ΑΜ: ΑΜ: ΑΜ:

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΜΑΘΗΜΑ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ: κα. ΚΙΝΙΚΛΗ ΜΑΡΙΑ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ: ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ,, ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΧΑΡΙΤΟΥ ΚΑΔΟΓΛΟΥ ΤΟΤΟΛΙΔΟΥ ΔΗΜΗΤΡΑ ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ ΕΥΤΥΧΙΑ ΑΜ: ΑΜ: ΑΜ: ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος Σκυρόδεμα Υλικά του σκυροδέματος Τσιμέντο Αδρανή υλικά Το Νερό Πρόσθετα και πρόσμικτα του σκυροδέματος Ιδιότητες του σκυροδέματος Νωπό σκυρόδεμα Σκληρυμένο σκυρόδεμα Παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδιότητες του σκληρυθέντος σκυροδέματος Είδη Σκυροδεμάτων Σκυροδέματα ανάλογα με το είδος του οπλισμού Σκυροδέματα με ειδικές απαιτήσεις Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Όροι και ορισμοί του εκτοξευόμενου σκυροδέματος συμφωνά με την Ελληνική Τεχνική Προδιαγραφή (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Ορισμοί Ταξινόμηση και ονομασία εκτοξευόμενου σκυροδέματος Τυποποιημένες παραπομπές συμφωνά με την Ελληνική Τεχνική Προδιαγραφή (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Απαιτήσεις ενσωματωμένων υλικών Χαρακτηριστικά ενσωματωμένων υλικών Απαιτήσεις σύνθεσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος(ελοτ ΤΠ : Μελέτη σύνθεσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Απαιτήσεις για το σκληρυμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Σχεδιασμός του μίγματος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος Μηχανικός εξοπλισμός μίξης και εκτόξευσης Διαδικασίες εφαρμογής εκτοξευόμενου σκυροδέματος Ξηρή μίξη

3 2.7.2 Υγρή μίξη Επιλογή της μεθόδου Ποιοτικός έλεγχος, Μελέτη αναπήδησης Ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα στην κατασκευή, αποκατάσταση και ενίσχυση τεχνικών έργων Οι απαιτήσεις της ανάμιξης, του εξοπλισμού και της εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος σύμφωνα με τον ΕΛΟΤ ΤΠ : Προετοιμασία επιφανείας διάστρωσης για την εκτέλεση της εκτόξευσης του σκυροδέματος Εκτόξευση σκυροδέματος Διαμόρφωση τελικής επιφανείας του εκτοξευόμενου σκυροδέματος Συντήρηση της επιφάνειας μετά το πέρας της εκτόξευσης του σκυροδέματος Ορθή εκτέλεση εργασιών επισκευής-ενίσχυσης με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, διάφορες περιπτώσεις Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και η χρήση του Υπόγεια έργα Κριτήρια αποδοχής περατωμένης εργασίας Απαιτήσεις προσωπικού και εξοπλισμού Υγιεινή και Ασφάλεια και Περιβάλλον Επίλογος Παράρτημα Βιβλιογραφία ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1-1: Κατηγορίες σκυροδέματος για κάθε τύπο χρήσης Πίνακας 1-2: Κατηγορίες σκυροδέματος σύμφωνα με τον ΚΤΣ Πίνακας 1-3: Ελάχιστη επικάλυψη του χάλυβα οπλισμού και ελάχιστη ενδεδειγμένη κατηγορία σκυροδέματος Πίνακας 1-4: Κατηγορίες κάθισης Πίνακας 1-5: Ενδεικτική σύνθεση (χημική σύσταση %) τριών πρώτων υλών (1, 2 και 3) για την παραγωγή τσιμέντου

4 Πίνακας 1-6: Το είδος των καυσίμων που χρησιμοποιούνται στην τσιμεντοβιομηχανία Πίνακας 1-7: Ενώσεις/φάσεις του κλίνκερ (προσεγγιστικά) Πίνακας 1-8: Θερμότητα εκλυόμενη κατά την ενυδάτωση των ενώσεων του τσιμέντου Πίνακας 1-9: Βασικοί τύποι τσιμέντων ευρωπαϊκού προτύπου Πίνακας 1-10: Απαιτήσεις μηχανικές και φυσικές οριζόμενες ως χαρακτηριστικές τιμές Πίνακας 1-11: Πρότυπα γερμανικά κόσκινα Πίνακας 1-12: Πρότυπα αμερικάνικα κόσκινα Πίνακας 1-13: Ελάχιστη μάζα δείγματος κατά το Βρετανικό πρότυπο BS 812 Part 102:1989 για τον έλεγχο των ιδιοτήτων των αδρανών Πίνακας 1-14: Κρίσιμα όρια βλαπτικών ουσιών του νερού (ΕΛΟΤ 345) Πίνακας 1-15: Μέγιστος λόγος w/z για κάθε ποιότητα σκυροδέματος Πίνακας 2-1: Περιοχές τιμών αντοχής νεαρού σκυροδέματος καθοριζόμενες με διάφορες μεθόδους Πίνακας 2-2: Καθορισμός κλάσεων παραμένουσας αντοχής Πίνακας 2-3: Απαιτήσεις υλικών εκτοξευόμενου σκυροδέματος Πίνακας 2-4: Απαιτήσεις για τη σύνθεση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος Πίνακας 2-5: Παράγοντες επιλογής της διαδικασίας μίξης Πίνακας 2-6: Συντελεστής διορθώσεως της τυπικής αποκλίσεως Πίνακας 2-7: Ιδιότητες ινών διαφορετικών υλικών Πίνακας 2-8: Σύνοψη των αναλογιών των μιγμάτων ξηρής και υγρής μίξης Πίνακας 2-9: Χαρακτηριστικά των διαφόρων μιγμάτων Πίνακας 2-10: Αποτελέσματα δοκιμών στις 28 ημέρες Πίνακας 3-1: Οδηγός για την επιλογή προσωρινής υποστήριξης σε σήραγγα κατά Bieniawski, Πίνακας 3-2: Μέτρα υποστηρίξεως για βραχόμαζες Μέτριας - Πτωχής ποιότητας ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1-1: (αριστερά) Δεξαμενή νερού χωρητικότητας 600 τόνων στην Κάμιρο της Ρόδου. (δεξιά) Κομμάτι σκυροδέματος της δεξαμενής Εικόνα 1-2: Χαρακτηριστική αντοχή σκυροδέματος κυλινδρικού και κυβικού δοκιμίου

5 Εικόνα 1-3: Καθίσεις των διαφορών τύπων σκυροδέματος Εικόνα 1-4: Πρώτες ύλες, ενδιάμεσα προϊόντα και τελικό προϊόν στη διεργασία παραγωγής τσιμέντου Εικόνα 1-5: Κλίνκερ τσιμέντου Portland και τσιμέντο Portland Εικόνα 1-6: Σκύρα (10-26mm), Γαρμπίλι (4-10mm), Άμμος (0-4mm) Εικόνα 1-7: Εξόρυξη αδρανών υλικών Εικόνα 1-8: Εισαγωγή νερού στο μίγμα Εικόνα 1-9: Δοκιμή Εξάπλωσης και δοκιμή Κάθισης Εικόνα 1-10: Ινοπλισμένο σκυρόδεμα Εικόνα 2-1: Τρόπος εφαρμογής του δια χειρός Εικόνα 2-2: Η πρώτη μηχανή εκτοξευόμενου σκυροδέματος που χρησιμοποιήθηκε από τον Carl Akeley το Εικόνα 2-3: Εκτόξευση σκυροδέματος το 1919 για κατασκευή δεξαμενής νερού Εικόνα 2-4: α) Γυάλινες ίνες, β) Ίνες από πολυμερή, γ) Χαλύβδινες ίνες Εικόνα 2-5: Μηχανή ξηρής εκτόξευσης της Meyco GM Εικόνα 2-6: Ακροφύσιο σε τομή, για ξηρή εκτόξευση Εικόνα 2-7: Ακροφύσιο ξηρής μεθόδου Εικόνα 2-8: Μηχανή υγρής εκτόξευσης της ey o τύου Altera Εικόνα 2-9: Λεπτομέρεια ακροφυσίου υγρής μίξης Εικόνα 2-10: Aliva 263 και 285 είτε για ξηρή είτε για υγρή μίξη Εικόνα 2-11: Ρομποτική εκτόξευση σε πρανές Εικόνα 2-12: ey o Co ra για εκτόξευση ινολισμένου σκυροδέματος Εικόνα 2-13: ey o Po a για εκτόξευση ινολισμένου σκυροδέματος Εικόνα 2-14: Εκτοξευτής G Εικόνα 2-15: Εκτοξευτής Β Εικόνα 2-16: P Εικόνα 2-17: Τροφοδοσία ινών στο σκυρόδεμα Εικόνα 2-18: Ανάμιξη ινών και τροφοδοσία με μεταφορική ταινία Εικόνα 2-19: Ίνες χάλυβα συγκολλημένες με υδατοδιαλυτή κόλλα, για χρήση σε εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Εικόνα 2-20: Αρχή λειτουργίας ινών στο σκυρόδεμα Εικόνα 2-21: Μηχανισμός λειτουργίας ινών διαφορετικού μήκους Εικόνα 3-1: Εκτόξευση σκυροδέματος σε οριζόντια επιφάνεια οροφής Εικόνα 3-3: Εκτόξευση σκυροδέματος σε κατακόρυφη επιφάνεια

6 Εικόνα 3-4: Προσωρινή υποστήριξη σήραγγας με ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Εικόνα 3-4: Σιδηρόδρομος υψηλής ταχύτητας Valdarno Arrezzo (Ιταλία) Εικόνα 3-6: Τομή επένδυσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος, αριστερά με πλέγμα και δεξιά με ίνες Εικόνα 3-6: Τοποθέτηση οπλισμού (πλέγματα) και διάστρωση εκτοξευόμενου σκυροδέματος (Gunite), ανάμεσα από τουςμεταλλικούς πασσάλους Εικόνα 3-7: Έλεγχος κάθισης στο εργοτάξιο Εικόνα 3-8: Αριστερό τμήμα: Δοκίμιο εκτόξευσης απείρου χειριστή. Δεξιό τμήμα: Δοκίμιο εκτόξευσης εμπείρου χειριστή Εικόνα 3-9: Εξοπλισμός προστασίας προσωπικού Εικόνα 3-10: Μ.Α.Π ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1-1: Παρασκευή τσιμέντου Portland Σχήμα 1-2: Αναλογίες δύο πρώτων υλών για την παρασκευή κοινού τσιμέντου Σχήμα 1-3: Απλοποιημένη απεικόνιση περιστροφικής καμίνου Σχήμα 1-4: Αναλυτικό διάγραμμα ροής διεργασιών παραγωγής τσιμέντου Σχήμα 1-5: Διάταξη ημι-ξηρής μεθόδου (semi-dry) Lepol παραγωγής τσιμέντου Σχήμα 1-6: Βέλτιστα όρια μεταβολής των τιμών δεικτών ποιότητας κλίνκερ για εξασφάλιση κατάλληλων συνθηκών έψησης του κλίνκερ Σχήμα 1-7: Τρισδιάστατη απεικόνιση της διάταξης ψύξης κλίνκερ Σχήμα 1-8: Συμβατική διάταξη άλεσης κλίνκερ για παραγωγή τσιμέντου Σχήμα 1-9: Σφαιρόμυλος άλεσης κλίνκερ για παραγωγή τσιμέντου Σχήμα 1-10: Διάταξη προκαταρκτικής άλεσης (pregrinding) του κλίνκερ με κυλινδρόπρεσσα (Roller press) και τελική άλεση σε σφαιρόμυλο (κατά FLSmidth) Σχήμα 1-11: Διάταξη ημιτελικής άλεσης (semi-finish grinding) του κλίνκερ με κυλινδρόπρεσσα (Roller press) και τελική άλεση σε σφαιρόμυλο (κατά FLSmidth) Σχήμα 1-12: Κατακόρυφος μύλος (κατά FLSmidth) Σχήμα 1-13: Διάταξη άλεσης κλίνκερ με κατακόρυφο μύλο (κατά FLSmidth) Σχήμα 1-14: Σχηματική αναπαράσταση του πορώδους της τσιμεντόπαστας κατά την ενυδάτωση κόκκων του τσιμέντου

7 Σχήμα 1-15: Επίδραση της ποσότητας του νερού (λόγος ω= W/C) στην ενυδάτωση του τσιμέντου και στις ιδιότητες της τσιμεντόπαστας και κατ επέκταση και του σκυροδέματος Σχήμα 1-16: Σχέση μεταξύ % περιεκτικότητας σε C 3 A και % περιεκτικότητας σε SO 3 στην πήξη του τσιμέντου Σχήμα 1-17: Συμβολισμός των διαφόρων τύπων τσιμέντου του ευρωπαϊκού προτύπου Σχήμα 1-18: Επίδραση της κοκκομετρικής σύνθεσης των αδρανών στον όγκο των κενών Σχήμα 2-1: Κλάσεις πρώιμης αντοχής νεαρού εκτοξευομένου σκυροδέματος Σχήμα 2-2: Μηχανή ξηρής εκτόξευσης Σχήμα 2-3: Λεπτομέρεια ακροφυσίου ξηρής μίξης Σχήμα 2-4: Αντλία οφιοειδούς λειτουργίας και αντλία με διπλό έμβολο Σχήμα 2-5: Μέθοδος της ξηρής μίξης Σχήμα 2-6: Μίγμα ινολισμένου σκυροδέματος Σχήμα 2-7: Μέθοδοι εκτόξευσης ινολισμένου σκυροδέματος Σχήμα 2-8: Η επίδραση του μεγέθους των αδρανών στην κατανομή των ινών, τον προσανατολισμό τους και την εργασιμότητα του ινολισμένου σκυροδέματος Σχήμα 3-1: Διάστρωση σε κάθετη επιφάνεια Σχήμα 3-2: Σχηματική παράσταση διάστρωσης υπό διάφορες γωνίες Σχήμα 3-3: Αριστερά: Σκυροδέτηση σε μεγάλο πάχος, Δεξιά: Σκυροδέτηση σε μικρό πάχος Σχήμα 3-4: Πάνω: Σκυροδέτηση οροφής σε μεγάλο πάχος, Κάτω: Σκυροδέτηση σε μικρό πάχος οροφής Σχήμα 3-5: Πάνω: ορθός τρόπος εκτόξευσης, Κάτω: Λανθασμένος τρόπος εκτόξευσης Σχήμα 3-6: Τύποι αστοχίας που συνδέονται με το φαινόμενο FALLING BLOCK Σχήμα 3-7: Εργαστηριακές δοκιμές μεγάλης κλίμακας, που συνδέονται με τη θεωρία αψιδώσεως Σχήμα 3-8: Εργαστηριακή δοκιμή μεγάλης κλίμακας, που συνδέεται με το φαινόμενο FALLING BLOCK Σχήμα 3-9: Τυπική διατομή σήραγγας Σχήμα 3-10: Σύγκριση της παραδοσιακής και της Αυστριακής μεθόδου διάνοιξης σηράγγων

8 Σχήμα 3-11: Βελτίωση ευστάθειας μετώπου σήραγγας Σχήμα 3-12: Τυπική διάταξη συστήματος αντιστήριξης με φρεατοπασσάλους οπλισμένου σκυροδέματος Σχήμα 3-13: Gunite με εσοχή. Το υποστύλωμα τοποθετείται ανάμεσα από τους κατακόρυφους πασσάλους στην επαφή με τα όμορα κτήρια Σχήμα 3-14: Σταδιακή εκσκαφή και κατασκευή των προεντεταμένων αγκυρώσεων Σχήμα 3-15: Ειδικό κράνος προστασίας για εκτόξευση σκυροδέματος ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Διάγραμμα 1-1: Συστολή όγκου κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου σε συνάρτηση με το χρόνο για τις διάφορες τιμές του συντελεστή ω Διάγραμμα 1-2: Ρυθμός έκλυσης θερμότητας κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου Portland Διάγραμμα 1-3: Κοκκομετρική σύσταση τσιμέντων του Ευρωπαϊκού προτύπου Διάγραμμα 1-4: Καμπύλες κοκκομετρικών αναλύσεων τσιμέντου ως συνάρτηση της λεπτότητας και αντιστοιχία τους σε μονάδες Blaine ( m 2 /g) Διάγραμμα 1-5: Ρυθμός απόκτησης της θλιπτικής αντοχής 28 ημερών ως συνάρτηση των διαφόρων τύπων χρησιμοποιούμενων τσιμέντων του Αμερικανικού προτύπου κατά PCA (Portland Cement Association) Διάγραμμα 1-6: Κοκκομετρική κατανομή (εύρος κοκκομετρικής καμπύλης (σύμφωνα με ΕΝ 480-1)) Διάγραμμα 2-1: Ποσοστό διερχόμενου υλικού/αριθμός κοσκινού σε mm Διάγραμμα 2-2: Υγρή και ξηρή μέθοδος ανάμιξης και εκτόξευσης σκυροδέματος Διάγραμμα 2-3: Σύγκριση ξηρής και υγρής μίξης ως προς την αναπήδηση Διάγραμμα 2-4: Μείωση της αναπήδησης με αύξηση της ποσότητας του τσιμέντου στην υγρή μίξη Διάγραμμα 2-5: Τα βασικότερα είδη τεχνητών ινών (BISFA, 2009) Διάγραμμα 2-6: Αντοχή σε εφελκυσμό ως προς το είδος των ινών Διάγραμμα 3-1: Αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών της συμπεριφοράς των δύο τύπων οπλίσεως έναντι του φαινόμενου FALLING BLOCK

9 Πρόλογος Η παρούσα πτυχιακή εργασία που εκπονήθηκε στα πλαίσια του μαθήματος Οπλισμένο Σκυρόδεμα, διερευνά το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα στην κατασκευή, αποκατάσταση και ενίσχυση των τεχνικών έργων. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το σκυρόδεμα και τα υλικά παρασκευής του, οι ιδιότητές και τα είδη του. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Δίδονται τμήματα του ΕΛΟΤ ΤΟ :2009 για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα υπογείων έργων και σηράγγων. Διερευνώνται ο σχεδιασμός του μίγματος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος και οι μέθοδοι μίξης του ενώ γίνεται μια αναφορά για το ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται η προετοιμασία της επιφάνειας διάστρωσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, η εκτόξευση του σκυροδέματος και η διαμόρφωση της τελικής επιφάνειας του. Δίνεται παράδειγμα ορθής εκτέλεσης των εργασιών του και αναλύονται οι χρήσεις του στην κατασκευή, αποκατάσταση και ενίσχυση των τεχνικών έργων σε παγκόσμια κλίμακα. Τέλος παρατίθενται τα μέτρα υγιεινής και ασφαλείας

10 1. Σκυρόδεμα Η λέξη σκυρόδεμα προέρχεται από τη σύνδεση των δύο λέξεων, «σκύρα» (μικρά κομμάτια σπασμένης πέτρας, χαλίκια) και «δένω». Το σκυρόδεμα θεωρείται σαν τεχνητό στερεό που παράγεται από την ανάμιξη κατάλληλων αναλογιών τσιμέντου, νερού με χονδρά αδρανή (χαλίκια) και λεπτότερα αδρανή (άμμος). Μερικές φορές για την βελτίωση ορισμένων ιδιοτήτων του, εισάγονται στο μίγμα, σε κατάλληλες αναλογίες ορισμένες χημικές ουσίες που ονομάζονται πρόσθετα. 1 2, 3, 4, 5, 6, Εισαγωγή Ιστορική Αναδρομή Το τσιμέντο υπάρχει στη φύση τουλάχιστον 12 εκατομμύρια χρόνια. Θεωρείται ότι σχηματίστηκε με αυτόματη καύση ασβεστόλιθου, σχιστόλιθου και πετρελαίου. Αυτό το φυσικό τσιμέντο ήταν και το πρώτο που χρησιμοποίησαν οι άνθρωποι ως δομικό υλικό. Αργότερα ανακάλυψαν πως να το παρασκευάζουν οι ίδιοι. Το σκυρόδεμα ως υλικό που κατασκευάζεται από τον άνθρωπο με τη χρήση κάποιου συνδετικού υλικού μέσα στο οποίο προστείθονται διάφορα άλλα υλικά που συνδέονται με την συγκολλητική του δράση και σχηματίζουν ένα νέο στερεό υλικό, έχει ιστορία 9000 ετών. Το αρχαιότερο γνωστό σήμερα σκυρόδεμα αποτελείται από μίγμα ασβέστη με πέτρες και βρίσκεται στη νότια Γαλιλαία του Ισραήλ (7000 π. Χ.). Σκυρόδεμα επίσης έχει εντοπιστεί στη Συρία το 6500π.Χ. και τη Γιουγκοσλαβία το 5500 π.χ. Το πρώτο έχει εντοπιστεί σε νεκροπόλεις και το δεύτερο σε δάπεδα καταλυμάτων κοντά στον ποταμό Danu e «Νέος Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος 97», ΥΕΚ 315/Β /

11 Το π.χ. οι Κινέζοι χρησιμοποίησαν σκυρόδεμα σε δάπεδα στην περιοχή Gansu στην Νότια Κίνα. Ήταν πρασινόμαυρο και περιείχε τσιμέντο αναμεμιγμένο με άμμο, σπασμένα κεραμικά, κόκαλα και νερό. Την ίδια εποχή περίπου, οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν άχυρα για να αυξήσουν την αντοχή πλίνθων κατά την ξήρανσή τους. Επιπροσθέτως χρησιμοποιούσαν κονιάματα με γύψο σαν πρώτη ύλη και κονιάματα με ασβεστόλιθο. Στις αρχαίες Θήβες, υπάρχει τοιχογραφία με αναπαράσταση των εργασιών παρασκευής ασβεστοκονιάματος και χτισίματος με το υλικό αυτό. Το 800 π.χ. οι Βαβυλώνιοι και οι Ασσύριοι χρησιμοποίησαν στις κατασκευές τους άσφαλτο με πέτρες και τούβλα σε διάφορα μεγέθη. Στην αρχαία Ελλάδα (800 π.χ.) χρησιμοποιήθηκαν διάφορα μείγματα ασβέστη για χτίσιμο και για επικάλυψη πλίνθων φτιαγμένων από πηλό και ξεραμένων στον ήλιο. Το 600 π.χ. οι Έλληνες ανακάλυψαν στη Σαντορίνη τη Θηραϊκή γη, η οποία είναι φυσικό τσιμέντο. Αναμιγνυόμενη με το νερό αποκτά αντοχή. Ο Ρωμαίος συγγραφέας Βιτρούβιος, καταγράφοντας την αρχαία Ελληνική αρχιτεκτονική και οικοδομική, αναφέρει την ελληνική λέξη «έμπλεκτον». Με αυτό τον όρο περιγράφει έναν πρόδρομο του σημερινού σκυροδέματος, αποτελούμενο από ένα συνδετικό κονίαμα στο οποίο αναμιγνύονται μικρά τεμάχια λίθων. Αυτό το μείγμα κτισίματος είχε πολύ υψηλότερες αντοχές από τις μετέπειτα Ρωμαϊκές εφαρμογές. Οι αρχαίοι Έλληνες χρησιμοποίησαν διάφορα υδραυλικά κονιάματα εκ των οποίων τα σημαντικότερα ήταν: Τριμμένα κεραμιδιά ή πλίνθοι με ασβέστη, κυρίως σε θαλάσσια έργα Τέφρες, σιδερόσκονη, πρωτοξείδιο του μόλυβδου. Μείγμα από ασβέστη και ηφαιστειακής (θηραϊκής) γης από τη Θήρα ή τη Νίσυρο στην Ελλάδα ή τη Δικαιαρχεία της ελληνικής αποικίας κοντά στη σημερινή Νάπολη της Ιταλίας που αργότερα ονομάστηκε Ποζόλι (Pozuoli). Το μείγμα αυτό έχει τη δυνατότητα να πήζει και να σκληραίνει μέσα στο νερό. Τέτοιο μείγμα χρησιμοποιήθηκε για να γίνει υδατοστεγή μια δεξαμενή στο ναό της Αθηνάς στην αρχαία Κάμιρο της Ρόδου. Οι Ρωμαίοι από το 300 π.χ. φαίνεται να πήραν τις γνώσεις των Ελλήνων και τις ανέπτυξαν σε μεγάλο βαθμό. Χρησιμοποιούσαν ποζολάνες από την Pozzuoli, πόλη που βρισκόταν κοντά στο ηφαίστειο Βεζούβιος για να κτίσουν την Αππία Οδό, τα ρωμαϊκά λουτρά, το Κολοσσαίο, το Πάνθεο της ρώμης και τον αγωγό νερού στο Pont du Gard στη νότια Γαλλία. Χρησιμοποιούσαν επίσης ασβέστη ως υδραυλικό υλικό. Αναφέρονται

12 συνθέσεις ενός μέρους ασβέστη προς 4 μέρη άμμου. Ο Βιτρούβιος αναφέρει σύνθεση με 2 μέρη ποζολάνης προς ένα μέρος ασβέστη. Επίσης, το πάχος των ζώων, γάλα και αίμα αποτελούσαν τα πρόσθετα της εποχής (υλικά που βελτιώνουν ιδιότητες της σύνθεσης). Εικόνα 1-1: (αριστερά) Δεξαμενή νερού χωρητικότητας 600 τόνων στην Κάμιρο της Ρόδου. (δεξιά) Κομμάτι σκυροδέματος της δεξαμενής. 8 Το 82μ.Χ. αποπερατώθηκε, από τους Ρωμαίους, το Κολοσσαίο και το 128μ.Χ. το Πάνθεο. Κατασκευάστηκε με υδραυλικό ποζουλανικό τσιμέντο και αδρανή βαλσάτη στα θεμέλια, τούβλα και κομμάτια κίσσηρης στην ανωδομή. Αποτελεί κατά κάποιο τρόπο την πρώτη εφαρμογή του ελαφροσκυροδέματος. Από το 1200 ως το 1500μ.Χ. παρατηρείται πτώση της ποιότητας των υδραυλικών υλικών. Η χρήση ασβέστη και ποζολάνης σταματά έως το Το 1779 ο Bry Higgins παρουσιάζει ευρεσιτεχνία του για παραγωγή υδραυλικού τσιμέντου (stu o) για χρήση ως εξωτερικό επίχρισμα. Το πρώτο ουσιαστικό βήμα για τη δημιουργία του τσιμέντου υπό τη μορφή που χρησιμοποιείται σήμερα αποδίδεται στον Άγγλο μηχανικό John Smeaton. Στα μέσα του 1700 μ.χ. ο John Smeaton ανακαλύπτει ότι η ασβεστοποίηση ασβεστολιθικών πετρωμάτων που περιέχουν άργιλο παράγει ασβέστη που σκληραίνει κάτω από την επιφάνεια του νερού (υδραυλικός ασβέστης). Χρησιμοποιεί το υλικό αυτό για να ξανακτίσει το φάρο στο Eddystone της Κορνουάλης του οποίου η κατασκευή άρχισε το 1756 αλλά δεν μπορούσε να προχωρήσει χωρίς την ύπαρξη συνδετικού υλικού που να μην επηρεάζεται από το νερό. Σαράντα χρόνια μετά ο James Parker (Αγγλία) πατεντάρει ένα φυσικό υδραυλικό τσιμέντο που παρασκευάζει θερμαίνοντας (ασβεστοποιώντας) ακάθαρτο ασβεστόλιθο που περιέχει άργιλο. Το ονομάζει τσιμέντο Parker ή Ρωμαϊκό τσιμέντο

13 Ο Γάλλος Luis Vi at το 1812 παρασκευάζει συνθετικό υδραυλικό ασβέστη με θέρμανση συνθετικών μιγμάτων ασβεστόλιθου και αργίλου. Το 1824 ο Άγγλος μηχανικός Joseph Aspdin προκειμένου να παρασκευάσει τσιμέντο ανώτερης ποιότητας δε χρησιμοποιεί αυτούσια πετρώματα, με τυχαίες αναλογίες, αλλά μείγμα πετρωμάτων καθένα από τα οποία περιέχει κυρίως κάποιο από τα οξείδια αυτά. Θερμαίνει λεπτά τριμμένη κιμωλία και άργιλο σε κλίβανο ασβεστοποιίας ώσπου να απομακρυνθεί το διοξείδιο του άνθρακα από το μίγμα. Το κρυσταλλωμένο παράγωγο της διαδικασίας αλέθεται στη συνέχεια και λαμβάνει την ονομασία τσιμέντο Πόρτλαντ. Το 1836 γίνονται στη Γερμανία οι πρώτοι συστηματικοί έλεγχοι εφελκυστικής αντοχής. Το 1854 ο William Wilkinson, κατασκεύασε μικρά διώροφα σπίτια με δάπεδα και οροφή από σκυρόδεμα ενσωματώνοντας σιδερένιες ράβδους στο εφελκυόμενο πέλμα τους. Το 1867 Joseph onier παρουσίασε μελέτη για κάνιστρα και αργότερα για δοκούς και στρωτήρες από οπλισμένο σκυρόδεμα. Ορόσημο των κατασκευών από σκυρόδεμα θεωρείται το σπίτι που έκτισε μόνος του, με εξαιρετική επιμέλεια και κάνοντας μακροχρόνια πειράματα, ο μηχανολόγος William Wark στο λιμάνι Chester της Νέας Υόρκης το Το 1883 παρουσίασε την εργασία του στην ένωση μηχανολόγων μηχανικών με τίτλο: «Beton in om ination with iron as a uilding material», αλλά, όπως αναφέρεται, το ακροατήριο ενδιαφέρθηκε περισσότερο για τα μοναδικά συστήματα παροχής νερού και θέρμανσης που είχε σχεδιάσει παρά για το οπλισμένο σκυρόδεμα. Είναι ο πρώτος που υιοθέτησε τη γαλλική λέξη eton για το σκυρόδεμα. Το 1884 ο Earnest L. Ransom παρουσίασε σύστημα όπλισης του σκυροδέματος χρησιμοποιώντας στρεβλωμένες τετράγωνες ράβδους χάλυβα για να βελτιώσει τη συνάφεια σκυροδέματος και οπλισμού. Το 1889 κτίζεται η πρώτη γέφυρα από σκυρόδεμα. Ο George Bartholomew το 1891 κατασκευάζει το πρώτο δρόμο από σκυρόδεμα στις ΗΠΑ στο Bellefontaine, OH ο οποίος υπάρχει ακόμα και σήμερα. Ο Tomas Edison, συνέβαλε με πολύ πρωτοποριακό τρόπο το 1902 στην ανάπτυξη των υψικαμίνων παραγωγής του τσιμέντου. Παρουσίασε επίσης το 1908 το πρωτότυπο σύστημα καλουπιού από χυτοσίδηρο για την ενιαία σκυροδέτηση ολόσωμων κατοικιών από σκυρόδεμα με ενσωματωμένα τα υδραυλικά δίκτυα σωλήνων καθώς και τα ηλεκτρικά κυκλώματα

14 Έκτοτε το σκυρόδεμα εξαπλώθηκε σε όλο τον κόσμο. Οι ποσότητες που παράγονται ετησίως, υπερβαίνουν τα 10 δισεκατομμύρια τόνους. Το γεγονός αυτό καθιστά το σκυρόδεμα από τα σπουδαιότερα δομικά υλικά της εποχής μας. Γενικά στοιχεία Το χαρακτηριστικό του σκυροδέματος είναι η σκλήρυνση μέσα σε λίγες ώρες και η απόκτηση υψηλής αντοχής μέσα σε λίγα 24ωρα. Το μίγμα του τσιμέντου, του νερού και των αδρανών, σκληραίνει χάρη στη χημική αντίδραση τσιμέντου νερού. Το νερό και το τσιμέντο σχηματίζουν τον τσιμεντοπολτό, μια μορφή κόλλας που συνδέει μεταξύ τους τα αδρανή και έτσι βοηθά στη δημιουργία ενός ισχυρού λιθώματος. Η σκλήρυνση αυτή πραγματοποιείται τόσο στον αέρα όσο και μέσα στο νερό. Το κοινό σκυρόδεμα θεωρείται πρακτικά ως υλικό δύο φάσεων. Το τσιμέντο αποτελεί την πρώτη φάση που είναι κλειστή, τη μήτρα, στην οποία είναι διασκορπισμένα τα αδρανή υλικά που αποτελούν την άλλη φάση. Οι ιδιότητες του σκυροδέματος εξαρτώνται από τις ιδιότητες των δύο φάσεων, καθώς και από την αναλογία ανάμιξης των υλικών κατ όγκο. Ανάλογα με τις πρόσθετες ιδιότητες που μπορεί να ζητηθούν από το σκυρόδεμα, χρησιμοποιούνται κατά την ανάδευσή του και διάφορα άλλα πρόσθετα υλικά επιβραδυντικά ή/και υπερρευστοποιητικά για αύξηση της εργασιμότητας, ή ακόμα και χαλύβδινες ή σύνθετες ( omposites) ίνες, για να δώσουν στο μίγμα πρόσθετη θλιπτική και εφελκυστική αντοχή. Η ταξινόμηση των κατηγοριών σκυροδέματος γίνεται ανάλογα με την αντοχή τους σε θλίψη. Σύσταση του σκυροδέματος Το σκυρόδεμα είναι εξαιρετικά εύπλαστο υλικό, αφού μπορεί, όταν είναι νωπό, να λάβει οποιαδήποτε μορφή. Χαρακτηρίζεται δε από ιδιαίτερες ιδιότητες που προσφέρουν ανθεκτικότητα και προστασία από διάφορα επιθετικά περιβάλλοντα έκθεσης. Χάρη στην μεγάλη ευελιξία του, είναι το πιο εύχρηστο δομικό υλικό. Έχει τη μοναδική ιδιότητα να περνάει σε μικρό χρονικό διάστημα από τη ρευστή κατάσταση (νωπό), στη στερεά (σκληρυμένο), παρέχοντας ταυτόχρονα τη δυνατότητα να μορφωθεί σε καλούπια κάθε σχήματος, πριν στερεοποιηθεί και αποκτήσει τις τελικές αντοχές του. Στην αρχή το σκυρόδεμα είναι σε κατάσταση πλαστική, εύκολα κατεργάσιμη. Όσο περνάει η ώρα και προχωρά η ενυδάτωσή, αρχίζει και γίνεται άκαμπτο και στο τέλος μορφώνεται σε ένα σκληρό λίθωμα, δηλαδή μια τεχνητή πέτρα. Η ιδιότητα του αυτή όμως

15 μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα στην εφαρμογή καθώς η τοποθέτηση και η τελική μορφοποίηση του πρέπει να έχει τελεσθεί μέσα στο διάστημα μίας ώρας και 30 λεπτών από την παραγωγή του. Όσον αφορά το ρυθμό σκλήρυνσης του σκυροδέματος, μέσα σε μία βδομάδα έχει αποκτήσει περίπου το 70% της τελικής αντοχής του και σε 28 μέρες περίπου το 90%. Το 100% το αποκτά μετά την έλευση αρκετών ετών. Υπό ιδανικές συνθήκες, το όριο ηλικίας του σκυροδέματος μπορεί να ξεπεράσει κατά πολύ τα 100 χρόνια ζωής χωρίς σημαντικές αλλοιώσεις στη μάζα και στον οπλισμό του. Το σκυρόδεμα έχει πολύ καλή αντοχή σε θλίψη, αλλά σχετικά χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό και κάμψη. Αυτές τις αδυναμίες του μπορούν να ξεπεραστούν οπλίζοντας το (τοποθετώντας μέσα στη μάζα του) με ράβδους από χάλυβα. Ο χάλυβας προσφύεται πολύ καλά στο σκυρόδεμα καθώς έχει περίπου τον ίδιο συντελεστή θερμικής διαστολής. Για να παραχθεί ένα δυνατό και ανθεκτικό στο χρόνο σκυρόδεμα, πρέπει να γίνει σωστά η αναλογία και η ανάμιξη των συστατικών του. Εάν δεν είναι αρκετός ο τσιμεντοπολτός για να καλύψει τα κενά μεταξύ των αδρανών, το σκυρόδεμα εκτός του ότι, δεν θα είναι εύκολα κατεργάσιμο, αλλά υπάρχει και σοβαρή πιθανότητα να δημιουργηθούν πόροι και αρκετά κενά τα οποία τα αποκαλούνται «φωλιές αδρανών». Αντίθετα, αν υπάρχει μεγάλη περίσσια τσιμεντοπολτού, θα προκληθούν ρωγμές στο τελικό προϊόν καθότι το τσιμέντο έχει την τάση να συρρικνώνεται. Εκτός αυτού το κόστος όλης της κατασκευής θα ανέβει κατακόρυφα. Κατηγορίες σκυροδέματος Το σκυρόδεμα διακρίνεται με βάση: 1. Τη χαρακτηριστική αντοχή f ck Η ταξινόμηση των κατηγοριών σκυροδέματος γίνεται ανάλογα με την αντοχή τους σε θλίψη. Κάθε ποιότητα σκυροδέματος (Con rete) όπως η C30/37, χαρακτηρίζεται από δύο ισοδύναμες μεταξύ τους αντοχές, που στην παρακάτω εικόνα είναι 30 Pa και 37 Pa. Η πρώτη αντοχή είναι η χαρακτηριστική αντοχή f ck πρότυπου κυλινδρικού δοκιμίου και η δεύτερη αντοχή είναι η χαρακτηριστική αντοχή πρότυπου κυβικού δοκιμίου

16 Εικόνα 1-2: Χαρακτηριστική αντοχή σκυροδέματος κυλινδρικού και κυβικού δοκιμίου. 9 Στην Ελλάδα από τις 8/3/85 που τέθηκε σε εφαρμογή ο Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος (Κ.Τ.Σ. 85 ), χρησιμοποιούνταν οι παλιές ποιότητες σκυροδέματος (Β). Η ταξινόμηση των κατηγοριών σκυροδέματος γίνονταν ανάλογα με την αντοχή τους σε θλίψη. Οι πιο συνηθισμένες ήταν η Β160 (που αντιστοιχούσε περίπου στο C12/15), η Β225 (που αντιστοιχούσε σε ενδιάμεση ποιότητα μεταξύ C12/15 και C16/20) και η Β300 (που αντιστοιχούσε περίπου στο C20/25). Αυτός ο κανονισμούς, αναθεωρήθηκε και εγκρίθηκε στις 28 Μαρτίου του 1997, ενώ οι παλιές κατηγορίες «Β» καταργήθηκαν. Για τη μελέτη και κατασκευή των έργων χρησιμοποιούνται οι κατηγορίες σκυροδέματος του Κανονισμού Τεχνολογίας Σκυροδέματος (ΚΤΣ-97), όπου ο πρώτος αριθμός κάθε κατηγορίας ορίζει την χαρακτηριστική αντοχή εκφραζόμενη σε Pa που διαπιστώνεται όταν ο έλεγχος γίνεται με κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 15 και ύψους 30 m και ο δεύτερος την χαρακτηριστική αντοχή όταν ο έλεγχος γίνεται με κυβικά δοκίμια ακμής 15 m όπου ο πρώτος αριθμός κάθε κατηγορίας ορίζει την χαρακτηριστική αντοχή κυλίνδρου (f ck,κυλ), ενώ ο δεύτερος την χαρακτηριστική αντοχή κύβου (f ck, u e) σε Pa, στις 28 ημέρες. Ο ΕΚΩΣ 2000 περιείχε τις ίδιες κατηγορίες σκυροδέματος με μέγιστη την C50/60 και πρακτικά ελάχιστη την C20/25, η οποία χρησιμοποιούνταν συνήθως μέχρι το Με βάση τους Ευρωκώδικες, πρακτικά, η ελάχιστη ενδεδειγμένη κατηγορία σκυροδέματος είναι η C30/37. Οι κατηγορίες σκυροδέματος που υποστηρίζει ο Ευρωκώδικας 2 και το EN είναι: Πίνακας 1-1: Κατηγορίες σκυροδέματος για κάθε τύπο χρήσης. δευτερεύουσες χρήσεις C12/15 C16/20 C20/25 C25/30 συνήθεις χρήσεις C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 ειδικές χρήσεις C55/67 C60/75 C70/85 C80/95 C90/105 9 ΕΚΩΣ 2000 Κεφ. 2ο

17 Πίνακας 1-2: Κατηγορίες σκυροδέματος σύμφωνα με τον ΚΤΣ 97. Κατηγορία σκυροδέματος fck (MPa) κυλίνδρου fck (MPa) κύβου C 8/ C 12/ C 16/ C 20/ C 25/ C 30/ C 35/ C 40/ C 45/ C 50/ Η προστασία του χαλύβδινου οπλισμού από διάβρωση εξαρτάται από το πορώδες, την ποιότητα πάχος της επικάλυψης του σκυροδέματος. Η πυκνότητα και η ποιότητα της επικάλυψης θεωρείται ότι επιτυγχάνεται με την κατηγορία ελάχιστης αντοχής του σκυροδέματος. Στον επόμενο πίνακα εμφανίζεται μια πρακτική σύνοψη του συνδυασμού ελάχιστης ενδεδειγμένης ποιότητας σκυροδέματος και της ελάχιστης επικάλυψης για τις κυριότερες συνθήκες περιβάλλοντος ενός κτιρίου. Πίνακας 1-3: Ελάχιστη επικάλυψη του χάλυβα οπλισμού και ελάχιστη ενδεδειγμένη κατηγορία σκυροδέματος. Κατηγορία συνθηκών περιβάλλοντος κτιρίου Συνήθεις Δυσμενείς Παραθαλάσσιες Πισίνες συνθήκες συνθήκες (XD1/XS1) (XD2) (XC2/XC3) (XC4) Ελάχιστη ενδεδειγμένη C30/37 C30/37 C30/37 C30/37 κατηγορία σκυροδέματος Ελάχιστα πάχη επικαλύψεων 25mm 30mm 35mm 40mm Ελάχιστη ευνοϊκή C35/45 C40/50 C40/50 C40/50 κατηγορία σκυροδέματος Ελάχιστα πάχη επικαλύψεων 20mm 25mm 30mm 35mm Στις πλάκες αφαιρούνται 5mm

18 Σε περίπτωση διασφάλισης ειδικού ελέγχου παραγωγής του σκυροδέματος αφαιρούνται 5mm. Σε περίπτωση σχεδιασμού του κτιρίου για χρόνο ζωής 100 έτη, προστίθενται 10mm. Στις επιφάνειες των πελμάτων των θεμελίων, με χυτό σκυρόδεμα, που έρχονται σε επαφή με το έδαφος, αν υπάρχει κατάλληλη διαμόρφωση, ή σκυρόδεμα καθαριότητας πρέπει να είναι 40mm, ενώ αν γίνεται επί του εδάφους, πρέπει να είναι 75mm. 2. Την εργασιμότητα (κάθιση) Εκτός από το κριτήριο της αντοχής, υπάρχει και το κριτήριο της εργασιμότητας του σκυροδέματος. Εργασιμότητα είναι η ιδιότητα του νωπού σκυροδέματος που χαρακτηρίζει την ευκολία με την οποία αυτό μεταφέρεται, διαστρώνεται και συμπυκνώνεται. Αυτό καθορίζει την ποσότητα του νερού που θα χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή του. Όσο περισσότερο νερό έχει το σκυρόδεμα, πέραν ενός ορίου, τόσο η αντοχή του ελαττώνεται και το πορώδες αυξάνεται. Η κάθιση s είναι το κριτήριο της εργασιμότητας του σκυροδέματος. Κάθιση είναι ένα μέτρο εργασιμότητας που εκφράζεται με την απώλεια ύψους, σε m, που παρουσιάζει μια κωνική στήλη νωπού σκυροδέματος, όταν ανασυρθεί η κωνική μήτρα (κώνος καθίσεως) με την οποία μορφώθηκε. Ανάλογα με τη χρήση του σκυροδέματος, συνιστάται να υπάρχει μία συγκεκριμένη κάθιση, όπως ενδεικτικά φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: Εικόνα 1-3: Καθίσεις των διαφορών τύπων σκυροδέματος. Πίνακας 1-4: Κατηγορίες κάθισης. Κατηγορία Κάθιση σε mm S S S S S5 K Το μέγιστο κόκκο των αδρανών

19 Μέγιστος κόκκος αδρανούς είναι η διάσταση του μικρότερου κόσκινου μιας σειράς από το οποίο διέρχεται το 95% τουλάχιστον της ποσότητας του αδρανούς. Η χρησιμότητα αυτής της διάκρισης έγκειται στις περιπτώσεις πυκνού οπλισμού όπου υπάρχει προφανής δυσκολία να περάσουν τα χαλίκια από το κέντρο ενός υποστυλώματος προς τον ξυλότυπο. Η μέγιστη διάσταση του αδρανούς πρέπει να προσδιορίζεται από τον μελετητή. 4. Την κατηγορία ανθεκτικότητας Οι παραπάνω κανόνες και πρακτικές αναφέρονται στον ελληνικό ΚΤΣ-97 (Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος του 1997) που κατά μιαν ερμηνεία ισχύει, μεταβατικά, παράλληλα με το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ Το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ είναι πιο εξελιγμένο και μεγάλο μέρος της μέριμνας και της ευθύνης του εργοταξίου (λήψη δοκιμίων) το έχει μεταφέρει στο εργοστάσιο παραγωγής σκυροδέματος, το οποίο βέβαια είναι κατάλληλα πιστοποιημένο. Αναμένεται η ολοκλήρωση της σύνταξης του ENV που θα αντικαταστήσει τον ΚΤΣ σε ότι αφορά διάστρωση, συμπύκνωση και τα λοιπά του σκυροδέματος. 1.2 Υλικά του σκυροδέματος 10 Το σκυρόδεμα αποτελείται από τα ακόλουθα υλικά: 1) Τσιμέντο 2) Αδρανή (Άμμο + Σκύρα) 3) Νερό 10 Γενική Δομική Ι, Ίδρυμα Ευγενίδη, σελ

20 4) Πρόσμικτα και πρόσθετα Τα δύο πρώτα είναι ενεργά υλικά, επειδή παίρνουν μέρος στις χημικές αντιδράσεις, που προκαλούν το πήξιμο και την σκλήρυνση του σκυροδέματος. Τα δύο άλλα είναι αδρανή υλικά, γιατί και μετά το πήξιμο του σκυροδέματος διατηρούν όλες τις φυσικές και χημικές ιδιότητες, που είχαν, πριν αναμιχθούν με τα άλλα υλικά. Εκτός από αυτά τα τέσσερα κύρια υλικά, μπορούν να προστεθούν στο σκυρόδεμα και διάφορα άλλα υλικά σε μικρές ποσότητες (προσμίγματα), για να βελτιώσουν ορισμένες ιδιότητες του. Όταν το σκυρόδεμα εφαρμόζεται στην κατασκευή οπλισμένων ή και προεντεταμένων δομικών στοιχείων, προστίθεται και ο χάλυβας (το σίδερο). Αυτό το υλικό δεν θεωρήθηκε συστατικό του σκυροδέματος, γιατί δεν ανακατεύεται μαζί του, όπως τα άλλα υλικά, αλλά απλώς εγκιβωτίζεται μέσα του Τσιμέντο Γενικά για το τσιμέντο 11, 12, 13 Ο όρος τσιμέντο ή τσιμεντοκονία αναφέρεται στη συνδετική σκόνη, συνήθως προ της ανάμιξης με νερό, χωρίς άλλα αδρανή πρόσθετα όπως άμμος και χαλίκι. Το τσιμέντο, ή σκυροκονίαμα, είναι ένα υδραυλικό συνδετικό κονίαμα. Δηλαδή είναι ένα λεπτά διαμελισμένο ανόργανο υλικό (σκόνη). Σε ανάμειξη του με νερό σχηματίζει μια πάστα η οποία πήζει και σκληραίνει μέσω αντιδράσεων και διεργασιών ενυδάτωσης. Μετά την σκλήρυνση επανακτά την αντοχή και την σταθερότητα ακόμα και μέσα στο νερό. Υπάρχουν πολλών ειδών (τύποι) τσιμέντα, με συνηθέστερο αυτό που καλείται κοινό τσιμέντο Portland (OPC, Ordinary Portland Cement). Το κοινό τσιμέντο είναι ένα γκρίζο λεπτομερές υλικό, που προκύπτει από τη λειοτρίβηση του κλίνκερ τσιμέντου F 12 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ

21 Κλίνκερ ονομάζεται διεθνώς το προϊόν που προκύπτει από την όπτηση μίγματος θραυσμένων ασβεστόλιθων, αργιλικά πετρώματα, χαλαζιακά πετρώματα, σιδηρομετάλλευμα και βωξίτη. Εικόνα 1-4: Πρώτες ύλες, ενδιάμεσα προϊόντα και τελικό προϊόν στη διεργασία παραγωγής τσιμέντου. Ο λόγος τιμή (αξία) προς βάρος είναι πολύ μικρός για το τσιμέντο γεγονός που το κάνει να είναι πολύ ακριβό για μεταφορά σε μεγάλες αποστάσεις. Επίσης, επειδή οι πρώτες ύλες για την παραγωγή του τσιμέντου είναι ακόμη χαμηλότερης αξίας, για την ελαχιστοποίηση του κόστους μεταφοράς των πρώτων υλών οι μονάδες παραγωγής τσιμέντου χωροθετούνται πολύ κοντά στις πηγές πρώτων υλών (ιδιαίτερα κοντά στο λατομείο ασβεστολιθικού πετρώματος). Η μεγαλύτερη ποσότητα του παραγόμενου τσιμέντου, για τους παραπάνω λόγους, πρέπει να διατίθεται σε περιοχές και μονάδες παραγωγής σκυροδέματος σχετικώς κοντά στα εργοστάσια παραγωγής του. Γενικώς το τσιμέντο συνδυάζει μεγάλη υδραυλική ικανότητα και υψηλές αντοχές, γι αυτό και σήμερα, έχει ευρεία χρήση στα τεχνικά έργα υποδομής. Η παραγωγή του τσιμέντου Σχήμα 1-1: Παρασκευή τσιμέντου Portland

22 Οι πρώτες ύλες Η σημαντικότερη πρώτη ύλη για την παραγωγή του κλίνκερ είναι τα ασβεστολιθικά πετρώματα, που εξορύσσονται επιφανειακά κοντά στη μονάδα παραγωγής του τσιμέντου. Επειδή, ποσοστό περίπου 80% από τους τόνους πρώτων υλών, που απαιτούνται για την παραγωγή 1 τόνου κλίνκερ, είναι ασβεστολιθικό υλικό, είναι προφανής η αναγκαιότητα γειτνίασης της θέσης εξόρυξης ασβεστολιθικών πετρωμάτων και της μονάδας παραγωγής κλίνκερ τσιμέντου. Ενδεικτικό ισοζύγιο πρώτων υλών και οι πρώτες ύλες, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή τσιμέντου, δίνονται στον Πίνακα 1-5. Το μείγμα των πρώτων υλών (θραυσμένος ασβεστόλιθος, αργιλικά πετρώματα, χαλαζιακά πετρώματα, σιδηρομετάλλευμα, βωξίτης κ.α.) αναμειγνύονται σε κατάλληλη αναλογία και λειοτρίβονται. Το λειοτριβημένο μείγμα («φαρίνα») υφίσταται πυρομεταλλουργική κατεργασία μέσα σε περιστροφική κάμινο (rotary kiln). Πίνακας 1-5: Ενδεικτική σύνθεση (χημική σύσταση %) τριών πρώτων υλών (1, 2 και 3) για την παραγωγή τσιμέντου. Χημική ένωση Στόχος % κ.β. σύνθεση ξηρών πρώτων υλών παραγωγής κλίνκερ 1 Ασβεστόλιθος Πρώτες ύλες (ξηρό υλικό), % 2 Αργιλοπυριτικό υλικό 3 Χαλαζιακή άμμος SiO 2 14,35 4,83 65,0 91, * Al 2 O 3 4,04 1,85 24,0 2,83 6.1* Fe 2 O 3 0,92 0,64 2,5 2,53 1.4* CaO 43,55 50,5 4,0 0, * Ελεύθερη άσβεστος (CaO) Ποσοστιαία (κατά βάρος) % συμμετοχή πρώτων υλών * 85,02 13,61 1,37 Κατά βάρος % περιεκτικότητα του παραγόμενου κλίνκερ (χωρίς ενσωμάτωση της τέφρας του καυσίμου) * Τιμές για χρήση στις εξισώσεις Bogue. Αναγωγή % στο υπόλοιπο 65,78% του υλικού μετά την κλινκεροποίηση (34,22% CO 2 αντιστοιχεί σε 43,55% CaO) Στην περιστροφική κάμινο, οι λειοτριβημένες πρώτες ύλες, με χρήση καυσίμων (φυσικό αέριο, πετρέλαιο, γαιάνθρακες ή και εναλλακτικά καύσιμα), θερμαίνονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Έτσι, με φυσικοχημικές διεργασίες, μετατρέπονται σε ένα υλικό γκριζοπράσινου χρώματος μορφής σφαιριδίων διαμέτρου mm, το οποίο ονομάζεται κλίνκερ τσιμέντου

23 Εικόνα 1-5: Κλίνκερ τσιμέντου Portland και τσιμέντο Portland. Προσδιορισμός της σύνθεσης του φορτίου, ανάμειξη (ομογενοποίηση) και ελάττωση μεγέθους (θραύση, λειοτρίβηση των πρώτων υλών) 14 Οι ποσότητες των πρώτων υλών που θα χρησιμοποιηθούν εξαρτώνται από τις χημικές και ορυκτολογικές τους ιδιότητες και από τις ιδιότητες (απαιτήσεις) του κλίνκερ που θα παραχθεί. Μετά τον προσδιορισμό της κατάλληλης σύνθεσης του φορτίου, οι πρώτες ύλες (για ξηρή μέθοδο παραγωγής τσιμέντου) αναμειγνύονται κατάλληλα και ομογενοποιούνται για την παραγωγή ενός ομοιόμορφου μείγματος (φαρίνα) που θα υποστεί ελάττωση μεγέθους (λειοτρίβηση). Στο Σχήμα 1-2 δίνονται αναλογίες δεδομένων πρώτων υλών, μέση σύσταση της τροφοδοσίας και προϊόντων παραγωγής κλίνκερ κοινού τσιμέντου, όπου (S = SiO 2, A = Al 2 O 3, F = Fe 2 O 3 και C = CaO). Η καλή ανάμειξη εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή των πρώτων υλών στην τροφοδοσία του κυκλώματος θραύσης και λειοτρίβησης και οδηγεί στην παραγωγή κλίνκερ ομοιόμορφης ποιότητας. Οι αναλογίες των πρώτων υλών καθορίζονται με τη βοήθεια τριών δεικτών ποιότητας κλίνκερ και συγκεκριμένα του δείκτη κορεσμού σε άσβεστο LSF (Lime saturation fa tor), του πυριτικού δείκτη SR (Sili a ratio) και του αργιλικού δείκτη AR (Alumina ratio). Τα συνήθη όρια μεταβολής των δεικτών είναι για τον LSF, για τον SR και για τον AR. 1.0(% CaO) 0.7(% SO3 ) Όπου: LSF, 2.8(% SiO ) 1.2(% Al O ) 0.65(% Fe O ) % SiO2 SR % Al O % Fe O και % Al O % Fe O 2 3 AR

24 Σχήμα 1-2: Αναλογίες δύο πρώτων υλών για την παρασκευή κοινού τσιμέντου. 15 Η τέφρα ενσωματώνεται σε ποσοστό περίπου 70-80% στο κλίνκερ και επηρεάζει τις τιμές των LSF και SR του, οπότε πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στον προσδιορισμό της αναλογίας των πρώτων υλών της τροφοδοσίας (φαρίνα). Οι περιστροφικοί κάμινοι Οι περιστροφικές κάμινοι (Σχήμα 1-3) είναι ογκώδεις, κυλινδρικού σχήματος, κεκλιμένες κατασκευές, διαμέτρου m και μήκους έως 200m, επενδυμένες εσωτερικά με πυρίμαχη επένδυση (πυρίμαχα τούβλα), μέσα στις οποίες τροφοδοτείται η «φαρίνα». Οι διάφοροι τύποι περιστροφικών καμίνων βασίζονται στην ίδια αρχή λειτουργίας. Το μήκος των περιστροφικών καμίνων εξαρτάται από τη μέθοδο κατεργασίας (ξηρή, υγρή, ημι-ξηρή, ημι-υγρή κλπ.) των πρώτων υλών (φαρίνα) και τις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, όσον αφορά στην προθέρμανση της φαρίνας και στις διεργασίες πύρωσης του ασβεστόλιθου. Κυμαίνεται δε κατά περίπτωση από m ανάλογα με τη μέθοδο παραγωγής. 15 Τσακαλάκης Κώστας, ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργίας Και Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ

25 Η ταχύτητα περιστροφής της καμίνου κυμαίνεται από 1 4 στροφές το λεπτό (rpm). Η περιστροφική κάμινος είναι ελαφρώς κεκλιμένη προς την έξοδό της (άκρο αποκένωσης του κλίνκερ), για να ρέει (μετακινείται) το υλικό και να αποκενώνεται από το κατώτερο άκρο το προϊόν της (κλίνκερ). Σχήμα 1-3: Απλοποιημένη απεικόνιση περιστροφικής καμίνου. Ο χρόνος παραμονής του υλικού μέσα στην κάμινο μπορεί να φτάσει, από περίπου 20 min για καμίνους του τύπου προθέρμανσης-προπύρωσης (preheater-precalciner) της φαρίνας μέχρι 2 ώρες για καμίνους κατεργασίας «υγρής» φαρίνας (wet kilns). Στις μεθόδους preheater-pre al iner, η φαρίνα παραμένει μέσα στον πύργο προθέρμανσης- προπύρωσης από 20 90s (δευτερόλεπτα). Οι διάφορες φάσεις (στάδια) κατεργασίας για την παραγωγή κλίνκερ στη διάταξη της καμίνου είναι οι εξής: 1. Εξάτμιση του ελεύθερου (μη συνδεμένου) νερού 2. Απομάκρυνση του κρυσταλλικού νερού (συνδεδεμένο νερό) κυρίως από τα αργιλικά πετρώματα (πρώτες ύλες) 3. Διάσπαση (πύρωση) του ασβεστόλιθου (CaCO 3 ) 4. Σχηματισμός των φάσεων του κλίνκερ τσιμέντου: ενώσεις πυριτικού ασβεστίου (C 2 S, 2*CaO*SiO 2 και C 3 S, 3*CaO SiO 2 ) αργιλικού ασβεστίου (C 3 Α, 3*CaO Al 2 O 3 ) αργιλοσιδηρούχου ασβεστίου (C 4 AF, 4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 ) 5. Ψύξη του κλίνκερ ( linker) Στη συνέχεια, για την παραγωγή του κοινού τύπου τσιμέντου (OPC, ordinary Portland ement), ακολουθούνται οι παρακάτω διεργασίες: 1.Ανάμειξη του κλίνκερ (95%) με γύψο (5%) 2.Λεπτομερής λειοτρίβηση (άλεση) -παραγωγή τσιμέντου

26 Τύποι των περιστροφικών καμίνων-μέθοδοι παραγωγής: Μέθοδος προθέρμανσης-προπύρωσης (Preheater-precalciner) Σήμερα, για λόγους μείωσης της καταναλισκόμενης ενέργειας και του χρόνου παραμονής του υλικού, η κύρια μέθοδος παραγωγής κλίνκερ τσιμέντου είναι η ξηρή μέθοδος (Preheater-precalciner) με προθέρμανση της φαρίνας και μερική διάσπαση (πύρωση) του ασβεστόλιθου. Στα διάφορα στάδια της ξηρής αυτής κατεργασίας γίνονται οι παρακάτω διεργασίες: A) Προθέρμανση της τροφοδοσίας (φαρίνα) και μερική διάσπαση (πύρωση) του ασβεστόλιθου στον πύργο προθέρμανσης και πύρωσης από τα ανερχόμενα θερμά αέρια της καμίνου και από τα αέρια ψύξης του κλίνκερ (θερμοκρασίες ο C) B) Σχηματισμός ενδιάμεσων φάσεων από την αντίδραση των πρώτων υλών μεταξύ τους μέσα στην κάμινο (θερμοκρασίες ο C) Γ) Πυροσυσσωμάτωση και σχηματισμός σφαιριδίων κλίνκερ (θερμοκρασίες 1200 ο 1450 ο C) μέσα στην κάμινο και κατόπιν ψύξη του κλίνκερ. Το αναλυτικό διάγραμμα ροής των διεργασιών παραγωγής τσιμέντου παρουσιάζεται στο Σχήμα 1-4. Στις καμίνους αυτού του τύπου, η ξήρανση, η απομάκρυνση του συνδεδεμένου νερού στις πρώτες ύλες, η προθέρμανση στη θερμοκρασία πύρωσης και η μερική διάσπαση (πύρωση) του ασβεστόλιθου γίνονται εκτός της περιστροφικής καμίνου στον πύργο προθέρμανσης και προ-πύρωσης (preheater/pre al iner). Το ποσοστό (%) της διεργασίας πύρωσης (διάσπαση) του ασβεστόλιθου που ολοκληρώνεται εκτός της καμίνου, εξαρτάται από τον τύπο αυτών των καμίνων (preheater ή pre al iner). Στις καμίνους τύπου preheater 30 40% της πύρωσης γίνεται εκτός της καμίνου, ενώ στις καμίνους τύπου pre al iner 90 95%, αντιστοίχως. Αυτό τελικά καθορίζει και το μήκος που καταλαμβάνει η ζώνη πύρωσης και η ζώνη πυροσυσσωμάτωσης εντός της καμίνου, το οποίο διαμορφώνεται σε 60% και 35%, αντιστοίχως. Στις περιπτώσεις αυτές, είναι απαραίτητο, μέρος (50-65%) του απαιτούμενου καυσίμου της διεργασίας να εισαχθεί στην περιοχή του προασβεστοποιητή του πύργου προθέρμανσης/πύρωσης της τροφοδοσίας με αντίστοιχη μείωση της ποσότητας του εισαγόμενου καυσίμου στην έξοδο της καμίνου. Το καύσιμο που εισάγεται στον pre al iner, καίγεται με τη βοήθεια των θερμών αερίων που προέρχονται από την κάμινο ή από την ψύξη του κλίνκερ σε χαμηλότερες

27 θερμοκρασίες και η διεργασία της καύσης έχει μεγάλη απόδοση. Το ομογενοποιημένο υλικό (φαρίνα) κινείται κατ άντιρροή με τα ανερχόμενα θερμά αέρια και παραμένει λίγα μόνο δευτερόλεπτα (20 90s) στη θερμότερη περιοχή (θερμοκρασία ο C) του pre al iner, η δε διάσπαση του ασβεστολίθου ολοκληρώνεται σε ποσοστό 90 95% προ της εισαγωγής της φαρίνας στην περιστροφική κάμινο. Η τέφρα από το καύσιμο ενσωματώνεται ικανοποιητικά στη φαρίνα της τροφοδοσίας και τελικώς στο κλίνκερ. Στις διατάξεις αυτές διοχετεύεται μικρότερη ποσότητα καυσίμων θερμότητας στην έξοδο της καμίνου, οπότε η προ-διάσπαση (pre al ination) του ασβεστόλιθου στον πύργο επιτρέπει την ταχύτερη διέλευση του υλικού μέσα από το κυρίως τμήμα της περιστροφικής καμίνου. Σχήμα 1-4: Αναλυτικό διάγραμμα ροής διεργασιών παραγωγής τσιμέντου

28 Έτσι, επιτυγχάνεται μείωση του μήκους και της διαμέτρου της καμίνου όπως επίσης και του χρόνου παραμονής-κατεργασίας του υλικού, μείωση του κόστους επένδυσης και προκαλείται επιμήκυνση του χρόνου ζωής της πυρίμαχης επένδυσης (πυρίμαχα τούβλα). Στη διάταξη αυτή, οι επικαθήσεις-εμφράξεις, που συμβαίνουν από τη μεταφορά (μέσω των θερμών αερίων), την υγροποίηση και τη βαθμιαία στερεοποίηση των πτητικών ενώσεων (κυρίως χλωριούχων ενώσεων αλκαλίων) στις ψυχρότερες περιοχές, δηλαδή στις εσωτερικές επιφάνειες του preheater και pre al iner, μειώνονται αντιστοίχως. Επίσης, οι ποσότητες των αερίων NO x, που παράγονται, είναι μικρότερες λόγω της χαμηλότερης θερμοκρασίας καύσης του καυσίμου, ενώ στη διάταξη pre al iner είναι δυνατή η καύση καυσίμων υποδεέστερης θερμογόνου δύναμης. Τελικώς, η χρησιμοποίηση σύγχρονων διατάξεων προθέρμανσης/πύρωσης έχει συμβάλει στη μείωση του συνολικού μήκους της όλης διάταξης και ο λόγος μήκος διαμέτρου έχει γίνει εφικτό να κυμαίνεται σήμερα από 14:1 έως και 11:1 με προφανείς θετικές επιπτώσεις στο κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας μιας τέτοιας διάταξης. Μέθοδος παραγωγής Lepol: ημι-ξηρή (semi-dry) ή ημι-υγρή (semiwet) Εάν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν πρώτες ύλες με μεγάλο ποσοστό αρχικής υγρασίας, οι λειοτριβημένες εν υγρώ πρώτες ύλες μετατρέπονται πρώτα σε πολφό, κατόπιν υποβάλλονται σε πύκνωση και διήθηση και τα στερεά της διήθησης (filter ake) εισάγονται στην περιστροφική κάμινο ή σε άλλες περιπτώσεις υπό μορφή συσφαιρωμάτων (pellets). Η μέθοδος αυτή χαρακτηρίζεται ως ημι-ξηρή ή ημι-υγρή μέθοδος παραγωγής. Τα συσφαιρώματα προθερμαίνονται σε διάταξη τύπου εσχάρας (grate preheater) με τη βοήθεια των αερίων εξαγωγής της περιστροφικής καμίνου και κατόπιν αυτά εισάγονται στην περιστροφική κάμινο

29 Σχήμα 1-5: Διάταξη ημι-ξηρής μεθόδου (semi-dry) Lepol παραγωγής τσιμέντου. Είναι προφανές ότι στην κάμινο τύπου Lepol η ξήρανση, η απομάκρυνση του συνδεδεμένου νερού στις πρώτες ύλες, η προθέρμανση στη θερμοκρασία πύρωσης και η μερική διάσπαση (πύρωση) του ασβεστόλιθου γίνονται εκτός της περιστροφικής καμίνου. Επίσης μέσα στην περιστροφική κάμινο ολοκληρώνεται η πύρωση του ασβεστόλιθου και επιτελούνται οι αντιδράσεις μετατροπής των πρώτων υλών σε κλίνκερ. Τα παραπάνω δεδομένα επηρεάζουν σημαντικά το μήκος της καμίνου που καταλαμβάνει κάθε ζώνη. Στις καμίνους αυτής της αρχής λειτουργίας, η ζώνη πύρωσης καταλαμβάνει το 55% του μήκους της, ενώ η ζώνη πυροσυσσωμάτωσης το υπόλοιπο 45%. Όρια μεταβολής των δεικτών LSF, SR και AR Στο Σχήμα 1-6 δίδονται οι βέλτιστες συνθήκες έμψησης του κλίνκερ, που αφορούν στα όρια μεταβολής των δεικτών LSF, SR και AR, όπως επίσης και οι επιπτώσεις τους στην προστασία της πυρίμαχης επένδυσης της καμίνου. Οι τιμές των δεικτών αυτών καθορίζουν τόσο την αναλογία των πρώτων υλών στη φαρίνα όσο και την εμψησιμότητά της

30 Σχήμα 1-6: Βέλτιστα όρια μεταβολής των τιμών δεικτών ποιότητας κλίνκερ για εξασφάλιση κατάλληλων συνθηκών έψησης του κλίνκερ. Παρατηρήσεις επί της διεργασίας έψησης Κατά την έψηση πρέπει να επικρατούν οξειδωτικές συνθήκες μέσα στην κάμινο. Όσο λεπτότεροι είναι οι κόκκοι της φαρίνας (τροφοδοσία), τόσο ευκολότερα «ψήνονται» και πυροσυσσωματώνονται (αντιδρούν μεταξύ τους) οι πρώτες ύλες. Υψηλή τιμή του δείκτη κορεσμού σε άσβεστο (LSF) έχει ως αποτέλεσμα δύσκολη εψησιμότητα της φαρίνας. Υψηλή τιμή στον αργιλικό δείκτη (SR) έχει ως αποτέλεσμα δύσκολη εψησιμότητα της φαρίνας εξαιτίας της χαμηλής περιεκτικότητας της υγρής φάσης και μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας στην άλεση. Φαρίνες με τιμή αργιλικού δείκτη (AR) στην περιοχή του 1.4 ψήνονται ευκολότερα απ ότι στις περιπτώσεις χαμηλότερων ή υψηλότερων τιμών, επειδή σε χαμηλές θερμοκρασίες η ποσότητα της υγρής φάσης είναι μεγαλύτερη, λόγω της παρουσίας του Fe 2 O 3. Η παρουσία go στη φαρίνα μεταβάλλει ελαφρά τη βέλτιστη αυτή τιμή του AR = 1.4. Η ενδογενής δραστικότητα διαφόρων μορφών των πρώτων υλών της φαρίνας, π.χ. οι διάφορες φάσεις του πυριτικού επηρεάζουν την εψησιμότητα της φαρίνας

31 Η ψύξη του κλίνκερ 16 Έχει διαπιστωθεί ότι ουσιαστικό ρόλο στην ποιότητα του κλίνκερ και στις ιδιότητες του παραγόμενου τσιμέντου παίζουν οι διεργασίες ψύξης του εξερχόμενου από την κάμινο κλίνκερ. Σημαντικό επίσης οικονομικό όφελος προσφέρει η αξιοποίηση ποσοστού 35% περίπου της απαγόμενης από το κλίνκερ θερμότητας, μέσω του αέρα ψύξης. Η θερμότητα που ανακτάται αξιοποιείται για την προθέρμανση της τροφοδοσίας των πρώτων υλών και για την έναυση του καυσίμου στον ασβεστοποιητή, συμβάλλοντας στην ενεργειακή βελτιστοποίηση της διεργασίας παραγωγής κλίνκερ. Οι κύριοι τύποι ψυκτών κλίνκερ είναι τύπου κινούμενης εσχάρας, περιστροφικού ή πλανητικού τύπου. Το κλίνκερ που εξέρχεται από την περιστροφική κάμινο, διέρχεται, με τη βοήθεια κινούμενης διάτρητης εσχάρας, από θάλαμο (Σχήμα 1-7) και ψύχεται με τη βοήθεια αέρα που εμφυσάται από ανεμιστήρες. Με τη βοήθεια του αέρα ψύξης, μέρος της θερμότητας που περιέχει απάγεται από το κλίνκερ και θερμαίνει τον αέρα ψύξης, του οποίου μέρος ανακυκλώνεται και οδηγείται στον πύργο προθέρμανσης για αξιοποίηση της θερμότητάς του. Όπως προαναφέρθηκε, οι ιδιότητες του παραγόμενου κλίνκερ εξαρτώνται κατά κύριο λόγο από την ταχύτητα δηλαδή από το ρυθμό ψύξης του κλίνκερ. Και τούτο, διότι η ταχεία ψύξη, λίγο πριν την έξοδο της καμίνου, αλλά ιδιαίτερα στους ψύκτες του κλίνκερ έχει σημαντική επίδραση στο μέγεθος των κρυστάλλων των φάσεων αλίτη και βελίτη που παράγονται. Το μέγεθος όμως των κρυστάλλων έχει μεγάλη σημασία για τις ιδιότητες του κλίνκερ και του τσιμέντου που θα παραχθεί από αυτό. Έχει διαπιστωθεί ότι ταχεία ψύξη του κλίνκερ παράγει μικρούς κρυστάλλους αλίτη, επειδή δεν προλαβαίνουν, λόγω της αυξημένης ταχύτητας, να αναπτυχθούν σε μέγεθος. Επίσης, ο ρυθμός ψύξης έχει σημαντική επίδραση στην κατανομή, στο είδος και την «υγεία» των φάσεων του κλίνκερ, στα ποσοστά άσβεστου (CaO) και μαγνησίας ( go), που δεσμεύονται στην υγρή φάση ή παραμένουν υπό μορφή ελεύθερης άσβεστου (CaO free ) και περίκλαστου ( go) στο κλίνκερ και ως εκ τούτου εμφανίζονται αργότερα μετά την άλεση στο τσιμέντο. 16 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργιας Και Τεχνολογιας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ

32 Σχήμα 1-7: Τρισδιάστατη απεικόνιση της διάταξης ψύξης κλίνκερ. Είναι γνωστό επίσης ότι, σε υψηλές θερμοκρασίες κλινκεροποίησης (>1500 C), η μαγνησία ( go) συγκεντρώνεται στην υγρή φάση μαζί με τις αλουμινούχες (C 3 A) και φερριτικές (C 4 AF) φάσεις. Σε συνθήκες λοιπόν ταχείας ψύξης, το go δεν προλαβαίνει να κρυσταλλωθεί και να αποβληθεί από το διάλυμα της υγρής φάσης και ενσωματώνεται σε αυτό. Έτσι, μικρή μόνο ποσότητα κρυστάλλων υπό μορφή περίκλαστου ( go) εμφανίζεται στο κλίνκερ. Σε αντίθετη περίπτωση, δηλαδή σε συνθήκες αργής ψύξης του κλίνκερ, λαμβάνει χώρα σχεδόν ολοκληρωτική κρυστάλλωση των φάσεων C 3 A και C 4 AF σε μορφή χονδρών κόκκων, η οποία ακολουθείται από κρυστάλλωση και του go σε μορφή περίκλαστου. Στην περίπτωση αυτή, μόνο περίπου το 1.5% κ.β. της περιεχόμενης ποσότητας μαγνησίας παραμένει στο στερεοποιημένο διάλυμα, ενώ το υπόλοιπο κρυσταλλώνεται σε μορφή περίκλαστου στο κλίνκερ και κατά συνέπεια εμφανίζεται και στο παραγόμενο τσιμέντο, όπου και προκαλεί τα ανεπιθύμητα φαινόμενα διόγκωσης κατά την ενυδάτωση. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες στο σκυρόδεμα. Αυτό εξηγεί και την απαίτηση για περιεκτικότητα go στη φαρίνα μικρότερη από 6%, επειδή σε συνήθεις θερμοκρασίες κλινκεροποίησης <1450 C, η υπάρχουσα μαγνησία στην τροφοδοσία, λόγω υψηλού σημείου τήξης, δεν οδηγείται στην υγρή φάση, οπότε και εμφανίζεται υπό μορφή μικρών κρυστάλλων περίκλαστου στο κλίνκερ, ανεξάρτητα από την ταχύτητα ψύξης του κλίνκερ

33 Η άλεση του κλινκερ Οι ιδιότητες του τσιμέντου, όσο και η συμπεριφορά κατά τη χρήση του στην παραγωγή σκυροδέματος, εξαρτώνται, εκτός των άλλων σημαντικά και από τη λεπτότητά του δηλαδή από την κοκκομετρική του ανάλυση. Η λεπτότητα του τσιμέντου εκφράζεται από την τιμή του δείκτη Blaine, που δίνεται σε μονάδες m 2 /g ή m 2 /kg και κυμαίνεται από cm 2 /g, ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζεται. Είναι επίσης γνωστό ότι η ειδική επιφάνεια του τσιμέντου (λεπτότητα) εξαρτάται από το μέγεθος των τεμαχίων του προϊόντος. Για την άλεση των πρώτων υλών, του κλίνκερ και των πρόσθετων (γύψου, σκωρίας υψικαμίνων, ποζολάνης, ιπτάμενης τέφρας κλπ.), χρησιμοποιούνται: - σφαιρόμυλοι - λειοτρίβησης (άλεσης), - κατακόρυφοι μύλοι κυλίνδρων μεγάλης απόδοσης ή - συνδυασμοί κυλινδρόπρεσσας και σφαιρόμυλων. Τα τελευταία χρόνια, ευρύτατη εφαρμογή έχουν οι κατακόρυφοι μύλοι στην αρχική άλεση των πρώτων υλών (παραγωγή φαρίνας) και των σκωριών. Παρόλα αυτά οι συμβατικοί σφαιρόμυλοι διατηρούν ακόμη κυρίαρχη θέση στην άλεση του κλίνκερ για παραγωγή τσιμέντου. Το συμβατικό κύκλωμα άλεσης κλίνκερ και πρόσθετων (γύψου, σκωρίας υψικαμίνων ή και ποζολάνης), στην περίπτωση παραγωγής σύνθετων τσιμέντων, δίνεται στα Σχήματα 1-8 και 1-9. Το κύκλωμα αυτό αποτελείται από το μύλο άλεσης, που είναι σφαιρόμυλος 2 ή περισσότερων διαμερισμάτων στον οποίο διεξάγεται η άλεση. Κάθε διαμέρισμα έχει σφαίρες διαφορετικών διαμέτρων, οι οποίες εξαρτώνται από το μέγεθος των συσφαιρωμάτων κλίνκερ με τα οποία τροφοδοτείται ο μύλος. Οι σφαίρες του πρώτου διαμερίσματος έχουν διαμέτρους που κυμαίνονται από 60 90mm, ενώ του δεύτερου από mm. Στο δεύτερο διαμέρισμα, ανάλογα με το επιθυμητό μέγεθος προϊόντος (λεπτότητα Blaine), μπορεί να προστεθούν και σφαίρες διαμέτρου μέχρι 5mm, όταν απαιτείται μεγάλη λεπτότητα προϊόντος. Η διάταξη συμπληρώνεται με στατικούς διαχωριστές και αεροδιαχωριστές, για ταξινόμηση και έλεγχο του μεγέθους του προϊόντος και με σακκόφιλτρα ή ηλεκτροστατικούς διαχωριστές, για τον περιορισμό των στερεών εκπομπών (λεπτομερών τεμαχιδίων) στην ατμόσφαιρα

34 Στο μύλο διοχετεύεται ρεύμα αέρα που απάγει την υγρασία για αποφυγή της συσσωμάτωσης και της πρώιμης ενυδάτωσης του λεπτομερούς υλικού (τσιμέντο). Με στόχο τη μείωση του κόστους άλεσης, την αύξηση της δυναμικότητας και τον καλύτερο έλεγχο του προϊόντος από πλευράς κατανομής μεγεθών τεμαχίων, χρησιμοποιούνται σήμερα, συνδυασμοί διαφορετικών μηχανημάτων ελάττωσης μεγέθους και άλεσης του κλίνκερ για παραγωγή τσιμέντου. Τα εναλλακτικά μηχανήματα που χρησιμοποιούνται είναι κυλινδρόπρεσσες για την αρχική ελάττωση μεγέθους σε συνδυασμό με σφαιρόμυλους για την τελική άλεση ή αποκλειστικά κατακόρυφοι μύλοι άλεσης (Verti al roller mills). Στη διάταξη προκαταρκτικής άλεσης (pregrinding) του κλίνκερ με κυλινδρόπρεσσα (Roller press), η αρχική τροφοδοσία (κλίνκερ και πρόσθετα) υφίστανται χονδρομερή άλεση στην κυλινδρόπρεσσα και η τελική άλεση προς παραγωγή τσιμέντου γίνεται σε συμβατικό κλειστό κύκλωμα σφαιρόμυλου-ταξινομητή. Στη διάταξη ημιτελικής άλεσης (semi-finish grinding), η κυλινδρόπρεσσα λειτουργεί σε κλειστό κύκλωμα με σύστημα ταξινόμησης και «αποσυσσωμάτωσης» τεμαχιδίων. Τα χονδρομερή τεμαχίδια από το διαχωρισμό οδηγούνται για τελική άλεση, στην επιθυμητή λεπτότητα, σε σφαιρόμυλο μονού διαμερίσματος, ο οποίος τελικώς λειτουργεί σε κλειστό κύκλωμα με διαχωριστή μεγάλης απόδοσης δύο σταδίων. Σχήμα 1-8: Συμβατική διάταξη άλεσης κλίνκερ για παραγωγή τσιμέντου

35 Σχήμα 1-9: Σφαιρόμυλος άλεσης κλίνκερ για παραγωγή τσιμέντου. Στη διάταξη ημιτελικής άλεσης (semi-finish grinding), η κυλινδρόπρεσσα λειτουργεί σε κλειστό κύκλωμα με σύστημα ταξινόμησης και «αποσυσσωμάτωσης» τεμαχιδίων. Τα χονδρομερή τεμαχίδια από το διαχωρισμό οδηγούνται για τελική άλεση, στην επιθυμητή λεπτότητα, σε σφαιρόμυλο μονού διαμερίσματος, ο οποίος τελικώς λειτουργεί σε κλειστό κύκλωμα με διαχωριστή μεγάλης απόδοσης δύο σταδίων. Σχήμα 1-10: Διάταξη προκαταρκτικής άλεσης (pregrinding) του κλίνκερ με κυλινδρόπρεσσα (Roller press) και τελική άλεση σε σφαιρόμυλο (κατά FLSmidth)

36 Μια εναλλακτική μεθοδολογία που αποτελεί μια σύγχρονη μέθοδο άλεσης, η οποία εφαρμόζεται σε πολλές τσιμεντοβιομηχανίες σήμερα, είναι οι κατακόρυφοι μύλοι άλεσης. Στην περίπτωση αυτή, το ολοκληρωμένο κύκλωμα άλεσης, μαζί με το σύστημα αποκονίωσης για την παραλαβή τελικού προϊόντος (αλεσμένη φαρίνα, τσιμέντο ή αλεσμένη σκωρία υψικαμίνων), δίνεται στο Σχήμα Συσχέτιση της αλεστικότητας του κλίνκερ με τις φυσικομηχανικές ιδιότητές του. Η συμπεριφορά του κλίνκερ κατά την άλεση εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τη χημική, την ορυκτολογική, την κοκκομετρική ανάλυση (λεπτότητα) των συστατικών της φαρίνας (τροφοδοσία), την ποιότητα ομογενοποίησης των πρώτων υλών, τις συνθήκες πυροσυσσωμάτωσης (χρόνος παραμονής, θερμοκρασία) εντός της καμίνου και από την ταχύτητα ψύξης του κλίνκερ. Προφανώς όλα τα παραπάνω επιδρούν σημαντικά, τόσο στη συμπεριφορά του κλίνκερ κατά την άλεση, αλλά και στη συμπεριφορά του τσιμέντου κατά την ενυδάτωσή του. Είναι γνωστό ότι λεπτότερο τσιμέντο ενυδατώνεται πολύ γρήγορα, εκλύει μεγάλη ποσότητα θερμότητας και επιδρά σημαντικά στην πρώιμη ανάπτυξη αντοχών. Σχήμα 1-11: Διάταξη ημιτελικής άλεσης (semi-finish grinding) του κλίνκερ με κυλινδρόπρεσσα (Roller press) και τελική άλεση σε σφαιρόμυλο (κατά FLSmidth)

37 Σχήμα 1-12: Κατακόρυφος μύλος (κατά FLSmidth). Επίσης, μεγάλα ποσοστά ελεύθερης ασβέστου αλλά και περίκλαστου, κατά την ενυδάτωση μετατρέπονται σε υδροξείδια [Ca(OH) 2 ] και g(oh) 2 (μπρουσίτης, ru ite). Αυτά ευθύνονται για τις καταστροφικές για το σκυρόδεμα διογκώσεις και διαρρήξεις μετά την πήξη του, δηλαδή προκαλούν προβλήματα σταθερότητας όγκου. Οι κρύσταλλοι του αλίτη (C 3 S) συνήθως είναι γωνιώδεις και συμπεριφέρονται ψαθυρά. Επίσης, λόγω των μικρορωγματώσεων ( ra ks) που περιέχουν ως αποτέλεσμα της ταχείας ψύξης του κλίνκερ, λειοτριβούνται (αλέθονται) σχετικώς εύκολα. Οι κρύσταλλοι του βελίτη (C 2 S) είναι αποστρογγυλεμένοι, συμπεριφέρονται πλαστικά και παραμορφώνονται σημαντικά πριν από τη θραύση τους. Άρα είναι πιο ανθεκτικοί στη θραύση. Τα παραπάνω δίνουν ενδείξεις για την κατανάλωση ενέργειας κατά την άλεση του κλίνκερ όπως και για την αναμενόμενη κοκκομετρική ανάλυση του τσιμέντου που θα παραχθεί. Όλα αυτά σε σχέση με την ποσοστιαία αναλογία των δύο φάσεων αλίτη-βελίτη, όπως επίσης και με το μέγεθος των κρυστάλλων των φάσεων αυτών στο κλίνκερ που σχετίζεται με το ρυθμό ψύξης

38 Σχήμα 1-13: Διάταξη άλεσης κλίνκερ με κατακόρυφο μύλο (κατά FLSmidth). Καύσιμα που χρησιμοποιούνται στις διατάξεις των περιστροφικών καμίνων. Τα ορυκτά καύσιμα που χρησιμοποιούνται στις διατάξεις των περιστροφικών καμίνων είναι τριών ειδών: Αέρια, υγρά, στερεά και εναλλακτικά ή συνδυασμός τουλάχιστον δύο ειδών από τα παραπάνω. Τα αέρια καύσιμα, κυρίως φυσικό αέριο (περίπου 95%CH 4 ), επειδή είναι το φθηνότερο από τα υπόλοιπα αέρια και έχει μεγάλη θερμογόνο δύναμη, λόγω και του περιεχόμενου υδρογόνου. Χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο στην τσιμεντοβιομηχανία και παρουσιάζει ουσιαστικά πλεονεκτήματα έναντι των άλλων ορυκτών καυσίμων. Αυτά είναι τα εξής: Δεν χρειάζεται καμιά προετοιμασία ξήρανση, λειοτρίβηση ή προθέρμανση, όπως τα στερεά ή τα υγρά, αντιστοίχως. Η καύση λαμβάνει χώρα μόλις αναμειχθεί με την κατάλληλη ποσότητα αέρα και η θερμοκρασία έναυσης φθάσει στην επιθυμητή τιμή της. Η ατμόσφαιρα στη ζώνη καύσης είναι «διαυγής» σε σχέση με αυτή που εμφανίζεται στις περιπτώσεις καύσης πετρελαίου ή άνθρακα. Χρησιμοποιούνται απλά συστήματα καύσης χωρίς ουσιαστική ανάγκη συντήρησης. Παρουσιάζουν περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα, λόγω χαμηλών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και άλλων εκπομπών. Επιπλέον, πλεονέκτημα της έναυσης του φυσικού αερίου θεωρείται η μη αναγκαιότητα σημαντικής ποσότητας αρχικού αέρα, ώστε η δευτερογενής παροχή θερμού αέρα χρησιμοποιείται αποκλειστικά στην καύση μέσα στην κάμινο. Επειδή η θερμοκρασία, που επικρατεί στη ζώνη έναυσης της καμίνου, είναι υψηλότερη στην περίπτωση χρήσης φυσικού αερίου, σε σχέση με τα άλλα καύσιμα, απαιτείται

39 κατάλληλη προσαρμογή του καυστήρα και της θέσης του στην έξοδο της καμίνου σε περίπτωση αλλαγής τύπου καυσίμου. Τα υγρά καύσιμα που χρησιμοποιούνται στην τσιμεντοβιομηχανία είναι, για λόγους χαμηλού κόστους, αποκλειστικά βαρέα κλάσματα της απόσταξης αργού πετρελαίου, τα οποία εμφανίζουν μεγάλο ιξώδες (είναι παχύρρευστα) και απαιτούν ιδιαίτερη προετοιμασία (προθέρμανση για να μειωθεί το ιξώδες τους) και προσοχή για την ικανοποιητική τους «εκνέφωση», ώστε να προκληθεί ή έναυσή τους. Ουσιαστικής σημασίας παράγοντας για την καλή λειτουργία της καμίνου είναι η πρόκληση καλής εκνέφωσης (μικρό μέγεθος σταγονιδίων) των υγρών καυσίμων. Για να προκληθεί εκνέφωση, απαιτείται επαρκής συμπίεση και κατάλληλο ακροφύσιο. Η ατελής εκνέφωση (μεγάλο μέγεθος σταγονιδίων καυσίμου) έχει ως αποτέλεσμα ατελή καύση και δημιουργεί επικάθιση μέρους του «μη καμένου» πετρελαίου στα τοιχώματα της περιστροφικής καμίνου και ανεπιθύμητη ανάμειξη με την κατεργαζόμενη τροφοδοσία. Ως στερεά καύσιμα θεωρούνται όλα τα είδη των ορυκτών ανθράκων, ξύλα και επίσης άχρηστα ελαστικά αυτοκινήτων, στερεά οργανικά απόβλητα, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην τσιμεντοβιομηχανία για την παραγωγή ενέργειας (θερμότητα). Οι ορυκτοί άνθρακες κατατάσσονται σε τρεις κύριες κατηγορίες: 1. Ανθρακίτες: γεωλογικά παλαιότεροι άνθρακες με σημαντικό ποσοστό άνθρακα, μικρό ποσοστό πτητικών και πρακτικά χωρίς υγρασία. 2. Βιτουμενιούχους άνθρακες: άνθρακες ενδιάμεσης θερμογόνου δύναμης 3. Λιγνίτες: γεωλογικά νεότεροι άνθρακες, με χαμηλό ποσοστό μόνιμου άνθρακα, σημαντικό ποσοστό πτητικών, υγρασίας και τέφρας μετά την καύση. Η χημική σύσταση των ανθράκων έχει σημαντική επίδραση στην καύση τους και οι ιδιότητές τους διακρίνονται στις φυσικές και τις χημικές. Οι φυσικές ιδιότητες των ανθράκων περιλαμβάνουν τη θερμογόνο δύναμή τους, το ποσοστό υγρασίας, την περιεκτικότητά τους σε πτητικά και την περιεκτικότητά τους σε τέφρα. Οι χημικές ιδιότητες αναφέρονται στην περιεκτικότητά τους σε άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και θείο (στοιχειακή ανάλυση). Το ποσοστό υγρασίας των ανθράκων κυμαίνεται από % περίπου και θεωρείται ως «μειονέκτημα» των ανθράκων, επειδή αντικαθιστά μέρος της καύσιμης ύλης και μειώνει τη θερμογόνο δύναμή τους. Τα πτητικά συστατικά των ανθράκων είναι εύφλεκτα αέρια (μεθάνιο, υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα) και μη εύφλεκτα αέρια όπως διοξείδιο του άνθρακα και οξείδια

40 αζώτου. Είναι φανερό ότι μεγάλη περιεκτικότητα σε πτητικά συμβάλει στην εύκολη ανάφλεξη των ανθράκων. Εναλλακτικά καύσιμα (alternative fuels) 17 Τα τελευταία χρόνια, για προφανείς περιβαλλοντικούς (ανεξέλεγκτη απόθεση απορριμμάτων, εξοικονόμηση ορυκτών καυσίμων, μείωση εκπομπών CO 2 κλπ.) αλλά και οικονομικούς λόγους, γίνεται ευρεία χρήση εναλλακτικών (μη συμβατικών) καυσίμων στην τσιμεντοβιομηχανία για την παραγωγή μέρους της απαιτούμενης ποσότητας θερμότητας. Τα καύσιμα αυτά παρουσιάζουν πολλές φορές υπέρτερες ιδιότητες έναντι των συμβατικών καυσίμων όσον αφορά στη θερμογόνο δύναμή τους. Το είδος των καυσίμων που χρησιμοποιούνται στην τσιμεντοβιομηχανία κατανέμονται ποσοστιαία κατ είδος, σύμφωνα με την ευρωπαϊκή ένωση τσιμεντοβιομηχανιών (CEMBUREAU), όπως στον Πίνακα 1-6. Πίνακας 1-6: Το είδος των καυσίμων που χρησιμοποιούνται στην τσιμεντοβιομηχανία. Είδος καυσίμου Ποσοστό (%) Petcoke 50,5 Άνθρακες, λιγνίτες και άλλα είδη στερεών καυσίμων 24 Πετρέλαιο και βαρέα κλάσματα 5 Λιγνίτες και άλλα είδη στερεών καυσίμων 5,5 Φυσικό αέριο 1,0 Εναλλακτικά καύσιμα Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Σχολή Μηχανικών Μεταλλειων-Μεταλλουργων Τομεας Μεταλλουργιας Και Τεχνολογιας Υλικων Εργαστηριο Εμπλουτισμου Μεταλλευματων, Αθήνα, Μάϊος 2010, σελ

41 Η τέφρα της καύσης Ενσωμάτωση στο κλίνκερ - Επίδραση στην αναλογία των πρώτων υλών παραγωγής κλίνκερ. 18 Η τέφρα αποτελεί την ανόργανη ύλη των ανθράκων (καύσιμα), η οποία κυμαίνεται μεταξύ 5-40% στους άνθρακες και αποτελεί το κατάλοιπο της καύσης. Η περιεκτικότητα του καυσίμου σε ανόργανες ύλες άρα και του προϊόντος της καύσης σε τέφρα επηρεάζει την απόδοση της καύσης. Επίσης, έχει επίδραση στο προϊόν της διεργασίας πυροσυσσωμάτωσης (κλίνκερ), επειδή, λόγω της χημικής συγγένειάς της με τα οξείδια της φαρίνας, ενσωματώνεται σε κάποιο ποσοστό (περίπου 70-80%) στις παραγόμενες φάσεις του κλίνκερ μεταβάλλοντας την αναλογία των διαφόρων οξειδίων στο κλίνκερ, οπότε επηρεάζει τις τιμές των δεικτών στόχων (LSF, SR) και ως εκ τούτου πρέπει να λαμβάνεται πάντοτε υπόψη. Επίσης, έχει σημαντική επίδραση στον εξοπλισμό ελέγχου της αέριας ρύπανσης και απαιτεί ειδικό εξοπλισμό διαχείρισης των στερεών καταλοίπων της διεργασίας αλλά και του SO 2, που παράγεται λόγω του περιεχόμενου θείου του καυσίμου. Ενυδάτωση του τσιμέντου. Ενυδάτωση ονομάζεται η χημική ένωση του τσιμέντου με το νερό. Όταν προστεθεί το νερό στο τσιμέντο αρχίζουν οι αντιδράσεις της ενυδάτωσης, της οποίας αποτέλεσμα είναι η πήξη και σκλήρυνση του σκυροδέματος με ταυτόχρονη έκλυση θερμότητας. Έτσι δημιουργούνται ένα σύνολο χημικών ενώσεων, οι οποίες αποτελούν έναν εύπλαστο γκριζοπράσινο πολτό, την τσιμεντοκονία. Με την πάροδο του χρόνου, ο πολτός αρχίζει να αποκτά στερεότητα και συνεκτικότητα με αποτέλεσμα να μετατρέπεται σε τσιμεντολίθωμα. Η πήξη αυτή συντελείται όχι λόγω αποξήρανσης του νερού, όπως συμβαίνει με τον πηλό ή τον άργιλο, αλλά λόγω χημικών αντιδράσεων κατά τις οποίες τα μόρια του τσιμέντου ενώνονται με τα μόρια του νερού. Το γεγονός αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την κρυστάλλωση και τον σχηματισμό ενός σώματος αδιάλυτου στο νερό. Η πήξη διαρκεί ορισμένο χρονικό διάστημα και κατά τη διάρκειά του, το τσιμέντο σκληρύνεται. 18 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλειων-Μεταλλουργων Τομεας Μεταλλουργιας Και Τεχνολογιας Υλικων Εργαστηριο Εμπλουτισμου Μεταλλευματων, Αθήνα, Μάϊος 2010, σελ

42 Η ενυδάτωση αρχίζει με την ανάμιξη του τσιμέντου με το νερό και τελειώνει όταν το ενυδατωμένο τσιμέντο αποκτήσει την τελική αντοχή του και περιλαμβάνει τα στάδια της πήξης και της σκλήρυνσης. Αυτή η χημική ένωση, αργεί να ολοκληρωθεί και διαρκεί μεγάλο χρονικό διάστημα. Κατά τη διάρκεια της, οι τριχοειδής πόροι και οι πόροι του πήγματος είναι γεμάτοι με νερό. Όταν αυτοί δεν περιέχουν νερό, η ενυδάτωση διακόπτεται. Συνεπώς απαιτείται συνεχής διαβροχή καθώς η σκλήρυνση του τσιμεντοπολτού πρέπει να γίνεται σε υγρό περιβάλλον. Ο λόγος της μάζας του νερού W, προς τη μάζα του τσιμέντου Ζ, ονομάζεται συντελεστής νερού-τσιμέντου ω, και δίνεται από τη σχέση ω= W/Ζ. Ο συντελεστής αυτός επηρεάζει την ενυδάτωση του τσιμέντου. Για να είναι το τσιμέντο κατάλληλο για χρήση, πρέπει η πήξη του τσιμεντοπολτού να αρχίζει μια ώρα περίπου, μετά τη διαβροχή του τσιμέντου με νερό. Αυτό το χρονικό περιθώριο τέθηκε από τον Κανονισμό έτσι ώστε, υπάρχει διαθέσιμος χρόνος, για την τέλεση απαραίτητων εργασιών στο εργοτάξιο, όπως η μεταφορά, η διάστρωση και η συμπύκνωση του σκυροδέματος, πριν από την έναρξη πήξης. Φαινόμενα που συνοδεύουν την ενυδάτωση 19 Α. Συστολή ενυδατώσεως Η τσιμεντοκονία όταν πήζει και σκληραίνει, στον αέρα συστέλλεται. Δηλαδή ο όγκος της μικραίνει. Η συστολή αυτή δεν οφείλεται σε εξωτερικά αίτια, αλλά αποκλειστικά και μόνο στις χημικές αντιδράσεις που συντελούνται μεταξύ του τσιμέντου και του νερού. Η ελάττωση του όγκου των προϊόντων της αντίδρασης ισούται περίπου με το 25% του αρχικού όγκου του νερού. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην είσοδο νερού στο κρυσταλλικό πλέγμα και η χρονική εξέλιξη του δίνεται στο παρακάτω σχήμα για διάφορες τιμές του συντελεστή νερού-τσιμέντου ω. Με τον όρο συστολή κατά την πήξη ή συστολή του νωπού σκυροδέματος, χαρακτηρίζεται η συνολική συστολή που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της πήξης του σκυροδέματος. Η συστολή αυτή αποτελείται από τη συστολή ενυδατώσεως και τη συστολή που οφείλεται στην εξάτμιση του ελεύθερου νερού

