ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΟΜΗΣΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΟΜΗΣΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ρ Αθ. Ρούτουλας Καθηγητής ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΟΜΗΣΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 2 η Α ΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ ΑΣΚΗΣΗ 4 η : Ι. ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ ΙΙ. ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Α ΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ - ΤΕΤΡΑΜΕΡΙΣΜΟΣ ΙΙΙ. ΕΛΛΑΤΩΣΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΙΜΕΡΙΣΜΟΣ Α ΡΑΝΩΝ ΙV. ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΑΙΠΑΛΗΣ ΠΛΥΣΙΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Α ΡΑΝΩΝ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2010

2 ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΜΕΡΟΣ Ι: ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ Σκοπός Σκοπός της άσκησης είναι η βαθµονόµηση επιλεγµένων εργαστηριακών οργάνων για την αποφυγή τυχαίων ή συστηµατικών σφαλµάτων κατά την διάρκεια εκτέλεσης µιας πειραµατικής δοκιµής, λόγω εσφαλµένης ρύθµισης των οργάνων. Θεωρητικό Μέρος Βαθµονόµηση ενός µετρητικού οργάνου καλείται η ρύθµιση που κάνει ο χειριστής του πριν από µια µέτρηση, για να εξασφαλίσει ορθότητα στην τιµή του µετρούµενου µεγέθους. Συνήθως η βαθµονόµηση συµπεριλαµβάνει µέτρηση µιας πρότυπης τιµής του µεγέθους η οποία δίνεται από κάποια διάταξη ή συσκευή που καλείται βαθµονοµητήρας, η οποία δηµιουργεί αυτή την πρότυπη τιµή του υπόψη µεγέθους. Κατά κανόνα, η βαθµονόµηση γίνεται σύµφωνα µε τις οδηγίες του κατασκευαστή του οργάνου. Στην περίπτωση που το όργανο αναφέρεται ότι συµφωνεί µε κάποιο πρότυπο, οι οδηγίες αυτές θα πρέπει να συµφωνούν απόλυτα µε τις διαδικασίες βαθµονόµησης που καθορίζει το πρότυπο. ιακρίβωση ενός µετρητικού οργάνου είναι περιοδικός λεπτοµερειακός έλεγχος και βαθµονόµηση του οργάνου µε τη χρήση πρότυπων οργάνων εξασφαλισµένης ορθότητας και σταθερότητας. Η διακρίβωση έχει διάφορες βαθµίδες από τη διακρίβωση που γίνεται στο ίδιο το ενδιαφερόµενο εργαστήριο, όταν αυτό διαθέτει ορισµένα κατάλληλα πρότυπα όργανα, ως τη διακρίβωση που γίνεται µε πρότυπα όργανα που έχουν εξαιρετικά υψηλή ορθότητα και σταθερότητα και που µπορεί να υπάρχουν σε ένα και µοναδικό εργαστήριο στον κόσµο. Εκείνο που έχει ιδιαίτερη σηµασία είναι ότι η διακρίβωση ενός οργάνου πρέπει να γίνεται µε όργανα διακριβωµένα από µια υψηλότερη βαθµίδα διακρίβωσης. Η διακρίβωση των οργάνων ενός εργαστηρίου πρέπει να γίνεται σε τακτά χρονικά διαστήµατα και σύµφωνα µε τα διεθνή πρότυπα συνήθως σε διάστηµα όχι µεγαλύτερο από δύο χρόνια. Κάθε όργανο οφείλει να έχει πάνω του ετικέτα, όπου αναγράφεται η ηµεροµηνία της τελευταίας καθώς και η ηµεροµηνία της επόµενης διακρίβωσης του. Πειραµατικό Μέρος Συσκευές και όργανα: Μηχανικός ζυγός OHAUS Ηλεκτρονικός ζυγός Εργαστηριακός κλίβανος Κόσκινα

3 Πειραµατική ιαδικασία: Μηχανικός ζυγός OHAUS: Αρχικά µηδενίζεται ο ζυγός αφού έχει τοποθετηθεί το σκεύος ζύγισης. Με τη χρήση πρότυπων βαρών, ελέγχεται η ακρίβεια του ζυγού, από τις αποκλίσεις που προσδιορίζονται σε διαδοχικές ζυγίσεις. Εργαστηριακός κλίβανος: Χρησιµοποιώντας υδραργυρικά θερµόµετρα, τόσο στο εσωτερικό του θαλάµου θέρµανσης όσο και στο εξωτερικό περιβάλλον (εκτός του θαλάµου), ελέγχονται οι ενδείξεις για την µέγιστη και ελάχιστη θερµοκρασία, κατά την διακοπή παροχής ηλεκτρικού ρεύµατος στον κλίβανο και έναρξης της παροχής ρεύµατος, αντίστοιχα. Ηλεκτρονικός ζυγός: Με πρότυπα βάρη ελέγχεται η ορθότητα και ακρίβεια ζύγισης. Κόσκινα: Η δοκιµή ελέγχου πραγµατοποιείται σύµφωνα µε την αµερικάνικη προδιαγραφή ASTM E11 (American Society for Testing and Materials). Στο κόσκινο Νο50 µε άνοιγµα τετραγωνικής οπής 300µm και πάχος σύρµατος 0,125 mm, ελέγχεται µε τη χρήση µικροσκοπίου το µέγεθος του ανοίγµατος τετραγωνικής οπής και το πάχος σύρµατος. Σύµφωνα µε την προδιαγραφή, για να µπορεί να χαρακτηριστεί το προς µελέτη κόσκινο ως Νο50, θα πρέπει ο µέσος όρος των τιµών για το µέγεθος όλων των οπών που ελέγχθηκαν να εµφανίζει τυπικό σφάλµα ±0,014 mm, µε µέγιστο άνοιγµα οπής µόνο για το 5% των τιµών 0,337mm, µε µόνο µία τιµή έως 0,363 mm και πάχος σύρµατος 0,215±0,075 mm

