ΤΣΙΜΕΝΤΟ. "Δομικά Υλικά" Παραδόσεις του Αν. Καθηγητή Ξ. Σπηλιώτη

Transcript

1 ΤΣΙΜΕΝΤΟ Βιομηχανικό, κοκκώδες υλικό σε μορφή σκόνης, που σε μίξη με το νερό σε κατάλληλη αναλογία, σχηματίζει πολτό που πήζει, σκληρύνεται και διατηρεί το σχήμα του ακόμη και στο νερό.

2 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Διεργασία παραγωγής τσιμέντου Πρώτες Ύλες Ενδιάμεσο προϊόν τελικό προϊόν

3 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

4 ΚΛΙΝΚΕΡ Προϊόν πυροσυσσωμάτωσης στην περιστροφική κάμινο

5 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΟΝ ΚΛΙΒΑΝΟ

6 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

7 ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ - ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ Ασβεστόλιθος CaO + CO 2 3CaO.SiO 2 C 3 S Alit 2CaO.SiO 2 C 2 S Belit Άργιλος SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe2O 3 + H 2 O 3CaO.Al 2 O 3 C 3 A Celit 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 C 4 AF Felit Το συστατικό C 3 S διαφοροποιεί το τσιμέντο από τις άλλες υδραυλικές κονίες H 2 O MgO K 2 O CO 2 Ca(OH) 2 SO 3 H Mg K C CH S ΑΛΛΟΙ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ CaSO 4.2H 2 O CSH 2

8 ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ C 3 S Το C3S ενυδατώνεται και σκληραίνει πολύ γρήγορα και είναι υπεύθυνο για την αρχική πήξη και την αρχική αντοχή. Γενικώς, η ανάπτυξη πρώϊμης (αρχικής) αντοχής του σκυροδέματος είναι μεγαλύτερη, όσο αυξημένη είναι η περιεκτικότητα του τσιμέντου σε C 3 S. Τα κύρια χαρακτηριστικά της παρουσίας του C 3 S στο τσιμέντο είναι: Το κυριότερο συστατικό του clinker στο τσιμέντο, συνήθως περισσότερο από 50% κ.β. Ταχεία ανάπτυξη αντοχής Το C 3 S αντιδρά ταχύτερα από το C 2 S. Μεγάλη συνεισφορά στην τελική αντοχή. Ανθεκτική ένωση σε παρουσία θείου (θειϊκές ενώσεις). Το 25% του προστιθέμενου νερού στο σκυρόδεμα ενώνεται και αντιδρά κατά τη διεργασία ενυδάτωσης του C 3 S Αναπτυσσόμενη θερμότητα: 500 kj/kg. Η διεργασία ενυδάτωσης του C 3 S επηρεάζεται μέχρι κάποιου σημείου από την παρουσία του C 3 Α και της γύψου. Το C 3 Α και η γύψος δρούν «διεγερτικά» στην ενυδάτωση του C 3 S. Επίσης και τα αλκάλια έχουν σχετική επίδραση στην ενυδάτωση του C 3 S. Η γενική αντίδραση ενυδάτωσης του C 3 S είναι: Ca 3 SiO 5 + (y+z)h 2 O = zca(oh) 2 + Ca (3-z) SiO (5-z).yH 2 O

9 ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ C 2 S Το δεύτερο από πλευράς περιεκτικότητας συστατικό του clinker, που κυμαίνεται από 10-60%. Αργή ανάπτυξη αντοχής Το C 2 S αντιδρά πιο αργά από το C 3 S. Το C 2 S ενυδατώνεται και σκληραίνει πολύ αργά και συμβάλλει κατά κύριο λόγο στην αύξηση της αντοχής μετά την πάροδο μιας εβδομάδας περίπου από την έναρξη της ενυδάτωσης. Συμμετέχει σημαντικά στην τελική αντοχή Ανθεκτικό στην επίδραση ενώσεων θείου Το 20% του προστιθέμενου νερού ενώνεται και αντιδρά κατά τη διεργασία ενυδάτωσης του C 2 S Αναπτυσσόμενη θερμότητα: 260 kj/ kg σε βάθος χρόνου ετών ( 200 kj/ kg για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο των 90 ημερών) Κατά την ενυδάτωσή του το C 2 S επιδεικνύει όμοια συμπεριφορά με το C 3 S, αλλά αντιδρά με μικρότερη ταχύτητα. Συνεχίζει όμως να ενυδατώνεται αργά κατά τη διάρκεια της πήξης του τσιμέντου και έτσι συμβάλλει σημαντικά στην αντοχή του.

