Το Αυτοσυμπυκνούμενο Σκυρόδεμα στην Ελληνική πραγματικότητα, νέες εξελίξεις, τάσεις και προοπτικές

Transcript

1 Το Αυτοσυμπυκνούμενο Σκυρόδεμα στην Ελληνική πραγματικότητα, νέες εξελίξεις, τάσεις και προοπτικές K.Γ. Παπανικολάου Λέκτορας, Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Πατρών 1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα (ΑΣΣ self compacting, ή self consolidating, concrete SCC στη διεθνή βιβλιογραφία) είναι το είδος του σκυροδέματος το οποίο δύναται να πληρώσει οποιονδήποτε τύπο (ξυλότυπο, μεταλλότυπο, πλαστικότυπο κτλ.) και να αποκτήσει ικανή συμπύκνωση αποκλειστικά μέσω της βαρύτητας και της ρεολογικής του συμπεριφοράς. Κύριο χαρακτηριστικό του ΑΣΣ είναι η ιδιαίτερα αυξημένη του ρευστότητα σε συνδυασμό με τη διατήρηση της απαιτούμενης «σταθερότητας», η οποία αποτελεί μέτρο της αντίστασης διαχωρισμού του αναμίγματος. Πρόκειται για σκυρόδεμα προηγμένης τεχνολογίας, το οποίο εμπίπτει στην κατηγορία των σκυροδεμάτων υψηλής επιτελεστικότητας (σκυροδέματα με επιλεκτικά αναβαθμισμένες ιδιότητες). Πρωτοπόροι στην ανάπτυξη και εφαρμογή του αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος υπήρξαν οι Ιάπωνες ερευνητές (σε ακαδημαϊκό επίπεδο) και εργολάβοι (σε επίπεδο παραγωγής), οι οποίοι εκλήθησαν να αντιμετωπίσουν, στα μέσα της δεκαετίας του 80, την αυξανόμενη έλλειψη σε ειδικευμένο προσωπικό και να μειώσουν τα επακόλουθα προβλήματα ανθεκτικότητας των κατασκευών Ο/Σ, λόγω πλημμελούς, ή ακόμη και υπερβάλλουσας δόνησης. Ως απάντηση στα προβλήματα αυτά, επροτάθη από τον καθηγητή Oamura, το 1986, η ανάπτυξη μίας σύνθεσης σκυροδέματος, η οποία θα αναιρεί την ανάγκη συμπύκνωσης του υλικού μέσω μηχανικής δόνησης (Ouchi, 1998) και θα αποτελεί μετεξέλιξη του έγχυτου ύφαλου σκυροδέματος (ή του υποβρυχίως εγχυόμενου σκυροδέματος ανθεκτικού σε απόπλυση anti-washout underwater concrete). Βασική και θεμελιώδης εργαστηριακή έρευνα πραγματοποιήθηκε από τους Ozawa και Maeawa στο Πανεπιστήμιο του Τόκυο, ενώ η πρώτη πρωτότυπη σύνθεση αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος με χρήση υλικών της (Ιαπωνικής) αγοράς ετοίμου σκυροδέματος έγινε πραγματικότητα το 1988 (Ozawa et al., 1989). Μέχρι τα τέλη του 2007, πέντε διεθνή συνέδρια [Stocholm, Sweden, (1999), Toyo, Japan (2000), Reyjavi, Iceland (2003) και Rosemont, Illinois, USA (2005), Ghent, Belgium (2007)] και πλείστες διεθνείς συνεργασίες μέσα στα πλαίσια ερευνητικών προγραμμάτων 1 ειδικά για την τεχνολογία του αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος συνέβαλαν στη διάχυση της υπάρχουσας γνώσης και στην παραγωγή νέας. Επιπλέον, το διαρκώς αυξανόμενο ερευνητικό ενδιαφέρον οδήγησε στην ίδρυση ειδικών επιστημονικών επιτροπών 2, οι εργασίες των οποίων αντικατοπτρίζουν τις προσπάθειες των αντίστοιχων φορέων για τροποποίηση των ισχυόντων κανονισμών και προτύπων, έτσι ώστε το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα να συμπεριληφθεί σε σχετικά κείμενα. Σύμφωνα με τη συνισταμένη γνώμη πολλών ερευνητών, το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα αποτελεί τη μεγαλύτερη εξέλιξη στον τομέα της τεχνολογίας σκυροδέματος τα τελευταία πενήντα χρόνια. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα που πηγάζουν από τη χρήση του συνοψίζονται στον Πίνακα 1. 1 Βλέπε: Brite-EuRam project BRPR-CT : RATIONAL PRODUCTION AND IMPROVED WORKING ENVIRONMENT THROUGH USING SELF COMPACTING CONCRETE ( ) GROWTH project GRD : Testing SCC ( ) Nordic SCCNet: Mix Design / Quality Control / Production & Execution / Economical & Contractual Aspects / Guidelines ( ). 2 Βλέπε: RILEM TC174 Self-compacting concrete ( ) RILEM TC188-CSC Casting of self-compacting concrete (2000- ) RILEM TC DSC Durability of self-compacting concrete (2004- ) European Committee for Standardization CEN TC 104/SC1 TG8 Concrete Tests Methods NORDTEST Nordic Evaluation of Methods for Testing Fresh Self-Compacting Concrete ACI Committee 237 Self-Consolidating Concrete ASTM C09.47 Self-consolidating Concrete». 1

2 Πίνακας 1. Πλεονεκτήματα από τη χρήση ΑΣΣ. Επί μέρους θετικά χαρακτηριστικά Μείωση του χρόνου σκυροδέτησης (λόγω απουσίας του σταδίου της μηχανικής δόνησης) Δυνατότητα σκυροδέτησης μελών περίπλοκης γεωμετρίας (π.χ. κλειστοί τύποι με αρνητικές κλίσεις), μελών με ιδιαίτερα πυκνό οπλισμό, ή επίπεδων επιφανειών μεγάλης επιφάνειας (αυτοεπιπέδωση) Ελαχιστοποίηση των εργασιών επιδιόρθωσης των σκυροδετημένων στοιχείων λόγω κακοτεχνιών Μείωση του απαιτούμενου εργατικού δυναμικού ανά σκυροδετούμενο στοιχείο Μεγαλύτερη εργονομία στο χώρο σκυροδέτησης Βελτιωμένες εξωτερικές επιφάνειες Ικανοποιητική και ομοιόμορφη συμπύκνωση Μείωση της διασποράς των τιμών των μηχανικών ιδιοτήτων Μείωση της ηχορύπανσης (δυνατότητα σκυροδέτησης κατά τη διάρκεια περιόδων κοινής ησυχίας, ή πλησίον νοσοκομείων, σχολείων και άλλων δημοσίων κτιρίων σε ώρες λειτουργίας τους) Εξάλειψη της φυσικής καταπόνησης από τη χρήση δονητών (π.χ. εξάλειψη αγγειακών δυσλειτουργιών, όπως το σύνδρομο των «λευκών δακτύλων») και της πιθανότητας εργατικών ατυχημάτων Μείωση των τιμών συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων πλησίον του σημείου σκυροδέτησης Δυνατότητα ικανοποίησης περίπλοκων αρχιτεκτονικών απαιτήσεων (π.χ. άψογη απόδοση του αρχιτεκτονικού αναγλύφου εμφανών σκυροδεμάτων) Χρησιμοποίηση συστατικών λεπτού καταμερισμού των οποίων η διάθεση προκαλεί περιβαλλοντικά προβλήματα (π.χ. πληρωτικά από βιομηχανικά παραπροϊόντα, εξαιρετικά λεπτόκοκκα υπολείμματα λατομείων, κα.) Βασικά πλεονεκτήματα Αυξημένη παραγωγικότητα Αυξημένη ανθεκτικότητα Αναβαθμισμένο περιβάλλον εργασίας Υψηλή αισθητική Αειφορία και βιώσιμη ανάπτυξη Παρά ταύτα, προσωπική άποψη της γράφουσας είναι ότι τα υλικά (δομικά ή μη, φυσικά ή τεχνητά) χαρακτηρίζονται απλά από ιδιότητες και συμπεριφορές και όχι αναγκαστικά από πλεονεκτήματα ή μειονεκτήματα. Είναι λογικότερο να ομιλούμε περί ορθού, αποδοτικού ή/και ευφυούς τρόπου εκμετάλλευσης της κάθε ιδιότητας, ή συμπεριφοράς, ενός υλικού όταν αναφερόμαστε στα πλεονεκτήματά του και περί απουσίας, αποτυχίας ή/και άστοχης εκμετάλλευσης των χαρακτηριστικών τού εν λόγω υλικού, όταν αναφερόμαστε στα μειονεκτήματά του. Τα παραπάνω μπορεί να εκληφθούν ως αυτονόητα ή ως εκ περισσού λογοκοπίες αποκαλύπτουν όμως ουσιαστικά το γεγονός ότι το μεγαλύτερο μέρος της ευθύνης για την επιτυχία ή την αποτυχία μίας εφαρμογής το φέρει ο εφαρμοστής, ο οποίος έχει επιλέξει τις μεθόδους αξιοποίησης ενός υλικού με συγκεκριμένες ιδιότητες. Υπό αυτό το πρίσμα, το ΑΣΣ είναι περισσότερο μία καινοφανής τεχνολογία, παρά ένα νέο υλικό, το οποίο επιφέρει σημαντικές αλλαγές στην παραγωγική διαδικασία και στον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τα τεχνικά έργα. Πιο συγκεκριμένα, τα ιδιαίτερα ρεολογικά χαρακτηριστικά του ΑΣΣ, τα οποία και αποτελούν τη βασική ειδοποιό του διαφορά με το συμβατικό σκυρόδεμα, επιτρέπουν την ικανοποίηση απαιτήσεων για αυξημένη παραγωγικότητα και ανθεκτικότητα, αναβαθμισμένο περιβάλλον εργασίας, υψηλή αισθητική και αειφόρο ανάπτυξη μόνο εάν, παράλληλα, η παραγωγική διαδικασία εξασφαλίζει σε όλα της τα στάδια απόλυτη συμμόρφωση με αυστηρά κριτήρια ποιοτικού ελέγχου. Για παράδειγμα, η αυξημένη ρευστότητα του ΑΣΣ δύναται να προκαλέσει αντίθετα με τα επιθυμητά αποτελέσματα όταν οι χρησιμοποιούμενοι τύποι παρουσιάζουν κακοτεχνίες (π.χ. διαρροές από συναρμογές ξυλοτύπων), ή όταν δεν έχουν διαστασιολογηθεί κατάλληλα ώστε να δύνανται να φέρουν με ασφάλεια τις εσωτερικές 2