4 ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΜΕΡΟΣ ΙΙ: ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Α ΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΤΕΤΡΑΜΕΡΙΣΜΟΣ Σκοπός Σκοπός της άσκησης είναι η λήψη αντιπροσωπευτικού εργοταξιακού δείγµατος από σωρό αδρανών υλικών (άµµο, γαρµπίλι, χαλίκι) για την πραγµατοποίηση ελέγχων και η πιστοποίηση της καταλληλότητας των αδρανών υλικών για την πιθανή χρήση τους στην παραγωγή σκυροδέµατος σύµφωνα µε τον Ελληνικό Κανονισµό Τεχνολογίας Σκυροδέµατος 1997 (Κ.Τ.Σ.- 97). Θεωρητικό Μέρος Ι. Αδρανή υλικά Ως αδρανή υλικά θεωρούνται τα διαβαθµισµένα, ορυκτής ή βιοµηχανικής προέλευσης, υλικά που χρησιµοποιούνται είτε µε συγκολλητικό µέσο (για παρασκευή κονιαµάτων, σκυροδεµάτων, ασφαλτοµιγµάτων κλπ) είτε αυτούσια (έρµα σιδηροδροµικών γραµµών, στραγγιστηρίων, φίλτρων διηθήσεως ή καθαρισµού, βράχοι θωράκισης, κλπ), σε πάσης φύσεως τεχνικά έργα. Τα αδρανή δεν παρουσιάζουν χηµικές συνδετικές ιδιότητες µεταξύ τους, παρά µόνο φυσική συνοχή λόγω της γεωµετρικής ταξινόµησης των κόκκων και του βάρους τους. Επίσης, σύµφωνα µε την κλασσική αντίληψη, δεν αντιδρούν χηµικά µε το συγκολλητικό µέσο παρά µόνο συγκρατούνται από αυτό. Αποτελούν κύρια συστατικά του σκυροδέµατος (δηλαδή εµφανίζουν την µεγαλύτερη % κ.β. αναλογία στη σύσταση του σκυροδέµατος, περίπου 70-80% κ.β.), γεγονός που συµβάλλει στο να διατηρείται χαµηλό το κόστος του σκυροδέµατος, επειδή τα αδρανή είναι σχετικώς φθηνά υλικά, τόσο ως πρώτη ύλη όσο και ως διαδικασία παραγωγής. ρουν δηλαδή ως πληρωτικά στο σκυρόδεµα και δεν συµµετέχουν στη διαδικασία ενυδατώσεως. Αυτό δεν είναι το µοναδικό πλεονέκτηµα από τη χρήση αδρανών. Τα αδρανή, εκτός των άλλων, προσφέρουν αξιόλογα πλεονεκτήµατα και από τεχνικής άποψης στο σκυρόδεµα. Επηρεάζουν θετικά τη στατική συµπεριφορά των κατασκευών από σκυρόδεµα, εξασφαλίζουν µεγάλη σταθερότητα όγκου και µεγαλύτερη διάρκεια ζωής των κατασκευών σε σχέση µε την περίπτωση χρήσης µόνο τσιµεντοκονιάµατος. Οι ισχύουσες προδιαγραφές στην Ελλάδα για τα αδρανή σκυροδέµατος είναι ο Κ.Τ.Σ.-97 και το Σχέδιο Ελληνικού Προτύπου ΕΛΟΤ 408 (Θραυστά αδρανή για συνήθη σκυροδέµατα). Σύµφωνα µε το νέο Ευρωπαϊκό Πρότυπο Αδρανών Σκυροδέµατος ΕΛΟΤ ΕΝ 12620, ως αδρανή υλικά µπορούν να χρησιµοποιηθούν τεχνητά και ανακυκλωµένα αδρανή. Τα αδρανή που προορίζονται για την παραγωγή σκυροδέµατος πρέπει να είναι καθαρά, χωρίς επιφανειακή σκόνη, άργιλο και οργανικές ύλες (συνήθως πλυµένα), σκληρά και µεγάλης αντοχής. ιακρίνονται στης εξής 4 κατηγορίες, µε κριτήριο: 1. Την προέλευσή τους, σε (σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΛΟΤ EN για αδρανή σκυροδέµατος): - Αδρανή φυσικής προέλευσης - 3 -

