Πίνακας 1.1. Ελάχιστη ποσότητα δείγματος αδρανών (EN 933 1)

Transcript

1 1 ΑΔΡΑΝΗ ΣΚΟΠΟΣ Σκοπός της άσκησης είναι η εξοικείωση των σπουδαστών με τις πειραματικές διαδικασίες που αφορούν στον έλεγχο ποιότητας αδρανών υλικών, με έμφαση σε εκείνες τις ιδιότητες που σχετίζονται με τη μελέτη σύνθεσης σκυροδέματος. Έτσι, πραγματοποιείται δειγματοληψία αδρανών, υπολογίζονται πειραματικά η υγρασία και η φαινόμενη πυκνότητα αδρανών και, τέλος, πραγματοποιείται η κοκκομετρική ανάλυση αδρανών. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1.1 Δειγματοληψία αδρανών Εισαγωγή Με τη δειγματοληψία αδρανών, επιτυγχάνεται η λήψη αντιπροσωπευτικού δείγματος από μία μεγαλύτερη ποσότητα (σωρός), διαδικασία που πρέπει πάντα να προηγείται οποιασδήποτε δοκιμής των αδρανών υλικών. Έτσι, η ελάχιστη ποσότητα δείγματος, π.χ. για την κοκκομετρική ανάλυση χονδρόκοκκων αδρανών, εξαρτάται από το μέγιστο μέγεθός τους και, σύμφωνα με το πρότυπο EN 933 1, δίνεται στον πίνακα 1.1. Πίνακας 1.1. Ελάχιστη ποσότητα δείγματος αδρανών (EN 933 1) Ονομαστικό μέγιστο μέγεθος αδρανών (mm) Ελάχιστη ποσότητα δείγματος (kg) ,6 8 0,6 4 0,2 Κατά βάση ακολουθούνται δύο διαδικασίες δειγματοληψίας στον έλεγχο ποιότητας αδρανών: η διαδικασία τεταρτoμερισμού (quartering) και η διαδικασία διμερισμού (sample

2 splitting) ή μηχανικού διαχωρισμού με τη μέθοδο του μηχανικού δειγματολήπτη Jones (riffling box). Στο πειραματικό μέρος περιγράφονται αναλυτικά οι διαδικασίες Πρότυπα Προδιαγραφές Ακολουθούνται οι αμερικάνικες προδιαγραφές ASTM D 75 (τεταρτoμερισμός) και ASTM C 702 (διμερισμός) Όργανα και συσκευές Φτυάρι Μυστρί Σέσουλες Διάταξη διμερισμού (Riffle box) Διαδικασία Τεταρτoμερισμός (quartering) Δείγμα περίπου 10 Κg για το χονδρότερο κλάσμα (γαρμπίλι) 5 Κg για το λεπτότερο (ρυζάκι) και περίπου 2 kg για την άμμο (βλ. πίνακας 1.1.) συγκεντρώνονται υπό μορφή κώνου σε επίπεδη επιφάνεια. Στη συνέχεια το δείγμα ανακατεύεται από τη βάση του κώνου και προς το πάνω. Αφού επιπεδωθεί η κορυφή του κώνου, χωρίζεται το υλικό σε τέσσερα τεταρτημόρια. Απομακρύνονται δύο οποιαδήποτε κατά κορυφήν τεταρτημόρια και λαμβάνεται το υλικό των δύο άλλων.