3 πλευρικές πιέσεις λόγω υψηλού ρυθμού σκυροδέτησης (σε κατακόρυφα στοιχεία). Κάτι τέτοιο δε συνεπάγεται ότι το ΑΣΣ μειονεκτεί ως προς την ευχέρεια σκυροδέτησης, αλλά ότι οι συναφείς με τη σκυροδέτηση εργασίες πρέπει να πληρούν υψηλά κριτήρια ποιότητας. Και ενώ, γενικά, η διατύπωση των κριτηρίων ποιότητας βασίζεται κυρίως σε αντικειμενικές επιστημονικές αρχές και δεδομένα, η σωστή τους εφαρμογή στην πράξη εξαρτάται άμεσα από την επικρατούσα νοοτροπία στον τεχνικό κόσμο. Έτσι, οι αλλαγές στην παραγωγική διαδικασία και στον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τα τεχνικά έργα είναι στην ουσία αλλαγές νοοτροπίας, δηλαδή αλλαγές με πολιτισμικές προεκτάσεις. Για την περίπτωση του ΑΣΣ, οι τελευταίες αφορούν όχι μόνο τον τεχνικό κόσμο, αλλά το σύνολο του κοινωνικού ιστού, καθώς η «οικοδομή» (εάν αναφερόμαστε στην επί τόπου δόμηση) δεν είναι πλέον ένας χώρος ο οποίος προκαλεί έντονη όχληση (περιβαλλοντική ρύπανση και ηχορύπανση, ή κυκλοφοριακά προβλήματα λόγω πολύωρου αποκλεισμού οδών πρόσβασης). Πίνακας 2. Σημεία προσοχής στη χρήση ΑΣΣ. Επί μέρους ιδιαιτερότητες Μεγαλύτερη ευαισθησία των συνθέσεων στις διακυμάνσεις των ιδιοτήτων των συστατικών (ποσοστό υγρασίας αδρανών, λεπτότητα κονιών, κ.α.). Το ΑΣΣ δε «συγχωρεί» λάθη. Πιθανότητα ύπαρξης διαφορών μεταξύ ρεολογικής συμπεριφοράς στο εργαστήριο και στο πεδίο. Το ΑΣΣ απαιτεί μεγαλύτερη εξειδίκευση του προσωπικού το οποίο είναι υπεύθυνο για τη μελέτη σύνθεσης, την παραγωγή, τη μεταφορά, την άντληση, τη διάστρωση και τον ποιοτικό έλεγχο των σταδίων αυτών. Εξασφάλιση στεγανότητας τύπων και προσεκτική τους διαστασιολόγηση για υψηλούς ρυθμούς σκυροδέτησης. Το ΑΣΣ απαιτεί υψηλό βαθμό συνέργειας και ποιότητας σε όλα τα στάδια της παραγωγής. Απαίτηση αναβάθμισης των υπαρχουσών υλικοτεχνικών υποδομών στα παρασκευαστήρια (π.χ. πρόσθετα σιλό αποθήκευσης κονιών, νέες συσκευές ελέγχου των ιδιοτήτων νωπού ΑΣΣ, υγρόμετρα ακριβείας). Η παραγωγή ενός προηγμένου προϊόντος δε δύναται να πραγματοποιηθεί με τη χρήση παρωχημένης τεχνολογίας. Προϋποθέσεις επιτυχούς εφαρμογής ΑΣΣ Αυστηρότερα κριτήρια ποιοτικού ελέγχου για: Πρώτες ύλες Παραγωγή Αποδοχή στο εργοτάξιο ή στη γραμμή παραγωγής προκατ/νων στοιχείων Άντληση/διάστρωση Συντήρηση 2 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΙΤΕΥΞΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ Για να καταστεί δυνατή από ένα νωπό σκυρόδεμα η πλήρωση όλων των πτυχών ενός τύπου (καλουπιού), δίχως τη χρήση δονητών, θα πρέπει το υλικό να χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό παραμορφωσιμότητας ( ρευστότητας), συγκρίσιμο με εκείνο ενός ρευστού μέσου. Η αύξηση της ρευστότητας του τσιμεντοπολτού ενός σκυροδέματος επιτυγχάνεται με την αύξηση του λόγου νερού προς τσιμεντοειδή υλικά ( = το σύνολο των συνδετικών κονιών στο ανάμιγμα), ειδάλλως η προσθήκη υπερρευστοποιητή είναι απαραίτητη. Παράλληλα, ένα σκυρόδεμα με χαρακτηριστικά αυτοσυμπύκνωσης κατά τη νωπή του φάση θα πρέπει να παρουσιάζει αυξημένη αντίσταση έναντι διαχωρισμού, καθώς, εάν η τάση προς απόμιξη των συστατικών του είναι έντονη, δε θα καταστεί δυνατή η διέλευση του μίγματος από στενά ανοίγματα (π.χ. ανοίγματα μεταξύ οπλισμών), λόγω έμφραξης των πιο χονδρόκοκκων αδρανών στα χείλη των ανοιγμάτων. Η αύξηση της αντίστασης έναντι διαχωρισμού του νωπού σκυροδέματος επιτυγχάνεται μέσω της αύξησης του ιξώδους του τσιμεντοπολτού, το οποίο με τη σειρά του αυξάνεται με τη μείωση του λόγου νερού προς τσιμεντοειδή υλικά και του λόγου αδρανή προς τσιμεντοειδή υλικά, με την ορθολογιστική διαβάθμιση των αδρανών, ή με την προσθήκη ενός ειδικού χημικού παράγοντα (ρυθμιστής ιξώδους). 3

4 Αύξηση της παραμορφωσιμότητας του μίγματος συνεπάγεται (ή προϋποθέτει) τη μείωση της ενέργειας η οποία δαπανάται μέσω τριβής, είτε ενδοστρωσιακής (λόγω σύγκρουσης και αλληλεμπλοκής των αδρανών κατά τη ροή του σκυροδέματος), είτε στο όριο ρέοντος σκυροδέματος σταθερού υποστρώματος. Αντιθέτως, αύξηση του ιξώδους του μίγματος συνεπάγεται (ή προϋποθέτει) την αύξηση της ενέργειας παραμόρφωσης. Από τα παραπάνω, καθίσταται φανερή η αντιθετικότητα της ταυτόχρονης διατήρησης ενός υψηλού βαθμού παραμορφωσιμότητας του σκυροδέματος και μίας αυξημένης αντίστασης έναντι διαχωρισμού των φάσεών του. Εάν το ιξώδες του τσιμεντοπολτού αυξηθεί μέσω της μείωσης του λόγου νερού προς τσιμεντοειδή υλικά, τότε η χρήση υπερρευατοποιητή είναι απαραίτητη για την αύξηση της παραμορφωσιμότητας τους μίγματος. Ως αποτέλεσμα των επιτευγμάτων της χημικής βιομηχανίας, οι υπερρευστοποιητές νέας γενιάς επιφέρουν μικρή απώλεια του ιξώδους του τσιμεντοπολοτού, επιτρέποντας με αυτόν το τρόπο τη συνύπαρξη (εντός συγκεκριμένου εύρους τιμών) φαινομενικά αλληλοκρουόμενων ιδιοτήτων, όπως είναι η υψηλή ρευστότητα και η συνετικότητα/σταθερότητα του μίγματος. Η συμπεριφορά των νωπών τσιμεντοειδών αναμιγμάτων προσομοιώνεται με εκείνη των «πλαστικών» (παχύρευστων) υγρών, σύμφωνα με την εξίσωση του Bingham: τ = τ 0 + η γ& (1) pl όπου τ η εσωτερική διατμητική τάση, γ& ο ρυθμός ανάπτυξης της τάσης αυτής, τ0 το όριο έναρξης ροής, δηλαδή η κρίσιμη τιμή της διατμητικής τάσης κάτω από την οποία το υλικό συμπεριφέρεται ως απλό (Νευτώνειο) υγρό (όσο μικρότερο το, τόσο πλησιέστερα στη συμπεριφορά απλού υγρού βρίσκεται το ανάμιγμα) και (μέτρο της αντίστασης ροής ενός υλικού, λόγω της εσωτερικής του τριβής). η pl τ 0 το πλαστικό ιξώδες του υλικού Έτσι, αύξηση του νερού ανάμιξης έχει μεν ως αποτέλεσμα τη μείωση του ορίου έναρξης ροής (αύξηση της κάθισης), αλλά και του πλαστικού ιξώδους του μίγματος, γεγονός το οποίο, όπως προανεφέρθη, οδηγεί σε διαχωρισμό των αδρανών από τον τσιμεντοπολτό. Οι Oamura et al. ανέτρεψαν αυτή την αντίφαση καταφέρνοντας να ελέγξουν και να ρυθμίσουν ανεξάρτητα τις τιμές του ορίου έναρξης ροής και του πλαστικού ιξώδους του τσιμεντοπολτού με την κατάλληλη χρήση υπερρευστοποιητών (για τη βελτιστοποίηση της διασποράς των κόκκων τσιμέντου) και κατάλληλα επιλεγμένης περιεκτικότητας και κοκκομετρικής διαβάθμισης αδρανών (για την αύξηση της συνοχής του μίγματος). 3 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Τα συστατικά, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παρασκευή ΑΑΣ, δύνανται (και πρέπει) να συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις του Ευρωπαϊκού Προτύπου ΕΝ 206, το οποίο καλύπτει την περίπτωση των συστατικών για το κοινό σκυρόδεμα (THE SELF-COMPACTING CONCRETE EUROPEAN PROJECT GROUP, 2005). 3.1 Τσιμέντο Όλοι οι τύποι τσιμέντου που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή συμβατικού σκυροδέματος είναι κατάλληλοι και για την παρασκευή Α.Σ.Σ, αρκεί να πληρούν τις προϋποθέσεις του σχετικού Ευρωπαϊκού Προτύπου (ΕΝ 197-1:2000). Ωστόσο, προτιμώνται τσιμέντα στα οποία η ικανότητα διασποράς των κόκκων τους από τα υπερρευστοποιητικά είναι μεγάλη, όπως το τσιμέντο Portland με μικρή περιεκτικότητα σε C3A (αργιλικό τριασβέστιο) και C4AF (αργιλοσιδηρούχο τετρασβέστιο), καθώς και το τσιμέντο πλούσιο σε belite (C2S δυασβεστικό πυριτικό άλας). Τέλος, προτιμώνται τσιμέντα πλούσια σε belite (σε περιεκτικότητες από 40% έως 70%), καθώς παρουσιάζουν αρκετά χαμηλότερες θερμοκρασίες ενυδάτωσης από το συνηθισμένο τσιμέντο Portland. 4