43 Διάγραμμα 1-1: Συστολή όγκου κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου σε συνάρτηση με το χρόνο για τις διάφορες τιμές του συντελεστή ω. Β. Θερμότητα ενυδατώσεως Η χημική αντίδραση κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου συνοδεύεται από έκλυση θερμότητας, η οποία ονομάζεται θερμότητα ενυδάτωσης. Η θερμότητα αυτή εξαρτάται από τα ποσοστά των υλικών του κλίνκερ και είναι διαφορετική για τα διάφορα είδη του τσιμέντου. Στα τσιμέντα με χαμηλή έκλυση θερμότητας, η σκλήρυνση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό, αλλά η τελική σκλήρυνση τους είναι καλύτερη. Η θερμότητα ενυδατώσεως γίνεται αντιληπτή όταν πρόκειται για ογκώδες έργο, από τη μάζα του οποίου δεν μπορεί εύκολα να διαφύγει στην ατμόσφαιρα. Η θερμότητα αυτή μπορεί να είναι θετική υπό άλλες συνθήκες, όπως στην περίπτωση σκυροδέτησης υπό χαμηλές θερμοκρασίες, οπότε προστατεύει από τον παγετό το νωπό ακόμη σκυρόδεμά. Οι αντιδράσεις ενυδάτωσης 20 Στα «κοινά» τσιμέντα, οι ενώσεις (φάσεις) του κλίνκερ τσιμέντου είναι κατά προσέγγιση: 20 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλειων-Μεταλλουργων Τομεας Μεταλλουργιας Και Τεχνολογιας Υλικων Εργαστηριο Εμπλουτισμου Μεταλλευματων, Αθήνα, Μάϊος 2010, σελ

44 Πίνακας 1-7: Ενώσεις/φάσεις του κλίνκερ (προσεγγιστικά). Σύντμηση Ποσοστό (περίπου), % Πυριτικό τριασβέστιο 3 CaO SiO 2 C 3 S 50 Πυριτικό διασβέστιο 2 CaO SiO 2 C 2 S 25 Αργιλικό τριασβέστιο 3 CaO Al 2 O 3 C 3 A 10 Αργιλοσιδηρούχο τετρασβέστιο 4 CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 C 4 AF 10 Γύψος CaSO 4 5 Είναι γνωστό ότι μόνο οι ασβεστοπυριτικές ενώσεις (C 3 S, C 2 S) ευθύνονται, δηλαδή συμμετέχουν στην αύξηση αντοχής (πρώιμης και σε βάθος χρόνου) του σκυροδέματος. Οι φάσεις C 3 Α και C 4 AF ενυδατώνονται, αλλά δεν συμβάλλουν σημαντικά στην αντοχή του σκυροδέματος. Οι ταχύτητες ενυδάτωσης των ενώσεων (φάσεων) του τσιμέντου κατατάσσονται ως εξής: C 3 A > 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 θειικές φάσεις (π.χ. γύψος), μετά την προσθήκη νερού, διίστανται και αντιδρούν πολύ γρήγορα μεταξύ τους και με μεγάλη έκλυση θερμότητας. Έτσι σχηματίζουν ενώσεις τύπου γέλης (gel), που είναι οι πρόδρομες ενώσεις σχηματισμού στερεής φάσης βελονοειδούς μορφής (εττρινγκίτης). Οι ενώσεις αυτής της μορφής παρεμποδίζουν την πρόσβαση του νερού στις αργιλικές φάσεις, οπότε οι αντιδράσεις σχηματισμού τους επιβραδύνονται και η έκλυση θερμότητας μειώνεται, λόγω και του μικρού % ποσοστού της αργιλικής φάσης στο τσιμέντο. Οι θειικές ενώσεις προστίθενται στο τσιμέντο με στόχο τον έλεγχο της ταχύτητας ενυδάτωσης των αργιλικών φάσεων. Όταν η περιεκτικότητα σε θειικές ενώσεις στο τσιμέντο είναι χαμηλή, αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ταχεία (σχεδόν ακαριαία) πήξη (flash set) της τσιμεντοκονίας, ενώ μεγάλη περιεκτικότητά τους προκαλεί την παραγωγή ιζήματος ή κακή πήξη (false set), η οποία διορθώνεται με επιπλέον αναμόχλευση του μείγματος. Οι ενώσεις τύπου γέλης μετατρέπονται σε εττρινγκίτη (στερεή φάση βελονοειδούς μορφής) και συμβάλλουν ελάχιστα στην πρώιμη αντοχή. Κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων ενυδάτωσης των αργιλικών φάσεων και τη δημιουργία των ενώσεων γέλης, λόγω και της σχετικώς μικρής διάρκειας του φαινόμενου (2-4 ώρες περίοδος ωρίμανσης), το σκυρόδεμα έχει χαμηλή θερμοκρασία, είναι πλαστικό και έχει χαμηλό ιξώδες (είναι ακόμη εργάσιμο)

45 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 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, σύμφωνα με τις παρακάτω αντιδράσεις ενυδάτωσης των πυριτικών φάσεων (C 3 S, C 2 S): 2C 3 S+7H 2 O Ένυδρο πυριτικό ασβέστιο + Υδροξείδιο του ασβεστίου + (θερμότητα) Δηλ. 2[3CaO SiO 2 ]+ 7H 2 O 3CaO 2SiO 2 4H 2 O + 3Ca(OH) KJ και 2[2CaO SiO 2 ]+ 5H 2 O 3CaO 2SiO 2 4H 2 O + Ca(OH) KJ για το C 2 S. 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. 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 (initial set). Όσο συνεχίζεται η συνένωση αυτών των φάσεων, το σκυρόδεμα αποκτά σημαντική αντοχή ώστε κάποια χρονική στιγμή γίνεται «βατό». Αυτό χαρακτηρίζεται ως σημείο τελικής πήξης (final set)

46 Σχήμα 1-14: Σχηματική αναπαράσταση του πορώδους της τσιμεντόπαστας κατά την ενυδάτωση κόκκων του τσιμέντου. Τα παραπάνω σχήματα (a, b, c, d) δείχνουν το σχηματισμό πόρων κατά το σχηματισμό του ένυδρου πυριτικού ασβεστίου. Στο τμήμα (a) του σχήματος δεν έχει αρχίσει ακόμη η ενυδάτωση και τα διάκενα μεταξύ των τεμαχίων του τσιμέντου απλώς γεμίζουν με νερό. Το τμήμα ( ) απεικονίζει την έναρξη της ενυδάτωσης. Στο τμήμα ( ) συνεχίζεται η ενυδάτωση, ενώ στο (d) απεικονίζεται η μη πλήρως σκληρυμένη τσιμεντόπαστα. Παρατηρείται δε 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. Τελικώς, η παραπάνω διεργασία αποτελείται από τα εξής απλοποιημένα στάδια: 1. Υδρόλυση του C 3 S και παραγωγή ιόντων Ca + και (OH) - 2. Κρυστάλλωση των ελεύθερων ιόντων Ca + και (OH) - σε Ca(OH) 2 3. 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. Το C 3 S ευθύνεται για την αύξηση της αντοχής του σκυροδέματος τις πρώτες 7 ημέρες μετά τη διάστρωσή του, ενώ το C 2 S αντιδρά με βραδύτερους ρυθμούς και αυξάνει την αντοχή του σκυροδέματος στα μετέπειτα στάδια

47 Διάγραμμα 1-2: Ρυθμός έκλυσης θερμότητας κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου Portland. Στο Διάγραμμα 1-2 φαίνονται τα στάδια ενυδάτωσης του τσιμέντου, η κατά προσέγγιση χρονική διάρκειά τους και επίσης ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας. Στο στάδιο 1 φαίνεται η μικρή χρονική διάρκεια του σταδίου της υδρόλυσης της φάσης C 3 A του τσιμέντου [απελευθέρωση ιόντων Ca + και (OH) - ], που συνοδεύεται από υψηλό ρυθμό έκλυσης θερμότητας και αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος κατά πολλούς βαθμούς. Το στάδιο 2 είναι γνωστό ως στάδιο ωρίμανσης (dorman y period), έχει χρονική διάρκεια 2 4 ώρες και είναι το χρονικό διάστημα κατά το οποίο το σκυρόδεμα διατηρεί πλαστικές ιδιότητες δηλαδή μπορεί να μεταφερθεί στον τόπο του έργου και να διαστρωθεί, πριν αρχίσει να πήζει και να σκληρύνεται. Μετά το στάδιο 2 αρχίζει η κύρια αντίδραση της ενυδάτωσης των πυριτικών φάσεων, δηλαδή η σταδιακή πήξη και σκλήρυνση του σκυροδέματος με παράλληλη έκλυση σημαντικής ποσότητας θερμότητας από την ενυδάτωση κατ αρχή του C 3 S. Οι φάσεις αυτές αναφέρονται στα στάδια 3 και 4. Το στάδιο 5 αρχίζει πρακτικά μετά την πάροδο 36 ωρών και κατά τη διάρκειά του συνεχίζεται ο αργός σχηματισμός ένυδρων πυριτικών ενώσεων, εφόσον βέβαια συνεχίζουν να υπάρχουν μη ενυδατωμένες πυριτικές ενώσεις παρουσία νερού και να μην υπάρχει πρόσβαση νερού σε αυτές

48 Πίνακας 1-8: Θερμότητα εκλυόμενη κατά την ενυδάτωση των ενώσεων του τσιμέντου. Συστατικό Θερμότητα ενυδάτωσης (kj/kg) Αρχικά στάδια Κατά Taylor (πλήρης) C 3 S 243 (3 ημερών) 517 (1 έτος) C 2 S 105 (ελάχιστη 28 ημερών) 262 (>1 έτος) C 3 A 867 (3 ημερών) 1144 (>1 έτος) C 4 AF 289 (3 ημερών) 418 Στο Σχήμα 1-15 φαίνεται η επίδραση της ποσότητας του χρησιμοποιούμενου νερού στην ενυδάτωση του τσιμέντου, στις ιδιότητες της τσιμεντόπαστας και κατ επέκταση στις ιδιότητες του σκυροδέματος που θα παραχθεί (λόγος ω= W/C, Νερό: Τσιμέντο). Σχήμα 1-15: Επίδραση της ποσότητας του νερού (λόγος ω= W/C) στην ενυδάτωση του τσιμέντου και στις ιδιότητες της τσιμεντόπαστας και κατ επέκταση και του σκυροδέματος. Προστιθέμενα και συναλεθόμενα υλικά με τις εκβολάδες του τσιμέντου (πρόσμεικτα ή δευτερεύοντα συστατικά του τσιμέντου). 21 Κατά την κονιοποίηση των εκβολάδων προστίθενται και άλλα υλικά, τα οποία βελτιώνουν κάποιες ιδιότητες του τσιμέντου. Τα υλικά αυτά είναι γύψος, φίλλερ και ποζολάνες (φυσικές ή τεχνητές)

49 Α. Γύψος Η γύψος παράγεται από μερική ή ολική αφυδάτωση της φυσικής γύψου, έπειτα από κατάλληλη όπτηση. Ο λόγος που προστίθεται η γύψος είναι για να ρυθμιστεί (επιβραδυνθεί) η ταχύτητα πήξεως. Το τσιμέντο που προκύπτει από την άλεση αμιγών εκβολάδων, πήζει ταχύτατα μετά την ανάμειξή του. Η γύψος σαν υλικό είναι ταχύπηκτη, προστιθέμενη όμως σε ποσοστό 2 έως 3% επιβραδύνει την πήξη. Πάνω από 3% δρα επιταχυντικά. Β. Φίλλερ Παιπάλη ή φίλλερ χαρακτηρίζεται το λεπτόκοκκο υλικό με μέγεθος κόκκου μικρότερο από 0,25mm. H παιπάλη μπορεί να είναι άργιλος ή σκόνη αργίλου. Βρίσκεται είτε προσκολλημένη στους κόκκους του υλικού εμποδίζοντας την πρόσφυση των αδρανών με το κονίαμα, είτε σχηματίζοντας συσσωματώματα ή ακόμη διασκορπισμένη ομοιόμορφα μέσα στη μάζα του αδρανούς. Έτσι, δημιουργεί αδύνατα σημεία στη μάζα του τσιμέντου. Η παιπάλη έχει γενικά την ιδιότητα να αυξάνει την αναγκαία ποσότητα του νερού στο τσιμέντο και να ελαττώνει αντίστοιχα την αντοχή του. Παράλληλα συντελεί στην αύξηση της πλαστικότητας του μείγματος αδρανών-κονιάματος. Για τον παραπάνω λόγο, σύμφωνα με τον Κ. Τ. Σ. για τα αδρανή που χρησιμοποιούνται στο σκυρόδεμα, το μέγιστο επιτρεπόμενο ποσοστό παιπάλης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 16% για την άμμο. Ειδικότερα για τα άοπλα σκυροδέματα το ποσοστό παιπάλης μπορεί να φτάσει το 20%. Η παιπάλη της φυσικής άμμου δεν πρέπει να υπερβαίνει το 5%. Γ. Ποζολάνες Γ.1) Φυσικές ποζολάνες. Οι Φυσικές ποζολάνες είναι κονίες, οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των υδραυλικών κονιών και προέρχονται από τη δράση των ηφαιστείων. Είναι υλικά πυριτικής ή αργιλοπυριτικής σύστασης. Κατά τη δράση των ηφαιστείων, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που δημιουργούνται, τα οξείδια αυτά υφίστανται φυσική όπτηση και μετατρέπονται σε δραστικές κονίες. Οι ποζολάνες εκδηλώνουν υδραυλικές ιδιότητες, δηλαδή αν αναμιχθούν με υδράσβεστο Ca(OH) 2 ή μπορούν να σκληραίνουν και μέσα στο νερό. Τα μείγματα που προκύπτουν έχουν μεγαλύτερη αντοχή και στεγανότητα. Για να μπορεί μια ποζολάνη να χρησιμοποιηθεί σαν πρόσμικτο στα τσιμέντα, θα πρέπει να ικανοποιεί τη δοκιμή δραστικότητας, δηλαδή να εμφανίζει συμβατική αντοχή τουλάχιστον 5Μpa. Οι φυσικές ποζολάνες βρίσκονται αυτούσιες στο περιβάλλον και είναι κυρίως ηφαιστειογενείς, όπως η ελληνική θηραϊκή γη, η ιταλική pozzolana, η οποία έδωσε το

50 όνομα της σ αυτή την κατηγορία των κονιών. Στην Ελλάδα εξορύσσονται ποζολάνες στα νησιά Θήρα, Μήλο, Γιαλί, Νίσυρο και στην Σκύδρα. Γ.2) Τεχνητές ποζολάνες Οι τεχνητές ποζολάνες παρασκευάζονται από αργίλους και σχιστόλιθους με θερμική κατεργασία, δηλαδή πύρωση σε θερμοκρασίες μεταξύ 770 με C. Τεχνητές ποζολάνες είναι επίσης και οι σκουριές από υψικαμίνους, όπως και η ιπτάμενη τέφρα, η οποία είναι η σκόνη που παράγεται από την καύση λιθανθράκων και λιγνιτών σε εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Όλες οι ποζολανικές κονίες θεωρούνται ως κονίες υδραυλικής ασβέστου. Η σπουδαιότερη τεχνητή ποζολάνη που παράγεται και χρησιμοποιείται στην Ελλάδα είναι η ιπτάμενη τέφρα. Ιδιότητες των τσιμέντων 22 Οι βασικές ιδιότητες των τσιμέντων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά τους στις διάφορες χρήσεις (όπως παρασκευή σκυροδέματος, κονιαμάτων...), όπως επίσης και τα διάφορα πρότυπα που έχουν καθιερωθεί και εφαρμόζονται για τον έλεγχό τους, περιγράφονται παρακάτω. Α. Κοκκομετρία ή λεπτότητα (Fineness) Η λεπτότητα του τσιμέντου επιδρά στη θερμότητα που απελευθερώνεται όπως επίσης και στο ρυθμό (ταχύτητα) ενυδάτωσης. Σήμερα η λεπτότητα του τσιμέντου εκφράζεται από την κοκκομετρική του ανάλυση (Σχήματα 1-18 και 1-19) 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 τεμαχιδίων που περιέχονται σε μάζα 1kg ή 1g τσιμέντου. Είναι προφανές ότι, όσο μεγαλύτερη είναι η λεπτότητα του τσιμέντου τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της ενέργειας που έχει καταναλωθεί για την παραγωγή του (μεγαλύτερη διάρκεια άλεσης του κλίνκερ, άρα και κατανάλωση ενέργειας στο μύλο). 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: 22 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ

51 α) Wagner tur idimeter 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. Διάγραμμα 1-3: Κοκκομετρική σύσταση τσιμέντων του Ευρωπαϊκού προτύπου. Διάγραμμα 1-4: Καμπύλες κοκκομετρικών αναλύσεων τσιμέντου ως συνάρτηση της λεπτότητας και αντιστοιχία τους σε μονάδες Blaine (cm 2 /g)

52 Β. Υγεία (Soundness) Είναι η ικανότητα της σκληρυμένης τσιμεντόπαστας να διατηρεί τον όγκο της μετά την πήξη. Ένα τσιμέντο χαρακτηρίζεται ως μη «υγιές» εάν, μετά την πάροδο κάποιου χρόνου από τη χρήση του, εμφανίσει καταστροφική για το σκυρόδεμα διόγκωση (expansion) που προκαλεί διάρρηξη της κατασκευής. Η διόγκωση οφείλεται στην παρουσία περίσσειας οξειδίων του ασβεστίου και μαγνησίου (ελεύθερη άσβεστος, CaO και μαγνησία, go) που κατά την ενυδάτωση δημιουργούν υδροξείδια με παράλληλη αύξηση του όγκου της τσιμεντοκονίας. Η «υγεία» ελέγχεται με: α) Επιταχυνόμενη δοκιμή κατά Le-Chatelier (BS 4550 : Part 3) β) Δοκιμή διόγκωσης σε αυτόκλειστο (ASTM C 151) Γ. Συνεκτικότητα ή Συνάφεια (Consistency) Περιγράφει την ιδιότητα της τσιμεντοκονίας να ρέει. Προσδιορίζεται με τη συσκευή Vi at και δίνει το ποσοστό % του προστιθέμενου νερού για την παρασκευή τσιμεντόπαστας (τσιμεντοκονίας), η οποία επιτρέπει τη βύθιση του εμβόλου της συσκευής κατά 10mm±1mm. Δ. Setting time (Χρόνος πήξης) Το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ της έναρξης ανάμιξης του τσιμέντου με το νερό και της σκλήρυνσης της τσιμεντόπαστας (χρόνος «απώλειας» της πλαστικότητάς της) καλείται χρονικό διάστημα πήξης (setting time period). Ανάλογα με τον τύπο του χρησιμοποιούμενου τσιμέντου και με τις ιδιότητές του, το χρονικό διάστημα πήξης της τσιμεντόπαστας κυμαίνεται μεταξύ 2 και 10 ωρών. Η πήξη του τσιμέντου προκαλείται από την ανάπτυξη αλληλοεμπλεκόμενων δομών των προϊόντων ενυδάτωσης του τσιμέντου μετά την περίοδο ωρίμανσης. Οι παράγοντες που επηρεάζουν το χρόνο πήξης κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου είναι: η λεπτότητα του τσιμέντου, το % ποσοστό του αργιλικού τριασβεστίου (C 3 A), το ποσοστό της ελεύθερης ασβέστου (% CaO free ) και οι μορφές του CaSO 4 που υπάρχουν στο τσιμέντο. Η επίδραση των θειικών ενώσεων και του περιεχόμενου C 3 A στην ποιότητα πήξης φαίνεται στο Σχήμα

53 Σχήμα 1-16: Σχέση μεταξύ % περιεκτικότητας σε C 3 A και % περιεκτικότητας σε SO 3 στην πήξη του τσιμέντου. Σύμφωνα με εμπειρική εξίσωση που έχει προταθεί, ο αρχικός χρόνος πήξης (Vi at Initial Setting Time, VIST) μπορεί να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση από: 2 m % CaO Blaine 2.22 % C A VIST (min) free 3 kg Για CaO free = 2%, Blaine= 360m 2 /kg, 7% C 3 A, ο αρχικός χρόνος πήξης αναμένεται να είναι: VIST free 2 m 2% CaO % C A 67.5min (min) kg Από την παραπάνω εμπειρική εξίσωση είναι φανερό, ότι ο αρχικός χρόνος πήξης (Vi at) εξαρτάται σημαντικά από την περιεκτικότητα του τσιμέντου σε %CaO free, ενώ δεν επηρεάζεται σημαντικά από τη λεπτότητα Blaine (κοκκομετρία) του τσιμέντου και από την % περιεκτικότητά του στη φάση C 3 A. Για τον παραπάνω λόγο, η ρύθμιση του χρόνου πήξης του τσιμέντου ελέγχεται με προσθήκη γύψου κατά την άλεση του κλίνκερ (έλεγχος της ταχύτατης αντίδρασης ενυδάτωσης της φάσης C 3 A του τσιμέντου). Ο χρόνος πήξης επίσης επηρεάζεται από το λόγο ω =W/C (νερό/τσιμέντο) και ελέγχεται επίσης με χρήση χημικών πρόσθετων (admixtures)

54 Ο χρόνος πήξης προσδιορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 150 και πρέπει να βρίσκεται μεταξύ των ορίων του προτύπου. Για τον προσδιορισμό του χρησιμοποιούνται η συσκευή Vi at ή η «βελόνα» Gillmore (ASTM C 266). Ο αρχικός χρόνος πήξης αφορά στη βύθιση της βελόνας σε ύψος 5 mm από τον πυθμένα και είναι περίπου 60 min. Ο τελικός χρόνος αντιστοιχεί στο χρόνο κατά τον οποίο δημιουργείται αποτύπωμα πάνω στην επιφάνεια χωρίς να μπορεί να βυθιστεί η βελόνα και αντιστοιχεί περίπου σε 10 ώρες (από την έναρξη της ανάμιξης νερού-τσιμέντου) για τα κοινά τσιμέντα Portland. Ε. Αντοχή σε θλίψη (compressive strength) Η αντοχή σε θλίψη είναι σημαντική ιδιότητα του τσιμέντου. Προσδιορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο AST C 109 σε κύβους πλευράς 2inch (50.8mm), που παρασκευάζονται από τσιμεντοκονία και άμμο συγκεκριμένου τύπου και συντηρούνται με προκαθορισμένο τρόπο. Η αντοχή σε θλίψη εξαρτάται από τον τύπο τσιμέντου ή ακριβέστερα από τη σύσταση του τσιμέντου στις φάσεις C 3 S, C 2 S, C 3 A και C 4 AF και από τη λεπτότητά του (Blaine fineness). Γενικώς, οι αντοχές του τσιμέντου που υπολογίζονται σε κύβους τσιμεντοκονίας δεν αντιστοιχούν στις αντοχές του σκυροδέματος. Αυτό διαπιστώνεται εξαιτίας των διαφορών στα χαρακτηριστικά των αδρανών του σκυροδέματος, της σύνθεσης του σκυροδέματος και των διαδικασιών παρασκευής των δοκιμίων. Στο Διάγραμμα 1-5 δίνεται ο ρυθμός (ταχύτητα) απόκτησης της θλιπτικής αντοχής 28 ημερών ανάλογα με τον τύπο των χρησιμοποιούμενων τσιμέντων του Αμερικανικού προτύπου

55 Διάγραμμα 1-5: Ρυθμός απόκτησης της θλιπτικής αντοχής 28 ημερών ως συνάρτηση των διαφόρων τύπων χρησιμοποιούμενων τσιμέντων του Αμερικανικού προτύπου κατά PCA (Portland Cement Association). ΣΤ. Θερμότητα ενυδάτωσης (Heat of Hydration) Η θερμότητα ενυδάτωσης είναι η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την αντίδραση τσιμέντου και νερού. Η ποσότητα αυτή εξαρτάται κυρίως από την περιεκτικότητα του τσιμέντου σε C 3 S και C 3 A που ευθύνονται για τη μεγάλη ποσότητα εκλυόμενης θερμότητας. Ο λόγος ω =W/C, η λεπτότητα του τσιμέντου και η θερμοκρασία συντήρησης επηρεάζουν επίσης τη θερμότητα ενυδάτωσης. Αύξηση των παραπάνω παραγόντων αυξάνει τη θερμότητα ενυδάτωσης. Σε ογκώδη έργα, ο ρυθμός και η ποσότητα της θερμότητας που εκλύεται είναι καθοριστικής σημασίας. Αν η εκλυόμενη θερμότητα δεν απάγεται γρήγορα, προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας της μάζας του τσιμέντου. Επίσης, ο μη ελεγχόμενος ρυθμός μείωσης της θερμοκρασίας του σκληρυμένου τσιμέντου στη θερμοκρασία περιβάλλοντος δημιουργεί ανεπιθύμητες εσωτερικές τάσεις στη μάζα του σκυροδέματος και τελικώς ρυγματώσεις, λόγω θερμικής συστολής. Αφ ετέρου όμως, η αύξηση της θερμοκρασίας εξαιτίας των αντιδράσεων ενυδάτωσης έχει ευεργετικά αποτελέσματα σε εξωτερικό περιβάλλον χαμηλών θερμοκρασιών. Με αυτό τον τρόπο εξασφαλίζονται ευνοϊκές συνθήκες συντήρησης (αύξησης της αντοχής με την πάροδο του χρόνου δηλ. συνέχιση των αντιδράσεων ενυδάτωσης του τσιμέντου). Η θερμότητα ενυδάτωσης ελέγχεται σύμφωνα με το πρότυπο AST C

56 Κατά προσέγγιση οι ποσότητες θερμότητας που εκλύονται κατά τις πρώτες 7 ημέρες για τους διάφορους τύπους τσιμέντων, συγκρινόμενες με αυτή (100%) του κοινού τσιμέντου Portland (Type I) είναι: Type I Κοινό (OPC) 100% Type II Ενδιάμεσο 80-85% Type III Υψηλής αρχικής αντοχής έως 150% Type IV Χαμηλής θερμότητας ενυδάτωσης 40-60% Type V Ανθεκτικό σε θειικά 60-75% 23, 24 Τύποι και κατηγορίες τσιμέντου Σύμφωνα με απόφαση της ΕΕ, από 01/04/01 τα τσιμέντα που θα κυκλοφορούν σε όλες τις χώρες κράτη μέλη πρέπει να είναι πιστοποιημένα, να φέρουν σήμανση CΕ και να είναι σύμφωνα με τα νέα Ευρωπαϊκά Πρότυπα, τα οποία είναι: ΕΝ 197-1: Τσιμέντο Μέρος-1: «Σύνθεση, προδιαγραφές και κριτήρια συμμόρφωσης για κοινά τσιμέντα» και ΕΝ : Τσιμέντο Μέρος-2 : «Αξιολόγηση συμμόρφωσης» Τα παραπάνω ευρωπαϊκά πρότυπα έχουν υιοθετηθεί και εφαρμόζονται στην Ελλάδα ως Ελληνικά Πρότυπα από τον ΕΛΟΤ (Ελληνικό Οργανισμό Τυποποίησης). Είναι γνωστά ως ΕΛΟΤ ΕΝ και ΕΛΟΤ ΕΝ και κυκλοφορούν από τον Οκτώβριο 2000, αλλά τέθηκαν σε ισχύ με Υπουργική απόφαση (ΦΕΚ 917 Β/ ), η οποία προέβλεπε μεταβατική περίοδο μέχρι 31/12/01 για την προσαρμογή του κατασκευαστικού κλάδου σε αυτά. Τύποι και κατηγορίες των ελληνικών τσιμέντων. Οι τύποι των τσιμέντων που παρασκευάζονται σε κάθε χώρα της Ευρωπαϊκής Ένωσης εξαρτώνται από τις διαθέσιμες πρώτες ύλες, όπως επίσης από τη ζήτηση κάθε τύπου τσιμέντου. Έτσι, ανάλογα με τις διαθέσιμες και χρησιμοποιούμενες πρώτες ύλες, δημιουργήθηκαν οι διάφοροι τύποι τσιμέντων που μπορούν να παραχθούν. Οι τύποι αυτοί είναι το κοινό τσιμέντο Portland, τα τσιμέντα με ποζολάνη, ιπτάμενη τέφρα (πυριτική ή 23 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ

57 ασβεστιτική), τσιμέντα με σκωρία υψικαμίνου, τσιμέντα με πυριτική παιπάλη, με ασβεστόλιθο κ. λ. π. Ανάλογα με την χημική σύνθεση, την λεπτότητα αλέσεως και την προσθήκη ή όχι πρόσθετων υλικών, δημιουργούνται οι παρακάτω τύποι και κατηγορίες αντοχής τσιμέντου. Ο Ελληνικός Κανονισμός Τσιμέντων ΕΛΟΤ ΕΝ 197-1, κατατάσσει τα παραγόμενα στην Ελλάδα τσιμέντα στους τύπους του παρακάτω πίνακα. Πίνακας 1-9: Βασικοί τύποι τσιμέντων ευρωπαϊκού προτύπου. Τύπος τσιμέντου Περιγραφή CEM I Κοινό τσιμέντο Portland CEM II Σύνθετο τσιμέντο Portland CEM III Σκωριοτσιμέντο CEM IV Ποζολανικό τσιμέντο CEM V Σύνθετο τσιμέντο Το CEM Ι Τσιμέντο Portland προέρχεται από τη συνάλεση εκβολάδων και ενός μόνο πρόσθετου σε ποσοστό ως 5% (συνήθως γύψος). Το CEM ΙΙ είναι σύνθετο τσιμέντο Portland. Προέρχεται από τη συνάλεση εκβολάδων και ενός ή περισσοτέρων από τα παρακάτω πρόσθετα συστατικά σε ποσοστό 6-35%: σκωρία υψικαμίνων, πυριτική παιπάλη, ποζολάνη φυσική ή ψημένη, ιπτάμενη τέφρα πυριτική ή ασβεστούχα, ασβεστόλιθο, ή και συνδυασμό όλων των παραπάνω. Ανάλογα με το ποσοστό της προσθήκης, παράγονται δύο τύποι τσιμέντων. Στον τύπο Α, η προσθήκη κυμαίνεται από 6-20% και στον τύπο Β από 21-35%. Το CEM ΙΙΙ είναι σκωριοτσιμέντο. Αν το ποσοστό της περιεχόμενης σκωρίας του, κυμαίνεται από 36-65%, το τσιμέντο χαρακτηρίζεται Α. Αν κυμαίνεται από 66-80% χαρακτηρίζεται Β και αν το ποσοστό είναι από 81-95% χαρακτηρίζεται Γ. Το CEM ΙV είναι ποζολανικό τσιμέντο. Παράγεται από συνάλεση εκβολάδων και πυριτικής παιπάλης ή ποζολάνης, ιπτάμενης τέφρας, ή συνδυασμό όλων των προαναφερθέντων

58 Το CEM V είναι σύνθετο τσιμέντο. Παράγεται από συνάλεση εκβολάδων και σκωρία υψικαμίνων, ενώ πρέπει επίσης να περιέχει απαραίτητα συνδυασμό ποζολάνης και πυριτικής ιπτάμενης τέφρας. Κατηγορίες αντοχής τσιμέντου Το νέο πρότυπο προδιαγράφει και 6 κατηγορίες αντοχών, στις οποίες τα τσιμέντα κατατάσσονται ανάλογα με την αντοχή σε θλίψη κονιάματος πρότυπης σύνθεσης και τρόπου παρασκευής, σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ (Μέθοδοι δοκιμών τσιμέντου-μέρος 1: Προσδιορισμός αντοχών). Κάθε κατηγορία αντοχής ορίζεται από ένα κατώτερο και ένα ανώτερο όριο αντοχής. Το κατώτερο όριο αντοχής σε θλίψη (28 ημερών) χαρακτηρίζει τη συγκεκριμένη κατηγορία. Κάθε μία από τις παραπάνω κατηγορίες περιλαμβάνει δύο υποκατηγορίες πρώιμης αντοχής N και R (Πίνακας 1-10), όπου το Ν δηλώνει τσιμέντα με κανονική ανάπτυξη της αντοχής και το R δηλώνει τσιμέντα με υψηλή πρώιμη αντοχή. Πίνακας 1-10: Απαιτήσεις μηχανικές και φυσικές οριζόμενες ως χαρακτηριστικές τιμές. Αντοχή σε θλίψη, MPa (N/mm 2 ) Κατηγορία Αρχικός χρόνος Διόγκωση Τυπική αντοχή αντοχής Αρχική αντοχή πήξης (Διαστολή) (όρια) 2 ημέρες 7 ημέρες 28 ημέρες min mm 32.5 Ν R N R N R Ο συμβολισμός των διαφόρων τσιμέντων, σύμφωνα με το πρότυπο EN 197-1, άρα και με το ΕΛΟΤ ΕΝ (Σχήμα 1-17), καθορίζεται από: τον κύριο τύπο τσιμέντου, το ποσοστό linker που περιέχεται στο τσιμέντο, τον τύπο του δεύτερου κύριου συστατικού, την κατηγορία αντοχής, το επίπεδο της πρώιμης αντοχής

59 Σχήμα 1-17: Συμβολισμός των διαφόρων τύπων τσιμέντου του ευρωπαϊκού προτύπου. Τα κύρια δευτερεύοντα συστατικά, που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή σύνθετων τσιμέντων και εμφανίζονται στον αναλυτικό πίνακα του ευρωπαϊκού προτύπου EN 197-1, δίνονται παρακάτω με το χαρακτηριστικό κεφαλαίο λατινικό γράμμα που αναφέρεται σε κάθε ένα από αυτά: S blastfurnace slag (σκωρία υψικαμίνων) D silica fume (ατμοί πυριτίας) P natural pozzolana (φυσική ποζολάνη) Q natural calcined pozzolana (φυσική ποζολάνη μετά από πύρωση) V siliceous fly ash (πυριτική ιπτάμενη τέφρα) W calcareous fly ash (ασβεστιτική ιπτάμενη τέφρα) L limestone (ασβεστόλιθος) T urnt shale (τέφρα καύσης βιτουμενιούχων σχιστολίθων) M two or more of the above (μείγμα των παραπάνω). Παρατηρήσεις για τον παλαιό κανονισμό. Η αντιστοιχία των περισσοτέρων τύπων τσιμέντου (παλαιών και νέων) είναι: - Το παλαιό ΙΙ/35 (τσιμέντο Portland με ποζολάνη) CEM ΙΙ Το παλαιό Ι/45 (αμιγές τσιμέντο Portland) CEM Ι Το παλαιό ΙΙ/45 (αμιγές τσιμέντο Portland) CEM ΙΙ

60 25, 26, Αδρανή υλικά Αδρανή υλικά ονομάζονται τα κοκκώδη υλικά φυσικής ή τεχνητής προέλευσης, τα οποία με την προσθήκη τσιμέντου και νερού σχηματίζουν σκυρόδεμα. Ονομάζονται αδρανή γιατί δεν επιφέρουν χημικές μεταβολές στις σύνθετες τεχνητές ύλες των οποίων αποτελούν συστατικά. Προέρχονται απευθείας από τη φύση ή με συλλογή από ρέματα και άλλα (φυσικά ή συλλεκτά) ή από θραύση πετρωμάτων (θραυστά). Τα αδρανή στην Ελλάδα είναι χημικώς αδρανή τεμάχια ασβεστολιθικών κυρίως πετρωμάτων τα οποία χρησιμοποιούνται στην παραγωγή σκυροδέματος και ως υλικά οδοστρωσίας, ενώ τα μεγάλου μεγέθους τεμαχίων ως σκύρα σιδηροδρομικών γραμμών. Σχήμα 1-18: Αλληλουχία φάσεων εξόρυξης και παραγωγής αδρανών υλικών. Η ολοκληρωμένη διαδοχή φάσεων παραγωγής αδρανών υλικών δίνεται στο Σχήμα Η κύρια χρήση των αδρανών είναι στην παραγωγή σκυροδέματος. Αυτά, λόγω γωνιώδους και ακανόνιστου σχήματος συνδέονται μεταξύ τους και συγκρατούνται στο σκυρόδεμα με τη βοήθεια της τσιμεντόπαστας. Όμως, επειδή το τσιμέντο είναι πολύ ακριβό ως υλικό Αριστείδη Ν. Δεϊμέζη, Γενική Δομική, Ίδρυμα Ευγενίδη, Αθήνα, 1982, σελ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ

61 (μεγάλο κόστος παραγωγής), η περιεχόμενη ποσότητά του στο σκυρόδεμα πρέπει να ελαχιστοποιείται υπό την προϋπόθεση βέβαια διατήρησης ικανοποιητικής της αντοχής του. Στα σκυροδέματα, λοιπόν η συμμετοχή των αδρανών καταλαμβάνει το 60-80% της μάζας τους. Ο ρόλος τους στην δημιουργία ενός ανθεκτικού και συνεκτικού ιστού που θα παραλαμβάνει τα φορτία της κατασκευής αλλά και θα αντέξει στις φυσικοχημικές επιδράσεις του περιβάλλοντος, είναι καθοριστικός. Γεγονός που συμβάλλει επίσης στη διατήρηση του χαμηλού κόστους του σκυροδέματος, επειδή τα αδρανή είναι σχετικώς φθηνά υλικά, τόσο ως πρώτη ύλη όσο και ως διαδικασία παραγωγής. Δρουν δηλαδή ως «πληρωτικά» στο σκυρόδεμα. Τα αδρανή, αποτελούν τον σκελετό του σκυροδέματος. Εφ όσον γενικά είναι πιο ανθεκτικά από την τσιμεντόπαστα, επηρεάζουν θετικά τη στατική συμπεριφορά των κατασκευών από σκυρόδεμα. Εξασφαλίζουν μεγάλη σταθερότητα όγκου και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, ενώ με τη συμμετοχή τους στο μείγμα, αντιστέκονται στην ανάπτυξη μικρορωγμών που προκαλούνται από τη συστολή ξήρανσης και βελτιώνουν έτσι την αντοχή του σκυροδέματος. Συνεπώς η εκλογή του αδρανούς (φυσικομηχανικά χαρακτηριστικά) είναι ένας σημαντικός παράγοντας, ο οποίος πρέπει να εξετάζεται σε συνάρτηση με τις επιδιωκόμενες απαιτήσεις και λαμβάνοντας ιδιαίτερα υπ όψην την ανθεκτικότητα. Είναι γνωστό ότι, χαμηλής πυκνότητας αδρανή με μεγάλο πορώδες παράγουν ασθενές (χαμηλής αντοχής) σκυρόδεμα με μικρή αντίσταση σε φθορά, ενώ μεγάλης πυκνότητας και σκληρά αδρανή συμβάλλουν στην παραγωγή σκυροδέματος μεγάλης αντοχής (σε θλίψη και τριβή). Τα αδρανή του σκυροδέματος πρέπει να είναι καθαρά, χωρίς επιφανειακή σκόνη, άργιλο και οργανικές ύλες (συνήθως πλυμένα), σκληρά και μεγάλης αντοχής

62 Κατάταξη Των Αδρανών 28, 29, 30, 31 Α)Κατηγορίες των αδρανών ανάλογα με το μέγεθός τους Τα αδρανή, ανάλογα με το μέγεθος των κόκκων και το σχήμα τους, διακρίνονται σε άμμο, γαρμπίλι και σκύρα. Το αδρανές υλικό που περιλαμβάνει κόκκους όλων των μεγεθών, ονομάζεται αμμοχάλικο. Στην παραγωγή σκυροδέματος χρησιμοποιούνται συνήθως τα παρακάτω κοκκομετρικά κλάσματα: Εικόνα 1-6: Σκύρα (10-26mm), Γαρμπίλι (4-10mm), Άμμος (0-4mm). 32 Άμμος Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται τα αδρανή που η διάμετρος των κόκκων τους, d, ικανοποιεί τη σχέση 0 d < 8 mm και συμβολίζονται με (0/8). Το τμήμα των αδρανών, το οποίο αποτελείται από τους πιο λεπτούς κόκκους και διέρχεται από το αμερικάνικο πρότυπο κόσκινο Νο 200 (d οπών = 0,75 mm), ονομάζεται παιπάλη, ενώ το τμήμα των αδρανών που η διάμετρος τους ικανοποιεί τη σχέση 4 d < 8 mm και συμβολίζεται με (4/8), ονομάζεται ρυζάκι. Οι κόκκοι της άμμου προέρχονται κατά κανόνα από τον κατακερματισμό διαφόρων πετρωμάτων, που έχει γίνει είτε με φυσικούς είτε με τεχνητούς τρόπους. Θεωρούμε όμως κατά επέκταση σαν άμμο και κάθε άλλο υλικό, που αποτελείται από κόκκους των ίδιων διαστάσεων και παρουσιάζει παρόμοιες ιδιότητες, έστω και αν έχει διαφορετική Αριστείδη Ν. Δεϊμέζη, Γενική Δομική, Ίδρυμα Ευγενίδη, Αθήνα, 1982, σελ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ, Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ , , σελ Λίτινας, (Skyrodema.net)

63 προέλευση. Στην κατηγορία αυτών των ειδικών άμμων κατατάσσονται διάφορες σκουριές (υποπροϊόντα μεταλλουργείων), κόκκοι από διογκωμένη άργιλο και άλλα παρόμοια υλικά, που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή σκυροδεμάτων με ιδιότητες κατάλληλες για ορισμένες ειδικές χρήσεις. Απ όλες τις ιδιότητες της άμμου οι ακόλουθες έχουν σημαντική επίδραση στην ποιότητα του σκυροδέματος: Α) το είδος του ορυκτού ή των ορυκτών, από όπου προέρχονται οι κόκκοι της Β) η αντοχή των κόκκων Γ) το σχήμα των κόκκων Δ) η καθαρότητα της άμμου, δηλαδή το ποσοστό και το είδος των ξένων υλικών, που μπορεί να περιέχει. Ε) η κοκκομετρική σύνθεση της άμμου, δηλαδή το μέγεθος των κόκκων της και ιδιαίτερα το ποσοστό των κόκκων κάθε μεγέθους. Σχετικά με το είδος των ορυκτών, μπορούμε να δεχθούμε κάθε υλικό που όταν σπάει, είτε φυσικά είτε με τεχνητό τρόπο, μετατρέπεται σε κόκκους, που έχουν τις διαστάσεις των κόκκων της άμμου. Για τα ορυκτά αυτά είναι ικανοποιητική γενικά η αντοχή των κόκκων τους. Σπάνια χρειάζεται να εξετασθούν ιδιαίτερα οι δύο πρώτες ιδιότητες, εκτός αν πρόκειται να παρασκευασθεί ένα σκυρόδεμα εξαιρετικά σκληρό με υψηλή αντοχή σε επιφανειακές τριβές. Στις περιπτώσεις αυτές πρέπει να διαλέγεται άμμος από κατάλληλο υλικό με μεγάλη αντοχή και σκληρότητα, όπως από χαλαζία, γρανίτη, σμύριδα και άλλα. Σχετικά με το σχήμα των κόκκων η καλύτερη άμμος είναι εκείνη, που οι κόκκοι της παρουσιάζουν γωνίες και έχουν περίπου κυβικό σχήμα. Άμμοι με κόκκους, που μοιάζουν με σφαιρίδια, πλακίδια ή βελόνες, πρέπει να αποφεύγονται. Σημειώνουμε πάντως ότι τα ορυκτά, που έχουν τάση να σπάνε σε κόκκους στο μέγεθος της άμμου, δίνουν κατά κανόνα και καλό σχήμα κόκκων. Η προσοχή μας λοιπόν πρέπει να συγκεντρώνεται κυρίως στις δύο τελευταίες ιδιότητες της άμμου, εκτός αν πρόκειται για ειδικές κατασκευές, όπου μπορεί και οι άλλες ιδιότητες να παίζουν κάποιο σημαντικό ρόλο. Γαρμπίλι Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται τα αδρανή που η διάμετρος των κόκκων τους ικανοποιεί τη σχέση 8 d < 16 mm και συμβολίζεται με (8/16)

64 Σκύρα Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται τα αδρανή που η διάμετρος των κόκκων τους ικανοποιεί τη σχέση 16 d < 64 mm και συμβολίζεται με (16/64). Τα χονδρόκοκκα συλλεκτά υλικά γαρμπίλη και σκύρα ονομάζονται χαλίκια. Β) Κατάταξη αδρανών ανάλογα με την προέλευσή τους και το σχήμα τους Τα αδρανή υλικά κατατάσσονται, ανάλογα με την προέλευσή τους, σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Σ αυτά που προέρχονται από: 1. Φυσικό τεμαχισμό, φυσικά αδρανή 2. Τεχνητό τεμαχισμό των λίθων, τεχνητά αδρανή. Τα αδρανή της κατηγορίας 1 προέρχονται συνήθως από πετρώματα μειωμένης αντοχής και με τη μορφή χαλικιών και άμμου. Συλλέγονται απ ευθείας από το περιβάλλον και ειδικά από ορισμένους τόπους, όπου έχουν συγκεντρωθεί με την ενέργεια φυσικών δυνάμεων (νερού και ανέμου). Τέτοια μέρη είναι οι όχθες των ποταμών ή λιμνών, οι ακτές των θαλασσών και οι περιοχές παλαιότερων αποθέσεων (ορυχεία). Το σχήμα του κόκκου αυτών των αδρανών είναι γενικά στρογγυλεμένο. Σχήμα 1-19: Ταξινόμηση αδρανών υλικών με βάση το σχήμα (S.Mindness, 2003). Τα τεχνητά αδρανή (κατηγορία 2) παράγονται σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν αποθέσεις φυσικών αδρανών. Έχουν μεγαλύτερη ποικιλία ως προς το μέγεθος των κόκκων, από τα φυσικά αδρανή. Επίσης είναι περισσότερο ομοιογενή επειδή προέρχονται από το ίδιο πέτρωμα και οι ακμές τους είναι γωνιώδες, ενώ οι επιφάνειες τους είναι τραχιές γιατί δεν έχουν υποστεί κυλινδρισμό

65 Σχήμα 1-20: Ταξινόμηση αδρανών υλικών με βάση την προέλευσή τους BS (British Standards) και ASTΜ (American Standards Testing of Materials). Διατάξεις και διαγράμματα ροής παραγωγής αδρανών υλικών Τα αδρανή παράγονται με τις γνωστές μεθόδους Μηχανικής Προπαρασκευής Πετρωμάτων, δηλαδή πρωτογενή, δευτερογενή, τριτογενή θραύση και ταξινόμηση των προϊόντων κάθε φάσης θραύσης σε δονούμενα κόσκινα για την παραγωγή των διαφόρων κοκκομετρικών κλασμάτων. Διατάξεις θραύσης-ταξινόμησης και διαγράμματα ροής παραγωγής αδρανών υλικών δίνονται στα σχήματα 1-21 και 1-22 που ακολουθούν

66 Υπόμνημα διαγράμματος ροής παραγωγής αδρανών υλικών. Α/Α ΜΗΧΑΝΗΜΑ 1 Τροφοδότης 2 Θραυστήρας σιαγόνων απλής ενέργειας 3 Κόσκινο (s alp s reen) 4 Γυροσκοπικός θραυστήρας 5 Κόσκινο διπλού καταστρώματος (32 mm και 16 mm) 6 Κόσκινο διπλού καταστρώματος (8 mm και 4 mm) 7 Αποθήκες προϊόντων (silos) 8 Αναβατόριο 9 Κωνικός θραυστήρας 10 Σωρός υλικού 3Α (συνήθως υλικό οδοστρωσίας) 11 Σωρός υλικού 3Α (συνήθως υλικό οδοστρωσίας) Λεπτομερές υλικό φίλτρων Σχήμα 1-21: Διάγραμμα ροής μονάδας παραγωγής αδρανών σκυροδέματος (κατά Svedala Arbra)

