Ελληνική Επιστημονική Εταιρία Ερευνών Σκυροδέματος (ΕΠΕΣ) ΤΕΕ / Τμήμα Κεντρικής Μακεδονίας

Transcript

1 ΕΠΕΣ Ελληνική Επιστημονική Εταιρία Ερευνών Σκυροδέματος (ΕΠΕΣ) ΤΕΕ / Τμήμα Κεντρικής Μακεδονίας Πανελλήνιο Συνέδριο Σκυροδέματος «Κατασκευές από Σκυρόδεμα» Θεσσαλονίκη, 1-12 Νοεμβρίου 216 Εναπομένοντα μηχανικά χαρακτηριστικά στοιχείων από προηγμένα σκυροδέματα με/δίχως τσιμεντοειδή σύνθετα υλικά μετά από φωτιά Αικατερίνη (Κορίνα) Παπανικολάου Επίκουρη Καθηγήτρια, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, kpapanic@upatras.gr Μιχάλης Καφφετζάκης Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, mkaffetzakis@upatras.gr Αθανάσιος Τριανταφύλλου Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, ttriant@upatras.gr 1. Εισαγωγή Η σπουδαιότητα του σχεδιασμού δομικών στοιχείων έναντι της δράσης πυρός αυξάνεται με ραγδαίους ρυθμούς τα τελευταία χρόνια. Η Θεμελιώδης Οδηγία no. 2 «Ασφάλεια για την περίπτωση πυρκαϊάς» (Essential Requirement no.2 Safety in case of fire ) του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου 89/16/EEC για τα οικοδομικά προϊόντα (όπως αυτή τροποποιήθηκε από τη σχετική με τα οικοδομικά προϊόντα Οδηγία του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου 93/68/EEC, αφορούσα το σήμα συμμόρφωσης CE) εξισώνει τη σπουδαιότητα εξασφάλισης της πυρασφάλειας των ιδίων των οικοδομικών προϊόντων (δηλ. φερόντων και μη στοιχείων μίας κατασκευής), με εκείνη της δομικής τους ακεραιότητας έναντι μηχανικών φορτίσεων (βλ. Essential Requirement no.1 Mechanical resistance and stability ). Η ικανοποίηση της Θεμελιώδους Οδηγίας no.2 πραγματοποιείται πλέον διαμέσου των Ευρωκωδίκων 1 έως 5 (EN 1991, EN 1992, EN 1993, EN 1994 και EN 1995), οι οποίοι έχουν συμπεριλάβει το Μέρος 1-2 «Σχεδιασμός δομικών στοιχείων έναντι πυρκαϊάς» (Part 1-2 Structural Fire Design ). Εν όψει της εναρμόνισης των εθνικών κανονισμών σχεδιασμού δομικών έργων στις χώρες-μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης με τους Ευρωκώδικες, ο «Σχεδιασμός δομικών στοιχείων έναντι πυρκαϊάς», καθώς και ο αντίστοιχος έλεγχος από πλευράς Πολιτείας, θα γίνει υποχρεωτικός ακόμη και για την απλούστερη κατασκευή. Οι Έλληνες Μηχανικοί καλούνται, επομένως, να ανταπεξέλθουν στη νέα αυτή απαίτηση, για την οποία, σημειωτέον, δεν έχουν λάβει την κατάλληλη εκπαίδευση. Επιπροσθέτως, οι υπάρχουσες κανονιστικές διατάξεις των Ευρωκωδίκων σχετικά με τον σχεδιασμό δομικών στοιχείων έναντι πυρκαϊάς δεν χαρακτηρίζονται από το ίδιο επίπεδο πληρότητας και αξιοπιστίας σε σύγκριση με διατάξεις που αφορούν στο σχεδιασμό έναντι άλλων δράσεων (π.χ. κατακόρυφα φορτία, σεισμός, άνεμος). Το γεγονός αυτό οφείλεται τόσο στη χρονική υστέρηση με την οποία άρχισε η θεωρητική και πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς δομικών υλικών και στοιχείων υπό τη δράση πυρκαϊάς (σε σύγκριση με αντίστοιχες διερευνήσεις στο πεδίο της μηχανικής καταπόνησης), όσο και στο ότι μέχρι πρότινος δεν υπήρχαν καθολικώς αποδεκτές πειραματικές μέθοδοι αποτίμησης της πυραντίστασης και πυραντοχής δομικών υλικών και στοιχείων. Βάσει των παραπάνω, είναι πρόδηλο το αυξημένο ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας για τη διεξαγωγή σχετικών πειραματικών διερευνήσεων, και ιδιαίτερα όταν εκείνες είναι προσανατολισμένες σε νέα υλικά και σε προηγμένες μεθόδους ενίσχυσης πυρόπληκτων κατασκευών.

2 2. Eργαστηριακή Mονάδα Δοκιμών Πυρός (ΕΜοΔοΠ) H Eργαστηριακή Mονάδα Δοκιμών Πυρός (ΕΜοΔοΠ) αποτελεί την πιο πρόσφατη προσθήκη στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών στεγαζόμενη σε ειδικά διαμορφωμένο ανεξάρτητο εργαστηριακό χώρο της Πανεπιστημιούπολης. Πρόκειται για τη μοναδική στη χώρα εργαστηριακή υποδομή που δύναται να παρέχει υποστήριξη σε θέματα έρευνας, τεχνολογίας και παροχής υπηρεσιών στο πεδίο της πυραντίστασης δομικών υλικών και δομικών μελών, αλλά και της εν γένει συμπεριφοράς τους έναντι πυρός. Βασικός εξοπλισμός της είναι ένας μεγάλος κατακόρυφος κλίβανος διεξαγωγής δοκιμών πυραντίστασης δομικών (ή άλλων) υλικών και στοιχείων εσωτερικών διαστάσεων m, συμπληρούμενος από σύστημα αποθήκευσης (2 δεξαμενές δυναμικότητας 5 m3) και διανομής της καύσιμης ύλης (LPG), αγωγό καπναερίων, καπνοδόχο, ελεγκτή (controller), Η/Υ και λογισμικό (Εικόνα 1). Ο κλίβανος είναι κατάλληλος για διεξαγωγή δοκιμών πυραντίστασης δομικών υλικών και στοιχείων βάσει καμπυλών θερμοκρασίας-χρόνου που περιγράφονται σε σχετικά Πρότυπα (CEN και ISO), αλλά και άλλων καμπυλών [όπως της RWS (Rijkswaterstaat) curve], παρέχει τη δυνατότητα διεξαγωγής δοκιμών σε μέγιστη θερμοκρασία ίση με 135 C, περιλαμβάνει εξοπλισμό ανάφλεξης που αποτελείται από δώδεκα πιεστικούς καυστήρες σε κατακόρυφη αντικριστή διάταξη, διαθέτει αποσπώμενο άνω τμήμα, καθιστώντας δυνατή τη διεξαγωγή δοκιμών πυραντίστασης σε οριζοντίως τοποθετούμενα δοκίμια, διαθέτει αποσπώμενη δοκό στην εμπρόσθια εξωτερική όψη του, καθιστώντας δυνατή τη διεξαγωγή δοκιμών πυραντίστασης σε συνδέσεις τοιχωμάτων-οροφών, διαθέτει δύο θυρίδες παρατήρησης. Μετά την τοποθέτηση των δοκιμίων, ο κλίβανος σφραγίζεται με ειδικό κλείστρο απαρτιζόμενο από πλαίσιο δομικού χάλυβα πληρωμένο με πυράντοχες πλίνθους ελαφροσκυροδέματος. Εικόνα 1 Ο κατακόρυφος κλίβανος διεξαγωγής δοκιμών πυραντίστασης 3. Πειραματικό πρόγραμμα Στόχος της παρούσης εργασίας υπήρξε η διερεύνηση της εναπομένουσας φέρουσας ικανότητας και ικανότητας παραμόρφωσης στοιχείων από προηγμένα σκυροδέματα [κανονικής πυκνότητας αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα (ΚΠΑΣΣ), αυτοσυμπυκνούμενο κισσηρόδεμα (ΑΣΚ), ινοπλισμένο ΑΣΚ] και στοιχείων ενισχυμένων με μανδύες από τσιμεντοειδή σύνθετα υλικά [ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ)] μετά την έκθεσή τους σε χρονοϊστορία πυρός. Πιο συγκεκριμένα, διενεργήθησαν οι ακόλουθες διερευνήσεις: (1) μελέτη εναπομένουσας δυσθραυστότητας ινοπλισμένου αυτοσυμπυκνούμενου κισσηροδέματος (ΙΑΣΚ) μέσω δοκιμών διάτρησης πλακών υπό κεντρικό συγκεντρωμένο φορτίο, βάσει του Προτύπου EN :26, (2) μελέτη εναπομένουσας