10 ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ C 3 Α Το C 3 A απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας κατά το αρχικό χρονικό διάστημα της ενυδάτωσης και της πήξης. Συμβάλλει ελάχιστα στην αύξηση της αρχικής αντοχής. Η γύψος (CaSO 4 ), που προστίθεται κατά τη λειοτρίβηση του κλίνκερ, επειδή είναι υγροσκοπική, επιβραδύνει το ρυθμό (ταχύτητα) ενυδάτωσης του C 3 A. Χωρίς την προσθήκη γύψου, τα τσιμέντα που περιέχουν C 3 A θα έπηζαν πολύ γρήγορα. Τσιμέντα με χαμηλή περιεκτικότητα σε C 3 A είναι ιδιαιτέρως ανθεκτικά σε εδάφη και νερά που περιέχουν θειϊκές ενώσεις. Η περιεκτικότητά του στο τσιμέντο κυμαίνεται μεταξύ 3-10%. Έχει μικρή συνεισφορά στην ανάπτυξη αρχικής αντοχής. Χαμηλή συμβολή στην τελική αντοχή. Δεν είναι ανθεκτικό στην παρουσία θειϊκών ενώσεων % του βάρους του προστιθέμενου νερού χρησιμοποιείται κατά την ενυδάτωση του C 3 Α. Παρουσιάζει γρήγορη και μεγάλη έκλυση θερμότητας ακόμη και σε χρονικό διάστημα 3 ημερών: 900 kj/kg Συγκρινόμενο με το C 3 S αντιδρά πολύ γρήγορα με το νερό δίνοντας δυο διαφορετικά ένυδρα προϊόντα σύμφωνα με την αντίδραση: 2C 3 Α + 21Η = C 4 AH 13 + C 2 AH 8 Οι ενώσεις αυτές σχηματίζουν «πετάλια» μέσα στο τσιμέντο και μετατρέπονται σε C 3 AH 6, που σχηματίζεται πολύ γρήγορα και ευθύνεται για τη δημιουργία κρυσταλλικού δικτύου κατά την ενυδάτωση. Παρουσία όμως ελεύθερης ασβέστου στο τσιμέντο, ευνοείται ο σχηματισμός C 4 AH 13, που επιβραδύνει το σχηματισμό C 3 AH 6, αλλά ακόμη και στην περίπτωση αυτή ο σχηματισμός C 4 AH 13 προκαλεί πολύ γρήγορη πήξη του τσιμέντου. Για την αποφυγή της ταχείας πήξης του τσιμέντου προστίθεται γύψος στο τσιμέντο και σχηματίζεται το ορυκτό εττριγκίτης (ettringite) κατά την ενυδάτωση σύμφωνα με την αντίδραση: C 3 Α + 3CaSO 4.2H 2 O + (25-26)H 2 O = Ca 6 Al 2 O 6 (SO4).(31-32)H 2 O

11 ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ C 4 ΑF Κυμαίνεται μεταξύ 5-10% στο τσιμέντο. Έχει μικρή συμμετοχή στην ανάπτυξη αντοχής του βάρους % νερού καταναλώνεται κατά την ενυδάτωσή του. Μέτρια προς χαμηλή έκλυση θερμότητας: 420 kj/kg (σε βάθος χρόνου). Η αντίδραση ενυδάτωσής του είναι: C4ΑF + 13Η = C4ΑFΗ13 Το C4AF μειώνει (ελαττώνει) τη θερμοκρασία μετατροπής σε κλίνκερ και έτσι συμβάλλει θετικά στην κατανάλωση ενέργειας κατά την παραγωγή του τσιμέντου. Ενυδατώνεται και αυτό σχετικά γρήγορα, αλλά δεν συμβάλλει σχεδόν καθόλου στην ανάπτυξη αντοχής. Οι περισσότεροι χρωματισμοί του τσιμέντου οφείλονται στην παρουσία C4AF και των ένυδρων ενώσεών του.