3 Απόρριψη Διατήρηση Απόρριψη Απόρριψη Διατήρηση Απόρριψη Σχήμα 1.1. Δειγματοληψία με τη μέθοδο του τεταρτομερισμού Στόχος είναι να ληφθούν οι τελικές ποσότητες που αναφέρονται στον πίνακα 1.1. για το γαρμπίλι, το ρυζάκι και την άμμο. Διμερισμός (sample splitting) ή μηχανικός διαχωρισμός με τη μέθοδο του μηχανικού δειγματολήπτη Jones (riffling box) Η διαδικασία πραγματοποιείται με τη χρήση της κατάλληλη διάταξης (δειγματολήπτης Jones Riffle box). Η διάταξη (σχήμα 1.2) διαχωρίζει το αρχικό δείγμα σε δύο ίσα και όμοια μέρη. Ρυθμίζονται τα ανοίγματα της διάταξης προκειμένου να είναι τουλάχιστον κατά 1.5 φορά μεγαλύτερα από το μέγιστο ονομαστικό μέγεθος κόκκου του κλάσματος. Έτσι για το χονδρόκοκο κλάσμα ρυθμίζεται στα 30 mm και για την άμμο στα 7.5 mm. Τροφοδοτείται για κάθε κλάσμα αντίστοιχη ποσότητα δείγματος με τη διαδικασία τεταρτημερισμού και λαμβάνεται διαδοχικά επιθυμητή τελική ποσότητα.

4 Σχήμα 1.2. Μηχανικός δειγματολήπτης Jones (Riffle box) 1.2 Προσδιορισμός υγρασίας Εισαγωγή Ο προσδιορισμός της υγρασίας αφορά στην επιφανειακή υγρασία των αδρανών, η οποία, ανάλογα με την κατάσταση στην οποία αυτά βρίσκονται (πλήρως κορεσμένα, νωπά, ξηρά, κ.λπ.), μπορεί να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από την απορροφητική τους ικανότητα. Ο προσδιορισμός του ποσοστού υγρασίας αποτελεί απαραίτητη παράμετρο σχεδιασμού της μελέτης σύνθεσης σκυροδέματος Πρότυπα Προδιαγραφές Ακολουθούνται οι αμερικάνικες προδιαγραφές ASTM C 127 και ASTM C Όργανα και συσκευές Σέσουλες Ηλεκτρονικός ζυγός Εργαστηριακός φούρνος (πυριαντήριο)

5 1.2.4 Διαδικασία Το δείγμα αδρανών που λήφθηκε με τη διαδικασία δειγματοληψίας ζυγίζεται «ως έχει» (Μ υγρ ) και τοποθετείται στον εργαστηριακό φούρνο, σε σταθερή θερμοκρασία ( C). Μετά από 24 h στο φούρνο, ζυγίζεται ξανά και υπολογίζεται η μεταβολή του βάρους. Η ζύγιση επαναλαμβάνεται ημερησίως, μέχρι η μεταβολή του βάρους μεταξύ δύο διαδοχικών ζυγίσεων να είναι < 0.1%. Τότε, θεωρείται ότι το βάρος του δείγματος έχει σταθεροποιηθεί (Μ ξηρ ) Υπολογισμοί Η υγρασία προσδιορίζεται από τη σχέση 1.1, Μυγρ- Μξηρ Υγρασια(%) = 100 Μ ξηρ (1.1) όπου, Μ υγρ : το βάρος του δείγματος σε υγρή κατάσταση Μ ξηρ : το βάρος του δείγματος σε ξηρή κατάσταση 1.3 Προσδιορισμός φαινόμενης πυκνότητας λεπτόκοκκων και χονδρόκοκκων αδρανών Εισαγωγή Ο προσδιορισμός της φαινόμενης πυκνότητας αδρανών αναφέρεται στο λόγο της μάζας δείγματος κόκκων προς τον όγκο που καταλαμβάνουν οι κόκκοι αυτοί, από τον οποίο αφαιρείται ο όγκος των «ανοικτών» πόρων που είναι προσβάσιμοι από το νερό (συμπεριλαμβάνεται, δηλαδή, ο όγκος μόνο των μη προσβάσιμων από το νερό ή «κλειστών» πόρων των κόκκων). Η φαινόμενη πυκνότητα, που αποτελεί απαραίτητη σχεδιαστική παράμετρος της μελέτης σύνθεσης*, είναι πάντα μεγαλύτερη των πυκνοτήτων ξηρού δείγματος (ρ ξηρ,) και κορεσμένου επιφανειακά στεγνού δείγματος (ρ ΚΕΣ). * Στην πράξη, στη μελέτη σύνθεσης σκυροδέματος, ενδιαφέρουν οι ρ ξηρ, ρ ΚΕΣ. Κατ εξαίρεση και για λόγους που εξυπηρετούν την εκπαιδευτική διαδικασία προσδιορίζεται ρ φαιν.