5 3.2 Πρόσθετα Με σκοπό την εξασφάλιση ικανοποιητικών ρεολογικών χαρακτηριστικών και παράλληλα τη μείωση του κινδύνου διαχωρισμού ή εξίδρωσης, το ΑΣΣ περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα συνδετικών κονιών (μεγαλύτερη των 400 g/m 3 ) από το συμβατικό. Ωστόσο, για να αποφευχθούν προβλήματα λόγω αυξημένης θερμότητας ενυδάτωσης, το μίγμα συνδετικών κονιών αποτελείται συνήθως από ένα συνδυασμό δύο ή τριών εξαιρετικά λεπτόκοκκων πληρωτικών υλικών. Η επιλογή του τύπου κάθε πρόσθετου και η περιεκτικότητά του, γίνεται με βάση τις επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες σε μικρή ηλικία, την τελική απαιτούμενη θλιπτική αντοχή και την ανθεκτικότητα στο χρόνο. Παρακάτω περιγράφονται περιληπτικά τα κυριότερα πρόσθετα για την παραγωγή ΑΣΣ: Παιπάλη (σκόνη) πετρωμάτων (διάμετρος κόκκων μικρότερη των mm - ΕΝ 12620:2002): Μαρμαρόσκονη, κονιορτοποιημένοι ασβεστόλιθοι, δολομίτες ή γρανίτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συνδετικές κονίες. Η ύπαρξη δολομιτικής προέλευσης παιπάλης, ωστόσο, στο ανάμιγμα είναι δυνατό να προκαλέσει προβλήματα ανθεκτικότητας λόγω αλκαλικότητας. Ιπτάμενη τέφρα (ΙΤ, γνωστή και ως pulverized fuel ash, PFA - ΕΝ 450-1:2005): Παραπροϊόν της καύσης λεπτοαλεσμένου άνθρακα στα ηλεκτροπαραγωγικά εργοστάσια (λιγνίτη για τα Ελληνικά δεδομένα). Πρόκειται για υλικό με ποζολανικές ιδιότητες πολύ λεπτής διαβάθμισης (ποσοστό διερχόμενων από το κόσκινο των 45 μm μεγαλύτερο του 75%) 3. Πυριτική παιπάλη (silica fume, SF, ή microsilica - ΕΝ :2005): Εξαιρετικά λεπτόκοκκο υλικό με μέγεθος σωματιδίων 100 φορές μικρότερο από εκείνα του OPC. Τα σωματίδια πυριτικής παιπάλης προσκολλώνται στην επιφάνεια των αδρανών και πληρούν τα κενά μεταξύ των σωματιδίων του τσιμέντου, βελτιώνοντας τη συνεκτικότητα του μίγματος. Άμεση συνέπεια των παραπάνω είναι η μείωση του όγκου κενών στη μεταβατική ζώνη, γεγονός που συμβάλλει στην αναβάθμιση εκείνων των ιδιοτήτων του σκυροδέματος που συνδέονται με τη μικρορηγμάτωση στη διεπιφάνεια αδρανών μήτρας και τη διαπερατότητα. Εξαιρετικά λεπτοαλεσμένη άμορφη κολλοειδής πυριτία (ultra fine amorphous colloidal silica, ή nanosilica): Ιριδίζον εναιώρημα με περιεκτικότητα 10-50% σε σωματίδια πυριτίας μεγέθους 5-50 nm (Sarp & Sarar, 2000). Η χρήση της ουσίας αυτής (σε ποσοστό περίπου 5% κ.β. τσιμεντοειδών υλικών) περιορίζει την εξίδρωση και συμβάλλει στην σταθεροποίηση του μίγματος, ιδιαίτερα όταν το ποσοστό των πληρωτικών είναι χαμηλό. Σκωρία υψικαμίνων (ground granulated blast furnace slag - BS 6699:1992): Λεπτότατοι κόκκοι οι οποίοι προέρχονται από κονιορτοποίηση των παραπροϊόντων υψικαμίνων σιδηρομεταλλευμάτων. Πληρωτικό γυαλιού (ground glass filler): Λεπτά διαβαθμισμένο ανακυκλωμένο γυαλί με μέγιστο μέγεθος κόκκου 0.1 mm. Χρωστικές ουσίες: Η καταλληλότητά χρήσης τους σε αναμίγματα ΑΣΣ καθορίζεται στο Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ 12878:2005. Άλλα συμπληρωματικά τσιμεντοειδή υλικά, τα οποία αναφέρονται στη σχετική με το ΑΣΣ βιβλιογραφία, είναι η χαλαζιακή σκόνη, η παιπάλη κιμωλίας, o μετακαολίνης και η πούδρα φλοιών όρυζας (rice hus). 3.3 Αδρανή Χονδρόκοκκα αδρανή: Όλοι οι τύποι χονδρόκοκκων αδρανών είναι κατάλληλοι για την παρασκευή Α.Σ.Σ (σχετικό Ευρωπαϊκό Πρότυπο: 12620:2002). Στη βιβλιογραφία συνιστώνται διάφορες τιμές για το μέγεθος του μέγιστου κόκκου: 20 (THE SELF- 3 Στην Ελλάδα παράγονται ετησίως περί τους 12 εκατ. τόνους ιπτάμενης τέφρας (στοιχεία από ΑΗΣ ΔΕΗ), εκ των οποίων μόλις το 10% χρησιμοποιείται από την εγχώρια τσιμεντοβιομηχανία για την παραγωγή σύνθετων τσιμέντων (ενώ το υπόλοιπο 90% παραμένει αναξιοποίητο). Ένας από τους βασικούς λόγους για τους οποίους οι Ελληνικές ιπτάμενες τέφρες δεν έχουν βρει τον δρόμο τους την Παρασκευή σκυροδέματος ως πρόσθετα υλικά είναι ότι ανήκουν στην κατηγορία των ασβεστοπυριτικών και πλούσιων σε άσβεστο τεφρών. Για τις ασβεστούχες τέφρες δεν υπάρχει Ευρωπαϊκό πρότυπο και η δυνατότητα χρησιμοποίησης τους μπορεί να διασφαλισθεί μόνο βάσει εθνικού σχετικού κανονισμού που θα προσαρμόζεται / εντάσσεται στο ΕΝ 206 (Παπαγιάννη, 2005). Το σχέδιο προδιαγραφών για την Ελληνική ΙΤ έχει ήδη συνταχθεί (βλ. 5

6 COMPACTING CONCRETE EUROPEAN PROJECT GROUP, 2005), 25 mm (JSCE, 1999), και μεταξύ 10 και 20 mm (AFGC, 2000). Ως προς το σχήμα τους, τα θραυστά και γωνιώδη αδρανή τείνουν να βελτιώσουν την αντοχή εξαιτίας της αλληλεμπλοκής των κόκκων και της καλής τους πρόσφυσης στην τσιμεντοειδή μήτρα, ενώ τα λεία και σφαιρικά αδρανή βελτιώνουν τη ροή εξαιτίας της μικρότερης εσωτερικής τριβής. Το κατ όγκον ποσοστό των χονδρόκοκκων αδρανών πρέπει να περιορίζεται έτσι ώστε να μειώνονται οι πιθανότητες επαφής ή σύγκρουσης μεταξύ τους. Σε αντίθετη περίπτωση, «γέφυρες» από χονδρόκοκκα αδρανή σχηματίζονται στη μάζα του νωπού σκυροδέματος με αποτέλεσμα να μειώνεται η ικανότητα του ΑΑΣ να διέρχεται από πυκνές διατάξεις οπλισμών, ακόμα και όταν το πλαστικό ιξώδες του τσιμεντοπολτού είναι το κατάλληλο. Άμμος (μέγεθος κόκκων μεταξύ και 4 mm): Όλοι οι τύποι άμμου που χρησιμοποιούνται στην παρασκευή κοινού σκυροδέματος είναι κατάλληλες και για την παρασκευή ΑΑΣ. 3.4 Νερό ανάμιξης Το νερό ανάμιξης (το οποίο μπορεί να προέρχεται και από ανακύκλωση των απορροών παρασκευαστηρίου σκυροδέματος) κρίνεται κατάλληλο, εάν πληροί τις προϋποθέσεις του Ευρωπαϊκού Προτύπου ΕΝ Πρόσμικτα Τα χημικά πρόσμικτα είναι μακρομοριακές οργανικές ενώσεις και διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: στους υπερρευστοποιητές (ή υπερπλαστικοποιητές superplasticizers, SP) και στους ευρέως φάσματος υδατικούς μειωτήρες (high range water reducers, HRWR). Σημειώνεται ότι πρόκειται για το ίδιο προϊόν, καθώς η διαφορετική δράση τους οφείλεται κυρίως στους διαφορετικούς τρόπους χρήσης τους (Πίνακας 3), και όχι στη χημική τους σύσταση. Οι πιο διαδεδομένοι τύποι υπερπλαστικοποιητών είναι εκείνοι με βάση τη σουλφοναφθαλίνη, το πολυκαρβοξύλιο, τη σουλφομελανίνη και την αμινοσουλφαμίνη. Πίνακας 3. Διαφορές μεταξύ SP και HRWR. Χημικό πρόσθετο Υπερπλαστικοποιητές (SP) Ευρέως φάσματος υδατικοί μειωτήρες (HRWR) Λειτουργία Η συνεκτικότητα και η εργασιμότητα του μίγματος αυξάνονται με τη δοσολογία, ενώ ο λόγος Ν/ΤΥ (νερό προς τσιμεντοειδή υλικά) και η αντοχή παραμένουν σχεδόν ανεπηρέαστοι. Μείωση του νερού ανάμιξης (επομένως και του λόγου Ν/ΤΥ) και προσθήκη του χημικού στο ύφυγρο μίγμα, με αποκατάσταση της συνεκτικότητας και της εργασιμότητας και αύξηση της αντοχής. Η δραστικότητα των χημικών πρόσμικτων, ως προς τη συνεκτικότητα του μίγματος, εξαρτάται από τον τύπο τους, την χρονική στιγμή της εισαγωγής τους στο μίγμα, τη δοσολογία τους, τον λόγο Ν/ΤΥ, την κοκκομετρική διαβάθμιση, το είδος των τσιμεντοειδών συστατικών, τη θερμοκρασία του σκυροδέματος, κ.α. Ο προσδιορισμός των δοσολογιών χημικών προσμίκτων είναι σχετικά περίπλοκος, ενώ χαρακτηρίζεται ως κρίσιμος παράγοντας για το κόστος, τον βαθμό της κατασκευαστικής ευχέρειας και τις μηχανικές ιδιότητες του ΑΣΣ σε μικρές ηλικίες. Η προσθήκη της βέλτιστης ποσότητας χημικού προσμίκτου παρέχει εργάσιμο μίγμα, για το επιθυμητό χρονικό διάστημα, αποτρέπει την απόμιξη και επηρεάζει σε ελάχιστο βαθμό τον χρόνο πήξης και τις μηχανικές ιδιότητες του σκυροδέματος στις μικρές ηλικίες. Ένα σημείο ιδιαίτερης προσοχής είναι η συμβατότητα μεταξύ των χημικών πρόσθετων και του τσιμέντου Portland, αλλά και μεταξύ τους. 3.6 Ρυθμιστικοί παράγοντες ιξώδους Οι ρυθμιστικοί παράγοντες για το ιξώδες (viscosity modifying agents VMAs) αποτελούν καινοτομία για το πεδίο των χημικών σκυροδέματος, επιτρέποντας την παρασκευή ΑΣΣ με μικρή ποσότητα πληρωτικών (περιπτώσεις σκυροδεμάτων με μεγάλο λόγο νερού προς 6

7 τσιμεντοειδή υλικά). Προστίθενται συνήθως σε ποσοστά % κ.β. τσιμεντοειδών υλικών και διακρίνονται σε δύο τύπους: (i) Βελτιωτικά άντλησης με βάση την τροποποιημένη σελουλόζη ή τα ενυδατωμένα άμυλα και (ii) Διαλύματα πολυεθυλενίου-γλυκόλης. 3.7 Αερακτικά Η προσθήκη αερακτικών αποσκοπεί (όπως και στο κοινό σκυρόδεμα) στην προστασία έναντι ψύξης απόψυξης. Η εισαγωγή του αερακτικού μέσου στο ανάμιγμα ΑΣΣ πρέπει να γίνεται πριν από την προσθήκη του υπερπλαστικοποιητή (AFGC, 2000). 3.8 Ίνες Η προσθήκη ινών σε αναμίγματα ΑΑΣ αποσκοπεί στη βελτίωση των ίδιων μηχανικών ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών, όπως και στην περίπτωση του κοινού σκυροδέματος. Χαλύβδινες ίνες χρησιμοποιούνται κυρίως για τον έλεγχο ρηγμάτωσης (π.χ. λόγω συστολής ξήρανσης) και για την αύξηση της δυσθραυστότητας του σκυροδέματος, ενώ ίνες πολυπροπυλενίου χρησιμοποιούνται κυρίως για τον έλεγχο έναντι διαχωρισμού του νωπού μίγματος και τη βελτίωση της αντίστασης σε πυρκαϊά. Προσθήκη ινών χάλυβα σε περιεκτικότητες έως και 30 g/m 3 δεν επιφέρει υποβάθμιση των ρεολογικών χαρακτηριστικών του ΑΣΣ, ενώ για μεγαλύτερες ποσότητες ινών στο ανάμιγμα (έως και 50 g/m 3 ) θα πρέπει να προηγούνται προκαταρκτικές δοκιμές αξιολόγησης της εργασιμότητας του μίγματος (Grauers, 2001). Η μέγιστη περιεκτικότητα σε ίνες πολυπροπυλενίου ανέρχεται στο 1 g/m 3 (THE SELF-COMPACTING CONCRETE EUROPEAN PROJECT GROUP, 2005). 4 ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΘΕΣΗΣ Γενικά, το (συμβατικό) ΑΣΣ δύναται να διακριθεί, βάσει της μεθόδου που ακολουθήθηκε για την αύξηση του πλαστικού ιξώδους του τσιμεντοπολτού, στις ακόλουθες κατηγορίες (Σχήμα 1): ΑΣΣ με υψηλή περιεκτικότητα σε συνδετικές κονίες (ΑΣΣ τύπου κονίας): Με αύξηση του ποσοστού των κονιών στην πάστα, τόσο το όριο έναρξης ροής, όσο και το πλαστικό ιξώδες του σκυροδέματος αυξάνονται εκθετικά. Σε αυτή την περίπτωση, η μείωση του ορίου έναρξης ροής επιτυγχάνεται με την προσθήκη υπερρευστοποιητή, ενώ η σχετική επίδραση στο πλαστικό ιξώδες είναι πολύ μικρή. Σε αυτή τη φιλοσοφία σχεδιασμού στηρίχθηκαν τα πρώτα αναμίγματα ΑΣΣ, τα οποία χαρακτηρίζονται από αυξημένη αντοχή και βελτιωμένη ανθεκτικότητα. ΑΣΣ με βάση τον ρυθμιστικό παράγοντα για το ιξώδες (ΑΣΣ με ρυθμιστή ιξώδους): Όταν η ποσότητα των συνδετικών κονιών είναι σχετικά μικρή, τα ρεολογικά χαρακτηριστικά του σκυροδέματος δύνανται να βελτιωθούν με την προσθήκη ρυθμιστή ιξώδους, ακόμα και λίγο πριν τη διάστρωση (απευθείας προσθήκη στους εποχούμενους αναμικτήρες). Η μείωση του ορίου έναρξης ροής επιτυγχάνεται και πάλι με την προσθήκη υπερρευστοποιητή. Το είδος αυτό του σκυροδέματος αποτελεί εξέλιξη των συνθέσεων για υποβρύχιες σκυροδετήσεις. ΑΣΣ με συνδυασμό συνδετικών κονιών και ρυθμιστή ιξώδους (ΑΣΣ ενδιάμεσου τύπου): Η ρευστότητα του ΑΣΣ με βάση τα υλικά λεπτού καταμερισμού (συνδετικές κονίες) παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις ανάλογα με τις αυξομειώσεις στην επιφανειακή υγρασία των αδρανών και την κοκκομετρική διαβάθμιση του λεπτόκοκκου κλάσματος. Η προσθήκη ρυθμιστή ιξώδους (συμβατού με τον εκάστοτε συνδυασμό των τσιμεντοειδών προϊόντων) συμβάλλει στην ελαχιστοποίηση των διακυμάνσεων αυτών. 7