5 - Τεχνητά ή βιοµηχανικά αδρανή - Ανακυκλωµένα αδρανή. Φυσικής προέλευσης είναι τα αδρανή τα οποία έχουν ληφθεί από το φυσικό περιβάλλον και δεν έχουν υποστεί τίποτε περισσότερο από µηχανική επεξεργασία θραύσης, πλυσίµατος και διαλογής (πχ θραυστά πετρώµατα, αλλουβιακοί σχηµατισµοί, ποταµίσιες λιµναίες ή θαλάσσιες αποθέσεις, αποθέσεις άµµων ή χαλικιών, λάβα, ηφαιστειακοί τόφφοι, λατοµικά προϊόντα κλπ). Τεχνητά ή βιοµηχανικά είναι τα αδρανή που έχουν προκύψει ως προϊόντα ή παραπροϊόντα βιοµηχανικής δραστηριότητας από χηµική ή θερµική επεξεργασία πρώτων υλών ορυκτής ή άλλης προέλευσης (πχ τέφρες, σκωρίες, υπολείµµατα καύσεων, άργιλοι, βερµικουλίτης, περλίτης, υλικά στίλβωσης, κλπ) Ανακυκλωµένα είναι τα αδρανή που προκύπτουν από την επεξεργασία και επαναχρησιµοποίηση δοµικών υλικών από υφιστάµενες κατασκευές (υλικά κατεδαφίσεως σκυροδέµατος, τοιχοποιίας, ασφαλτικών έργων κλπ) 2. Την πηγή λήψης τους, σε: - Φυσικά ή συλλεκτά αδρανή - Αδρανή λατοµείων Οι παραπάνω κατηγορίες αναφέρονται στα πρωτογενή αδρανή φυσικής προέλευσης, ανεξάρτητα αν ακολουθεί άλλη κατεργασία που µπορεί να τα µετατρέψει σε τεχνητά βιοµηχανικά. «Φυσικά» ή συλλεκτά ονοµάζονται τα αδρανή που η λήψη τους γίνεται από φυσικές αποθέσεις (π.χ. ποτάµια, ορυχεία κτλ.). Μπορούν να χρησιµοποιηθούν ως έχουν ή να επεξεργαστούν περαιτέρω ανάλογα µε τις απαιτήσεις (π.χ. θραύση, πλύσιµο, κτλ.). Επειδή σε αυτά τα υλικά υπάρχει αυξηµένος ο κίνδυνος της ύπαρξης αργιλικής παιπάλης, έχουν κατά κανόνα αυξηµένες απαιτήσεις ως προς αυτή. Η τυποποίηση των φυσικών αδρανών είναι σχεδόν αδύνατη και η βελτίωση των ιδιοτήτων τους εξαιρετικά αντιοικονοµική. Η ανάγκη της βελτίωσης και τυποποίησης των δοµικών υλικών, που κατασκευάζονται µε βάση τα λίθινα προϊόντα, έχει οδηγήσει στο περιορισµό της χρησιµοποίησης των φυσικών αδρανών. Αδρανή λατοµείων ονοµάζονται τα αδρανή που προκύπτουν από εξόρυξη και θραύση όγκων πετρώµατος. Αποτελούν την κύρια κατηγορία αδρανών υλικών που χρησιµοποιούνται στον Ελλαδικό χώρο και ως προς τη χηµική τους σύσταση είναι κυρίως ασβεστολιθικής και σπανιότερα πυριτικής προέλευσης. 3. Το ειδικό τους βάρος, σε: - Κανονικού ειδικού βάρους - Ελαφροβαρή αδρανή - 4 -

6 - Βαριά αδρανή Κανονικού ειδικού βάρους είναι τα αδρανή µε ειδικό βάρος από kg/m 3. Είναι τα πιο ευρέως χρησιµοποιούµενα αδρανή για τεχνικά έργα (ασφαλτικά, οδοστρωσίας, παραγωγή σκυροδέµατος, κονιαµάτων, κτλ). Ελαφροβαρή είναι τα αδρανή µε ειδικό βάρος <2000 kg/m 3. Χρησιµοποιούνται κυρίως για ελαφροβαρή θερµοµονωτικά σκυροδέµατα; ή κονιάµατα. Βαριά είναι τα αδρανή µε ειδικό βάρος >3000 kg/m 3. Έχουν ειδικές χρήσεις (πχ κατασκευές από σκυρόδεµα για προστασία από την ακτινοβολία κλπ ). 4. Το µέγεθος των κόκκων τους, σε (σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΛΟΤ EN για αδρανή σκυροδέµατος): - Xονδρόκοκκα - Λεπτόκοκκα - Filler Λεπτόκοκκα (σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620) είναι τα αδρανή µε µέγιστο µέγεθος κόκκου 4 mm (διάφορα είδη άµµων). Xονδρόκοκκα (σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620) είναι τα αδρανή µε µέγιστο µέγεθος κόκκου >4 mm, και ελάχιστο >2 mm (ογκόλιθοι, κροκάλες, έρµα, χαλίκι, γαρµπίλι, ρυζάκι). Filler ή παιπάλη (σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620) είναι το διαβαθµισµένο λεπτοµερές αδρανές υλικό µε µέγιστο κόκκο 2 mm, και το οποίο διέρχεται σε ποσοστό % από το κόσκινο 0,063 mm. Τα αδρανή που χρησιµοποιούνται για την παρασκευή σκυροδέµατος έχουν διάφορα µεγέθη και ακανόνιστο σχήµα. Κατατάσσονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα µε το µέγεθός τους, συνήθως ως εξής: Άµµος: µέσο µέγεθος κόκκων έως 8 mm ή 3/8 (=9,5 mm) (χονδρόκκοκη) και έως 4 mm (λεπτόκκοκη), Γαρµπίλι (ή ψηφίδες ή λιθοσύντριµµα): µέσο µέγεθος κόκκων από 5 έως 12,5 mm (λεπτόκκοκο ή χονδρόκκοκο) Σκύρα: µέσο µέγεθος κόκκων από 12,5 έως 38 mm ή ακόµη µεγαλύτερα. Είδη ελέγχων και δοκιµών αδρανών υλικών (σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620) Οι µέθοδοι δοκιµών µπορούν να χωριστούν σε 6 κατηγορίες ανάλογα µε το ελεγχόµενο χαρακτηριστικό/ιδιότητα: α) Γενικά Χαρακτηριστικά, β) Γεωµετρικά Χαρακτηριστικά, γ) Φυσικά - 5 -