3 τάσης συνάφειας και χαρακτηριστικών ολίσθησης διεπιφανειών χάλυβα τύπου Tempcore και αυτοσυμπυκνούμενου κισσηροδέματος (ΑΣΚ) [με μηδενική ή μερική αντικατάσταση των ελαφρών αδρανών με κανονικής πυκνότητας αδρανή] ή κανονικής πυκνότητας αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος (ΑΣΣ), μέσω δοκιμών άμεσης εξόλκευσης (pull-out), (3) μελέτη της συμπεριφοράς δοκών οπλισμένου ΑΣΚ, υποδιαστασιολογημένων έναντι διάτμησης, μετά από την έκθεσή τους σε υψηλές θερμοκρασίες (με ρυθμούς ανάπτυξης που προσομοιώνουν πυρκαϊά) και αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης αυτών με κλειστούς μανδύες ΙΑΜ στα διατμητικά ανοίγματα και (4) μελέτη της εναπομένουσας αντοχής και παραμορφωσιμότητας άοπλων κυλινδρικών δοκιμίων συμβατικού σκυροδέματος ενισχυμένων με μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανες μήτρες (ΙΑΜ), υπό κεντρικό θλιπτικό φορτίο. Οι χρονοϊστορίες πυρός στις οποίες εκτέθηκαν τα διάφορα δοκίμια (με βάση την παραπάνω αρίθμηση) δίνονται στο Σχήμα Υλικά Μείγματα ΑΣΣ και ΑΣΚ Για την παραγωγή των μειγμάτων ΑΣΣ και ΑΣΚ χρησιμοποιήθηκαν τα ακόλουθα υλικά λεπτού καταμερισμού (τσιμεντοειδή και πληρωτικά υλικά): α) τσιμέντο Portland τύπου CEMII 42.5N, β) ασβεστολιθικές παιπάλες (έχουσες κωδικές ονομασίες: LF12, με μέγιστο κόκκο ίσο με 12 μm και LF1, με μέγιστο κόκκο ίσο με 1 μm) και γ) πυριτική παιπάλη (SF), με μέσο κόκκο ίσο με.7 μm. Συνοπτικά, παρήχθησαν δύο τύποι μειγμάτων: ένας τύπος μείγματος με συνδυασμό ασβεστολιθικής και πυριτικής παιπάλης (με κωδικές ονομασίες που περιέχουν το πρόθεμα SF) και ένας εναλλακτικός τύπος μείγματος, χαμηλότερου κόστους, με προσθήκη μόνο ασβεστολιθικών παιπαλών (με κωδικές ονομασίες που περιέχουν το πρόθεμα LF). Τα υπόλοιπα συστατικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν περιελάμβαναν: κανονικής πυκνότητας ποτάμια άμμο [ΚΠΠΑ, 4 mm], φυσικά αδρανή κίσσηρης σε τρία κλάσματα [άμμος -4 mm, λεπτόκοκκο κλάσμα 4-8 mm και χονδρόκοκκο κλάσμα 8-16 mm, με πυκνότητα στερεών 11 kg/m3], υπερρευστοποιητή πολυκαρβοξυλικού τύπου (SP) και σταθεροποιητή (με ελαφρώς επιβραδυντική δράση). Για τους σκοπούς της παρούσας ενότητας εργασίας, παρήχθησαν έξι μείγματα, τα οποία προέκυψαν από τρεις παραλλαγές του κάθε τύπου μείγματος, με βασική διαφοροποίηση ως προς την πυκνότητά τους: i) μείγματα με (αποκλειστικά) ελαφρά αδρανή (ΕΑ μείγματα με κωδικές ονομασίες LF και SF), ii) μείγματα με αντικατάσταση της άμμου κίσσηρης με άμμο κανονικής πυκνότητας (με τις κωδικές ονομασίες LF_NS και SF_NS) και iii) μείγματα με πλήρη αντικατάσταση όλων των αδρανών κίσσηρης (συμπεριλαμβανομένης της άμμου) με ασβεστολιθικά αδρανή κανονικής πυκνότητας (ΚΠΑ - πυκνότητα στερεών 2 kg/m3) και ίδιου μέγιστου κόκκου (δύο κλάσματα με μέγιστο κόκκο 8 mm και 16 mm - με τις κωδικές ονομασίες LF_NW και SF_NW). Οι αναλογίες όλων των μιγμάτων παρουσιάζονται στον Πίνακα 1, μαζί με τις αντίστοιχες πυκνότητες κλιβάνου, ενώ στον Πίνακα 2 δίνονται τα αρχικά (t=, δηλ. αμέσως μετά την ανάμιξη) αποτελέσματα των δοκιμών εκτίμησης της ικανότητας αυτοσυμπύκνωσης των μιγμάτων, καθώς και οι τυπικές τιμές θλιπτικής (flcm,cube) και εφελκυστικής (flctm,sp) αντοχής από διάρρηξη και μέτρου ελαστικότητας 28 ημερών (Elc). Μείγματα συμβατικού σκυροδέματος Τα κυλινδρικά δοκίμια, τα οποία ενισχύθηκαν με μανδύες ΙΑΜ και δοκιμάστηκαν υπό κεντρική θλίψη δίχως να έχουν εκτεθεί σε υψηλές θερμοκρασίες, σκυροδετήθηκαν στις εγκαταστάσεις της εταιρίας ετοίμου σκυροδέματος Interbeton (εργοστάσιο Δρεπάνου), με κανονικής πυκνότητας σκυρόδεμα, κατηγορίας αντοχής C12/15 (με μέση θλιπτική αντοχή κυλίνδρου κατά την ημέρα διεξαγωγής των δοκιμών κεντρικής θλίψης ίση με 14.9 MPa). Τα κυλινδρικά δοκίμια, τα οποία ενισχύθηκαν με μανδύες ΙΑΜ και δοκιμάστηκαν υπό κεντρική θλίψη μετά από έκθεσή τους σε υψηλές θερμοκρασίες,

