ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ΑΥΤΟΣΥΜΠΥΚΝΟΥΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟΔΟ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ (MATURITY METHOD)

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ΑΥΤΟΣΥΜΠΥΚΝΟΥΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟΔΟ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ (MATURITY METHOD) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Από ΑΓΓΕΛΟΠΟΥΛΟΣ Φ. ΓΡΗΓΟΡΙΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 2006 ΠΑΤΡΑ i

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πάτρας, Τομέας Κατασκευών, στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών. Στο σημείο αυτό, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την Λέκτορα Παπανικολάου Αικατερίνη (Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πάτρας) για την ανάθεση και την επίβλεψη του θέματος της διπλωματικής μου εργασίας. Επίσης, την ευχαριστώ θερμά για την εργαστηριακή υποστήριξη (της ιδίας και του προσωπικού του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών) και την παροχή του απαραίτητου εξοπλισμού για την ολοκλήρωση της προσπάθειας αυτής. Την ευχαριστώ ιδιαίτερα για την εμπιστοσύνη, την καθοδήγησή της, την πλούσια βιβλιογραφία και κυρίως για τη διαρκή μας επικοινωνία και συνεργασία παρά τον αυξημένο φόρτο εργασίας της. Επίσης ευχαριστώ, το προσωπικό της Βιβλιοθήκης & Υπηρεσίας Πληροφόρησης, Πανεπιστήμιο Πατρών, για την άμεση παροχή των τεκμηρίων που τους ζητήθηκαν και την ευγενική στάση που είχαν για την καλύτερη εξυπηρέτηση. Τέλος, ευχαριστώ από τα βάθη της καρδιάς μου τους γονείς μου και την αδερφή μου, για την ενθάρρυνση, την κατανόηση, την υπομονή που έδειξαν όλο τον καιρό αυτής της προσπάθειάς μου. ii

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διπλωματική εργασία κάνει μια σύντομη αναφορά στα θεωρητικά προσομοιώματα εκτίμησης της θλιπτικής αντοχής του αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος (ΑΣΣ), όπως και του συμβατού σκυροδέματος. Το ΑΣΣ είναι ένας τύπος σκυροδέματος που είναι ικανός να ρέει στους ξυλότυπους, χωρίς να παρουσιάζει διαχωρισμό, και μπορεί να πληρώσει ομοιόμορφα και πλήρως κάθε σημείο του ξυλότυπου ρέοντας αποκλειστικά και μόνο λόγω του ίδιου βάρους του, χωρίς καμία ανάγκη δόνησης ή κατανάλωσης άλλου είδους ενέργειας. Η διαδικασία για την εκτίμηση της αντοχής του σκυροδέματος γίνεται με τη χρήση της μεθόδου της ωριμότητας. Παρουσιάζονται, επίσης, κάποια εργαστηριακά αποτελέσματα προσδιορισμού τιμών αντοχής συγκεκριμένων μιγμάτων από σκυρόδεμα, τα οποία υπολογίστηκαν με τη χρήση της μεθόδου αυτής. Στο πρώτο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται κάποιες βασικές έννοιες και η σημασία τους σε σχέση με το σκυρόδεμα, όπως οι συνθήκες συντήρησης του σκυροδέματος, η αντοχή του, η ενυδάτωση του σκυροδέματος κ.α. Στο δεύτερο Κεφάλαιο, περιγράφεται αναλυτικά η Μέθοδος της Ωριμότητας. Εμπεριέχεται αναλυτικά η ακριβής διαδικασία (βηματικά) που πρέπει να ακολουθηθεί προσεχτικά για τη σωστή εφαρμογή της μεθόδου, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C 1074 (1998). Τέλος, παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της μεθόδου, ο εξοπλισμός που απαιτείται για την εφαρμογή της και η χρήση των δεδομένων της (κατά την εφαρμογή της) σε ρόλο ελέγχου της ρηγμάτωσης του σκυροδέματος κυρίως κατά την νεαρή του ηλικία. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται δύο παραδείγματα εφαρμογής της μεθόδου της ωριμότητας σε συνήθη σκυροδέματα, σύμφωνα πάντα με την Προδιαγραφή ASTM C 1074 (1998). Μέσα από αυτά, γίνεται κατανοητή η πρακτική εφαρμογή των Προδιαγραφών και η αποτελεσματικότητα της μεθόδου σαν ένα πρόσθετο εργαλείο για την εκτίμηση της πρόωρης θλιπτικής αντοχής του υπό εξέταση σκυροδέματος. iii

4 Στο τέταρτο Κεφάλαιο, περιγράφονται τα χαρακτηριστικά του Αυτοσυμπυκνούμενου Σκυροδέματος (ΑΣΣ), τα πλεονεκτήματα της χρήσης του αντί μηδονημένου σκυροδέματος, και οι απαραίτητες ενέργειες για την παρασκευή και τη σωστή διάστρωσή του. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται κάποιες βασικές μέθοδοι μηκαταστροφικού ελέγχου (έμμεσες μέθοδοι), εκτίμησης της θλιπτικής αντοχής ενός μίγματος από σκυρόδεμα οι οποίες μπορούν κάλλιστα να χρησιμοποιηθούν και για το ΑΣΣ. Τέλος, καταγράφεται η πειραματική προσπάθεια (Πανεπιστήμιο Ghent, Βέλγιο) υπολογισμού της θλιπτικής αντοχής του ΑΣΣ μέσα από ένα μαθηματικό τύπο (σχέση 4.6) και σε επέκταση η πειραματική επιβεβαίωση της δυνατότητας εφαρμογής της μεθόδου της ωριμότητας για το ΑΣΣ, σαν μέθοδος εκτίμησης της θλιπτικής του αντοχής στην νεαρή του ηλικία. Στο πέμπτο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται η πειραματική προσπάθεια, της εν λόγω διπλωματικής εργασίας, επιβεβαίωσης της δυνατότητας εφαρμογής της μεθόδου της ωριμότητας σε ΑΣΣ. Για ένα συγκεκριμένο μίγμα ΑΣΣ, εφαρμόστηκε η μέθοδος, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C 1074 (1998), προσδιορίζοντας μία τελική καμπύλη συσχέτισης της θλιπτικής αντοχής σε σχέση με ένα δείκτη ωριμότητας (σχέση 2.2), αντιπροσωπευτικής για το υπό εξέταση ΑΣΣ. Ο απώτερος στόχος ήταν η δυνατότητα χρήσης αυτής της καμπύλης, σε μελλοντικές εφαρμογές του συγκεκριμένου μίγματος, για την εκτίμηση της θλιπτικής αντοχής κατά τη νεαρή του ηλικία υπολογίζοντας κάθε φορά το δείκτη ωριμότητας με τη χρήση ειδικού εξοπλισμού, έτσι ώστε η μέθοδος αυτή να υποκαταστήσει τη θραύση κυβικών δοκιμίων. Στο έκτο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα βασικά συμπεράσματα, ως απόρροια της εν λόγω διπλωματικής εργασίας. iv

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ...Error! Bookmark not defined. 1. ΣΧΕΣΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣError! Bookmark not defined. 1.1 Ο ΟΡΟΣ ΑΝΤΟΧΗ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ...Error! Bookmark not defined. 1.2 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣError! Bookmark not defined Ενυδάτωση...Error! Bookmark not defined Συνθήκες συντήρησης...error! Bookmark not defined Νεαρή ηλικία του σκυροδέματος...error! Bookmark not defined. 2. Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ...Error! Bookmark not defined. 2.1 ΓΕΝΙΚΑ...Error! Bookmark not defined. 2.2 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ...Error! Bookmark not defined Οι εξισώσεις Nurse-Saul και Freiesleben Hansen and PedersenError! Bookmark not defined. 2.3 ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ (ΒΑΣΕΙ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΗΣ ASTM C 1074 )...Error! Bookmark not defined Γενικά...Error! Bookmark not defined Μέθοδος δημιουργίας καμπύλης συσχέτισης σύμφωνα με ASTM C 1074 (1998)...Error! Bookmark not defined Μέθοδος εκτίμησης της θλιπτικής αντοχής..error! Bookmark not defined Προσδιορισμός της θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο (datum temperature) και της ενέργειας ενεργοποίησης Q (activation energy) σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C Error! Bookmark not defined Προτεινόμενες τιμές...error! Bookmark not defined Γενική μεθοδολογία ακριβούς προσδιορισμού της ενέργειας ενεργοποίησης Q και της θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο...error! Bookmark not defined. 2.4 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ...Error! Bookmark not defined Μετρητές ωριμότητας (maturity meters)...error! Bookmark not defined. vi