7 και Μηχανικά Χαρακτηριστικά, δ) Ιδιότητες των αδρανών σε θερµικές και καιρικές µεταβολές, ε) Χηµικά Χαρακτηριστικά. Μια άλλη διάκριση των ιδιοτήτων είναι σε 3 βασικές κατηγορίες, όπου απαιτούνται αντίστοιχες µέθοδοι ελέγχου / δοκιµών: α. Γενικές ιδιότητες αδρανών - Κοκκοµετρία - Σχήµα - Παιπάλη Περιεκτικότητα Ποιότητα - Πυκνότητα και υδαταπορροφητικότητα - Αλκαλοπυριτική δραστηριότητα - Πετρογραφική δοµή - Επικίνδυνες ουσίες Εκποµπή ραδιενέργειας Αποδέσµευση βαρέων µετάλλων β. Ιδιότητες αδρανών για χρήσεις επιφανείας ή άλλη τελική χρήση - Αντίσταση σε θρυµµατισµό & κρούση - Αντίσταση σε φθορά - Αντίσταση σε στίλβωση - Αντίσταση σε απότριψη - Ανθεκτικότητα σε ψύξη-απόψυξη - Περιεκτικότητα χλωριόντων γ. Ιδιότητες αδρανών που προέρχονται από ιδιαίτερες πηγές - Περιεκτικότητα κελυφών - Σταθερότητα όγκου - Περιεκτικότητα χλωριόντων, όπως θαλάσσιες αποθέσεις - Ενώσεις που περιέχουν θείο, όπως σκωρίες - Οργανικές και ελαφροβαρείς προσµίξεις ΙΙ. ειγµατοληψία Αδρανών Τετραµερισµός (quartering) Η διεργασία της δειγµατοληψίας αποσκοπεί στην λήψη ενός αντιπροσωπευτικού δείγµατος από έναν πληθυσµό, που στην Τεχνολογία των αδρανών υλικών αφορά έναν σωρό, αν και οι διάφορες χρησιµοποιούµενες µεθοδολογίες δειγµατοληψίας, εν γένει µπορούν να εφαρµοστούν σε όλα τα στερεά υλικά που παράγονται στη Χηµική και Μεταλλουργική Βιοµηχανία. Η δειγµατοληψία πρέπει να προηγείται οποιασδήποτε δοκιµής που πρόκειται να υποστεί οποιοδήποτε είδος αδρανούς υλικού και µπορεί να επηρεάσει σηµαντικά τα αποτελέσµατα των δοκιµών στις οποίες θα υποβληθεί ένα ληφθέν δείγµα. εν προσδιορίζει ιδιότητα αλλά θέτει όρους για την λήψη ενός αντιπροσωπευτικού εργοταξιακού δείγµατος. Για αδρανή λατοµείου που προορίζονται στην παραγωγή κονιαµάτων, τα στιγµιαία δείγµατα θα πρέπει να είναι τυχαία και κατανεµηµένα σε όλα τα σηµεία της εξεταζόµενης παρτίδας. Τα στιγµιαία δείγµατα θα πρέπει να ανακατεύονται και έτσι να αποτελούν το συνολικό εργοταξιακό δείγµα. Ανάλογα µε το µέγεθος του - 6 -

8 µέγιστου κόκκου καθώς και µε το επιθυµητό σηµείο δειγµατοληψίας (σωροί αποθήκευσης, µεταφορική ταινία, φορτηγά, πλοία κλπ) πρέπει να ακολουθείται διαφορετική διαδικασία. Κατά την διαδικασία του τετραµερισµού το προς εξέταση δείγµα αδειάζεται προσεκτικά σε µια επίπεδη επιφάνεια ώστε να σχηµατιστεί ένας κώνος. Στη συνέχεια µε ένα φτυάρι ή µία σπάτουλα ανακατεύεται το δείγµα και λαµβάνεται υλικό από τη βάση του κώνου το οποίο µεταφέρεται στην κορυφή του. Με φτυάρι ή σπάτουλα επιπεδώνεται η κορυφή του κώνου και χωρίζεται το υλικό σε τέσσερα τεταρτηµόρια. Αποµακρύνονται δύο οποιαδήποτε κατά κορυφήν τεταρτηµόρια και λαµβάνεται το υλικό των δύο άλλων. Στη συνέχεια η παραπάνω διαδικασία επαναλαµβάνεται άλλη µία φορά έτσι που το τελικό προς εξέταση δείγµα να είναι το ένα τέταρτο περίπου του αρχικού δείγµατος. Σχήµα 1: ιαδικασία τετραµερισµού. Πειραµατικό Μέρος Προδιαγραφές: Η δειγµατοληψία πραγµατοποιείται σύµφωνα µε τις αµερικάνικες προδιαγραφές ASTM D75 και AASHTO T2. Συσκευές και όργανα: Φτυάρι χωρητικότητας 3,5-3,75 kg, για την δειγµατοληψία του χαλικιού Σέσουλα Νο300 (µικρή), χωρητικότητας g, για την δειγµατοληψία της άµµου Σέσουλα Νο350 (µεσαία), χωρητικότητας 1,0-1,5 kg, για την δειγµατοληψία του γαρµπιλιού. Πειραµατική ιαδικασία: Σε έναν σωρό αδρανούς υλικού χαράσσονται 4 γενέτειρες αντιδιαµετρικές µεταξύ τους. Σύµφωνα µε τις προδιαγραφές ASTM D75 και AASHTO T2 πρέπει να συλλεχθούν οι εξής ελάχιστες ποσότητες δείγµατος: - 7 -

9 Για το χαλίκι 50 kg Για το γαρµπίλι 15 kg Για την άµµο 10 kg Το δείγµα πρέπει να παίρνεται µε τη βοήθεια ειδικού πτύου (scoop) και όχι µε κλασσικού τύπου πτύο (φτυάρι), ώστε να εξασφαλίζεται η µη απόµειξη (segregation) του υλικού. Στην εκάστοτε γενέτειρα, πριν πραγµατοποιηθούν οι λήψεις του υλικού, εισχωρείται το κατάλληλο σκεύος και αποµακρύνεται υλικό από βάθος περίπου 20 cm, καθώς τα αδρανή υλικά είναι εκτεθειµένα στις εκάστοτε καιρικές συνθήκες. Από κάθε γενέτειρα, σε διαφορετικά ύψη κάθε φορά, λαµβάνεται η απαραίτητη ποσότητα µε εφαρµογή 3 ή 4 λήψεων