4 σκυροδετήθηκαν στις εγκαταστάσεις του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Πατρών χρησιμοποιώντας τις εξής αναλογίες ανάμιξης: 22 kg/m3 τσιμέντο CEM 32.5N, 85 kg/m3 ποτάμια άμμο, 5 kg/m3 και 598 kg/m3 ασβεστολιθικά αδρανή [4-8 mm και 8-16 mm, αντίστοιχα] και 182 kg/m3 ενεργό νερό. Για το σκυρόδεμα αυτό, η μέση θλιπτική αντοχή κυλίνδρου κατά την ημέρα διεξαγωγής των δοκιμών κεντρικής θλίψης ήταν ίση με 15.3 MPa. Κονίαμα μανδυών ΙΑΜ Το κονίαμα για τους μανδύες ΙΑΜ ήταν ένα έτοιμο τσιμεντοειδές κονίαμα, ανθεκτικό έναντι υψηλών θερμοκρασιών και ειδικά σχεδιασμένο για χρήση ως συνδετικό υλικό συστημάτων ΙΑΜ. Η (κατά το τεχνικό φυλλάδιο) θλιπτική και εφελκυστική αντοχή του κονιάματος στις 28 ημέρες ήταν ίση με 35 MPa και 6 MPa, αντίστοιχα. Για τον προσδιορισμό της αντοχής του κονιάματος, κατά την ημέρα των ενισχύσεων (δοκών και κυλίνδρων), λαμβάνονταν πρισματικά δοκίμια διαστάσεων mm. Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή EN , η εφελκυστική αντοχή του κονιάματος σε κάμψη, προσδιορίσθηκε (την ημέρα των δοκιμών επί δοκών και κυλίνδρων) από δοκιμή κάμψης τριών σημείων, ενώ η θλιπτική του αντοχή, από δοκιμή θλίψης επί των δύο επιμέρους τεμαχίων, που προέκυψαν από την πρώτη δοκιμή. Η δοκιμή κάμψης πραγματοποιήθηκε με επιβαλλόμενο ρυθμό μετατόπισης.1 mm/min, ενώ ο αντίστοιχος για τη δοκιμή θλίψης ήταν.5 mm/min. Οι μέσες τιμές της εφελκυστικής αντοχής από κάμψη και της θλιπτικής αντοχής του κονιάματος ήταν ίσες με: (1) 6.8 MPa και 26 ΜPa, αντίστοιχα, για τους περισφιγμένους κυλίνδρους αναφοράς, (2) 9.8 ΜPa και 4 ΜPa, αντίστοιχα, για τους περισφιγμένους πυρόπληκτους κυλίνδρους, (3) 3.91 ΜPa και 22.6 ΜPa, αντίστοιχα, για τις ενισχυμένες δοκούς αναφοράς και (δ) 6.8 MPa και 26 ΜPa, αντίστοιχα, για τις πυρόπληκτες και (εν συνεχεία) ενισχυθείσες δοκούς. Ινοπλέγματα Για την ενίσχυση των κυλινδρικών δοκιμίων άοπλου συμβατικού σκυροδέματος, χρησιμοποιήθηκαν τρεις τύποι ινοπλεγμάτων. Πρόκειται για πλέγματα συνεχών ινών άνθρακα, υάλου και βασάλτη, των οποίων οι κλώνοι ινών διατάσσονται σε δύο κάθετες μεταξύ τους διευθύνεις ( /9 ). Δείγματα των πλεγμάτων φαίνονται στην Εικόνα 2, ενώ οι ιδιότητές τους δίνονται στον Πίνακα 3. Χάλυβας Ο χάλυβας που χρησιμοποιήθηκε ήταν κατηγορίας Β5C με τάση διαρροής 55 MPa, εφελκυστική αντοχή 65 MPa και μέγιστη παραμόρφωση ίση με 13.%. Η δειγματοληψία των ράβδων έγινε αντιπροσωπευτικά από το σύνολο των εξεταζόμενων ράβδων, ενώ για κάθε διάμετρο πραγματοποιήθηκαν 3 δοκιμές και ελήφθη ο μέσος όρος. o Θερμοκρασία [ C] & Χρόνος [min] 6 8 Σχήμα 1 Οι χρονοϊστορίες πυρός στις οποίες εκτέθηκαν τα διάφορα δοκίμια (α) (β) (γ) Εικόνα 2 Πλέγματα ινών α) άνθρακα, β) υάλου και γ) βασάλτη

5 Πίνακας 1 Αναλογίες ανάμιξης ΑΣΚ (με ελαφρά ή κανονικής πυκνότητας άμμο) και ΑΣΣ (με κανονικής πυκνότητας αδρανή) Αναλογίες συστατικών [kg/m3] ΕΑ ΕΑ + ΚΠΠΑ ΚΠΑ Συστατικά LF SF LF_NS SF_NS LF_NW SF_NW Τσιμέντο CEM 42.5N LF LF SF 3.5 3` Άμμος κίσσηρης Ποτάμια άμμος Λεπτόκοκκο κλάσμα κίσσηρης [4-8 mm] Χονδρόκοκκο κλάσμα κίσσηρης [8-16 mm] Αδρανή κανονικής πυκνότητας [4-8 mm] Αδρανή κανονικής πυκνότητας [8-16 mm] SP Σταθεροποιητής Ενεργό νερό Πυκνότητα κλιβάνου Πίνακας 2 Αποτελέσματα δοκιμών προσδιορισμού χαρακτηριστικών αυτοσυμπύκνωσης μειγμάτων ΑΣΚ και ΑΣΣ, αμέσως μετά την ανάμιξή τους και τυπικές μηχανικές ιδιότητες Μείγμα LF SF LF_NS SF_NS LF_NW SF_NW Περιεχόμενος Slump- V-funnel αέρας [%] flow [mm] [s] Ειδική L-box flcm,cube flctm,sp Elc θλιπτική [H2/H1] [MPa] [MPa] [GPa] αντοχή 1-3 [MPa/(kg/m3)] Πίνακας 3 Χαρακτηριστικές ιδιότητες ινοπλεγμάτων Χαρακτηριστικά Μέτρο ελαστικότητας ινών (GPa) Εφελκυστική αντοχή ινών (MPa) Κατανομή ινών ανά διεύθυνση Μάζα ανά τετραγωνικό μέτρο (gr/m2) Καθαρό άνοιγμα βροχίδας (mm) Αξονική απόσταση κλώνων (mm) Πυκνότητα ινών (gr/cm3) Πλέγμα ινών άνθρακα Πλέγμα ινών υάλου Πλέγμα ινών βασάλτη

6 3.2 Μελέτη εναπομένουσας δυσθραυστότητας ΙΑΣΚ Για τους σκοπούς της μελέτης, παρήχθησαν συνολικά 12 δοκίμια ονομαστικών διαστάσεων 1 ±1 mm, με τις ακριβείς διαστάσεις τους να παρατίθενται στον Πίνακα 4. Για τη σκυροδέτηση αυτών, χρησιμοποιήθηκαν τα μείγματα SF και LF, στα οποία προστέθηκαν ίνες πολυπροπυλενίου σε ποσοστό.5% κ.ό., ενώ παρήχθησαν τρία δοκίμια για κάθε μείγμα, προ και μετά την έκθεσή τους σε υψηλές θερμοκρασίες. Η κωδική ονομασία των δοκιμίων, η οποία θα ακολουθηθεί στο εξής, αποτελείται από την ονομασία του μείγματος (SF ή LF) ακολουθούμενη από τον όρο C ή FIRE, για τα δοκίμια αναφοράς και τα πυρόπληκτα δοκίμια, αντίστοιχα. Οι παραχθείσες πλάκες συντηρήθηκαν σε συνθήκες περιβάλλοντος (65% RH, 25οC), μέχρι την ημέρα διεξαγωγής των δοκιμών. Σύμφωνα με το χρησιμοποιηθέν Πρότυπο (ΕΝ :26), οι πλάκες εδράζονταν κατά μήκος και των τεσσάρων ακμών τους επί δύσκαμπτου μεταλλικού πλαισίου. Το φορτίο επιβαλλόταν στο μέσον των πλακών μέσω μεταλλικής πλάκας διαστάσεων 1 1 mm, ενώ το ελεύθερο άνοιγμα ήταν διαστάσεων 5 5 mm (βλ. Εικόνα 3α). Η ταχύτητα επιβολής της μετατόπισης ήταν 1mm/min και η βύθιση στο σημείο επιβολής του φορτίου καταγράφηκε με την τοποθέτηση αισθητήρα τύπου LVDT στην κάτω παρειά των πλακών (βλ. Εικόνα 3β). Οι θλιπτικές αντοχές των σκυροδεμάτων από τα οποία κατασκευάστηκαν οι πλάκες λήφθηκαν ως ο μέσος όρος των θλιπτικών αντοχών κυβικών δοκιμίων ακμής 15 mm ληφθέντων από την εκάστοτε σκυροδέτηση, και παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Για τις αντοχές των υποβλειθεισών σε φωτιά πλακών τοποθετήθηκαν κυβικά δοκίμια εντός του κλιβάνου, ταυτόχρονα με τις αντίστοιχες πλάκες. Σημειώνεται ότι οι εκτιθέμενες στις φλόγες επιφάνειες των δοκιμίων ήταν εκείνες που αντιστοιχούσαν στις εφελκυόμενες παρειές. (α) (β) Εικόνα 3 (α) Διαστάσεις δοκιμίων και (β) σημεία εφαρμογής της φόρτισης και του αισθητήρα Τα δοκίμια που εκτέθηκαν σε υψηλές θερμοκρασίες υπεβλήθησαν σε συνθήκες πυρκαϊάς που προσομοιώθηκαν με την καμπύλη χρόνου - θερμοκρασίας ISO 834 μέχρι τους 8oC, ενώ - μετά - η θερμοκρασία διατηρήθηκε σταθερή τους 8oC ο συνολικός χρόνος έκθεσης σε υψηλές θερμοκρασίες ήταν ίσος με 1 h (βλ. Σχήμα 1). Οι πλάκες φορτίσθηκαν σε μέγιστη βύθιση κατ ελάχιστον ίση με 3 mm και στη συνέχεια υπολογίσθηκε η ενέργεια που απορροφήθηκε κατά την δοκιμή (σε Joules) έως βύθιση 25 mm, ως το εμβαδόν που περικλείεται κάτω από την καμπύλη φορτίου-βύθισης στο κέντρο της πλάκας σε τιμές βύθισης από έως 25 mm. Ενδεικτικές καμπύλες φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας και απορροφώμενης ενέργειας (αθροιστικού εμβαδού που περικλείεται κάτω από τις καμπύλες αυτές) δίνονται στο Σχήμα 2. Η τυπική μορφή αστοχίας για δίνεται στην Εικόνα 4. Τα αποτελέσματα των δοκιμών συνοψίζονται στον Πίνακα 4.