12 ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Αλκάλια (Na 2 O, K 2 O) Στην παραγωγή σκυροδέματος χρησιμοποιούνται τσιμέντα με χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκάλια, όταν xρησιμοποιούνται αδρανή που περιέχουν διοξείδιο του πυριτίου (SiO2). Τα αλκάλια προωθούν (διευκολύνουν) τις αντιδράσεις με το άμορφο πυρίτιο. Τα περιεχόμενα αλκάλια συμβάλλουν στην επιτάχυνση απόκτησης της πρώιμης αντοχής, αλλά ταυτόχρονα δρούν αρνητικά στην τιμή της τελικής αντοχής. Τα περιεχόμενα αλκάλια προέρχονται τόσο από τις χρησιμοποιούμενες πρώτες ύλες στην παραγωγή τσιμέντου, αλλά εξαρτώνται και από τη μέθοδο παραγωγής του clinker (ξηρή ή υγρή). Τσιμέντο παραγόμενο με υγρή μέθοδο περιέχει μικρότερο ποσοστό αλκαλίων συγκρινόμενο με εκείνο της ξηρής μεθόδου.

13 ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ MgO (5% κ.β. Max) Στο MgO οφείλεται το γκριζοπράσινο χρώμα του τσιμέντου. Προκαλεί διόγκωση κατά την ενυδάτωση (κίνδυνος διάρρηξης). S (θείο) Προκαλεί επιβράδυνση της ενυδάτωσης με σύγχρονη αύξηση του όγκου C 3 Α + νερό + S C 3 Α.S.32H 2 O Γύψος (3,5 4% κ.β.) Καθυστερεί την πήξη. Με την αργιλική φάση δημιουργεί εττρινγκίτη μετά από χρόνια. Ποζολάνες Μειώνουν το κόστος. Μικρότερη παραγωγή CO 2 κατά την παραγωγή τσιμέντου. Υδράσβεστος Μειώνει τις αντοχές. Προστατεύει από διάβρωση τους οπλισμούς.

14 ΤΥΠΟΙ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Τύπος Ι : Portland καθαρό Τύπος ΙΙ : Portland + ποζολάνη (συνηθισμένα έργα). Τύπος ΙΙΙ : Ποζολανικό τσιμέντο Μικρή περιεκτικότητα σε C 3 S και C 3 A. Μεγάλη περιεκτικότητα σε ποζολάνες. Μικρή θερμότητα ενυδάτωσης. Μικρή αρχική και τελική αντοχή. Χρήση σε έργα μεγάλων διαστάσεων για αποφυγή ρηγματώσεων λόγω θερμοδιαστολών. Τύπος ΙV : Για σκυρόδεμα σε διαβρωτικό περιβάλλον.

15 ΤΥΠΟΙ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΤΟΧΗ (MPa) (ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΉ ΦΟΡΤΙΣΗ) Κατηγορία 2 ημέρες 7 ημέρες 28 ημέρες 35 - > > >15 - >45 ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΙ ΤΥΠΩΝ ΙΙ35 Ι45 ΙΙ45 ΙV45 Ι55 Βιομηχανικό προκατασκευές χαμηλή πάσσαλοι προκατασκευές σκυρόδεμα θερμοκρασία θεμελιώσεις ενυδάτωσης βιολογικοί καθαρισμοί

16 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Τσιμέντο πριν την ενυδάτωση