10 ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΜΕΡΟΣ ΙΙΙ: ΕΛΛΑΤΩΣΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΙΜΕΡΙΣΜΟΣ Α ΡΑΝΩΝ Σκοπός Σκοπός της άσκησης είναι η µείωση της αρχικής ποσότητας ενός οµοιόµορφου αντιπροσωπευτικού δείγµατος αδρανούς υλικού, σε µικρότερη αναγκαία ποσότητα, όπως απαιτείται από τις αντίστοιχες προδιαγραφές, βάσει των οποίων θα πραγµατοποιηθούν οι δοκιµές ελέγχου για να κριθεί η καταλληλότητα των αδρανών υλικών για την παρασκευή σκυροδέµατος. Θεωρητικό Μέρος Στην εργαστηριακή πρακτική είναι αναγκαία η ύπαρξη πλέον του ενός αντιπροσωπευτικών εργαστηριακών δειγµάτων για την διεξαγωγή πολλαπλών δοκιµών που προέρχονται από το ίδιο αντιπροσωπευτικό εργοταξιακό δείγµα. Συνεπώς είναι πολλές φορές αναγκαίος ο διαχωρισµός του αρχικού εργοταξιακού δείγµατος. Η µέθοδος ελάττωσης της αρχικής µάζας και λήψης του τελικού δείγµατος (για τον έλεγχο των ιδιοτήτων), ανάλογα µε το µέγεθος του µέγιστου κόκκου καθώς και την επιθυµητή ποσότητα δείγµατος προς δοκιµή γίνεται συνήθως µε µία από τις δύο µεθόδους, οι οποίες είναι - µε τη συσκευή διµερισµού (sample splitter) ή η µέθοδος του µηχανικού δειγµατολήπτη (riffling) - η µέθοδος της τεταρτοτόµησης ή τετραµερισµού (quartering) όπως αυτή περιγράφηκε αναλυτικά στο Μέρος ΙΙ. Στη µέθοδο του µηχανικού δειγµατολήπτη (Σχήµα 2) πρέπει να χρησιµοποιούνται δειγµατολήπτες ρυθµιζόµενου ανοίγµατος χωρισµάτων, ώστε να εξασφαλίζεται, ανάλογα µε το µέγεθος του µέγιστου κόκκου, η ανεµπόδιστη διέλευση του τροφοδοτούµενου υλικού και η λήψη του στους υποδοχείς. Σχήµα 2: Συσκευή διµερισµού (sample splitter)

11 Πειραµατικό Μέρος Προδιαγραφές: Ο διµερισµός πραγµατοποιείται σύµφωνα µε τις αµερικάνικες προδιαγραφές ASTM C702 και AASHTO T248. Συσκευές και όργανα: ιάταξη ιµερισµού. Πειραµατική ιαδικασία: Τα ανοίγµατα της διµεριστικής µηχανής πρέπει να είναι τουλάχιστον 50% µεγαλύτερα σε µέγεθος από τον µέγιστο κόκκο του υλικού, ήτοι (1 =1 in=2,54 cm): Για το χαλίκι: d=1,0 1,5=1,5, Για το γαρµπίλι: d=0,5 1,5=1, Για την άµµο: d=4,75 mm 1,5=0,

12 ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΜΕΡΟΣ ΙV: ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΙΠΑΛΗΣ ΠΛΥΣΙΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Α ΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Σκοπός: Σκοπός της άσκησης είναι ο προσδιορισµός του % κ.β. ποσοστού της παιπάλης πλυσίµατος αδρανών υλικών και της φυσικής τους υγρασίας, για τον έλεγχο της συµµόρφωσής τους µε τις απαιτήσεις του Κ.Τ.Σ.-97 για την χρησιµοποίησή τους στην παραγωγή σκυροδέµατος. Θεωρητικό Μέρος Παιπάλη Παιπάλη ή filler, κατά το πρότυπο ASTM, ορίζεται το λεπτόκοκκο κλάσµα το οποίο διέρχεται από το κόσκινο Νο200 (το οποίο έχει άνοιγµα τετραγωνικής οπής 0,075mm). Σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN ως παιπάλη ορίζεται το διαβαθµισµένο λεπτοµερές αδρανές υλικό µε µέγιστο κόκκο 2 mm, και το οποίο διέρχεται σε ποσοστό % από το κόσκινο 0,063 mm. Από πλευράς χηµικής σύστασης, στο κλάσµα της παιπάλης µπορεί να περιέχεται και η πιθανή παρουσία αργίλου. Η παιπάλη προσκολλάται στους κόκκους του υλικού, εµποδίζοντας την πρόσφυση και αγκύρωση των κόκκων των αδρανών µε τη συνδετική κονία, είτε σχηµατίζει συσσωµατώµατα, δηµιουργώντας αδύνατα σηµεία στην µάζα του κονιάµατος, ή ακόµη διασκορπίζεται οµοιόµορφα µέσα στην µάζα του αδρανούς. Επίσης αυξάνει εν γένει την απαίτηση σε νερό στο σκυρόδεµα και ελαττώνει την αντοχή του. Παράλληλα συντελεί στην αύξηση της εργασιµότητας του µίγµατος αδρανών - κονιάµατος. Για τους παραπάνω λόγους η παιπάλη είναι ανεπιθύµητη (όπως και η άργιλος) σε αδρανή που προορίζονται στην παραγωγή σκυροδέµατος. Σύµφωνα µε τον Κ.Τ.Σ., για αδρανή σκυροδέµατος το µέγιστο επιτρεπτό ποσοστό παιπάλης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 16% κ.β. στην άµµο και το 1% κ.β. στα χονδρόκοκκα κλάσµατα (σκύρα, γαρµπίλι, ρυζάκι). Ειδικότερα για άοπλα σκυροδέµατα το κ.β. ποσοστό παιπάλης στην άµµο µπορεί να φτάσει το 20%. Η παιπάλη της φυσικής άµµου δεν πρέπει να υπερβαίνει το 5% κ.β.. Στο ασφαλτικό σκυρόδεµα και ειδικά για την στρώση κυκλοφορίας το ποσοστό παιπάλης των αδρανών πρέπει να βρίσκεται µεταξύ 5 12% κ.β.. Υψηλά ποσοστά παιπάλης αυξάνουν την εργασιµότητα στο ασφαλτικό σκυρόδεµα. Λόγω της προσκόλλησης της παιπάλης στο χονδρόκοκκο υλικό, ο διαχωρισµός της από αυτό µε τον συνήθη τρόπο κοσκινίσµατος είναι αρκετά δύσκολος και όχι πλήρης, γι' αυτό ο προσδιορισµός της γίνεται µε πλύσιµο στο κόσκινο Νο200. Περιεχόµενη υγρασία των αδρανών (moisture content) Οι κόκκοι των αδρανών µπορούν να περιέχουν νερό στο εσωτερικό τους και επίσης εξωτερική επιφανειακή υγρασία, που οφείλονται στο χώρο και τον τρόπο αποθήκευσής τους. Το πορώδες των αδρανών δίνει τη δυνατότητα απορρόφησης νερού από τα ξηρά αδρανή (Σχήµα 3 και 4), γεγονός που έχει ως αποτέλεσµα να µειώνεται το διαθέσιµο νερό που είναι απαραίτητο για τις αντιδράσεις ενυδάτωσης µε τη συνδετική κονία (στην περίπτωση του σκυροδέµατος µε το τσιµέντο). Αντιθέτως, εάν τα αδρανή εµφανίζουν περίσσεια νερού (στο εσωτερικό τους αλλά και στην επιφάνειά τους), συνεισφέρουν νερό για τις αντιδράσεις ενυδάτωσης