6 2.4.2 Θερμοκρασιακοί μετρητές (Thermocouple Thermometers)Error! Bookmark not defined. 2.5 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ...Error! Bookmark not defined Πλεονεκτήματα της μεθόδου της ωριμότητας.error! Bookmark not defined Μειονεκτήματα της μεθόδου της ωριμότητας.error! Bookmark not defined. 2.6 Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΝΕΑΡΗ ΗΛΙΚΙΑ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΡΟΛΟ ΕΛΕΓΧΟΥ ΡΗΓΜΑΤΩΣΗΣ ΤΟΥ...Error! Bookmark not defined Γενικά...Error! Bookmark not defined Ρωγμές και παρεμπόδιση της θερμικής διαστολής ή συστολής του σκυροδέματος...error! Bookmark not defined Η χρησιμότητα της μεθόδου της ωριμότητας...error! Bookmark not defined. 3. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΣΥΝΗΘΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΑ...Error! Bookmark not defined. 3.1 παραδειγμα 1 0 : ASTM C Error! Bookmark not defined. 3.2 παραδειγμα 2 0 : ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟ ΚΑΤΑΣΤΡΩΜΑ ΤΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ WELLS CREEK..Error! Bookmark not defined Γενικά...Error! Bookmark not defined Πρακτική εφαρμογή της μεθόδου της ωριμότηταςerror! Bookmark not defined Υπολογισμοί των Q και Τ ο (ενέργεια ενεργοποίησης) και θερμοκρασίας αναφοράς...error! Bookmark not defined Καμπύλες συσχέτισης...error! Bookmark not defined Ο δείκτης της ωριμότητας του καταστρώματοςerror! Bookmark not defined. 4. ΑΥΤΟΣΥΜΠΥΚΝΟΥΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ (Α.Σ.Σ) & ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΘΛΙΠΤΙΚΗΣ ΤΟΥ ΑΝΤΟΧΗΣError! Bookmark not defined. 4.1 ΓΕΝΙΚΑ...Error! Bookmark not defined. 4.2 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ...Error! Bookmark not defined Τσιμέντο...Error! Bookmark not defined Αδρανή...Error! Bookmark not defined. vii

7 4.2.3 Νερό ανάμιξης...error! Bookmark not defined Πρόσθετα...Error! Bookmark not defined Ίνες...Error! Bookmark not defined Αναλογίες υλικών Α.Σ.Σ...Error! Bookmark not defined. 4.3 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΔΙΑΣΤΡΩΣΗ...Error! Bookmark not defined. 4.4 ΑΝΤΛΗΣΗ ΚΑΙ ΕΓΧΥΣΗ ΑΣΣ, ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟΙ ΞΥΛΟΤΥΠΟΙError! Bookmark not defined. 4.5 ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ (ΕΜΜΕΣΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ), ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΟΥ ΑΣΣ...Error! Bookmark not defined Γενικά...Error! Bookmark not defined Δοκιμή Ταχύτητας Υπερήχων...Error! Bookmark not defined Το Kρουσίμετρο Αναπήδησης Schmidt...Error! Bookmark not defined Εξόλκευση Ήλου...Error! Bookmark not defined Δοκιμή Διείσδυσης...Error! Bookmark not defined Συνδυασμός μεθόδων μη-καταστροφικών για την εκτίμηση της αντοχής του σκυροδέματος...error! Bookmark not defined. 4.6 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΤΟ ΑΣΣError! Bookmark not defined Γενικά...Error! Bookmark not defined Πειραματική διερεύνηση...error! Bookmark not defined. 5. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΘΛΙΠΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΟΥ ΑΣΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ (ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ)Error! Bookmark not defined. 5.1 ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΣΣ...Error! Bookmark not defined. 5.2 ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΘΕΡΜΟ/ΧΡΟΝΟΙΣΤΟΡΙΚΟΥ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΟΥ ΜΕΤΡΗΤΗ ΗΑΝΝΑ ΗΙ 98804Error! Bookmark not defined. 5.3 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΟΥ ΑΣΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ...Error! Bookmark not defined. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...Error! Bookmark not defined. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...Error! Bookmark not defined. viii

8 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1 Φαινόμενο υπερπήδησης ( Crossover effect ) Error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.1 Ο δείκτης ωριμότητας ως ποσοτικοποίηση της ωριμότητας του σκυροδέματος....error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.2 Καμπύλη Συσχέτισης δείκτη ωριμότητας θλιπτικής αντοχής.error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.3 Η τιμή του δείκτη ωριμότητας ανεξάρτητη των συνδυασμών των τιμών θερμοκρασίας και χρόνου (Kehl R.J. et al., 1998).Error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.4 Σχηματική απεικόνιση του θερμοκρασιακού ιστορικού και του παράγοντα θερμοκρασίας-χρόνου υπολογισμένου σύμφωνα με τη σχέση 2.1 (Carino and Lew, 2001)....Error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.5 Τα βήματα της διαδικασίας για τη δημιουργία της τελικής καμπύλης συσχέτισης του δείκτη ωριμότητας - αντοχής (ACPA s publications 2005)....Error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.6 Καμπύλες συσχετισμού (ASTM C 1074, 1998).Error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.7 Οι τιμές του αντίστροφου της μέσης αντοχής σε σχέση με τις τιμές του αντίστροφου της ηλικίας, πέραν από τον τελικό χρόνο στερεοποίησης του μίγματος (ASTM C 1074, 1998)....Error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.8 Παράδειγμα προσδιορισμού της θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο,σχεδιάζοντας τις τιμές του συντελεστή k σε σχέση με τις θερμοκρασίες συντήρησης (ASTM C 1074, 1998)....Error! Bookmark not defined. ix

9 Σχήμα 2.9 Παράδειγμα προσδιορισμού της ενέργειας ενεργοποίησης Q σχεδιάζοντας τη φυσική λογάριθμο του συντελεστή k σε σχέση με την τιμή του αντίστροφου της απόλυτης θερμοκρασίας...error! Bookmark not defined. Σχήμα 2.10 Δημιουργία επιφανειακών ρωγμών λόγω θερμικών παραμορφώσεων....error! Bookmark not defined. Σχήμα 3.1 Υποθετικό θερμοκρασιακό ιστορικό.error! Bookmark not defined. Σχήμα 3.2 Η ακριβής θέση των αισθητήρων στο κατάστρωμα (οι αποστάσεις σε mm) 4: θέση καταγραφής θερμοκρασίας περιβάλλοντος, 5 και 6: εναλλακτικές θέσεις....error! Bookmark not defined. Σχήμα 3.3 Ανάπτυξης της θλιπτικής αντοχής των κυλινδρικών δοκιμίων σε σχέση με το χρόνο, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C 1074.Error! Bookmark not defined. Σχήμα 3.4 Προσδιορισμός των συντελεστών Q και Τ ο.error! Bookmark not defined. Σχήμα 3.5 Καμπύλη συσχέτισης βασισμένη στο δείκτη ωριμότητας, θερμοκρασίαςχρόνου (Temperature-Time Factor)...Error! Bookmark not defined. Σχήμα 3.6 Καμπύλη συσχέτισης βασισμένη στο δείκτη ωριμότητας, ισοδύναμης ηλικίας (equivalent age)...error! Bookmark not defined. Σχήμα 3.7 Σύγκριση των δεδομένων επαλήθευσης με την καμπύλη συσχέτισης....error! Bookmark not defined. Σχήμα 4.1 Σχηματική απεικόνιση της αναλογίας των υλικών για το ΑΣΣ σε σχέση με αυτές ενός κοινού σκυροδέματος (Holschemacher et al., 2002).Error! Bookmark not defined. Σχήμα 4.2 Μετρημένη πίεση που ασκεί ένα μίγμα ΑΣΣ στον ξυλότυπο συγκριτικά με την υπολογισμένη υδροστατική πίεση (χύτευση από τον πυθμένα του καλουπιού με αντλία). (Leemaan et al. 2003)...Error! Bookmark not defined. Σχήμα 4.3 Μέθοδος μέτρησης ταχύτητας υπερήχων με (α) απευθείας μετάδοση, (β) ημι-απευθείας μετάδοση και (γ) επιφανειακή μετάδοση. Error! Bookmark not defined. Σχήμα 4.4 Αντοχή κυβικών δοκιμίων σε 28 ημέρες, συναρτήσει της ταχύτητας υπερήχων...error! Bookmark not defined. Σχήμα 4.5 Κρουσίμετρο αναπήδησης...error! Bookmark not defined. x

10 Σχήμα 4.6 Αντοχή κυβικών δοκιμίων σε 28 ημέρες, συναρτήσει της ένδειξης του κρουσιμέτρου...error! Bookmark not defined. Σχήμα 4.7 Αντοχή κυβικών δοκιμίων σε 28 ημέρες, συναρτήσει της δύναμης εξόλκευσης ήλου...error! Bookmark not defined. Σχήμα 4.8 Διάγραμμα συσχέτισης του μίγματος 500, 0.5.Error! Bookmark not defined. Σχήμα 5.1 Τοποθέτηση θερμοζευγών: (α) Στα κυβικά δοκίμια, (β) στο κέντρο του στοιχείου και (γ) στη γωνία του στοιχείου....error! Bookmark not defined. Σχήμα 5.2 Η ωρίμανση του ΑΣΣ με τη μορφή εμβαδών, για τη μέτρηση κάθε καναλιού ξεχωριστά...error! Bookmark not defined. Σχήμα 5.3 Καμπύλη συσχέτισης αντοχής-ισοδύναμης ηλικίας στους 20 0 C (h).error! Bookmark not defined. ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 3.1 Παράδειγμα 1 ο, αποτελέσματα υπολογισμών από τη χρήση της μεθόδου της ωριμότητας...error! Bookmark not defined. Πίνακας 3.2 Σύνθεση του σκυροδέματος που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή του καταστρώματος....error! Bookmark not defined. Πίνακα 3.3 Δεδομένα για τον υπολογισμό της ενέργειας ενεργοποίησης Q, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C 1074.Error! Bookmark not defined. Πίνακας 3.4 Υπολογισμένοι συντελεστές παλινδρόμησης για την εξίσωση Error! Bookmark not defined. Πίνακας 3.5 Οι τιμές της θλιπτικής αντοχής και των δεικτών ωριμότητας για τη δημιουργία της καμπύλης συσχέτισης (για κάθε δείκτη).error! Bookmark not defined. Πίνακας 3.6 Δεδομένα αντοχής και ωριμότητας των κυλίνδρων επαλήθευσης....error! Bookmark not defined. Πίνακας 4.1 Αναλογίες υλικών ΑΣΣ. (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε 2005)Error! Bookmark not defined. xi