8 Περιεκτικότητα σε χημικά πρόσμικτα Υψηλή Χαμηλή 1 Χαμηλή (> 400 g/m 3 ) Τύπος με ρυθμιστικό ιξώδους (VMA type) Ενδιάμεσος τύπος 2 Τύπος κόνεως (powder type) 3 Υψηλή (> 500 g/m 3 ) Περιεκτικότητα σε πληρωτικά υλικά Περιεκτικότητα % κ.ο Κοινό σκυρόδεμα ΑΣΣ με ρυθμιστικό ιξώδους ΑΣΣ τύπου κονίας Σκύρα Άμμος Συνδετικές κονίες Νερό Αέρας (α) Σχήμα 1. Κατηγορίες ΑΣΣ: (α) Συσχέτιση της περιεκτικότητας σε χημικά πρόσμικτα με την περιεκτικότητα σε συνδετικές κονίες και πληρωτικά υλικά, (β) Σύγκριση κοινού σκυροδέματος, ΑΣΣ με ρυθμιστικό ιξώδους και ΑΣΣ τύπου κονίας ως προς τις κ.ό. περιεκτικότητες σε βασικά συστατικά υλικά. Πλείστες είναι οι μέθοδοι οι οποίες έχουν προταθεί για τη μελέτη σύνθεσης του ΑΣΣ, μετά την αρχική προσέγγιση των Oamura et al. (1993). Ενδεικτικά αναφέρονται οι εξής: Standardized mix design method of SCC (JRMCA, 1998), η μέθοδος του Laboratory Central des Ponts et Chausses (LCPC), η μέθοδος του Swedish Cement and Concrete Research Institute (CBI), αλλά και μέθοδοι μεμονωμένων ερευνητών, όπως των Su et al. (2001), των Marquardt et al. (2002) και των Ghezal & Khayat (2002). Πρέπει σε κάθε περίπτωση να τονιστεί ότι δεν υπάρχουν συγκεκριμένες «συνταγές», ή κάποια «μαγικά φίλτρα» τα οποία να μετασχηματίζουν με ταχυδακτυλουργικό τρόπο το συμβατικό σκυρόδεμα σε αυτοσυμπυκνούμενο. Για κάθε εφαρμογή, η μελέτη σύνθεσης και η διαχείριση θεμάτων τεχνολογίας ΑΣΣ πρέπει να βασίζονται στη χρήση συγκεκριμένων συστατικών υλικών και να στοχεύουν στην ικανοποίηση του συνόλου των στοχοσήμων επιτελεστικότητας που έχουν προδιαγραφεί για το συγκεκριμένο έργο. Όποια και να είναι η μέθοδος, η οποία επιλέγεται για τη διεξαγωγή της μελέτης σύνθεσης, τα βασικά βήματα μίας διαδικασίας προσδιορισμού των αναλογιών ανάμιξης για το ΑΣΣ δίνονται στο Σχήμα 2. (β) Καθορισμός των επιθυμητών επιτελεστικοτήτων (ιδιότητες νωπού και σκληρυμένου ΑΣΣ) Επιλογή των συστατικών Σχεδιασμός / αναπροσαρμογή σύνθεσης Επιλογή εναλλακτικών συστατικών Εργαστηριακός έλεγχος της σύνθεσης (προσδιορισμός βαθμού επίτευξης των επιθυμητών επιτελεστικοτήτων) Ικανοποιητικός Όχι ικανοποιητικός Εργοταξιακός έλεγχος της σύνθεσης (έλεγχος σε πραγματικές συνθήκες, π.χ. στο εργοστάσιο προκατασκευασμένων στοιχείων ή στο παρασκευαστήριο ετοίμου σκυροδέματος) Σχήμα 2. Βηματική διαδικασία προσδιορισμού των αναλογιών ανάμιξης για το ΑΣΣ. 8

9 Αν και οι προταθείσες μέθοδοι μελέτης σύνθεσης για το ΑΣΣ οδηγούν σε αξιόπιστα αποτελέσματα, είναι στην πλειονότητά τους περίπλοκες και χρονοβόρες. Οι τιμές που ακολουθούν αντιπροσωπεύουν τυπικά ποσοστά, χωρίς να λαμβάνονται υπ όψιν συγκεκριμένες απαιτήσεις επιτελεστικότητας, πέραν της αυτοσυμπύκνωσης (THE SELF- COMPACTING CONCRETE EUROPEAN PROJECT GROUP, 2005): Ο λόγος νερού προς τσιμεντοειδή υλικά (κατ όγκον) κυμαίνεται μεταξύ 0.85 και Η συνολική ποσότητα σε κονία κυμαίνεται μεταξύ 380 με 600 g/m 3. Το σύνηθες ποσοστό των χονδρόκοκκων αδρανών (διάμετρος κόκκου μεταξύ 4 και 20 mm) κυμαίνεται μεταξύ 27 και 36% του όγκου του μίγματος. Η συνηθισμένη ποσότητα τσιμέντου είναι g/m 3. Η περιεκτικότητα του μίγματος σε νερό κυμαίνεται μεταξύ 150 και 210 lt/m 3. Η άμμος αποτελεί, γενικά, το 48 με 55% της συνολικής ποσότητας αδρανών. 5 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΝΩΠΟΥ ΑΣΣ Το Α.Σ.Σ. διαφέρει κυρίως από το συμβατικό σκυρόδεμα λόγω των ιδιοτήτων του όταν είναι νωπό. Ως μέτρα αξιολόγησης της εργασιμότητας του ΑΣΣ καθορίζονται οι ακόλουθες ιδιότητες: (i) Ικανότητα πλήρωσης (filling ability, unconfined flowability): Είναι η ικανότητα του Α.Σ.Σ. να ρέει ανεμπόδιστα και να πληρώνει όλα τα σημεία των ξυλοτύπων, εξαιτίας του ίδιου βάρους του. (ii) Ικανότητα ροής μέσω στενών ανοιγμάτων (confined flowability, passing ability): Είναι η ικανότητα του Α.Σ.Σ. να ρέει μέσω μικρών ανοιγμάτων, όπως τα κενά μεταξύ των ράβδων οπλισμού, χωρίς να σημειώνεται διαχωρισμός των συστατικών του ή έμφραξη των αδρανών. (iii) Αντίσταση διαχωρισμού (segregation resistance): Είναι η ικανότητα του Α.Σ.Σ. να διατηρεί την ομοιογένεια της σύστασης του κατά την μεταφορά και την διάστρωση. Άλλες ιδιότητες, όπως η αντίσταση σε απόπλυση και η δυνατότητα επίτευξης απαλλαγμένων από ατέλειες ελεύθερων επιφανειών δύνανται να αποτελούν πρόσθετες απαιτήσεις για συγκεκριμένες εφαρμογές. Έως και το τέλος του 2004 δεν υπήρχαν κοινά αποδεκτές δοκιμές εκτίμησης των ιδιοτήτων του νωπού ΑΣΣ (είτε σε Ευρωπαϊκό, είτε σε εθνικό επίπεδο). Ωστόσο, με την ολοκλήρωση αρκετών Ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραμμάτων διαπιστώνεται η επίτευξη ομογενοποίησης των δοκιμών επί νωπού ΑΣΣ, ενώ η προτυποποίησή τους είναι πλέον θέμα χρόνου. Αρκετές είναι οι δυσκολίες οι οποίες σχετίζονται με τον σχεδιασμό και την εφαρμογή τέτοιων δοκιμών, καθώς: Οι δοκιμές πρέπει να δίνουν μία σαφή εικόνα για τις τρεις προαναφερθείσες και αλληλοσυνδεόμενες ιδιότητες του νωπού ΑΣΣ. Μέχρι στιγμής δεν έχει αναπτυχθεί κάποια δοκιμή η οποία να δύναται να προσομοιώνει ταυτόχρονα και τις τρεις. Οι δοκιμές, οι οποίες έχουν ήδη αναπτυχθεί (για μέγιστο κόκκο αναφοράς 20 mm), δεν αντικατοπτρίζουν την πραγματική συμπεριφορά του ΑΣΣ κατά τη φάση της σκυροδέτησης. Είναι πιθανό διαφορετικές δοκιμές να χρειάζονται για διαφορετικές περιπτώσεις σκυροδέτησης (π.χ. κατακόρυφα ή οριζόντια στοιχεία, ή ανάλογα με το ποσοστό του οπλισμού). Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι ο ποιοτικός έλεγχος του ΑΣΣ να εξαρτάται από τη διεξαγωγή δοκιμών, οι οποίες δεν καλύπτονται από κάποιο κανονισμό, ενώ η αξιοπιστία και ερμηνία των αποτελεσμάτων τους επαφύενται στην εμπειρία του διεξάγοντος τις δοκιμές (Bartos, 2000). Στον Πίνακα 4 δίνονται στοιχεία για διάφορες δοκιμές εκτίμησης της ρεολογικής συμπεριφοράς του ΑΣΣ. 4 Η μέση τιμή του λόγου νερού προς τσιμεντοειδή υλικά από εξήντα οκτώ εφαρμογές ΑΣΣ εκτιμήθηκε ίση με 0.34 κ.β. (Domone, 2006). 9