67 Σχήμα 1-22: Απλοποιημένο διάγραμμα ροής μονάδας παραγωγής αδρανών σκυροδέματος. Κοκκομετρική διαβάθμιση αδρανών Η κοκκομετρική σύνθεση των αδρανών παίζει σημαντικό ρόλο στη μελέτη σύνθεσης του σκυροδέματος. Καλά διαβαθμισμένα αδρανή με διαστάσεις κόκκων που καλύπτουν ολόκληρο φάσμα, έχουν λιγότερα κενά από αυτά που είναι λιγότερο διαβαθμισμένα, δηλαδή έχουν κόκκους ομοιόμορφων διαστάσεων. Η μείωση του όγκου των κενών ελαττώνει τον απαιτούμενο τσιμεντοπολτό. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση του κόστους και την αύξηση της ογκοσταθερότητας του σκυροδέματος. Επιπλέον η εργασιμότητα και η συνοχή του μείγματος, βελτιώνονται με την χρήση καλά

68 διαβαθμισμένων αδρανών και με την παρουσία κάποιας ελάχιστης ποσότητας λεπτόκοκκου υλικού. Α) Πρότυπα κόσκινα Για τον κοκκομετρικό διαχωρισμό των αδρανών υλικών χρησιμοποιούνται δύο σειρές πρότυπων κόσκινων τα γερμανικά και τα αμερικάνικα κόσκινα. Γερμανικά κόσκινα Είναι η σειρά των πρότυπων κόσκινων, των οποίων οι διαστάσεις δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Συμβολίζονται με το σύμβολο, το οποίο γράφεται πριν από τον αριθμό του κοσκινού. Πίνακας 1-11: Πρότυπα γερμανικά κόσκινα. Κόσκινα Ονομασία Άνοιγμα (mm) 0, ,5 (32) (64) 63 (64) Αμερικάνικα κόσκινα Είναι η σειρά των πρότυπων κόσκινων, των οποίων οι διαστάσεις δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Συμβολίζονται με το σύμβολο Νο, το οποίο γράφεται πριν από τον αριθμό του κοσκινού, μέχρι το κόσκινο Νο 4. Τα κόσκινα με μεγαλύτερο άνοιγμα συμβολίζονται με το μέγεθος της βρογχίδας σε ίντσες

69 Πίνακας 1-12: Πρότυπα αμερικάνικα κόσκινα. Κόσκινα Ονομασία Άνοιγμα (mm) 0, Νο Νο Νο 16 1,18 Νο 8 2,36 Νο 4 4,75 3/8 9,5 ½ 12,5 ¾ 19,0 1 25,0 11/2 37, Β) Κοκκομετρικές καμπύλες μεγέθους αδρανών. Το μέγεθος των κόκκων εκφράζεται από το μέγεθος των προτύπων κόσκινων από τα οποία μπορούν να διέλθουν οριακά τα αδρανή. Το μέγεθος των οπών σε κάθε κόσκινο περιγράφεται στο Πρότυπο ISO &2. Τα ακόλουθα κόσκινα απαιτούνται (μέγεθος οπών σε mm): Διάγραμμα 1-6: Κοκκομετρική κατανομή (εύρος κοκκομετρικής καμπύλης (σύμφωνα με ΕΝ 480-1))

70 Ιδιότητες των αδρανών υλικών. Εικόνα 1-7: Εξόρυξη αδρανών υλικών. 33, 34, 35, 36, 37 Όλα τα αδρανή είναι προϊόντα ελάττωσης μεγέθους από μεγαλύτερα τεμάχια μητρικού πετρώματος μέσω διαφόρων φυσικών (π.χ. αποσάθρωση, απόξεση, απολέπιση) ή τεχνητών μεθόδων (π.χ. θραύση ή κατάτμηση πετρωμάτων και ταξινόμηση κατά μέγεθος). Ως εκ τούτου, οι ιδιότητες των αδρανών εξαρτώνται κατά κύριο λόγο από τις ιδιότητες του μητρικού πετρώματος. Τα μεγέθη των τεμαχίων των αδρανών σκυροδέματος, όπως προαναφέρθηκε, κυμαίνονται από μερικές δεκάδες mm μέχρι μεγεθών περίπου 1/10 mm. Το μέγιστο μέγεθος αδρανών που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές από σκυρόδεμα ποικίλει και εξαρτάται από την κατασκευή στην οποία θα χρησιμοποιηθούν. Σ ένα μίγμα τεμαχίων (σύνθεση διαφορετικών μεγεθών) αδρανών, η ποσοστιαία % κατά βάρος κατανομή μεγέθους των τεμαχίων αναφέρεται ως διαβάθμιση (grading) και περιλαμβάνει επίσης ιδιότητες που δεν έχουν άμεση σχέση με το μητρικό πέτρωμα όπως: 1. Μέγεθος και σχήμα τεμαχίων 2. Επιφανειακή δομή (υφή) 3. Απορροφητικότητα (πορώδες αδρανών) 4. Κατάσταση κορεσμού των τεμαχίων 33 Τσακαλάκης Κώστας, "Τεχνολογία Παραγωγής Τσιμέντου και Σκυροδέματος", Πανεπιστημιακές Σημειώσεις. Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλουργίας Και Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Εμπλουτισμού Μεταλλευμάτων, Αθήνα, Μάιος 2010, σελ. 130, , , Δεϊμέζη Ν. Αριστείδη, Γενική Δομική, Ίδρυμα Ευγενίδη, Αθήνα, 1982, σελ Λίτινας, Skyrodema.net

71 A) Δειγματοληψία Για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των αδρανών είναι απαραίτητη η παραλαβή αντιπροσωπευτικού δείγματος του προς εξέταση υλικού. Η μάζα της απαιτούμενης ποσότητας δείγματος εξαρτάται από το μέγεθος των αδρανών (κοκκομετρικό κλάσμα) και δίνεται στον παρακάτω Πίνακα. Πίνακας 1-13: Ελάχιστη μάζα δείγματος κατά το Βρετανικό πρότυπο BS 812 Part 102:1989 για τον έλεγχο των ιδιοτήτων των αδρανών. Μέγιστο μέγεθος τεμαχίων αδρανών που χρησιμοποιείται σε μεγάλο ποσοστό, mm Ελάχιστη μάζα δείγματος που λαμβάνεται για έλεγχο ιδιοτήτων, kg 28mm ή μεγαλύτερο 50 Μεταξύ 5-28mm 25 Μικρότερο από 5mm 13 Το δείγμα πρέπει να παίρνεται με τη βοήθεια ειδικού πτύου (scoop), ώστε να εξασφαλίζεται η μη «απόμειξη» (segregation) του υλικού. Το δείγμα πρέπει να λαμβάνεται σταδιακά, τουλάχιστον από 10 διαφορετικά μέρη του συνολικού υλικού για την κατά το δυνατόν μεγαλύτερη αντιπροσωπευτικότητά του. Εάν όμως το δείγμα παίρνεται από μη ομοιόμορφο υλικό (για παράδειγμα σωρός «απομειγμένου» υλικού), τότε πρέπει να αυξηθούν τόσο ο αριθμός των σταδίων, όσο και το βάρος του δείγματος. Όμως, για την εργαστηριακή εξέταση, απαιτείται πολύ μικρότερη ποσότητα από αυτή του δείγματος. Οπότε πρέπει να γίνεται αντιπροσωπευτική δειγματοληψία, φροντίζοντας παράλληλα να διατηρείται ο χαρακτήρας του προς εξέταση υλικού. Η μέθοδος ελάττωσης της αρχικής μάζας και λήψης του τελικού δείγματος (για τον έλεγχο των ιδιοτήτων) γίνεται συνήθως με μία από τις δύο μεθόδους, οι οποίες είναι: 1. η μέθοδος της τεταρτοτόμησης ή τετραμερισμού (quartering), και 2. η μέθοδος του μηχανικού δειγματολήπτη (riffling) Στη μέθοδο του «μηχανικού δειγματολήπτη» πρέπει να χρησιμοποιούνται δειγματολήπτες ρυθμιζόμενου ανοίγματος χωρισμάτων, ώστε να εξασφαλίζεται, ανάλογα με το μέγεθος του μέγιστου τεμαχίου, η ανεμπόδιστη διέλευση του τροφοδοτούμενου υλικού και η λήψη του στους υποδοχείς

72 Β) Φυσικές ιδιότητες των αδρανών 1. Ειδικό βάρος αδρανών (bulk specific gravity) Ο όρος ειδικό βάρος χρησιμοποιείται ευρύτατα στους υπολογισμούς προσδιορισμού της αναλογίας των πρώτων υλών για την παραγωγή του σκυροδέματος. Η χρήση του όρου αφορά στον υπολογισμό του απόλυτου (πραγματικού όγκου) που θα καταλαμβάνει κάθε υλικό στο μίγμα (σκυρόδεμα). Ο απόλυτος όγκος αναφέρεται στον όγκο των αδρανών (μαζί με τους πόρους του), χωρίς όμως να συμπεριλαμβάνεται ο όγκος των κενών μεταξύ των τεμαχίων. Μεταβολή στο ειδικό βάρος των αδρανών προκαλεί επίσης μεταβολή της πυκνότητας του σκυροδέματος. Πρέπει να επισημανθεί ότι το ειδικό βάρος των αδρανών δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέτρο χαρακτηρισμού της ποιότητάς τους, αλλά μόνο ως δείκτης μεταβολής των χαρακτηριστικών τους. Το ειδικό βάρος των αδρανών, που χρησιμοποιείται στην Παρασκευή σκυροδέματος, διακρίνεται σε δύο κατηγορίες: Ειδικό βάρος χονδρομερών αδρανών και προσδιορισμός του Το ειδικό βάρος των χονδρομερών αδρανών προσδιορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 127 και δίνεται από τις εξισώσεις: Ειδικό βάρος χονδρομερών αδρανών (Ι)=Α/(Β-C) Ειδικό βάρος χονδρομερών αδρανών (II) (αδρανή κορεσμένα με νερό)=b/(b-c) Α είναι η μάζα των τελείως ξηρών τεμαχίων, Β είναι η μάζα των ίδιων τεμαχίων κορεσμένων με νερό, αλλά επιφανειακά ξηρών (χωρίς επιφανειακή υγρασία) και C είναι η μάζα των ίδιων τεμαχίων κορεσμένων με νερό, όταν αυτά είναι εμβαπτισμένα μέσα σε νερό. Ειδικό βάρος λεπτομερών αδρανών και προσδιορισμός του Το ειδικό βάρος των λεπτομερών αδρανών προσδιορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 128 και δίνεται από τις εξισώσεις. Ειδικό βάρος λεπτομερών (αδρανών) I=A/(B+C-D) Ειδικό βάρος λεπτομερών (αδρανή κορεσμένα με νερό) II=B/(B+C-D) Α είναι η μάζα των τελείως ξηρών τεμαχίων, Β είναι η μάζα των ίδιων τεμαχίων κορεσμένων με νερό, αλλά επιφανειακά ξηρών, C είναι η μάζα της ληκύθου (δοχείο μέτρησης πυκνότητας) γεμάτης με νερό μέχρι τη χαραγή και D είναι η μάζα της ληκύθου με δείγμα και νερό μέχρι τη χαραγή

73 2. Περιεχόμενη υγρασία (Moisture content) των αδρανών Τα τεμάχια 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, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα να μειώνεται το διαθέσιμο νερό που είναι απαραίτητο για τις αντιδράσεις ενυδάτωσης του τσιμέντου. Αντιθέτως, εάν τα αδρανή έχουν περίσσεια νερού (στο εσωτερικό τους αλλά και στην επιφάνειά τους), συνεισφέρουν νερό για τις αντιδράσεις ενυδάτωσης. Με βάση τα παραπάνω, τα τεμαχίδια των αδρανών διακρίνονται στις παρακάτω τέσσερεις κατηγορίες, όσον αφορά στην κατάσταση τους από πλευράς υγρασίας. 1. Τελείως ξηρά (Oven-dry ή OD): χωρίς καθόλου υγρασία δηλαδή έχουν υποστεί ολοκληρωτική ξήρανση 2. Μερικώς ξηρά (Air-dry ή AD): όπου οι εσωτερικοί τους πόροι είναι μερικώς γεμάτοι με νερό, ενώ η επιφάνειά τους είναι ξηρή. 3. Τεμάχια με πόρους γεμάτους με νερό (Saturated-surface-dry ή SSD): ενώ η επιφάνειά τους δεν έχει υγρασία. 4. Τεμάχια με πόρους γεμάτους με νερό (Damp ή Wet): ενώ η επιφάνειά τους είναι καλυμμένη με στρώμα (φίλμ) νερού. Από τις παραπάνω τέσσερεις καταστάσεις η πλέον χαρακτηριστική είναι η κατάσταση 3, η οποία είναι μια 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. 3. Απορρόφηση και επιφανειακή υγρασία Για να προσδιοριστεί η ποσότητα του νερού, που θα «προσφερθεί» στην τσιμεντόπαστα ή θα απορροφηθεί από τα αδρανή του σκυροδέματος, θα χρησιμοποιηθούν οι παρακάτω τρεις όροι: 1. Απορροφητική ικανότητα (A sorption apa ity 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:

74 W AC W W SSD OD OD 100(%) W SSD : Μάζα του πλήρως κορεσμένου (επιφανειακά στεγνού, SSD) δείγματος. W OD : Μάζα του πλήρως ξηραμένου (OD) δείγματος. 2. Εφικτή απορροφητική ικανότητα (Effective A sorption 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%. Δίνεται από την εξίσωση: W EA W W SSD SSD AD 100(%) Η μάζα του νερού (Wabs), που μπορεί να απορροφηθεί από δεδομένη μάζα Wagg αδρανών κατάστασης μερικού κορεσμού (AD), προσδιορίζεται από: W abs = (EA)* W agg 3. Επιφανειακή υγρασία (Surface Moisture ή SM) Αφορά στην ποσοστιαία περίσσεια νερού, λόγω επιφανειακής υγρασίας των τεμαχίων, σε σχέση με την κατάσταση του πλήρους κορεσμένου αλλά επιφανειακά στεγνού τεμαχίου (SSD). W SM W W wet SSD SSD 100(%) 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 ( oisture ontent ή C) δίνεται από: W MC W W stock SSD SSD 100(%) Εάν η τιμή του C>0, τότε τα αδρανή εμφανίζουν επιφανειακή υγρασία, ενώ εάν C<0, τότε τα αδρανή έχουν δυνατότητα απορρόφησης νερού από την τσιμεντόπαστα. Οπότε, η συνολική υγρασία των αδρανών χαρακτηρίζει την αναμενόμενη συμπεριφορά τους κατά την παρασκευή σκυροδέματος. W MC = (MC) W ogg

75 Τα λεπτομερή αδρανή, τα οποία βρίσκονται αποθηκευμένα σε υπαίθριους σωρούς έχουν συνήθως επιφανειακή υγρασία κυμαινόμενη από 0 10%, ενώ τα χονδρομερή από 0 2%. Στα λεπτομερή αδρανή κατακρατείται μεγαλύτερη ποσότητα νερού μεταξύ των τεμαχίων τους απ ότι μεταξύ των χονδρομερών 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. Γ) Σχήμα (μορφή) και υφή των τεμαχίων Το σχήμα των τρισδιάστατων στερεών είναι δύσκολο να περιγραφεί και να προσδιοριστούν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των ακανόνιστων τεμαχίων. Οι συνήθεις παράμετροι που εξετάζονται για το χαρακτηρισμό του σχήματος των τεμαχίων είναι η σφαιρικότητα (spheri ity) και η κυκλικότητα (roundness). Η σφαιρικότητα είναι η ιδιότητα με την οποία χαρακτηρίζονται τα τεμάχια από πλευράς γωνιώδους μορφής, οξύτητας των ακμών και των γωνιών τους. Η σφαιρικότητα των τεμαχίων εξαρτάται από την αντοχή και την αποξεστικότητα του μητρικού πετρώματος και από τη φθορά που έχουν υποστεί τα τεμάχια κατά τη διαδικασία θραύσης. Τα τεμάχια χαρακτηρίζονται από πλευράς σχήματος σύμφωνα με το πρότυπο BS 812: Part 1:1975 όπως παρακάτω: Στρογγυλεμένα Ακανόνιστα Πεπλατυσμένα Γωνιώδη Επιμήκη Πεπλατυσμένα και επιμήκη Τα χαρακτηριστικά σχήματος των τεμαχίων των αδρανών μπορούν επηρεάζουν την εργασιμότητα (worka ility) και την αντοχή του σκυροδέματος. Οι κόκκοι των αδρανών πρέπει να έχουν, κατά το δυνατόν, μορφή, η οποία να πλησιάζει την κυβική ή τη σφαιρική. Ένας κόκκος αδρανούς θεωρείται ότι έχει δυσμενή μορφή, όταν ο λόγος της μεγαλύτερης προς τη μικρότερη του διάσταση, ξεπερνά το 3:1. Αν συμβολίζεται με: l το μήκος του κόκκου, b το πλάτος του κόκκου και d το πάχος του κόκκου, τότε οι κόκκοι με λόγο b/d>2 ονομάζονται πλακοειδής και εκείνοι με l/d>1,5 επιμήκεις

76 Το ποσοστό των κόκκων με δυσμενή μορφή δεν πρέπει να ξεπερνά το 50%. Ο περιορισμός αυτός επιβάλλεται, έτσι ώστε να μειωθεί η ολική επιφάνεια των κόκκων που θα πρέπει να καλύψει ο τσιμεντοπολτός. Ο έλεγχος της μορφής των κόκκων γίνεται σε αντιπροσωπευτικό δείγμα του αδρανούς με ελάχιστο βάρος τα 500g, με τη μέτρηση των διαστάσεων κάθε κόκκου με ειδικό παχύμετρο. Η μορφή (δομή) της επιφάνειας εξαρτάται από το βαθμό λείανσης της επιφάνειας των τεμαχίων, η οποία μπορεί να χαρακτηριστεί ως λεία, ομαλή ή αδρή. Η δομή της επιφάνειας εξαρτάται από τη σκληρότητα, το μέγεθος των κόκκων, τα χαρακτηριστικά των πόρων του μητρικού πετρώματος και επίσης από τον τρόπο επιβολής των δυνάμεων κατά τη διαδικασία θραύσης (θλίψη, συμπίεση, κρούση κλπ.). Σκληρά, συμπαγή, μεγάλης πυκνότητας και μικροκρυσταλλικά πετρώματα παρουσιάζουν, γενικώς, ομαλές επιφάνειες θραύσης. Φαίνεται ότι η μορφή και η επιφανειακή δομή των τεμαχίων επηρεάζουν διαφορετικά την αντοχή του σκυροδέματος, ως προς την ελεγχόμενη ιδιότητα, (όπως η αντοχή σε κάμψη επηρεάζεται περισσότερο από την αντοχή σε θλίψη). Τεμάχια με αδρή επιφάνεια έχουν ως αποτέλεσμα μεγάλη συγκολλητική δύναμη μεταξύ τεμαχίων και τσιμεντόπαστας. Ομοίως, όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική επιφάνεια ( m 2 /g ή m 2 /kg) γωνιωδών αδρανών, τόσο μεγαλύτερη είναι η «δύναμη» συγκόλλησης με την τσιμεντόπαστα. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι το σχήμα και η επιφανειακή δομή των λεπτομερών αδρανών έχει σημαντική επίδραση στην κατανάλωση νερού του παραγόμενου μείγματος. Εάν αυτές οι ιδιότητες αυτού του αδρανούς εκφράζονται έμμεσα με τον τρόπο κατανομής τους κατά τη συμπύκνωση (pa king) π.χ. ποσοστό κενών σε χαλαρή μορφή των αδρανών, τότε είναι προφανής η επίδραση στις απαιτήσεις σε νερό. Η επίδραση των κενών μεταξύ των τεμαχίων είναι λιγότερο σημαντική για τα χονδρομερή αδρανή

77 Σχήμα 1-18: Επίδραση της κοκκομετρικής σύνθεσης των αδρανών στον όγκο των κενών. Δ) Μηχανικά χαρακτηριστικά Τα αδρανή υλικά, ανάλογα με το σκυρόδεμα που πρόκειται να παρασκευαστεί, πρέπει να έχουν κατάλληλη μηχανική αντοχή, ανθεκτικότητα στο χρόνο, μικρή επιφανειακή φθορά σε κρούση, χημική αδράνεια σε σχέση με το τσιμέντο και το νερό (και με τις ουσίες που περιέχονται σε αυτό) και σταθερότητα όγκου (να μην διογκώνεται λόγω απορρόφησης νερού). Ο Ν.Κ.Τ.Σ θεωρεί σαν ικανοποιητική τιμή της αντοχής σε θλίψη του πετρώματος τα 65 Pa. Στην Ελλάδα όμως στις συνήθεις, κατηγορίες σκυροδέματος, η αντοχή τους επηρεάζεται ελάχιστα από την αντοχή του πετρώματος των αδρανών. Οπότε ο κανονισμός επιτρέπει και την χρήση αδρανών με αντοχή πετρώματος μεταξύ 45 Pa και 65 Pa, εφόσον με τα αδρανή αυτά είναι δυνατή η επίτευξη της θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος που έχει προδιαγραφεί. Εφόσον πληρούν την προϋπόθεση αυτή, μπορούν να χρησιμοποιούνται και αδρανή από μητρικό πέτρωμα με αντοχή μικρότερη των 45 Pa αλλά μόνο για την παρασκευή σκυροδέματος που η επιφάνεια του πρόκειται να επιχριστεί. Με τέτοια αδρανή η αντοχή της επιφάνειας του σκυροδέματος σε φθορά από τη χρήση και σε κρούση είναι αμφίβολη («Νέος Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος 97», ΥΕΚ 315/Β/ ) Ανθεκτικότητα σε φθορά από τριβή και κρούση Ο προσδιορισμός της φθοράς μόνο από τριβή γίνεται με τη συσκευή Bohme, ενώ της φθοράς από τριβή και κρούση γίνεται με τη συσκευή Los Angeles. Ανθεκτικότητα στην αποσάθρωση

78 Τα αδρανή πρέπει να παρουσιάζουν σταθερότητα ως προς την αποσάθρωση από το νερό, τον αέρα και τον παγετό. Ο έλεγχος των αδρανών ως προς την αποσάθρωση γίνεται με τη δοκιμή «υγείας πετρώματος». Κατά τη δοκιμή αυτή, η άμμος πρέπει να παρουσιάζει απώλεια μικρότερη από το 10% και τα αδρανή με μεγαλύτερους κόκκους να έχουν απώλεια μικρότερη του 12%. Ε) Περιεκτικότητα σε επιβλαβείς προσμείξεις. Οι προσμίξεις των αδρανών, οι οποίες επηρεάζουν αρνητικά την πήξη και τη σκλήρυνση των σκυροδεμάτων, ονομάζονται επιβλαβείς. Η παρουσία των προσμίξεων αυτών, μπορεί να μειώσει την αντοχή και την ογκοσταθερότητα του σκυροδέματος και να οδηγήσει στη διάβρωση του σιδηρού οπλισμού. Τέτοιες προσμίξεις μπορούν να είναι: Η παιπάλη Η παιπάλη μπορεί να είναι άργιλος ή σκόνη από το ίδιο υλικό. Βρίσκεται είτε προσκολλημένη στους κόκκους του υλικού εμποδίζοντας την πρόσφυση των αδρανών με το κονίαμα, είτε σχηματίζοντας συσσωματώματα δημιουργώντας αδύνατα σημεία στην μάζα του σκυροδέματος, ή ακόμη διασκορπισμένη ομοιόμορφα μέσα στην μάζα του αδρανούς. Η παιπάλη έχει γενικά την ιδιότητα να αυξάνει την αναγκαία ποσότητα νερού στο σκυρόδεμα και να ελαττώνει αντίστοιχα την αντοχή του. Παράλληλα συντελεί στην αύξηση της πλαστικότητας του μείγματος αδρανών-κονιάματος. Για τον παραπάνω λόγο, σύμφωνα με τον Κ.Τ.Σ για τα αδρανή που χρησιμοποιούνται στο σκυρόδεμα το μέγιστο επιτρεπτό ποσοστό παιπάλης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 16% για την άμμο και το 4% για τα χονδρόκοκκα υλικά (σκύρα, γαρμπίλι, ρυζάκι). Ειδικότερα για άοπλα σκυροδέματα το ποσοστό παιπάλης στην άμμο μπορεί να φτάσει το 20%. Η παιπάλη της φυσικής άμμου δεν πρέπει να υπερβαίνει το 5%. Επειδή η παιπάλη έχει την ιδιότητα να προσκολλάται πάνω στο χονδρόκοκκο υλικό, ο διαχωρισμός της από αυτό με τον συνήθη τρόπο κοσκινίσματος είναι αρκετά δύσκολος και όχι πλήρης. Ενώσεις που θεωρούνται επιβλαβείς: 1) Ενώσεις Θείου προκαλούν διόγκωση και ραγίσματα. Το μεγαλύτερο ποσοστό θείου στα αδρανή ως SO 3, δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1% του βάρους των αδρανών που ξεράθηκαν στους 105 ο C. 2) Ενώσεις Σιδήρου προκαλούν διόγκωση και κηλίδες

79 3) Νιτρικά άλατα και αλογόνα προκαλούν διάβρωση. Η περιεκτικότητα σε Cl πρέπει να είναι <0,2%. 4) Ενώσεις μόλυβδου ή ψευδαργύρου προκαλούν μείωση της αντοχής των αδρανών. 5) Χλωριούχες ή φωσφορικές ενώσεις. Επιδρούν στον χρόνο πήξης. 6) Αποσαθρωμένα υλικά. Προκαλούν μείωση αντοχής. 7) Υλικά οργανικής προέλευσης. Οργανικά συστατικά (ζωικής ή φυτικής προελεύσεως) διασκορπισμένα ανάμεσα στους κόκκους, είναι δυνατόν να επιβραδύνουν την πήξη του σκυροδέματος ή να δημιουργήσουν ρηγματώσεις ή αποφλοιώσεις στην επιφάνεια του σκυροδέματος. 8) Γαιάνθρακες ή λιγνίτες προκαλούν μείωση αντοχής. Η περιεκτικότητά τους πρέπει να είναι μικρότερη από 1%. Στα φυσικά αδρανή από θάλασσα η περιεκτικότητα σε άνυδρο χλωριούχο ασβέστιο πρέπει να είναι <1% του βάρους του τσιμέντου. Επίσης οι προδιαγραφές συνιστούν να αποφεύγονται πετρώματα που περιέχουν: Οπάλιο, ανδεσίτη, ρυόλιθο και δολομίτες γιατί προκαλούν διόγκωση λόγω αντίδρασης με τα αλκάλια του τσιμέντου. Για τον προσδιορισμό όλων των παραπάνω απαιτούνται εργαστηριακοί έλεγχοι (χημική ανάλυση, ορυκτολογική και πετρογραφική εξέταση). Επίσης απαιτείται το ποσοστό των μαλακών κόκκων να μην υπερβαίνει το 3% και οι σβώλοι αργίλου το 0,25%. Σε γενικές γραμμές τα αδρανή υλικά πρέπει να είναι: σταθερά ώστε να μην θρυμματίζονται εύκολα. ανθεκτικά από σκληρά πετρώματα με θλιπτική αντοχή τουλάχιστον 65 pa (ΕΛΟΣ 408) (γρανίτες και ασβεστόλιθοι). καθαρά και απαλλαγμένα από φυτικές και άλλες επιβλαβείς προσμίξεις (πυλός, χημικά δραστικές ουσίες, άνθρακες). σταθερά στις καιρικές αλλαγές (μεταβολές θερμοκρασίας και υγρασίας). απαλλαγμένα από παιπάλη με διάμετρο μικρότερη από 0,075 mm. Καλά διαβαθμισμένα με διαστάσεις κόκκων που καλύπτουν όλο το φάσμα ώστε να παρουσιάζουν λίγα κενά, να απαιτούν μικρότερη ποσότητα συνδετικού ιστού και να παρουσιάζουν καλύτερη συνεκτικότητα και εργασιμότητα. Δεν πρέπει να προέρχονται από πετρώματα με συστατικά που περιέχουν: οπάλιο, ανδεσίτη, ρυόλιθο και δολομίτες γιατί προκαλούν διόγκωση και ζεόλιθους λόγω αντίδρασης με τα αλκάλια του τσιμέντου

80 38, 39, Το Νερό Το νερό είναι ένα από τα κυριότερα συστατικά του σκυροδέματος. Μαζί με το τσιμέντο αποτελούν τα δύο ενεργά συστατικά του σκυροδέματος. Παίρνουν μέρος σε μια σειρά αντιδράσεων που οδηγούν στην σκλήρυνση του μίγματος. Το νερό που θα χρησιμοποιηθεί, τόσο για την παρασκευή όσο και για τη συντήρηση του σκυροδέματος, πρέπει να πληρεί τις απαιτήσεις του προτύπου ΕΛΟΣ-345 και του άρθρου 4.4 και ΚΤΣ-97. Δηλαδή να μην περιέχει ελεύθερα οργανικά ή ανόργανα οξέα, οργανικές ουσίες και άργιλο εν αιωρήσεις, διαλυτά σάκχαρα σε περιεκτικότητα μεγαλύτερη του 0,25%, θειικά και χλωριούχα άλατα κ.λπ. Τα οξέα ενώνονται χημικά με το τσιμέντο και τα προϊόντα των σχετικών αντιδράσεων είτε διαλύονται στο νερό είτε έχουν πολύ μικρή αντοχή. Η άργιλος και οι οργανικές ενώσεις περιβάλλουν τους κόκκους των αδρανών υλικών και δεν επιτρέπουν στο τσιμέντο να έρθει σε άμεση επαφή μαζί τους με αποτέλεσμα να ύπαρξη μείωση της αντοχής. Εάν το νερό ανάμιξης δεν είναι καθαρό όχι μόνο μπορεί να επηρεάσει τον καθορισμό του χρόνου και της αντοχής του σκυροδέματος, αλλά επίσης μπορεί να προκαλέσει διάβρωση του οπλισμού, αστάθεια όγκο, και μειωμένη διάρκεια ζωής. Ως εκ τούτου πρέπει να τεθούν όρια στις συγκεντρώσεις χλωριούχων, θειικών και στερεών στο νερό ανάμιξης ή κατάλληλες δοκιμές δύνανται να διενεργηθούν για να καθοριστεί τι επίπτωση έχει η κάθε πρόσμειξη στις διάφορες ιδιότητες. Το νερό δεν πρέπει να χρησιμοποιείται, όταν η θερμοκρασία του πλησιάζει το σημείο πήξεως (0 ο C) ή το σημείο βρασμού (100 ο C). Αν το νερό είναι υπερβολικά κρύο ή καυτό, πρέπει αντίστοιχα να το ζεσταίνομε ή να το κρυώνουμε, πριν το χρησιμοποιήσουμε. Στην πράξη είναι εντελώς απίθανο να χρειασθεί να κρυώσουμε νερό, αλλά το αντίθετο είναι απαραίτητο, όταν η θερμοκρασία του είναι κάτω από 5 ο C. Κάτι τέτοιο δεν αποκλείεται ακόμα και στο ήπιο ελληνικό κλίμα. Η αναλογία του νερού στο μίγμα είναι καθοριστικός παράγοντας επίτευξης των επιθυμητών αντοχών του σκυροδέματος και πρέπει να διατηρείται αυστηρά στα όρια που καθορίζει η μελέτη σύνθεσης. Εν γένει, λιγότερο νερό συνεπάγεται μεγαλύτερες αντοχές και περισσότερο νερό σημαίνει μεγαλύτερη εργασιμότητα (ρευστότητα). 38 Δεϊμέζη Ν. Αριστείδη, Γενική Δομική, Ίδρυμα Ευγενίδη, Αθήνα, 1982, σελ Kosmatka, Kerkhoff, & and Panarese,

81 Εικόνα 1-8: Εισαγωγή νερού στο μίγμα. Α) Πόσιμο νερό Το πόσιμο νερό είναι γενικώς κατάλληλο για την παρασκευή του συνήθους οπλισμένου ή αόπλου σκυροδέματος, χωρίς ιδιαίτερο έλεγχο. Οι κυριότερες από τις χημικές ουσίες που έχουν δυσμενή επίδραση στην εξέλιξη των αντιδράσεων και αποτελούν βλαπτικά συστατικά του νερού, είναι οι εξής: α) Σάκχαρα γιατί εμποδίζουν την πήξη του σκυροδέματος. β) Οξέα γιατί δεσμεύουν το ασβέστιο που είναι απαραίτητο για την πήξη. γ) Λίπη και λάδια που δρουν μηχανικά περιβάλλοντας τους κόκκους του σκυροδέματος. δ) Οργανικές προσμίξεις γιατί αναστέλλουν την πήξη. Πίνακας 1-14: Κρίσιμα όρια βλαπτικών ουσιών του νερού (ΕΛΟΤ 345). α/α Ιδιότητες συστατικά Όριο α (ppm) Όριο β (ppm) 1 Ολική οξύτητα εκφρασμένη σε CaCO Ολική αλκαλικότητα εκφρασμένη σε CaCO Ανόργανα στερεά Οργανικά στερεά Θειικά άλατα Χλωριούχα άλατα εκφρασμένα σε NaCl KMnO 4 για οπλισμένο Λιπαρές και ζαχαρώδεις ουσίες Εντελώς απαλλαγμένα Εντελώς απαλλαγμένα Β) Θαλασσινό νερό Απαγορεύεται η χρησιμοποίηση θαλασσινού νερού για την παρασκευή προεντεταμένου σκυροδέματος. Ο Νέος Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος 97 (Ν.Κ.Τ.Σ. 97) επιτρέπει την χρήση θαλασσινού νερού μίξης σε άοπλο φέρων σκυρόδεμα, αν η απαιτούμενη αντοχή αυξηθεί κατά 15%. Γ) Αναλογία νερού-τσιμέντου

82 Είναι γνωστό ότι στην αντοχή του σκυροδέματος παίζει σπουδαίο ρόλο ο λόγος κατά βάρους του νερού προς τσιμέντο ω= w/z. Όσο μικρότερος είναι ο λόγος αυτός τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του σκυροδέματος. Έχει παρατηρηθεί ότι η άριστη αναλογία w/z κυμαίνεται μεταξύ 0,4 για σκυροδέματα υψηλής αντοχής και 0,5 για σκυροδέματα χαμηλότερης αντοχής. Επίσης παρατηρείται ότι, ενώ μια απόκλιση προς τα επάνω από το άριστο ποσοστό κατά 10% συνεπάγεται μείωση της αντοχής του σκυροδέματος κατά 15% περίπου, μια ίση απόκλιση προς τα κάτω, συνεπάγεται μείωση της αντοχής του σκυροδέματος κατά 30% περίπου. Οπότε, κατά την επιδίωξη της βέλτιστης αναλογίας νερού πρέπει να παραμένει κανείς πάντοτε για λόγους ασφαλείας προς τα επάνω, παρά η ποσότητα νερού να είναι μικρότερη της βέλτιστης με συνέπεια να υποστεί αλματώδη πτώση η αντοχή του παραγόμενου σκυροδέματος. Τέλος η ποσότητα του νερού δεν πρέπει να είναι τόσο λίγη ώστε να παραβλάπτεται η καλή κατεργασία του όλου μίγματος. Στον πίνακα 1-15 δίνεται ο μέγιστος λόγος w/z κατά μέσο όρο για κάθε ποιότητα σκυροδέματος: Πίνακας 1-15: Μέγιστος λόγος w/z για κάθε ποιότητα σκυροδέματος. α/α Ποιότητα σκυροδέματος Μέγιστος λόγος βάρους w/z για m 3 σκυροδέματος 1 C8 0,70 2 C12 0,575 3 C16 0,485 4 C20 0, Πρόσθετα και πρόσμικτα του σκυροδέματος 41 Τα πρόσθετα του σκυροδέματος είναι διάφορες ουσίες, ανόργανες ή οργανικές, οι οποίες προστίθενται στα βασικά συστατικά του σκυροδέματος, σε μικρές ποσότητες (ως 5%). Έτσι βελτιώνουν, κατά περίπτωση, κάποια ιδιότητα του σκυροδέματος (αύξηση της εργασιμότητας, μείωση του χρόνου πήξεως, αύξηση της εξίδρωσης, μείωση της θερμότητας ενυδατώσεως, μείωση της διαπερατότητας, αύξηση της ανθεκτικότητας σε παγοπληξία και άλλους διαβρωτικούς παράγοντες). Τα πρόσθετα μπορεί να είναι θηραϊκή γη, άσβεστος, τέφρες, χρώματα, πλαστικά, καουτσούκ, άσφαλτος κ. α. Τα τελευταία χρόνια εφαρμόζονται νέες τεχνολογίες στην δόμηση και απαιτούνται μεταβολές των ιδιοτήτων του σκυροδέματος. Ταυτόχρονα και άλλοι λόγοι, όπως η μείωση του κόστους, η ρύπανση του περιβάλλοντος (όξινη βροχή), τα αυξανόμενα φορτία

83 απαιτούν τη μεταβολή των ιδιοτήτων του σκυροδέματος. Για να ανταποκριθεί το σκυρόδεμα στις νέες αυτές απαιτήσεις, εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός χημικών υλικών που προστίθενται κατά την ανάμιξή του και μεταβάλλουν σημαντικά τις ιδιότητές του. Τα υλικά αυτά ονομάζονται πρόσμικτα. Χωρίς την χρήση τους δεν θα ήταν δυνατή η κατασκευή σημαντικών έργων από σκυρόδεμα. Τα πρόσμικτα διακρίνονται σε: Α) Επιταχυντικά πρόσθετα Τα επιταχυντικά πρόσθετα αυξάνουν την ταχύτητα ενυδάτωσης του τσιμέντου, επιταχύνουν την πήξη και σκλήρυνση του σκυροδέματος και αυξάνουν την αρχική αντοχή του. Χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις, όπου απαιτείται να αναπτυχθούν αυξημένες αρχικές αντοχές στο δομικό έργο. Το κυριότερο μειονέκτημα τους είναι ότι προκαλούν μείωση της τελικής αντοχής του σκυροδέματος. Β) Επιβραδυντικά πρόσμικτα Τα επιβραδυντικά πρόσμικτα επιβραδύνουν την ενυδάτωση του τσιμέντου και συνεπώς την πήξη και τη σκλήρυνση του σκυροδέματος. Επίσης, βοηθούν στη διατήρηση του εργάσιμου και χρησιμοποιούνται για να αυξηθεί ο διαθέσιμος χρόνος για τη μεταφορά και τη διάστρωση του σκυροδέματος. Η αρχική αντοχή εμφανίζεται μειωμένη, αλλά η τελική αντοχή του σκυροδέματος δεν επηρεάζεται από αυτά τα πρόσμικτα. Χρησιμοποιούνται όταν επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες, γιατί επιβραδύνουν το ρυθμό ανάπτυξης της θερμοκρασίας, καθώς και για την παρασκευή μεγάλων έργων χωρίς αρμούς εργασίας. Γ) Αερακτικά πρόσμικτα Τα αερακτικά πρόσμικτα δημιουργούν μέσα στη μάζα του νωπού σκυροδέματος μικρές φυσαλίδες με αποτέλεσμα να αυξηθεί το πορώδες του. Συνεπώς, αυξάνεται η αντοχή του στον παγετό και βελτιώνεται σημαντικά το εργάσιμό του. Όταν όμως, η περιεκτικότητα σε αέρα ξεπεράσει τα καθορισμένα όρια είναι δυνατόν να μειωθεί η τελική αντοχή του σκυροδέματος. Οπότε η χρήση αερακτικού πρόσμικτου θα πρέπει υποχρεωτικά να ληφθεί υπόψη στην μελέτη σύνθεσης με αποτέλεσμα η διαδικασία να περιπλέκεται αρκετά. Αν τελικώς χρησιμοποιηθεί αεράκτικο, θα πρέπει να προστεθεί στο μίγμα επιπλέον ποσότητα τσιμέντου για την αποφυγή της μείωσης των μηχανικών αντοχών. Εφόσον το αερακτικό αυξάνει το εργάσιμο θα πρέπει να μειωθεί η συνολική ποσότητα νερού που θα χρησιμοποιηθεί, άρα θα αυξηθεί και η αντοχή του σκυροδέματος

84 Δ) Ρευστοποιητικά πρόσμικτα Τα ρευστοποιητικά πρόσμικτα αυξάνουν τη ρευστότητα και την ομοιομορφία του σκυροδέματος. Έτσι μειώνουν την ποσότητα του νερού ανάμιξης με αποτέλεσμα την αύξηση του εργάσιμου και της αντοχής του σκυροδέματος. Επίσης βελτιώνουν την υδατοπερατότητα και την αντοχή του στον παγετό. Είναι δυνατόν όμως, να εμφανιστεί αύξηση της συστολής ξήρανσης, καθώς και ανεπιθύμητη αύξηση πόρων με συνέπεια καθυστέρηση της πήξης και μείωση της αντοχής. Ε) Στεγανοποιητικά πρόσμικτα Τα στεγανοποιητικά πρόσμικτα μειώνουν την ποσότητα του νερού, το οποίο απορροφάται ή εισχωρεί στο σκυρόδεμα, αυξάνοντας τη στεγανότητα του. Αποφεύγεται η δημιουργία μικροκοιλότητων στη μάζα του σκυροδέματος, καθώς και οι μικρορηγματώσεις και μειώνεται σημαντικά το ποσοστό των πόρων και των τριχοειδών αγγείων. Όμως μπορεί να μεταβληθεί η χρονική εξέλιξη της πήξης και να μειωθεί η αντοχή του σκυροδέματος. ΣΤ) Πρόσμικτα για σκυρόδεμα υπό πίεση Τα πρόσμικτα για σκυρόδεμα υπό πίεση βελτιώνουν τη ρευστότητα και το εργάσιμο του και αυξάνουν την αντοχή του στον παγετό. Ο σωλήνας προέντασης πρέπει να γεμίζεται πλήρως χωρίς να σχηματίζονται κενά. 1.3 Ιδιότητες του σκυροδέματος Το σκυρόδεμα μέχρι να αποκτήσει την τελική του αντοχή, περνά από δύο καταστάσεις συνεκτικότητας, τη νωπή και τη σκληρυμένη. Οι ιδιότητες του λοιπόν, εξετάζονται χωριστά για κάθε μία από αυτές τις δύο καταστάσεις Νωπό σκυρόδεμα Νωπό ονομάζεται το σκυρόδεμα, το οποίο προκύπτει από την ανάμειξη των πρώτων υλών του και για όσο χρόνο διατηρεί ακόμη το εργάσιμο του, δηλαδή μεταφέρεται και διαστρώνεται. 1) Απόμειξη Απόμειξη ονομάζεται το φαινόμενο εκείνο, όπου τα στερεά συστατικά διαχωρίζονται από το νερό και σαν σύνολο, αλλά και ξεχωριστά. Τα βαρύτερα κινούνται προς τα χαμηλότερα στρώματα, ενώ τα ελαφρύτερα προς τα πάνω ανάλογα με το βάρος τους

85 Αν οι κόκκοι είναι από το ίδιο πέτρωμα και επομένως έχουν το ίδιο ειδικό βάρος, ο διαχωρισμός γίνεται ανάλογα με το μέγεθος των κόκκων. Το φαινόμενο της απομείξεως είναι από τα πιο καταστρεπτικά για την αντοχή και γενικά για την ποιότητα του σκυροδέματος. Όπως είναι φανερό, μεταβάλλει τις αναλογίες μείξεως κατά τρόπο ανομοιόμορφο και απρόβλεπτο. Έτσι δημιουργούνται περιοχές με μειωμένη αντοχή, καθώς και μειωμένη πρόσφυση μεταξύ οπλισμού και σκυροδέματος από την έλλειψη κονιάματος. 2) Εξίδρωση Εξίδρωση ονομάζεται το φαινόμενο του διαχωρισμού του νερού από τα στερεά συστατικά του σκυροδέματος. Παρουσιάζεται στην περίοδο μετά την διάστρωση και συμπύκνωση και λίγο πριν την πήξη του σκυροδέματος. Τα στερεά συστατικά υφίστανται καθίζηση, λόγω της βαρύτητας, ενώ το νερό, λόγω των τριχοειδών δυνάμεων, έχει την τάση να κινηθεί προς τα πάνω. Έτσι στην επιφάνεια του σκυροδέματος εμφανίζεται ένα λεπτό στρώμα νερού που μοιάζει με εξίδρωση. Το νερό αυτό τελικά εξατμίζεται. Η εξίδρωση επομένως έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του τελικού όγκου του μείγματος και την απομάκρυνση ενός μέρους του νερού. Η ελάττωση του νερού βέβαια, είναι επιθυμητή, επειδή το αποτέλεσμα είναι ευνοϊκό για την αντοχή. Όμως το φαινόμενο του διαχωρισμού είναι επιβλαβές και ανεπιθύμητο γενικά, λόγω της ανομοιογένειας που δημιουργεί μέσα στη μάζα του σκυροδέματος. Ειδικότερα δυσμενή είναι και τα ακόλουθα φαινόμενα της εξίδρωσης: Όπως κινείται το νερό προς τα πάνω, συμπαρασύρει το λεπτόκοκκο τμήμα του τσιμέντου. Κατά αυτόν τον τρόπο στην επάνω επιφάνεια δημιουργείται λεπτό στρώμα κονίας, που ρηγματώνεται και αποφλοιώνεται. Κατά τη δίοδο του νερού ανάμεσα από τα στερεά συστατικά δημιουργούνται μέσα στον τσιμεντοπολτό λεπτοί σωλήνες. Η συγκέντρωση του νερού δεν γίνεται μόνο στην πάνω επιφάνεια του σκυροδέματος, αλλά και τοπικά στις κοιλότητες μεταξύ των σκύρων. Το ίδιο φαινόμενο δημιουργείται και σε όλο το μήκος κάτω από τις ράβδους του οπλισμού. Το κενό που σχηματίζεται, μειώνει την επιφάνεια συνεργασίας ανάμεσα στο σκυρόδεμα και τον οπλισμό και συγχρόνως αυξάνεται ο κίνδυνος διάβρωσης των ράβδων

86 Το φαινόμενο της εξίδρωσης επιτείνεται με την αύξηση του νερού αναμείξεως, καθώς και με την έλλειψη λεπτόκοκκων υλικών της άμμου, γιατί μ αυτόν τον τρόπο διευκολύνεται η κίνηση του νερού προς τα πάνω. Για την απαλλαγή των δυσμενών επιδράσεων της εξίδρωσης, επιβάλλεται η αναμόχλευση και η επανασυμπύκνωση του νωπού ακόμη υλικού, την στιγμή της αρχής της πήξης. Τέλος, πρέπει να επισημανθεί ότι κάθε είδος τσιμέντου έχει διαφορετική ικανότητα συγκρατήσεως του νερού. 3) Εργασιμότητα Με τον όρο εργασιμότητα χαρακτηρίζεται γενικά η ευκολία με την οποία μπορεί να μεταφερθεί, να διαστρωθεί και να συμπυκνωθεί το σκυρόδεμα. Ο ορισμός αυτός όμως δεν είναι απόλυτα ακριβής, γιατί η ευκολία της κατεργασίας του νωπού σκυροδέματος συνδέεται και με τα μέσα που διαθέτουμε. Ο σωστός ορισμός λοιπόν αναφέρεται στο έργο που απαιτείται για την υπερνίκηση των εσωτερικών τριβών ώσπου να πραγματοποιηθεί πλήρη συμπύκνωση. Το εργάσιμο είναι μια σύνθετη ιδιότητα του σκυροδέματος που συνδέεται με άλλες ιδιότητες ροών και που δύσκολα μπορεί να αποδοθεί ποσοτικά. Τέτοιες ιδιότητες με τις οποίες συνδέεται και εξαρτάται το εργάσιμο, είναι οι ακόλουθες: Η ρευστότητα με την οποία ρέει ένα υλικό. Εξαρτάται κυρίως από την ποσότητα του νερού αναμείξεως. Η πλαστικότητα δηλαδή η ικανότητα ενός υλικού να παραμορφώνεται χωρίς διακοπή της συνέχειάς του. Η συνοχή των μορίων του υλικού. Ο αρχικός βαθμός συμπύκνωσης. Επίτευξη της βέλτιστης εργασιμότητας Η εργασιμότητα αυξάνεται όταν αυξάνει η ποσότητα του νερού αναμείξεως και οι κόκκοι των αδρανών έχουν σφαιρικό σχήμα. Αν δεν επιτευχθεί υψηλός βαθμός συμπύκνωσης τότε η εργασιμότητα δεν επηρεάζει την τελική αντοχή του σκυροδέματος. Ως γενικές οδηγίες σχετικά με την επίτευξη της βέλτιστης εργασιμότητας του σκυροδέματος μπορούμε να αναφέρουμε τις παρακάτω: Η ρευστότητα δεν πρέπει να ξεπερνά αυτήν που απαιτείται για τη διάστρωση, συμπύκνωση και τελείωμα