11 Πίνακας 4.2 Συστατικά των 8 διαφορετικών μιγμάτων.error! Bookmark not defined. Πίνακας 4.3 Θλιπτικές αντοχές (N/mm 2 ) των 8 μιγμάτων σε σχέση με το χρόνο (NBN B15-220)....Error! Bookmark not defined. Πίνακας 5.1 Αναλογίες μίγματος του ΑΣΣ..Error! Bookmark not defined. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ xii

12 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στις 2 Μαρτίου 1973 τμήμα ενός πολυκαταστήματος υπό κατασκευή στο Fairfax County, Va., του Καναδά κατέρρευσε σταδιακά. Το αποτέλεσμα ήταν 14 νεκροί και 34 τραυματίες. Ο λόγος της κατάρρευσης, σύμφωνα με την έκθεση της National Bureau of Standards (NBS), ήταν η πρόωρη αφαίρεση των ξυλοτύπων που οδήγησε σε διάτρηση των πλακών. Λόγω της δράσης των έντονων συγκεντρωμένων δυνάμεων στις πλάκες από τις στηρίξεις αυτών, αναπτύχθηκαν διατμητικές τάσεις οι οποίες υπερέβησαν την αντοχή του νεαρού σκυροδέματος. Το αποτέλεσμα ήταν η αστοχία μερικών εκ των περιοχών αρνητικής ροπής (Εικ. 1). Το σκυρόδεμα μιας πλάκας η οποία κατέρρευσε είχε ηλικία 4 ημερών και η θερμοκρασία συντήρησης του σκυροδέματος ήταν κατά μέσο όρο 7 ο C. Οι ερευνητές δυσκολεύτηκαν να εκτιμήσουν την αντοχή που είχε το σκυρόδεμα τη στιγμή της κατάρρευσης, αδυνατώντας ως εκ τούτου να έχουν μια ολοκληρωμένη εικόνα αυτής της αστοχίας, απαραίτητη προϋπόθεση για την αποφυγή παρόμοιων γεγονότων και το σωστό καταλογισμό των ευθυνών. Το αποτέλεσμα ήταν να στραφούν σε μια μέθοδο που θα τους έδινε τη δυνατότητα αυτή, τη μέθοδο της ωριμότητας. Η μέθοδος αυτή πρωτοεμφανίστηκε το 1949 (Nurse, R. W.) σε πειραματικές έρευνες που πραγματεύονταν τις βασικές αρχές που διέπουν τη συντήρηση με ατμό του σκυροδέματος σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στην Αγγλία στο εργαστήριο Cement and Concrete Association Research Station. Εικόνα 1.1 Κώνος διάτρησης (επιφάνεια θραύσης)

13 2 Στις 27 Απριλίου, 1978, σε έναν πύργο ψύξης υπό κατασκευή σε πυρηνικό εργοστάσιο στο Νησί Willow, 51 εργάτες που βρίσκονταν πάνω στις σκαλωσιές έχασαν τη ζωή τους. Η τεχνική έκθεση που δημιουργήθηκε από την OSHA (Occupational Safety and Health Administration), για λογαριασμό της NBS, καταλήγει στην ανεπάρκεια της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος να φέρει τα εφαρμοσμένα εξωτερικά φορτία του κατασκευαστικού εξοπλισμού. Τη στιγμή της αστοχίας το σκυρόδεμα είχε ηλικία μίας ημέρας και οι θερμοκρασίες συντήρησής του ήταν λιγότερο από 10 ο C. Η υπηρεσία NBS κατάλαβε πως ήταν άμεση η ανάγκη δημιουργίας μίας μεθόδου, που θα μπορούσε να εκτιμά τη θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος, κυρίως κατά την διάρκεια της φάσης κατασκευής ενός έργου και όχι σε μεγάλο βάθος χρόνου. Ξεκίνησαν πολλές μελέτες για την σε βάθος διερεύνηση της μεθόδου της ωριμότητας. Το αποτέλεσμα της έρευνας της NBS ήταν η δημιουργία της πρώτης παγκόσμιας Προδιαγραφής για την εφαρμογή της μεθόδου της ωριμότητας [ASTM C 1074]. Το 1987, η ASTM International (American Society for Testing and Materials) υιοθέτησε την Προδιαγραφή ASTM C 1074 για την εκτίμηση της επιτόπου αντοχής του σκυροδέματος με τη χρήση της μεθόδου της ωριμότητας. Η ASTM International είναι ένας από τους μεγαλύτερους εθελοντικούς οργανισμούς ανάπτυξης Προδιαγραφών, στον κόσμο. Μία έμπιστη πηγή που παρέχει πρότυπες τεχνικές για νέα υλικά, προϊόντα, συστήματα και νέες υπηρεσίες. Είναι επίσης γνωστή για την υψηλή τεχνική ποιότητα που διαθέτει και την σπουδαιότητά της στο χώρο της αγοράς. Τελικά, η μέθοδος της ωριμότητας χρησιμοποιείται πάνω από 20 χρόνια στην Ευρώπη, σε διαφορετικές κατασκευές, κυρίως για την εκτίμηση της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος στην νεαρή του ηλικία. Μερικά παραδείγματα εφαρμογής της εν λόγω μεθόδου δίνονται παρακάτω (Waller V. et al., 2004) : Προκατασκευασμένα στοιχεία για την γέφυρα Ile de Re (1987) Πυλώνες και στοιχεία του καταστρώματος της γέφυρας της Νορμανδίας (1991) Pas de l Escalette σήραγγα A75 (1994) Civaux πυρηνικές εγκαταστάσεις στους πύργους ψύξης (1994) Rochecardon και Duchere σήραγγα BPNL (1995) Montjezieu σήραγγα A75 (1995)

14 3 Mirville οδογέφυρα A29 (1995) Amiens PI4 οδογέφυρα (1995) TGV οδογέφυρες στο Avignon (1997) Σήραγγα Taverny A115 (1997) Nievre οδογέφυρα Α16 (1998) Lisieux PI5 οδογέφυρα (1998) Σήραγγα Channel, σιδηροδρομικές γραμμές, γέφυρα Medway (2000) Προκατασκευασμένοι πρόβολοι του καταστρώματος του Rhone Viaduct BPNL (1994). Αξίζει να αναφερθεί πως στη γέφυρα της Νορμανδίας είχαν τοποθετηθεί ειδικές συσκευές καταγραφής, με την βοήθεια αισθητήρων παρακουλήθησης της ωρίμανσης του σκυροδέματος (οι οποίοι ονομάζονται μετρητές ωριμότητας και περιγράφονται παρακάτω), σε πολλά τμήματα της κατασκευής στα οποία διαστρώθηκε σκυρόδεμα υψηλής αντοχής δίνοντας πολύ καλά αποτελέσματα τιμών αντοχής. Ειδικά σε στοιχεία προβόλους του καταστρώματος κάθε ενέργεια προέντασης τενόντων πραγματοποιήθηκε μετά τον έλεγχο της ωρίμανσης του σκυροδέματος με τη μέθοδο της ωριμότητας, δηλαδή την εκτίμηση τιμών της θλιπτικής του αντοχής. Επίσης δεν παρουσιάστηκε πρόβλημα ρηγμάτωσης σε μια ποσότητα m 3 σκυροδέματος που ελέγχθηκε κατά την προένταση των καλωδίων της γέφυρας. Η χρήση των μετρητών ωριμότητας, αντί κυλινδρικών δοκιμίων, σε τόσες μεγάλες κατασκευές με θετικά αποτελέσματα αποδεικνύει ότι η μέθοδος της ωριμότητας είναι αρκετά ακριβής μέθοδος για την εκτίμηση της αντοχής του σκυροδέματος (Carino et al., 2001).