13 Στερεό Κενό Στερεό Κενό γεµάτο µε νερό 1 2 Κενό µε µερική πλήρωση σε νερό Σχήµα 3: Επιφανειακή δοµή και πορώδες αδρανών. Στερεό Στερεό Νερό 3 4 Νερό Κόκκος αδρανούς µερικώς κορεσµένο σε νερό και επιφανειακά ξηρός Κόκκος αδρανούς πλήρως κορεσµένος σε νερό και επιφανειακά ξηρός Σχήµα 4: Κόκκοι αδρανών (3) µερικώς και (4) πλήρως κορεσµένοι σε νερό αλλά επιφανειακά ξηροί. Με βάση τα παραπάνω, οι κόκκοι των αδρανών διακρίνονται στις παρακάτω τέσσερεις κατηγορίες, όσον αφορά στην κατάσταση τους από πλευράς υγρασίας: 1. Τελείως ξηροί (Oven-Dry ή OD), χωρίς καθόλου υγρασία δηλαδή έχουν υποστεί ολοκληρωτική ξήρανση 2. Μερικώς ξηροί (Air-Dry ή AD), όπου οι εσωτερικοί τους πόροι είναι µερικώς γεµάτοι µε νερό ενώ η επιφάνειά τους είναι ξηρή. 3. Κόκκοι µε πόρους γεµάτους µε νερό (Saturated Surface-Dry ή SSD), ενώ η επιφάνειά τους δεν έχει υγρασία. 4. Κόκκοι µε πόρους γεµάτους µε νερό (Damp ή Wet), ενώ η επιφάνειά τους είναι καλυµµένη µε στρώµα (φίλµ) νερού

14 Από τις παραπάνω τέσσερεις περιπτώσεις η πλέον χαρακτηριστική είναι η 3 η (Σχήµα 4.3), η οποία αποτελεί κατάσταση ισορροπίας, όπου τα αδρανή ούτε απορροφούν αλλά ούτε και αποδίδουν νερό στην τσιµεντόπαστα. Η κατάσταση αυτή χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό του ειδικού βάρους των αδρανών που χρησιµοποιούνται στο σκυρόδεµα. Απορρόφηση νερού και επιφανειακή υγρασία Για να προσδιοριστεί η ποσότητα του νερού, που θα προσφερθεί στην τσιµεντόπαστα ή θα απορροφηθεί από τα αδρανή του σκυροδέµατος, χρησιµοποιούνται οι παρακάτω τρεις (3) όροι: Απορροφητική ικανότητα (Absorption Capacity ή AC): Αφορά στη µέγιστη ποσότητα νερού που µπορούν να απορροφήσουν τα αδρανή από την τσιµεντόπαστα. Η απορροφητική ικανότητα είναι το µέτρο του συνολικού όγκου των πόρων που είναι προσβάσιµοι από το νερό και µπορεί να προσδιοριστεί από τα αποτελέσµατα προσδιορισµού του ειδικού βάρους (ASTM C 127 και C 128). Η ποσότητα αυτή κυµαίνεται µεταξύ 1 και 2,5% για τα συνήθη αδρανή και εκφράζεται ποσοστιαία από τη σχέση: WSSD -WOD % AC = 100 WOD όπου W SSD : η µάζα του πλήρως κορεσµένου (επιφανειακά στεγνού, SSD) δείγµατος σε g, W OD : η mάζα του πλήρως ξηραµένου (OD) δείγµατος σε g. Η συνολική περιεχόµενη υγρασία (%) προσδιορίζεται σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM C 566 εφαρµόζοντας τη σχέση: W -WOD Συνολική υγρασία (%) = 100 WOD όπου W = µάζα του αρχικού δείγµατος (µε όλη την υγρασία του) σε g. Εφικτή απορροφητική ικανότητα (Effective Absorption ή EA): Αφορά στην ποσοστιαία δυνατή (εφικτή) ποσότητα νερού, που µπορούν να απορροφήσουν τα αδρανή, ώστε να µεταπέσουν από την κατάσταση µερικού κορεσµού (AD) των πόρων τους στην κατάσταση πλήρους κορεσµού τους (SSD), η οποία στα συνήθη αδρανή κυµαίνεται από 0-8% κ.β.. Προσδιορίζεται από τη σχέση: WSSD -WAD % EA = 100 WAD Η µάζα του νερού (W abs ) που µπορεί να απορροφηθεί από δεδοµένη µάζα W agg αδρανών σε κατάσταση µερικού κορεσµού (AD), προσδιορίζεται από τη σχέση: W abs = (EA) W agg Επιφανειακή υγρασία (Surface Moisture ή SM): Αφορά στην ποσοστιαία περίσσεια νερού, λόγω επιφανειακής υγρασίας των κόκκων, σε σχέση µε την κατάσταση του πλήρους κορεσµένου αλλά επιφανειακά στεγνού κόκκου (SSD). Προσδιορίζεται από τη σχέση: Wwet -WSSD % S M = 100 W SSD