17 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Οι ταχύτητες ενυδάτωσης των ενώσεων (φάσεων) του τσιμέντου κατατάσσονται ως εξής: C 3 Α > C 3 S > C 4 AF > C 2 S Η θερμότητα που εκλύεται κατά την ενυδάτωση οφείλεται στη δημιουργία και καταστροφή χημικών δεσμών που λαμβάνουν χώρα με την επίδραση του νερού. To αργιλικό τριασβέστιο (C 3 A) και οι θειϊκές φάσεις (π.χ. γύψος), μετά την προσθήκη νερού, διίστανται και αντιδρούν πολύ γρήγορα μεταξύ τους και με μεγάλη έκλυση θερμότητας, σχηματίζοντας ενώσεις τύπου γέλης - gel ), που είναι οι πρόδρομες ενώσεις σχηματισμού στερεής φάσης βελονοειδούς μορφής (εττρινγκίτης). Οι ενώσεις τύπου γέλης μετατρέπονται σε εττρινγκίτη (στερεή φάση βελονοειδούς μορφής) και συμβάλλουν ελάχιστα στην πρώϊμη αντοχή.

18 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ ΦΑΣΕΩΝ

19 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

20 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Σχεδόν αμέσως μετά τη λήξη της περιόδου ωρίμανσης, το C 3 S αντιδρά πολύ γρήγορα με το νερό, απελευθερώνοντας ιόντα Ca+ και (OH)-, σύμφωνα με την αντίδραση υδρόλυσης. Η απελευθέρωση ιόντων Ca+ και (OH)- από το πυριτικό τριασβέστιο επιταχύνει την αντίδραση της υδρόλυσης, σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, με ταυτόχρονη πολύ μεγάλη απελευθέρωση θερμότητας. Το ph του περιβάλλοντος γίνεται, λόγω της παρουσίας των ιόντων (OH)- περίπου 12. Όμως, αυτή η αρχική υδρόλυση επιβραδύνεται γρήγορα μετά την έναρξη της ενυδάτωσης. Ο ρυθμός της αντίδρασης μειώνεται σχετικώς σύντομα και συνοδεύεται από μείωση της εκλυόμενης ποσότητας θερμότητας. Η παραγωγή ιόντων Ca+ και (OH)- (υδρόλυση) συνεχίζεται με χαμηλότερο ρυθμό μέχρι κορεσμού του συστήματος. Αφού συμβεί αυτό, δηλαδή αφού το διάλυμα γίνει υπέρκορο σε ιόντα ασβεστίου, οδηγείται στην παραγωγή νέων φάσεων, όπως: Κρυστάλλων υδροξειδίου του ασβεστίου και Ένυδρων ασβεστοπυριτικών φάσεων ινώδους μορφής, οι οποίες προσκολλώνται πάνω στα αδρανή και προσδίδουν αντοχή στο σκυρόδεμα.

21 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Ο σχηματισμός κρυστάλλων υδροξειδίου του ασβεστίου και ένυδρου πυριτικού ασβεστίου δημιουργούν τους «πυρήνες» γύρω από τους οποίους αρχίζει να συσσωρεύεται μεγαλύτερη ποσότητα ένυδρου πυριτικού ασβεστίου. Οι κρύσταλλοι του ένυδρου πυριτικού ασβεστίου διαρκώς μεγαλώνουν εμποδίζοντας τα μόρια του νερού να προσεγγίσουν το μη ενυδατωμένο πυριτικό τριασβέστιο. Ο ρυθμός της αντίδρασης ρυθμίζεται τώρα πλέον από το ρυθμό διάχυσης των μορίων του νερού διαμέσου της επικάλυψης του ένυδρου πυριτικού ασβεστίου. Το πάχος της επικάλυψης διαρκώς μεγαλώνει προκαλώντας μείωση του ρυθμού παραγωγής ένυδρου πυριτικού ασβεστίου (Διαγράμματα a, b, c και d). Ο σχηματισμός των φάσεων αυτών παράγει θερμότητα και μικρή διόγκωση, ενώ η έναρξη συνένωσης των παραπάνω ενώσεων προσδίδει αρχικά στο μίγμα μικρή συνοχή και η φάση αντιστοιχεί στο σημείο έναρξης πήξης. Όσο συνεχίζεται η συνένωση αυτών των φάσεων, το σκυρόδεμα αποκτά σημαντική αντοχή ώστε κάποια χρονική στιγμή γίνεται «βατό». Αυτό χαρακτηρίζεται ως σημείο τελικής πήξης.