15 4 1. ΣΧΕΣΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 1.1 Ο ΟΡΟΣ ΑΝΤΟΧΗ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Ο όρος αντοχή του σκυροδέματος αναφέρεται στην μέγιστη τάση που μπορεί να μεταφέρει το υλικό, η οποία προκαλεί θραύση. Η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος (η οποία είναι ιδιαίτερα μεγάλη, γι αυτό και συχνά στην πράξη τα στοιχεία από σκυρόδεμα σχεδιάζονται έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται την ιδιότητα αυτή) αποτελεί τη σημαντικότερη ιδιότητα για το υλικό, γιατί με αυτή σχετίζονται άμεσα όλες σχεδόν οι άλλες ιδιότητες, όπως είναι το μέτρο ελαστικότητας, η διαπερατότητα (και η στεγανότητα) και η ανθεκτικότητά του σε περιβαλλοντικές συνθήκες. Ο όρος αντοχή για το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα δηλώνει επίσης όσα αναφέρθηκαν παραπάνω για το σύνηθες σκυρόδεμα (Τριανταφύλλου et al., 2001) 1.2 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Ενυδάτωση Ενυδάτωση ονομάζεται η χημική αντίδραση του τσιμέντου με το νερό, αποτέλεσμα της οποίας είναι ο σχηματισμός προϊόντων με χαρακτηριστικά πήξης και σκλήρυνσης. Η ενυδάτωση του τσιμέντου αρχίζει αμέσως μετά την ανάμιξη και προχωρεί από την επιφάνεια των κόκκων προς το εσωτερικό τους με συνεχώς επιβραδυνόμενους ρυθμούς, συνεχίζεται δε για διάστημα πολλών ετών. Λόγω της διαφορετικής τους σύνθεσης, τα συστατικά του τσιμέντου ενυδατώνονται με διαφορετικούς ρυθμούς. Έτσι, τα αργιλικά συστατικά είναι κυρίως υπεύθυνα για την απώλεια ρευστότητας και την πήξη του τσιμεντοπολτού, ενώ τα πυριτικά, που καταλαμβάνουν και το μεγαλύτερο ποσοστό, παίζουν κυρίαρχο ρόλο στη σκλήρυνση, δηλαδή στο ρυθμό ανάπτυξης της αντοχής. H αντοχή αυξάνεται καθώς το σκυρόδεμα ενυδατώνεται. Η έκταση της ενυδάτωσης αυτής εξαρτάται από το χρονικό διάστημα στο οποίο έγινε η συντήρηση του σκυροδέματος και σε ποια θερμοκρασία. Δηλαδή,

16 5 η ωρίμανση του σκυροδέματος (εκφρασμένη με έναν δείκτη ωριμότητας) αποτελεί ένα μέτρο της εξέλιξης της ενυδάτωσης του σκυροδέματος. Πρέπει να αναφερθεί πως υπερρευστοποιητικά και ρευστοποιητικά πρόσμικτα, που έχουν σκοπό τη μείωση του νερού του αναμίγματος και την αύξηση της ρευστότητας, έχουν θετική ή ακόμα και αρνητική επίδραση στο βαθμό ενυδάτωσης και στην ανάπτυξη αντοχής στα αρχικά στάδια της ενυδάτωσης. Τα πρόσμικτα αυτά καθώς και άλλοι χημικοί παράγοντες (όπως βελτιωτικά ιξώδους) χρησιμοποιούνται στο αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα για το οποίο γίνεται λόγος παρακάτω (Τριανταφύλλου κ.ά., 2001) Συνθήκες συντήρησης Με τον όρο συντήρηση εννοούμε τις διαδικασίες που αποσκοπούν στη διατήρηση του σκυροδέματος, αμέσως μετά την τοποθέτησή του σε καλούπια, κάτω από συνθήκες ελεγχόμενου χρόνου, υγρασίας και θερμοκρασίας που ευνοούν την ενυδάτωση. Σκοπός της συντήρησης είναι η προστασία του σκυροδέματος κατά τα αρχικά στάδια της ενυδάτωσης κυρίως από πρόωρη ξήρανση (π.χ. λόγω ηλιακής ακτινοβολίας, ανέμου, κ.τ.λ.), αλλά και από άλλες επιρροές, όπως ο παγετός, η απόπλυση λόγω βροχής ή τρεχούμενου νερού, και τυχόν βλαβερές χημικές ουσίες. Έτσι η συντήρηση αποσκοπεί βασικά στο να εξασφαλίσει στο σκυρόδεμα το νερό που απαιτείται για την ενυδάτωση, είτε με αναπλήρωση νερού που εξατμίζεται, είτε με παρεμπόδιση της εξάτμισης (Τριανταφύλλου κ.ά., 2001). Η πρακτική για να επιτευχθεί η συντήρηση περιγράφεται αναλυτικά στον Κανονισμό Τεχνολογίας Σκυροδέματος 1997, καθώς και σε άλλα συγγράμματα (π.χ. Φαρδής 1991). Χρόνος: Για δεδομένο λόγο N/T και υγρές συνθήκες συντήρησης υπό σταθερή υγρασία η αντοχή του σκυροδέματος αυξάνεται με τον χρόνο όσο διαρκεί η ενυδάτωση (Τριανταφύλλου et al., 2001). Υγρασία: Απαραίτητη προϋπόθεση για την αύξηση της αντοχής του σκυροδέματος με το χρόνο είναι η συντήρηση κάτω από συνθήκες υγρασίας (π.χ. πλημμύρισμα των στοιχείων, συνεχής διαβροχή, τύλιγμα με πλαστικές μεμβράνες κ.τ.λ.). Για παράδειγμα, σκυρόδεμα μετά από υγρή συντήρηση 7 ημερών (που αποτελεί και τον ελάχιστο χρόνο που συνιστάται από

17 6 όλους τους σύγχρονους κανονισμούς) έχει αντοχή 28 ημερών περίπου διπλάσια από το αντίστοιχο με μηδενική υγρή συντήρηση (Τριανταφύλλου κ.ά., 2001). Θερμοκρασία: Η θερμοκρασία του σκυροδέματος σχετίζεται άμεσα με την ανάπτυξη της αντοχής του. Για παράδειγμα, η αύξηση της θερμοκρασίας κατά τη συντήρηση του σκυροδέματος έχει γενικά ως αποτέλεσμα την αύξηση της ταχύτητας των αντιδράσεων της ενυδάτωσης, με αποτέλεσμα την αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης της αντοχής. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι για ένα συγκεκριμένο μίγμα από σκυρόδεμα, που διαστρώνεται και συντηρείται στους 5 ο C, η αντοχή του μετά από 28 ημέρες θα είναι περίπου ίση με το 80% της τιμής της αντοχής του επίσης μετά από 28 ημέρες, αν αυτό διαστρωθεί και συντηρηθεί στους ο C (Τριανταφύλλου κ.ά., 2001). Η μακροχρόνια (τελική) αντοχή του σκυροδέματος σχετίζεται επίσης με τη θερμοκρασία συντήρησής του. Στις μεγαλύτερες ηλικίες, όπου έχει σχεδόν ολοκληρωθεί η ενυδάτωση, πολλοί ερευνητές έχουν αποδείξει πως δοκίμια που παρασκευάστηκαν στους 5 ο C και 20 ο C, συντηρήθηκαν στις θερμοκρασίες αυτές για 2-3 ώρες και κατόπιν συντηρήθηκαν σε υγρασία και θερμοκρασία 20 ο C μέχρις ελέγχου της αντοχής τους, έδωσαν μεγαλύτερες τελικές αντοχές κατά 20% και 15%, αντίστοιχα, από την αντοχή δοκιμίων που παρασκευάστηκαν στους 40 ο C, συντηρήθηκαν στη θερμοκρασία αυτή για 2-3 ώρες και μετά ακολούθησαν τη διαδικασία συντήρησης των προηγούμενων δοκιμίων. Η αύξηση αυτή οφείλεται στο ότι οι χαμηλότερες θερμοκρασίες συντήρησης επιφέρουν αύξηση της ομοιομορφίας της δομής (και ιδιαίτερα του πορώδους) του ενυδατωμένου τσιμεντοπολτού. Αυτό φαίνεται στα διαγράμματα του Σχήματος 1.1 (Carino and Lew, 2001), όπου ο ρυθμός ανάπτυξης της αντοχής του ιδίου μίγματος είναι μεγαλύτερος αν συντηρηθεί σε υψηλές θερμοκρασίες αλλά, μακροχρόνια, η αντοχή αυτή θα έχει μικρότερη τιμή σε σχέση με τα δείγματα τα οποία συντηρήθηκαν στην νεαρή τους ηλικία σε πιο χαμηλές θερμοκρασίες ( crossover effect ή φαινόμενο υπερπήδησης).

18 7 Σχήμα 1.1 Φαινόμενο υπερπήδησης ( Crossover effect ) Καταγράφοντας τις θερμοκρασίες του σκυροδέματος δεν κάνουμε μόνο το πρώτο βήμα για τον υπολογισμό της αντοχής μέσα από την μέθοδο της ωριμότητας, όπως θα δούμε στην συνέχεια, αλλά μπορούμε επίσης να προσδιορίσουμε και την ανθεκτικότητα στο χρόνο των αντίστοιχων δομικών στοιχείων (καθώς η τελευταία σχετίζεται με τη θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος) Νεαρή ηλικία του σκυροδέματος Ως νεαρή ηλικία θεωρείται το διάστημα των πρώτων 1-2 ημερών, εντός του οποίου ολοκληρώνεται η πήξη (6-10 ώρες) και το μείγμα αναπτύσσει ικανοποιητική αντοχή που να επιτρέπει την απομάκρυνση των ξυλότυπων. Όλες οι ενέργειες που αφορούν στο σκυρόδεμα σε νεαρή ηλικία είναι απόλυτα καθοριστικές για την ποιότητα του (π.χ. αντοχή, ανθεκτικότητα στο χρόνο). Επίσης, οι ενέργειες που παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των ιδιοτήτων του σκυροδέματος είναι η ανάμιξη των συστατικών του, η μεταφορά προς το εργοτάξιο και προς την θέση διάστρωσης, η διάστρωση, η συμπύκνωση, το τελείωμα, η συντήρηση και η αφαίρεση των ξυλότυπων (Τριανταφύλλου et al., 2001).