10 Πίνακας 4. Δοκιμές αξιολόγησης των χαρακτηριστικών εργασιμότητας και αυτοσυμπύκνωσης του ΑΣΣ. Δοκιμή / Ιδιότητα Πραγματοποιείται στο: Τυπικό εύρος τιμών Μονάδες Εργαστήριο Εργοτάξιο Min Max Εξάπλωσης slump flow / (i) mm ΕξάπλωσηT 500 mm / (i) sec 2 5 J-ring / (ii) mm 0 10 V-funnel / (i) sec 6 12 V-funnel σε T 5 minutes / (iii) sec 0 +3 L-box / (ii) (h 2 / h 1 ) U-box / (ii) (h 2 - h 1 ) mm 0 30 Fill-box / (ii) % GTM screen stability test / (iii) % 0 15 Orimet / (i) sec 0 5 Η δοκιμή εξάπλωσης αποτελεί μία τροποποίηση της γνωστής δοκιμής κάθισης και χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ανεμπόδιστης οριζόντιας ελεύθερης ροής του ΑΣΣ (Σχ. 3). Η διάμετρος του κύκλου εξάπλωσης του σκυροδέματος, είναι ένα μέτρο της ικανότητας πλήρωσης του νωπού ΑΣΣ. Η εικόνα του εξαπλωμένου ΑΣΣ χρησιμεύει στην εκτίμηση της πιθανότητας απόμιξης (Σχ. 4), η οποία όμως αξίζει να σημειωθεί ότι είναι και χρονικά εξαρτώμενη (ομοιογενής εικόνα του μίγματος δεν εξασφαλίζει και τη διατήρηση της συνοχής του). Ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για την πλήρωση κύκλου διαμέτρου 500 mm στην τράπεζα εξάπλωσης (T 500 mm ) αποτελεί μία δευτερεύουσα ένδειξη για την ευκολία ροής του ΑΣΣ (μικρότεροι χρόνοι αντιστοιχούν σε μεγαλύτερη ρευστότητα). Η δοκιμή J-ring (Σχ. 5) χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ικανότητας ροής του σκυροδέματος σε περιοχές με πυκνό οπλισμό. Εκτός από τη διάμετρο του εξαπλωμένου σκυροδέματος, μετράται και η διαφορά ύψους του ακριβώς μέσα από τον δακτύλιο με τους οπλισμούς και ακριβώς έξω από αυτόν. Κατά τη δοκιμή V-funnel (Σχ. 6α-6γ) μετράται ο χρόνος για την πλήρη απορροή του μίγματος από χοάνη σχήματος V και όγκου 12 lt. Ο χρόνος απορροής του μίγματος για δεύτερη διαδοχική φορά μέσα από τη χοάνη, μετά από χρονικό διάστημα 5 min συνιστά τη δοκιμή V-funnel σε T 5 minutes. Παρόμοια με τη δοκιμή V-funnel είναι και η δοκιμή Orimet, με τη διαφορά ότι η συσκευή Orimet αποτελείται από ένα κύλινδρο, ο οποίος καταλήγει σε ακροφύσιο μορφής ανεστραμένου κόλουρου κώνου (Σχ. 6δ). Οι δοκιμές L-box και U-box (Σχ. 7α-7β και 8, αντίστοιχα) βασίζονται στη σύγκριση των υψών του σκυροδέματος στα δύο τμήματα των κιβωτίων, μετά τη ροή του μίγματος. Στην ίδια αρχή βασίζεται και η δοκιμή Fillbox (με διαφορετική διάταξη εμποδίων Σχ. 8), ενώ το GTM screen stability test περιλαμβάνει κοσκίνισμα ποσότητας νωπού ΑΣΣ και προσδιορισμό του διερχόμενου ποσοστού του μίγματος. Σχήμα 3. Δοκιμή εξάπλωσης (slump flow). 10

11 (α) (β) (γ) Σχήμα 4. (α) Διαχωρισμός τσιμεντοπολτού-αδρανών, (β) τάση για διαχωρισμό (συνεκτική ωστόσο δομή) και (γ) βέλτιστη συνεκτικότητα μίγματος. Σχήμα 5. Δοκιμή J-ring. ή 515 ή 225 (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 6. (α)-(γ) Δοκιμή V-funnel και (δ) Δοκιμή Orimet. (α) (β) (γ) Σχήμα 7. (α)-(β) Δοκιμή L-box και (γ) έμφραξη αδρανών πίσω από τις ράβδους οπλισμού. 11

12 (α) Σχήμα 8. (α) Δοκιμή U-box και (b) δοκιμή Fill-box. (β) 6 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΥ ΚΑΙ ΑΥΤΟΣΥΜΠΥΚΝΟΥΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Τόσο η θλιπτική αντοχή του ΑΣΣ, όσο και η εξέλιξή της συναρτήσει του χρόνου είναι απολύτως συγκρίσιμες με τα αντίστοιχα μεγέθη του κοινού σκυροδέματος, όταν βάση σύγκρισης είναι ο λόγος νερού προς τσιμεντοειδή υλικά. Τόσο η εφελκυστική αντοχή του ΑΣΣ από διάρρηξη, όσο και η σχέση της με τη θλιπτική του αντοχή είναι απολύτως συγκρίσιμες με τα αντίστοιχα μεγέθη του κοινού σκυροδέματος, όταν και πάλι βάση σύγκρισης είναι ο λόγος νερού προς τσιμεντοειδή υλικά. Η παρατηρούμενη διασπορά των τιμών αυτών είναι συμβατή με το γνωστό εύρος διασποράς των τιμών για το κοινό σκυρόδεμα. Το μέτρο ελαστικότητας του ΑΣΣ δύναται να υπολογιστεί από τις ισχύουσες σχέσεις του CEB-FIB Model Code 90 που ισχύουν και για το κοινό σκυρόδεμα. Η συνάφεια οπλισμού-ασσ θεωρείται γενικά παραπλήσια με τη συνάφεια οπλισμούκοινού σκυροδέματος ή και καλύτερη, εάν το ΑΣΣ είναι τύπου κονίας. Και σε αυτό το ζήτημα όμως υπάρχουν αντίθετα πειραματικά δεδομένα (π.χ. Schiessl & Zilch, 2001), κάτι το οποίο καταδεικνύει το γεγονός ότι το ΑΣΣ αναφέρεται σε μία ευρεία «οικογένεια» σκυροδεμάτων, κάνοντας τη σύγκριση με το κοινό σκυρόδεμα (το οποίο επίσης ανήκει σε μία άλλη, λιγότερο ίσως ευρεία, «οικογένεια» σκυροδεμάτων) αδόκιμη κατά περίπτωση. Σημαντικός παράγοντας είναι και η βάση σύγκρισης. Έτσι, για την περίπτωση της συνάφειας οπλισμού-σκυροδέματος, βάση σύγκρισης δεν θα έπρεπε να είναι μόνο η αντοχή του σκυροδέματος, αλλά και ο βαθμός συμπύκνωσης. Για συγκρίσιμους κρίσιμους παράγοντες που επηρεάζουν το φαινόμενο, η συστολή ξήρανσης του ΑΣΣ δε διαφοροποιείται σημαντικά από εκείνη του κοινού σκυροδέματος. Παρά ταύτα, τα πειραματικά δεδομένα είναι ακόμη σχετικά αντιφατικά. Διαφαίνεται ότι η συστολή ξήρανσης του ΑΣΣ τύπου κονίας είναι μεγαλύτερη από εκείνη του τύπου με ρυθμιστή ιξώδους. Επίσης, η χρήση ασβεστολιθικής παιπάλης φαίνεται να μειώνει τον κίνδυνο ρηγμάτωσης. Η κρισιμότητα της συντήρησης είναι μεγαλύτερη για το ΑΣΣ σε σχεση με το κοινό σκυρόδεμα. Η παραδοξότητα η οποία σχετίζεται με το ΑΣΣ είναι ότι αν και η αποφυγή προβλημάτων ανθεκτικότητας λόγω πλημμελούς δόνησης οδήγησε στην ανάπτυξη του ΑΣΣ, η ανθεκτικότητά του σε διάρκεια και οι παράγοντες που την επηρεάζουν δεν είναι ακόμη γνωστοί. Σημαντική έρευνα πραγματοποιείται τελευταία για τη μελέτη της μικροδομής του ΑΣΣ, η οποία αναμένεται να είναι γενικά διαφορετική από του συμβατικού σκυροδέματος. Ωστόσο, είναι γενικά αποδεκτό ότι το ΑΣΣ σε σχέση με το κοινό σκυρόδεμα (για τον ίδιο λόγο νερού προς τσιμεντοειδή υλικά) παρουσιάζει: ίδια απορρόφηση νερού μετά από εμβύθιση, ελαφρώς μικρότερη υδατοπερατότητα, σημαντικά μικρότερη διαπερατότητα σε αέρια μέσα, ίδιο συντελεστή διάχυσης χλωριόντων, παρόμοια συμεριφορά σε δράση παγετού και μεγαλύτερο κίνδυνο αποφλοίωσης λόγω πυρκαϊάς. 12

13 7 ΤΡΕΧΟΝΤΑ ΜΕΓΕΘΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Αντίθετα με την επικρατούσα άποψη, η οποία θέλει τη χρονική υστέρηση στην υιοθέτηση των επιτευγμάτων αιχμής στο πεδίο της επιστήμης των δομικών υλικών από τον κατασκευαστικό κόσμο, να ανέρχεται στα 15 έτη (Plenge, 2001), το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα φαίνεται να απολαμβάνει μία ραγδαία αυξανόμενη αποδοχή τόσο στον τομέα της επί τόπου δόμησης, όσο και στην προκατασκευή. Ιδιαίτερα για τον τομέα της βιομηχανοποιημένης δόμησης, η ελαχιστοποίηση του λόγου κόστους προς «ποιότητα 5», που αποτελεί ζητούμενο για οποιαδήποτε διαδικασία βέλτιστου σχεδιασμού των κατασκευών, φαίνεται να ικανοποιείται με μεγαλύτερη ευχέρεια με τη εισαγωγή της τεχνολογίας ΑΣΣ στην παραγωγική διαδικασία. Αυτό ισχύει διότι ο κύκλος εργασιών στην προκατασκευή χαρακτηρίζεται από επαναληψιμότητα, υψηλό βαθμό ελέγχου και απουσία διασποράς ευθυνών στα διάφορα στάδια ποιοτικού ελέγχου. Ήδη στις ΗΠΑ η πλειονότητα των παραγωγών προκατασκευασμένων δομικών ή/και αρχιτεκτονικών μελών από οπλισμένο σκυρόδεμα έχουν εισάγει τη χρήση ΑΣΣ στην καθημερινή τους παραγωγική διαδικασία (βλ. Σχ. 9) 6. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση το μέσο εκτιμώμενο μερίδιο της αγοράς προκατασκευασμένων στοιχείων από ΑΣΣ ανέρχεται περίπου στο 15~20%. Ωστόσο, το ποσοστό αυτό είναι αρκετά μεγαλύτερο σε χώρες όπου η προκατασκευή μετέχει με υψηλά ποσοστά στην ετήσια κατασκευαστική δραστηριότητα, τόσο σε έργα υποδομής όσο και σε ιδιωτικά έργα (π.χ. Γερμανία, Βέλγιο, Ολλανδία). Ως επί το πλείστον, τα προκατασκευασμένα από ΑΣΣ στοιχεία είναι επίπεδα στοιχεία (πρόπλακες, τοιχεία, πετάσματα κάλυψης), υποστηλώματα και δοκοί. Όμως αναφέρονται και άλλες εφαρμογές, όπως: τμήματα κερκίδων, πισίνες, διαχωριστικά οδοστρωμάτων και αγωγοί ανοικτής και κλειστής διατομής. Το ΑΣΣ σε μία τουλάχιστον γραμμή παραγωγής (23 ~ 46 m 3 / ημέρα παραγωγής) 21% 25% % της μηνιαίας παραγωγής 54% πηγή: Neuwald (2004) Σχήμα 9. Ποσοστά εταιρειών προκατασκευασμένων δομικών στοιχείων Ο/Σ, οι οποίες έχουν εισάγει το ΑΣΣ στη γραμμή παραγωγή τους. Στον τομέα του ετοίμου σκυροδέματος, παρά το γεγονός ότι μέχρι το τέλος του 2001 τα (μάλλον δυσεύρετα) στοιχεία στη διεθνή βιβλιογραφία για τα μεγέθη παραγωγής ετοίμου ΑΣΣ δεν υπερέβαιναν το 1%, το 2004 παρατηρείται μία σχετική αύξηση (για τα κράτη - μέλη του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Ετοίμου Σκυροδέματος ERMCO European Ready Mixed Concrete Organization). Αν και ο μέσος όρος της παραγωγής ετοίμου ΑΣΣ, ως ποσοστό της συνολικής παραγωγής ετοίμου σκυροδέματος, κυμαινόταν στο 0.6% το 2004 (με 0.7% το 2005 και 1.2% το 2006), σε δύο χώρες (Σουηδία και Πολωνία) το ποσοστό αυτό άγγιξε το 5% (για την περίοδο ), ενώ στη Δανία έφτασε το 25% για την περίοδο (Σχ. 10) και το 28% για το Το ποσοστό αυτό αντανακλά τις προσπάθειες της Δανίας να καταστήσει το ΑΣΣ ως το περισσότερο ευρέως χρησιμοποιούμενο σκυρόδεμα εντός των συνόρων της. 7 5 Εδώ ο όρος «ποιότητα» καλείται να συμπεριλάβει το σύνολο των επιθυμητών επιτελεστικοτήτων του δομικού έργου, οι οποίες (κατά τη φάση λειτουργίας του) προσεγγίζουν κατά έναν ικανοποιητικό βαθμό τα επιμέρους προδιαγεγραμμένα στοχόσημά τους (Τάσιος, 2000). 6 Τα στατιστικά αυτά στοιχεία αναφέρονται σε εταιρείες προκατασκευής οι οποίες είναι μέλη του Ινστιτούτου Πρόχυτου/Προεντεταμένου Σκυροδέματος (Precast/Prestressed Concrete Institute). 7 Βλέπε: 13

