Παραγωγή Κυβολίθων Πεζοδρόµησης µε χρήση Ιπτάµενης Τέφρας Πτολεµαϊδας

Transcript

1 Ινστιτούτο Τεχνολογίας & Εφαρµογών Στερεών Καυσίµων Ηµερίδα: «K-clusters / Ανάπτυξη νέων προϊόντων µε τη χρήση Ιπτάµενης Τέφρας στη. Μακεδονία» Πέµπτη 28 Σεπτεµβρίου 2006, ΤΕΕ. Μακεδονίας Παραγωγή Κυβολίθων Πεζοδρόµησης µε χρήση Ιπτάµενης Τέφρας Πτολεµαϊδας Ιωάννα Παπαγιάννη Καθηγήτρια Α.Π.Θ.

2 Στόχος Η διερεύνηση της δυνατότητας παραγωγής κυβολίθων µε τη χρήση Ιπτάµενης Τέφρας. Ειδικότερα, διερευνήθηκε η χρήση της τέφρας για την παραγωγή κυβολίθων πεζοδρόµησης.

3 Αντικείµενα Επιλογή ιπτάµενης τέφρας / Καθορισµός κριτηρίων Σχεδιασµός σκυροδέµατος κυβολίθων / Καθορισµός ποσοστού προσθήκης ΙΤ / οκιµαστικά αναµίγµατα Πιλοτική παραγωγή κυβολίθων µε Ιπτάµενη Τέφρα σε συνεργασία µε τη Βιοµηχανία ΤΕΧΝΟΜΠΕΤΟΝ Έλεγχος ιδιοτήτων κυβολίθων Τεχνική Περιγραφή υλικών και διαδικασίας για την παραγωγή κυβολίθων. Περιγράφονται τα χαρακτηριστικά της τέφρας και τι πρέπει να προσέχουµε όταν χρησιµοποιούµε την τέφρα σε όλη την πορεία της παραγωγής κλυβολίθων

4 Κυβόλιθοι διαµόρφωσης δαπέδων

5 Κυβόλιθοι διαµόρφωσης δαπέδων Βιοµηχανικά προϊόντα προκατασκευασµένου άοπλου σκυροδέµατος διαστάσεων, διαφόρου µορφολογίας, που χρησιµοποιούνται για το στρώσιµο πεζοδροµίων, πλατειών, ανοιχτών χώρων, όπου υπάρχει κίνηση ελαφρών οχηµάτων ή αργή κίνηση οχηµάτων για στάθµευση, parking ή άλλων υπαίθριων χώρων. Κυβόλιθοι υψηλών απαιτήσεων χρησιµοποιούνται και για οδοστρωσία χώρων όπου υπάρχει κυκλοφορία οχηµάτων ή δύσκολων τµηµάτων δρόµων.

6 Τα πλεονεκτήµατα που παρουσιάζουν έναντι άλλων εναλλακτικών τρόπων διαµόρφωσης δαπέδων είναι: Χαµηλό κόστος εν σχέσει µε λίθινα στοιχεία ή λίθινες πλάκες και ικανοποιητική αισθητική εµφάνιση Ευκολία στη διάστρωση (σύνδεση µε τσιµεντοκονία ή µε αµµώδες εδαφικό υλικό) Εύκολη και µικρού κόστους συντήρηση (αντικατάσταση φθαρµένων χωρίς να διακόπτεται η λειτουργία του χώρου)

7 Τα πλεονεκτήµατα που παρουσιάζουν έναντι άλλων εναλλακτικών τρόπων διαµόρφωσης δαπέδων είναι: Μεγάλη προσαρµογή στις ανωµαλίες εδαφικού υποβάθρου. Η διάστρωση παρακολουθεί το ανάγλυφο χωρίς να ρηγµατώνεται. εν ευνοείται η συγκέντρωση νερού. Το νερό διηθείται µέσω του πλέγµατος των αρµών. Άνεση στη βάδιση. Μη ολισθηρή επιφάνεια Ικανοποιητική αντοχή στις συνθήκες εξωτερικού χώρου.