19 8 2. Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Η μέθοδος της ωριμότητας είναι μία μη καταστροφική μέθοδος, η οποία χρησιμοποιείται για να εκτιμηθεί η επιτόπου αντοχή του σκυροδέματος σε μία κατασκευή, λαμβάνοντας υπ όψιν τις επιδράσεις της θερμοκρασίας και του χρόνου στην ανάπτυξη της αντοχής του. Ως εκ τούτου, ο μηχανικός θα πρέπει να επιλέγει και άλλες μεθόδους ελέγχου της αντοχής, έτσι ώστε να δύναται να ελέγχει τα αποτελέσματα της μεθόδου της ωριμότητας. Η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι ο βαθμός ενυδάτωσης ενός μίγματος σκυροδέματος, και επομένως η αντοχή του σε οποιαδήποτε ηλικία, εξαρτώνται άμεσα από το θερμοκρασιακό ιστορικό του. Αρχικά, καταγράφεται το θερμοκρασιακό ιστορικό του σκυροδέματος υπό μελέτη (δηλ. τιμές της θερμοκρασίας που αναπτύσσει εσωτερικά ένα στοιχείο σκυροδέματος σε συνάρτηση με το χρόνο), με την βοήθεια ειδικών συσκευών. Στη συνέχεια, με την χρήση συγκεκριμένων μαθηματικών σχέσεων, ποσοτικοποιείται η συνδυαστική επίδραση του χρόνου και της θερμοκρασίας στην αντοχή του σκυροδέματος, με τη μορφή ενός δείκτη, του δείκτη ωριμότητας. Εντέλει, η εκτίμηση της αντοχής του εκάστοτε μίγματος σκυροδέματος σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή επιτυγχάνεται γραφικά μέσα από μια καμπύλη συσχέτισης (η οποία έχει προκύψει εργαστηριακά), η οποία συσχετίζει την θλιπτική αντοχή με τον δείκτη ωριμότητας του μίγματος που μας ενδιαφέρει. Είναι σημαντικό να σημειωθεί, ότι ο υπολογισμός του δείκτη ωριμότητας μέσα από τις μαθηματικές σχέσεις μπορεί να παραληφθεί, αν υπάρχει στη διάθεση του μηχανικού μία συσκευή που υπολογίζει απευθείας το δείκτη αυτό και ονομάζεται μετρητής της ωριμότητας (maturity meter). Η διάθεση τέτοιων συσκευών, στο εμπόριο, έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια. Η μέθοδος της ωριμότητας περιλαμβάνει τον υπολογισμό τριών παραμέτρων που θεωρούνται κλειδιά: τον χρόνο (με σημείο εκκίνησης της μέτρησής του την έναρξη της σκλήρυνσης), τη θερμοκρασία του σκυροδέματος και τη θλιπτική του αντοχή. Παράδειγμα : Ας υποθέσουμε ότι σκυροδετείται ένα δοκίμιο σκυροδέματος από το εσωτερικό του οποίου λαμβάνονται οι τιμές της αναπτυσσόμενης θερμοκρασίας για κάθε μία ώρα μετά

20 9 τη σκυροδέτησή του, με τη χρήση ενός θερμοκρασιακού μετρητή. Μετά από χρόνο t, το ιστορικό χρόνου-θερμοκρασίας του σκυροδέματος θα δύναται να παρουσιαστεί σε μορφή διαγράμματος, βάσει των ζευγών τιμών χρόνου-θερμοκρασίας. Ο πρώτος προταθείς τρόπος εκτίμησης της ωριμότητας ενός μίγματος σκυροδέματος στη χρονική στιγμή t μετά την έναρξη της σκλήρυνσης θέτει το δείκτη ωριμότητας (ή συντελεστή θερμοκρασίας-χρόνου) ίσο με το ολοκλήρωμα της συνάρτησης της αναπτυχθείσας θερμοκρασίας του σκυροδέματος (ως προς το χρόνο), από την έναρξη της σκλήρυνσης του μίγματος, έως τη χρονική στιγμή t. Έτσι, στο Σχήμα 2.1 ο δείκτης ωριμότητας είναι ίσος με το εμβαδό που περικλείεται μεταξύ της καμπύλης θερμοκρασίας-χρόνου και ενός οριζόντιου άξονα ο οποίος αντιστοιχεί σε μία θερμοκρασία αναφοράς (όπως θα εξηγηθεί στη συνέχεια του Κεφαλαίου). t Σχήμα 2.1 Ο δείκτης ωριμότητας ως ποσοτικοποίηση της ωριμότητας του σκυροδέματος. Εάν τη χρονική στιγμή t πραγματοποιηθεί δοκιμή θλίψης επί δοκιμίων από το συγκεκριμένο μίγμα σκυροδέματος, τότε η υπολογισθείσα τιμή του δείκτη ωριμότητας (για τη χρονική στιγμή t) δύναται να συσχετιστεί άμεσα με τη θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος σε αυτή την ηλικία. Η παραπάνω διαδικασία (η οποία θα αναλυθεί ενδελεχώς στη συνέχεια του Κεφαλαίου) ακολουθείται για να καλύψει όλο το χρονικό διάστημα κατά το οποίο η εκτίμηση της επιτόπου αντοχής του σκυροδέματος μίας κατασκευής είναι το ζητούμενο. Είναι φανερό,

21 10 ότι η καμπύλη συσχέτισης μεταξύ του θερμοκρασιακού ιστορικού (ωρίμανση) και της αντοχής για δεδομένη σύνθεση σκυροδέματος (βλ. Σχ. 2.2) πρέπει να είναι εκ των προτέρων γνωστή, μέσω εργαστηριακών δοκιμών. Σχήμα 2.2 Καμπύλη Συσχέτισης δείκτη ωριμότητας θλιπτικής αντοχής. Βασική αρχή της μεθόδου της ωριμότητας είναι ότι δοκίμια σκυροδέματος της αυτής σύνθεσης και ωριμότητας θα έχουν (περίπου) την ίδια θλιπτική αντοχή, ανεξαρτήτως των επί μέρους θέρμο/χρονοιστοριών που έχουν προηγηθεί για τα δοκίμια (και καταλήξει να δώσουν τη συγκεκριμένη τιμή ωριμότητας). Ας θεωρήσουμε το παρακάτω παράδειγμα: Δύο κυλινδρικά δοκίμια σκυροδέματος συγκεκριμένης σύνθεσης παράγονται ταυτόχρονα και συντηρούνται σε σταθερή θερμοκρασία. Το πρώτο δοκίμιο συντηρείται για 6 d σε θερμοκρασία 4,5 o C (η οποία υπερβαίνει τη θερμοκρασία παύσης των αντιδράσεων ενυδάτωσης την οποία θα θεωρήσουμε ότι είναι -10 o C άρα 4,5 + (-10) = -5,5 o C. Το δεύτερο συντηρείται για 3 d στους 26,6 o C πάνω από την θερμοκρασία που σταματάει η ενυδάτωση του σκυροδέματος, άρα 26,6 + (-10) = 16,6 o C. Παρότι υπάρχει μια διαφορά 3 ημερών στην πραγματική ηλικία των δύο δοκιμίων από την στιγμή που διαστρωθούν και διαφορά στις

22 11 θερμοκρασίες συντήρησής τους, έχουν τελικά την ίδια ισοδύναμη ηλικία, την ίδια τιμή ωριμότητας. Πειράματα έχουν δείξει ότι για ένα συγκεκριμένο μείγμα σκυροδέματος η ίδια τιμή ωριμότητας ισοδυναμεί σχεδόν στην ίδια τιμή αντοχής ανεξάρτητα από τον συνδυασμό θερμοκρασίας και χρόνου που δώσανε την συγκεκριμένη τιμή ωριμότητας (Σχ. 2.3), γνωστός και σαν νόμος της ωριμότητας (Kehl R.J. et al., 1998). Άρα για τα δύο παραπάνω κυλινδρικά δοκίμια (υποθέτοντας ότι έχουν φτιαχτεί από τη ίδια ποσότητα σκυροδέματος) αν και το ένα έχει ηλικία 3ών ημερών και το άλλο 6 θα έχουν την ίδια τιμή αντοχής. Τέλος, κατασκευάζεται η καμπύλη συσχετισμού η οποία μας δείχνει την θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος για κάθε τιμή του δείκτη ωριμότητας (ή ισοδύναμης ηλικίας). Σχήμα 2.3 Η τιμή του δείκτη ωριμότητας ανεξάρτητη των συνδυασμών των τιμών θερμοκρασίας και χρόνου (Kehl R.J. et al., 1998).