6 Στον πίνακα 1.2, δίνονται τα μεγέθη και οι σχέσεις που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό, γενικά, των πυκνοτήτων των αδρανών, κατά ΕΝ Πίνακας 1.2. Προσδιορισμός πυκνοτήτων αδρανών, κατά ΕΝ ρ ρ μ ς ή ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΕΣ (SSD) Κορεσμένη επιφανειακά στεγνή Ξήρανση 110 ± 5 o C ΣΧΗΜΑΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ V Μετρήσεις Μάζας M 1 = Μ 4 +ΝερόΥδαπορ M 2 M 3 M 4 Μάζα κόκκου (ων) μέσα στο νερό = M 2 - Μ 3 V=Μ 4-(Μ 2-Μ 3) V+Νερό υδαταπ = Μ 1-(Μ 2-Μ 3) Προκύπτοντες Όγκοι Όγκος κόκκου(ων) στον οποίο περιλαμβάνονται οι μη προσβάσιμοι και οι προσβάσιμοι από το νερό πόροι = Μ 1 - (M 2 - Μ 3) Όγκος κόκκου(ων) στον οποίο περιλαμβάνονται μόνον οι μη προσβάσιμοι από το νερό πόροι = Μ 4 - (M 2 - Μ 3 ) (oι προσβάσιμοι πόροι έχουν αφαιρεθεί) V Όγκος εξωτερικής περιμέτρου = V+ Νερό υδαταπορρόφησης Όγκος χωρίς τον όγκο των προσβάσιμων από νερό πόρων Υπολογιζόμενες Πυκνότητες & Υδαταπορρόφηση Πυκνότητα κόκκου(ων) σε κατάσταση κορεσμένη επιφανειακά στεγνή ρ Μ1 ΚΕΣ = Μ 1 (M 2 M ) 3 Πυκνότητα κόκκου(ων) μετά ξήρανση στους 110 ± 5 o C ρ Μ4 Ξηρ = Μ 1 (M 2 M ) 3 Φαινόμενη Πυκνότητα κόκκου(ων) ρ Μ4 Φαιν = Μ 4 (M M ) 2 3 Μ1 Μ4 Υδαταπορ24h = 100 [%] Μ4 ρξηρ ρκεσ = 1+ ρξηρ ρφαιν V Μάζα σε κατάσταση ΚΕΣ Όγκος εξωτερικής περιμέτρου Μάζα ξερή Όγκος εξωτερικής περιμέτρου Μάζα ξερή Όγκος χωρίς τον όγκο των προσβάσιμων από νερό πόρων Νερό που εισχώρησε στους πόρους, υδαταπορρόφηση Για έλεγχο των μετρήσεων και των υπολογισμών Πρότυπα Προδιαγραφές Ακολουθούνται οι διαδικασίες του ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ Όργανα και συσκευές Ογκομετρικές φιάλες των 500 ml Σέσουλες Ηλεκτρονικός ζυγός Εργαστηριακός φούρνος (πυριαντήριο)