7 Πυρόπληκτ α δοκίμια (μείγμα LF) Πυρόπληκτ α δοκίμια (μείγμα SF) Δοκίμια αναφοράς (μείγμα LF) Δοκίμια αναφοράς (μείγμα SF) Πίνακας 4 Αποτελέσματα θλιπτικών αντοχών των σκυροδεμάτων από τα οποία κατασκευάστηκαν οι πλάκες πριν και μετά την έκθεση κυβικών δοκιμίων σε χρονοϊστορία πυρός Κωδική Μέγιστο Απορροφούμενη Πλάτος Μήκος Πάχος flcm,cube ονομασία φορτίο ενέργεια σε βύθιση [mm] [mm] [mm] [MPa] 25 mm [Joules] * δοκιμίου [kn] SF_C_ SF_C_ SF_C_ Μ.Ό LF_C_ LF_C_ LF_C_ Μ.Ό SF_FIRE_ SF_FIRE_ SF_FIRE_ Μ.Ό LF_FIRE_ LF_FIRE_ LF_FIRE_ Μ.Ό Μέσο πάχος στην περιοχή επιβολής φορτίου (β) (α) (γ) SF_C_ J SF_FIRE_ kN kN 262.3J Bύθιση στο μέσον της πλάκας [mm] Φορτίο [kn] 1 4 LF_C_ J kN LF_FIRE_ J kN 5 1 Aθροιστικό εμβαδό καμπύλης φορτίου - βύθισης ως μέσο ποσοτικοποίησης της δυσθραυστότηττας [J] 45 Aθροιστικό εμβαδό καμπύλης φορτίου - βύθισης ως μέσο ποσοτικοποίησης της δυσθραυστότηττας [J] Φορτίο [kn] Εικόνα 4 Ρηγμάτωση στην εφελκυόμενη παρειά για το δοκίμιο: (α) LF_FIRE_3 μετά τη χρονοϊστορία πυρός, (β) LF_C_3 και (γ) LF_FIRE_3 μετά το πέρας της δοκιμής Bύθιση στο μέσον της πλάκας [mm] Σχήμα 2 Ενδεικτικά διαγράμματα φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας και απορροφώμενης ενέργειας για πλάκες αναφοράς και πυρόπληκτες πλάκες

8 Από τα παραπάνω αποτελέσματα παρατηρείται ότι, σε σύγκριση με τις πλάκες αναφοράς, το μέγιστο φορτίο των πυρόπληκτων πλακών μειώθηκε κατά περίπου 6%, ανεξαρτήτως σύνθεσης ΑΣΚ. Αντίστοιχη μείωση (κατά, περίπου, 55%) παρατηρήθηκε και για την απορροφώμενη ενέργεια σε βύθιση 25 mm. Ακόμη, μετά από οπτική παρατήρηση των πλακών μετά την αστοχία, παρατηρήθηκε ότι τα υποβληθέντα σε φωτιά δοκίμια ανέπτυξαν μεγαλύτερο αριθμό ρωγμών, ενώ κατά τη διάρρηξή τους διαπιστώθηκε ότι, κατά μέσο όρο, η απώλεια ινών λόγω τήξης αυτών επήλθε μέχρι βάθους 3 mm από την προσβαλλόμενη από φωτιά επιφάνεια αυτών. Η θλιπτική αντοχή των σκυροδεμάτων από τα οποία κατασκευάστηκαν οι πλάκες (όπως αυτή εκτιμήθηκε από κυβικά δοκίμια ακμής 15 mm υποβαλλόμενα στην ίδια χρονοϊστορία πυρός και ταυτοχρόνως με τις πλάκες), παρουσίασε μείωση κατά 25% και 4% για τα μείγματα LF και SF, αντίστοιχα. Η διαπίστωση αυτή έρχεται σε συμφωνία με τη διεθνή βιβλιογραφία που προκρίνει τη χρήση ασβεστολιθικών παιπαλών έναντι άλλων (ενεργών ή μη) για την παρασκευή σκυροδέματος αναβιθμισμένων χαρακτηριστικών πυραντίστασης. Τέλος, η μετρηθείσα απομείωση του πάχους των πλακών στο μέσον αυτών, λόγω αποφλοίωσης κατά την υποβολή των δοκιμίων στην χρονοϊστορία πυρός, μετρήθηκε μεγαλύτερη για τα LF δοκίμια (~ 9% του αρχικού πάχους) σε σύγκριση με τα αντίστοιχα σκυροδετημένα με το μείγμα SF (~ 2% του αρχικού πάχους). 3.3 Διεπιφάνειες χάλυβα/ασκ Για τη μελέτη της επίδρασης χρονοϊστορίας πυρός στη συνάφεια χάλυβα - ΑΣΚ (κανονικής πυκνότητας ή ελαφρού) παρήχθησαν 72 δοκίμια άμεσης εξόλκευσης (τύπου pull out). Οι παράμετροι οι οποίες διερευνήθηκαν ήταν: i) το είδος του σκυροδέματος (ΑΣΚ με αμιγώς ελαφρά αδρανή, ΑΣΚ με άμμο κανονικής πυκνότητας και κανονικής πυκνότητας ΑΣΣ) και ii) η διάμετρος των ράβδων οπλισμού (Ø=12 mm & Ø=16 mm). Για κάθε μεμονωμένο συνδυασμό παραμέτρων κατασκευάστηκαν και δοκιμάστηκαν τρία πανομοιότυπα δοκίμια. Η ονοματολογία των δοκιμίων είναι Χ_Α_Β, όπου το Χ αντιστοιχεί στην κωδική ονομασία του μείγματος σκυροδέματος που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων, Α είναι η διάμετρος της ράβδου οπλισμού σε mm και το Β αναφέρεται στην προσβολή ή όχι από φωτιά (δοκίμια ελέγχου : Β C, πυρόπληκτα δοκίμια: Β FIRE, βλ. Πίνακα 5). Για παράδειγμα, το δοκίμιο αναφοράς LF_12_C σκυροδετήθηκε με το μείγμα LF και έφερε ράβδο οπλισμού 12 mm. Η γεωμετρία των δοκιμίων άμεσης εξόλκευσης ακολούθησε τις συστάσεις της οδηγίας Rilem-FIP-CEB (1973), χρησιμοποιώντας κυλινδρικά αντί για κυβικά δοκίμια. Η κάθε ράβδος προεξείχε και από τα δύο άκρα εκάστου δοκιμίου, ενώ ελήφθη πρόνοια ώστε εντός του συνολικού μήκους ενσωμάτωσης της ράβδου στο δοκίμιο να συμπεριλαμβάνεται τόσο ένα αγκυρωμένο όσο και ένα μη αγκυρωμένο μήκος (το τελευταίο βρισκόταν προς το μεγαλύτερου μήκους άκρο της ράβδου, στο οποίο εφαρμοζόταν το εφελκυστικό φορτίο). Η φορά της σκυροδέτησης ήταν παράλληλα με τις εξεταζόμενες ράβδους. Οι διαστάσεις των δοκιμίων παρουσιάζονται στο Σχήμα 3. Έπειτα από την κατασκευή των δοκιμίων, ακολούθησε η προετοιμασία εκείνων που επρόκειτο να υποβληθούν σε χρονοϊστορία πυρός. Συγκεκριμένα, κρίθηκε απαραίτητο να προστατευτούν τα άκρα της ράβδου που προεξείχαν από τις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονταν εντός του κλιβάνου. Για το σκοπό αυτό, τα προεξέχοντα άκρα των ράβδων επενδύθηκαν με τσιμεντοκονίαμα, αφού πρώτα είχαν επικαλυφθεί με ειδικό θερμομονωτικό υλικό (πετροβάμβακας). Οι δοκιμές άμεσης εξόλκευσης πραγματοποιήθηκαν σε σύστημα φόρτισης δυναμικότητας 25 kn. Τα δοκίμια τοποθετήθηκαν σε αυτοσχέδια πειραματική διάταξη, η οποία περιελάμβανε ένα δύσκαμπτο μεταλλικό πλαίσιο, όπως απεικονίζεται στην Εικόνα 5. Στο ακίνητο μέρος (πάνω μέρος) της διάταξης υπήρξε αρθρωτή σύνδεση, με σκοπό την ευθυγράμμιση του εφαρμοζόμενου φορτίου με τον διαμήκη άξονα των δοκιμίων και την αποφυγή εκκεντροτήτων. Το άκρο του μακρύτερου προεξέχοντος

