma
Powierzchnia właściwa włókien, g/m2 200  300 B.D.
µS TS
µ
µ
µ
objętość włókien  50- 70% objętość włókien  68%
µCFRP
µ
µ
µ
TCFRP
Gęstość, kg/m3 1820  2550 1600
m
Grubość, mm 0.11  0.17 na warstwę 1.2
Szerokość, mm 250  500 50  100 (standard)
 zÄ…bkowanie na poziomie
Zgniatanie betonu
Długość, m 100 (standard) Dowolna stali zbrojeniowej
Wytrzymałość na rozciąganie, MPa 1900-3500
Moduł sprę\
ystości, Gpa 155-640
Wydłu\
enie przy zerwaniu, % 1.0  2.5
Współczynnik rozszerzalności liniowej, x10  6 1/K
- W kierunku podłu\
nym 0.018  1.0
Zniszczenie adhezyjne na
Zerwanie FRP przy rozciÄ…ganiu
- w kierunku poprzecznym 1.7  8.3 powierzchni rozdziału FRP-
CC
Åšrodek adhezyjny
Typ śywica epoksydowa śywica epoksydowa
Grubość, mm < 0.5 1.5  3.0
Lepkość, cps 1600  45000 rysy
Czas \
ycia przy 23oC, min 30  120
Wytrzymałość na rozciąganie, MPa 13  78
rozciÄ…gana stal
Wydłu\
enie przy zerwaniu, % 1  3
Ä
Ä
Ä
A Ä
Wytrzymałość na ścianie, MPa 12  30
cc środek adhezyjny
B
Przyczepność do betonu, MPa 15  22
Współczynnik rozszerzalności liniowej, x10  6 1/K 20 - 40
lf taśma CFRP
L.Czarnecki & 65 L.Czarnecki & 66
A.Garbacz A.Garbacz
11
ZMB-kompatybilność L.Czarnecki&A.Garbacz
Belka Głębokość osi Stopień wzmocnienia, % *) Typ zniszczenia
No obojętnej, c
Obliczony na podstawie:
model Określony Modelu Z modelu
Projekto-
0.15d kompat doświad- Modelu przestrzeni kompatybil- Z doświadczenia przestrzeni
wany
odksz. czalnie kompatybilności **) ności odksz- kompatybilności
Wymaganie Warunek
tałceń ***)
(1) (2) (3) (4)
(Mn - As*fs*(d  ²1c/2)) /Èf *Ap*(h - ²1c/2) < ftp
1) odporność na zerwanie 2 32.5 Zerwanie Zerwanie
41 18 8 8 4 5
w CFRP (Mn - As*fs*(d  ²1c/2)) /Èf*Ap*Etp*(h - ²1c/2) < µtp w CFRP w CFRP
3 35.3 37.1 odspojenie/
81 22 25 25 17 24 odspojenie
(Mn - As*fs*(d  ²1c/2))*tp /(Èf *Ap*(h - ²1c/2)*ld) < ic * "fcc "zÄ…bkowanie"
4 48.6 "zÄ…bkowanie"
160 40 25 22 15 24 odspojenie
2) przyczepność w ukÅ‚adzie Rasa > ic * "fcc
CFRP-CC przy ścinaniu
6 42.8 odspojenie/ Zerwanie
21 12 9 8 5 9
Rasp > ic * "fcc
"zÄ…bkowanie" w CFRP
7 48.0 41 16 20 17 12 19 odspojenie odspojenie
Rata > ftc
34.1
8 62.3 39 11 1 0 0 1 odspojenie odspojenie
3) przyczepność w układzie
9 67.6 "zÄ…bkowanie"
CFRP-CC przy rozciÄ…ganiu Ratp > ftc
100 33 20 12 9 18 odspojenie
4) odporność na (Mn - As*fs*(d  ²1c/2))*tp /(Èf *Ap*(h - ²1c/2)*ld) < (0.56"fcc *lf *
"ząbkowanie" wb)/ (6*cc*wp) *) stopień wzmocnienia: sl = 100 (MFRP  MC)/MC; gdzie: MC - nośność belki odniesienia:
"T*(Ä…Ta - Ä…Tc belka No.1 (MC = 55.2 kNm) - belka odniesienia dla belek No.2 4; belka No.5 (MC = 85.5 kNm) - belka odniesienia dla belek No.6-9
)*Eta* Etc/( Eta + Etc) < Rasa
4) kompatybilność cieplna
układu CFRP-CC przy
"T*(Ä…Ta - Ä…Tp
)*Eta* Etp/( Etp + Eta) < Rasp
ścinaniu **) model przestrzeni kompatybilności  nośność belki wzmocnionej, MFRP, obliczona na podstawie równania projektowego
(1) zało\
enia: c = 0.15d; Èf = 1
(2) wartość  c z modelu kompatybilnoÅ›ci odksztaÅ‚ceÅ„, Èf = 1
(3) zało\
enia: c = 0.15d; Èf = 0.85
***) nośność belki wzmocnionej, MFRP, obliczona z programu komputerowego University of Michigan przy wykorzystaniu modelu
kompatybilności odkształceń i równowagi sił wewnętrznych
L.Czarnecki & 67 L.Czarnecki & 68
A.Garbacz A.Garbacz
Effect of quality of concrete substrate on shape of compatibility subspaces for CFRP sheet system (on the left) and CFRP plate
system (on the right). Compatibility subspace is defined by:. CFRP thickness, tp, CFRP ultimate tensile strain, epsPp, and
strengthening ratio, sl. For CFRP sheet system compatibility subspace is defined by CFRP width, wp, CFRP ultimate tensile strain,
epsPp, and strengthening ratio, sl, for CFRP plate system. Graphs from the top to bottom were obtained for increasing value of
shear strength of concrete, which corresponds to: 0.9, 1.3 and 2Mpa, respectively. As the shear strength of concrete increases the
compatibility space increases and the change from the non-compatibility to compatibility state can be observed for both systems.
L.Czarnecki & 69
A.Garbacz
12