8 Απαιτήσεις φυσικών και µηχανικών χαρακτηριστικών κυβολίθων κατά ΕΝ 1338 Ανθεκτικότητα σε ψύξη απόψυξη Κατηγορίες /Σήµανση Απώλεια µάζας Υδατοαπορρόφηση 1Α αµελητέα 6% 2Β 1,0kg/m 2 Αντοχή σε διάρρηξη κυβολίθων 3,9ΜΡα µέση τιµή (τιµή µονάδος 2,9ΜΡα) Ανθεκτικότητα σε τριβή (µε µέθοδο που περιγράφεται στο παράρτηµα του ΕΝ 1338) 1/Α εν απαιτείται 2/Α 23mm (βάθος χάραξης)

9 ΗΙπτάµενη Τέφρα Πτολεµαϊδας Μακρόχρονη εµπειρία έχει αποδείξει ότι η τέφρα αυτή µε το υψηλό ποσοστό ασβεστίου αντιδρά ως ασθενές τσιµέντο (σκληρύνεται παρουσία νερού και αναπτύσσει αντοχή) Όµως παρουσιάζει δυσκολίες στην πρακτική εφαρµογή της στο σκυρόδεµα και στα προϊόντα σκυροδέµατος κυρίως λόγω της ανοµοιογένειας της σύστασης του υλικού όπου οι διακυµάνσεις στην ελεύθερη άσβεστο και στα θειικά είναι δυνατόν να προκαλέσουν πρόβληµα στο σκυρόδεµα µακροπρόθεσµα.

10 ΗΙπτάµενη Τέφρα Πτολεµαϊδας Το θέµα αυτό έχει λυθεί µε τη σύσταση προδιαγραφών δηλαδή µε τον καθορισµό ορίων µέσα στα οποία πρέπει να εµπίπτουν η σύσταση και τα άλλα χαρακτηριστικά της ιπτάµενης τέφρας, έτσι ώστε να είναι αποδεκτή για τη χρήση σε σκυρόδεµα και προϊόντα τους. Για τη σύνταξη των προδιαγραφών έχει πρωτοστατήσει το ΤΕΕ- Μ, µε τη στήριξη του Περιφερειακού Προγράµµατος Καινοτόµων ράσεων K- Cluster στη. Μακεδονία ( ).

11 ΗΙπτάµενη Τέφρα Πτολεµαϊδας Σύµφωνα µε το σχέδιο προδιαγράφονται δύο κατηγορίες ΙΤ, η ακατέργαστη ΕΙΤ1 και η κατεργασµένη ΕΙΤ2, µε κύρια χαρακτηριστικά που φαίνονται στον πίνακα 1. Πίνακας 1. Κατηγορίες Ελληνικών Ιπτάµενων Τεφρών R 45 SO 3 CaO s ΕΙΤ1 45% 7% ΕΙΤ1 30% 5% 3%

12 ΗΙπτάµενη Τέφρα Πτολεµαϊδας Για τη διερεύνηση του θέµατος της χρήσης της ΙΤ Πτολεµαϊδας για την παραγωγή κυβολίθων, χρησιµοποιήθηκαν και οι δύο τύποι ΙΤ. Ο τύπος ΕΙΤ2 που θεωρείται η κατάλληλη τέφρα αλλά και ο τύπος ΕΙΤ1 λόγω έλλειψης κατεργασµένης τέφρας ΕΙΤ2.

13 Εργαστηριακή Έρευνα οκιµαστικά µίγµατα σκυρ/τος κυβολίθων µε τέφρα ΕΙΤ2 Σύνολο κονίας kg/cm 2 Τσιµέντο CEM I % της κονίας Τέφρα ΕΙΤ2 50% της κονίας Αδρανή ποτάµια 0-4mm 2293 Λόγος νερού/κονίας 0,38-0,41 Vebe time 20sec Ρευστοποιητής 1-2% κ.β. κονιών Αντοχή σε θλίψη 28 ηµερών 45-52ΜΡα Αντοχή σε θλίψη 90 ηµερών 56-60ΜΡα Αντοχή σε διάρρηξη 28 ηµερών 3,5-4,5ΜΡα Υδατοαπορροφητικότητα 4%

14 Πιλοτική παραγωγή κυβολίθων µε τέφρα ΕΙΤ2 Σύνθεση: Τσιµέντο CEM I Τέφρα ΕΙΤ2 94 Αδρανή ποτάµια 0-4mm 2292 Λόγος νερού/κονίας 0,38 Ρευστοποιητής 1% κ.β. κονιών Ένας αριθµός 50 κυβολίθων παρήχθησαν και συντηρήθηκαν για διάστηµα 10 ηµερών, καλυµµένα µε νάιλον φύλλα