15 Ο παραπάνω συντελεστής χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό της επιπλέον ποσότητας υγρασίας (W add ), η οποία εισάγεται στο µίγµα των πρώτων υλών σκυροδέµατος, µέσω των αδρανών δεδοµένης µάζας W agg. W add = (SM) W agg Η ποσοστιαία προσφερόµενη από τα αδρανή υγρασία (Moisture content ή MC) δίνεται από τη σχέση: WStock -WSSD % MC = 100 W Εάν η τιµή του MC > 0, τότε τα αδρανή εµφανίζουν επιφανειακή υγρασία, ενώ εάν MC < 0, τότε τα αδρανή έχουν δυνατότητα απορρόφησης νερού από την τσιµεντόπαστα. Συνεπώς, η συνολική υγρασία των αδρανών χαρακτηρίζει την αναµενόµενη συµπεριφορά τους κατά την παρασκευή σκυροδέµατος. Τα λεπτόκοκκα αδρανή, τα οποία βρίσκονται αποθηκευµένα σε υπαίθριους σωρούς έχουν συνήθως επιφανειακή υγρασία κυµαινόµενη από 0-10% κ.β., ενώ τα χονδρόκοκκα από 0-2% κ.β.. Στα λεπτόκοκκα αδρανή κατακρατείται µεγαλύτερη ποσότητα νερού µεταξύ των τεµαχίων τους απ ό,τι µεταξύ των χονδρόκοκκων αδρανών, λόγω µεγαλύτερης ειδικής επιφάνειας. Αυτό το φίλµ (λεπτό στρώµα) επιφανειακής υγρασίας διατηρεί τους κόκκους των αδρανών σε µεγαλύτερη απόσταση µεταξύ τους και αυξάνει το φαινόµενο όγκο τους, µειώνοντας µε αυτό τον τρόπο το φαινόµενο ειδικό τους βάρος. Ειδικά στην περίπτωση της άµµου παρατηρείται διόγκωσή της που εξαρτάται από την επιφανειακή υγρασία και από την λεπτότητά της. Η διόγκωση της άµµου οφείλεται στο σχηµατισµό υµενίων νερού µέσα στη µάζα της. Τα υµένια κρατάνε σε απόσταση τους κόκκους της άµµου. Όσο µικρότεροι είναι οι κόκκοι τόσο µεγαλύτερη είναι η απόσταση και το βάρος ανά µονάδα όγκου είναι µικρότερο. Τα σχηµατιζόµενα υµένια καταστρέφονται µε τη περαιτέρω αύξηση της υγρασίας, διότι τότε δηµιουργείται ελεύθερη κίνηση του νερού µέσα στους κόκκους. Εποµένως µε την αύξηση της υγρασίας η άµµος χάνει την διόγκωση της και επανέρχεται στον αρχικό όγκο της ξηρής άµµου. Για αύξηση της υγρασίας από 5-8% κ.β. προκαλείται διόγκωση της άµµου κατά 20-30% κ.ο.. Η θραυστή άµµος υφίσταται τη µεγαλύτερη διόγκωση, περίπου 25%, για ποσοστό υγρασίας 8% κ.β. SSD Πειραµατικό Μέρος Προδιαγραφές: Ο προσδιορισµός του % κ.β. ποσοστού της παιπάλης πλυσίµατος αδρανών υλικών και της φυσικής τους υγρασίας πραγµατοποιείται σύµφωνα µε τις αµερικάνικες προδιαγραφές ASTM C117, AASHTO T11 (American Association of State Highway and Transportation Officials). Συσκευές και όργανα: Κόσκινο Νο4, κόσκινο Νο200, µηχανικός ζυγός OHAUS, ηλεκτρονικός ζυγός, εργαστηριακός κλίβανος. Πειραµατική ιαδικασία: Υπάρχουν δύο µέθοδοι προσδιορισµού του ποσοστού παιπάλης αδρανών υλικών:

16 1. Η µέθοδος αυτή διαρκεί τρεις ηµέρες µε την χρήση ενός µόνο δείγµατος. Την πρώτη ηµέρα ζυγίζεται το δείγµα και αυτό θα είναι το βάρος του υλικού µε φυσική υγρασία (W ΦΥ ). Ακολούθως το δείγµα φέρεται εντός του εργαστηριακού κλίβανου και ξηραίνεται σε θερµοκρασία µεταξύ C, η οποία διατηρείται σταθερή. Την δεύτερη ηµέρα το δείγµα εξέρχεται από τον κλίβανο και προσδιορίζεται το βάρος του υλικού, φυσικό και ξηρό (W ΦΞ ). Ακολούθως το υλικό εκπλένεται στο κόσκινο Νο200 και στην συνέχεια φέρεται εντός του εργαστηριακού κλιβάνου σε θερµοκρασία µεταξύ C, η οποία διατηρείται σταθερή. Την τρίτη ηµέρα το δείγµα εξέρχεται από τον κλίβανο και προσδιορίζεται το βάρος του, πλυµένο και ξηρό (W ΠΞ ). 2. Η µέθοδος αυτή διαρκεί δύο ηµέρες, µε την χρήση δύο αδερφικών δειγµάτων. Την πρώτη ηµέρα το πρώτο αδερφικό δείγµα ζυγίζεται και προσδιορίζεται το βάρος του µε φυσική υγρασία (W ΦΥ1 ). Ακολουθεί έκπλυση του δείγµατος στο κόσκινο Νο200 και στην συνέχεια φέρεται εντός του εργαστηριακού κλιβάνου σε θερµοκρασία µεταξύ C, η οποία διατηρείται σταθερή. Το δεύτερο αδερφικό δείγµα ζυγίζεται, (αναφέρεται ως βάρος του υλικού µε φυσική υγρασία (W ΦΥ2 )) και τοποθετείται εντός εργαστηριακού κλιβάνου, σε θερµοκρασία µεταξύ C, η οποία διατηρείται σταθερή. Την δεύτερη ηµέρα εξέρχεται το πρώτο αδερφικό δείγµα από τον εργαστηριακό κλίβανο και µε ζύγιση προσδιορίζεται το βάρος του υλικού πλυµένο και ξηρό (W ΠΞ1 ). Το δεύτερο αδερφικό δείγµα, αφού εξέλθει από τον κλίβανο, ζυγίζεται και προσδιορίζεται το βάρος του υλικού φυσικό και ξηρό (W ΦΞ2 ). Υπολογισµοί Επεξεργασία Μετρήσεων: Μέθοδος 1 η : Υπολογισµός φυσικής υγρασίας: Υ Φ = W ΦΥ - W ΦΞ, σε (g) Υ Φ (%) = [(W ΦΥ - W ΦΞ ) / W ΦΞ ] 100 Υπολογισµός παιπάλης πλυσίµατος: Π.Π. = W ΦΞ - W ΠΞ, σε (g) Π.Π. (%) = [(W ΦΞ - W ΠΞ ) / W ΦΞ ] 100 Μέθοδος 2 η : Υπολογισµός φυσικής υγρασίας από το δεύτερο δείγµα: Υ Φ = W ΦΥ2 - W ΦΞ2, σε (g) Υ Φ (%) = [(W ΦΥ2 - W ΦΞ2 ) / W ΦΞ2 ] 100 Υπολογισµός W ΦΞ για το πρώτο δείγµα υπολογιστικά: W ΦΞ1 = (W ΦΥ1 W ΦΞ2 )/ W ΦΥ2 Υπολογισµός παιπάλης πλυσίµατος: Π.Π.= W ΦΞ1 - W ΠΞ1, σε (g) Π.Π. (%)= [(W ΦΞ1 - W ΠΞ1 ) / W ΦΞ1 ]

17 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ελληνική: 1. Α. Τριανταφύλλου, οµικά Υλικά, 7 η Εκδ., Πάτρα, R. Wendehorst, οµικά Υλικά, 2 η Έκδ., Εκδόσεις Μ. Γκιούρδα, Αθήνα, P. K. Mehta, P. J. M. Monteiro, Σκυρόδεµα. Μικροδοµή, ιδιότητες και υλικά, (σε µετάφραση Ι. Παπαγιάννη), 3 η Έκδ., Εκδόσεις Κλειδάριθµος, Αθήνα, Χ. Οικονόµου, Τεχνολογία του Σκυροδέµατος, 3 η Έκδοση, Εκδόσεις ΣΕΛΚΑ - 4Μ ΕΠΕ - ΤeΚ ΟΤΙΚΗ, Αθήνα, 2003 Ξενόγλωσση: 5. ASTM Standards, Section 4: Construction, Volume 04.02: Concrete and Aggregates 6. G. D. Taylor, Materials in Construction Principles, Practice and Performance, Pearson Education, U.K., S. Somayaji, Civil Engineering Materials, 2 nd ed., Prentice-Hall, New Jersey, U.S.A., M. S. Mamlouk, J. P. Zaniewski, Materials for Civil and Construction Engineers, 2 nd Ed., Pearson Education, New Jersey, U.S.A., R. A. Flinn, P. K. Trojan, Engineering Materials and their Applications, 4 th ed., Houghton Mifflin Company, Boston, U.S.A., S. Mindess, J. F. Young, D. Darwin, Concrete, 2 nd ed., Pearson Education, New Jersey, U.S.A., A. M. Neville, Properties of Concrete, 4 th ed., Pearson Education, London, U.K., P. C. Hewlett, Lea s Chemistry of Cement and Concrete, 4 th ed., Edward Arnold, London, H. F. W. Taylor, Cement Chemistry, 2 nd ed., Thomas Telford Publishing, London, U.K., M. S. J. Gani, Cement and Concrete, Chapman & Hall, London, U.K., S. N. Gosh, Cement and Concrete Science and Technology, Vol. I Part I, ABI Books Pvt., New Delhi, India, S. N. Gosh, Cement and Concrete Science and Technology, Vol. I Part II, ABI Books Pvt., New Delhi, India, 1992 Κανονισµοί Πρότυπα: 17. ASTM Standards, Section 4: Construction, Volume 04.02: Concrete and Aggregates 18. Κανονισµός Τεχνολογίας Σκυροδέµατος ΚΤΣ-97 (ΦΕΚ 315/Β/ ) 19. ΕΛΟΤ EN 12620: Αδρανή σκυροδέµατος 20. ΕΛΟΤ ΕΝ 13043: Αδρανή ασφαλτοµιγµάτων 21. ΕΛΟΤ ΕΝ 13139: Αδρανή Κονιαµάτων 22. ΕΛΟΤ ΕΝ : Αδρανή για Ογκόλιθους για λιµενικά και υδραυλικά έργα 23. ΕΛΟΤ ΕΝ 13450: Αδρανή για έρµα σιδηροδροµικής γραµµής 24. ΕΛΟΤ ΕΝ 13242: Αδρανή για βάσεις και υποβάσεις σταθεροποιηµένες ή µη 25. ΕΛΟΤ ΕΝ 13055: Ελαφροβαρή Αδρανή