22 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Σχηματική αναπαράσταση του πορώδους της τσιμεντόπαστας κατά την ενυδάτωση κόκκων του τσιμέντου. a b c d Τα παραπάνω σχήματα (a, b, c και d) δείχνουν το σχηματισμό πόρων κατά το σχηματισμό του ένυδρου πυριτικού ασβεστίου. Στο τμήμα (a) του σχήματος δεν έχει αρχίσει ακόμη ενυδάτωση και τα διάκενα μεταξύ των τεμαχιδίων του τσιμέντου απλώς γεμίζουν με νερό. Το τμήμα (b) απεικονίζει την έναρξη της ενυδάτωσης. Στο τμήμα (c) συνεχίζεται η ενυδάτωση, ενώ στο (d) απεικονίζεται η μη πλήρως σκληρυμένη τσιμεντόπαστα. Παρατηρείται δε ότι σχεδόν ότι σχεδόν ολόκληρος ο χώρος έχει καλυφθεί από ένυδρο πυριτικό ασβέστιο. Η ενυδάτωση, είναι προφανές, ότι θα συνεχιστεί για όσο διάστημα υπάρχει παρουσία νερού και επίσης μη ενυδατωμένα συστατικά μέσα στην τσιμεντόπαστα, τα οποία όμως μπορούν να έρθουν σε επαφή με το νερό.

23 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ ΕΠΙΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑ 1. Υδρόλυση του C 3 S και παραγωγή ιόντων Ca+ και (OH)- 2. Κρυστάλλωση των ελεύθερων ιόντων Ca+ και (OH)- σε Ca(OH) Μετατροπή του C 3 S σε ένυδρο πυριτικό ασβέστιο (Ca 3 Si 2 O 7 4H 2 O) 4. Τα Ca(OH) 2 και Ca 3 Si 2 O 7 4H 2 O αποτελούν τους «πυρήνες» ανάπτυξης, που αρχίζουν να καλύπτονται από στρώματα Ca 3 Si 2 O 7 4H 2 O. 5. Οι κρύσταλλοι (διαδοχικές στρώσεις) του Ca 3 Si 2 O 7 4H 2 O διαρκώς διευρύνονται, καλύπτουν το χώρο μεταξύ τους και εμποδίζουν το νερό να προσεγγίσει το μη ενυδατωμένο C 3 S. 6. Ο ρυθμός της αντίδρασης ενυδάτωσης ρυθμίζεται πλέον από την ταχύτητα (δυνατότητα) διάχυσης του νερού μέσα από τους κρυστάλλους του Ca 3 Si 2 O 7 4H 2 O. Επειδή λοιπόν ο χώρος αυτός μικραίνει, μειώνεται και η ταχύτητα ενυδάτωσης των μη ενυδατωμένων τεμαχίων C 3 S.

24 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΦΑΣΕΙΣ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ Υδρόλυση των φάσεων του τσιμέντου και παραγωγή ιόντων Ca + και (ΟΗ) -

25 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΦΑΣΕΙΣ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ Έναρξη σχηματισμού ενώσεων ένυδρου πυριτικού ασβεστίου (C-S-H) και κρυστάλλωσης υδροξειδίου του ασβεστίου [Ca(OH) 2, CH] Ασβεστοπυριτικά τύπου ΙΙ (πλάκες)

26 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΦΑΣΕΙΣ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ Συνέχιση σχηματισμού ενώσεων ένυδρου πυριτικού ασβεστίου (C-S-H) και κρυστάλλωσης υδροξειδίου του ασβεστίου [Ca(OH) 2, CH]