9 τμήματος της ράβδου πακτώθηκε στο κινητό μέρος του συστήματος φόρτισης, μέσω υδραυλικών αρπαγών. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με ελεγχόμενο ρυθμό μετατόπισης (.12 mm/s και.16 mm/s για ράβδους Ø12 και Ø16, αντίστοιχα). Η ολίσθηση μεταξύ της χαλύβδινης ράβδου και του σκυροδέματος μετρήθηκε μέσω αισθητήρα μετατόπισης τύπου LVDT. Οι πραγματοποιηθείσες δοκιμές διακόπτονταν όταν λάμβανε χώρα μία από τις ακόλουθες καταστάσεις: i) απότομη πτώση φορτίου ακολουθούμενη από διάρρηξη του κυλινδρικού δοκιμίου, ii) σημαντική μείωση φορτίου συνοδευόμενη από αστοχία λόγω εξόλκευσης της ράβδου και iii) διαρροή του χάλυβα. Τυπικά διαγράμματα κανονικοποιημένης τάσης συνάφειας (, δηλ. τάση συνάφειας διά την τετραγωνική ρίζα της θλιπτικής αντοχής του εκάστοτε μείγματος) ολίσθησης δίνονται στο Σχήμα 4, τόσο για τα δοκίμια αναφοράς όσο και για τα υποβληθέντα σε χρονοϊστορία πυρός δοκίμια. Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα σε όρους τάσεων, ολίσθησης κατά την αστοχία και μορφών αστοχίας (διάρρηξη splitting ή ολίσθηση pull-out) δίνονται στον Πίνακα 5. Σχήμα 3 Διαστάσεις των δοκιμίων άμεσης εξόλκευσης Δοκίμια αναφοράς 1.5 Πυρόπληκτα δοκίμια 1..4 (R =.995) u * _ fire e * u 2.45 * * 1/2 τu [MPa ] 3..5 * LF_12 LF_NS_12 LF_NW_12 LF_16 LF_NS_16 LF_NW_16 (τu)_ fire / (τu) 4. Εικόνα 5 Πειραματική διάταξη δοκιμών άμεσης εξόλκευσης (α) Ολίσθηση [mm] (β) Δεν ελήφθη υπόψη στην προσαρμογή καμπύλης Oven-dry density (ρ) [kg/m ] Σχήμα4 (α) Τυπικά διαγράμματα κανονικοποιημένης τάσης συνάφειας ολίσθησης για τα δοκίμια δοκίμια LF_... αναφοράς και πυρόπληκτα και (β) ο λόγος της κανονικοποιημένης τάσης συνάφειας πυρόπληκτων δοκιμίων προς την αντίστοιχη τάση δοκιμίων αναφοράς βαίνει εκθετικά μειούμενος συναρτήσει της αύξησης της πυκνότητας κλιβάνου του σκυροδέματος Για τα δοκίμια ελέγχου, η αύξηση της διαμέτρου της ράβδου οδήγησε, συστηματικά, σε μείωση της ( ). Συγκεκριμένα, για αύξηση της διαμέτρου της ράβδου (κατά 33%) η εν λόγω μείωση κυμάνθηκε από 7% έως 2% (εκτός από τη σειρά SF_Α_C, για την οποία παρατηρήθηκε μικρή αύξηση της κατά την αύξηση της διαμέτρου). Η παραπάνω παρατήρηση αποδίδεται, όπως και για την αύξηση του μήκους αγκύρωσης, στην αύξηση της πιθανότητας ύπαρξης ατελειών για αυξανόμενο εμβαδόν