87 Για τη βελτίωση της συνεκτικότητας είναι προτιμότερο να αυξηθεί ο λόγος άμμου προς τα χοντρά αδρανή αντί για την αναλογία των λεπτόκοκκων συστατικών της άμμου. Για το σκυρόδεμα με μεγάλες απαιτήσεις ρευστότητας κατά τη διάστρωση είναι προτιμότερο να χρησιμοποιούνται ρευστοποιητικά ή υπερρρευστοποιητικά αντί για πρόσθετο νερό, ώστε να αποφευχθούν δυσάρεστες επιπτώσεις στην αντοχή και στην ανθεκτικότητα σε διάρκεια. Η ρευστότητα εκτιμάται συνήθως με την κάθιση. Αυτή είναι σχεδόν ανάλογη της περιεκτικότητας του αναμίγματος σε νερό. Η απαιτούμενη ποσότητα νερού για την επίτευξης δεδομένης κάθισης, γενικά μειώνεται αυξάνοντας το μέγιστο κόκκο καλά διαβαθμισμένων αδρανών, μειώνοντας την περιεκτικότητα αδρανών με γωνιώδεις και τραχείες επιφάνειες και αυξάνοντας την ποσότητα του εγκλωβισμένου στο ανάμιγμα του αέρα. Μέτρηση της εργασιμότητας Ο βαθμός εργασιμότητας του νωπού σκυροδέματος μετριέται με τις εξής μεθόδους: a) Με μέτρηση της κάθισης b) Με προσδιορισμό του μέτρου εξάπλωσης c) Με προσδιορισμό του μέτρου συμπύκνωσης d) Με προσδιορισμό του χρόνου Vebe (δια της συσκευής Vebe) Εικόνα 1-9: Δοκιμή Εξάπλωσης και δοκιμή Κάθισης

88 1.3.2 Σκληρυμένο σκυρόδεμα. 42 Σκληρυμένο ονομάζεται το σκυρόδεμα, το οποίο έχει σκληρυνθεί και έχει αποκτήσει την οριστική του μορφή, δηλαδή έχει μετατραπεί σε τεχνητό λίθο. 1) Αντοχή σε θλίψη Πρόκειται για την πιο σπουδαία ιδιότητα του σκυροδέματος καθώς επηρεάζει και όλες τις άλλες. Από αυτήν εξάλλου χαρακτηρίζεται και η ποιότητα του σκυροδέματος. Η αντοχή σε θλίψη ελέγχεται με την θραύση των δοκιμίων που παίρνονται στην έξοδο του υλικού από την μπετονιέρα. Με τα δοκίμια αυτά πραγματοποιούνται οι δύο συγκεκριμένοι έλεγχοι. Ο έλεγχος αντοχής σκυροδέματος σε μικρή ηλικία και ο έλεγχος συμμόρφωσης των δοκιμίων. Κατά των έλεγχο συμμόρφωσης των δοκιμίων ερευνάται, με στατιστικές μεθόδους η εκπλήρωση βασικών ανισοτικών σχέσεων μεταξύ των αντοχών μιας σειράς δοκιμίων, συγκεκριμένης μορφής, (6 ή 12) ανάλογα με την ποσότητα του σκυροδέματος που διαστρώνεται σε μία μέρα. Η αντοχή σε θλίψη που θα προκύψει από αυτά τα δοκίμια ονομάζεται συμβατική αντοχή. Η αντοχή του σκυροδέματος σε θλίψη από τους εξής παράγοντες: Την ποιότητα των υλικών Τις αναλογίες των υλικών ανάμειξης Τον τρόπο μεταφοράς, τοποθέτησης και συμπύκνωσης του σκυροδέματος Το ποσοστό των κενών Ο λόγος του νερού-τσιμέντου (W/Z) Σχετικά με την θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος ο κανονισμός ορίζει: Συμβατική αντοχή σε θλίψη δοκιμίου ή αντοχή συμβατικού δοκιμίου σε θλίψη f 28 : Είναι η αντοχή ενός συμβατικού δοκιμίου που έχει την μορφή και τις διαστάσεις που προβλέπονται από τον κανονισμό και που παρασκευάζονται, συντηρούνται και ελέγχονται σε ηλικία 28 ημερών σύμφωνα με την μέθοδο ΣΚ-303. Χαρακτηριστική αντοχή σκυροδέματος σε θλίψη f ck ή αντοχή συμβατικού δοκιμίου σε θλίψη f 28 : Θεωρείται εκείνη η τιμή αντοχής κάτω από την οποία υπάρχει 5% πιθανότητα να βρεθεί η τιμή αντοχής ενός τυχαίου δοκιμίου. Μέση αντοχή σκυροδέματος σε θλίψη f m :

89 Είναι ο μέσος όρος αντοχής όλων των συμβατικών δοκιμίων που θα μπορούσαν να παρασκευαστούν από μια σημαντικά μεγάλη ποσότητα σκυροδέματος, αν ολόκληρη μετατρεπόταν σε δοκίμια. Απαιτούμενη αντοχή σκυροδέματος σε θλίψη f a : Είναι η τιμή της μέσης αντοχής f m για την οποία το σκυρόδεμα έχει μια ορισμένη πιθανότητα αποδοχής, όταν αυτό εξετάζεται με τα κριτήρια συμμορφώσεως του κανονισμού. Οι αναλογίες υλικών της μελέτης συνθέσεως πρέπει να εξασφαλίζουν μέση αντοχή f m τουλάχιστον ίση με την απαιτούμενη f a. 2) Αντοχή στην κάμψη και στον εφελκυσμό Η αντοχή του σκυροδέματος στον εφελκυσμό και στην κάμψη είναι πολύ μικρή. Κατά κανόνα προσδιορίζεται η αντοχή σε εφελκυσμό λόγω κάμψης και όχι σε καθαρό αξονικό εφελκυσμό καθώς ο προσδιορισμός της είναι δύσκολο να επιτευχθεί. Ο παράγοντας που επιδρά κυρίως στις αντοχές αυτές, είναι η μορφή των κόκκων των αδρανών. Τα αδρανή με γωνιώδες κόκκους δίνουν σκυρόδεμα ισχυρότερο σε εφελκυσμό σε κάμψη από αυτά που έχουν σφαιρικούς κόκκους. Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι το 1/10 ως το 1/15 της αντοχής σε θλίψη και η αντοχή σε κάμψη από 1/7 ως 1/10 της αντοχής σε θλίψη χωρίς να έχει βρεθεί ακριβώς η άμεση αντιστοιχία. Η αύξηση της θλιπτικής αντοχής συνεπάγεται και αύξηση της εφελκυστικής, όχι όμως με τον ίδιο ρυθμό με συνέπεια ο λόγος f εφελκ. /f θλιπτ να μειώνεται. Επίσης, η εφελκυστική αντοχή για να εκδηλωθεί, απαιτεί καλύτερη συντήρηση. 3) Αντοχή στην τριβή Η αντοχή του σκυροδέματος στη θλίψη αποτελεί το κριτήριο, για την εξακρίβωση της αντοχής του στη φθορά της τριβής. Σκυροδέματα που έχουν υψηλή αντοχή στη θλίψη, παρουσιάζουν αντοχή στην τριβή. Για την αύξηση της αντοχής του σκυροδέματος στην τριβή, στην τελική επίστρωση του δαπέδου, προστίθεται σκόνη σιδήρου. 4) Ανθεκτικότητα Με τον όρο ανθεκτικότητα του σκυροδέματος εννοούμε την δυνατότητα του οπλισμένου σκυροδέματος να αντιστέκεται, για όλη τη διάρκεια της ζωής του, στις δυσμενείς επιδράσεις του περιβάλλοντος. Δηλαδή να μην υφίσταται ζημιές, οι οποίες μειώνουν την ικανότητα του να παραλαμβάνει τα φορτία, τα οποία σχεδιάστηκε να δέχεται για το χρόνο που μελετήθηκε. Τα συστατικά της ατμόσφαιρας που προκαλούν αλλοιώσεις στο οπλισμένο σκυρόδεμα, είναι το CO 2 και τα χλωριόντα Cl -, θειικά στο έδαφος, μαλακό νερό κ.α

90 Τα παραπάνω συστατικά προσβάλλουν και οξειδώνουν τον οπλισμό με αποτέλεσμα αυτός να σπρώχνει προς τα έξω το σκυρόδεμα που τον περιβάλλει και να δημιουργούνται ρωγμές. Το καθαρό πάχος του υγιούς οπλισμού μειώνεται και ο συνδυασμός σκυροδέματος-οπλισμού δεν μπορεί να αναλάβει τα αρχικά σχεδιαστικά φορτία. Οι παράγοντες που συντελούν στην ανθεκτικότητα του σκυροδέματος είναι: Η χρήση σκληρών αδρανών υλικών με κανονική κοκκομετρική διαβάθμιση Η σωστή αναλογία νερού-τσιμέντου Η καλή ανάμειξη και συμπίεση του σκυροδέματος 5) Πορώδες και στεγανότητα Το σκυρόδεμα είναι πορώδες υλικό. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη δημιουργία κενών και πόρων στη μάζα του είναι: Τα αδρανή που αποτελούν το σκυρόδεμα είναι πορώδη. Τα κενά που μένουν μεταξύ των κόκκων της άμμου, δεν είναι δυνατόν να καλυφθούν τελείως με τον τσιμεντοπολτό. Όσο καλή και να είναι η διάστρωση του σκυροδέματος πάντα θα παρουσιάζονται περιοχές του με ελαττωμένη συμπύκνωση. Το μεγάλο πορώδες μειώνει την ποιότητα του σκυροδέματος, διότι ελαττώνει την μηχανική αντοχή του και αυξάνει την αεροπερατότητα και την υδροπερατότητά του. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την οξείδωση του οπλισμού. Εξάλλου, ελαττώνεται και η στεγανότητα, η οποία είναι απαραίτητη. Για την επίτευξη της στεγανότητας πρέπει να χρησιμοποιούνται βοηθητικά υλικά, που προστίθενται στο νωπό σκυρόδεμα και κλείνουν τους πόρους του. Επίσης πρέπει να τοποθετούνται υδατοστεγανωτικά υλικά (ασφαλτόχαρτο) ή ακόμη να επαλείφεται η επιφάνεια με ισχυρό στεγανό τσιμεντοκονίαμα ή διάφορα γαλακτώματα Παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδιότητες του σκληρυθέντος σκυροδέματος. 43 Οι ιδιότητες του σκληρυθέντος σκυροδέματος επηρεάζονται από τους εξής παράγοντες: 1) Ο βαθμός ενυδάτωσης Όσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός ενυδάτωσης, δηλαδή όσο πιο ολοκληρωμένη είναι η ενυδάτωση των κόκκων του τσιμέντου, τόσο πιο συμπαγές, στερεό και ανθεκτικό είναι το σκυρόδεμα

91 2) Ο συντελεστής νερού-τσιμέντου, ω Η τιμή του συντελεστή ω επηρεάζει την πλαστικότητα και την αντοχή του σκυροδέματος. Ο συντελεστής αυτός έχει καθορισμένη τιμή ανάλογα με την απαιτούμενη αντοχή του παρασκευαζόμενου σκυροδέματος και την ποιότητα του τσιμέντου. Μεγαλύτερες ή μικρότερες τιμές από την απαιτούμενη τιμή του ω επιδρούν αρνητικά στην αντοχή του σκυροδέματος. 3) Η θερμοκρασία Η θερμοκρασία επηρεάζει την ταχύτητα σκλήρυνσης του σκυροδέματος για θερμοκρασίες αέρα μέχρι και τους 18 ο C περίπου. Για τις θερμοκρασίες αυτές η ταχύτητα σκλήρυνσης μειώνεται, η θερμοκρασία και μάλιστα η μείωση είναι μεγαλύτερη για λεπτά δοκίμια. Για θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τους 18 ο C η ταχύτητα σκλήρυνσης παραμένει σταθερή, ανεξάρτητα από το πάχος του δοκιμίου. 4) Η υγρασία Η γρήγορη ξήρανση του σκυροδέματος έχει ως αποτέλεσμα να αναπτυχθούν τάσεις λόγω της συστολής ξήρανσης, οι οποίες προκαλούν ρηγμάτωση ή μείωση της αντοχής σε εφελκυσμό του σκυροδέματος. 1.4 Είδη Σκυροδεμάτων 44 Άοπλο σκυρόδεμα (gross beton= Γκρομπετόν): Είναι το σκυρόδεμα που δεν ενισχύεται με ράβδους από οπλισμό. Παρασκευάζεται από κοινό τσιμέντο Portland και αδρανή υλικά. Η περιεκτικότητα του σε τσιμέντο είναι χαμηλή. Χρησιμοποιείται συνήθως σε δάπεδα ή σε υποστρώματα για τα πέδιλα Σκυροδέματα ανάλογα με το είδος του οπλισμού Οπλισμένο σκυρόδεμα: Συχνά σε τεχνικές εφαρμογές απαιτούνται υψηλές τιμές εφελκυστικής αντοχής του σκυροδέματος. Οι αντοχές του σκυροδέματος, μπορούν να αυξηθούν με την εισαγωγή χαλύβδινου οπλισμού στη μάζα του. Το σκυρόδεμα αυτό καλείται οπλισμένο σκυρόδεμα. Προεντεταμένο σκυρόδεμα: Ονομάζεται το σκυρόδεμα στο εσωτερικό του οποίου έχουν αναπτυχθεί τεχνητά μόνιμες εντατικές καταπονήσεις με τη χρήση τενόντων (σύρματα, ράβδοι ή συρματόσχοινα, καλώδια). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της αντοχής του σκυροδέματος. Το

92 προεντεταμένο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται κυρίως σε έργα γεφυροποιίας και σε κτήρια εργοστασίων Σκυροδέματα με ειδικές απαιτήσεις. Σκυρόδεμα μειωμένης υδατοπερατότητας: Το σκυρόδεμα μειωμένης υδατοπερατότητας χρησιμοποιείται για την κατασκευή δεξαμενών νερού, κολυμβητηρίων, τσιμεντοσωλήνων, δεξαμενών λυμάτων κ.λ.π. Για την παρασκευή σκυροδέματος μειωμένης υδατοπερατότητας, η περιεκτικότητα σε τσιμέντο δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 350 Kg/m3 για σκυρόδεμα με μέγιστο κόκκο 31,5 ή 1 και 400 Kg/m 3 για σκυρόδεμα με μέγιστο κόκκο 16 ή 1/2.Ο συντελεστής w δεν πρέπει να υπερβαίνει την τιμή 0,58 για περιεκτικότητα τσιμέντου 350 Kg/m 3 και την τιμή 0,50 για περιεκτικότητα 400 Kg/m 3. Σκυρόδεμα με αυξημένη αντοχή στον παγετό: Για την παρασκευή σκυροδέματος, το οποίο χρησιμοποιείται σε υγρό και ψυχρό περιβάλλον, τα αδρανή υλικά πρέπει να έχουν αυξημένη αντοχή ως προς τον παγετό και το σκυρόδεμα να είναι αδιαπέραστο από το νερό. Ο συντελεστής w δεν πρέπει να υπερβαίνει την τιμή 0,60. Σκυρόδεμα με αυξημένη αντοχή στις χημικές επιδράσεις: Το σκυρόδεμα, το οποίο εκτίθεται σε προσβολή χημικών ουσιών, πρέπει να είναι αδιαπέραστο από το νερό και για την παρασκευή του πρέπει να χρησιμοποιείται ειδικό τσιμέντο με αυξημένη αντοχή στην επίδραση των θειικών αλάτων. Ο συντελεστής w πρέπει να είναι μικρότερος από 0,60 και σε περίπτωση ισχυρής επίδρασης μικρότερος από 0,50. Σκυρόδεμα με αυξημένη αντοχή στις ισχυρές μηχανικές καταπονήσεις: Το σκυρόδεμα με αυξημένη αντοχή στις ισχυρές μηχανικές καταπονήσεις πρέπει να χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις που καταπονείται από τριβή και κρούση, όπως π.χ. σε μεγάλη κίνηση οχημάτων, ολίσθηση αντικειμένων κ.λ.π. Το σκυρόδεμα πρέπει να είναι κατηγορίας τουλάχιστον C25/30 και η περιεκτικότητα σε τσιμέντο τουλάχιστον 350 Kg/m

93 Σκυρόδεμα με αυξημένη αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες: Για την παρασκευή σκυροδέματος με αυξημένη αντοχή σε θερμοκρασίες μέχρι 250 ο C χρησιμοποιούνται ειδικά αδρανή με μικρό συντελεστή κυβικής διαστολής. Στην περίπτωση όπου παρατηρούνται συχνές αυξομειώσεις της θερμοκρασίας πρέπει να λαμβάνονται ειδικά μέτρα προστασίας. Σκυρόδεμα μέσα στο νερό: Για την παρασκευή σκυροδέματος για έργα μέσα στο νερό, χρησιμοποιούνται αδρανή υλικά με διάμετρο μέγιστου κόκκου 31,5 ή 1. Το σκυρόδεμα πρέπει να έχει μέτρο εξάπλωσης α= cm και ο συντελεστής w πρέπει να είναι μικρότερος από 0,60. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί τσιμέντο τύπου Ι και ΙΙ και η ελάχιστη περιεκτικότητα σε τσιμέντο πρέπει να είναι 350 Kg/m 3. Όταν το βάθος του νερού είναι μεγαλύτερο από 1m, το σκυρόδεμα δεν αφήνεται ελεύθερο μέσα στο νερό, αλλά πρέπει να διαστρώνεται με ειδικές μεθόδους. Αεροσκυρόδεμα: Ο τρόπος παρασκευής του, είναι ίδιος με τα κοινά σκυροδέματα εκτός του ότι, κατά τη διάρκεια της ανάμειξης, προστίθενται ειδικά πρόσμικτα που προκαλούν τη δημιουργία κυψελών. Αυτό το σκυρόδεμα παρουσιάζει άριστες μονωτικές ιδιότητες ως προς τη θερμότητα και τον ήχο, αλλά έχει πολύ χαμηλή αντοχή και μικρή υδατοπερατότητα. Σκυρόδεμα παραγόμενο με Ολισθαίνοντα Καλούπια: Κατά τη μέθοδο αυτή, το καλούπι μετακινείται συνεχώς κατά τη διαδικασία σκυροδέτησης σε μία εφαρμογή διάρκειας 24 ωρών. Η μέθοδος των ολισθαίνοντων καλουπιών είναι γρήγορη και αποτελεσματική. Η μέθοδος είναι ιδιαιτέρως κατάλληλη για απλά, συνεχή ισόγεια έργα και για μεγάλες κατασκευές. Επειδή το ύψος του καλουπιού είναι συνήθως μόνο γύρω στα 1,20 m και ο ωριαίος ρυθμός παραγωγής είναι μεταξύ 20 και 30 m, το σκυρόδεμα του κάτω μέρους είναι ηλικίας 4 6 ωρών και πρέπει να είναι αρκετά ανθεκτικό για να σηκώσει το ίδιο βάρος του (πράσινη δύναμη). Παρόλα αυτά, δεν πρέπει να έχει πήξει αρκετά, έτσι ώστε να μπορεί να κολλήσει στο ανερχόμενο καλούπι ( τράβηγμα )

94 Εμφανές Σκυρόδεμα: Στη μοντέρνα αρχιτεκτονική, το σκυρόδεμα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για σχεδιαστικούς λόγους, πέραν των δομικών του ιδιοτήτων. Αυτό σημαίνει υψηλότερων απαιτήσεων προδιαγραφές για το φινίρισμα (εκτεθειμένες επιφάνειες). Σκυρόδεμα Μεγάλου Όγκου: Το σκυρόδεμα μεγάλου όγκου αναφέρεται σε κατασκευές μεγάλου πάχους (> 80 m). Αυτές οι κατασκευές έχουν συνήθως μεγάλο όγκο, που γενικώς σημαίνει ότι μεγάλοι όγκοι σκυροδέματος πρέπει να τοποθετηθούν σε μικρό χρονικό διάστημα. Κάτι τέτοιο απαιτεί εξαιρετικό σχεδιασμό και αποδοτικές διαδικασίες Σκυρόδεμα μεγάλου ειδικού βάρους: Το σκυρόδεμα μεγάλου ειδικού βάρους χρησιμοποιείται κυρίως για προστασία από την ακτινοβολία. Ελαφροσκυρόδεμα: Με τον όρο αυτό περιγράφονται σκυροδέματα και κονιάματα χαμηλής πυκνότητας. Το βάρος τους μειώνεται είτε με χρήση αδρανών χαμηλής πυκνότητας, είτε με την τεχνητή δημιουργία κενών στη μάζα του σκυροδέματος. Η μέθοδο που θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται κυρίως από την εφαρμογή του ελαφροσκυροδέματος και τις απαιτούμενες ιδιότητές του. Τα χαρακτηριστικά των ελαφροσκυροδεμάτων είναι: Μείωση της πυκνότητας του νωπού σκυροδέματος, Μείωση της πυκνότητας του σκληρυμένου σκυροδέματος. Κυλινδρούμενο Σκυρόδεμα: Το σκυρόδεμα αυτού του τύπου τοποθετείται με συμβατικούς (ασφάλτου) στρωτήρες δρόμων και ακολούθως επιπεδώνεται και συμπυκνώνεται με λείας επιφάνειας κυλινδρικούς δονητές. Το κυλινδρούμενο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται κυρίως στις ΗΠΑ (αλλά επίσης και στη Γερμανία) για την κατασκευή μεγάλων επιφανειών υψηλής αντοχής (χώρους στάθμευσης) και για επιφάνειες δρόμων. Η σύνθεση του σκυροδέματος είναι παρόμοια με αυτή του συμβατικού σκυροδέματος

95 Ύφυγρο Σκυρόδεμα για Προκατασκευασμένα Στοιχεία Σκυροδέματος: Το ύφυγρο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται για την κατασκευή μικρών διαστάσεων προϊόντων προκατασκευασμένου σκυροδέματος, όπως Πλάκες πεζοδρομίου, Κυβόλιθοι, Προκατασκευασμένες πλάκες και Σωλήνες. Οι κυριότερες εφαρμογές αφορούν σήμερα σε πλάκες πεζοδρομίου. Τα ειδικά χαρακτηριστικά του ύφυγρου σκυροδέματος είναι η άμεση αποκαλούπωση. Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα (SCC): Το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα (SCC) έχει υψηλότερο περιεχόμενο σε λεπτά υλικά από ότι το συμβατικό σκυρόδεμα εξαιτίας του υψηλού περιεχόμενού του σε συνδετικό υλικό και διαφορετική κοκκομετρική καμπύλη κατανομής. Αυτές οι τροποποιήσεις, σε συνδυασμό με ειδικά προσαρμοσμένους υπερρευστοποιητές, παράγουν μοναδική ρευστότητα και συμφυή ικανότητα συμπύκνωσης. Η χρήση του, είναι ιδανική για περιπτώσεις προκατασκευασμένων δομικών στοιχείων, γεωμετρικά δύσκολων διατομών και στοιχείων με αυξημένη ποσότητα οπλισμού. Ανακυκλούμενο σκυρόδεμα: Στα ανακυκλωμένα σκυροδέματα υπάρχουν διεπιφάνειες αδρανών-τσιμέντου διαφορετικές από εκείνες των συμβατικών σκυροδεμάτων. Διεπιφάνεια υπάρχει τόσο μεταξύ των ανακυκλωμένων αδρανών και της προσκολλημένης παλιάς τσιμεντοκονίας όσο και μεταξύ της προσκολλημένης και της νέας τσιμεντοκονίας. Η τσιμεντόπαστα που παραμένει στην διεπιφάνεια των ανακυκλωμένων αδρανών δίνει αδύνατα σημεία στα ανακυκλωμένα σκυροδέματα, αφού αποτελείται από πολύ μικρούς πόρους και ρωγμές και επηρεάζει την αντοχή. Αυτοί οι πόροι και οι ρωγμές απορροφούν νερό και οδηγούν σε λιγότερο νερό για ενυδάτωση στην διεπιφάνεια των ανακυκλωμένων σκυροδεμάτων. Η τσιμεντόπαστα αυτή επιπλέον έχει υποστεί και ενανθράκωση, η οποία αυξάνει το πορώδες της. Επομένως η αντοχή αλλά και η είσοδος των χλωριόντων πρέπει να εξαρτάται από το είδος του αρχικού σκυροδέματος. Ινοπλισμένο Σκυρόδεμα: Πολλές ιδιότητες του νωπού και του σκληρυμένου σκυροδέματος μπορούν να βελτιωθούν σημαντικά με την προσθήκη ινών. Υπάρχουν αναρίθμητοι τύποι ινών με διαφορετικά χαρακτηριστικά υλικών και σχήματα. Η σωστή επιλογή για

96 διαφορετικές χρήσεις είναι σημαντική. Όχι μόνο το υλικό, αλλά και το σχήμα των ινών αποτελεί κρίσιμο παράγοντα. Εικόνα 1-10: Ινοπλισμένο σκυρόδεμα. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα: Το παρόν είδος σκυροδέματος είναι το θέμα αυτής της πτυχιακής και θα αναλυθεί διεξοδικά στα παρακάτω κεφάλαιο

97 2. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Εικόνα 2-1: Τρόπος εφαρμογής του δια χειρός. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (στα αγγλικά Gunite ή shotcrete, ανάλογα με τη τεχνολογία μίξης) ονομάζεται το σκυρόδεμα υψηλής αντοχής, το οποίο τοποθετείται στη θέση σκυροδέτησης με εκτόξευση από το ακροφύσιο ειδικής συσκευής, μαζί με πεπιεσμένου αέρα. Έτσι σχηματίζει στρώση σκυροδέματος με συνάφεια πάνω στην εν λόγω επιφάνεια. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα είτε μεταφέρεται έτοιμο στο σημείο εφαρμογής, αντλείται μέσω ειδικού εξοπλισμού και εκτοξεύεται ενώ ταυτόχρονα συμπυκνώνεται (υγρή μέθοδος), είτε ως ξηρό μίγμα, αναμιγνύεται με νερό κατά τη διαδικασία άντλησης και εκτόξευσής του (ξηρή μέθοδος). Αποτελείται από μείγμα τσιμέντου και άμμου ή άλλα αδρανή υλικά και διάφορων προσθέτων. Στο ακροφύσιο προστίθεται μια ελάχιστη δόση νερού ώστε να ενυδατωθεί το υλικό και έτσι ώστε να προωθείται πιο εύκολα. 45 Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα πρέπει να έχει ομοιογένεια, κατάλληλο εργάσιμο που θα του επιτρέψει να διαστρωθεί ικανοποιητικά και ταυτόχρονα θα πρέπει να εξασφαλίζεται η πρόσφυση στην επιφάνεια στην οποία γίνεται η εκτόξευση, καθώς και η ελάχιστη αναπήδηση. Επίσης, πρέπει να έχει την αντοχή, την ανθεκτικότητα και όλες τις άλλες πρόσθετες ιδιότητες που απαιτούνται για το έργο. Τα υποστρώματα στα οποία το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μπορεί να εφαρμοστεί περιλαμβάνουν: - Έδαφος - Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα - Δομικά στοιχεία από σκυρόδεμα, χάλυβα και τοιχοποιία 45 Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα (

98 - Διάφορα είδη τύπων Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα γενικά χρησιμοποιείται όπου η πρόσβαση είναι δύσκολη ή απαιτούνται διαφορετικά πάχη στρώσεων. Χρησιμοποιείται σε κατασκευές, οι οποίες έχουν υποστεί εκτεταμένες καταστροφές, όπως και σε κατασκευές λεπτότοιχες ή ασθενώς οπλισμένες. Εφαρμόζεται κυρίως για επισκευές κτιρίων, στους μανδύες δομικών στατικών στοιχείων υποστυλωμάτων δοκών πλάκες και στην ενίσχυση φερουσών τοιχοποιιών και λιθοδομών. Στην οδοποιία αποτελεί μέρος συστήματος κατασκευής σηράγγων για επενδύσεις, σταθεροποίηση μετώπου και πρανών. Επίσης χρησιμοποιείται για υψηλής απόδοσης επενδύσεις, αλλά και σε εργασίες επισκευών και ανακαινίσεων. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται κυρίως για τις ακόλουθες εφαρμογές: Σταθεροποίηση μετώπου σηράγγων 2. Σταθεροποίηση πρανών 3. Υψηλής απόδοσης επενδύσεις 4. Εργασίες επισκευών και ανακαινίσεων Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα διαθέτει ορισμένες ιδιότητες που το καθιστούν κατά κάποιον τρόπο ανώτερο από το συμβατικό σκυρόδεμα. Εντούτοις, πρέπει να αναφερθεί ότι αυτές οι ιδιότητες είναι κατά ένα μεγάλο μέρος αποτέλεσμα των διαφορετικών μεθόδων ανάμιξης, μεταφοράς και τοποθέτησης αφού δεν υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές στα συστατικά υλικά. Η ευρύτατη χρήση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος οφείλεται κυρίως στα παρακάτω χαρακτηριστικά του: Αναπτύσσει υψηλή θλιπτική αντοχή σε σύντομο χρόνο. Αυτό συμβαίνει επειδή ο υδατοσυντελεστής Ν/Τ είναι χαμηλός (ιδιαίτερα στην ξηρά διαδικασία ανάμιξης) και επειδή επιτυγχάνεται υψηλή συμπύκνωση λόγω της μεγάλης ταχύτητας εκτόξευσης. Μπορούν να αναμένονται αντοχές 30% υψηλότερες από το συμβατικό σκυρόδεμα. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι οι αντοχές της τάξης των 50Μpa βρίσκονται μέσα στα πλαίσια συνήθους εφαρμογής της τεχνικής και ότι αντοχές μέχρι 30 Μpa επιτυγχάνονται εύκολα. 2. Έχει υψηλή πυκνότητα / χαμηλή διαπερατότητα. 46 Εγχειρίδιο Τεχνολογίας Σκυροδέματος Sika ( 47 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10 ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος

99 ως: 48 Δομικό Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα έχει μεγάλη ταχύτητα εκτόξευσης. Αυτή παρέχει δυνατότητα πολύ καλής πρόσφυσης με το υλικό βάσης (σκυρόδεμα, χάλυβας, βράχος), εξασφαλίζει την καλή συμπίεση και την υψηλή πυκνότητα που συνδέονται με τη χαμηλή διαπερατότητα, ενώ οι διαστάσεις των κόκκων των αδρανών παρέχουν μεγάλη ικανότητα διείσδυσης μέσα στις μικροανωμαλίες της επιφανείας βάσης, η οποία συνήθως έχει εκτραχυνθεί. 3. Το εκτοξευμένο σκυρόδεμα αυτοστηρίζεται. Μπορεί να πάρει εύκολα οποιοδήποτε σχήμα και περίγραμμα και να εφαρμοστεί χωρίς ξυλότυπο και χρησιμοποιείται ακόμα και στο κάτω μέρος οριζοντίων στοιχειών. 4. Η εγκατάσταση του είναι κινητή. Σε συνδυασμό με το είδος του εξοπλισμού που χρησιμοποιείται επιτρέπει τη σκυροδετήσει σε δύσκολες και δυσπρόσιτες θέσεις. 5. Έχει καλή αντίσταση στη διάβρωση και τις χημικές ουσίες. Η ποιότητα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τον έλεγχο του νερού και του επιταχυντικού προσθέτου του μίγματος, την πίεση του αέρα, την ταχύτητα εξόδου των υλικών από το ακροφύσιο, τις τεχνικές χρήσεις του ακροφυσίου και τον χειριστή του ακροφυσίου. 6. Έχει ενισχυμένη δύναμη προσκόλλησης. Υποθέτοντας ότι η επιφάνεια εκτόξευσης προετοιμάζεται κατάλληλα, η συνάφεια με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα είναι γενικά άριστη. 7. Έχει υψηλή ταχύτητα και απόδοση. Η εκτέλεση εργασιών γρήγορα και οικονομικά. Σ αυτό συμβάλλει η μη απαίτηση ξυλότυπου. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σύμφωνα με τις εφαρμογές του Υποστήριξης εδαφών και εκσκαφών Βραχυχρόνιας υποστήριξης Βελτίωσης επιφανειών Επισκευών Επίσης διακρίνεται ανάλογα με τον τρόπο ανάμειξης των υλικών σε υγρής ή ξηράς ανάμειξης και ανάλογα με τον τύπο των αδρανών σε χονδρόκοκκο και λεπτόκοκκο. 48 Εταιρία μελετών ( om.gr/gunite.html)

100 2.1 Ιστορικό 49 Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (gunite= γκανάιτ ή shotcrete= σότκριτ) δεν είναι νέα εφεύρεση. Οι πρώτες εργασίες με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, πραγματοποιήθηκαν στις ΗΠΑ από την εταιρία Cement-Gun Company, Allentown, το Η πρώτη μηχανή εκτοξευόμενου σκυροδέματος (Εικόνα 2-2), κατασκευάστηκε στη Pensylvania της Αμερικής το 1907 από τον Carl Ethan Akeley, ιδιοκτήτη της παραπάνω εταιρίας, για να εκτοξεύει τσιμεντοκονίαμα πάνω σε πλέγμα για την κατασκευή μοντέλων δεινοσαύρων. Τον Δεκέμβριο του 1910 αυτή η μηχανή παρουσιάστηκε στην έκθεση τσιμέντου στην Ν. Υόρκη. Εικόνα 2-2: Η πρώτη μηχανή εκτοξευόμενου σκυροδέματος που χρησιμοποιήθηκε από τον Carl Akeley το Ήταν μια μηχανή ξηράς ανάμιξης που χρησιμοποιούσε μίγμα από λεπτόκοκκα αδρανή (άμμο) και τσιμέντο, και χρησιμοποιήθηκε στις εργασίες ανακατασκευές της όψης του Field Muuseum του Σικάγου. Μπόρεσε να λειτουργήσει μονό μια ώρα και μετά το υλικό «μπλοκάρισε» στους σωλήνες. Όμως η αρχή έχει γίνει ιδέα της σκυροδέτησης με εκτόξευση είχε γίνει πράξη. Ο Akeley την ονόμασε «Plaster gym. Όταν στη συνεχεία τα δικαιώματα εκμετάλλευσης της μηχανής μεταφέρονται σε μια κατασκευαστική εταιρεία στο Allentown η μηχανή γίνεται γνωστή ως cement gym, η εταιρεία μετονομάζεται σε cement gym company και το προϊόν που ήταν ένα «πνευματικά εφαρμοζόμενο κονίαμα» καθιερώνεται ως gunite. Η cement gym company, εξελίχθηκε ραγδαία σε ένα μεγάλο κατασκευαστικό οργανισμό αναλαμβάνοντας μεγάλα έργα σε όλη τη Β. Αμερική με αντικείμενο τις επισκευές κτιρίων και γεφυρών και τις κατασκευές σηράγγων, έχοντας το πλεονέκτημα της αποκλειστικής χρήσης της μηχανής και της ονομασίας ως gunite

101 Εικόνα 2-3: Εκτόξευση σκυροδέματος το 1919 για κατασκευή δεξαμενής νερού. Όταν στη συνεχεία, άρχισαν να αναγνωρίζονται τα μεγάλα πλεονεκτήματα της τεχνικής σε ειδικά έργα, όπως σε έργα επεμβάσεων ή κατασκευές σηράγγων, η τεχνική πέρασε γρήγορα τον Ατλαντικό (γύρω στο 1925) και διαδόθηκε ραγδαία στην Ευρώπη και σ όλο τον άλλο κόσμο. Το 1950 κυκλοφορούσαν 5000 μηχανές και είχαν κατασκευαστεί έργα σε περισσότερες από 120 χώρες. Αυτήν την περίοδο η σκυτάλη περνάει σε ευρωπαϊκά χεριά. Ο George Seen, στην Ελβετία, ανατρέπει τη λογική της μηχανής θαλάμου, που είχε διατηρηθεί από την εποχή Akeley και δημιουργεί μια μηχανή που χρησιμοποιεί, για την ανάμιξη και προώθηση του μίγματος, ένα τύπο του αρχιμήδειου κοχλία. Έτσι μειώνονται οι αυξημένες απαιτήσεις δεξιοτήτων και μυϊκής δύναμης του χειριστή που ήταν απαραίτητες ως εκείνη τη στιγμή. Επιπροσθέτως, έως τότε μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αδρανή με μέγιστο διάμετρο 25mm, χωρίς να είναι ανάγκη να είναι ξηρά, ενώ η παραγωγή έφτανε τα 3m 3 την ώρα. Είναι ίσως η πρώτη φορά που ακριβολογώντας μπορούμε να μιλάμε για εκτοξευμένο σκυρόδεμα, μια και μέχρι τότε το ξηρό μίγμα ήταν μονό άμμος και τσιμέντο. Έτσι ο ορός «Shot rete» που είχε πρωτοχρησιμοποιηθεί το 1930, από το αμερικανικό σύνδεσμο μηχανικών σιδηροδρόμων, αντικαθιστώντας τον ορό «πνευματικά εφαρμοζόμενο κονίαμα», υιοθετείται από το ACI, το 1951, για να περιγράψει το νέο προϊόν που μπορεί πλέον να είναι κονίαμα ή σκυρόδεμα. Ξεκαθαρίζει έτσι μια σύγχυση, που είχε αρχίσει να δημιουργείται στην πράξη, όταν, ο ορός «Shotcrete» χρησιμοποιείτο για να περιγράψει μίγματα άμμου και τσιμέντου. Σήμερα ο ορός «Shotcrete» εξακολουθεί να έχει την έννοια που δόθηκε το Ορίζεται δηλαδή ως «..το σκυρόδεμα ή το κονίαμα που εκτοξεύεται με μεγάλη ταχύτητα σε μια επιφάνεια» ανεξάρτητα από τη μέθοδο παραγωγής του. Μετά από λίγα χρονιά (το 1957), ο τύπος της μηχανής άλλαξε και τη θέση της πηρέ η μηχανή περιστρεφόμενου κάδου που αναπτύχθηκε από την Meynadier & Cie AG, στην

102 Ζυρίχη, που αποτελείται από τον τύπο της μηχανής που έχει επικρατήσει σήμερα στην πράξη. Οι σύγχρονες μηχανές αυτού του τύπου έχουν βάρος 500 έως 1500 kg. Καταλαμβάνουν επιφάνεια δαπέδου 1,0*2,0 m, και το ύψους τους είναι περίπου 1,50 m. Έχουν την δυνατότητα να χρησιμοποιούν αδρανή με κόκκο μέχρι και 20 mm, και η παραγωγή τους μπορεί να ξεπεράσει το 10 m3/h. Το κόστος τους κυμαίνεται από έως ευρώ. Τις τελευταίες 2 δεκαετίες, η εισαγωγή των χημικών προσμικτικών στο σκυρόδεμα έδωσε νέα ώθηση στην τεχνική. Η δυνατότητα επιτάχυνσης της πήξης και σκλήρυνσης του σκυροδέματος ή της ανάπτυξης της αντοχής ή της αύξησης της πρόσφυσης και άλλα, ήσαν ισχυρά πλεονεκτήματα για την τεχνική λόγω της φύσης των έργων που χρησιμοποιείτο. Οι δυνατότητες αυτές επέτρεψαν την ανάπτυξη της μεθόδου της υγρής ανάμιξης στην οποία το νερό δεν προστίθεται πλέον στο ακροφύσιο αλλά στο μίγμα. Η μέθοδος αυτή πρωτοεμφανίστηκε την δεκαετία του 70, και με την εξάπλωση των χημικών πρόσμικτων ήταν ραγδαία. Στην Ελλάδα, το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα πρώτη φορά άρχισε να εφαρμόζεται από τους σεισμούς της Θεσσαλονίκης το Όροι και ορισμοί του εκτοξευόμενου σκυροδέματος συμφωνά με την Ελληνική Τεχνική Προδιαγραφή (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Ορισμοί Ακροφύσιο: Νοείται η διάταξη απόληξης της σωλήνας μεταφοράς του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Αποτελείται από τη μονάδα ανάμειξης, στην οποία, ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη μέθοδο, εισπιέζονται εντός της ροής του βασικού αναμίγματος, νερό, πεπιεσμένος αέρας ή/και πρόσθετα και πρόσμικτα. Αναπήδηση (rebound) του εκτοξευόμενου σκυροδέματος: Χαρακτηρίζεται το φαινόμενο κατά το οποίο, μέρος των εκτοξευόμενων υλικών αναπηδούν-ανακλώνται επί της επιφάνειας εφαρμογής και δεν ενσωματώνονται τελικά στην σχηματιζόμενη στρώση σκυροδέματος επί της εν λόγω επιφάνειας. Βασικό ανάμιγμα: Νοείται το ανάμιγμα σκυροδέματος που παραλαμβάνεται είτε σαν έτοιμο ανάμιγμα είτε αναμιγνύεται επί τόπου, με σκοπό να τροφοδοτήσει τον εξοπλισμό εκτόξευσης και να οδηγηθεί στο ακροφύσιο εκτόξευσης. Δοκιμές πριν την έναρξη της κατασκευής (preconstruction test): Νοούνται οι δοκιμές με το προτεινόμενο προσωπικό, υλικά, εξοπλισμό και μέθοδο εκτόξευσης και τις οποίες ο

103 Ανάδοχος πρέπει να εκτελέσει πριν την έναρξη των εργασιών για να εξασφαλίσει την επίτευξη των προδιαγεγραμμένων ιδιοτήτων. Εκτίμηση συμμόρφωσης (assessment of conformity): Νοείται η συστηματική εξέταση του βαθμού στον οποίο μια κατασκευαστική διαδικασία και ένα προϊόν είναι σε θέση να ικανοποιήσουν προδιαγεγραμμένες απαιτήσεις. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (shotcrete ή gunite ή sprayed concrete): Είναι το σκυρόδεμα που διαστρώνεται πάνω σε μια επιφάνεια με εκτόξευση του από το ακροφύσιο, ώστε να σχηματίζει στρώση με συνάφεια πάνω στην εν λόγω επιφάνεια. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αναφοράς: Νοείται το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα στο οποίο χρησιμοποιούνται όλα τα ενσωματωμένα υλικά, χωρίς τον επιταχυντή, για τον καθορισμό των αλλαγών και επιδράσεων στις μηχανικές του ιδιότητες. Επιθεώρηση (inspection): Νοείται το σύνολο των ενεργειών που αναλαμβάνονται για τον έλεγχο και την επιβεβαίωση ότι η εκτέλεση των εργασιών γίνεται σύμφωνα με τις προδιαγραφές του έργου. Εργοστασιακώς αναμεμιγμένο ξηρό ανάμιγμα: Νοείται το ξηρό ανάμιγμα που παραλαμβάνεται επί τόπου προς χρήση σε σάκους ή σε σιλό. Ίνες: Είναι στοιχεία μικρού διακριτού μήκους από χάλυβα, οργανικά πολυμερή, γυαλί ή πολυκαρβονικά υλικά, επαρκώς μικρού μεγέθους ώστε να κατανέμονται και να διασκορπίζονται ομοιόμορφα στη μάζα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Ισοδύναμη διάμετρο ίνας: Νοείται η διάμετρος ενός κύκλου με επιφάνεια ίση με την επιφάνεια της εγκάρσιας διατομής μίας μη κυκλικής ίνας. Καμπτική αντοχή κατά την αστοχία (ultimate flexural strength): Νοείται η τάση που αντιστοιχεί στο μέγιστο φορτίο το οποίο μπορεί να παραλάβει ένα άοπλο ή ινοπλισμένο σκυρόδεμα όταν υπόκειται σε μια καμπτική δοκιμή όπως αυτή ορίζεται στα πρότυπα ΕΛΟΤ ΕΝ και ΕΛΟΤ ΕΝ Κατηγορία επιθεώρησης (inspection class): Νοείται το σύνολο των αντικειμένων που θα επιθεωρηθούν και η έκταση της επιθεώρησης, με αναφορά σε τρεις κατηγορίες επιθεώρησης. Κατηγορία πρώιμης ανάπτυξης (early development class): Νοείται η έκταση της πρώιμης πήξης και η πρώιμη αντοχή μέχρι και τις 24 ώρες. Λόγος σχήματος ινών (aspect ratio of fibres): Νοείται ο λόγος του μήκους προς την διάμετρο ή την ισοδύναμη διάμετρο της ίνας. Μέγιστη καμπτική αντοχή αιχμής (first peak flexural strength): Νοείται η τάση που αντιστοιχεί στο μέγιστο φορτίο στο οποίο ανθίσταται ινοπλισμένο εκτοξευόμενο

104 σκυρόδεμα όταν υπόκειται σε δοκιμή κάμψης όπως προδιαγράφεται στο πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ Μεταφορά αραιής ροής: Νοείται η μεταφορά του βασικού ξηρού ή υγρού αναμίγματος μέσω σωληνώσεων σε ένα συνεχές ρεύμα υψηλής πίεσης αέρα προς το ακροφύσιο και όπου η δύναμη και η ενέργεια μεταφοράς χρησιμοποιούνται για την εκτόξευση και συμπύκνωση του αναμίγματος. Μεταφορά πυκνής ροής: Νοείται η τεχνική μεταφοράς με αντλία σκυροδέματος, χωρίς χρήση πεπιεσμένου αέρα, του υγρού αναμίγματος στο ακροφύσιο όπου εκτοξεύεται και συμπυκνώνεται πνευματικά με χρήση αέρα κατάλληλης πίεσης. Η τεχνική εφαρμόζεται μόνο στην υγρή μέθοδο. Νεαρό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα: Νοείται το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με ηλικία έως 24 ώρες από την κατασκευή του σχετικού στοιχείου. Νωπό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (fresh sprayed concrete): Νοείται αυτό πριν από την πήξη του. Ξηρό ανάμιγμα: Νοείται το βασικό ανάμιγμα με μέγιστη περιεχόμενη υγρασία μικρότερη από 0,5%, που προορίζεται για χρήση στην ξηρή μέθοδο. Ξηρή μέθοδος: Νοείται η μέθοδος εκτόξευσης ξηρού αναμίγματος όπου η απαιτούμενη ποσότητα του νερού ή πρόσθετου νερού εισάγεται στο ακροφύσιο. Παραμένουσα αντοχή (residual strength): Νοείται η υπολογιζόμενη τάση σε ινοπλισμένο σκυρόδεμα που αντιστοιχεί σε ένα φορτίο, στην καμπύλη φορτίουπαραμόρφωσης, όπως καταγράφεται σε μια καμπτική δοκιμή όπως αυτή ορίζεται στο πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ Προδιαγεγραμμένη κατηγορία τελικής αντοχής σκυροδέματος: Νοείται η αντοχή θλίψης κυλινδρικών δοκιμιών που προδιαγράφεται για ηλικία 28, 56 ή 90 ημερών και η οποία πρέπει να επιβεβαιώνεται βάση δοκιμίων ποιότητας. Προκαταρτικές δοκιμές (preliminary test): Νοούνται οι δοκιμές που ελέγχουν την απαιτούμενη σύνθεση εκτοξευόμενου σκυροδέματος ώστε να ικανοποιούνται όλες οι προδιαγεγραμμένες απαιτήσεις στη νωπή και σκληρυμένη κατάσταση. Σκιάσεις (shadow effect): Νοείται το φαινόμενο πτωχής συμπύκνωσης του σκυροδέματος ή παρουσίας κενών στη νωτιαία παρειά στοιχείων όπως για παράδειγμα μία ράβδος οπλισμού στην οποία η εκτόξευση λαμβάνει χώρα μόνο από την μία πλευρά. Συντήρηση: Νοούνται τα μέτρα για τη μείωση των επιβλαβών συνεπειών της εξάτμισης από το σκυρόδεμα

105 Υγρή μέθοδος: Νοείται η μέθοδος εκτόξευσης υγρού αναμίγματος με καθορισμένο λόγο νερού-τσιμέντου. Υγρό ανάμιγμα: Νοείται το βασικό ανάμιγμα που προορίζεται για χρήση στην υγρή μέθοδο. Ώριμο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα: Νοείται το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με πλήρη ανάπτυξη των ιδιοτήτων του, σε ηλικία τουλάχιστον 28 ημερών Ταξινόμηση και ονομασία εκτοξευόμενου σκυροδέματος Συνεκτικότητα (consistence) υγρού αναμίγματος. Η ταξινόμηση της συνεκτικότητας του νωπού σκυροδέματος στην παρούσα προδιαγραφή είναι εφαρμόσιμη για το υγρό ανάμιγμα πριν την εκτόξευση και θα εφαρμόζονται οι κατηγορίες συνεκτικότητας του προτύπου ΕΝ Κατηγορίες βλαπτικότητας περιβάλλοντος Οι οριακές τιμές για την σύνθεση σκυροδέματος που σχετίζονται με τις κατηγορίες βλαπτικότητας περιβάλλοντος και δίνονται στο πρότυπο ΕΝ 206-1, ισχύουν και για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με τις παρακάτω εξαιρέσεις: Οι συστάσεις για την ελάχιστη περιεκτικότητα τσιμέντου δεν εφαρμόζονται για εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Οι συστάσεις για την ελάχιστη περιεκτικότητα αέρα δεν εφαρμόζονται. Νεαρό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Το νεαρό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα θα ταξινομείται σε περιοχές τιμών σημαντικής ανάπτυξης πρώιμης αντοχής. Η συνιστώμενη στην παρούσα προδιαγραφή ταξινόμηση βασίζεται στο μέσο εύρος της τυπικής εξέλιξης της πήξης σύμφωνα με την επιλεγμένη μέθοδο και τις απαιτήσεις. Όταν προδιαγράφεται η ανάπτυξη της αντοχής του νεαρού σκυροδέματος, θα γίνεται εφαρμογή και αναφορά στις κλάσεις πρώιμης αντοχής J1, J2 ή J3 σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα 2-1. Η τάξη της πρώιμης αντοχής J1 ορίζεται στην περιοχή μεταξύ των γραμμών Α και Β, η κλάση J2 στην περιοχή μεταξύ των γραμμών B και C και η κλάση J3 υπεράνω της γραμμής C. Η ανάπτυξη της πρώιμης αντοχής θα καθορίζεται με την μέθοδο της διείσδυσης βελόνας σύμφωνα με την δοκιμή του προτύπου ΕΛΟΤ EN ή με την μέθοδο βλήτρου σύμφωνα με την δοκιμή του προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ

106 Η πρώιμη θλιπτική αντοχή του νεαρού σκυροδέματος μέχρι τις 24 ώρες μπορεί να εκτιμηθεί με διάφορες μεθόδους έμμεσων δοκιμών σύμφωνα με τον πίνακα 2-1. Πίνακας 2-1: Περιοχές τιμών αντοχής νεαρού σκυροδέματος καθοριζόμενες με διάφορες μεθόδους. Μέθοδος Περιοχή τιμών αντοχής νεαρού σκυροδέματος MPa ΕΛΟΤ EN Μέθοδος Α 0,2-1,2 ΕΛΟΤ EN Μέθοδος Β 3-16 ΕΛΟΤ ΕΝ :2005 >10 Σχήμα 2-1: Κλάσεις πρώιμης αντοχής νεαρού εκτοξευομένου σκυροδέματος. Τελική θλιπτική αντοχή Η θλιπτική αντοχή του εκτοξευομένου σκυροδέματος ταξινομείται σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ Καμπτική αντοχή Η καμπτική αντοχή θα δοκιμάζεται σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ ή το ΕΛΟΤ EN (όποιο είναι κατάλληλο για συγκριτική θεώρηση)

107 Κλάσεις παραμένουσας αντοχής ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Η ταξινόμηση της παραμένουσας αντοχής γίνεται με προδιαγραφή ενός επιπέδου αντοχής σε μια ορισμένη περιοχή παραμόρφωσης σύμφωνα με τον πίνακα 2-2, καθορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ EN και υποδηλώνεται με συνδυασμό των σημείων για την προδιαγεγραμμένη περιοχή παραμορφώσεων και αντοχών όπως η κλάση παραμένουσας αντοχής D2S2 υποδηλώνει ότι η αντοχή πρέπει να υπερβαίνει τα 2 Pa σε παραμορφώσεις 0,5, 1 και 2mm. Πίνακας 2-2: Καθορισμός κλάσεων παραμένουσας αντοχής. Περιοχή παραμορφώσεων Αντοχή (Ελάχιστη αντοχή MPa) Παραμόρφωση mm S1 S2 S3 S4 D D D Τυποποιημένες παραπομπές συμφωνά με την Ελληνική Τεχνική Προδιαγραφή (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Η παρούσα Προδιαγραφή ενσωματώνει, μέσω παραπομπών, προβλέψεις άλλων δημοσιεύσεων χρονολογημένων ή μη. Οι παραπομπές αυτές αναφέρονται στα αντίστοιχα σημεία του κειμένου και κατάλογος των δημοσιεύσεων αυτών παρουσιάζεται συνέχεια. Προκειμένου περί παραπομπών σε χρονολογημένες δημοσιεύσεις, τυχόν μεταγενέστερες τροποποιήσεις ή αναθεωρήσεις αυτών θα έχουν εφαρμογή στην παρούσα, όταν θα ενσωματωθούν σε αυτή, με τροποποίηση ή αναθεώρηση της. Όσον αφορά τις παραπομπές σε μη χρονολογημένες δημοσιεύσεις, ισχύει η τελευταία έκδοσή τους. ΕΛΟΤ ΤΠ ΕΛΟΤ ΤΠ ΕΛΟΤ ΤΠ Tunnel excavation with conventional means-υπόγεια εκσκαφή σηράγγων με συμβατικά μέσα Tunnel excavation with full-facers or roadheaders- Υπόγεια εκσκαφή σηράγγων με μηχανικά μέσα ολομέτωπης ή σημειακής κοπής Reinforcement meshes for sprayed concrete in tunnels- Πλέγματα οπλισμού εκτοξευόμενου σκυροδέματος

108 ΕΛΟΤ EN ΕΛΟΤ EN ΕΛΟΤ EN ΕΛΟΤ EN ΕΛΟΤ EN ΕΛΟΤ EN Α1 ΕΛΟΤ EN ΕΛΟΤ EN ΕΛΟΤ EN σηράγγων Sprayed Concrete Part 1: Definitions, Specifications and Conformity. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Μέρος 1: Ορισμοί, προδιαγραφές, συμμορφώσεις. Sprayed Concrete Part 2: Execution Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Μέρος 2: Εκτέλεση εργασιών. Testing Sprayed Concrete Part 2: Sampling Fresh and Hardened Concrete Δοκιμές εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Μέρος 1: Δειγματοληψία σε νωπή και σκληρυμένη κατάσταση. Testing Sprayed Concrete Part 2: Compressive Strength of Toung Sprayed Concrete Δοκιμές εκτοξευομένου σκυροδέματος. Μέρος 2: Πρώιμη θλιπτική αντοχή εκτοξευομένου σκυροδέματος. Testing Sprayed Concrete Part 3: Flexural Strengths (First Peak, Ultimate and Residual) of Fibre Reinforced Beam Specimens Δοκιμές εκτοξευομένου σκυροδέματος. Μέρος 3: Αντοχή σε κάμψη δοκιμίων ινοπλισμένων δοκών (αιχμής, ολική και παραμένουσα). Testing Sprayed Concrete Part 4: Bond Strength of Cores by Direct Tension Δοκιμές εκτοξευομένου σκυροδέματος. Μέρος 4: Αντοχή συνάφειας με άμεσο εφελκυσμό πυρήνων. Testing Sprayed Concrete Part 5: Determination of energy absorption capacity of Fibre Reinforced slab specimens- Δοκιμές εκτοξευομένου σκυροδέματος. Μέρος 5: Προσδιορισμός της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας ινοπλισμένων επίπεδων δοκιμίων Testing Sprayed Concrete Part 6: Thickness of concrete on a substrate - Δοκιμές εκτοξευομένου σκυροδέματος. Μέρος 6: Πάχος σκυροδέματος επί υποστρώματος Testing Sprayed Concrete Part 7: Fibre Content of Fibre Reinforced Concrete Δοκιμές εκτοξευομένου

109 σκυροδέματος. Μέρος 7: Περιεκτικότητα σε ίνες του ινοπλισμένου εκτοξευομένου σκυροδέματος. ΕΛΟΤ ΕΝ Cement Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements Τσιμέντο. Μέρος 1: Σύνθεση, προδιαγραφές και κριτήρια συμμόρφωσης για τα κοινά τσιμέντα. ΕΛΟΤ ΕΝ Concrete Part 1: Specification, performance production and conformity Σκυρόδεμα Μέρος 1: Προδιαγραφή, επίδοση, παραγωγή, συμμόρφωση. ΕΛΟΤ ΕΝ 934-2/Α1 Admixtures for concrete, mortar and grout Part 2: Concrete admixtures Definitions, requirements, conformity, marking and labeling Πρόσθετα σκυροδέματος, κονιαμάτων και ενεμάτων Μέρος 2: Πρόσθετα σκυροδέματος Ορισμοί απαιτήσεις, συμμόρφωση, σήμανση και επισήμανση. ΕΛΟΤ ΕΝ Admixtures for concrete, mortar and grout Part 5: Concrete admixtures Definitions, requirements, conformity, marking and labeling Πρόσθετα σκυροδέματος, κονιαμάτων και ενεμάτων Μέρος 5: Πρόσθετα σκυροδέματος Ορισμοί απαιτήσεις, συμμόρφωση, σήμανση και επισήμανση. ΕΛΟΤ ΕΝ Admixtures for concrete, mortar and grout Part 6: Sampling conformity control and evaluation of conformity- Πρόσθετα σκυροδέματος, κονιαμάτων και ενεμάτων Μέρος 6: Δειγματοληψία, έλεγχος συμμόρφωσης και εκτίμησης της συμμόρφωσης ΕΛΟΤ ΕΝ 1008 Mixing water for concrete Specification for sampling, testing and assessing the suitability of water, including water recovered from processes in thw concrete industry, as mixing water for concrete Νερό ανάμιξης σκυροδέματος Προδιαγραφή για δειγματοληψία, έλεγχο και αξιολόγηση της καταλληλότητας του νερού. ΕΛΟΤ EN Products and systems for the protection and repair of

110 ΕΛΟΤ ΕΝ 1542 ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2 ΕΛΟΤ ΕΝ ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2 ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2 ΕΛΟΤ ΕΝ ΕΛΟΤ ΕΝ ΕΛΟΤ ΕΝ concrete structures - Definitions, requirements, quality control and evaluation of conformity Part 3: Structural and non-structural repair Προϊόντα και συστήματα για την προστασία και επισκευή δομημάτων από σκυρόδεμα Ορισμοί, απαιτήσεις, έλεγχος ποιότητας και αξιολόγηση συμμόρφωσης. Μέρος 3: Επισκευές φερόντων και μη στοιχείων. Products and systems for the protection and repair of concrete structures Test methods Measurement of bond strength by pull-off Προϊόντα και συστήματα για την προστασία και επισκευή κατασκευών από σκυρόδεμα Μέθοδοι δοκιμής Μέτρηση της αντοχής συγκόλλησης με εξόλκευση, Testing fresh concrete Part 2: Slump test Δοκιμές νωπού σκυροδέματος Μέρος 2: Δοκιμή κάθισης. Testing hardened concrete Part 3: Compressive strength of test specimens Δοκιμές σκληρυμένου σκυροδέματος- Μέρος 3: Αντοχή σε θλίψη δοκιμίων Testing fresh concrete Part 5: Flow table test Δοκιμές νωπού σκυροδέματος Μέρος 5: Δοκιμή σε τράπεζα εξαπλώσεως. Testing fresh concrete Part 6: Density Δοκιμές νωπού σκυροδέματος Μέρος 6: Πυκνότητα. Testing hardned concrete Part 5: Flexural strength of test specimens Δοκιμές σκληρυμένου σκυροδέματος Μέρος 5: Αντοχή σε κάμψη δοκιμίων. Testing hardened concrete Part 7: Density of hardened concrete Δοκιμές σκληρυμένου σκυροδέματος Μέρος 7: Πυκνότητα σκληρυμένου σκυροδέματος. Testing hardened concrete Part 8: Depth of penetration of water under pressure Δοκιμές σκληρυμένου σκυροδέματος Μέρος 8: Βάθος διείσδυσης νερού υπό πίεση

111 ΕΛΟΤ ΕΝ Testing concrete in structures Part 1: Cored specimens Testing, examining and testing in compression Δοκιμές σκυροδέματος στις κατασκευές Μέρος 1: Δοκίμια πυρήνων Λήψη, εξέταση και δοκιμή σε θλίψη. ΕΛΟΤ ΕΝ Testing concrete in structures Part 3: Determination of full-out force- Δοκιμές σκυροδέματος στις κατασκευές- Μέρος3: Προσδιορισμός της δύναμης εξολκευσης. ΕΛΟΤ ΕΝ Α1 Aggregates for concrete Αδρανή σκυροδεμάτων. ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2 Products and systems for the protection and repair of concrete structures Test methods Determination of modulus elasticity in compression Προϊόντα και συστήματα για την προστασία και επισκευή δομημάτων από σκυρόδεμα Μέθοδοι δοκιμής Προσδιορισμός του μέτρου ελαστικότητας σε θλίψη. ISO 758:1976 Liquid chemical products for industrial use Determination of density at 20 degrees C Χημικά προϊόντα σε υγρή μορφή για βιομηχανική χρήση. Προσδιορισμός της πυκνότητας σε θερμοκρασία 20 ο C. ΕΛΟΤ CEN/TS Testing hardened concrete Part 9: Freeze-thaw resistance Scaling Δοκιμές σκληρυμένου σκυροδέματος Μέρος 9: Αντίσταση σε ψύξη απόψυξη Απολέπιση. ΕΛΟΤ ΕΝ Tests for geometrical properties of aggregates Part 1: Determination of particle size distribution Sleving method Δοκιμές γεωμετρικών ιδιοτήτων των αδρανών Μέρος 1: Προσδιορισμός του διαγράμματος κοκκομετρίας Μέθοδος με κόσκινα. ΕΛΟΤ ΕΝ 863 Protective clothing Mechanical properties Test method: Puncture resistance Προστατευτική ενδυμασία. Μηχανικές ιδιότητες. Δοκιμή αντοχής σε διάτρηση. ΕΛΟΤ ΕΝ 397 Α/1 Industrial safety helmets (Amendment A1:2000) Κράνη προστασίας. ΕΛΟΤ ΕΝ 388 Ε2 Protective gloves against mechanical risks Γάντια

112 προστασίας έναντι μηχανικών κινδύνων. ΕΛΟΤ ΕΝ ISO Safety Footwear for Professional Use υποδήματα ασφαλείας για επαγγελματική χρήση. ΕΛΟΤ ΕΝ 136 Ε2 Respiratory protective devices Full face masks Requirements, testing, making Μέσα προστασίας της αναπνοής Μάσκες ολοκλήρου προσώπου Απαιτήσεις, δοκιμές, σήμανση. ΕΛΟΤ ΕΝ 140 Ε2 Respiratory protective devices Particle filters Requirements, testing marking - Μέσα προστασίας της αναπνοής Φίλτρα αερίων και φίλτρα συνδυασμού Απαιτήσεις, δοκιμές, σήμανση. ΕΛΟΤ ΕΝ 143/Α1 Respiratory protective devices Particle filters Requirements, testing, marking Μέσα προστασίας της αναπνοής Φίλτρα για σωματίδια Απαιτήσεις, δοκιμές, σήμανση. ΕΛΟΤ ΕΝ 149 Ε2 + AC Respiratory protective devices Filtering half masks to protect against particles Requirements, testing, making Μέσα προστασίας της αναπνοής Φιλτρόμασκες για προστασία έναντι σωματιδίων - Απαιτήσεις, δοκιμές, σήμανση. ΕΛΟΤ ΕΝ 405 Ε2 Respiratory protective devices Valved filtering half masks to protect against gases or gases and particles Requirements, testing, marking Μέσα προστασίας της αναπνοής Φιλτρόμασκες με βαλβίδα για προστασία από αέρια ή αέρια και σωματίδια Απαιτήσεις, δοκιμές, σήμανση. ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2 Hearing protectors General requirements Part 1: Earmuffs Μέσα προστασίας της ακοής Γενικές απαιτήσεις Μέρος 1: Ωτοασπίδες ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2 Hearing protectors General requirements Part 2: Earplugs Μέσα προστασίας της ακοής Γενικές απαιτήσεις Μέρος 2: Ωτοβύσματα ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2 Hearing protectors General requirements Part 3: Ear

113 muffs attached to an industrial safety helmet Μέσα προστασίας της ακοής Γενικές απαιτήσεις Μέρος 3: Ωτοασπίδες επί βιομηχανικού κράνους ασφαλείας. ΕΛΟΤ ΕΝ Hearing protectors Safety requirements and testing Part 4: Level-dependent ear-muffs Μέσα προστασίας της ακοής Απαιτήσεις ασφάλειας και δοκιμές Μέρος 4: Ωτοασπίδες με εξασθένιση εξαρτώμενη από τη στάθμη του θορύβου. 2.4 Απαιτήσεις ενσωματωμένων υλικών Χαρακτηριστικά ενσωματωμένων υλικών. Τα ενσωματωμένα υλικά του εκτοξευόμενου σκυροδέματος είναι: 50 Τσιμέντο Αδρανή υλικά Νερό Πρόσμικτα (admixturers) Πρόσθετα(περιλαμβανόμενων και ορυκτών fillers και χρωμάτων) Ίνες Όλα τα ενσωματωμένα υλικά θα είναι καθαρά και δεν θα περιέχουν επιβλαβή συστατικά σε τέτοιες ποσότητες που να μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά την ανθεκτικότητα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος ή να προκαλέσουν διάβρωση του οπλισμού. Όλα τα υλικά θα χρησιμοποιούνται μόνο εάν είναι αποδεδειγμένης καταλληλότητας. Η καταλληλότητα ενός υλικού θα αποδεικνύεται όταν αυτό συμμορφώνεται με ένα Πρότυπο. Οι απαιτήσεις των υλικών φαίνονται στον παρακάτω πίνακα ΕΛΟΤ ΤΠ : ΕΛΟΤ ΤΠ :

114 Πίνακας 2-3: Απαιτήσεις υλικών εκτοξευόμενου σκυροδέματος. 52 ΕΝΣΩΜΑΤΟΥΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ Τσιμέντο Η καταλληλότητα αποδεικνύεται για τσιμέντο που συμμορφώνεται με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ Αδρανή υλικά Η καταλληλότητα αποδεικνύεται για αδρανή που συμμορφώνονται με το πρότυπο ΕΝ Νερό Το νερό θα συμμορφώνεται προς το πρότυπο ΕΛΟΤ EN 1008:2000. Πρόσμικτα Τα πρόσμικτα θα συμμορφώνονται προς τα πρότυπα ΕΛΟΤ ΕΝ και/ή ΕΛΟΤ ΕΝ και ΕΝ Πρόσθετα Τα πρόσθετα θα συμμορφώνονται προς τις απαιτήσεις (περιλαμβανομένων και που εξειδικεύονται στο πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ ορυκτών fillers και χρωμάτων) Ίνες Οι μεταλλικές ίνες θα ικανοποιούν τις απαιτήσεις του προσαρτήματος Β του ΕΛΟΤ EN Άλλου τύπου ίνες θα ικανοποιούν τις παραπάνω γενικές απαιτήσεις. 1 ΕΝ 934-2:2001 Admixtures for concrete, mortar and grout Part 2: Concrete admixtures Definitions, requirements, conformity, marking and labeling Πρόσθετα σκυροδέματος, κονιαμάτων και ενεμάτων Μέρος 2: Πρόσθετα σκυροδέματος Ορισμοί απαιτήσεις, συμμόρφωση, σήμανση και επισήμανση., ΕΝ 934-5:2005 Admixtures for concrete, mortar and grout Part 5: Admixtures for spayed concrete definitions, requirements, conformity, marking and labeling Πρόσθετα σκυροδέματος κονιαμάτων και ενεμάτων Μέρος 5: Πρόσθετα εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Ορισμοί, απαιτήσεις, συμμόρφωση, σήμανση και επισήμανση., ΕΝ 934-6:2001 Admixtures for concrete, mortar and grout Part 6: Sampling, conformity control and evaluation of conformity Πρόσθετα σκυροδέματος, κονιαμάτων και ενεμάτων Μέρος 6: Δειγματοληψία, έλεγχος συμμόρφωσης και εκτίμηση της συμμόρφωσης.. 52 ΕΛΟΤ ΤΠ :

115 Τσιμέντο 53 Όπως και στο συμβατικό σκυρόδεμα χρησιμοποιείται τσιμέντο Portland. Η περιεκτικότητα σε τσιμέντο του μείγματος πρέπει κανονικά να είναι μεταξύ 350 και 450 kg/m 3 για την ξηρά διαδικασία και μεταξύ 400 και 500 kg/m 3 για την υγρή διαδικασία. Η μέγιστη θερμοκρασία του τσιμέντου στις εγκαταστάσεις μίξης πρέπει να περιορισθεί στους 70 C και δεν πρέπει να υπερβεί 50 C κατά την διάρκεια της μίξης. Το τσιμέντο πρέπει να είναι φρέσκο και αποθηκευμένο σε μια ξηρά περιοχή ή/και σε ένα κατάλληλο σιλό. Όπου υπάρχει κίνδυνος επίδρασης θειικού άλατος ή αλκαλικής αντίδρασης πυριτίου, οι ειδικοί τύποι τσιμέντου (τσιμέντο που αντιστέκεται στο θειικό άλας SRC) πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Αδρανή υλικά 54 Το ποσοστό των αδρανών μεγέθους μεγαλύτερου από 8mm δεν πρέπει να υπερβεί το 10% για να ελαχιστοποιηθεί η ανάκλαση και η διείσδυση στο ήδη τοποθετημένο σκυρόδεμα. Τα αδρανή μεγέθους παραπάνω από 12mm πρέπει να αποφευχθούν δεδομένου ότι μπορούν να φράξουν το ακροφύσιο και να προκαλέσουν επικίνδυνη ανάκλαση. Η κοκκομετρική καμπύλη πρέπει κανονικά να είναι στη σκιασμένη περιοχή που δίνεται στο διάγραμμα 2-1. Η λεπτότερη περιοχή είναι καταλληλότερη για τα ξηρά μείγματα και η φυσική περιεκτικότητά τους σε υγρασία δεν πρέπει να είναι περισσότερο από 6%. 53 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10 ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος

116 Διάγραμμα 2-1: Ποσοστό διερχόμενου υλικού/αριθμός κοσκινού σε mm. Νερό Ανάμειξης 55, 56, 57 Το πόσιμο νερό είναι κατάλληλο ενώ από άλλες πηγές πρέπει να ελεγχθεί έτσι ώστε να είναι καθαρό και απαλλαγμένο από σάκχαρα, έλαια και σωματίδια που μπορεί να επιδράσουν με το Ε.Σ και με το χάλυβα. Ο λόγος Ν/Τ έχει μεγάλη σημασία τόσο στην επίτευξη ικανοποιητικής θλιπτικής αντοχής όσο και στη μείωση του βαθμού της αναπήδησης και κυμαίνεται μεταξύ 0,4 και 0,55 ανάλογα με τις προδιαγραφές του σκυροδέματος. Πιο συγκεκριμένα: -Λόγος Ν/Τ για υγρό σκυρόδεμα χαμηλών προδιαγραφών: < 0,55 -Λόγος Ν/Τ για υγρό σκυρόδεμα μεσαίων προδιαγραφών: < 0,50 -Λόγος Ν/Τ για υγρό σκυρόδεμα υψηλών προδιαγραφών: < 0,46 Προσοχή πρέπει να δοθεί στην θερμοκρασία του νερού καθώς επηρεάζει την τελική θερμοκρασία του μείγματος. 55 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10 ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος Θεοδώρου Χάρης, Ινοπλισμενο Εκτοξευομενο Σκυρόδεμα, Συγκρίσεις Και Μηχανικές του Ιδιότητες, 19ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές και Ενισχύσεις Κατασκευών- Αφιέρωμα στον ΚΑΝ.ΕΠΕ.», Πάτρα, Φεβρουάριος, Κουτρουβέλη Θεοφανώ, Παύλου Ευαγγελία, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα 15ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών», Πάτρα, Φεβρουάριος 2009,

117 Ίνες (ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα) 58 Οι ίνες χρησιμοποιούνται γενικά για να αυξήσουν την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος και να περιορίσουν την ρηγμάτωση και διακρίνονται σε ίνες χάλυβα, συνθετικές ή και γυαλί. Το μήκος τους είναι από 12 (για ευκολότερη ανάμειξη, εκτόξευση και λιγότερη ανάκλαση) έως 50mm (για μεγαλύτερη ανθεκτικότητα) και δεν πρέπει να ξεπερνά το 0,7 της εσωτερικής διαμέτρου των σωλήνων της συσκευής για την εκτόξευση. Το είδος και η ποσότητα των ινών προβλέπεται από τη μελέτη σύνθεσης. Στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται ίνες από χάλυβα θα πρέπει να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις ASTM-820. Το συνιστάμενο μήκος χαλύβδινων ινών είναι mm. Για άλλα είδη ινών τα κριτήρια αποδοχής του προδιαγράφονται στη μελέτη. Ελλείψει σχετικής προδιαγραφής τα κριτήρια διατυπώνονται από την επίβλεψη. Εικόνα 2-4: α) Γυάλινες ίνες, β) Ίνες από πολυμερή, γ) Χαλύβδινες ίνες. Πρόσμικτα 59 Πρόσφυσης: Δεν απαιτούνται αλλά αν χρησιμοποιηθούν πρέπει να ακολουθηθούν οι οδηγίες των κατασκευαστών. Επιταχυντικά Πήξης: Όταν απαιτείται ταχεία πήξη π.χ. τούνελ. Αεροπροσθετικά: Συνίσταται μόνο στην υγρή διαδικασία για να συμπληρωθούν τα κενά. Ποζολάνες: Διευκολύνουν την εργασιμότητα αλλά μπορεί να παρουσιαστεί καθυστέρηση στην ανάπτυξη της αντοχής. Σκωρία υψικαμίνων, οξείδια του πυριτίου 58 Θεοδώρου Χάρης, Ινοπλισμενο Εκτοξευομενο Σκυρόδεμα, Συγκρίσεις Και Μηχανικές του Ιδιότητες, 19ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές και Ενισχύσεις Κατασκευών- Αφιέρωμα στον ΚΑΝ.ΕΠΕ.», Πάτρα, Φεβρουάριος, Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος

118 Χάλυβας Ενίσχυσης 60 Ο χάλυβας χρησιμοποιείται για να αυξήσει την καμπτική αντοχή και να μειώσει τις ρωγμές. Σε παχιά στρώματα ( >50mm) χρησιμοποιείται πλέγμα με κενά mm και διάμετρο ράβδων < 10mm Απαιτήσεις σύνθεσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος(ελοτ ΤΠ :2009 Οι αναλογίες των υλικών θα επιλέγονται ώστε να ικανοποιείται το σύνολο των κριτηρίων και των απαιτήσεων επιτελεστικότητας τόσο του νωπού όσο και του σκληρυμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος, που περιλαμβάνουν τη συνεκτικότητα (για το υγρό ανάμιγμα), αντοχή, αντοχή σε κάμψη, πλαστιμότητα, πυκνότητα, ανθεκτικότητα, στεγανότητα, υδατοπερατότητα, προστασία των ενσωματούμενων μεταλλικών στοιχείων έναντι διάβρωσης και αφού ληφθεί υπόψη η μέθοδος κατασκευής και η ποσότητα της αναπήδησης και σκόνης κατά την εκτέλεση της εργασίας εκτόξευσης. Οι απαιτήσεις για τη σύνθεση και τις ιδιότητες, που σχετίζονται με τις κατηγορίες βλαπτικότητας του περιβάλλοντος, εξαρτώνται από τη θεωρούμενη τεχνική διάρκεια ζωής του στοιχείου του εκτοξευόμενου σκυροδέματος και σε συμμόρφωση με τις προβλέψεις του Πρότυπου ΕΛΟΤ ΕΝ Οι οριακές τιμές για τη σύνθεση του σκυροδέματος, που σχετίζονται με τις κατηγορίες έκθεσης και δίνονται στο πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1, ισχύουν και για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με τις παρακάτω εξαιρέσεις: Οι συστάσεις για την ελάχιστη περιεκτικότητα τσιμέντου δεν εφαρμόζονται για εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Οι συστάσεις για την ελάχιστη περιεκτικότητα αέρα δεν εφαρμόζονται. Οι τιμές της σύνθεσης του σκυροδέματος αναφέρονται στο σκυρόδεμα μετά την εκτόξευση και πρέπει να λαμβάνουν υπόψη την προσθήκη νερού κατά την εκτόξευση και την επίδραση του φαινομένου της αναπήδησης. Η επίτευξη της τεχνικής διάρκειας ζωής του εκτοξευομένου σκυροδέματος εξαρτάται από: Την εκτόξευση και συντήρηση. Την επαρκή επικάλυψη του οπλισμού (στην περίπτωση ινοπλισμού δεν απαιτείται κάποιο είδος επικάλυψης). 60 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος

119 Τη χρήση σε περιβάλλον για το οποίο προβλέπονται και εφαρμόζονται ειδικές οριακές τιμές. Την αναμενόμενη συντήρηση χωρίς εκτεταμένες επιδιορθώσεις. Πίνακας 2-4: Απαιτήσεις για τη σύνθεση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Χρήση του τσιμέντου Ο τύπος του τσιμέντου θα προδιαγράφεται λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της επικρατούσας θερμοκρασίας και την εκτίμηση της έκλυσης θερμότητας στον απαιτούμενο χρόνο εργασιμότητας, τις απαιτήσει στην ανάπτυξη αντοχής και την τελικώς αναπτυσσόμενη αντοχή, καθώς επίσης και τις συνθήκες συντήρησης. Για μόνιμες κατασκευές οι περιβαλλοντικές συνθήκες, στις οποίες εκτίθεται το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, θα θεωρούνται σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ παρ καθώς επίσης οι προφυλάξεις αναφορικά με την αντίσταση σε αλκαλοπυριτικές αντιδράσεις θα εφαρμόζονται σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ παρ Χρήση των αδρανών Θα εφαρμόζονται προφυλάξεις αναφορικά με την αντίσταση σε αλκαλοπυριτικές αντιδράσεις σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ παρ Χρήση των πρόσμικτων Δεν θα υπερβαίνονται οι οριακές τιμές που τίθενται στα πρότυπα ΕΛΟΤ ΕΝ και ΕΛΟΤ ΕΝ Χρήση των πρόσθετων Η χρήση των πρόσθετων για μόνιμες κατασκευές πρέπει να συμμορφώνεται με τις διατάξεις του προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ παρ Περιεχόμενα χλωρïόντα Τα περιεχόμενα χλωριόντα ενός εκτοξευόμενου σκυροδέματος για μόνιμες κατασκευές δεν θα υπερβαίνουν τις τιμές που δίνονται στο πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1, πίνακας 10. Για το ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα θα εφαρμόζονται οι τιμές για το οπλισμένο σκυρόδεμα. Λόγος νερού : τσιμέντου Για μόνιμες κατασκευές οι περιβαλλοντικές συνθήκες, στις οποίες το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα εκτίθεται, θα θεωρούνται σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ παρ Όπου προδιαγράφεται λόγος νερού : τσιμέντου υγρού αναμίγματος, θα υπολογίζεται σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ παρ Χρήση των ινών Η χρήση των ινών θα συμμορφώνεται με το προσάρτημα Α και Β του προτύπου ΕΛΟΤ EN

120 2.4.3 Μελέτη σύνθεσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Οι αναλογίες των υλικών για την παρασκευή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος θα καθορίζονται από Μελέτη Συνθέσεως η οποία θα γίνεται σύμφωνα με τα παρακάτω αναφερόμενα. Η Μελέτη Σύνθεσης είναι υποχρεωτική για κάθε ποιότητα, όπως επίσης και για οποιοδήποτε εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ειδικών απαιτήσεων (στεγανό, ανθεκτικό κλπ.). οι Μελέτες Σύνθεσης γίνονται από διαπιστευμένα Εργαστήρια. Η Μελέτη Σύνθεσης κάθε ποιότητας εκτοξευόμενου σκυροδέματος θα γίνεται στην αρχή του έργου και θα επαναλαμβάνεται: Όταν αλλάζει η πηγή λήψεως των αδρανών ή ο τύπος τους. Όταν τα αδρανή παρουσιάζουν διαφορετική διαβάθμιση από εκείνη που είχαν στη Μελέτη Σύνθεσης, με αποκλίσεις που υπερβαίνουν τις 10 εκατοστιαίες μονάδες για τα κόσκινα τα μεγαλύτερα των 4mm ή Νο 4, τις 8 εκατοστιαίες μονάδες για τα κόσκινα της άμμου (εκτός του κοσκίνου 0,25) και τις 5 εκατοστιαίες μονάδες για το κόσκινο 0,25. Όταν αλλάζουν τα πρόσμικτα ή τα πρόσθετα ή ο τύπος ή η κατηγορία τσιμέντου. Όταν το μίγμα παρουσιάζει τάσεις απομίξεως ή υπερβολική αναπήδηση ή η κάθιση του δεν ικανοποιεί τις απαιτήσεις του έργου, μολονότι τηρούνται οι αναλογίες της Μελέτης Σύνθεσης. Η Μελέτη Σύνθεσης γίνεται με τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν στο Έργο, αδρανή, τσιμέντο, πρόσθετα, νερό, πρόσμικτα και ίνες. Στο εργαστήριο προσδιορίζεται η κοκκομετρική διαβάθμιση του μίγματος των αδρανών και οι αναλογίες των υλικών πλην των επιταχυντών που ρυθμίζονται επί τόπου στο έργο με ευθύνη του εργαστηρίου. Η εκτέλεση της Μελέτης Σύνθεσης γίνεται με τον ίδιο μηχανικό εξοπλισμό και με ανθρώπινο δυναμικό που θα χρησιμοποιηθεί κατά την κατασκευή του Έργου. Στην Μελέτη Σύνθεσης περιλαμβάνονται τόσο οι «προκαταρκτικές δοκιμές», δηλαδή οι δοκιμές που ελέγχουν την απαιτούμενη σύνθεση του εκτοξευομένου σκυροδέματος ώστε να ικανοποιούνται όλες οι προδιαγεγραμμένες απαιτήσεις στη νωπή και σκληρυμένη κατάσταση, όσο και οι «δοκιμές πριν την έναρξη της κατασκευής», δηλαδή οι δοκιμές με το προτεινόμενο προσωπικό, υλικά, εξοπλισμό και μέθοδο εκτόξευσης και τις οποίες ο Ανάδοχος πρέπει να εκτελέσει πριν την έναρξη των εργασιών για να εξασφαλίσει την

121 επίτευξη των προδιαγεγραμμένων ιδιοτήτων. Οι απαιτούμενες δοκιμές πριν την έναρξη της κατασκευής εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα 2-5: Πίνακας 2-5: Δοκιμές εκτοξευόμενου σκυροδέματος πριν την έναρξη κατασκευής για την υποστήριξη σηράγγων. Κατηγορίες επιθεώρησης 2 3 Δοκιμαστική εκτόξευση (1) Θλιπτική αντοχή Ανάπτυξη πρώιμης αντοχής Αντίσταση σε παγετό Διείσδυση νερού Συνάφεια με υπόστρωμα Μέτρο ελαστικότητας ΕΠΙΠΡΟΣΘΕΤΑ ΓΙΑ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ Μέγιστη καμπτική αντοχή Οριακή καμπτική αντοχή Παραμένουσα αντοχή (1) Ικανότητα απορρόφησης ενέργειας (2) Περιεκτικότητα ινών (1) Η ποσότητα θα προδιαγράφεται για κάθε έργο. (2) Εναλλακτικά θα προδιαγράφεται είτε η παραμένουσα αντοχή είτε η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας. Οι παράμετροι με σκιασμένες ενδείξεις είναι υποχρεωτικές για δοκιμές, ενώ με λευκές ενδείξεις είναι υποχρεωτικές μόνο αν προδιαγράφονται στη Μελέτη. Εφόσον ζητηθεί, στη Μελέτη Σύνθεσης θα δίνεται η καμπύλη του λόγου Νερό/Τσιμέντο (Ν/Τ) και αντοχής για ένα διάστημα τουλάχιστον 3MPa εκατέρωθεν της απαιτούμενης αντοχής. Η ποσότητα του νερού που θα δίνεται στις αναλογίες υλικών στις Μελέτες Σύνθεσης θα αναφέρεται σε ξηρά αδρανή υλικά. Αν χρησιμοποιούνται πρόσθετα, αυτά θα προστίθενται με τον ίδιο τρόπο και την ίδια αναλογία όπως στο Έργο. Επιπλέον θα δίδεται η καμπύλη μεταβολής αντοχών όταν αλλάζει η δοσολογία του επιταχυντού

122 2.4.4 Απαιτήσεις για το σκληρυμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (ΕΛΟΤ ΤΠ :2009) Ιδιότητα Νεαρό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Θλιπτική αντοχή Πυκνότητα Μέτρο ελαστικότητας Καμπτική αντοχή Απαιτήσεις και μέθοδος δοκιμής Αν προδιαγράφεται, εκτίμηση της πρώιμης θλιπτικής αντοχής μπορεί να γίνει σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ ή εναλλακτικά από μια δοκιμή εξόλκευσης σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ : για μη ινοπλισμένο σκυρόδεμα. Η θλιπτική αντοχή εκφράζεται και καθορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Η αντοχή θα καθορίζεται από δοκιμές που εκτελούνται σε 28 ημέρες σύμφωνα με το ISO 4012:1978, σε δοκίμια που αποκόπτονται με διάτρηση από την από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα κατασκευή σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ , ή από πανέλα σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Η ελάχιστη διάμετρος των δοκιμίων θα είναι 50 mm και ο λόγος ύψους/ διάμετρο θα είναι είτε 1,0 είτε 2,0 και θα ελέγχονται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Σημείωση: Ο λόγος ύψους/ διαμέτρου θα είναι: 2,0 αν η αντοχή πρόκειται να συγκριθεί με αντοχή κυλίνδρου. 1,0 αν η αντοχή πρόκειται να συγκριθεί με αντοχή κύβου. Αν προδιαγράφεται, η πυκνότητα του σκληρυμένου σκυροδέματος θα καθορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Αν προδιαγράφεται, το μέτρο ελαστικότητας σε θλίψη θα καθορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Ε2. Αν προδιαγράφεται, η καμπτική αντοχή θα καθορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ για άοπλο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα εκτός εάν πρέπει να συγκριθεί με ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

123 Αντίσταση σε διείσδυση νερού Αντίσταση σε ψύξη - απόψυξη Αντοχή συνάφειας στο υπόστρωμα οπότε χρησιμοποιείται το ΕΛΟΤ ΕΝ Αν προδιαγράφεται, η αντίσταση σε διείσδυση νερού θα καθορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ : Το βάθος ενός επί τόπου δοκιμίου θα μειώνεται όπου το πάχος της στρώσης είναι μικρότερο από 150mm. Το βάθος θα είναι επαρκές για να διασφαλίσει ότι δεν θα συμβεί πλήρης διείσδυση. Επιπρόσθετα η διεύθυνση της διείσδυσης του νερού και η μέθοδος προετοιμασίας της επιφάνειας θα πρέπει να προδιαγράφονται. Η μέγιστη τιμή διείσδυσης θα είναι 50mm. Η δοκιμή κανονικά εκτελείται στις 28 ημέρες. Αν προδιαγράφεται, η αντίσταση σε ψύξη απόψυξη θα καθορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ CEN/TS Αν προδιαγράφεται, η αντοχή συνάφειας θα προσδιορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ 1542 με την διαφορά ότι το καλούπι δεν θα είναι μικρότερο από 500mm x 500mm (για να διασφαλισθεί ένα όριο τουλάχιστον 100mm για να απορριφθεί το ελαττωματικό υλικό στις άκρες του δείγματος). Το επιφανειακό τελείωμα του δείγματος θα διαμορφώνεται με μυστρί όσο ακόμη το σκυρόδεμα είναι υγρό ή διαφορετικά (εάν το σκυρόδεμα έχει ήδη σκληρυνθεί) η δειγματοληψία θα γίνεται σε διατρούμενους πυρήνες σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Για ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Μέγιστη καμπτική αντοχή Αν προδιαγράφεται, η μέγιστη καμπτική αντοχή αιχμής θα εκφράζεται σαν η μέγιστη τιμή της μέγιστης αντοχής, καθοριζόμενη σε τρία δείγματα, σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Η δοκιμή κανονικά εκτελείται στις 28 ημέρες. Καμπτική αντοχή κατά την αστοχία Αν προδιαγράφεται, η καμπτική αντοχή κατά την

124 Παραμένουσα αντοχή αστοχία θα εκφράζεται σαν fn όταν καθορίζεται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Αν δεν ορίζεται διαφορετικά η δοκιμή εκτελείται στις 28 ημέρες. Αν προδιαγράφεται η κατηγορία παραμένουσας αντοχής, αυτό θα γίνεται για ένα προδιαγεγραμμένο επίπεδο παραμόρφωσης. Η καμπύλη τάσεωνπαραμορφώσεων θα καθορίζεται σε τρία δοκίμια σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Η δοκιμή κανονικά εκτελείται στις 28 ημέρες. 61, 62, 63, Σχεδιασμός του μίγματος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Ο σχεδιασμός του μίγματος καθοδηγείται από τις ίδιες αρχές που διέπουν το σχεδιασμό του σκυροδέματος. Οι βασικές παράμετροι που ελέγχουν την αντοχή και την ποιότητα είναι ο λόγος ω= Ν/Τ, η περιεκτικότητα σε αέρα και ο βαθμός συμπύκνωσης. Εν τούτοις στο σχεδιασμό του εκτοξευμένου σκυροδέματος υπεισέρχονται προσθετοί παράγοντες οι κυριότεροι από τους οποίους επιδρούν στην διαβάθμιση των αδρανών και στην περιεκτικότητα σε τσιμέντο. Η επιλογή του μίγματος δεν θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη μονό τις απαιτήσεις του έργου αλλά και τη διαθεσιμότητα των υλικών και ειδικότερα τον τύπο των αδρανών και τη μέθοδο μεταφοράς δηλαδή με άντληση ή με πιεσμένο αέρα. Ο θεωρητικός σχεδιασμός οπού τα λεπτόκοκκα και χονδρόκοκκα αδρανή αναμιγνύονται έτσι ώστε να προκύπτει μίγμα με τον ελάχιστο όγκο κενών που θα πρέπει να γεμίσει με νερό και τσιμέντο, είναι γενικά αποδεκτός για μηχανές ξερής μίξης. Εν τούτοις όταν γίνεται άντληση υγρών μιγμάτων απαιτούνται επιπλέον ποσότητες αδρανών πολύς λεπτής διαβάθμισης και τσιμέντου, έτσι ώστε να διευκολύνεται η ροή του μίγματος και να αποκλείεται η ροή του νερού μέσα από αυτό. Αυτό απαιτεί σημαντική εμπειρία και δοκιμές, καθόσον όταν η ποσότητα των αδρανών πολύ λεπτής διαβάθμισης είναι 61 Εγχειρίδιο Τεχνολογίας Σκυροδέματος Sika ( Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος Κατσικογιάννη Π., ΕΜΠ, Ινοπλισμένο Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, Εφαρμογές στην Ελλάδα,

125 υπερβολική υπάρχει κίνδυνος βουλώματος των σωλήνων, ιδιαιτέρα όταν αυτοί είναι μεγάλου μήκους. Σήμερα είναι γενικά παραδεκτό ότι ένα κατάλληλο μίγμα περιέχει 20% υλικά από τσιμέντο, ~20% χονδρόκοκκα αδρανή και ~60% άμμου του βάρους των αδρανών. Προτιμάται η φυσική ξεπλυμένη άμμος. Τα ποσοστά εξαρτώνται από το αν τα χονδρόκοκκα αδρανή είναι στρογγυλευμένα ή θραυστά. Η ανάλυση της διαβάθμισης των αδρανών του μίγματος είναι αναγκαία. Οι καμπύλες των ποσοστών των συγκροτούμενων ή διερχομένων από τα τυπικά κοσκινά ως προς το μέγεθος του κόκκου θα πρέπει να βρίσκονται μέσα σε μια ομαλά μεταβαλλόμενη στενή περιβάλλουσα και να μην έχουν ράχες ή κοιλίες. Για την εφαρμογή στο ταβάνι, τα μίγματα θα πρέπει να πλησιάζουν προς την λεπτότερη πλευρά της περιβάλλουσας διαβάθμισης. Για τα κατακόρυφα τοιχώματα θα πρέπει να είναι κοντά προς τη μέση και την εφαρμογή προς τα κάτω, προς την πλέον χονδρόκοκκη περιβάλλουσα. Ο μέγιστος κόκκος των αδρανών δεν θα πρέπει να ξεπερνά τα 16mm. Η εμπειρία έχει δείξει ότι τα αδρανή μεγαλύτερα από 16mm προκαλούν μεγάλη αναπήδηση των κόκκων που είναι μεγαλύτεροι από 8mm, με αποτέλεσμα την αμφίβολη οικονομικότητα της μεθόδου. Το προϊόν της αναπήδησης περιέχει~65% κόκκους μεγαλύτερους από 8mm. Ειδικά στην επιφάνεια που πρόκειται να εκτοξευτεί σκυρόδεμα θα πρέπει να εκτοξευτεί ένα στρώμα που θα περιέχει επαρκή ποσότητα από λεπτόκοκκα σωματίδια τσιμέντου και άμμου. Θερμοκρασία Μείγματος : Πρέπει να είναι ο C αλλιώς πρέπει να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα όπως θέρμανση ή ψύξη αδρανών ή νερού. Τσιμέντο και νερό Τσιμέντα Portland διαφορών τύπων είναι επιτρεπτά. Η επιλογή του τύπου τσιμέντου εξαρτάται συνήθως από την συμβατότητα τους από τους επιταχυντές που βρίσκονται στη διάθεση του μελετητή. Ο βέλτιστος χρόνος πήξης επιτυγχάνεται με τον πιο συμβατό συνδυασμό τσιμέντου και επιταχυντή πράγμα το οποίο απαιτεί εργαστηριακές δοκιμές. Εφόσον υπάρχει κίνδυνος διάβρωσης από θειικά τότε απαιτείται τσιμέντο ανθεκτικό σε αυτά. Εφόσον χρησιμοποιηθεί τσιμέντο ταχείας πήξης είναι πιθανό να μη χρειαστεί επιταχυντικό προσθετό

126 Το νερό του μίγματος πρέπει να είναι καθαρό απαλλαγμένο από αιρούμενη ύλη ή οργανικά υλικά και από αλκαλικά ή αλλά διαλυμένα ορυκτά άλατα. Νερό που ικανοποιεί τις απαιτήσεις των κανονισμών σκυροδέματος είναι αποδεκτό. Ο λόγος Ν/Τ έχει μεγάλη σημασία τόσο στην επίτευξη ικανοποιητικής θλιπτικής αντοχής, όσον και στη μείωση του βαθμού της αναπήδησης και κυμαίνεται μεταξύ 0.40 και Η ποσότητα τσιμέντου εξαρτάται από την απαίτηση αντοχής για τον μέγιστο κόκκο αδρανών. Μη αναγκαία μεγάλη απαίτηση αντοχής απαιτεί υπερβολικά μεγάλη αναλογία τσιμέντου που έχει σαν αποτέλεσμα μεγάλη συστολή ξήρανσης και ρηγματώδη. Για ξηρά μίγματα η ποσότητα τσιμέντου Portland θα πρέπει να βρίσκεται μεταξύ των παρακάτω ορίων : Λεπτό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα 0 4 mm kg/m 3 Μέσο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα 0 8 mm kg/m 3 Αδρό εκτοξευμένο σκυρόδεμα 0 15 mm kg/m 3 Για υγρά μίγματα η περιεκτικότητα σε νερό στοχεύει συνήθως σε μια καθίζηση μεγαλύτερη από 50mm. Όταν η καθίζηση ξεπερνά τα 150 έως 175 mm, χάνεται η συνοχή και τα αδρανή τείνουν να διαχωρίζονται. Η περιεκτικότητα σε τσιμέντο του επιτόπου σκυροδέματος είναι πάντα μεγαλύτερη από αυτή του εκτοξευόμενου μίγματος, λόγω της μεγαλύτερης αναπήδησης των αδρανών από αυτή του τσιμέντου. Αυτό εμφανίζεται ιδιαιτέρα στη περίπτωση της εφαρμογής της ξηρής μεθόδου προς την οροφή. Η αντοχή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος εξαρτάται από τις αναλογίες του μίγματος και την περιεκτικότητα σε νερό, κάτι που απαιτεί την ικανότητα του χειριστή. Κατά τη μέθοδο της ξηρής μίξης η ποσότητα του νερού ελέγχεται από τον χειριστή του ακροφυσίου, ενώ στην υγρή μέθοδο ο χειριστής της εγκατάστασης ανάμιξης θα πρέπει να ρυθμίζει την σωστή ποσότητα νερού. Οπωσδήποτε μια ποσότητα αναπήδησης δεν μπορεί να αποφευχθεί. Λόγω αυτής της αναπήδησης η επιτόπου σύνθεση του εκτοξευμένου σκυροδέματος θα διαφέρει από το αρχικό μίγμα. Αυτό θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την προετοιμασία του μίγματος ώστε να επιτυγχάνεται η απαιτούμενη ποιότητα επιτόπου. Η σύνθεση του μίγματος επιτόπου εξαρτάται από την αρχική σύνθεση, το σχεδιασμό του ακροφυσίου, την ταχύτητα πρόσκρουσης, την ικανότητα του χειριστή, την επιφάνεια εφαρμογής, την ποσότητα και τον τύπων των προσθετών, τον οπλισμό, την απόσταση του ακροφυσίου από την επιφάνεια και τη γωνιά ψεκασμού