23 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΟΥ ΔΕΙΚΤΗ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ Οι εξισώσεις Nurse-Saul και Freiesleben Hansen and Pedersen Το μέγεθος του σφάλματος κατά την εκτίμηση της αντοχής σκυροδέματος συγκεκριμένης σύνθεσης εξαρτάται, σε ένα μεγάλο βαθμό, από τη σωστή επιλογή της εξίσωσης ωριμότητας, και των παραμέτρων της. Παρακάτω δίνονται οι δύο βασικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του δείκτη ωριμότητας (ASTM C 1074, 1998). Α) Η σχέση ωριμότητας που υπολογίζει τον παράγοντα θερμοκρασίας-χρόνου (Nurse-Saul) : M t () ( ) =Σ Τ Τ Δ t (2.1) α ο όπου, Μ(t) = ο παράγοντας θερμοκρασίας- χρόνου σε χρόνο t με μονάδες βαθμοί θερμοκρασίας επί μονάδες χρόνου (ημέρες,d, ή ώρες, h), Δt = βηματικό χρονικό διάστημα, σε d ή h, Τ ο Τ α = θερμοκρασία αναφοράς (datum temperature),, =μέσος όρος της θερμοκρασίας του σκυροδέματος για το χρονικό διάστημα Δt,. Ως θερμοκρασία αναφοράς, Τ ο, θεωρείται η θερμοκρασία κάτω από την οποία παύει η ενυδάτωση του σκυροδέματος, έχοντας ως αποτέλεσμα μηδενικό ρυθμό αύξησης της αντοχής του. Για τη θερμοκρασία αναφοράς συνήθως λαμβάνεται η τιμή -10 o C. Ο υπολογισμός προσεγγιστικών τιμών της θερμοκρασίας αναφοράς o C o C Τ ο σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C (Appendix X1) περιγράφεται παρακάτω. Για μεγαλύτερη ακρίβεια στους υπολογισμούς, ο ακριβής προσδιορισμός της θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο γίνεται σύμφωνα την Προδιαγραφή ASTM C (Annex A1), η οποία επίσης περιγράφεται παρακάτω. Η εξίσωση (2.1) βασίζεται στην υπόθεση πως ο αρχικός ρυθμός αύξησης της αντοχής, κατά την περίοδο όπου η αύξηση της αντοχής είναι ραγδαία, είναι γραμμική συνάρτηση της

24 13 θερμοκρασίας. Η ορθότητα αυτής της υπόθεσης δεν εξασφαλίζεται για όλο το εύρος των πιθανών θερμοκρασιών συντήρησης. Η εξίσωση (2.1) αποδίδει καλά για θερμοκρασίες μεταξύ 23 ο F και 86 ο F, και πολλοί κατασκευαστές μετρητών ωριμότητας την χρησιμοποιούν λόγω της απλότητάς της, όπου ο F = 9/5 ο C Στο Σχήμα 2.4 απεικονίζεται σχηματικά το θερμοκρασιακό ιστορικό του σκυροδέματος και ο παράγοντας θεοκρασίας-χρόνου υπολογισμένος από τη σχέση 2.1. Ο παράγοντας θερμοκρασίας-χρόνου την χρονική στιγμή t *, ισούται με το εμβαδό που περικλείεται μεταξύ της καμπύλης θερμοκρασίας-χρόνου και ενός οριζόντιου άξονα ο οποίος αντιστοιχεί σε μία θερμοκρασία αναφοράς Τ ο (Carino and Lew, 2001). Σχήμα 2.4 Σχηματική απεικόνιση του θερμοκρασιακού ιστορικού και του παράγοντα θερμοκρασίας-χρόνου υπολογισμένου σύμφωνα με τη σχέση 2.1 (Carino and Lew, 2001).

25 14 Β) Η σχέση ωριμότητας που υπολογίζει σε μια καθορισμένη θερμοκρασία την ισοδύναμη ηλικία, Freiesleben Hansen and Pedersen: e 1 1 Q( ) T T a s t e t =Σ Δ (2.2) όπου, t e = ισοδύναμη ηλικία (equivalent age) στην καθορισμένη θερμοκρασία Τ s, σε d ή h, Q = φαινόμενη ενέργεια ενεργοποίησης (apparent activation energy) = ενέργεια ενεργοποίησης (activation energy), Ε, κανονικοποιημένη ως προς την παγκόσμια σταθερά των αερίων (universal gas constant), R, σε μονάδες: Q= E R kj / mol = Κ, όπου Ε= έως J / K mol J/mol και R= 8.31 J/K mol), * = μέσος όρος της θερμοκρασίας του σκυροδέματος για το χρονικό διάστημα Δt, σε Κ, Τ α Τ s = καθορισμένη θερμοκρασία, σε Κ και Δt = βηματικό χρονικό διάστημα, σε d ή h. Υπενθυμίζεται ότι η θερμοκρασία σε βαθμούς Kelvin (Κ) συνδέεται με τη θερμοκρασία σε βαθμούς, μέσω της σχέσης: Kelvin = Η σχέση (2.2) είναι βασισμένη στη σχέση o C o C του Arrhenius (1888) η οποία περιγράφει την επίδραση της θερμοκρασίας στο ρυθμό της χημικής αντίδρασης μεταξύ μορίων και δίνεται παρακάτω: k=a*exp(-e/r*t) (2.3) όπου, k= σταθερά η οποία προσδιορίζει το ρυθμό της χημικής αντίδρασης μεταξύ μορίων, Α= παράγοντας συχνότητας, ποσοτικοποιεί την πιθανότητα των ατομικών προσκρούσεων κατά το ξεκίνημα των χημικών αντιδράσεων, Τ= μέσος όρος της θερμοκρασίας του σκυροδέματος για το χρονικό διάστημα Δt, σε Κ, Ε= ενέργεια ενεργοποίησης (activation energy), R = παγκόσμια σταθερά των αερίων (universal gas constant)

26 15 Με τη χρήση αυτής της εξίσωσης (2.2) η πραγματική ηλικία του σκυροδέματος μετατρέπεται στην ισοδύναμή του ηλικία (από την άποψη της αύξησης της αντοχής του) σε μια καθορισμένη θερμοκρασία Τs. Η καθορισμένη θερμοκρασία T s σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές Προδιαγραφές, λαμβάνεται ίση με 20 o C, ενώ σύμφωνα με τις Αμερικάνικες Προδιαγραφές, ίση με 23 o C. Η εξίσωση (2.2) αναιρεί τον περιορισμό της εξίσωσης Nurse- Saul και επιτρέπει την θεώρηση μη γραμμικής σχέσης μεταξύ του αρχικού ρυθμού αύξησης της αντοχής και της θερμοκρασίας συντήρησης, υποθέτοντας πως η εξέλιξη της θλιπτικής αντοχής ακολουθεί την εκθετική εξίσωση Arrhenius. Η επιρροή της θερμοκρασίας συντήρησης εισάγεται με την τιμή της ενέργειας ενεργοποίησης. Ο υπολογισμός προσεγγιστικών τιμών της ενέργειας ενεργοποίησης, Ε, δίνεται παρακάτω σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C (Appendix X1), όπως και ο ακριβής υπολογισμός σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C (Annex A1). Τέλος, η εξίσωση (2.2) θεωρείται από πολλούς ερευνητές αποτελεσματικότερη από εκείνη των Nurse-Saul, καθώς εξαλείφει τις αντιφάσεις μεταξύ των σχέσεων αντοχήςωριμότητας, οι οποίες προκύπτουν με διαφορετικές αρχικές θερμοκρασίες συντήρησης (όπως είδαμε παραπάνω, γνωστό και ως φαινόμενο υπερπήδησης βλ. και Σχ. 1.1). Ωστόσο, η εξίσωση (2.2) δε δύναται να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της επιρροής της θερμοκρασίας συντήρησης, κατά την νεαρή ηλικία του σκυροδέματος, στην θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος σε βάθος χρόνου.

27 ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ (ΒΑΣΕΙ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΗΣ ASTM C 1074 ) Γενικά Η εφαρμογή της μεθόδου της ωριμότητας απαιτεί τα παρακάτω βήματα (Σχ. 2.5) : Α) Επιλογή της μαθηματικής σχέσης ωριμότητας και προσεκτικό προσδιορισμό των μεταβλητών αυτής, οι οποίες χαρακτηρίζουν τη χημική σύσταση του συγκεκριμένου μίγματος από σκυρόδεμα που θα χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή και περιγράφουν τις συνθήκες συντήρησης αυτού. Β) Αμέσως μετά τη λήψη των εργαστηριακών αποτελεσμάτων από τις δοκιμές θλιπτικής αντοχής και της καταγραφής του θέρμο/χρονοϊστορικού, απαιτείται σχεδιασμός της καμπύλης συσχετισμού μεταξύ αντοχής και δείκτη ωριμότητας και Γ) Επί τόπου μέτρηση του δείκτη ωριμότητας (ή του θερμοκρασιακού ιστορικού και υπολογισμός του δείκτη ωριμότητας) και τέλος, γραφική εκτίμηση, από την καμπύλη συσχέτισης (B), της αντοχής του διαστρωμένου σκυροδέματος. Η Προδιαγραφή ASTM C 1074 επιτρέπει τον υπολογισμό του δείκτη ωριμότητας από τις δύο εξισώσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω. Για την εξίσωση Nurse Saul (2.1) προτείνεται, για τσιμέντο τύπου I χωρίς πρόσμικτα, σαν θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο οι 0 ο C και η αναμενόμενη θερμοκρασία συντήρησης κυμαίνεται από 0 ο C έως 40 ο C. Για την εξίσωση Freiesleben Hansen and Pedersen (2.2), απαιτείται ως ενέργεια ενεργοποίησης Q να θεωρείται η τιμή 5000 K. Για άλλες συνθήκες ή για μέγιστη δυνατή ακρίβεια αποτελεσμάτων, ο ακριβής προσδιορισμός των τιμών Q και Τ ο πρέπει να γίνεται πειραματικά.