15 Έλεγχοι κυβολίθων Οπτική παρατήρηση Φαινόµενο Ειδικό Βάρος Αντοχή σε θλίψη Αντοχή σε διάρρηξη Αντοχή σε κάµψη Εκτίµηση υναµικού µέτρου ελαστικότητας µε σονόµετρο οκιµή σε ψύξη-απόψυξη Υδατοαπορροφητικότητα Ανθεκτικότητα σε τριβή / Έλεγχος απότριψης

16 Οπτική παρατήρηση Όλα τα τεµάχια της κασέτας παραγωγής δεν έχουν τον αυτό βαθµό συµπίεσης (απαιτείται καλύτερη ρύθµιση) Η άνω επιφάνεια σε ορισµένους κυβόλιθους είχε µικρορηγµατώσεις / πιθανόν λόγω ανεπαρκούς συντήρησης

17 Μέτρηση βάρους µονάδας όγκου Η πυκνότητα µονάδας όγκου µπορεί να υπολογισθεί εάν διαιρεθεί το βάρος του ξηρού κυβόλιθου διά των τριών διαστάσεων και κυµαίνεται από 2,59-2,67 1 ΒΑΡΗ 2 ΒΑΡΗ 3 ΒΑΡΗ 1 98,8 65,7 198, ,8 64,3 198, ,8 63,4 198, ,6 65,1 199, ,2 64,2 199, ,1 62,8 198, ,9 64,2 198, ,5 63,4 198, ,8 63,2 198, ,2 65,3 198, ,5 63,8 198, ,3 63,7 198, ,1 64,7 198, ,2 63,0 199, ,6 63,7 198, ,6 64,5 198, ,8 64,7 199, ,2 64,4 198, ,9 63,1 198, ,4 63,8 198, ,7 64,3 198, ,4 65,0 198, ,7 63,7 198, ,0 65,3 198, ,8 63,3 198, M.O 98,5 64,8 198, ,7 63,8 198, ,9 63,4 198,6 2535

18 Αντοχή σε θλίψη: Μ.Ο. 32,5ΜΡα

19 Αντοχή σε εφελκυσµό από διάρρηξη: Μ.Ο. 2,95ΜΡα (Μ.Ο.)

20 Αντοχή σε εφελκυσµό από διάρρηξη: Μ.Ο. 2,95ΜΡα (Μ.Ο.)

21 Αντοχή σε κάµψη: Μ.Ο. 4,2ΜΡα (Μ.Ο.)

22 Εκτίµηση υναµικού Μέτρου Ελαστικότητας Εd: 26.3GPa

23 οκιµή Ψύξης-Απόψυξης: Μετά από 28 κύκλους, απώλεια µάζας 2,5kg/m 2 Υδατοαπορροφητικότητα: 4,5%κ.β. οκίµιο εργοστασιακής παρασκευής. Παρουσιάζει µικρές απώλειες υλικού οκίµιο εργοστασιακής παρασκευής. Παρουσιάζει σηµαντικότερες απώλειες υλικού

24 Έλεγχος σε απότριψη: 3,8mm βάθος χάραξης

25 Έλεγχος σε απότριψη: 3,8mm βάθος χάραξης οκίµιο µετά από δοκιµή απότριψης Μέτρηση φθοράς µε παραµορφωσίµετρο

26 Πιλοτική παραγωγή κυβολίθων µε τέφρα ΕΙΤ1 Λόγω της µη δυνατότητας παραγωγής κατεργασµένης τέφρας από τη ΕΗ που διαθέτει τον ειδικό µύλο στην περιοχή της Πτολεµαϊδας, έγινε προσπάθεια από τη Βιοµηχανία TEXNOBETON και ΙΚΤΕΣΚ, συλλογής υλικού από τις µονάδες και στη συνέχεια άλεσης από βιοµηχανικές µονάδες που διαθέτουν µύλο άλεσης. Επιδιώχθηκε η συλλογή υλικού µε θειικά, γύρω στο 5%, ώστε να εµπίπτει µετά την άλεση στην κατηγορία ΕΙΤ2. Βάσει προηγούµενης εµπειρίας επιλέχθηκε η µονάδα ΑΗΣ IV. Εντούτοις στο διάστηµα συλλογής υλικού, η παραγόµενη τέφρα είχε υψηλό ποσοστό θειικών, >7% και λόγω έλλειψης χρόνου προχωρήσαµε στην παραγωγή κυβολίθων αντικαθιστώντας µικρότερα ποσοστά του τσιµέντου και χρησιµοποιώντας τέφρα µε ποσοστό θειικών 7%.