127 Αδρανή Αυτά θα πρέπει να συμφωνούν με τις προδιαγραφές. Η κοκκομετρική τους διαβάθμιση θα πρέπει να είναι συνεχής χωρίς έλλειψη ή υπερβολή σε οποιοδήποτε μέγεθος. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται βελτίωση συμπύκνωσης με αποτέλεσμα πυκνό υλικό, στεγανότητα υψηλή θλιπτική αντοχή και ελαχιστοποίηση της αναπήδησης. Αδρανή από σχιστώδη υλικά ή που περιλαμβάνουν επιμήκεις κόκκους τείνουν να μειώνουν την συμπύκνωση. Άλλωστε οι επιμήκεις κόκκοι έχουν πολύ μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια από αυτοί που έχουν οι στρογγυλευμένοι με αποτέλεσμα τα μίγματα που περιέχουν τους πρώτους να είναι φτωχά σε τσιμέντο. Λόγω της αναπήδησης γίνεται από μονή της η διαβάθμιση του μίγματος με την απώλεια κυρίως των μεγάλων κόκκων. Η πράξη έχει δείξει ότι και αδρανή με κακή διαβάθμιση είναι δυνατόν να δώσουν ποιοτικά καλό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μολονότι η ποσότητα αναπήδησης είναι μεγαλύτερη από όσο είναι αποδεκτό. Οι σημερινές προδιαγραφές τείνουν περισσότερο να είναι απαιτήσεις συμπεριφοράς. Επί παραδείγματος, οι τεχνικές προδιαγραφές των έργων του μητροπολιτικού σιδηροδρόμου Washington δεν απαιτούσαν συγκεκριμένες κοκκομετρικές διαβαθμίσεις αλλά μόνον ότι το τελικό προϊόν θα έπρεπε να είχε μια καθορισμένη αντοχή. Η ζώνη Δ της κοκκομετρικης διαβάθμισης αδρανών με μέγιστο κόκκο Φ15 είναι συνήθως αποδεκτή από όλες τις κατασκευές από σκυρόδεμα. Το ποσοστό υγρασίας των λεπτών και χονδρών αδρανών πριν την ανάμιξη τους με τσιμέντο πρέπει να είναι μεταξύ 3 και 6%. Διακυμάνσεις στην υγρασία κατά την τροφοδότηση καταλήγουν σε διακυμάνσεις στην τροφοδότηση από το ακροφύσιο με αποτέλεσμα την χειροτέρευση της ποιότητας του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Για τον έλεγχο της υγρασίας θα πρέπει να γίνεται χρήση ιδιότητας της αποστράγγισης των κοκκωδών αδρανών. Η υγρασία συγκροτείται κυρίως στην άμμο, όμως όλα τα κλάσματα μπορούν να αποστραγγίζονται εφόσον βρίσκονται σε επίπεδο από οπού το νερό μπορεί να διαφεύγει. Εφόσον η άμμος είναι ξηρή θα πρέπει να βρέχεται και αναμιγνύεται σε ποσοστό υγρασίας 8% πριν από τη μίξη της με χονδρόκοκκο αδρανές. Η υγρασία θα πρέπει να ελέγχεται πριν από την ανάμιξη με το τσιμέντο. Πολύ υγρά μίγματα τσιμέντου-αδρανών βουλώνουν του σωλήνες προσαγωγής και αυξάνουν το βαθμό ενυδάτωσης πέρα από τα αποδεκτά όρια. Ένα πολύ ξηρό μίγμα παρουσιάζει προβλήματα αδιάβροχης στο ακροφύσιο με αύξηση της σκόνης και μείωση της συμπύκνωσης. Συσκευές αδιάβροχης τοποθετημένες στις

128 μεταφορικές ταινίες που οδηγούν στη μηχανή του εκτοξευόμενο σκυρόδεμα έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς. Μονάδες μεταφοράς και ανάμιξης έχουν αναπτυχθεί για την ανάμιξη αδρανών και τσιμέντου μέσα στις σήραγγες για άμεση τροφοδότηση της μηχανής εκτόξευσης. Οι σωστές αναλογίες και η μεταφορά επιτυγχάνονται είτε με βαθμονομημένους ατέρμονες κοχλίες που τροφοδοτούν με τα διαφορά υλικά κατ όγκο ώστε να δημιουργηθεί ένα καθορισμένο μίγμα τσιμέντου και αδρανών, είτε με μεταφορικούς ιμάντες που μεταφέρουν από διαφορετικές αποθήκες τσιμέντο, άμμο και χονδρόκοκκα αδρανή. Το επιταχυντικό δεν πρέπει να προστίθεται στη ξηρό μίγμα πριν από την είσοδο του στη μηχανή εκτόξευσης. Η μηχανική τροφοδότηση με ατέρμονα κοχλία είναι πολύ αποτελεσματική ενώ ο δονητικός τύπος τείνει να βουλώνει επειδή τα επιταχυντικά είναι υγροσκοπικά. Τα υγρά επιταχυντικά πρέπει να αναμιγνύονται με το νερό πριν αυτό κατευθυνθεί στο ακροφύσιο. Προσοχή πρέπει να δίνεται στο ρυθμό τροφοδότησης του επιταχυντικού ώστε να μη δημιουργούνται μίγματα με μεγαλύτερη περιεκτικότητα επιταχυντικού. Προσθετά Πρόσμικτα Μεγάλο ρόλο πλέον στη εξέλιξη της τεχνολογίας του εκτοξευόμενου σκυροδέματος παίζουν τα πρόσθετα. Η χρήση τους βέβαια είναι ευρύτερη στην υγρή ανάμιξη παρά στην ξηρή ανάμιξη, λόγω της περιορισμένης χρήσης της δεύτερης. Ας δούμε λοιπόν αναλυτικότερα τα πρόσθετα εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Επιταχυντές πήξης: Χρησιμοποιούνται για την μείωση του χρόνου πήξης, προκειμένου το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα να αποκτά υψηλότερες αρχικές αντοχές και να μπορούν να φέρουν φορτία παραδείγματος χάριν των σηράγγων σε πρώιμα στάδια της διάνοιξης τους. Εκτός αυτού μειώνουν το βαθμό της αναπήδησης των αδρανών και επιτρέπουν τη δημιουργία ταχυτέρων στρώσεων ανά ψεκασμό, την εκτόξευση σε υγρές επιφάνειες με μικρή ροή και της χρήση της μεθόδου υγρής μίξης για εκτόξευση προς την οροφή. Οι επιταχυντές είναι απαραίτητο πρόσθετο του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, ειδικά σε αντιστηρίξεις πρανών και σε σήραγγες, όπου χωρίς αυτούς, η πρόσφυσή του πάνω στο υπόστρωμα θα ήταν αδύνατη. Συχνά στις σήραγγες απαιτούνται, από τις προδιαγραφές, χρόνοι αρχικής πήξης 3 λεπτά, τελικής πήξης 10 λεπτά, και ανάπτυξης αντοχής 5 Μpa στις πρώτες 8 ώρες. Αυτά και ακόμα αυστηρότερα κριτήρια μπορούν να επιτευχθούν με την προσεκτική επιλογή ενός κατάλληλα συνδυασμού τσιμέντου και επιταχυντή

129 Από την άλλη πλευρά όμως παρουσιάζουν και ένα μεγάλο μειονέκτημα. Όπως είναι γνωστό από τη τεχνολογία σκυροδέματος, με την επιτάχυνση της ενυδάτωσης του τσιμέντου για να επιτευχθούν πρόωρες αντοχές, μειώνονται οι αντοχές των 28 ημερών. Προκειμένου για να διασφαλιστεί η καλύτερη δυνατή ποιότητα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, πρέπει η ποσότητα του επιταχυντή που προστίθεται στο μίγμα να είναι η μικρότερη δυνατή και τέτοια ώστε να εξασφαλίζεται η συγκόλλησή του. Σήμερα πολλοί από τους συγχρόνους επιταχυντές επιφέρουν πολύ μικρότερη μείωση της τελικής αντοχής του σκυροδέματος. Η εκτίμηση της καταλληλότητας του επιταχυντή θα πρέπει να γίνεται πριν από την έναρξη της κατασκευές, καθόσον πολλοί είναι ασυμβίβαστοι με διαφορά τσιμέντα. Η συνήθης δόση των επιταχυντών είναι περίπου 2% του τσιμέντου κατά βάρος, αν και δόσεις 7% χρησιμοποιούνται όταν απαιτείται εξαιρετικά γρήγορη σκλήρυνση. Οι επιταχυντές εκτοξευόμενου σκυροδέματος υπάρχουν σε ξηρή (σκόνη) και σε υγρή μορφή. Σε ξηρή μορφή χρησιμοποιούνται μόνο στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ξηρής ανάμιξης, αλλά καθώς η τροφοδοσία τους συνήθως γίνεται με το χέρι, είναι αδύνατον να υπολογιστεί σωστά η τροφοδοτούμενη ποσότητα και έτσι παρουσιάζονται προβλήματα μεγάλης πτώσης αντοχών, ακόμα και 35%. Οι δόσεις κρατούνται όσον τον δυνατόν πιο χαμηλές λόγω του κόστους του προσθετού και λόγω της μείωσης που επιφέρουν τα ανόργανα προσθετά στη τελική αντοχή του σκυροδέματος. Υπάρχουν πλέον αυτόματες μηχανές τροφοδοσίας οι οποίες μπορούν να δώσουν λύση στο πρόβλημα της τροφοδότησης του μίγματος με τους επιταχυντές. Από την άλλη πλευρά, οι επιταχυντές πήξης σε υγρή μορφή μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα υγρής ανάμιξης όσο και σε αυτό της ξηρής ανάμιξης. Ομοίως και στις δύο περιπτώσεις εισάγονται στο μίγμα στο ακροφύσιο είτε μαζί με την παροχή αέρα, είτε πλησίον αυτής στην περίμετρο του ακροφυσίου. Επιτόπου χρησιμοποιούνται δυο ειδών περιεκτικότητες προσθετού, μια χαμηλή για συνήθη χρήση και μια υψηλότερη για την κατασκευή μια αρχικής επένδυσης πολύ μικρού πάχους σε δύσκολες συνθήκες με νερά ή σε χαλαρό έδαφος. Στην πρώτη περίπτωση δεν πρέπει η αντοχή να μειώνεται περισσότερο από 30% σε σχέση με το αντίστοιχο σκυρόδεμα χωρίς τη χρήση του προσθετού. Στην δεύτερη περίπτωση η απώλεια στην τελική αντοχή δεν έχει σημασία καθόσον σημασία έχει η προσωρινή σταθεροποίηση του εδάφους και υδρομάστευση, ενώ τα φορτία πρόκειται να αναληφθούν από τις στρώσεις εκτοξευόμενο σκυρόδεμα που θα ακολουθήσουν

130 Κατά τα τελευταία χρονιά έχει γίνει σχηματική πρόοδος στον εξοπλισμό διανομής του επιταχυντή είτε σε μορφή σκόνης είτε σε υγρή μορφή. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την καλύτερη διασπορά του επιταχυντή μέσα στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Το πάχος της στρώσης και η ταχύτητα πήξης ρυθμίζονται από αξιόπιστες μετρητικές αντλίες. Οι μονάδες μέτρησης συνδέονται μηχανικά ή υδραυλικά με την αντλία προώθησης. Κατά αυτόν τον τρόπο ο λόγος των ποσοτήτων παραμένει σταθερός ακόμα και όταν η ποσότητα της παραγωγής αλλάζει., με αποτέλεσμα την υψηλή ποιότητα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος ανεξαρτήτως της προσοχής που δίνει ο χειριστής του ακροφύσιου. Στην περίπτωση χρήσης σακών πρόσμειξης η διασπορά του επιταχυντή είναι εξαιρετικά καλή. Με την προσεκτική επιλογή συμβατών τσιμέντων και επιταχυντών και καταλλήλου εξοπλισμού διανομής είναι δυνατό να αποφεύγονται τα συνήθη προβλήματα κατά τη χρήση των επιταχυντών. Οι τύποι επιταχυντών υγρής μορφής οι οποίοι κυκλοφορούν στην αγορά είναι κατά βάση τρεις και διακρίνονται ως προς την χημική τους σύσταση. 1. Πυριτικοί επιταχυντές (άλατα πυριτικού νατρίου): Είναι ο παλαιότερος τύπος επιταχυντή. Έχουν απόλυτη εξάρτηση από τη ποσότητα νερού στο μίγμα και έτσι όσο περισσότερο είναι αυτό τόσο μεγαλύτερη είναι και η δοσολογία τους. Το ph τους είναι συνήθως κάτω από 11,5 και θεωρούνται φιλικοί στο περιβάλλον, αλλά η απ ευθείας επαφή τους με το δέρμα πρέπει να αποφεύγεται. Η δοσολογία τους συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 4-7% κατά βάρος τσιμέντου στο μίγμα και σε αυτές τις δοσολογίες η πτώση των αντοχών των 28 ημερών σε σχέση με το δοκίμιο μάρτυρα δεν θα πρέπει να ξεπερνά το 20%. Οι επιταχυντές αυτοί δεν δίνουν τόσο γρήγορη πήξη κατά τη διάρκεια των 2-4 πρώτων λεπτών ενώ η τελική τους πήξη είναι λίγο μεγαλύτερη από 30 λεπτά. Στα μειονεκτήματά τους περιλαμβάνεται το ότι το μέγιστο πάχος στρώσης που μπορεί να πραγματοποιηθεί είναι m και επίσης ότι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε θερμοκρασίες κάτω των 5 C. 2. Αργιλικοί επιταχυντές (άλατα αργιλικού νατρίου ή αργιλικού καλίου): Είναι ο τύπος επιταχυντή που χρησιμοποιείται ευρύτερα αυτή τη στιγμή (σχεδόν αποκλειστικά στα έργα υποδομής στην Ελλάδα). Οι επιταχυντές αυτοί έχουν πολύ γρήγορο χρόνο πήξης (τελική πήξη < 3,5 min) και μετά από min από την εκτόξευση δίνουν τέτοια αντοχή (> 0,4 Pa) ώστε το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα να μπορεί να αντέξει το ίδιο βάρος του. Έτσι είναι δυνατή η επίτευξη στρωμάτων πάχους από

131 m σε μια εκτόξευση (κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης γίνεται ένα αστάρωμα πάχους 6-10 m και ακολουθούν αλλεπάλληλες στρώσεις). Από την άλλη, όμως προκαλούν μεγάλη πτώση στις τελική αντοχή, η οποία κυμαίνεται από 30-50% σε σχέση με το δοκίμιο μάρτυρα ενώ το ph είναι >13 με αποτέλεσμα να είναι πολύ καυστικοί και βλαβεροί για τον άνθρωπο. Τέλος είναι αρκετά ευαίσθητοι σε σχέση με το τύπο τσιμέντου που χρησιμοποιείται. Σε αρκετές χώρες του κόσμου, η χρήση αργιλικών επιταχυντών έχει απαγορευτεί, περισσότερο λόγω της καυστικότητάς τους και λιγότερο λόγω της πτώσης αντοχών. 3. Επιταχυντές ελεύθεροι αλκαλίων (Alkali Free): Οι επιταχυντές ελεύθεροι αλκαλίων, δίνουν λύση στο πρόβλημα της καυστικότητας καθώς το ph τους κυμαίνεται μεταξύ 2,5-4,5 (το ph του δέρματος είναι 5,5) και η πτώση τελικής αντοχής που προκαλούν κυμαίνεται μεταξύ 5-10% σε σχέση με το δοκίμιο μάρτυρα χωρίς επιταχυντή. Η κατανάλωσή τους όμως κυμαίνεται μεταξύ 5-8% κατά βάρος τσιμέντου στο μίγμα και το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την αρκετά υψηλότερη τιμή τους σε σχέση με τους αργιλικούς επιταχυντές (περίπου 70-80% ακριβότεροι), φρενάρει μέχρι στιγμής την πλήρη επικράτησή τους έναντι των αργιλικών, ειδικά στην Ελλάδα. Είναι χαρακτηριστικό, ότι ενώ κατά τη διάρκεια δοκιμών που έχουν πραγματοποιηθεί στις επεκτάσεις του Μετρό Αθηνών, τα αποτελέσματα αντοχών ήταν πρωτοφανή για την Ελληνική πραγματικότητα (αντοχές 28 ημερών μεταξύ 45 και 55 Pa για σκυρόδεμα C20/25) και το εργατικό προσωπικό ήταν εντυπωσιασμένο από τη φιλικότητα του υλικού σε σχέση με τους αργιλικούς επιταχυντές, εν τούτοις κανείς (εννοείται το Ελληνικό Δημόσιο) δεν είναι διατεθειμένος να πάρει επάνω του το κόστος αυτό. 4. Πυριτικός καπνός (silica fume): Τα τελευταία χρόνια η χρήση πυριτικού καπνού (silica fume) στην τεχνική του εκτοξευόμενου σκυροδέματος έχει μειώσει την ανάγκη χρήσης επιταχυντών, ειδικότερα κατά την εφαρμογή της μεθόδου ξηρής μίξης όταν απαιτείται δημιουργία παχιών στρώσεων ή αντίσταση του νωπού εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε ξέπλυμα. Ο ψεκασμός επάνω σε σκληρές επιφάνειες δημιουργεί μεγαλύτερη αναπήδηση των αδρανών από το ψεκασμό σε σχετικά μαλακότερες επιφάνειες. Εφόσον ψεκάζονται αλλεπάλληλες στρώσεις θα πρέπει να υπολογίζονται οι σωστές ποσότητες των προσθετών κάθε φορά. Κατά τον ψεκασμό σε κατακόρυφα τοιχώματα η δόση των προσθέτων θα είναι μικρότερη από ότι κατά τον ψεκασμό της οροφής. Κατά τον ψεκασμό των δαπέδων είναι δυνατή η μη χρήση προσθέτων

132 5. Οργανικά προσθετά: Τελευταία υπάρχει στην αγορά ένα οργανικό πρόσθετο που κατά του κατασκευαστές του δεν επιφέρει μείωση της αντοχής 28 ημερών. Σε δοκιμές που γίνανε στις ΗΠΑ η ιδιαιτέρα υποσχόμενη εφαρμογή του έγινε σε υγρή μορφή, με τροφοδότηση του νερού ενυδάτωσης. Σε σχέση με το ανόργανο προσθετό που δοκιμάσθηκε, το οργανικό πέτυχε ταχύτερη πήξη, χαμηλότερη αντοχή 10 ωρών και υψηλότερη αντοχή 28 ημερών. Τα οργανικά προσθετά δεν είναι καυστικά και επομένως ασφαλέστερα στη χρήση. Ο τρόπος ανάμιξης στο εργαστήριο και επιτόπου είναι διαφορετικός, με αποτέλεσμα οι εργαστηριακές δοκιμές να έχουν τον χαρακτήρα επιβεβαίωσης μονό της συμβατότητας των συνιστάμενων στοιχειών. Εκτός των επιταχυντών στο σκυρόδεμα προστίθεται μια ποικιλία από προσθετά ή πρόσμικτα υλικά, προκειμένου να βελτιώσουν την αντοχή, την πρόσφυση, την συνεκτικότητα, την αντίσταση στον παγετό, την τήξη, την αποτριβή, να παρεμποδίσουν την οξείδωση και να μειώσουν την αναπήδηση. Πυριτική παιπάλη Η πυριτική παιπάλη θεωρείται μια από τις πιο ενεργές ποζολάνες. Η χρήση της ως φίλλερ προσδίδει στο σκυρόδεμα πολύ μειωμένο πορώδες (μειωμένη περατότητα), αυξημένη αντοχή στα θειικά και ανθεκτικότητα στους κύκλους ψύξης απόψυξης. Γενικότερα, η πυριτική παιπάλη χρησιμοποιείται στο σκυρόδεμα για δύο λόγους: α) Ως υποκατάστατο του τσιμέντου, έτσι ώστε να μειωθεί η περιεκτικότητα του τσιμέντου στο μίγμα για οικονομικούς λόγους και β) Ως πρόσθετο έτσι ώστε να βελτιωθούν οι ιδιότητες του σκυροδέματος, τόσο κατά τη νωπή όσο και κατά τη σκληρυμένη του φάση. Στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, η πυριτική παιπάλη χρησιμοποιείται περισσότερο ως πρόσθετο παρά ως υποκατάστατο, για να βελτιώσει τόσο το σκυρόδεμα αυτό καθ αυτό όσο και τις συνθήκες εκτόξευσης. Η συνήθης δοσολογία της κυμαίνεται μεταξύ 5 10% κατά βάρος του τσιμέντου. Η σωστή χρήση της πυριτικής παιπάλης, προσδίδει στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα τις εξής ιδιότητες: Καλύτερη αντλησιμότητα (λιπαίνει το σύστημα άντλησης και εμποδίζει την εξίδρωση και το διαχωρισμό) Μειωμένη φθορά στο εξοπλισμό εκτόξευσης και στα λάστιχα Αυξημένη συνεκτικότητα του νωπού σκυροδέματος και μειωμένη κατανάλωση επιταχυντή, πράγμα ευεργετικό για τις τελικές αντοχές

133 Πολύ βελτιωμένη αντοχή πρόσφυσης τόσο στα διάφορα υποστρώματα όσο και μεταξύ διαδοχικών στρώσεων εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Βελτιωμένες αντοχές Βελτιωμένη αντίσταση έναντι της αντίδρασης αλκαλίων-αδρανών Μειωμένο πορώδες Μειωμένη αναπήδηση Βελτιωμένη αντίσταση στα θειικά Συμπυκνωμένοι πυριτιακοί καπνοί και σηδηροπυριτικές τέφρες Οι συμπυκνωμένοι πυριτιακοί καπνοί και σηδηροπυριτικές τέφρες, είναι παραπροϊόντα της βιομηχανίας πυριτικών μετάλλων και σιδηροπυριτικών κραμάτων τα οποία κάποτε απορρίπτονταν σαν απορρίμματα. Σήμερα όμως είναι χρήσιμα προϊόντα που πολλές φορές κοστίζουν περισσότερο από το τσιμέντο. Ο πυριατικός καπνός έχει υψηλές ποζολανικές ιδιότητες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα για μερική αντικατάσταση του τσιμέντου. Η χρήση πυριτιακού καπνού θα πρέπει να συνδυάζεται με υπερευστοποιητές για την επίτευξη της απαιτούμενης εργασιμότητας. Πρόσθετα ελέγχου ενυδάτωσης του τσιμέντου 1. Σταθεροποιητής (sta ilizer) Τα εργοτάξια των μεγάλων υπογείων έργων υποδομής λειτουργούν συνήθως σε 24ωρη βάση ενώ σε πολλές περιπτώσεις βρίσκονται σε αστικές περιοχές. Η 24ωρη παροχή σκυροδέματος σε τέτοια εργοτάξια είναι προβληματική. Από την άλλη πλευρά, η εργασιμότητα του σκυροδέματος κυμαίνεται μεταξύ min. Η ανάγκες των εργοταξίων για την αποθήκευση φρέσκου εκτοξευόμενου σκυροδέματος για να είναι δυνατή η χρήση του οποιαδήποτε ώρα της ημέρας και οποιαδήποτε ημέρα (ακόμα και τα Σαββατοκύριακα), οδήγησε στην ανάπτυξη χημικών προϊόντων ελέγχου της ενυδάτωσης του τσιμέντου. Με την προσθήκη ποσότητας σταθεροποιητή (sta ilizer), αναστέλλεται η ενυδάτωση του τσιμέντου για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, το οποίο ανάλογα με τη ποσότητα που προστίθεται μπορεί να φτάσει και τις 3 ημέρες. Η επανέναρξη της ενυδάτωσης του τσιμέντου καθίσταται δυνατή με τη προσθήκη του επιταχυντή πήξης στο ακροφύσιο. Το επαναστατικό αυτό σύστημα εφαρμόστηκε για πρώτη φορά παγκοσμίως στο Μετρό της Αθήνας με εκπληκτικά αποτελέσματα. Κατασκευάστηκαν ειδικές δεξαμενές για την αποθήκευση εκτοξευόμενου σκυροδέματος, οι οποίες διέθεταν σύστημα συνεχούς ανάδευσης και δεν ήταν λίγες οι φορές που σκυρόδεμα που είχε παραδοθεί τη Παρασκευή, εκτοξευόταν χωρίς κανένα πρόβλημα τη Κυριακή το απόγευμα

134 Η συμβολή του παραπάνω συστήματος στην οργάνωση ενός εργοταξίου υπόγειου έργου είναι τεράστια και πλέον σε όλες τις εφαρμογές εκτοξευόμενου σκυροδέματος στα έργα υποδομής που γίνονται στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται αναστολείς ενυδάτωσης. 2. Μειωτές νερού Οι μειωτές νερού χρησιμοποιούνται για την βελτίωση της εργασιμότητας του υγρού μίγματος εκτοξευόμενου σκυροδέματος, τη συνεκτικότητα του υγρού μίγματος την πλαστική κατάσταση και την αντλησιμότητα. Οι υπερευστοποιητές είναι μειωτές νερού υψηλής δράσης που διαφέρουν χημικά από του κοινούς μειωτές νερού ή τους κοινούς ρευστοποίητες. Χρησιμοποιούνται είτε για να αυξάνουν την αντοχή είτε για να αυξάνουν σημαντικά την εργασιμότητα χωρίς να μειώνουν την αντοχή. Οι μειωτές νερού και υπερευστοποιητές είναι πρόσμικτα που χρησιμοποιούνται μονό για την επίτευξη υψηλής ποιότητας εκτοξευόμενου σκυροδέματος υγρής μίξης. Προσθετά από πολυμερή γαλακτώματα Τα προσθετά από πολυμερή γαλακτώματα προστίθενται στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ξηρής μίξης για να προσδώσουν σε αυτό ειδικά απαιτούμενες ιδιότητες όπως βελτίωση της πρόσφυσης, μείωση της περατότητας, αντίσταση στη δράση των χλωριδίων, αύξηση της ανθεκτικότητας σε συνθήκες παγετού και τήξης, αντίσταση στη κρούση, προστασία του χάλυβα και τη βελτίωση της αντοχής. Αερακτικά πρόσμικτα Τα αερακτικά πρόσμικτα χρησιμοποιούνται στη περίπτωση που το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα θα εκτίθεται σε εναλλασσόμενες συνθήκες παγετού και τήξης. Πρόσμικτα βελτίωσης της αντλησιμότητας του σκυροδέματος Είναι βασισμένα σε ειδικά πολυμερή, με στόχο τη βελτίωση της συνοχής και της ομοιογένειας του μείγματος σκυροδέματος, ούτως ώστε να καταστεί ευκολότερη η αντλησιμότητα των δύσκολων μειγμάτων σκυροδέματος και να προστατευτεί ο εξοπλισμός μεταφοράς. Χρησιμοποιούνται για μείγματα σκυροδέματος με μεγάλες διακυμάνσεις λεπτόκοκκων αδρανών, χαμηλή περιεκτικότητα σε τσιμέντο ή με κακή κοκκομετρική κατανομή αδρανών. Είναι ιδιαιτέρως κατάλληλα για: Μείγματα που έχουν την τάση να διαχωρίζονται όταν αντλούνται και/ ή να προκαλούν μεγάλη αύξηση πίεσης στις αντλίες μεταφοράς Μείγματα με αδρανή κακής ποιότητας (π.χ. με αυξημένη περιεκτικότητα σε αργιλικά, παιπάλη, αδρανή υψηλής απορροφητικότητας), τα οποία έχουν αρνητική επίδραση στα χαρακτηριστικά του μείγματος

135 Μείγματα, στα οποία υπάρχει έλλειψη ενός κλάσματος αδρανών, γεγονός που συνεπάγεται δυσκολία λήψης ομοιογενούς μείγματος υψηλών ποιοτικών χαρακτηριστικών Μείγματα με έλλειψη λεπτόκοκκων υλικών (αδρανή + τσιμέντο) Εργοταξιακό και εργοστασιακό σκυρόδεμα Τα χαρακτηριστικά και τα πλεονεκτήματά των πρόσμικτων βελτίωσης της αντλησιμότητας του σκυροδέματος είναι τα εξής: Βελτιώνουν σημαντικά τη συνοχή, την εργασιμότητα και την πλαστικότητα του φρέσκου σκυροδέματος. Αυτή η ιδιότητα συνεπάγεται βελτίωση της εργασιμότητας και ιδίως της αντλησιμότητας του μείγματος. Μειώνουν το φαινόμενο απόμειξης. Οι διακοπές άντλησης κατά τη σκυροδέτηση μειώνονται σημαντικά ή εξαλείφονται και η αποδοτικότητα της σκυροδέτησης κατά την άντληση βελτιώνεται σημαντικά. Η καταπόνηση στους σωλήνες και στην αντλία σκυροδέτησης μειώνεται σημαντικά και ο χρόνος ζωής τους επιμηκύνεται. ΤΙ Πρώιμες αντοχές Τελικές αντοχές ΠΩΣ Επιταχυντής Μειωτής νερού /SiO 2 / μη αλκαλικός επιταχυντής Αντίσταση Θειικά Μειωτής νερού + SiO 2 Χημική Μειωτής νερού + SiO 2 / Πλαστικές ίνες Τριβή Μειωτής νερού + SiO 2 / Μεταλλικές ίνες Στεγανότητα Μειωτής νερού για χαμηλό λόγο Ν/Τ. Χαμηλή αναπήδηση SiO 2 / Βελτιωτικό άντλησης Μεγάλος χρόνος εργασιμότητας Επιβραδυντής πήξης Υψηλή αποδοτικότητα Μειωτής νερού / βελτιωτικό άντληση (υγρή μέθοδος) Υψηλή ευκαμψία και δυνατότητα καθυστερήσεων. Επιβραδυντής πήξης Ίνες οπλισμού (σε περίπτωση ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος) Το σκυρόδεμα είναι ένα ψαθυρό υλικό. Τόσο το συμβατικό όσο και το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ρηγματώνονται για μια μεγάλη ποικιλία λόγων. Οι αιτίες που ρηγματώνεται το σκυρόδεμα, μπορεί να είναι τόσο λόγω φορτίσεων όσο και οικονομικές, αλλά συνήθως αυτό συμβαίνει από την αδυναμία του υλικού να αναλάβει εφελκύστηκες τάσεις. Για να αποφευχθεί το φαινόμενο της ρηγμάτωσης, το σκυρόδεμα πρέπει να οπλιστεί

136 Η χρήση των ινών τόσο στο συμβατικό, όσο κυρίως στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα. Το μικρό μέγεθός τους επιτρέπει την ομοιόμορφη διασπορά τους στην μάζα του σκυροδέματος και την ομοιόμορφη κατανομή των εφελκυστικών τάσεων, οπότε εξαφανίζεται το φαινόμενο της ρηγμάτωσης. Η προσθήκη των ινών στις απαιτούμενες ποσότητες στο κονίαμα ή στο μίγμα του σκυροδέματος είναι μια σύνθετη διαδικασία, η οποία πρέπει ταυτόχρονα να εξασφαλίζει την απαραίτητη ομοιομορφία τους κατά τη διασπορά. Στις συμβατικές μεθόδους μίξης του σκυροδέματος, η προσθήκη των ινών τείνει να διαμορφώνει σβώλους και σφαίρες, δηλαδή συσσωματώματα, τα οποία εμποδίζουν την ομοιόμορφη διανομή τους στη μάζα του υλικού. Αυτό παρατηρείται με σχεδόν κάθε τύπο ίνας ανεξάρτητα από το χρησιμοποιούμενο τσιμέντο. Έτσι προκύπτουν καταστάσεις στις οποίες η περιεκτικότητα σε ίνες και ο βαθμός διασποράς τους στο σκυρόδεμα δεν χαρακτηρίζονται από ομοιομορφία. Η ομοιόμορφη διανομή των ινών στο σκυρόδεμα εξαρτάται από διάφορους παράγοντες αλλά κυρίως από το λόγο μορφής τους l/d, την αναλογία όγκου τους, το μέγεθος των κόκκων των αδρανών, την περιεκτικότητα τους και τη χρησιμοποιούμενη μέθοδο ανάμιξης. Το μήκος των ινών ασκεί μεγάλη επιρροή ειδικότερα στην τεχνολογική διαδικασία. Εμπειρικά προσδιορίζεται ότι για λόγους καλής αγκύρωσης των ινών, πρέπει το μήκος τους να είναι τουλάχιστον δύο φορές μεγαλύτερο από το μέγιστο κόκκο των αδρανών. Συνεπώς, το αυξημένο μήκος ινών εξασφαλίζει άριστη αγκύρωση στο σκυρόδεμα, ταυτόχρονα όμως εμποδίζει τη σωστή μίξη τους με το μίγμα σκυροδέματος στον αναμίκτη. Ο κυριότερος λόγος της χρήσης των ινών στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, είναι το υλικό να γίνει πλάστιμο. Επίσης αυξάνεται η καμπτική αντοχή του. Μερικά ακόμα πλεονεκτήματα είναι τα εξής: Βελτιωμένη αντίσταση σε κρούση Βελτιωμένη αντίσταση σε απόξεση και διάβρωση Μειωμένη υδροπερατότητα και αντίσταση σε παγετό Βελτιωμένη ικανότητα πρόσφυσης σε σύγκριση με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με τη χρήση πλέγματος. Οι ίνες δεν χρησιμοποιούνται στη μέθοδο ξηρής ανάμιξης, καθώς λόγω της μεγάλης αναπήδησης, η χρήση τους είναι αντιοικονομική. Υπάρχουν ίνες γυαλιού, πλαστικές ίνες (polypropylene), ίνες άνθρακα και τέλος χαλύβδινες ίνες, που εμφανίζουν σήμερα την μεγαλύτερη χρήση. Τελευταίως

137 χρησιμοποιούνται και πλαστικές ίνες υψηλής απόδοσης (High Performan e Polypropylene- HPP) με πολύ καλά αποτελέσματα μέχρι στιγμής. Ως τελικά συμπεράσματα οι απαιτήσεις στο σχεδιασμό του μίγματος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος είναι οι εξής: Οικονομία μέσω μείωσης αναπήδησης Αύξηση θλιπτικών αντοχών Παχύτερες στρώσεις εκτόξευσης μέσω αυξημένης συνοχής Βελτιωμένη στεγανότητα Υψηλή αντοχή σε παγετό και κύκλους πήξης/ τήξης Καλή πρόσφυση και αυξημένη εφελκυστική αντοχή 2.6 Μηχανικός εξοπλισμός μίξης και εκτόξευσης. 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 Παράλληλα με την ανάπτυξη στην τεχνολογία των υλικών που χρησιμοποιούνται στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, υπάρχει και αντίστοιχα σταθερή ανάπτυξη στον τομέα του εξοπλισμού ώστε τα μηχανήματα να είναι συμβατά με τα νέα προϊόντα αλλά και τις συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες στον κατασκευαστικό κλάδο. Το αποτέλεσμα είναι ότι πλέον υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία εξοπλισμού που καλύπτει όλες τις ανάγκες, από μεγάλες σήραγγες όπου απαιτούνται υψηλές παραγωγικότητες, μέχρι πολύ μικρότερες εργασίες. Κοινό στοιχείο σε όλες αυτές τις καινοτομίες στο μηχανικό εξοπλισμό είναι η τάση για αυτοματισμό της εργασίας εξασφαλίζοντας υψηλότερη παραγωγικότητα, συνέπεια και έλεγχο στην ποιότητα καθώς και ασφάλεια στο προσωπικό που χειρίζεται έναν φιλικό προς το χρήστη εξοπλισμό σε απόσταση από το σημείο της εκτέλεσης της εργασίας. 65 Vandewalle M., Tunnelling The World, Bekaert S.A., Belgium, Maidl B., 1995, Steel Fibre Reinforced Concrete, Ernst & Sohn, Berlin Εγχειρίδιο Τεχνολογίας Σκυροδέματος Sika ( 69 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος Κουτρουβέλη Θεοφανώ, Παύλου Ευαγγελία, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα 15ο Φοιτητικό 30 Συνέδριο: Επισκευές Κατασκευών Πάτρα, Φεβρουάριος 2009,

138 Η ανάπτυξη στην ξηρή μίξη θεωρείται ότι έχει φθάσει σε τέλμα και υπολογίζοντας την παγκόσμια τάση προς την εφαρμογή της υγρής μίξης, η εξέλιξη του εξοπλισμού πλέον γίνεται σχεδόν αποκλειστικά στον τομέα της υγρής μίξης. Τέλος, η επιλογή του κατάλληλου εξοπλισμού γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις του έργου, τη μελέτη σύνθεσης του μίγματος αλλά και τη διαθεσιμότητά του. Για μία σωστή χρήση του μηχανικού εξοπλισμού, το σύστημα εκτόξευσης και κυρίως ο χειριστής του συστήματος έχουν μέγιστη σημασία, τόσο για τη διαμόρφωση της στρώσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε μια επιφάνεια όσο και για τη αντοχή του. Για αυτό συνίσταται η χρήση του ίδιου τύπου συστήματος εκτόξευσης, άλλα κυρίως ο χειρισμός του συστήματος να εκτελείται από το ίδιο έμπειρο ανθρώπινο δυναμικό καθ όλη τη διάρκεια του έργου. Το τεχνικό προσωπικό που θα ασχοληθεί με την εφαρμογή της μεθόδου πρέπει να έχει αποδεδειγμένη εμπειρία (βεβαιώσεις εργοδοτών) σε έργα επισκευών και ενισχύσεων που περιλάμβαναν εργασίες με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Πριν την έναρξη των εργασιών, το συνεργείο που θα ασχοληθεί με της επεμβάσεις αυτού του είδους, θα εκτελεί δοκιμαστική εκτόξευση από την οποία θα πιστοποιείται η ικανότητα του προσωπικού και ειδικότερα του χειριστή του ακροφυσίου για την έντεχνη εκτέλεση της εργασίας. Ο εξοπλισμός για την παραγωγή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε γενικές γραμμές είναι: 1) Αντλίες: - Ξηράς ανάμειξης: α) Ενός ή δύο χώρων, β) συνεχούς τροφοδότησης. - Υγρής ανάμειξης: α) τροφοδότησης με αέρα, β) θετικής μετακίνησης. Οι απαιτήσεις για πεπιεσμένο αέρα ο οποίος πρέπει να είναι καθαρός, ξηρός και απαλλαγμένος από λιπαρές ουσίες φαίνονται στον πίνακα 2-6. Επίσης πρέπει να σημειωθεί ότι η πίεση λειτουργίας δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 275 KPa όταν ο σωλήνας είναι μέχρι 30m και πρέπει να αυξάνεται κατά 35 KPa για κάθε 15m σωλήνα και 8m υψομετρικής διαφοράς ακροφύσιου-αντλίας

139 Πίνακας 2-6: Οι εσωτερικέ διάμετροι του μηχανικού εξοπλισμού απαιτήσεις για πεπιεσμένο αέρα Εσωτερική διάμετρος σωλήνα (mm) m 3 αέρα / min υπό πίεση 700KPa 25 10, , , , ,0 2) Αναμικτήρες: Πρέπει να τηρούν τις προδιαγραφές ώστε να παραχθεί ένα ομογενές και σταθερό μείγμα. 3) Σωλήνες: α)αέρα, πρέπει να μπορούν να υπόκεινται σε πίεση τουλάχιστον διπλάσια από την πίεση λειτουργίας. β)νερού, ίδιας διατομής με σωλήνες αέρα και εσωτερική διάμετρο 20mm. γ)εκτόξευσης, πρέπει να έχουν εσωτερική διάμετρο τριπλάσια από το μήκος του μεγαλύτερου αδρανούς του μείγματος. 4) Ακροφύσια: Το ρύγχος τους μπορεί να έχει διάμετρο το πολύ ίση με του σωλήνα. 5) Μηχανήματα αυτοματοποιημένης εκτόξευσης σκυροδέματος Μίξη Ο απαιτούμενος μηχανικός εξοπλισμός για την εκτέλεση της εργασίας είναι η βαρέλα του σκυροδέματος και οι τροφοδοτικές ταινίες, για την υγρή μίξη και οι αυτόματοι τροφοδότες για την υγρή και ξηρή μίξη. Τέτοιο μηχάνημα είναι το ROBO IX 7000 της σουηδικής Vertex το οποίο έχει τροφοδότη για το μίγμα και στο εμπρός μέρος μπούμα για εκτόξευση του σκυροδέματος. Υπάρχει μια αυξανόμενη τάση προς την κατασκευή τέτοιων μηχανημάτων που ενσωματώνουν όλες τις λειτουργίες (ανάμιξη και ψεκασμό) αφού προσφέρουν μειωμένο συνολικό κόστος. Εκτόξευση Η τεχνολογία του ψεκασμού χωρίζεται σε δύο κατηγορίες, ανάλογα με τις γνωστές τεχνικές μίξης, δηλαδή την ξηρή και την υγρή. Ανάλογα με τη διαδικασία παραγωγής και

140 την υπάρχουσα τεχνολογία του εξοπλισμού, στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μπορεί να υπάρχουν διαφορές στον τρόπο με τον οποίο τα βασικά συστατικά εισάγονται στο μίγμα (ξηρή ή υγρή μίξη) και στον τρόπο μεταφοράς μέχρι την επιφάνεια διάστρωσης. Επιπλέον παραλλαγές που έχουν να κάνουν κυρίως σχετικά με την προσθήκη νερού και των απαραίτητων πρόσθετων, για παράδειγμα επιταχυντές, είναι επίσης διαθέσιμες. (Maidl,1995). Ξηρή μίξη Στη διαδικασία ξηρής ανάμιξης ο βασικός εξοπλισμός περιλαμβάνει: - Μηχανή ξηρής ανάμιξης - Σωλήνες προώθησης του υλικού και του νερού - Ακροφύσιο εκτόξευσης - Αεροσυμπιεστή με ελάχιστη συμπιεστική ικανότητα P=200+2,5(l+2h) (Kpa,m), όπου l είναι το μήκος σωλήνα προώθησης του υλικού και πρέπει να είναι l 20m και h είναι η μέγιστη διαφορά ύψους της θέσης εκτόξευσης από τη θέση του αεροσυμπιεστή. Η οριζόντια απόσταση ακροφυσίου και μηχανής ανάμιξης δεν πρέπει να ξεπερνά τα 500m ενώ η μέγιστη διαφορά ύψους είναι 100m. Η ταχύτητα προώθησης του ξηρού υλικού στο σωλήνα πρέπει να είναι της τάξης των 40 με 60m/sec και η πίεση του νερου στο ακροφύσιο πρέπει να είναι μεταξύ 400 και 4000 Kpα. Σήμερα χρησιμοποιούνται κυρίως μηχανήματα που λειτουργούν με στροφεία. Το μίγμα σκυροδέματος εισέρχεται στο χωνί τροφοδοσίας το οποίο συνδέεται με τον αναμίκτη. Ο τελευταίος είναι ένας κάθετος ρότορας με θαλάμους. Καθώς περιστρέφεται ο ρότορας, το μίγμα κατέρχεται με την επίδραση της βαρύτητας. Το μίγμα μεταφέρεται με πεπιεσμένο αέρα στο στόμιο εξόδου και εν συνεχεία με πίεση 3 6 ar μεταφέρεται στο ακροφύσιο

141 Σχήμα 2-2: Μηχανή ξηρής εκτόξευσης. 72 Αν και οι μηχανές αυτές προσφέρουν ευκολία στη χρήση, σταθερότητα και ευελιξία στις συνθήκες του εργοταξίου, έχουν όλα τα γνωστά μειονεκτήματα της ξηρής μίξης. Στην εικόνα 2-5 φαίνεται το μοντέλο G της ey o με ρότορα, κατάλληλο για ξηρά μίγματα. Εικόνα 2-5: Μηχανή ξηρής εκτόξευσης της Meyco GM. 73 Στη μέθοδο ξηρής μίξης το νερό προστίθεται υπό πίεση στο ακροφύσιο μέσω στρόφιγγας. Η γραμμή παροχής του νερού είναι παράλληλη με τον αγωγό παροχής του ξηρού μίγματος. Εικόνα 2-6: Ακροφύσιο σε τομή, για ξηρή εκτόξευση

142 Σχήμα 2-3: Λεπτομέρεια ακροφυσίου ξηρής μίξης. 75 Έχει παρατηρηθεί ότι η μεταφορά του δακτυλίου εισροής νερού σε απόσταση 1 3 m πίσω από το ακροφύσιο, εξασφαλίζει καλύτερη διαβροχή του μίγματος. Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή και ως προΰγρανση, και προσφέρει μειωμένη σκόνη και αναπήδηση. Η πραγματική ανάμιξη του μίγματος με το νερό γίνεται στην επιφάνεια διάστρωσης, για αυτόν τον λόγο πρέπει να κινείται κυκλικά το ακροφύσιο. Εικόνα 2-7: Ακροφύσιο ξηρής μεθόδου Vandewalle M., Tunnelling The World, Bekaert S.A., Belgium, ACI Committee 544.3R (1998), Guide for Specifying, Proportioning, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete, ACI Detroit 76 epidomos.gr

143 Τα ακροφύσια που χρησιμοποιούνται για τα μίγματα που έχουν προϋγρανθεί διαφέρουν από τα συμβατικά ακροφύσια της ξηρής μίξης. Υγρή μίξη Στην διαδικασία υγρής ανάμιξης ο βασικός εξοπλισμός περιλαμβάνει: Μηχανή ανάμιξης αν το μίγμα παρασκευάζεται στο εργοτάξιο Αντλία και σωλήνες προώθησης υγρού μίγματος Ακροφύσιο εκτόξευσης Αεροσυμπιεστής με συμπιεστική ικανότητα της τάξεως των 700 KPa. Η ικανότητα παροχής αέρα να είναι τουλάχιστον 1,5m 3 αέρα/min για κάθε m 3 εκτοξευόμενου σκυροδέματος /h. Υπάρχουν δύο διαφορετικές μέθοδοι μεταφοράς του υλικού στην υγρή μέθοδο, η μέθοδος της πυκνής και της αραιής ροής. Η μέθοδος της αραιής ροής Η μεταφορά του υγρού μίγματος με αραιή ροή σχεδόν δεν χρησιμοποιείται πλέον για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, λόγω της υψηλής κατανάλωσης αέρα και της κακής ανάμιξης των επιταχυντών. Ωστόσο, μια δεύτερη εναλλακτική είναι η χρήση μηχανήματος με δύο παρακείμενους θαλάμους που φέρουν το υγρό μίγμα σκυροδέματος και που συνδέονται με τη μονάδα ψεκασμού. Η παροχή υλικού στο ακροφύσιο γίνεται συνδέοντας εναλλάξ τους θαλάμους με τη μονάδα εκτόξευσης και με χρήση πεπιεσμένου αέρα. Η μέθοδος της πυκνής ροής Με τη μέθοδο μεταφοράς πυκνής ροής, το υγρό μίγμα μεταφέρεται στο ακροφύσιο μέσω αντλιών οφιοειδούς λειτουργίας (worm pump) ή προτιμότερα από αντλίες διπλού εμβόλου, οι οποίες φαίνονται στο σχήμα 2-4. Σχήμα 2-4: Αντλία οφιοειδούς λειτουργίας και αντλία με διπλό έμβολο Vandevalle,

144 Οι αντλίες διπλού εμβόλου, που έχουν πλέον επικρατήσει, φέρουν και δοσομετρητή για τα πρόσμικτα (συνήθως επιταχυντές). Αυτό γίνεται για να επιτυγχάνεται ακρίβεια στην προσθήκη τους. Παρακάτω παρουσιάζεται μια τέτοια μηχανή της ey o. Η συγκεκριμένη είναι κατάλληλη για μικρής έκτασης εργασίες και για χειρισμό του ακροφυσίου με το χέρι. Τα κύρια τμήματα της μηχανής αυτής είναι η αντλία του σκυροδέματος και ο θάλαμος ανάμιξης, όπου γίνεται και η τροφοδοσία των πρόσθετων. Εικόνα 2-8: Μηχανή υγρής εκτόξευσης της Meyco τύου Altera. 78 Για τη μέθοδο της πυκνής ροής υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις από τα ακροφύσια. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα επιταχύνει εκεί τη ροή του με την προσθήκη πεπιεσμένου αέρα. Επιπλέον, στο ακροφύσιο γίνεται και ορισμένες φορές η προσθήκη των πρόσθετων υλικών, οπότε αυτό πρέπει να είναι ικανό να ικανοποιεί όλες αυτές τις απαιτήσεις. Ένα τέτοιο τυπικό ακροφύσιο είναι αυτό της εικόνας 2-9. Εικόνα 2-9: Λεπτομέρεια ακροφυσίου υγρής μίξης