14 Σχήμα 10. Παραγωγή ετοίμου ΑΣΣ ως ποσοστό της συνολικής παραγωγής ετοίμου σκυροδέματος για τα κράτη - μέλη του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Ετοίμου Σκυροδέματος, για το έτος (ERMCO, 2005). 8 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΟΔΗΓΙΕΣ Το ΑΑΣ, μέχρις στιγμής, δεν συμπεριλαμβάνεται στις διατάξεις του ΕΝ 207, με αποτέλεσμα την αυξημένη διστακτικότητα των μη εκπαιδευμένων μηχανικών και των μη καταρτισμένων εργοληπτών ως προς την ένταξή του στην κοινή κατασκευαστική πρακτική. Στη χώρα μας, το κενό από πλευράς Κανονισμού / Εθνικών Προδιαγραφών επιχειρεί να καλύψει το Προσχέδιο των Προσωρινών ΕΘνικών Τεχνικών Προδιαγραφών (ΠΕΤΕΠ: :Ε1/10/ Έκδοση 1 η, Υπουργείο ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.) για το «Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα». Ο κατάλογος που ακολουθεί περιέχει δύο σχετικά «ευρείας αποδοχής» κείμενα οδηγιών και μερικές εθνικές προδιαγραφές Ευρωπαϊκών κρατών. THE SELF-COMPACTING CONCRETE EUROPEAN PROJECT GROUP The European Guidelines for Self-Compacting Concrete Specification, Production and Use. International Bureau for Precast Concrete - BIBM, CEMBUREAU, European Ready Mixed Concrete Organization - ERMCO, European Federation of Engineering Consultancy Associations - EFCA, European Federation of Producers and Contractors of Specialist Products for Structures - EFNARC, May Precast, Prestressed Concrete Institute, Interim Guidelines for the Use of Self- Consolidating Concrete in Precast, Prestressed Concrete Institute Member Plants, TR Norwegian Concrete Association, Guidelines for Production and Use of Self-Compacting Concrete. Publication no. 29. Oslo Swedish Concrete Association, Self-Compacting Concrete - Recommendations for use, Concrete Report no 10. Association française de génie civil, Bétons auto-plaçants : recommandations provisoires, AFGC, German Committee for Reinforced Concrete (DafStb), Guideline for Self-Compacting Concrete (SVB-Richtlinie), 4th draft, Berlin, Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechni, ÖBV: Merblatt Selbstverdichtender Beton (SCC), Ausgabe Dezember UNI 11040: Calcestruzzo autocompattante - Specifiche, caratteristiche e controlli. 14

15 9 ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ 9.1 Ρύθμιση συνθέσεων ΑΣΣ Ο ρυθμός μεταβολής των τιμών των κυριότερων δοκιμών νωπού ΑΣΣ για συγκεκριμένες θερμοκρασιακές συνθήκες περιβάλλοντος θα πρέπει να διερευνηθεί ανά σύνθεση. Η δυνατότητα «επαναφοράς» των απομειωμένων ρεολογικών χαρακτηριστικών ΑΣΣ μετά από το πέρας αρκετής ώρας μεταφοράς με την εισαγωγή πρόσθετης ποσότητας χημικών παραγόντων θα πρέπει να ελεγχθεί μέσω δοκιμών. Η επίδραση των αυξομειώσεων της ποσότητας του συνολικού νερού στο ανάμειγμα (ουσιαστικά, η αυξομείωση στην υγρασία των αδρανών) θα πρέπει να είναι γνωστή (και ποσοστικοποιημένη μέσω της δοκιμής εξάπλωσης) μέσα από μία εκτενή σειρά δοκιμών. Η εξακρίβωση των αποδεκτών ορίων για την αυξομείωση αυτή είναι αναγκαία για τη δυνατότητα ρύθμισης της σύνθεσης κατά την παραγωγική διαδικασία. Για παράδειγμα, στη βιβλιογραφία αναφέρεται ότι διακυμάνσεις στην ποσότητα του νερού ανάμιξης κατά ± 7 l/m 3 επέδρασαν δυσμενώς στη ρεολογία του ΑΣΣ. 9.2 Ανάμιξη Όλοι οι τύποι αναμικτήρων θεωρούνται κατάλληλοι για την ανάμιξη του ΑΣΣ (με προτίμηση στους τύπους «διπλού άξονα» ( twin shaft ) και «οριζόντιας ανάμιξης» ( pan type με συγχρονικά περιστρεφόμενα πτερύγια και έκκεντρα τοποθετημένο αυτοπεριστρεφόμενο αναμίκτη). Ο όγκος του μίγματος θα πρέπει να μην υπερβαίνει το 70% της χωρητικότητας του αναμικτήρα, για την αποφυγή διακοπής της λειτουργίας του τελευταίου λόγω υπερφόρτωσης (Ouchi & Naajima, 2001). Η στεγανοποίηση του αναμικτήρα κατά τη φάση λειτουργίας του είναι απαραίτητη για την αποφυγή απώλειας τσιμεντοπολτού και του συνεπακολουθούμενου κινδύνου διαχωρισμού του μίγματος, είτε εντός του αναμικτήρα, είτε εντός του κάδου στον οποίο εκφορτώνεται. Η ακολουθία, αλλά και οι επιμέρους χρόνοι ανάμιξης επηρεάζουν σημαντικά τις ιδιότητες του νωπού ΑΣΣ. Ωστόσο, από τη βιβλιογραφική έρευνα δεν καθίσταται δυνατή η συστηματοποίηση της σειράς με την οποία τα υλικά θα πρέπει να εισέρχονται στον αναμικτήρα, καθώς η βέλτιστη ακολουθία των συστατικών εξαρτάται τόσο από τη συγκεκριμένη σύνθεση, όσο και από το είδος του εξοπλισμού του εκάστοτε παρασκευαστηρίου. Γενικά, ο συνολικός χρόνος ανάμιξης θα πρέπει να είναι μεγαλύτερος σε σύγκριση με το κοινό σκυρόδεμα [μεγαλύτερος από 120 sec πριν την εισαγωγή του υπερρευστοποιητή, σύμφωνα με Ouchi & Naajima (2001) και τουλάχιστον 180 sec μετά την εισαγωγή του, σύμφωνα με τους Ludwig et al. (2001)]. Ιδιαίτερης σημασίας φαίνεται να αποτελεί ο χρόνος εισαγωγής του υπερρευστοποιητή στο μίγμα. Οι Orgass and Dehn (2006) αναφέρουν ότι η τιμή της δοκιμής slump-flow αυξάνεται σημαντικά με την εισαγωγή του υπερρευστοποιητή στο μίγμα σε δύο δόσεις. Συστήνουν να εισάγεται πρώτα ποσότητα περίπου ίση με τα δύο τρίτα της συνολικής ποσότητας του υπερρευστοποιητή, ενώ το υπόλοιπο του χημικού προσμίκτου να προστίθεται μετά από λίγο χρόνο (μεγαλύτερο των 45 sec). Όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος αυτός, τόσο μεγαλύτερη η τιμή της δοκιμής slumpflow (τα αποτελέσματα δεν διαφοροποιούνταν για χρόνους μεγαλύτερους των 120 sec). Η πλήρης αυτοματοποίηση της διαδικασίας παρασκευής ενός μίγματος ΑΣΣ θα επιτευχθεί μόνο μέσω ενός σύγχρονου συστήματος ελέγχου του παρασκευαστηρίου και της εγκατάστασης ενός οργάνου μέτρησης και καταγραφής της ισχύος του αναμικτήρα (wattmeter). Η συσκευή αυτή παρέχει τη δυνατότητα μίας πρώτης αξιολόγησης της σύνθεσης από πλευράς ρεολογίας, πριν από την εκφόρτωση του μίγματος, ενημερώνοντας τον χειριστή για το παραγόμενο έργο του αναμικτήρα κατά τη φάση της ανάμιξης. Η πραγματοποίηση ενός σημαντικού αριθμού δοκιμαστικών αναμιγμάτων της ίδιας σύνθεσης ΑΣΣ και για τις ίδιες περιβαλλοντικές συνθήκες είναι απαραίτητη για την εξαγωγή της «χαρακτηριστικής καμπύλης της σύνθεσης» (ηλεκτρική ισχύς του αναμικτήρα συναρτήσει του χρόνου, για τη συνολική χρονική διάρκεια της ανάμιξης). 15

16 9.3 Μεταφορά Οι εποχούμενοι αναμικτήρες του ΑΣΣ πρέπει να εκτελούν αργές περιστροφές του τυμπάνου τους μέχρι την παράδοση του υλικού στο εργοτάξιο. Κανένα πρόβλημα δεν έχει αναφερθεί σχετικά με τη μεταφορά ΑΣΣ εντός κάδου σκυροδέτησης, αναρτούμενου από γερανό (Heimdal & Mathisen, 2001). 9.4 Άντληση Τόσο η εξάπλωση, όσο και το ποσοστό του αέρα στο μίγμα είναι πιθανό να μεταβληθούν κατά την άντληση (συνήθως παρατηρείται μείωση των τιμών τους). Συνιστάται η χρήση σωλήνων διαμέτρου 4 ή 5 ιντσών και συνολικού μήκους μικρότερου των 300 m (JSCE, 1999). 9.5 Σκυροδέτηση Το ΑΣΣ δύναται να εγχυθεί εντός των τύπων με τον ίδιο τρόπο, όπως και το σύνηθες σκυρόδεμα (π.χ. για κατακόρυφα στοιχεία, από το ελεύθερο άνω τμήμα του ξυλότυπου μέσω εύκαμπτου σωλήνα). Για την αποφυγή της πιθανότητας διαχωρισμού, συνιστάται ο περιορισμός του ελεύθερου ύψους ρίψης του ΑΣΣ στα 5 m (AFGC, 2000), ή η εισχώρηση του σωλήνα εντός του στοιχείου και η βαθμιαία ανύψωσή του, καθώς ο όγκος του νωπού σκυροδέματος αυξάνεται. Η σκυροδέτηση δύναται να πραγματοποιηθεί και μέσω εισπίεσης από το κατώτερο τμήμα των ξυλοτύπων (κατακόρυφα στοιχεία). Σημαντική είναι επίσης και η εξασφάλιση της στεγανότητας των ξυλοτύπων, έτσι ώστε να αποφεύγεται η διαρροή του ΑΣΣ (κυρίως από τις αρμολογήσεις). Ως μέγιστη επιτρεπόμενη απόσταση οριζόντιας ροής του ΑΣΣ συνιστώνται τα 10 m (AFGC, 2000), ενώ μόνο ένα προτείνεται να είναι το σημείο έγχυσης του σκυροδέματος (Ludwig et al., 2001). Τέλος, όσο ταχύτερος είναι ο ρυθμός σκυροδέτησης, τόσο οι πλευρικές πιέσεις στον ξυλότυπο προσεγγίζουν την υδροστατική κατανομή. 9.6 Συντήρηση Άμεση συντήρηση των ελεύθερων επιφανειών είναι απαραίτητη για την αποφυγή ρηγματώσεων λόγω πλαστικής συρρίκνωσης, η οποία είναι εντονότερη στο ΑΣΣ, σε σύγκριση με το κοινό σκυρόδεμα. Το πρόβλημα της έντονης συρρίκνωσης δύναται να αντιμετωπισθεί με την προσθήκη διογκωτικών μέσων (Hori et al. 1998). 10 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΟΣΤΟΥΣ Οι συγκρίσεις κόστους μεταξύ συμβατικού σκυροδέματος και ΑΣΣ θα πρέπει να πραγματοποιούνται βάσει μίας ολιστικής οικονομοτεχνικής θεώρησης, η οποία θα λαμβάνει υπ όψιν της τα ακόλουθα, για την περίπτωση της επί τόπου δόμησης: Κόστος υλικού (πρώτες ύλες: χημικά πρόσμικτα, ορυκτά πρόσθετα, μεταφορά, ποιοτικός έλεγχος) Κόστος παραγωγής υλικού (ενεργειακές απαιτήσεις ανάμιξης, απόσβεση αγοράς πρόσθετων σιλό αποθήκευσης κονιών, ποιοτικός έλεγχος) Κόστος ξυλοτύπων (εδώ ο όρος χρησιμοποιείται ευρύτερα, ανεξάρτητα από το υλικό κατασκευής των καλουπιών) Κόστος εργατικών για άντληση και διάστρωση Κόστος επισκευών μετά την αφαίρεση των ξυλοτύπων Κόστος αποζημιώσεων σε περίπτωση εργατικών ατυχημάτων Η ποσοτικοποίηση των παραπάνω είναι δυσχερής, καθώς εξαρτάται από πλείστους παράγοντες, ο σημαντικότερος εκ των οποίων είναι το είδος της εφαρμογής. Ωστόσο, μπορεί να ειπωθεί με ασφάλεια ότι η χρήση ΑΣΣ επιφέρει αύξηση του συνολικού κόστους του υλικού (πρώτες ύλες και παραγωγή) και (ίσως) του κόστους ξυλοτύπων, ενώ οι δαπάνες για όλες τις υπόλοιπες κατηγορίες είναι σημαντικά μικρότερες σε σχέση με τη χρήση κοινού σκυροδέματος. Ως προς το κόστος των πρώτων υλών, τα δημοσιευμένα στοιχεία δημιουργούν κάποια σύγχυση παρουσιάζοντας το ΑΣΣ από 10% έως 50% ακριβότερο του συμβατικού (αν και προσωπική άποψη της γράφουσας είναι ότι τιμές άνω του 25% 16