27 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΦΑΣΕΙΣ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ Εξάπλωση των ενώσεων ένυδρου πυριτικού ασβεστίου (C-S-H) με τη διεργασία της «πυρηνοποίησης» Ασβεστοπυριτικά τύπου Ι (βελόνες)

28 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Σχέση μεταξύ % C 3 S και % SO 3 στην πήξη τσιμέντου

29 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΑ Χημικά συνδεδεμένο νερό με το τσιμέντο: 25 30% Συγκρατούμενο νερό στους πόρους: 10 15% Πλήρης ενυδάτωση τσιμέντου: Ν/Τ = 0,36 0,42

30 ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ Μικρός λόγος νερού/τσιμέντο (Ν/Τ) Μεγάλος λόγος νερού/τσιμέντο (Ν/Τ) Μικρό πορώδες (μεγάλη αντοχή) Μεγάλο πορώδες (μικρή αντοχή)

31 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ 50% θερμότητας εκλύεται μέχρι την 3 η ημέρα 75% θερμότητας εκλύεται μέχρι την 7 η ημέρα 85-90% θερμότητας εκλύεται μέχρι τον 6 ο μήνα ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ Η θερμότητα ενυδάτωσης είναι αιτία ρηγμάτωσης σε ογκώδεις κατασκευές, λόγω καθυστέρησης μεταφοράς της στην επιφάνεια και κατόπιν στην επιφάνεια, λόγω διαφορικής θερμικής συστολής. ΠΡΟΦΥΛΑΞΗ Χρήση τσιμέντων με μειωμένη περιεκτικότητα σε C 3 S και C 3 A ΕΝΔΕΙΚΝΥΤΑΙ Σε περιπτώσεις σκυροδέτησης σε χαμηλές θερμοκρασίες επειδή προστατεύει την κατασκευή από τον παγετό κατά τα πρώτα στάδια της πήξης.

32 ΣΤΑΔΙΑ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΡΥΘΜΟΣ ΕΚΛΥΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

33 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΑ Ή ΛΕΠΤΟΤΗΤΑ ΑΛΕΣΗΣ Η λεπτότητα του τσιμέντου επιδρά στη θερμότητα που απελευθερώνεται όπως επίσης και στην ταχύτητα ενυδάτωσης. Η λεπτότητα του τσιμέντου εκφράζεται από την κοκκομετρική του ανάλυση και από τον αριθμό Blaine (ειδική επιφάνεια) σε μονάδες m 2 /kg ή cm 2 /g (1 m 2 /kg = 10 cm 2 /g) και αντιπροσωπεύει τη συνολική εξωτερική επιφάνεια των σωματιδίων που περιέχονται σε μάζα 1 kg ή 1 g τσιμέντου. Όσο μεγαλύτερη λεπτότητα τσιμέντου τόσο μεγαλύτερη ποσότητα της ενέργειας που έχει καταναλωθεί για την παραγωγή του. Η μεγαλύτερη λεπτότητα τσιμέντου αυξάνει την ταχύτητα ενυδάτωσης, λόγω μεγαλύτερης επιφάνειας αντίδρασης με το νερό, και έτσι επιταχύνεται η ταχύτητα ανάπτυξης αντοχής, ιδιαιτέρως τις πρώτες 7 ημέρες. Η λεπτότητα του τσιμέντου προσδιορίζεται με τις παρακάτω μεθόδους: α) Wagner turbidimeter σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 115. β) Blaine air-permeability test (σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 204). γ) Με προσδιορισμό μέσω κοσκίνισης του κλάσματος 45μm (325 mesh), [σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 430].