28 17 Σχήμα 2.5 Τα βήματα της διαδικασίας για τη δημιουργία της τελικής καμπύλης συσχέτισης του δείκτη ωριμότητας - αντοχής (ACPA s publications 2005). Αυτή η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της επί τόπου αντοχής του σκυροδέματος σε μια κατασκευή, επιτρέποντας στον μηχανικό να γνωρίζει πότε είναι η κατάλληλη στιγμή για την έναρξη κάποιων κρίσιμων κατασκευαστικών δραστηριοτήτων, όπως η αφαίρεση των ξυλοτύπων. Είναι μια ακριβής και αξιόπιστη μέθοδος για επί τόπου υπολογισμό της αντοχής του σκυροδέματος, σε πραγματικό χρόνο, δίχως την απαίτηση θραύσης δοκιμίων. Ως εκ τούτου θεωρείται ως μία μέθοδος εξοικονόμησης χρημάτων αλλά και πολύτιμου χρόνου.

29 Μέθοδος δημιουργίας καμπύλης συσχέτισης σύμφωνα με ASTM C 1074 (1998) (1) Ετοιμάζονται 15 κυλινδρικά δοκίμια σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C 192/C 192M. Οι αναλογίες του μίγματος και των συστατικών του σκυροδέματος (των δοκιμίων) πρέπει να είναι όμοια με αυτά του σκυροδέματος (της κατασκευής) του οποίου η αντοχή θα εκτιμηθεί με την μέθοδο αυτή. (2) Τοποθετούνται οι θερμικοί αισθητήρες περίπου ± 15 mm, στο κέντρο τουλάχιστον δύο δοκιμίων και συνδέονται με τον θερμοκρασιακό μετρητή ή τον μετρητή ωριμότητας. (3) Συντηρούνται τα δοκίμια σε κλίβανο ή λουτρό ύδατος, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C 511. (4) Στις ηλικίες 1, 3, 7, 14, και 28 ημερών (d), τουλάχιστον, πραγματοποιούνται δοκιμές θλιπτικής αντοχής (Test Method C 39/C 39M). Δοκιμάζονται δύο δοκίμια για κάθε ηλικία και υπολογίζεται ο μέσος όρος των τιμών αντοχής τους. Αν υπάρχει διαφορά της τάξεως πάνω από 10 % των δύο τιμών αντοχής από το μέσο όρο τους, τότε δοκιμάζεται άλλο ένα κυλινδρικό δοκίμιο και υπολογίζεται ο μέσος όρος των τριών τιμών αντοχής. Απορρίπτονται πολύ χαμηλές τιμές αντοχής, λόγω ελαττωματικού δοκιμίου. (5) Σε κάθε μία δοκιμή διαφορετικής ηλικίας, καταγράφεται ο μέσος όρος των υπολογισμένων δεικτών ωριμότητας για τα δοκίμια που δοκιμάστηκαν. (6) Αν έχουν χρησιμοποιηθεί μετρητές ωριμότητας, καταγράφεται ο μέσος όρος των τιμών που εμφανίζονται, κάθε φορά, απευθείας στην οθόνη του μετρητή. (7) Αν έχουν χρησιμοποιηθεί θερμοκρασιακοί μετρητές, υπολογίζονται με την χρήση των εξισώσεων (2.1), (2.2) οι δείκτες ωριμότητας. (8) Σχεδιάζονται τα σημεία με συντεταγμένες (Χ,Υ)=(μέσος όρος τιμής δείκτη ωριμότητας, μέσος όρος τιμής θλιπτικής αντοχής). Στη συνέχεια, σχεδιάζεται μια καμπύλη, προσαρμοσμένη όσο καλύτερα γίνεται, ανάμεσα από τα σημεία αυτά. Αυτή είναι η καμπύλη συσχέτισης αντοχής-ωριμότητας η οποία θα χρησιμοποιηθεί

30 19 για την εκτίμηση της αντοχής του μίγματός από σκυρόδεμα (της κατασκευής), συντηρημένο σε διαφορετικές θερμοκρασιακές συνθήκες. (Σχ. 2.6) Μέθοδος εκτίμησης της θλιπτικής αντοχής (1) Μετά τη διάστρωση του σκυροδέματος τοποθετούνται αμέσως οι θερμοκρασιακοί αισθητήρες στο φρέσκο σκυρόδεμα. Η τοποθέτηση των αισθητήρων στην κατασκευή γίνεται σε σημεία που θεωρούνται κρίσιμα, λαμβάνοντας ως κριτήρια την έκθεσή τους στις συνθήκες περιβάλλοντος, καθώς και τις κατασκευαστικές απαιτήσεις. Για παράδειγμα, σε κτιριακές κατασκευές κρίσιμα σημεία θεωρούνται οι κόμβοι δοκών υποστυλωμάτων όπως και τα εκτεθειμένα τμήματα πλακών. (2) Συνδέονται οι αισθητήρες με τον μετρητή ωριμότητας ή τον θερμοκρασιακό μετρητή, ο οποίος ενεργοποιείται όταν αυτό κρίνεται απαραίτητο. Αμέσως μετά, εισάγονται στον μετρητή οι ίδιες τιμές της θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο (σχ.2.1) ή της ενέργειας ενεργοποίησης Q (σχ.2.2), που χρησιμοποιήθηκαν στον εργαστηριακό υπολογισμό του δείκτη ωριμότητας για την σχεδίαση της καμπύλης συσχέτισης. (3) Όταν εκτιμάται η αντοχή του τμήματος ενός στοιχείου, όπου έχουν τοποθετηθεί οι αισθητήρες, διαβάζεται η ένδειξη του δείκτη ωριμότητας από τον μετρητή ή τη τιμή της θερμοκρασίας από τον θερμοκρασιακό μετρητή. Αυτή η τιμή καταγράφεται και χρησιμοποιείται, ανάλογα, στις σχέσεις 2.1 ή 2.2. (4) Χρησιμοποιώντας την καμπύλη συσχέτισης, που έχει σχεδιαστεί, και για την υπολογισμένη τιμή του δείκτη ωριμότητας εκτιμούμε γραφικά, από την καμπύλη αυτή, τη θλιπτική αντοχή του στοιχείου. (5) Πριν την εκτέλεση οποιασδήποτε κρίσιμης κατασκευαστικής ενέργειας, όπως η αφαίρεση των ξυλοτύπων, πρέπει να επιβεβαιωθεί η ορθότητα των αποτελεσμάτων της μεθόδου της ωριμότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με την εκτέλεση κάποιων προαιρετικών πρακτικών εκτίμησης της θλιπτικής αντοχής. Παρακάτω δίνονται κάποιες τεχνικές: (α) Επιτόπου εκτιμήσεις της θλιπτικής αντοχής σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM Test Method C 803/C 803M (Test Method για την αντοχή διείσδυσης του

31 20 ενυδατωμένου σκυροδέματος) ή ASTM Test Method C 873 (Test Method για τη θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος με θραύση κυλινδρικών δοκιμίων) ή ASTM Test Method C 900 (Test Method για την αντίσταση άφελξης του ενυδατωμένου σκυροδέματος). (β) Δοκιμές θλίψης επί δοκιμίων σε νεαρή ηλικία, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM Test Method C 918 (Test Method για την μέτρηση της αντοχής του σκυροδέματος στην νεαρή του ηλικία και υπολογισμός της αντοχής του για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα), τα οποία δοκίμια ελήφθησαν κατά την έγχυση του σκυροδέματος. (γ) Δοκιμές θλίψης επί δοκιμίων που ελήφθησαν κατά τη σκυροδέτηση, και θα υποβληθούν σε «επιταχυνόμενη» συντήρηση, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM Test Method C 684. (δ) Δοκιμές θλίψης επί δοκιμίων σε νεαρή ηλικία, με τοποθετημένους μετρητές ωριμότητας. Οι τιμές των θλιπτικών αντοχών που λαμβάνονται από τις δοκιμές αυτές, συγκρίνονται με εκείνες που εκτιμήθηκαν από την καμπύλη συσχέτισης που έχει σχεδιαστεί. Αν υπάρχει σταθερή διαφορά στις τιμές αυτές, της τάξεως του 10 %, πρέπει να σχεδιαστεί νέα καμπύλη συσχέτισης αντοχής-ωριμότητας του μίγματος από σκυρόδεμα που εξετάζεται. Σχήμα 2.6 Καμπύλες συσχετισμού (ASTM C 1074, 1998).