10 διεπιφάνειας. Ακόμη, όπως αναφέρεται από τους Polak and Killen (1998) η ικανότητα ανάληψης μεγαλύτερου φορτίου από ράβδους μικρότερης διαμέτρου σχετίζεται με το γεγονός της καλύτερης ενεργοποίησης της ενεργού διαμέτρου του εφελκυόμενου σκυροδέματος, το οποίο περιβάλλει τη ράβδο. Επίσης για τα δοκίμια ελέγχου, η αντικατάσταση της άμμου κίσσηρης με άμμο κανονικής πυκνότητας οδήγησε σε αισθητές αυξήσεις στις τιμές, τόσο της μέγιστης τάσης συνάφειας, όσο και της μέγιστης ολίσθησης. Συγκεκριμένα, η ( ) αυξήθηκε κατά περίπου 35% για ΑΣΚ με ασβεστολιθικές παιπάλες. Για δοκίμια ΑΣΚ με προσθήκη πυριτικής παιπάλης, η αντίστοιχη αύξηση κυμάνθηκε από 6% έως 12%. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτά τα μείγματα (SF) περιείχαν μεγαλύτερο ογκομετρικό λόγο αδρανών - κονιάματος συγκριτικά με τα μείγματα LF και κατά συνέπεια, η επιρροή της αντικατάστασης της άμμου αναμενόταν να είναι πιο προφανής. Τέλος, η ( ) αυξάνεται κατά την αύξηση της πυκνότητας του σκυροδέματος, με την αύξηση αυτή να είναι μεγαλύτερη μεταξύ 15 kg/m3 και 175 kg/m3 (πυκνότητα κλιβάνου). Η αύξηση αντοχής για πυκνότητες παραπλήσιες ή μεγαλύτερες από το άνω όριο για ελαφροσκυρόδεμα (2 kg/m3) είναι περιορισμένη. Αυτό οφείλεται στο δευτερεύοντα ρόλο που διαδραματίζουν τα χονδρόκοκκα αδρανή στο μηχανισμό μεταφοράς της τάσης συνάφειας. Το ίδιο ισχύει και για τις ολισθήσεις, με αυξανόμενες τιμές για αυξανόμενο ποσοστό αντικατάστασης των ελαφρών αδρανών με αντίστοιχα κανονικής πυκνότητας. Από τα αποτελέσματα, παρατηρείται ότι η προσβολή των παραχθέντων δοκιμίων σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες επέφερε πολύ έντονες βλάβες στο σύνολο των δοκιμίων. Συγκεκριμένα, από το σύνολο των 36 παραχθέντων δοκιμίων τα οποία υποβλήθηκαν σε χρονοϊστορία πυρός, μόνο τα 2 χαρακτηρίσθηκαν από την κατάλληλη ακεραιότητα ώστε να είναι σε θέση να υποβληθούν μετέπειτα σε δοκιμή εξόλκευσης των ενσωματωμένων σε αυτά ράβδων. Οι χαλύβδινες ράβδοι, αν και προστατευμένες με έναν συνδυασμό κατάλληλων υλικών (κονίαμα και πετροβάμβακας), παρουσίασαν έντονη διόγκωση, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη ακτινικών ρωγμών σε όλα ανεξαιρέτως τα δοκίμια, επηρεάζοντας τις συνθήκες συνάφειας μεταξύ χάλυβα και σκυροδέματος. Τα αποτελέσματα των θλιπτικών αντοχών πυρόπληκτων δοκιμίων σκυροδέματος (τα οποία παραλείπονται χάριν συντομίας) υποδεικνύουν ότι όλα τα μείγματα παρουσίασαν (κατά μέσο όρο) μείωση 9%, συγκριτικά με τις αντοχές των δοκιμίων αναφοράς. Στο σύνολο των δοκιμίων (και για κοινή μορφή αστοχίας των συγκρινόμενων δοκιμίων Χ_Α_C και X_A_FIRE, ανά ομάδα δοκιμίων), η κανονικοποιημένη τάση συνάφειας, παρουσίασε μείωση κατά 85% (μείγματα LF) έως 9% (μείγματα SF). Το ποσοστό αυτό της μείωσης είναι παραπλήσιο με το ποσοστό της μείωσης της θλιπτικής αντοχής των σκυροδεμάτων (ανεξαρτήτως μείγματος), λόγω της έκθεσης των δοκιμίων στη συγκεκριμένη χρονοϊστορία πυρός. Η αντίστοιχη μείωση για το σύνολο των δοκιμίων, ανεξαρτήτως μορφής αστοχίας, κυμαίνεται στο 8%. Από τις ομάδες LF_NS_12 και SF_NW_12 δεν διεσώθη κανένα δοκίμιο μετά την έκθεση σε χρονοϊστορία πυρός. Αναφορικά με τις ολισθήσεις των υποβληθέντων σε πυρκαϊά δοκιμίων, παρατηρήθηκε μείωση των τιμών τους κατά την (ιδίου τύπου) αστοχία τους, συγκριτικά με τα δοκίμια αναφοράς. Επίσης, το πλήθος των δοκιμίων τα οποία αστόχησαν λόγω εξόλκευσης της ράβδου ήταν μεγαλύτερος για τα υποβληθέντα σε πυρκαϊά δοκίμια. Τέλος, εάν παραβλεφθεί ο τύπος αστοχίας κατά την αξιολόγηση του λόγου της κανονικοποιημένης τάσης συνάφειας πυρόπληκτων δοκιμίων προς την αντίστοιχη τάση δοκιμίων ελέγχου, παρατηρείται ότι ο λόγος αυτός βαίνει εκθετικά μειούμενος συναρτήσει της αύξησης της πυκνότητας κλιβάνου του σκυροδέματος (βλ. Σχήμα 4β).

11 Πίνακας 5 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα δοκιμών εξόλκευσης χαλύβδινων ράβδων Δοκίμια Μέγιστη τάση Κανονικοποιημένη Μέγιστη ολίσθηση συνάφειας μέγιστη τάση su.23 [mm] LF_12_C συνάφειας * 1/2 τ [MPa] τ [MPa ] u u LF_12_FIRE LF_16_C LF_16_FIRE LF_NS_12_C LF_NS_12_FIRE LF_NS_16_C LF_NS_16_FIRE LF_NS_16_FIRE LF_NW_12_C LF_NW_12_C LF_NW_12_FIRE LF_NW_16_C LF_NW_16_FIRE LF_NW_16_FIRE SF_12_C SF_12_FIRE SF_16_C SF_16_FIRE SF_NS_12_C SF_NS_12_FIRE SF_NS_12_FIRE SF_NS_16_C SF_NS_16_FIRE SF_NW_12_C SF_NW_12_FIRE SF_NW_16_C SF_NW_16_C SF_NW_16_FIRE Μορφή αστοχίας 1 S/P 1S 3P 1S/1P 1S2 2S/1P 1P3 1P 1S/1P 1S2 3P 3P 1S/1P 1S2 2S 3P 2S/1P 1P3 1P S για αστοχία λόγω διάρρηξης (splitting), P για αστοχία λόγω εξόλκευσης (pull-out) οι αριθμοί αντιστοιχούν στο πλήθος των δοκιμίων που αστόχησαν με έναν συγκεκριμένο τρόπο, πυρόπληκτο δοκίμιο με κοινό τρόπο αστοχίας με τα ομόλογα δοκίμια ελέγχου, 3 δοκίμιο ελέγχου με κοινό τρόπο αστοχίας με τα ομόλογα πυρόπληκτα δοκίμια 3.4 Δοκοί οπλισμένου ΑΣΚ Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε δοκιμές κάμψης τεσσάρων σημείων σε συνολικά 8 δοκούς οπλισμένου σκυροδέματος, ορθογωνικής διατομής. Οι τέσσερις εξ αυτών αποτέλεσαν τις δοκούς αναφοράς, υποβαλλόμενες μόνο σε δοκιμή κάμψης, ενώ οι υπόλοιπες τέσσερις υπεβλήθησαν πρώτα σε χρονοϊστορία πυρός και κατόπιν σε κάμψη. Πριν από τις δοκιμές κάμψης, 2 δοκοί από κάθε κατηγορία (αναφοράς και πυρόπληκτες) ενισχύθηκαν στα δύο διατμητικά τους ανοίγματα με μανδύες συνιστώμενους από 2 στρώσεις ανθρακοπλεγμάτων σε τσιμεντοειδές κονίαμα. Η ονοματολογία των δοκιμίων δίνεται στον Πίνακα 6. Οι δοκοί ήταν μήκους 2.6 m με διατομή διαστάσεων.3.15 m (Εικόνα 6). Ο διαμήκης οπλισμός ήταν 2Ø18. Ο οπλισμός διάτμησης ήταν αντίστοιχα Ø1/1 στις θέσεις των στηρίξεων και επιβολής φορτίου. Η επικάλυψη των ράβδων ήταν ίση με 15 mm. Το καθαρό άνοιγμα ήταν 2. m και το έκαστο διατμητικό άνοιγμα ήταν.65 m. Ο λόγος διατμητικού ανοίγματος προς στατικό ύψος (l/d) ήταν ίσος με 2.4. Όλες οι δοκοί σκυροδετήθηκαν με το μείγμα SF (βλ. Πίνακα 1 για αναλογίες ανάμιξης). Οι δοκοί συντηρήθηκαν σε συνθήκες υψηλής υγρασίας μέσω