34 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΠΗΞΗ - ΣΚΛΗΡΥΝΣΗ Αρχή πήξης: αρχή στερεοποίησης τσιμεντοπολτού. Τέλος πήξης: τελευταίο στάδιο στερεοποίησης. Σκλήρυνση: Το φαινόμενο της αύξησης της αντοχής λόγω σταδιακής πλήρωσης των πόρων του τσιμεντοπολτού με προϊόντα ενυδάτωσης. ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΙΔΡΟΥΝ ΣΤΗΝ ΠΗΞΗ λεπτότητα του τσιμέντου, το % ποσοστό του αργιλικού τριασβεστίου (C3A) το ποσοστό της ελεύθερης ασβέστου (% CaOfree) και οι μορφές του CaSO4 που υπάρχουν στο τσιμέντο. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΠΗΞΗΣ Ο χρόνος πήξης προσδιορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 150 και πρέπει να βρίσκεται μεταξύ των ορίων του προτύπου. Για τον προσδιορισμό χρησιμοποιούνται η συσκευή Vicat ή η «βελόνα» Gillmore (ASTM C 266).

35 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΟΓΚΟΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ Μεταβολές όγκου (διογκώσεις συστολές) που υφίσταται ο τσιμεντοπολτός και κατά συνέπεια το σκυρόδεμα. Εκδηλώνεται ως ρωγμές, θραύση πλακών κλπ. ΑΙΤΙΑ α. Φορτία που προκαλούν ερπυσμό. β. Προσμίξεις τσιμέντου. γ. Φαινόμενο εξίδρωσης. δ. Συστολή ξήρανσης διαστολή από έκθεση σε νερό.

36 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ (α) Γιατί προστίθεται γύψος στο τσιμέντο;

37 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Καθυστερεί την πήξη και συντηρεί το εργάσιμο

38 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ (β) Στα σακιά του τσιμέντου αναγράφεται το: CEM [ 32,5 ή 42,5 ή 52,5] Ν ή R Τι σημαίνει;

39 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ CEM [ 32,5 ή 42,5 ή 52,5] Ν ή R αντοχή τσιμεντοπολτού Normal Rapid 28 ημερών (Mpa) (κανονικής (ταχείας πήξης) πήξης) Αυξανόμενη αντοχή (32,5 < 42,5 < 52,5) αυξανόμενη λεπτότητα άλεσης

40 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ (γ) Σχεδιάστε το σκαρίφημα θερμότητας ενυδάτωσης με το χρόνο για τα παρακάτω 2 τσιμέντα: Τσιμέντο Α Τσιμέντο Β 8% C 3 A 12% C 3 A 50% C 2 S 55% C 2 S Τσιμέντο Α Τσιμέντο Β 8% C 3 A 8% C 3 A 70% C 3 S 80% C 3 S

41 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Οι ταχύτητες ενυδάτωσης των ενώσεων (φάσεων) του τσιμέντου κατατάσσονται ως εξής: Με βάση το παραπάνω: C 3 Α > C 3 S > C 4 AF > C 2 S Q A B 28 ημέρες t

42 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ (δ) Σχεδιάστε το σκαρίφημα αντοχής με το χρόνο σε σχέση με την ποιότητα για τα παρακάτω 2 τσιμέντα: Τσιμέντο Α Τσιμέντο Β 80% C 3 S 70% C 3 S 10% C 2 S 20% C 2 S Ποιο από τα παραπάνω τσιμέντα θα χρησιμοποιηθεί για φράγμα;

43 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ C 2 S : Σχηματίζει ασβεστοπυριτικά τύπου Ι (βελόνες) Σχηματίζει καλής ποιότητας ένυδρα. Σχηματίζει ένυδρα αργά (όχι γρήγορες αντοχές) C 3 S : Σχηματίζει ασβεστοπυριτικά τύπου Ι & ΙΙ (πλάκες) Σχηματίζει κατώτερης ποιότητας ένυδρα. Σχηματίζει ένυδρα γρήγορα (γρήγορες αντοχές) Με βάση τα παραπάνω

44 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Αντοχή (f) Α Β 28ημέρες t