7 1.3.4 Διαδικασία Ακολουθείται η πειραματική διαδικασία αρχικά για την άμμο: Ζυγίζεται και καταγράφεται το βάρος της στεγνής φιάλης, (Μ φιαλ ). Ζυγίζεται και καταγράφεται το βάρος της φιάλης μόνο με το νερό (Μ 3 ). Το κλάσμα της άμμου, μετά από την ξήρανσή της (βλ. Παράγραφο 1.2.4, μάζας Μ 4 ) φέρεται εντός της φιάλης. Ζυγίζεται και καταγράφεται το βάρος της φιάλης, με την άμμο (Μ φιαλ + Μ 4 ). Αφού πληρωθεί η φιάλη με νερό μέχρι τη χαραγή, παραμένει σε ηρεμία για 24h και ζυγίζεται (πρώτα διορθωνεται ο όγκος του νερού, αν αυτός έχει μεταβληθεί λόγω απορρόφησης) και καταγράφεται το βάρος της φιάλης με το νερό και τα αδρανή (Μ 2 ). Ομοίως ακολουθείται η διαδικασία και για τα χονδρόκοκκα κλάσματα Υπολογισμοί Ο προσδιορισμός της φαινόμενης πυκνότητας αδρανών πραγματοποιείται με τη σχέση 1.2. Μ ρ = 4 ξηρ Μ 4 (Μ Μ ) 2 3 (1.2) όπου: Μ 2 : βάρος αδρανών μέσα στο νερό+βάρος δοχείου με νερό Μ 3 : βάρος δοχείου με νερό Μ 4 : βάρος αδρανών μετά από ξήρανση 1.4 Προσδιορισμός κοκκομετρικής κατανομής αδρανών Εισαγωγή Η κοκκομετρική ανάλυση των αδρανών αποτελεί απαραίτητη διαδικασία χαρακτηρισμού του μεγέθους των αδρανών, προκειμένου να καθοριστεί η μεταξύ τους (κ.β.) αναλογία στη σύνθεση του σκυροδέματος. Πραγματοποιείται με τη χρήση κοσκίνων συγκεκριμένων ανοιγμάτων. Τόσο τα κόσκινα που συμμορφώνονται με τα ευρωπαϊκά πρότυπα (ΕΝ 933 2), όσο και αυτά που συμμορφώνονται με τα αμερικάνικα πρότυπα (ASTM Ε 11), έχουν τετραγωνικό άνοιγμα. Η σειρά της κοσκίνισης πραγματοποιείται από το μεγαλύτερο

8 άνοιγμα προς το μικρότερο. Ο τύπος και το μέγεθος των κοσκίνων (σχήμα ανοίγματος και μέγεθος), επιλέγεται ανάλογα με την ακολουθούμενη πρότυπη διαδικασία. Ενδεικτικά, στον πίνακα 1.3, δίνεται η κοκκομετρική ανάλυση δείγματος άμμου, κατά το ASTM C 136. Όπως φαίνεται στον πίνακα, για κάθε μέγεθος κοσκίνων, υπολογίζεται (ζυγίζεται) το βάρος που συγκρατείται (ri) και από αυτό υπολογίζονται τα υπόλοιπα μεγέθη (Αθρ. συγκρατούμενο Ri, (%) Αθρ. συγκρατούμενο Ri, (%) Διερχόμενο Pi). Αναλυτικά: ri: βάρος αδρανών, συγκρατούμενα στο κόσκινο i, (i=1, 2,,n, το πλήθος των κοσκίνων) Ri: αθροιστικό βάρος αδρανών, συγκρατούμενα μέχρι το κόσκινο i = ν, δηλαδή: R i = r1+ r rν (1.3) R i % R i = *100 Μξηρ (1.4) % P i = 100 -%R i (1.5) Πίνακας 1.3: Αποτελέσματα κοκκομετρικής ανάλυσης άμμου. a/a Πρότυπο κόσκινο Αμερικάνικης σειράς Συγκρατούμενο ri (g) Αθρ. συγκρατούμενο Ri (g) (%) Αθρ. συγκρατούμενο Ri (%) Διερχόμενο Pi mm (No. 4) mm (No. 8) mm (No. 16) mm (No. 30) mm (No. 50) mm (No. 100) mmm (No 200) Ταψί (pan) σύνολο: 162