12 διαβροχής αυτών, μέχρι την ηλικία των 28 ημερών. Οι θλιπτικές αντοχές κυβικών δοκιμίων σκυροδέματος ακμής 15 mm (3 για κάθε σκυροδέτηση/δοκό), τα οποία υπεβλήθησαν στις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας-χρόνου με τις δοκούς (και ταυτόχρονα με αυτές), δίνονται στον Πίνακα 6. Όλες οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν υπό ελεγχόμενη μετατόπιση εμβόλου, εντός δύσκαμπτου πλαισίου κάνοντας χρήση ενός κατακόρυφα τοποθετημένου υδραυλικού εμβόλου δυναμικότητας 25 kn. Στις δοκούς τοποθετήθηκαν αισθητήρες μετακίνησης ποτενσιομετρικού τύπου στο μέσο του ανοίγματος και κάτω από τα σημεία επιβολής του φορτίου. Ο ρυθμός φόρτισης κατά τη διάρκεια των δοκιμών ήταν ίσος με 1. mm/min. Η πειραματική διάταξη δίνεται στην Εικόνα Shear load [kn] 12 (α) (β) Εικόνα 6 α) Διαστάσεις δοκών και κλωβός οπλισμού, (β) Πειραματική διάταξη (γ) PASCC PASCC_TRM PASCC_FIRE PASCC_FIRE_TRM mid-span deflection [mm] crack width [mm] Σχήμα 5 Συγκεντρωτικά (ενδεικτικά) διαγράμματα φορτίου - βύθισης στο μέσον της δοκού και φορτίου εύρους ρωγμής για όλες τις δοκούς Όλες οι δοκοί αστόχησαν διατμητικά, με το σχηματισμό - ανά διατμητικό άνοιγμα - μίας ρωγμής (για το μη ενισχυμένο δοκίμιο αναφοράς) και μικρού πλήθους διαγωνίων ρωγμών (τόσο για τα μη ενισχυμένα πυρόπληκτα δοκίμια, όσο και για τα ενισχυμένα δοκίμια). Σε κάθε δοκίμιο, η/οι διατμητική/ές ρωγμή/ές ήταν μεγαλύτερου εύρους στο διατμητικό άνοιγμα το οποίο και αστόχησε, ενώ - παράλληλα - αναπτύχθηκαν και μικρού εύρους καμπτικές ρωγμές ενδιάμεσα των διατμητικών ανοιγμάτων (κυρίως στις υποβληθείσες σε χρονοϊστορία πυρός δοκούς). Οι γωνίες των ρωγμών με τον διαμήκη άξονα των δοκών κυμάνθηκαν από 32ο έως 45ο, για όλα τα δοκίμια, ενώ οι κύριες ρωγμές των διατμητικών ανοιγμάτων (η διεύρυνση των οποίων οδήγησε στην αστοχία των δοκών) εκτείνονταν από τις στηρίξεις προς τις θέσεις επιβολής του φορτίου. Το πλήθος των ρωγμών στις μη ενισχυμένες πυρόπληκτες δοκούς (PASCC_FIRE) υπήρξε μεγαλύτερο συγκριτικά με τις μη ενισχυμένες δοκούς αναφοράς, ενώ τα ενισχυμένα δοκίμια (αναφοράς και πυρόπληκτα) εμφάνισαν παραπλήσιο πλήθος ρωγμών. Από τον Πίνακα 6, παρατηρείται καλή συμφωνία μετρηθέντων φορτίων, αλλά και μετατοπίσεων, μεταξύ ομοειδών δοκιμίων. Η επίδραση της επιβολής των δοκών στη συγκεκριμένη χρονοϊστορία πυρός προ της μηχανικής τους καταπόνησης στη διατμητική τους αντοχή ήταν σχετικά μικρή (μείωση κατά 11% και 4% για τις μη ενισχυμένες και ενισχυμένες δοκούς, αντίστοιχα) και οφειλόμενη στην έντονη συνεισφορά της δράσης βλήτρου. Αν από τις τιμές του μέγιστου φορτίου των μη ενισχυμένων δοκών αφαιρεθεί η συνεισφορά της δράσης βλήτρου, η μείωση που αναλογεί στη συνεισφορά του σκυροδέματος στη διατμητική αντοχή των μελών (λόγω έκθεσης σε χρονοϊστορία πυρός) ανέρχεται σε 25% (συγκρίσιμη με τη μέση τιμή της μείωσης της θλιπτικής αντοχής του χρησιμοποιούμενου σκυροδέματος, λόγω έκθεσής του στη συγκεκριμένη χρονοϊστορία πυρός, ίση με 24% ).

13 Η συνεισφορά των μανδυών ανθρακοπλεγμάτων στα διατμητικά ανοίγματα των δοκών (τόσο αναφοράς όσο και πυρόπληκτων) ήταν ίση με 55 kn ( = 53.6 kn και = 55.3 kn για τις δοκούς αναφοράς και τις πυρόπληκτες δοκούς, αντίστοιχα), επιφέροντας διπλασιασμό της διατμητικής αντοχής των στοιχείων (ο λόγος μέγιστου φορτίου μη ενισχυμένων δοκιμίων προς μέγιστο φορτίο ενισχυμένων δοκιμίων ήταν ίσος με και 1.16 για τα δοκίμια αναφοράς και τα πυρόπληκτα δοκίμια, αντίστοιχα). Η προσθήκη μανδυών ανθρακοπλεγμάτων σε τσιμεντοειδές κονίαμα στα διατμητικά ανοίγματα των δοκών (τόσο αναφοράς, όσο και πυρόπληκτων) καθηστέρησαν την έναρξη της ρηγμάτωσης, αυξάνοντας την τιμή του φορτίου κατά την πρώτη ρηγμάτωση (κατά 4% και 7% τις για δοκούς αναφοράς και τις πυρόπληκτες δοκούς, αντίστοιχα), λόγω εγκιβωτισμού του σκυροδέματος. Ως ποσοστά του μέγιστου φορτίου, το φορτίο κατά την πρώτη ρηγμάτωση ήταν ίσο (κατά μέσον όρο ανά ομάδα δοκιμίων) με 5%, 35%, 58% και 45% για τα δοκίμια PASCC, PASCC_TRM, PASCC_FIRE και PASCC_FIRE_TRM, αντίστοιχα. Είναι ενδιαφέρον ότι, στα μη ενισχυμένα δοκίμια, η συνεισφορά του αρηγμάτωτου σκυροδέματος στη διατμητική αντοχή των στοιχείων (η οποία αντιστοιχεί στο μεγαλύτερο ποσοστό του φορτίου κατά την πρώτη ρηγμάτωση) παραμένει ανεπηρέαστη από την έκθεση στη συγκεκριμένη χρονοϊστορία πυρός. Η αντίστοιχη συνεισφορά στη διατμητική αντοχή των ενισχυμένων στοιχείων είναι κατά 25% μεγαλύτερη για τα πυρόπληκτα δοκίμια σε σύγκριση με τα δοκίμια αναφοράς. Αυτό είναι πιθανό να οφείλεται στη χαμηλότερη αντοχή του κονιάματος των μανδυών των δοκών αναφοράς (ηλικίας 16 ημερών κατά τη δοκιμή κάμψης τεσσάρων σημείων) σε σχέση με την αντοχή του κονιάματος των μανδυών των πυρόπληκτων δοκών (ηλικίας 38 ημερών κατά τη δοκιμή κάμψης τεσσάρων σημείων). Τέλος, το μέγιστο εύρος ρωγμής παρέμεινε σχεδόν ανεπηρέαστο από την χρονοϊστορία πυρός. Ενισχυμένα Πυρόπληκτα δοκίμια Μη ενισχυμένα Ενισχυμένα Μη ενισχυμένα Δοκίμια αναφοράς Πίνακας 6 Αποτελέσματα φορτίων και μετακινήσεων για όλες τις δοκούς Pcr Pmax δcr δmax wmax PASCC#1 [kn] 25. [kn] 56. [mm].94 [mm] 5.43 [mm] 2. flcm,cube ή flcm,cube_fire [MPa] 33.5 PASCC# PASCC_TRM# PASCC_TRM# PASCC_FIRE# PASCC_FIRE# PASCC_FIRE_TRM# PASCC_FIRE_TRM# Pcr, δcr : Φορτίο και βύθιση στο μέσον του ανοίγματος, αντίστοιχα, κατά την πρώτη ρωγμή, Pmax, δmax : Μέγιστο φορτίο και αντίστοιχη βύθιση στο μέσον του ανοίγματος, wmax : Εύρος ρωγμής κατά το μέγιστο φορτίο 3.5 Kύλινδροι άοπλου συμβατικού σκυροδέματος ενισχυμένοι με μανδύες ΙΑΜ Για τη μελέτη της εναπομένουσας αντοχής και παραμορφωσιμότητας άοπλων κυλινδρικών δοκιμίων συμβατικού σκυροδέματος ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ, υπό κεντρικό θλιπτικό φορτίο,