17 αναφέρονται σε μίγματα ΑΣΣ για τα οποία καμία προσπάθεια βελτιστοποίησης της σύνθεσής τους, από πλευράς κόστους, δε συνετελέστη). Έτσι, ως γενική θεώρηση, το ΑΣΣ είναι περίπου κατά 10-20% ακριβότερο από το κοινό (Gunnar, 2001), ενώ ΑΣΣ με διμερή ή τριμερή συστήματα συνδετικής κονίας (τσιμέντο + ιπτάμενη τέφρα, ή τσιμέντο + ιπτάμενη τέφρα + σκωρία υψικαμίνων) είναι δυνατόν να μειώσουν ακόμη περισσότερο τη διαφορά κόστους μεταξύ ΑΣΣ και κοινού. Ωστόσο, σε επίπεδο αγοράς, θα πρέπει να γίνει κοινή συνείδηση πως σημαντικός τεχνοοικονομικός παράγοντας δεν είναι τόσο το κόστος ανά 1m 3 σκυροδέματος, αλλά το κόστος ανά μονάδα μετρήσιμης (και επιθυμητής) ιδιότητάς του (π.χ. ανά 1 έτος χρήσιμης διάρκειας ζωής του έργου) (Aïtcin, 2000). Η διαφαινόμενη τάση στην προκοστολόγηση ενός έργου (ολιστική οικονομική θεώρηση) προδιαγράφει την συνεκτίμηση τόσο των οικολογικών, όσο και των κοινωνικών επιβαρύνσεων σε όρους κόστους, για τη συνολική διάρκεια της χρήσιμης ζωής του. Κάτω από αυτό το μακροοικονομικό πρίσμα, το ΑΣΣ είναι οικονομικά συγκρίσιμο με το συμβατικό σκυρόδεμα, ενώ σε πολλές περιπτώσεις κρίνεται ως περισσότερο συμφέρον αυτού. Για την περίπτωση της προκατασκευής, υπάρχουν επιπλέον παράγοντες, οι οποίοι ευνοούν τη χρήση ΑΣΣ από οικονομικής πλευράς, ενώ και εδώ η ποσοτικοποίηση είναι επισφαλής. Ωστόσο, εκτιμάται ότι η μείωση στην κατανάλωση ενέργειας, λόγω διακοπής της χρήσης των δονητικών τραπεζών εγγίζει το 10% (Walraven, 2001), ενώ το κόστος εργατικών για τη σκυροδέτηση στοιχείων με περίπλοκες γεωμετρίες ή/και πυκνό οπλισμό υπολογίζεται ως και 80% μικρότερο στην περίπτωση χρήσης ΑΣΣ (Brameshuber and Uebachs, 2005). Παράλληλα, οι δαπάνες επιδιόρθωσης των σκυροδετημένων με ΑΣΣ μελών εκτιμώνται περί του 1% του συνολικού κόστους παραγωγής της παρτίδας, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό για την περίπτωση χρήσης κοινού σκυροδέματος ανέρχεται στο 3% (Brameshuber and Uebachs, 2005). Περαιτέρω μείωση του συνολικού κόστους παραγωγής προκατασκευασμένων δομικών στοιχείων δύναται να επιτευχθεί με τη χρήση ΑΣΣ καθώς: Ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ της παραγωγής του σκυροδέματος και της σκυροδέτησης των στοιχείων είναι πολύ μικρός (μικρή και ελεγχόμενη η απομείωση των ρεολογικών χαρακτηριστικών του μίγματος, επομένως μικρή η πιθανότητα απόρριψης της παραχθείσης ποσότητας σκυροδέματος). Ο χρόνος ο οποίος εξοικονομείται από τη σκυροδέτηση και τις εργασίες τελειοποίησης των ελεύθερων επιφανειών δύναται να χρησιμοποιηθεί για άλλες εργασίες εντός του εργοστασίου (π.χ. συναρμολόγηση νέων καλουπιών), ή/και να αυξήσει τη διάρκεια συντήρησης των στοιχείων εντός του ημερήσιου κύκλου παραγωγής, με πιθανό αποτέλεσμα την αποφυγή ενεργοβόρων μεθόδων συντήρησης (π.χ. χρήση ατμού). Η μείωση των εργατοωρών ανά σκυροδετούμενο στοιχείο (λόγω μείωσης του χρόνου σκυροδέτησης) και των εργατοωρών ανά τελειωμένο στοιχείο (λόγω μείωσης του όγκου εργασιών επιδιόρθωσης) οδηγεί σε αποτελεσματικότερο καταμερισμό των εργασιών και αποδοτικότερη αξιοποίηση του εργατικού δυναμικού. Η φθορά των καλουπιών λόγω της χρήσης ΑΣΣ είναι σαφώς μικρότερη σε σύγκριση με εκείνη η οποία οφείλεται στη χρήση συμβατικού σκυροδέματος. 11 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ Επί του παρόντος, το ΑΣΣ έχει χρησιμοποιηθεί σε περιορισμένο αριθμό Ελληνικών τεχνικών έργων (ιδιωτικά και έργα υποδομής). Δοκιμαστικά αναμίγματα και σκυροδετήσεις είχαν λάβει χώρα στο εργοτάξιο της ζεύξης Ρίου-Αντιρίου στα πλαίσια διερεύνησης της πιθανότητας χρήσης του στο μεγάλο αυτό τεχνικό έργο, με ένα όμως μόνο στοιχείο (36 m 3 ) να έχει τελικά συμπεριληφθεί στα μόνιμα μέρη του (ιδιωτική επικοινωνία με υπεύθυνο του έργου). Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν κατασκευή βιομηχανικών δαπέδων, δωμάτων, θεμελίων και ενισχύσεων υπό τη μορφή εγχύτων μανδυών σε υποστηλώματα. Η παραγωγή ετοίμου ελληνικού ΑΣΣ από μεγάλες εταιρείες του χώρου είναι πραγματικότητα τα τελευταία έτη. Ωστόσο, η χρήση του σε ιδιωτικά έργα έχει τύχει διστακτικής μάλλον αποδοχής από την εντόπια αγορά, με την κατάσταση να αλλάζει σταδιακά σε δημόσια έργα υποδομής (π.χ. μετρό Θεσσαλονίκης). Στον τομέα των ιδιωτικών 17

18 έργων, η «χλιαρή» αποδοχή του ΑΣΣ από τον κατασκευαστικό κόσμο (τόσο στον ελληνικό χώρο, όσο και διεθνώς) δύναται να αποδοθεί σε διάφορους παράγοντες, όπως: ελλιπής ενημέρωση μηχανικών και αγοραστικού κοινού, επενδυτική επιφυλακτικότητα από πλευράς εταιρειών (λόγω έλλειψης ικανού αριθμού πρότερων και δη επιτυχημένων εφαρμογών), υψηλό πρωτογενές κόστος υλικού, αυξημένες απαιτήσεις ποιοτικού έλεγχου, αδυναμία παραγωγής σθεναρών (βλ. 12.1) συνθέσεων, προσκόλληση στις παραδοσιακές πρακτικές (και αντιλήψεις) δόμησης και αντίδραση από το εργατοτεχνικό δυναμικό. Στην Ελλάδα υπάρχει ένας ικανός αριθμός ειδικευμένου επιστημονικού προσωπικού τόσο στις τσιμεντοπαραγωγούς βιομηχανίες, όσο και στα εργαστήρια σκυροδέματος των μεγάλων εταιρειών και κοινοπραξιών, το οποίο παρακολουθεί στενά τις εξελίξεις στον τομέα της τεχνολογίας ΑΣΣ και συμμετέχει σε σχετικά ερευνητικά προγράμματα. Σε ακαδημαϊκό επίπεδο, την τελευταία επταετία βρίσκονται σε εξέλιξη ερευνητικά προγράμματα, ενώ έχουν ολοκληρωθεί πλείστες μελέτες με σκοπό την ανάπτυξη συνθέσεων ΑΣΣ με εγχώρια υλικά. Επιπλέον, η διδασκαλία στοιχείων τεχνολογίας ΑΣΣ έχει ήδη εισαχθεί σε ελληνικά Α.Ε.Ι. (στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών διδάσκεται τα τελευταία τέσσερα έτη στα πλαίσια μαθήματος επιλογής). Στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, έχουν ολοκληρωθεί επιτυχώς έρευνες σχετικά με την παραγωγή ΑΣΣ από υλικά του Νομού Αχαΐας, Αττικής και Τρικάλων και έχουν διεξαχθεί δοκιμές κάμψης σε δοκούς από οπλισμένο ΑΣΣ (το ΑΣΣ επιλέγεται να πληρώνει ένα μεγάλο ποσοστό των δοκιμίων οπλισμένου σκυροδέματος που κατασκευάζονται στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών). Κύριο αντικείμενο των ερευνών αυτών ήταν (και είναι) η παραγωγή προκατασκευασμένων δομικών στοιχείων ΑΣΣ. Βασιζόμενοι στα προαναφερθέντα αποτελέσματα, τα οποία είναι εξαιρετικά ενθαρρυντικά για την περίπτωση της προκατασκευής, πρέπει να τονιστεί ότι η ελληνική βιομηχανία προκατασκευής οφείλει να εξετάσει το ενδεχόμενο εφαρμογής της τεχνολογίας ΑΣΣ, εάν στόχος της είναι η ανταγωνιστικότητα των προϊόντων της. Τέλος, σε εξέλιξη βρίσκονται πειραματικά προγράμματα που περιλαμβάνουν δοκιμές άμεσης διάτμησης σε διεπιφάνειες συμβατικού σκυροδέματος ΑΣΣ (με παραμέτρους το επίπεδο πλευρικής θλιπτικής τάσης κάθετα στο επίπεδο της διάτμησης, τα χαρακτηριστικά εργασιμότητας του ΑΣΣ και την τραχύτητα της διεπιφάνειας), καθώς και δοκιμές αποτίμησης των μηχανικών ιδιοτήτων αυτοσυμπυκνούμενων κισσηροδεμάτων. Το σημαντικότερο πρόβλημα για την ανάπτυξη και εφαρμογή του ΑΣΣ στην Ελλάδα αφορά στην αδυναμία των συμμετεχόντων στον κύκλο κατασκευής ενός τεχνικού έργου (μηχανικός εταιρεία ετοίμου σκυροδέματος εργολάβος επιβλέπων χρήστης) να μεταβάλλουν κάποιες παραδοσιακές και παγιωμένες αντιλήψεις (επαναπροσδιορισμός του όρου «ποιότητα») και να θέσουν σε εφαρμογή σχετικά καινοφανείς πρακτικές. 12 ΝΕΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΤΑΣΕΙΣ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Παρακάτω περιγράφονται συνοπτικά μερικές από τις νέες κατευθύνσεις που έχει πάρει η έρευνα σχετικά με το ΑΣΣ. Πρέπει να σημειωθεί δε, ότι η καμπύλη γνώσης που σχετίζεται με αυτό το είδος σκυροδέματος τείνει πλέον να χαρακτηριστεί από έναν (σχετικά με τις αρχές τις δεκαετίας του 90) μικρό ρυθμό ανάπτυξης Σθεναρότητα μίας σύνθεσης ΑΣΣ Ο ορθός σχεδιασμός μίας σύνθεσης ΑΣΣ πρέπει να έχει ως αφετηρία τον προσδιορισμό των επιθυμητών στοχοσήμων για το σύνολο των επιτελεστικοτήτων της σύνθεσης (ρεολογική συμπεριφορά, μηχανικές ιδιότητες, ανθεκτικότητα), οι οποίες υπαγορεύονται από τις ανάγκες μίας συγκεκριμένης εφαρμογής. Επιπλέον, η σύνθεση ΑΣΣ θα πρέπει να χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό σταθερότητας, δηλαδή από υψηλό βαθμό αντίστασης στη μεταβολή των ρεολογικών χαρακτηριστικών της από τις διακυμάνσεις των παραγόντων που την επηρεάζουν (Σχ. 11). Λαμβάνοντας υπ όψιν τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής, τις παραμέτρους που συνοψίζονται στο Σχ. 11, καθώς και τη διαθεσιμότητα και το κόστος των πρώτων υλών, πραγματοποιείται ο σχεδιασμός της σύνθεσης ΑΣΣ. Λόγω της πολυπαραμετρικότητας του προβλήματος και δεδομένης της ύπαρξης ενός μεγάλου εύρους 18