9 Η κοκκομετρική καμπύλη των αδρανών προκύπτει ως γραφική αναπαράσταση των αποτελεσμάτων της κοσκίνισης, σε ημιλογαριθμικό γράφημα με οριζόντιο άξονα τις διαμέτρους των ανοιγμάτων των κοσκίνων, και κατακόρυφο άξονα τα επί τοις εκατό (%) ολικά συγκρατούμενα, σε κάθε κόσκινο % Ri ή, συνηθέστερα, τα επί τοις εκατό ολικά διερχόμενα % Ρi. Από την κοκκομετρική ανάλυση της άμμου, μπορεί να υπολογιστεί το μέτρο λεπτότητας (fineness module) της άμμου (fm), αν το άθροισμα των % ολικών συγκρατούμενων στα κόσκινα 4.75 mm (No. 4), 2.36 mm (No. 8), 1.18 mm (No. 16), 600 mm (No. 30), 300 mm (No. 50), 150 mm (No. 100), διαιρεθεί με το εκατό (100). Στον πίνακα 1.5 δίνεται ο υπολογισμός του μέτρου λεπτότητας της άμμου (fm=3,0). Γενικά το μέτρο λεπτότητας δίνεται απο τη σχέση 1.6: %R + %R + %R + %R + %R + %R + %R + %R + %R + %R 3" 1.5" 3/4" 3/8" No4 No8 No16 No30 No50 No100 fm = 100 (1.6) Πίνακας 1.5. Υπολογισμός μέτρου λεπτότητας άμμου Πρότυπο κόσκινο Αμερικάνικης σειράς (%) Αθρ. συγκρατούμενο Ri 4.75 mm (No. 4) 6, mm (No. 8) 24, mm (No. 16) 47, mm (No. 30) 65, mm (No. 50) 75, mm (No. 100) 81,54 Άθροισμα 294 Fm 2,94

10 1.4.2 Πρότυπα Προδιαγραφές Ακολουθείται το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ Όργανα και συσκευές Σέσουλες Ηλεκτρονικός ζυγός, Εργαστηριακός φούρνος (πυριαντήριο) Γερμανικά κόσκινα Διαδικασία Για κάθε κοκκομετρικό κλάσμα, λήφθηκε με τη διαδικασία της δειγματοληψίας και σύμφωνα με τον πίνακα 1.1., ικανή ποσότητα δείγματος. Χρησιμοποιούνται διαφορετικές σειρές κοσκίνων για κάθε κλάσμα (πίνακας 1.6), ανάλογα με το ονομαστικό τους μέγεθος (π.χ. άμμος 0/4 mm, ρυζάκι 4/8 mm, γαρμπίλι 8/16 mm). Στη συνέχεια πραγματοποιείται κοσκίνιση για χρόνο 5 (περίπου)**. Για κάθε κόσκινο ζυγίζεται το βάρος του συγκρατήμενου κλάσματος (r i ) Υπολογισμοί Με χρήση των σχέσεων , υπολογίζονται τα διαδοχικά τα R i, %R i και %P i. και συμπληρώνεται για κάθε κλάσμα ο πίνακας Ι.2 του παραρτήματος. Στη συνέχεια αναπαρίσταται σε ημιλογαριθμικό διάγραμμα (%Pi μέγεθος ανοίγματος κοσκίνου), η κοκκομετρική κατανομή κάθε κλάσματος (Σχήμα ΙΙ.1). **σύμφωνα με τα πρότυπα, η διαδικασία προβλέπει ως βέλτιστο χρόνο κοσκίνησης, τη στιγμή κατά την οποία η μάζα του συγκρατούμενου κλάσματος στο κόσκινο (ri) δεν μεταβάλεται περισότερο από 0.1 %, μεταξύ δυο διαδοχικών κοσκινίσεων.

11 Πίνακας 1.6. Κόσκινα κοκκομετρικής ανάλυσης, για κάθε κλάσμα αδρανών Κόσκινο Ταψί mm (No 200) Άμμος x x x x x x x x Ρυζάκι x x x X x Γαρμπίλι x x x X x

12 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΔΡΑΝΩΝ Πίνακας Ι.1 Άμμος Ρυζάκι Γαρμπίλι Υγρασία (%) Φαιν. πυκν. εν ξηρώ Φαιν. πυκν. εν κορεσμό Απορροφητικότητα Πίνακας Ι.2 Άνοιγμα κοσκίνου Άμμος Ρυζάκι Γαρμπίλι (mm) No 200 (75μm) Ταψί R i %R i %P i R i %R i %P i R i %R i %P i

13 Σχήμα Ι.1. Ημιλογαριθμικό διάγραμμα (%Pi μέγεθος ανοίγματος κοσκίνου), κοκκομετρικής κατανομής κλασμάτων αδρανών