14 χρησιμοποιήθηκαν οκτώ ομάδες δοκιμίων, η κάθε μία απαρτιζόμενη από τρία πανομοιότυπα δοκίμια. Οι τέσσερις εκ των ομάδων δοκιμίων περιλάμβαναν τα δοκίμια αναφοράς, υποβαλλόμενα μόνο σε δοκιμή κεντρικής θλίψης, ενώ οι υπόλοιπες τέσσερις περιλάμβαναν τα δοκίμια τα οποία υπεβλήθησαν πρώτα σε χρονοϊστορία πυρός και κατόπιν σε θλίψη. Η κάθε τετράδα ομάδων δοκιμίων απαρτιζόταν από απερίσφιγκτα δοκίμια και δοκίμια περισφιγμένα με ινοπλέγματα σε (κοινή για όλα τα ενισχυμένα δοκίμια) τσιμεντοειδή μήτρα με τις ακόλουθες διατάξεις: 1 στρώση ανθρακοπλέγματος, 2 στρώσεις ανθρακοπλεγμάτων, 2 στρώσεις υαλοπλεγμάτων και 2 στρώσεις ινοπλεγμάτων βασάλτη. Η ονοματολογία των δοκιμίων (βλ. Πίνακα 7 και Πίνακα 8) είναι της μορφής ΧL_Y_Ζ, όπου το Χ αναφέρεται στον αριθμό των στρώσεων πλέγματος (1 ή 2), το Y δηλώνει τον τύπο ινοπλέγματος που χρησιμοποιήθηκε (C για πλέγμα ινών άνθρακα, G για πλέγμα ινών υάλου, Β για πλέγμα ινών βασάλτη), ενώ το Z υποδηλώνει τον αύξοντα αριθμό του δοκιμίου (1, 2 ή 3). O όρος FIRE αναγράφεται στο τέλος της κωδικής ονομασίας υποδεικνύοντας τα περισφιγμένα δοκίμια τα οποία υπεβλήθησαν σε χρονοϊστορία πυρός προ της δοκιμής τους σε κεντρική θλίψη. Τα δοκίμια ελέγχου (απερίσφιγκτα δοκίμια αναφοράς και πυρόπληκτα) συμβολίζονται ως C_Z και C_Z_FIRE, αντίστοιχα. Όλα τα δοκίμια ήταν διαστάσεων 15 mm (διάμετρος) και 3 mm (ύψος) και σκυροδετήθηκαν με συμβατικό σκυρόδεμα χαμηλής κατηγορίας αντοχής (βλ. σχετική Ενότητα). Συνολικά, παρήχθησαν 33 κυλινδρικά δοκίμια. Το μήκος αγκύρωσης των ινοπλεγμάτων ήταν ίσο με την ημιπερίμετρο των κυλίνδρων. Το πάχος του μανδύα κυμαίνετο μεταξύ 7.7 mm και 9.5 mm για τα δοκίμια στα οποία εφαρμόσθηκαν μία και δύο στρώσεις ινοπλέγματος, αντίστοιχα. Τα ενισχυμένα δοκίμια συντηρήθηκαν σε υγρό περιβάλλον για 7 ημέρες και σε συνθήκες περιβάλλοντος (55% RH, 25οC) μέχρι την ημέρα διεξαγωγής των δοκιμών. Οι δοκιμές μονοτονικής κεντρικής θλίψης διεξήχθησαν σε μηχανή θλίψης δυναμικότητας 4 kn, με έμβολο δυνατότητας ανύψωσης 1 mm (ρυθμός φόρτισης.4 mm/min). Για την αξιόπιστη μέτρηση της αξονικής βράχυνσης των δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκε μηκυνσιόμετρο τύπου LVDT. Πίνακας 7 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για τους κυλίνδρους αναφοράς Κύλινδροι αναφοράς Δοκίμιο fcc fcc/fco εcc (%) εcc / εccο εccu (%) 1L_C_ L_C_ L_C_ L_C L_C_ L_C_ L_C_ L_C L_G_ L_G_ L_G_ L_G L_Β_ L_Β_ L_Β_ L_Β C_ C_ C_ C_ C fco = εccο =.17 εccuο =.31 εccu / εccuο

15 Πίνακας 8 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για τους πυρόπληκτους κυλίνδρους Πυρόπληκτοι κύλινδροι Δοκίμιο fcc,f fcc,f/fco fcc,f/fco,f εcc,f (%) εcc,f /εccο,f 1L_C_1_FIRE 1L_C_2_FIRE 1L_C_3_FIRE 1L_C_FIREa 2L_C_1_FIRE 2L_C_2_FIRE 2L_C_3_FIRE 2L_C_FIREb 2L_G_1_FIRE 2L_G_2_FIRE 2L_G_3_FIRE 2L_G_FIREa 2L_Β_1_FIRE 2L_Β_2_FIRE 2L_Β_3_FIRE 2L_Β_FIREa a b C_1_FIRE a C_2_FIRE a C_3_FIRE a C_4_FIRE b C_5_FIRE b fco,f fco,f/fco fco,f/fco,f εccο,f fco = 2.62 MPa, fco,f, εccο,f, εccuο,f = mean [C_1_FIRE, C_2_FIRE, C_3_FIRE] fco = MPa, fco,f, εccο,f, εccuο,f = mean [C_4_FIRE, C_5_FIRE] εcco,f /εccο,f εccu,f (%) εccuο,f εccu,f / εccuο,f εccuo,f / εccuο,f Η αντοχή των πυρόπληκτων περισφιγμένων δοκιμίων ήταν (περίπου) ίση με την αντοχή των απερίσφιγκτων δοκιμίων αναφοράς. Η μείωση της αποτελεσματικότητας του μανδύα μίας στρώσης ανθρακοπλέγματος λόγω της έκθεσής του στη συγκεκριμένη χρονοϊστορία υψηλών θερμοκρασίων) ήταν της τάξης του 2%. Σε σύγκριση με τη θλιπτική αντοχή πυρόπληκτων απερίσφιγκτων δοκιμίων, οι πυρόπληκτοι μανδύες δύο στρώσεων ινοπλεγμάτων επιφέρουν αύξηση της θλιπτικής αντοχής των στοιχείων κατά 55%, 35% και 25% για ινοπλέγματα άνθρακα, υάλου και βασάλτη, αντίστοιχα. 4. Κατακλείδα Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκε η νέα Eργαστηριακή Mονάδα Δοκιμών Πυρός του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, καθώς και τα προϊόντα της έρευνας που έχει διεξαχθεί έως τώρα σε αυτή, η οποία εστιάζει σε προηγμένα δομικά υλικά. Βιβλιογραφία EN :26 Testing sprayed concrete. Determination of energy absorption capacity of fibre reinforced slab specimens. Polak, M.A. and Killen, D.T., The influence of the reinforcing bar diameter on the behavior of members in bending and in-plane tension. Structural Journal, 95(5), pp Rilem-FIP-CEB, Bond test for reinforcing steel: 1-Beam test (7-II-28 D). 2-Pullout test (7-II-128): tentative recommendations, Materials and Structures, 6(32): The research leading to these results receives funding from the General Secretariat for Research and Technology under grant ERC-12 of the Operational Program "Education and lifelong learning", co-funded by the European Union (European Social Fund) and national resources.