32 Προσδιορισμός της θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο (datum temperature) και της ενέργειας ενεργοποίησης Q (activation energy) σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C Προτεινόμενες τιμές Η εξίσωση Nurse-Saul (2.1), η οποία υπολογίζει το δείκτη θερμοκρασίας-χρόνου, υποθέτει την ύπαρξη γραμμικής σχέσης μεταξύ του ρυθμού αύξησης της αντοχής του σκυροδέματος και της θερμοκρασίας. Για τον σωστό υπολογισμό αυτού του δείκτη, απαιτείται να είναι γνωστή αυτή η τιμή της θερμοκρασίας αναφοράς (datum temperature) Τ ο, η οποία αντιστοιχεί στα συγκεκριμένα συστατικά υλικά του σκυροδέματος και των συνθηκών συντήρησής του. Η θερμοκρασία αναφοράς εξαρτάται, από τον τύπο του τσιμέντου, τον τύπο και την ποσότητα των προσμίκτων που χρησιμοποιούνται ή άλλων χημικών παραγόντων τα οποία επηρεάζουν το ρυθμό της ενυδάτωσης και τέλος από τη θερμοκρασιακή κλιμάκωση την οποία υφίσταται το σκυρόδεμα, μέχρι την σκλήρυνσή του. Όταν χρησιμοποιείται τσιμέντο τύπου I χωρίς πρόσμικτα και με τις θερμοκρασίες συντήρησης να κυμαίνονται μεταξύ 0 ο C και 40 ο C, η προτεινόμενη τιμή της θερμοκρασίας αναφοράς είναι Τ ο = 0 ο C. Για άλλες συνθήκες και όταν ζητείται μέγιστη δυνατή ακρίβεια στην εκτίμηση της θλιπτικής αντοχής, η θερμοκρασία αναφοράς υπολογίζεται σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C (Annex A1), όπως θα δούμε παρακάτω. Πρέπει να τονιστεί, πως κάποιοι τύποι μετρητών της ωριμότητας (maturity meters) οι οποίοι υπολογίζουν απευθείας τον παράγοντα θερμοκρασίας-χρόνου (σχέση 2.1), δεν χρησιμοποιούν την κατάλληλη θερμοκρασία αναφοράς Τ ο στους υπολογισμούς τους. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε λανθασμένους υπολογισμούς του παράγοντα. Σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM C (Appendix X1.2.2) η λανθασμένα υπολογισμένη τιμή του παράγοντα, από τον μετρητή, μπορεί να διορθωθεί (σε σχέση με την θερμοκρασία αναφοράς) με τον παρακάτω τρόπο:

33 22 όπου, M = M ( T T ) t (2.4) e d o d M e = διορθωμένη τιμή του παράγοντα θερμοκρασίας χρόνου, C-d ή C-h, M d = λανθασμένη τιμή του παράγοντα θερμοκρασίας χρόνου (υπολογισμένη από τον μετρητή), ο C-d ή ο C-h, Τ = σωστή τιμή της θερμοκρασίας αναφοράς για το σκυρόδεμα, ο C, ο Τ = ενσωματωμένη τιμή της θερμοκρασίας αναφοράς που χρησιμοποιεί ο μετρητής, ο C και d t = παρερχόμενη χρονική περίοδος από τη στιγμή που ο μετρητής τέθηκε σε λειτουργία μέχρι τη στιγμή που ελήφθη η πρώτη μέτρηση, d ή h. ο ο Η υπόθεση ότι ο ρυθμός αύξησης της αντοχής υπακούει στην εξίσωση Arrhenius οδηγεί στη χρήση της σχέσης 2.2, η οποία υπολογίζει την ισοδύναμη ηλικία σε μια καθορισμένη θερμοκρασία. Για τον υπολογισμό της ισοδύναμης ηλικίας είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την τιμή της παραμέτρου κλειδί για την εξίσωση αυτή, δηλαδή της ενέργειας ενεργοποίησης Q (για τα συγκεκριμένα υλικά που χρησιμοποιούμε και τις εκάστοτε συνθήκες συντήρησης). Η ενέργεια ενεργοποίησης εξαρτάται από τον τύπο του τσιμέντου, την ποσότητα των πρόσμικτων τα οποία επηρεάζουν τον ρυθμό αύξησης της αντοχής, και την αναλογία του νερού προς το τσιμέντο N/T. Γενικά, όταν χρησιμοποιείται τσιμέντου τύπου I χωρίς πρόσμικτα οι τιμές που λαμβάνονται για την ενέργεια ενεργοποίησης κυμαίνονται από μέχρι J/mol. Κατά συνέπεια μία κατά προσέγγιση τιμή της Q, ανεξάρτητη από την σταθερά των αερίων (για χρήση στην 2.2), είναι Κ (η τιμή της σταθεράς των αερίων είναι R= 8.31 J/K * mol). Για άλλες συνθήκες και για μεγαλύτερη ακρίβεια στην εκτίμηση της αντοχής του σκυροδέματος ακολουθείται η σύμφωνη διαδικασία με την Προδιαγραφή ASTM C (Annex A1). Επίσης, πρέπει να προσδιοριστεί η τιμή της καθορισμένης θερμοκρασίας Τ s για τον υπολογισμό της ισοδύναμης ηλικίας. Συνήθως, χρησιμοποιείται η τιμή των 20 ο C, αλλά επιτρέπονται και άλλες τιμές, όπως οι 23 ο C, με την προϋπόθεση ότι θ αναφέρεται η τιμή αυτή μαζί με την τιμή της ισοδύναμης ηλικίας. Οι μετρητές ωριμότητας, οι οποίοι υπολογίζουν τιμές της ισοδύναμης ηλικίας σύμφωνα με την εξίσωση (2.2), συνήθως λειτουργούν με βάση συγκεκριμένων τιμών της

34 23 ενέργειας ενεργοποίησης Q. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι υπολογισμοί που θα γίνουν από τον μετρητή για το υπό εξέταση σκυρόδεμα, δεν μπορούν να διορθωθούν μελλοντικά αν αυτό κρίνεται απαραίτητο. Γι αυτό απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή και ικανότητα από τον χρήστη να αναγνωρίζει πότε η τιμή της ενέργειας ενεργοποίησης του διαστρωμένου σκυροδέματος δεν είναι ίδια με την τιμή που χρησιμοποιεί ο μετρητής Γενική μεθοδολογία ακριβούς προσδιορισμού της ενέργειας ενεργοποίησης Q και της θερμοκρασίας αναφοράς Τ ο Η μέθοδος του πειραματικού προσδιορισμού της ενέργειας ενεργοποίησης και της θερμοκρασίας αναφοράς, μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας δοκίμια κονιάματος, τα αποτελέσματα από τις δοκιμές του οποίου θα είναι εφαρμόσιμα στο υπό εξέταση σκυρόδεμα. Ο βασικός στόχος είναι να καθιερωθεί μια σχέση μεταξύ της θλιπτικής αντοχής και της ηλικίας των δειγμάτων αυτών, για τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες συντήρησης (δηλαδή για δύο ακραίες θερμοκρασίες που αναμένεται να αποκτήσει το διαστρωμένο σκυρόδεμα, το χρονικό διάστημα κατά το οποίο θα υπολογιστούν οι τιμές της αντοχής του, καθώς και για μία ενδιάμεση θερμοκρασία). Σχεδιάζεται ένα κονίαμα με στόχο την επίτευξη ενός λόγου λεπτών αδρανών / τσιμέντου (λόγος μαζών), ίσου με το λόγο χονδρών αδρανών / τσιμέντου, του υπό εξέταση σκυροδέματος. Το κονίαμα πρέπει να έχει τον ίδιο λόγο νερού / τσιμέντου και τις ίδιες ποσότητες πρόσμικτων, με το υπό εξέταση σκυρόδεμα. Προετοιμάζονται 3 δοκίμια κονιάματος, σύμφωνα με την Προδιαγραφή ASTM (Test Method) C 403/ C 403M. Προσεχτικά, βυθίζεται κάθε ένα από τα δοκίμια σε λουτρό ύδατος με διαφορετική θερμοκρασία ύδατος το καθένα. Καταγράφεται η τελική χρονική στιγμή σκλήρυνσης των δειγμάτων για κάθε θερμοκρασία, σύμφωνα με την προδιαγραφή ASTM (Test Method) C 403/ C 403M. Τα δείγματα απομακρύνονται από τα λουτρά ύδατος και το περισσευούμενο νερό αφαιρείται, πριν γίνουν οι δοκιμές διείσδυσης (για επιβεβαίωση της σκλήρυνσης), για παράδειγμα η δοκιμή με τη βελόνα Vicat. Αν τα δεδομένα αναλυθούν με τη χρήση των μεθόδων επαναγωγής (βλέπε παρακάτω), δεν είναι απαραίτητο να μετρηθούν οι χρόνοι συντέλεσης της στερεοποίησης των δειγμάτων. Comment [ΑΓ1]: Τι δοκιμές είναι αυτές χρειάζονται? δεν τις έχω αναφέρει αλλού?