ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Χ.Ο.Σ.
Επίδραση Παρατεταμένης Θέρμανσης
Π. Μαυροειδής, Μεταλλουργός Μηχανικός Ε.Μ.Π.
I. Νικολάου, Δρ. Μεταλλουργός Μηχανικός Ε.Μ.Π.
Γ.Δ.. Παπαδημητρίου, Καθηγητής, Εργαστήριο Μεταλλογνωσίας, Σχολή Μηχανικών Μετ./Μεταλλουργών Ε.Μ.Π.
Λέξεις κλειδιά: θέρμανση, αντοχή, χάλυβες οπλισμού, βανάδιο, Tempcore, ολκή
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Οι χάλυβες οπλισμού έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες, και ανεξάρτητα από την μέθοδο παραγωγής τους, η παρατεταμένη θέρμανση μπορεί να έχει σοβαρές συνέπειες στα μηχανικά τους χαρακτηριστικά. Οι κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα είναι πιθανόν να εκτεθούν σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες στην περίπτωση πυρκαγιάς. Η φέρουσα ικανότητα των κατασκευών που έχει εκτεθεί σε πυρκαγιά, μπορεί να εκτιμηθεί μόνο εφόσον οι ιδιότητες των επιμέρους κατασκευαστικών υλικών, μετά την θέρμανση, είναι γνωστές ή μπορούν να προβλεφθούν. Προς τούτο είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε, εκτός των άλλων, τη συμπεριφορά του οπλισμού και τις ιδιότητές τους μετά από θέρμανση σε διάφορες θερμοκρασίες. Οι ιδιότητες αυτές αφορούν τα χαρακτηριστικά των υλικών μετά από ένα κύκλο θέρμανσης και ψύξης στην θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Οι χάλυβες οπλισμού σκυροδέματος που χρησιμοποιούνται σχεδόν κατ΄ αποκλειστικότητα σήμερα στην Ελλάδα και σε μεγάλο βαθμό στις άλλες χώρες της Ευρώπης χαρακτηρίζονται ως χάλυβες συγκολλήσιμοι και υψηλής αντοχής οι οποίοι, ανάλογα με τον μηχανισμό ανάπτυξης της αντοχής τους, διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες:
1. Χάλυβες Tempcore: Η κατηγορία αυτή, που αποτελεί και τη συνηθέστερη, αποτελείται από χάλυβες που υποβάλλονται σε συγκεκριμένη θερμική κατεργασία αύξησης της αντοχής τους κατά την παραγωγή τους με έλαση.
2. Μικροκραματωμένοι χάλυβες (microalloyed steels): Η κατηγορία αυτή αποτελεί εξέλιξη των κλασσικών χαλύβων θερμής έλασης χωρίς καμία περαιτέρω κατεργασία. Στους χάλυβες θερμής έλασης η απαιτούμενη αντοχή επιτυγχάνεται εύκολα μεσω κραμάτωσης με άνθρακα (C) και μαγγάνιο (Mn). Αύξηση της περιεκτικότητας σε αυτά τα στοιχεία οδηγεί σε αύξηση της αντοχής του χάλυβα, αλλά παράλληλα σε αναπόφευκτη μείωση της συγκολλησιμότητας. Προκειμένου να διασφαλιστεί η τελευταία, διατηρείται η περιεκτικότητα σε άνθρακα και μαγγάνιο σε χαμηλά επίπεδα, ενώ παράλληλα πραγματοποιείται μικροκραμάτωση, δηλαδή προσθήκη πολύ μικρών ποσοτήτων ισχυρά καρβιδιογόνων στοιχείων όπως τιτάνιο (Ti), νιόβιο (Nb) και βανάδιο (V).
3. Χάλυβες ψυχρής διαμόρφωσης (work hardened steels): Σε αυτή την ομάδα, η αύξηση της αντοχής (ενδοτράχυνση) επιτυγχάνεται με ελαφρά πλαστική παραμόρφωση (ολκή, έλαση ή στρέψη εν ψυχρώ) χαλύβων θερμής έλασης.
Η επίδραση της έκθεσης των χαλύβων οπλισμού σε υψηλές θερμοκρασίες στα μηχανικά χαρακτηριστικά χαλύβων οπλισμού θερμής έλασης και ψυχρής διαμόρφωσης έχει εξετασθεί από διάφορους ερευνητές (Holmes, M. et al. 1982, Neves, I.C. et al 1996). Αποδείχθηκε ότι, η παραγωγική διαδικασία των χαλύβων οπλισμού διαφοροποιεί την συμπεριφορά τους μετά από έκθεση τους σε υψηλές θερμοκρασίες, με τους χάλυβες ψυχρής διαμόρφωσης να παρουσιάζουν μεγαλύτερη πτώση του ορίου διαρροής και θραύσης σε σχέση με τους χάλυβες θερμής έλασης. Διερεύνηση των μεταβολών μετά από έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες έχει πραγματοποιηθεί σε χάλυβες ιδιαίτερα υψηλής αντοχής (όριο διαρροής 900-1100 MPa) που οφείλουν την αυξημένη αντοχή τους σε θερμομηχανική κατεργασία (Ivanshenko V. et al 1989, Dolzhenkov I. et al 1987). Δυστυχώς, το μεγαλύτερο μέρος των παραπάνω στοιχείων που υπάρχουν σχετικά με την αντοχή των χαλύβων μετά από θέρμανση τους αφορά χάλυβες που παράγονται με διαφορετικές μεθόδους και διαφέρουν ως προς την αρχική αντοχή τους και κατά συνέπεια δεν επιτρέπουν την ασφαλή διεξαγωγή ποσοτικών συμπερασμάτων.