45 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Επιλέγω μακροχρόνιες αντοχές και όχι αντοχές 28 ημερών, και Επιλέγω το τσιμέντο με το λιγότερο Q και επειδή C 3 Α > C 3 S > C 4 AF > C 2 S επιλέγω το τσιμέντο (Β)

46 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ (ε) Σχεδιάστε το σκαρίφημα αντοχής με το χρόνο για τσιμέντα ίδιας σύστασης : 1. στην Καστοριά 2. στη Ρόδο Επιρροή κλίματος

47 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Στη Ρόδο, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, οι αντιδράσεις γίνονται πιο γρήγορα. Άρα οι αντοχές αναπτύσσονται πιο γρήγορα, εις βάρος όμως της ποιότητας των ενύδρων. Άρα Αντοχή (f) Καστοριά Ρόδος 28 ημέρες t

48 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ (στ) Ρόλος του νερού στο τσιμέντο

49 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ W: νερό που χρειάζεται ποσότητα τσιμέντου C για ενυδάτωση w = W/C: υδατοσυντελεστής Πλήρης ενυδάτωση w = 0,25 Μηχανισμός ενυδάτωσης με παράδειγμα 3 κόκκους τσιμέντου κόκκος τσιμέντου δεσμευμένο νερό φούσκωμα

50 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Νερό εγκλωβίζεται λόγω διόγκωσης των κόκκων. Για απομάκρυνση των κόκκων μεταξύ τους w = 0,4. w μεταξύ 0,25 και 0,4 αφήνει πόρους λόγω εξάτμισης αδέσμευτου νερού. Οι πόροι δημιουργούνται στη γέλη και δεν επηρεάζουν την αντοχή. Το 0,4 εξακολουθεί να είναι λίγο (σφιχτό μίγμα) και το εργάσιμο μικρό. Νερό μεταξύ 0,4 και 0,7 max εξατμίζεται δημιουργώντας τριχοειδείς πόρους (επικίνδυνο για αντοχές). Λύση η προσθήκη υγρασίας εξωτερικά (κατάβρεγμα). Η παροχή υγρασίας γίνεται για 28 ημέρες (min 7 14 ημέρες). Συνθήκες ατμοσφαιρικής υγρασίας και αέρα λαμβάνονται υπόψη.

51 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ (ζ) Ποιος ο μηχανισμός ενυδάτωσης;

52 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Το νερό πολιορκεί πρώτα τα εξωτερικά εξογκώματα και μετά τα εσωτερικά. Νερό + S + C 3 A δημιουργούν το gel (εττρινγκίτης). Στη συνέχεια δημιουργούνται τα ασβεστοπυριτικά ένυδρα C 3 S + Η (νερό) CSH + CH + Q C 2 S ασβεστοπυριτικά υδράσβεστος ένυδρα Μετά τη δημιουργία εξωτερικής στρώσης το νερό προχωρά στο εσωτερικό, συναντά το C 3 A και γύψο και, Ασβεστοπυριτικά + υδράσβεστος + εττρινγκίτης ένυδρα ασβεστοαργιλικά ένυδρα (καθορίζουν τις ιδιότητες του τσιμέντου)

53 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Από τα ένυδρα που δημιουργήθηκαν, άλλα παραμένουν στη θέση τους και άλλα βγαίνουν στην επιφάνεια του κόκκου. Αυτό επαναλαμβάνεται όσο το νερό προχωρά στο εσωτερικό του κόκκου. Με την πάροδο του χρόνου αυξάνουν οι αντοχές και ο όγκος των ενύδρων που βγαίνουν στην επιφάνεια. Καθυστέρηση της πήξης συμβαίνει με προσθήκη S που δεσμεύει το νερό προστατεύοντας τον κόκκο με τη δημιουργία εττρινγκίτη (ένυδρο τριθειαργιλικό ασβέστιο). νερό + S C3A C3A.3γύψοι.32 Η2Ο εττρινγκίτης Ασβεστοπυριτικά ένυδρα τύπου Ι (βελόνες) (αύξηση αντοχών) τύπου ΙΙ (πλάκες)