19 εμπορικών χημικών προσμίκτων και ορυκτών προσθέτων, είναι σαφές ότι περισσότερες από μία συνθέσεις είναι σε θέση να ικανοποιούν τις απαιτήσεις του σχεδιασμού. Η επιλογή της βέλτιστης από αυτές δεν θα πρέπει να γίνει με μοναδικό κριτήριο το πρωτογενές κόστος. Εκτός αυτού, θα πρέπει να συνυπολογιστεί το κόστος που συνδέεται με την απόκλιση των ρεολογικών χαρακτηριστικών των συνθέσεων από τις τιμές του σχεδιασμού, εξαιτίας διακυμάνσεων των παραμέτρων παραγωγής. Τσιμέντο (χημική σύσταση, λεπτότητα) Πρώτες Ύλες Πρόσθετες κονίες [κυρίως πληρωτικά υλικά, χαμηλού συντελεστή ενεργότητας (χημική σύσταση, λεπτότητα)] Αδρανή (σχήμα, υφή, επιφανειακή υγρασία) Ρυθμιστής ιξώδους (χημική σύσταση, δραστικότητα ~ χρόνος ζωής προϊόντος) Υπερ-ρευστοποιητής (χημική σύσταση συμβατότητα με το τσιμέντο, δραστικότητα ~ χρόνος ζωής προϊόντος) Σύνθεση Περιεκτικότητα χονδρόκοκκων αδρανών, V ag Μέγεθος μέγιστου κόκκου, D max, και κοκκομετρία αδρανών Λόγος (κατ όγκον) νερού προς υλικά λεπτού καταμερισμού (τσιμέντο + πρόσθετες κονίες), V w /V p Λόγος (κατ όγκον) άμμου προς τσιμεντοκονίαμα, V s /V m Λόγος (κατά βάρος) πρόσθετων κονιών προς τσιμέντο, W f /W c Λόγος (κατά βάρος) υπερ-ρευστοποιητή προς υλικά λεπτού καταμερισμού (τσιμέντο + πρόσθετες κονίες), W sp /W p Ανάμιξη Τύπος αναμικτήρα (η σφοδρότητα και η ομοιογένεια της ανάμιξης εξαρτώνται από τα: ισχύς αναμικτήρα, διάταξη βραχιόνων, χωρητικότητα, μέγιστος επιτρεπόμενος όγκος αναμίγματος, σύστημα παρακολούθησης ενεργειακής απόδοσης αναμικτήρα, δυνατότητα οπτικής παρακολούθησης του μίγματος π.χ. μέσω κάμερας) Ακρίβεια ζυγιστικών μέσων Αλληλουχία και χρόνος ανάμιξης Εμπειρία χειριστή παρασκευαστηρίου Άλλες παράμετροι Θερμοκρασία, Υγρασία, Παρερχόμενος χρόνος από τη λήξη της ανάμιξης Σχήμα 11. Παράγοντες που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά της ρεολογικής συμπεριφοράς μίας σύνθεσης ΑΣΣ. Βάσει των παραπάνω, ιδιαίτερα χρήσιμη κρίνεται η εισαγωγή της έννοιας της «σθεναρότητας» μίας σύνθεσης ΑΣΣ, σε μία προσπάθεια να αποδοθεί στην ελληνική ο αγγλικός όρος «robustness». Έτσι, σθεναρότητα μίας σύνθεσης νοείται η «ανοχή» της σε διακυμάνσεις των παραμέτρων της παραγωγικής διαδικασίας, οι οποίες οφείλονται σε στατιστικά προβλέψιμες αποκλίσεις από τα επιθυμητά μεγέθη των παραμέτρων της 19

20 παραγωγής (π.χ. από τις επιθυμητές κοκκομετρικές καμπύλες για κάθε κλάσμα αδρανών), σε σφάλματα (π.χ. σφάλματα ζυγομέτρησης), ή και σε απρόβλεπτα περιστατικά. Με τον όρο «ανοχή» περιγράφεται το εύρος των μεταβολών των μετρήσιμων ρεολογικών χαρακτηριστικών της σύνθεσης, λόγω των διακυμάνσεων στις παραμέτρους παραγωγής, από τα αντίστοιχα ρεολογικά χαρακτηριστικά της «σύνθεσης αναφοράς», ή της «σύνθεσης σχεδιασμού». Η τελευταία αποτελεί απουσία εναλλακτικών συνθέσεων τη σύνθεσηστόχο του παραγωγού για ένα συγκεκριμένο έργο και, επομένως, οι τιμές των ιδιοτήτων της (σε όλες τις φάσεις του υλικού: νωπή, πήξης-σκλήρυνσης, πλήρως ενυδατωμένη) αποτελούν τα στοχόσημα για τις ιδιότητες κάθε δόσης της συγκεκριμένης σύνθεσης. Πρέπει να σημειωθεί ότι η «σύνθεση αναφοράς» αντιστοιχεί σε ένα σύνολο συνθηκών και παραμέτρων παραγωγής με συγκεκριμένες τιμές, οι οποίες συνιστούν τη βάση μέτρησης για τον καθορισμό της οιασδήποτε διακύμανσης. Κάνοντας χρήση των ορισμών που εδόθησαν παραπάνω, μία σύνθεση Α χαρακτηρίζεται ως μικρότερης ανοχής (επομένως μεγαλύτερης ευαισθησίας, ή μικρότερης σθεναρότητας) από μία σύνθεση Β, όταν για μεταβολές των ιδίων παραμέτρων παραγωγής και του ιδίου εύρους, η σύνθεση Α παρουσιάζει μεγαλύτερες αποκλίσεις από τις επιθυμητές τιμές των νωπών της ιδιοτήτων, από ότι η σύνθεση Β. Εναλλακτικά, η σύνθεση Α είναι μικρότερης σθεναρότητας από τη σύνθεση Β όταν, συγκριτικά με την τελευταία, επιτρέπει ένα μικρότερο εύρος μεταβολών των (ιδίων) παραμέτρων παραγωγής για την επίτευξη του ίδιου βαθμού συμφωνίας μεταξύ επιθυμητών και επιτευχθέντων ρεολογικών χαρακτηριστικών (αλλά και χαρακτηριστικών αντοχής και ανθεκτικότητας). Είναι προφανές ότι η προστιθέμενη αξία μίας σύνθεσης αυξάνεται με την αύξηση της σθεναρότητάς της. Η ως άνω αναπτυχθείσα ανάλυση δεν είναι εφαρμόσιμη, εάν δεν ποσοτικοποιηθεί κατάλληλα η σθεναρότητα μίας σύνθεσης. Παρακάτω περιγράφεται η προτεινόμενη από την ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών σχετική διαδικασία (βλ. Παπανικολάου & συνεργάτες, 2008). Πρώτο βήμα σε αυτή τη διαδικασία αποτελεί η ιεράρχηση των παραμέτρων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά νωπού ΑΣΣ, με κριτήριο τη σπουδαιότητά τους. Παράμετροι που δεν είναι εφικτό να λάβουν διακριτές τιμές (π.χ. η εμπειρία του χειριστή του παρασκευαστηρίου) και παράμετροι που παραμένουν (ή θεωρούνται) σταθερές κατά την παραγωγή (π.χ. χαρακτηριστικά αναμικτήρα) θα πρέπει να παραληφθούν από την διαδικασία. Έτσι, από τις παραμέτρους που συνοψίζονται στην Εικόνα 1, εκείνες που θεωρούνται ότι επηρεάζουν με τις διακυμάνσεις τους τα ρεολογικά χαρακτηριστικά μίας συγκεκριμένης σύνθεσης ΑΣΣ είναι όλες οι παράμετροι σύνθεσης και η επιφανειακή υγρασία των αδρανών (για δεδομένη θερμοκρασία και υγρασία ατμόσφαιρας και για χρόνο αξιολόγησης των ρεολογικών ιδιοτήτων της σύνθεσης ίσο με τη λήξη της ανάμιξης, t 0 ). Εάν y είναι οι το πλήθος εξαρτώμενες τιμές των ιδιοτήτων νωπού ΑΣΣ (π.χ. η τιμή της δοκιμής κάθισης/εξάπλωσης σε mm, η τιμή της δοκιμής V-funnel σε sec και η τιμή της δοκιμής L-box σε αδιάστατες μονάδες, με = 3), τότε αυτές συνδέονται με τις παραμέτρους σύνθεσης και την επιφανειακή υγρασία των αδρανών (παράμετροι x) με μία γενική εξίσωση, η δευτεροβάθμια μορφή της οποίας έχει την παρακάτω μορφή: y n n 2 ( x ) + α x x + ε = α + αi xi + α 0 ii i ij i j (2) i= 1 i= 1 i< j α 0 όπου n το πλήθος των παραμέτρων x, ο ανεξάρτητος όρος, και οι συντελεστές x i βαρύτητας της παραμέτρου και του τετραγώνου της, αντίστοιχα, ο συντελεστής βαρύτητας της αλληλεπίδρασης των παραμέτρων x και x και ε το σφάλμα που οφείλεται στον αποκλεισμό όρων τρίτου και άνω βαθμού. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα ρεολογικά χαρακτηριστικά μίας σύνθεσης δεν εξαρτώνται μόνο από τις επί μέρους παραμέτρους που την επηρεάζουν, αλλά και από συνδυασμούς των εν λόγω παραμέτρων. Μερικές δε από αυτές αλληλεπιδρούν συνεργιστικά, ενώ άλλες ανταγωνιστικά. Κάθε παράμετρος x i λαμβάνει τιμές μεταξύ κάποιων μέγιστων και ελάχιστων ορίων [βλ. εξ. (3)], οι οποίες καθορίζονται από το σύστημα ποιοτικού ελέγχου της μονάδας παραγωγής. Για παράδειγμα, αυτά τα όρια δύνανται να αντιστοιχούν στις μέγιστες επιτρεπτές αποκλίσεις i j α i α ii α ij 20