27 Πιλοτική παραγωγή κυβολίθων µε τέφρα ΕΙΤ1 Στη βασική σύνθεση που χρησιµοποιείται για την παραγωγή κυβολίθων από την ΤΕΧΝΟΒΕΤΟΝ Άµµος ασβεστολιθική (0-1,5mm) Άµµος ασβεστολιθική ( mm) 300kg 60kg Τσιµέντο II/BM (S.P.W.) 42.5N 50kg ~ 280kg/cm 2 Νερό 20lt N/T=0.40 αντικαταστάθηκε το 20% και το 30% του τσιµέντου µε τέφραειτ1. Προέκυψαν οι παρακάτω συνθέσεις, οι οποίες παρουσίασαν στις 28ηµ. τι αντοχές που φαίνονται στον πίνακα.

28 Αντοχές συνθέσεων αναµίγµατος κυβολίθων µε τέφρα ΕΙΤ1 Σύνθεση/κονία (kg) 28ηµ. Αντοχή (MPa) Ποσοστό αντοχής % Μ.Ο. 6 δοκιµίων σύνθεσης µε τσιµέντο 1/Τσιµέντο (50kg) 22-2/Τσιµέντο:Τέφρα (40:15) /Τσιµέντο:Τέφρα (40:20) /Τσιµέντο:Τέφρα (35:15) 19,5 89 5/Τσιµέντο:Τέφρα (35:20) 17 77,5 Λαµβάνοντας υπόψη ότι η αντοχή των σκυροδεµάτων αυτών µε τέφρα θα αυξηθεί από 20 έως 25% στην ηλικία των 3 µηνών, τα αποτελέσµατα κρίνονται πολύ ικανοποιητικά. Αναµένονται οι έλεγχοι ανθεκτικότητας που θα γίνουν σε ηλικία 3 µηνών

29 Συµπεράσµατα Η τέφρα κατηγορίας ΕΙΤ2 του σχεδίου Ελληνικών Προδιαγραφών µπορεί να αντικαταστήσει στην παραγωγή κυβολίθων 40-50% του τσιµέντου CEM II42.5 χωρίς να έχει µείωση στις αντοχές 28 ηµερών εν σχέση µε τους κυβόλιθους µε τσιµέντο. Με τη χρήση τέφρας ΕΙΤ2 συνιστάται η προσθήκη ρευστοποιητών στο ανάµιγµα (~1% κ.β. κονιών) για µείωση του απαιτούµενου νερού που παρουσιάζει µία αύξηση όταν προστίθεται η τέφρα. Συνιστάται η συντήρηση δοκιµίων (κάλυψη µε υγρές λινάτσες και νάιλον) για τουλάχιστον 14 ηµέρες. Βέλτιστος χρόνος 1 µήνας.

30 Συµπεράσµατα Η τέφρα κατηγορίας ΕΙΤ1 µπορεί να αντικαταστήσει µικρότερο ποσοστό τσιµέντου (20% κ.β.) για ιδίου επιπέδου αντοχή στις 28 ηµέρες. Η προσθήκη τέφρας ΕΙΤ1 δε φαίνεται να επηρεάζει το ποσό του απαιτούµενου νερού του αναµίγµατος. Με κατάλληλο σχεδιασµό του αναµίγµατος µεγαλύτερη ποσότητα τέφρας ΕΙΤ1 µπορεί να προστεθεί θεωρούµενη ως λεπτόκοκκο αδρανές. Αυτό φαίνεται να έχει θετική στην αντοχή επίδραση αλλά πρέπει να υπάρχει τεκµηρίωση όσον αφορά στην ανθεκτικότητα του αναµίγµατος στο χρόνο. Και στην περίπτωση της τέφρας ΕΙΤ1 συνιστάται η επιµελής συντήρηση των κυβολίθων

31 Συµπεράσµατα Προτείνεται στην περίπτωση κυβολίθων µε ΙΤ να αποτελεί κριτήριο η αντοχή των 3 µηνών εφόσον βέβαια διατίθενται στην αγορά µετά την πάροδο αυτής της ηλικίας Από τη συνεργασία αυτή µε τη βιοµηχανία αποκτήθηκε σηµαντική εµπειρία. Έγινε προσπάθεια προσαρµογής στα δεδοµένα της τρέχουσας παραγωγής η οποία υπήρξε αποδοτική. Έγινε επίσης φανερό ότι υπάρχουν µεγάλες δυνατότητες περαιτέρω βελτίωσης των ιδιοτήτων των κυβολίθων για οδοστρωσία αυξηµένων απαιτήσεων ως προς τα µηχανικά χαρακτηριστικά.