145 Μηχανές και για τα δύο είδη μίξης Μηχανές ικανές να λειτουργούν σε ξηρή και σε υγρή μίξη έχουν κατασκευαστεί εδώ και πολλά χρόνια. Η μετατροπή αυτή γίνεται μέσα σε λίγα λεπτά, χωρίς να απαιτείται κάποια τροποποίηση στο μηχάνημα ή επιπλέον εξαρτήματα. Τέτοια μοντέλα είναι τα 263 και 285 της Aliva (εικόνα 2-10), τα οποία είναι ικανά να συνδεθούν με ρομποτική εκτόξευση. Εικόνα 2-10: Aliva 263 και 285 είτε για ξηρή είτε για υγρή μίξη. Χειρισμός του ακροφυσίου Ο χειρισμός του ακροφυσίου εκτόξευσης παλαιότερα γινόταν χειρονακτικά, κάτι που πλέον έχει πλήρως αντικατασταθεί με την ρομποτική εκτόξευση, στα μεγάλα τουλάχιστον έργα. Οι απαιτήσεις για εξασφάλιση τελικού προϊόντος υψηλής ποιότητας και η δύσκολη χειρωνακτική εργασία είναι οι αιτίες οδήγησαν στη αυξανόμενη χρήση εξοπλισμού ψεκασμού με τηλεχειρισμό (manipulators) ή πλήρως αυτοματοποιημένου (ro ots). Χάρη στον αυτοματοποιημένο εξοπλισμό, μεγάλες ποσότητες εκτοξευόμενου σκυροδέματος, υγρής ή ξηρής μίξης, μπορούν να εφαρμοστούν υπό άριστες συνθήκες. Όταν ο εξοπλισμός ψεκασμού λειτουργεί με τηλεχειρισμό, τότε το ακροφύσιο ελέγχεται μέσω μίας πλατφόρμας, η οποία βρίσκεται πάνω στην κινητή μονάδα, ή μέσω μίας κινητής συσκευής ελέγχου. Με αυτόν τον τρόπο ο χειριστής απελευθερώνεται από τη χειρωνακτική λειτουργία του ακροφυσίου και συντονίζει τον εξοπλισμό εκτόξευσης από ασφαλή θέση. Αυτό που πλέον έχει επικρατήσει είναι η χρήση κινητών μονάδων ελέγχου. Έχουν δυνατότητα μετακίνησης όχι μόνο του ακροφυσίου αλλά και του συστήματος από το οποίο συγκρατείται (μπούμα). Αυτή είναι μια τηλεσκοπική δοκός μερικών μέτρων που μπορεί να περιστραφεί προς όλες σχεδόν τις διευθύνσεις και κατευθύνσεις και να βρίσκεται σε βέλτιστη απόσταση από την επιφάνεια εκτόξευσης και κάθετη προς αυτήν

146 Τα συστήματα αυτά προσφέρουν μεγάλη βοήθεια και ασφάλεια στον χειριστή. Έτσι βοηθά στο να εκτοξεύεται το σκυρόδεμα σε χώρους και θέσεις που είναι πολύ δύσκολο ως και αδύνατον να διαστρωθεί, λόγω του ύψους, της στενότητας τον χώρου ή της ασφάλειας από τυχόν καταπτώσεις. Ενώ παλαιότερα οι κατασκευαστές ενσωμάτωναν καμπίνες στο μηχάνημα ή επάνω στην μπούμες, τώρα προτιμάται ο από έξω από το μηχάνημα έλεγχός του για τα υπόγεια έργα. Η εκτόξευση σκυροδέματος σε πρανή όμως είναι ευνοϊκότερη όταν η θέση του χειριστή είναι κοντά στην επιφάνεια διάστρωσης. Εικόνα 2-11: Ρομποτική εκτόξευση σε πρανές Μηχάνημα με δυνατότητα τηλεχειρισμού με τον χειριστή να βρίσκεται σε απόσταση από την επιφάνεια διάστρωσης, είναι το Co ra της ey o. Εικόνα 2-12: Meyco Co ra για εκτόξευση ινο λισμένου σκυροδέματος. Για εργασίες σε θέσεις με περιορισμένο διαθέσιμο χώρο, όπως τα μεταλλευτικά έργα, υπάρχει εξειδικευμένος εξοπλισμός σε μικρότερες διαστάσεις που λειτουργεί όμως με την ίδια ακριβώς μέθοδο. Τέτοιο μοντέλο είναι το Po a της ey o που προορίζεται για την εκτόξευση υγρών μιγμάτων

147 Εικόνα 2-13: Meyco Poca για εκτόξευση ινολισμένου σκυροδέματος. Οι τελευταίες εξελίξεις όμως στα συστήματα εκτόξευσης δεν είναι τα απλά τηλεχειριζόμενα μηχανήματα αλλά αυτά με μεγαλύτερη ακόμη δυνατότητα αυτοματισμού. Το μηχάνημα μπορεί να σαρώνει και να χαρτογραφεί την επιφάνεια εκτόξευσης και αυτόματα να ελέγχει την γωνία ψεκασμού, την απόσταση του ακροφυσίου από το μέτωπο και αλλά και την ταχύτητα εκτόξευσης του υλικού. Ελέγχεται από υπολογιστή και το αντίστοιχο λογισμικό περιορίζοντας έτσι στο ελάχιστο τον ανθρώπινο παράγοντα. Η αυτοματοποίηση αυτή εξασφαλίζει σταθερό πάχος επένδυσης, ανεξάρτητα από το ανάγλυφο της επιφάνειας. Τέτοιο μηχάνημα εκτόξευσης είναι το Logi a της ey o που έχει δυνατότητα πλήρως αυτόματης εργασίας, ημιαυτόνομης αλλά και φυσιολογικής λειτουργίας με όλο τον έλεγχο στο χειριστή. Παραδείγματα μηχανών εκτοξευόμενου σκυροδέματος μικρής κλίμακας εργασιών Εικόνα 2-14: Εκτοξευτής G

148 Μηχάνημα εκτοξευόμενου σκυροδέματος (ξηρό gunite) ιδανικό για αναπαλαιώσεις, ενίσχυση σε κολώνες και επισκευές σε γέφυρες. Δυνατότητα μεταφοράς υλικού έως και 60 μέτρα σε ύψος. Τα χαρακτηριστικά του δίνονται στον παρακάτω πίνακα. G8 Χωρητικότητα ρότορα 5,6 lt Παραγωγή 1,5-3,0 m 3 /h Πίεση 6 bar Ισχύς 2,2 Kw 400V / 50 Hz Ταχύτητα ρότορα 1500 rpm Μήκος 1200 mm Πλάτος 700 mm Ύψος 1200 mm Βάρος 43 Εικόνα 2-15: Εκτοξευτής Β4 Το εξελιγμένο μοντέλο ΕΚΤΟΞΕΥΤΗΣ -Β4- αποτελεί την ιδανική λύση για άντληση Περλομπετόν και τσιμεντοκονίας, καθώς επίσης και για εκτόξευση σοβά. Χάρη στην πανίσχυρη αντλία που διαθέτει το μοντέλο -Β4- επιτυγχάνονται υψηλές

149 ημερήσιες αποδόσεις ενώ παράλληλα, μειώνεται το εργατικό κόστος στο ελάχιστο. Τα μηχανικά μέρη που συνθέτουν το μηχάνημα ΕΚΤΟΞΕΥΤΗΣ -Β4- είναι: Ο δικύλινδρος πετρελαιοκινητήρας 22 ΗΡ ή το ηλεκτρικό μοτέρ 15 ΗΡ Το δικύλινδρο κομπρεσέρ 300 λίτρων Οι δύο μειωτήρες, ο κάδος ανάδευσης και ο κάδος συντήρησης του υλικού, καθώς επίσης και η τετράμπαλη αντλία, τοποθετημένα όλα επί μονο-αξονικού πλαισίου. ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Πεταχτό m 2 Λάσπωμα m 2 Μάρμαρο m 2 Σαγρέ m 2 Τσιμεντοκονία / Περλομπετόν 8 m 3 /h Τσιμεντενέσεις 6 m 3 /h Τεχνικά Χαρακτηριστικά του των διάφορων μοντέλων του Β4 B4 d Τύπος αντλίας Μηχανική εμβολοφόρος αντλία Παραγωγή l/min Πίεση παροχής 40 bar Απόσταση παροχής Έως 300m οριζόντια και έως 100m σε ύψος Αεροσυμπιεστής (Κομπρεσέρ) 2-κύλινδρος αεροσυμπιεστής 300 l/min, 3,5 ar Κινητήρας κίνησης 2 κύλινδρος πετρελαιοκινητήρας 22Hp Σασί Με φρένα και χωρίς φρένα Χωρητικότητα κάδου 170 lt Βάρος 1050 Kg Μήκος 2200mm Πλάτος 1640mm Ύψος 1760mm Ύψος Γεμίσματος 1300mm Μέγιστη κοκομετρία 8mm Σύνδεση εξόδου M

150 B4 e Τύπος αντλίας Μηχανική εμβολοφόρος αντλία Παραγωγή l/min Πίεση παροχής 40 bar Απόσταση παροχής Έως 300m οριζόντια και έως 100m σε ύψος Αεροσυμπιεστής (Κομπρεσέρ) 2-κύλινδρος αεροσυμπιεστής 300 l/min, 3,5 ar Κινητήρας κίνησης Ηλεκτρικό μοτέρ 400V 50Hz 11 KW Σασί Με φρένα και χωρίς φρένα Χωρητικότητα κάδου 170 lt Βάρος 1050 Kg Μήκος 2200mm Πλάτος 1640mm Ύψος 1760mm Ύψος Γεμίσματος 1300mm Μέγιστη κοκομετρία 8mm Σύνδεση εξόδου M 50 Εικόνα 2-16: P 715 Ρυμουλκούμενο μηχάνημα γαρμιλομπετόν της PUTZ EISTER είναι μικρό, ελαφρύ και διαθέτει ισχυρή αντλία δύο εμβόλων. Χρησιμοποιείται για άντληση σκυροδέματος, υγρού γκανάιτ και τσιμεντοφόρου υγρού αυτοεπιπεδούμενων δαπέδων (s reed), τσιμεντοκονίας και ανυδρίτη μέχρι μεγέθους κόκκων 16mm. Η ενσωματωμένη στεγανοποιητική βαλβίδα S αυτομάτου λειτουργίας επιτρέπει πίεση στην αντλία έως 68 ar και στεγανοποιεί έναντι

151 νερού και λάσπης. Ο αυτορρυθμιζόμενος δακτύλιος στην σωλήνα S αυτομάτως αντισταθμίζεται με σκοπό την ελαχιστοποίηση της φθοράς. Χαρακτηριστικά εξοπλισμού της αντλίας μπετόν Ρ 715: Κίνηση υδραυλική - μηχανή diesel. Στιβαρό πλαστικό κάλυμμα του κινητήρα με μοντέρνα εμφάνιση. Χοάνη σκυροδέματος με αναδευτήρα και λαστιχένιο επιλαίμιο. Αναδιπλούμενο πλέγμα ασφαλείας 30 χιλ. με δονητή 12V. Αναδιπλούμενο συμπλήρωμα χοάνης Υδραυλικός έλεγχος αντλίας και σωλήνας μεταφοράς S. Δικύλινδρη εμβολοφόρος αντλία με επιχρωμιωμένους κυλίνδρους. Δυνατότητα συνεχούς βαθμιαίας ρύθμισης της άντλησης υλικού. Δυνατότητα εξωτερικής ρύθμισης της μέγιστης πιέσεως της αντλίας στα 40 ή 68 bar. Κεντρική μονάδα λιπάνσεως στην χοάνη Εξοπλισμός του μηχανήματος: Προσαρμογέας ξεπλύματος, σφικτήρας με τσιμούχα, εξαρτήματα καθαρισμού, εργαλεία, βιβλίο οδηγιών λειτουργίας στα Ελληνικά, κατάλογος ανταλλακτικών. P 715 TD Τύπος μηχανήματος Ρυμουλκούμενη αντλία Τύπος αντλίας 2κύλινδρη εμβολοφόρος, υδραυλικά κινούμενη Παραγωγή 4-17,4 m³/h Πίεση παροχής 68 bar Διάμετρος κυλίνδρων 150mm Διάμετρος διαδρομής εμβόλου 700mm Στροφές ανά λεπτό (ελάχιστες) 27 Διάμετρος κυλίνδρων κίνησης 80 / 45 mm Κινητήρας κίνησης 3κύλινδρος πετρελαιοκινητήρας, Deutz F3M Kw Χωρητικότητα κάδου TS 323 (250lt / 280lt με λαστιχένιο περιλαίμιο) Σασί kg με φρένα Βάρος 1850 Kg Μήκος 4200mm

152 Πλάτος 1510mm Ύψος 1600mm Ύψος Γεμίσματος 1180mm Μέγιστη κοκομετρία 16mm Σύνδεση εξόδου SK 4,5 P 715 SD Τύπος μηχανήματος στάσιμη αντλία Τύπος αντλίας 2κύλινδρη εμβολοφόρος, υδραυλικά κινούμενη Παραγωγή 4-17,4 m³/h Πίεση παροχής 68 bar Διάμετρος κυλίνδρων 150mm Διάμετρος διαδρομής εμβόλου 700mm Στροφές ανά λεπτό (ελάχιστες) 27 Διάμετρος κυλίνδρων κίνησης 80 / 45 mm Κινητήρας κίνησης κύλινδρος πετρελαιοκινητήρας, Deutz F3M Kw Χωρητικότητα κάδου TS 323 (250lt / 280lt με λαστιχένιο περιλαίμιο) Σασί πλαίσιο τύπου ελκήθρου κατάλληλο για να ανυψωθεί από περονοφόρο Βάρος 1700 Kg Μήκος 3067mm Πλάτος 1393mm Ύψος 1395mm Ύψος Γεμίσματος 973mm Μέγιστη κοκομετρία 16mm Σύνδεση εξόδου SK 4,5 P 715 TE Τύπος μηχανήματος Ρυμουλκούμενη αντλία Τύπος αντλίας 2κύλινδρη εμβολοφόρος, υδραυλικά κινούμενη Παραγωγή 4-18,2 m³/h Πίεση παροχής 68 bar

153 Διάμετρος κυλίνδρων 150mm Διάμετρος διαδρομής εμβόλου 700mm Στροφές ανά λεπτό (ελάχιστες) 27 Διάμετρος κυλίνδρων κίνησης 80 / 45 mm Κινητήρας κίνησης 400 V 50 Hz ηλεκτροκινητήρας 30Kw Χωρητικότητα κάδου TS 323 (250lt / 280lt με λαστιχένιο περιλαίμιο) Σασί kg με φρένα Βάρος 1800 Kg Μήκος 4200mm Πλάτος 1510mm Ύψος 1600mm Ύψος Γεμίσματος 1180mm Μέγιστη κοκομετρία 16mm Σύνδεση εξόδου SK 4,5 P 715 SE Τύπος μηχανήματος Τύπος αντλίας Παραγωγή Πίεση παροχής Διάμετρος κυλίνδρων Διάμετρος διαδρομής εμβόλου Στροφές ανά λεπτό (ελάχιστες) Διάμετρος κυλίνδρων κίνησης Κινητήρας κίνησης Χωρητικότητα κάδου Σασί Βάρος στάσιμη αντλία 2κύλινδρη εμβολοφόρος, υδραυλικά κινούμενη 4-18,2 m³/h 68 bar 150mm 700mm / 45 mm 400 V 50 Hz ηλεκτροκινητήρας 30Kw TS 323 (250lt / 280lt με λαστιχένιο περιλαίμιο) πλαίσιο τύπου ελκήθρου κατάλληλο για να ανυψωθεί από περονοφόρο 1650 Kg

154 Μήκος 3067mm Πλάτος 1395mm Ύψος 1395mm Ύψος Γεμίσματος 973mm Μέγιστη κοκομετρία 16mm Σύνδεση εξόδου SK 4,5 2.7 Διαδικασίες εφαρμογής εκτοξευόμενου σκυροδέματος. 79, 80, 81, 82 Οι τεχνικές εφαρμογής του εκτοξευμένου σκυροδέματος είναι αφ ενός του ξηρού και αφετέρου του υγρού μίγματος. Στη ξηρή ανάμιξη, το απαραίτητο νερό για την ενυδάτωση του τσιμέντου προστίθεται στο ακροφύσιο εκτόξευσης, ενώ στην υγρή ανάμιξη το σκυρόδεμα με το οποίο τροφοδοτείται η μηχανή εκτόξευσης, περιέχει ήδη το απαραίτητο νερό για την ενυδάτωση του τσιμέντου. Επειδή και οι δυο διαδικασίες είναι σύμφωνες με τις συνήθεις απαιτήσεις ποιότητας εκτοξευμένου σκυροδέματος, η επιλογή της μεθόδου γίνεται βασικά με κριτήρια πρακτικότητας και οικονομικότητας. Οι δύο μέθοδοι έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Ανάλογα με τις απαιτήσεις του κάθε έργου και την εμπειρία του προσωπικού, θα πρέπει να επιλέγεται κατά περίπτωση η κατάλληλη μέθοδος. Ο κατάλληλος εξοπλισμός και η ορθή τεχνική εκτόξευσης έχουν πολύ μεγάλη σημασία στην εξασφάλιση της επιτόπου ποιότητας. 79 Maidl B., 1995, Steel Fibre Reinforced Concrete, Ernst & Sohn, Berlin 80 ΟΡΘΗ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΜΕ ΕΠΟΞΕΙΔΙΚΕΣ ΡΗΤΙΝΕΣ ΚΑΙ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ, Ενίσχυση κτιρίων με σύγχρονα υλικά, ΤΕΕ, Αθήνα, 6 Νοεμβρίου, Κουτρουβέλη Θεοφανώ, Παύλου Ευαγγελία, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα 15ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών», Πάτρα, Φεβρουάριος 2009,

155 Διάγραμμα 2-2: Υγρή και ξηρή μέθοδος ανάμιξης και εκτόξευσης σκυροδέματος. Άλλες μέθοδοι που βρίσκονται υπό ανάπτυξη ή χρησιμοποιούνται από όχι ιδιαίτερα ευρύ κύκλο είναι η μέθοδος θαλάμου αεροστροβίλου(βίαιης ανάμιξης), η μέθοδος κυλιόμενου τύπου και η μέθοδος SEC Ξηρή μίξη Η μέθοδος επιτυγχάνεται με την μίξη ξηρών ή ύφυγρων αδρανών και τσιμέντου. Το μίγμα προστίθεται στη μηχανή που με την βοήθεια πιεσμένου αέρα το προωθεί μέσω σωληνώσεως με μεγάλη ταχύτητα στο ακροφύσιο. Η υγρασία των αδρανών πρέπει να είναι μεταξύ 3 και 6%. Εφόσον είναι ξηρότερα, δημιουργείται σκόνη, ενώ αντίθετα αν είναι υγρότερα υπάρχει κίνδυνος πρόωρης πήξης και βουλώματος των σωλήνων. Σχήμα 2-5: Μέθοδος της ξηρής μίξης. Για την βελτίωση της συνεχείας της παροχής του ξηρού μίγματος προς το ακροφύσιο έχουν δοκιμαστεί διαφορές βελτιώσεις της μηχανής εκτόξευσης. Η SBS έχει κατασκευάσει

156 ένα σύστημα θαλάμου μεταφοράς με τροχό εφοδιασμένο με θήκες. Ο μεγάλος αριθμός των θηκών, η σταθερή πίεση του αέρα και η επαρκής ποσότητα του ενυπάρχοντος ξηρού μίγματος, εξασφαλίζουν μια μόνιμη και συνεχή προώθηση στο ακροφύσιο. Το νερό για την ενυδάτωση προστίθεται υπό πίεση στο ακροφύσιο αμέσως πριν την εκτόξευση. Αυτό απαιτεί την ύπαρξη μιας σωλήνας νερού παράλληλα με την σωλήνα μεταφοράς του ξηρού μίγματος. Μόλις το νερό περάσει τη βάνα εισέρχεται σε ένα δακτύλιο και στη συνεχεία ενίεται στο διερχόμενο ξηρό μίγμα μέσα από ένα αριθμό από διαταραγμένες οπές. Είναι πολύ σημαντικό η διαβροχή του μίγματος να είναι πλήρης και η πίεση του νερού αρκετή ώστε αυτό να εισχωρεί στο διερχόμενο μίγμα. Η ελάχιστη πίεση του νερού στο ακροφύσιο θα πρέπει να ξεπερνά κατά τουλάχιστον 100kPa την πίεση της σωλήνας μεταφοράς του ξηρού μίγματος και να μην είναι μικρότερη από 600kPa. Στην περίπτωση μεγάλων αποστάσεων μεταφοράς θα πρέπει να τοποθετείται μια αντλία νερού που να εξασφαλίζει την απαιτούμενη πίεση. Η μονάδα άντλησης είναι κατάλληλη για όλες τις μηχανές εκτόξευσης με διαμέτρου σωλήνα μεταξύ 25 και 65mm. Η μονάδα συνδέεται με την υπάρχουσα παροχή νερού και αυξάνει την πίεση κατά 10Mpa. Το πιεσμένο νερό διανέμεται μέσα από ένα μεγάλο αριθμό μικρών φυσητήρων έτσι ώστε να δημιουργείται ένα πυκνό δίκτυο νερού. Το υπό την πίεση αέρα προωθούμενο ξηρό μίγμα περνά μέσα από ένα πλέγμα νερού τριών επιπέδων με αποτέλεσμα να προσροφά το απαιτούμενο νερό μέχρι τον πυρήνα του. Η ομογενοποίηση του μίγματος βελτιώνει την ποιότητα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος και μειώνει τις απώλειες αναπήδησης και τη δημιουργία σκόνης. Η ποσότητα του νερού μίξης ρυθμίζεται από τον χειριστή. Ο ακριβής έλεγχος από τον χειριστή είναι αναγκαίος προκειμένου να αποφευχθεί η δημιουργία υπερβολικής σκόνης στην περίπτωση ανεπαρκής ποσότητας νερού, ενώ αντίθετα στη περίπτωση μεγάλης ποσότητας νερού το σκυρόδεμα θα ρέει από την επιφάνεια. Έχει βρεθεί ότι η μετατόπιση του δακτυλίου του νερού προς τα πίσω από το ακροφύσιο έχει σαν αποτέλεσμα την καλύτερη διαβροχή του μίγματος, την μείωση σκόνης, την καλύτερη ποιότητα με λιγότερη αναπήδηση και λιγότερη τάση δημιουργίας ξηρών θυλάκων και φακών άμμου. Η πραγματική πήξη των αδρανών μαζί με το νερό επέρχεται στο τοίχωμα και για αυτό θα πρέπει να γίνονται κυκλικές κινήσεις του ακροφύσιου κατά την εκτόξευση. Σημαντική είναι επίσης η σωστή λειτουργία της μηχανής ώστε να εξασφαλίζεται ομαλή μόνιμη ροή του υλικού μέσα από το σωλήνα και το ακροφύσιο. Η χρήση εργοστασιακού με ακρίβεια

157 ζυγισμένου και αναμιγμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος το οποίο περιέχει όλα τα συστατικά εκτός του νερού, που προστίθεται στο εργοτάξιο πιστεύεται ότι πλεονεκτεί. Εφόσον η σύγκριση βασισθεί στο κόστος των υλικών, η χρήση ξηρών σακών φαίνεται πιο ακριβή, όμως πλεονεκτεί στην ευκολία χρήσης και τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα, στη μειωμένη απαίτηση ανθρωπίνου δυναμικού, και στην ομοιομορφία Υπολογισμός κοκκομετρικής καμπύλης ξηρής μίξης με μεμονωμένα κλάσματα αδρανών Περιεχόμενο Συστατικά 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 Κατανομή Α Κατανομή B Κατανομή C % 0-8mm Περιεχόμενο τσιμέντο: Για 100 λίτρα ξηρού μίγματος προστίθονται 28kg τσιμέντου σε 80 λίτρα αδρανών. Για 1250 λίτρα ξηρού μίγματος προστίθονται 350 kg τσιμέντου σε 1000 λίτρα αδρανών. Παράδειγμα μελέτης σύνθεσης για 1m 3 ξηρού μίγματος: Παράδειγμα μελέτης σύνθεσης για 1m 3 ξηρού μίγματος. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με την ξηρή μέθοδο τάξεως C30/37, CEM I42.5, 350kg για 1000 λίτρα αδρανών, Πυριτική παιπάλη 20kg

158 Τσιμέντο 280 kg SikaFume HR 20 kg 0-4mm με 4% περιεχόμενη υγρασία (55%) ~ 680 kg 4-8 mm με 2% περιεχόμενη υγρασία (45%) ~ 560 kg Ξηρό μίγμα m 3 ~ 1540 kg* * Πρέπει να γίνει έλεγχος με δοκιμή κατανάλωσης Πρόσμικτα Σταθεροποιητής Ενυδάτωσης: SikaTard 930, δοσολογία 0,2-2,0%. Επιταχυντής (μη αλκαλικός και μη τοξικός): Sigunit L50 AFS, δοσολογία 3-6%. Εναλλακτικά, αλκαλικός: Sigunit L22 E, δοσολογία 2-6%. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα από 1m 3 ξηρού μίγματος δίνει συμπαγές υλικό στον τοίχο: Επιτάχυνση με Sigunit L50 AFS m 3 (αναπήδηση 16-20%) Επιτάχυνση με Sigunit L22 E m 3 (αναπήδηση 20-25%) Περιεχόμενο τσιμέντο στο σκυρόδεμα του τοίχου μετά την εκτόξευση ~ Kgr/m Υγρή μίξη Η μέθοδος επιτυγχάνεται με την ανάμιξη μετρημένων ποσοτήτων αδρανών, τσιμέντου και νερού. Το κονίαμα ή το μίγμα τροφοδοτεί τη χοάνη του εξοπλισμού μεταφοράς. Υπάρχουν δύο διαφορετικές μέθοδοι υγρής εκτόξευσης, ονομαζόμενες λεπτής και πυκνής ροής άντλησης. Μέθοδος πυκνής ροής άντλησης: Κατά τη μέθοδο πυκνής ροής άντλησης, το σκυρόδεμα αναφοράς αντλείται σε πυκνή ροή έως το ακροφύσιο με αντλία σκυροδέματος, μετά διασπείρεται με συμπιεσμένο αέρα σε έναν μετασχηματιστή όπου η ροή του μετατρέπεται σε λεπτή. Ο επιταχυντής συνήθως προστίθεται στο συμπιεσμένο αέρα λίγο πριν το μετασχηματιστή. Αυτό εξασφαλίζει ότι η συγκέντρωση του επιταχυντή θα είναι ομοιόμορφη σε όλο το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

159 Το μίγμα αυτής της μεθόδου θα πρέπει να είναι επαρκώς υγρό ώστε να μπορεί να αντληθεί. Το σκυρόδεμα επομένως περιέχει πιο πολύ νερό από αυτό που χρειάζεται για την ενυδάτωση του τσιμέντου. Το πλεονάζων νερό εξατμίζεται από το σκυρόδεμα καθιστώντας το πιο ευάλωτο σε ρωγμές συστολή ξήρανσης. Εφόσον προστεθεί η βέλτιστη, όσον αφορά την αντοχή, ποσότητα νερού (~35%), τότε το μίγμα δεν θα μπορεί να αντληθεί. Για αυτό συνιστάται η χρήση υπερευστοποιητικού προσθετού για αντλούμενο σκυρόδεμα. Η μέθοδος έχει το πλεονέκτημα του αυστηρού ελέγχου του λογού Ν/Τ. Το ακροφύσιο έχει θέσεις εισόδου του υγρού μίγματος, του πιεσμένου αέρα και του, συνήθως χρησιμοποιουμένου, επιταχυντικού προσθετού. Η υψηλή συμπύκνωση στο τοίχωμα δεν επιτυγχάνεται με την μεγάλη ταχύτητα ψεκασμού αλλά με την καλή διαβάθμιση και πλήρης ανάμιξη του σκυροδέματος που ψεκάζεται στην επιφάνεια σε μικρές σταγόνες, δίχως σκόνη και δημιουργώντας μια ομογενή επιφάνεια

160 Μέθοδος άντλησης λεπτής (αραιής) ροής: Με τη μέθοδο άντλησης λεπτής ροής, το ίδιο μίγμα βάσης αντλείται μέσω ενός ρότορα, όπως και στην ξηρή μέθοδο, με συμπιεσμένο αέρα (μεταφορά με ώθηση). Ο επιταχυντής προστίθεται μέσω ενός ξεχωριστού προσαρτήματος στο ακροφύσιο με συμπιεσμένο αέρα μεγαλύτερης πίεσης. Υπολογισμός κοκκομετρικής καμπύλης κατανομής με μεμονωμένα κλάσματα αδρανών Περιεχόμενο Συστατικά 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 Κατανομή Α Κατανομή B Κατανομή C % 0-8mm Παράδειγμα μελέτης σύνθεσης για 1m 3 υγρού εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με την υγρή μέθοδο 0 8, τάξεως C30/37, CEM I142.5, 425kg, Πυριτική παιπάλη 20kg, χαλύβδινες ίνες 40kg

161 Τσιμέντο 425 kg 135 lt SikaFume HR 20 kg 9 lt Αδρανή: 0-4mm με 4% ενυπάρχουσα υγρασία (55%) 967 kg 358 lt 4-8 mm με 2% ενυπάρχουσα υγρασία (55%) 791 kg 293 lt Νερό ανάμιξης (Ν/Σ= 0.48) 155 kg 155 lt Κενά αέρος (4.5%) 45 lt Ίνες χάλυβα 40 kg 5 lt Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα 1000 lt Μονάδα βάρους ανά m kg Πρόσμικτα Μειωτές νερού/ επιβραδυνές: Sika Viscocrete Μη αλκαλικοί επιταχυντές: Sigunit L50 AFS, Sigunit -49 AFS, δοσολογία 3-8% Εναλλακτικά, αλκαλικός: Sigunit L22 Ε, δοσολογία 2-6% Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα από 1m 3 μίγματος δίνει συμπαγές υλικό στον τοίχο: Επιταχυντής sigunit L53 AFS m 3 Επιταχυντής sigunit L20 G (αναπήδηση 10-15%) m 3 Περιεχόμενο τσιμέντο στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα του τοίχου kg/m 3 Περιεχόμενο σε χαλύβδινες ίνες στον τοίχο. Υποθέτοντας ότι οι ίδιες απαιτήσεις προδιαγράφονται για το εφαρμοσμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, οι δύο διαδικασίες πυκνής και αραιής ροής απαιτούν το ίδιο μίγμα βάσης σε όρους κοκκομετρίας, λόγου Ν/Τ, πρόσμικτων, προσθέτων και περιεχόμενου τσιμέντου Επιλογή της μεθόδου Μέχρι και το 1970 περίπου, η μέθοδος ξηρής ανάμιξης κυριαρχούσε. Η μέθοδος υγρής ανάμιξης, παρουσίαζε φοβερά μειονεκτήματα με κυριότερο το ότι για να γίνει δυνατή η άντληση του μίγματος από τις αντλίες του τότε, χρησιμοποιούνταν λόγοι νερού προς τσιμέντο που έφταναν ακόμα και το 1,0. Όπως ήταν φυσικό, οι αντοχές που

162 επιτυγχάνονταν ήταν πολύ χαμηλές και γι αυτό η μέθοδος υγρής ανάμιξης είχε θεωρηθεί αρκετά αναξιόπιστη. Το σκηνικό άλλαξε εντελώς στη δεκαετία Τότε στις Σκανδιναβικές χώρες και κυρίως στη Νορβηγία, αναπτύχθηκε αλματωδώς η χρήση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος υγρής ανάμιξης, κυρίως σε ότι είχε να κάνει με το μηχανικό εξοπλισμό και κατασκευάστηκαν οι πρώτες ρομποτικές μηχανές εκτόξευσης. Το αποτέλεσμα ήταν η αγορά στις Σκανδιναβικές χώρες να γυρίσει από 100% χρήση της μεθόδου ξηρής ανάμιξης σε 100% χρήση της μεθόδου υγρής ανάμιξης, μέσα σε 10 χρόνια. Ο υπόλοιπος κόσμος δεν άργησε να ακολουθήσει και έτσι σήμερα η μέθοδος υγρής ανάμιξης κυριαρχεί συντριπτικά. Η σύγκριση μεταξύ των δυο μεθόδων δίνεται στον πίνακα 1. Μέχρι σήμερα μέθοδος ξερής μίξης χρησιμοποιείται συχνότερα επειδή ο εξοπλισμός είναι ελαφρύτερος και οικονομικότερος. Τα ξερά υλικά μπορούν να μεταφερθούν σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Η επένδυση σε εξοπλισμό της μεθόδου υγρής μίξης είναι τουλάχιστον τριπλάσια της αντίστοιχης της ξηρής. Εν τούτοις ο κατασκευαστής που επιθυμεί γρήγορη πρόοδο των εργασιών προτιμά την υγρή μίξη, που έχει οικονομικότερη αναπήδηση δύναται να προμηθεύει σε μεγάλες ποσότητες υλικό από μονάδα παραγωγής σκυροδέματος και να επιτυγχάνει παραγωγή έως και 20m 3 /h ειδικά όταν χρησιμοποιούνται τηλεχειριζόμενες αυτοματοποιημένες μηχανές. Οι μηχανές υγρής μίξης γενικά δεν μπορούν να μεταφερθούν και να χρησιμοποιηθούν σε προβληματικές περιοχές που απαιτείται γρήγορη επέμβαση. Ο κατασκευαστής συνήθως θέλει να αφήνει ένα μεγάλο τμήμα ανεπένδυτο προτού αρχίσει τη μαζική παραγωγή εκτοξευμένου σκυροδέματος υγρής μίξης. Άρα συχνά απαιτείται ένα δεύτερο σύστημα ξηρής μίξης όταν απαιτούνται μικρές ποσότητες σκυροδέματος όπως παραδείγματος χάριν για την υποστήριξη του μετώπου. Μια μηχανή ξηρής μίξης είναι αποτελεσματικότερη στην περίπτωση ελέγχου υγρών στρωμάτων, οπού η υγρή διαδικασία έχει περιορισμένες δυνατότητες αντιμετώπισης του νερού. Η ξηρή μέθοδος δημιουργεί σκόνη και η δυνατότητα παραγωγής είναι μικρότερη από την υγρή. Εν τούτοις το ξηρό μίγμα μπορεί να διατηρηθεί για σχετικές μεγάλες περιόδους ώσπου να χρειαστεί και να εφαρμοσθεί αμέσως σε με μέτριες ποσότητες σε περιοχές που απαιτείται. Αυτό είναι σε συμφωνία με τις αρχές της ΝΑΤΜ για έγκαιρη υποστήριξη και σταθεροποίηση του πετρώματος κατά την κυκλική διαδικασία διάτρησης-ανατίναξης. Η

163 μη ορθή ποσότητας τροφοδοσίας του νερού κατά την ξηρά μίξη επιδρά αρνητικά στο βαθμό αναπήδησης ή και στην αντοχή. Ο λόγος Ν/Σ του ψεκαζόμενου σκυροδέματος από μηχανή ξηρής μίξης είναι πολύ χαμηλός. Αντίθετα ο λόγος αυτός όταν χρησιμοποιείται μηχανή υγρής μίξης είναι πάνω από 0,50, ώστε το μίγμα να είναι αντλήσιμο από τις σωληνώσεις. Οι μηχανές υγρής μίξης πλεονεκτούν στα υπόγεια έργα όσον αφορά την μειωμένη σκόνη, τη μικρότερη απαίτηση εξειδικευμένου προσωπικού, και του λιγότερου επιτόπου εξοπλισμού. Η αναπήδηση είναι μεγαλύτερη με την ξηρή μέθοδο παρά με την υγρή. Εν τούτοις για σκυρόδεμα υγρής μίξης ακόμα και για μικρές πιέσεις, ένα αυτοματοποιημένο μηχάνημα είναι απαραίτητο, καθόσον το βάρος του υγρού σκυροδέματος στο σωλήνα το καθιστά πολύ βαρύ στο κράτημα. Επίσης ο χρόνος ξεπλύματος του εξοπλισμού υγρής μίξης είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο της ξηρής. Ο καθαρισμός θα πρέπει να γίνεται μετά από κάθε χρήση, πριν δε από κάθε διακοπή μεγάλης διαρκείας το πλύσιμο θα γίνεται σε ειδικές για το σκοπό περιοχές. Άρα ποσότητες τουλάχιστον 10m 3 ψεκάζονται σε μια φάση ώστε να καθιστούν την υγρή μέθοδο αποτελεσματική. θα πρέπει να Μια κατασκευή που περιλαμβάνει κυκλική διακοπτόμενη εκτόξευση σκυροδέματος θα πρέπει να εκτελείται με τη μέθοδο της ξηρής μίξης. Η μέθοδος της υγρής μίξης θα πρέπει να χρησιμοποιείται όταν το πέτρωμα δεν απαιτεί άμεση υποστήριξη. Τέλος θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η κατανάλωση υλικού σε σχέση με την αναπήδηση και την ενεργεία. Η μέθοδος υγρής μίξης απαιτεί περίπου το τρίτο του πιεσμένου αέρα που απαιτεί η ξηρή μίξη. Πίνακας 2-5: Παράγοντες επιλογής της διαδικασίας μίξης. Παράγων Ξερή μίξη Υγρή μίξη Εξοπλισμός Χαμηλή ολική επένδυση. Λιγότερος επιτόπου εξοπλισμός. Συντήρηση σχετικά απλή και Λιγότερη φθορά στην αντλία, αραιή. στους σωλήνες και στο ακροφύσιο. Λιγότερο από 60% κατανάλωση Μείξη Στο εργοτάξιο ή στο εργοστάσιο. Έτοιμα αναμιγμένα ξηρά συστατικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν, αλλά δεν μπορούν να παραμείνουν ανοιχτά σε υφυγρό ή υγρό περιβάλλον. Η συμπεριφορά βλάπτεται από την υγρασία της άμμου. πιεσμένου αέρα. Ακριβής ανάμιξη στη μονάδα ανάμειξης. Χρήση ετοίμου σκυροδέματος. Αποδεκτή η υγρή άμμος

164 Παράγων Ξερή μίξη Υγρή μίξη Παραγωγή Σπανίως ξεπερνά επιτόπου τα 5m3/h μπορεί να μεταφερθεί σε μεγαλύτερες αποστάσεις από ότι τα υγρά μίγματα. Αναπήδηση Μπορεί να είναι 15-40% από κατακόρυφα τοιχώματα και 20-50% από την οροφή. Δημιουργεί θύλακες αναπήδησης. Η απώλεια αδρανών κάνει την συμφωνία με τη μελέτη σύνθεσης δύσκολη, και το προστιθέμενο τσιμέντο είναι συνήθως πολύ. Ποιότητα Υψηλότερη αντοχή λόγω του χαμηλότερου λόγου Ν/Σ. Λιγότερο ομοιογενής καθόσον η προσθήκη νερού κανονίζεται από τον χειριστή και την ασυνεχή προώθηση του υλικού. Ταχύτητα κρούσης Πρόσθετα Σκόνη Υψηλή, με καλή πρόσφυση και ευκολότερη χρήση στην οροφή. Σα σκόνη στο μείκτη ή τη χοάνη. Υγρά στο ακροφύσιο. Μεγάλη παραγωγή σκόνης που μπορεί να μειωθεί με 5-15% προύγρανση, ή με μετακίνηση του δακτυλίου του νερού προς τα πίσω του ακροφυσίου. Μεγαλύτερη από ότι αντίστοιχες μηχανές ξηρής μίξης 2-10m3/h από ακροφύσιο χειριστή ως 20m3/h με βραχίονα χειρισμού Χαμηλή κάτω του 10% για σωστό μίγμα. Μη δημιουργία θυλάκων αναπήδησης. Μικρή απώλεια αδρανών. Δυσκολία επίτευξης υψηλής αντοχής λόγω του υψηλότερου λόγου Ν/Σ. Πιο ομοιογενής ποιότητα. Γενικά επαρκής για τα υπόγεια έργα. Γενικά σε υγρή μορφή στο ακροφύσιο. Πολύ μικρή ποσότητα. Καλύτερη ορατότητα. Κανένας κίνδυνος δημιουργίας στρώσεων από τη σκόνη. Άλλη χρήση αμμοβολή Άντληση σκυροδέματος. 2.8 Ποιοτικός έλεγχος 83, 84 Δοκιμές θλιπτικής αντοχής Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα έχει βασικά τα ιδία χαρακτηριστικά αντοχής με το κοινό σκυρόδεμα και οι δοκιμές θλιπτικής αντοχής αποτελούν την πιο συνηθισμένη μέθοδο ποιοτικού ελέγχου. Η ποσοτική περιγραφή της αντοχής του εκτοξευόμενου σκυροδέματος παρουσιάζει δυσκολίες λόγω της έλλειψης τυποποίησης των δοκιμών και παρουσίασης των αποτελεσμάτων Εγχειρίδιο Τεχνολογίας Σκυροδέματος Sika (

165 Στην Ευρώπη συνηθίζεται η λήψη δειγμάτων σε ορθογώνια κουτιά (τελάρα) το οποίο όμως οδηγεί σε υπερεκτίμηση της ποιότητας του σκυροδέματος αυτών των κουτιών σε σχέση με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα του έργου. Τα σύμβολα που χρησιμοποιούνται παρακάτω ορίζονται στον παρακάτω πίνακα. ΣΥΜΒΟΛΟ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ Ε.Σ. Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα C s Sprayed Concrete f a Απαιτούμενη αντοχή Ε.Σ. σε θλίψη f ck Χαρακτηριστική αντοχή σκυροδέματος σε θλίψη S Τυπική απόκλιση των αντοχών ενός αριθμού συμβατικών δοκιμίων x n Μέσος όρος αντοχής n συμβατικών δοκιμίων μίας δειγματοληψίας x i Αντοχή ενός συμβατικού δοκιμίου μίας δειγματοληψίας Συμβατικό δοκίμιο για τους ελέγχους συμμορφώσεως της αντοχής σε θλίψη είναι ο πυρήνας διαμέτρου 10 m και λόγο ύψους/διάμετρο=1 που συντηρείται και ελέγχεται. Για τις ανάγκες αυτής της προδιαγραφής θεωρείται ότι η αντοχή του συμβατικού δοκιμίου διαμέτρου 10 m και ύψους 10 m πολλαπλασιασμένη με 1,17 έχει αντοχή ίση με την αντοχή του συμβατικού κυβικού δοκιμίου ακμής 15 m. Η καταπόνηση που υφίσταται το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα κατά την κοπή των πυρήνων οδηγεί σε μείωση της αντοχής του έτσι θεωρείται σύμφωνα με τα πρότυπα ότι η μετρούμενη αντοχή είναι το 0,85 επί της πραγματικής. Άρα πραγματική είναι το 1,17 της μετρούμενης. Για την απαιτούμενη αντοχή ισχύουν οι παρακάτω κατηγορίες: Κατηγορία αντοχής C s 20 C s 25 C s 30 C s 35 C s 40 C s 45 C s 50 C s 55 Χαρακτηριστική Αντοχή(Μpa) Κύβου (15x15x15cm (fck) Αν κριτήριο επιλογής είναι η χαρακτηριστική αντοχή 3 ή 7 ημερών, η τιμή της αντοχής αυτής θα δίνεται από το μελετητή ή από τη σύμβαση του έργου. Αν υπάρχουν στοιχεία τυπικής αποκλίσεως s, που έχουν προκύψει από 60 τουλάχιστον διαδοχικά δοκίμια διαφορετικών αναμιγμάτων, που έγιναν με τα ίδια υλικά, τις ίδιες εγκαταστάσεις παραγωγής και για εκτοξευόμενο σκυρόδεμα του οποίου η χαρακτηριστική αντοχή δεν διαφέρει περισσότερο από 7 Ρα από εκείνη του υπόψη έργου, τότε η

166 απαιτούμενη αντοχή πρέπει να έχει τουλάχιστον την τιμή που υπολογίζεται από τη σχέση: fa=f k+2,14s(1) για οποιαδήποτε ηλικία. Αν η τιμή της τυπικής αποκλίσεως που προαναφέρθηκε έχει προκύψει (με τις προηγούμενες προϋποθέσεις για τη χαρακτηριστική αντοχή) από λιγότερα των 60 δοκιμίων όχι όμως και λιγότερα των 15, τότε η τιμή αυτή, πριν εισαχθεί στη σχέση (1) πρέπει να πολλαπλασιάζεται με τον αντίστοιχο συντελεστή του Πίνακα 2-6. Αν η τιμή της τυπικής αποκλίσεως (μετά τον πολλαπλασιασμό της με τον αντίστοιχο συντελεστή του Πίνακα 2-6) είναι μικρότερη από 3 ΜΡα, τότε στη σχέση (1) πρέπει να εισάγεται τιμή s = 3 Ρα Πίνακας 2-6: Συντελεστής διορθώσεως της τυπικής αποκλίσεως Αριθμός Συντελεστής δοκιμίων πολλαπλασιασμού ή 1.00 περισσότερα Αν δεν υπάρχουν στοιχεία τυπικής αποκλίσεως ή υπάρχουν, αλλά από λιγότερα των 15 δοκίμια ή ακόμη αν η χαρακτηριστική αντοχή του εκτοξευόμενου σκυρόδεματος δεν ικανοποιεί την απαίτηση του των αντοχών, τότε ο υπολογισμός της απαιτούμενης αντοχής από τη σχέση (1), πρέπει να γίνεται με την παραδοχή τυπικής αποκλίσεως: -s= 6 Ρα αν θα χρησιμοποιηθούν θραυστά αδρανή κα -s= 7 Ρα αν θα χρησιμοποιηθούν φυσικά αδρανή. Δοκιμές στα μίγματα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος Για κάθε μίγμα, τύπο προσθέτου ή δοσολογία προσθέτου, τύπο ινών ή αναλογία ινών θα παρασκευάζονται τρία φατνώματα διαστάσεων τουλάχιστον 70Χ70Χ12 m. Για τον έλεγχο της αντοχής σε θλίψη, από κάθε δοκίμιο θα αποκόπτονται ζεύγη πυρήνων αντίστοιχα με τις ηλικίες για τις οποίες υπάρχει απαίτηση αντοχής. Ο μέσος όρος αντοχής των 6 πυρήνων αποτελεί την αντοχή της αντίστοιχης σύνθεσης κατά την ηλικία ελέγχου. Για τον υπολογισμό του s, ο μέσος όρος αντοχής των 6 πυρήνων αποτελεί μια τιμή. Στην

167 περίπτωση που υπάρχει από τη μελέτη του έργου απαίτηση πρώιμων αντοχών για πολύ μικρές ηλικίες (παραδείγματος χάριν αντοχή 8 ωρών), θα πρέπει ο τρόπος ελέγχου αυτών να καθορίζεται από το μελετητή. Αν προδιαγράφονται και άλλες ιδιότητες πλην της αντοχής σε θλίψη, θα αποκόπτονται από τα πρισματικά δοκίμια κατάλληλα δείγματα (πυρήνες ή δοκοί), προκειμένου να γίνουν οι αντίστοιχοι έλεγχοι. Στην περίπτωση που το σκυρόδεμα προέρχεται από εργοστάσιο παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος θα ακολουθείται η ίδια διαδικασία που περιγράφεται παραπάνω. Για την παρασκευή φατνωμάτων των δοκιμίων, τα φατνώματα θα είναι ορθογωνικής διατομής, χαλύβδινα ή από άλλο άκαμπτο μη υδαταπορροφητικό υλικό (ελάχιστο πάχος τοιχωμάτων: για τα χαλύβδινα 4 mm, από πχ. κόντρα πλακέ 18 mm). Οι ελάχιστες εσωτερικές διαστάσεις της διατομής θα είναι 70Χ70 m το δε ύψος θα είναι τουλάχιστον 12 m. Τα φατνώματα θα τοποθετούνται κατακόρυφα και η εκτόξευση θα γίνεται οριζόντια με τον ίδιο εξοπλισμό, τεχνική, πάχος στρώσης ανά πέρασμα, απόσταση εκτόξευσης, χειριστή μηχανήματος κτλ. όπως γίνεται και η σκυροδέτηση του εκτοξευόμενου σκυρόδεματος στο έργο. Μετά την εκτόξευση, η ελεύθερη επιφάνεια των φατνωμάτων καλύπτεται με διπλή λινάτσα, που διατηρείται για όσο διάστημα παραμένει το δοκίμιο μέσα στο φάτνωμα συνεχώς υγρή με πλαστικό φύλλο που εμποδίζει την εξάτμιση. Το δοκίμιο παραμένει αμετακίνητο μέσα στο φάτνωμα για 24 τουλάχιστον ώρες και το πολύ μέχρι 3 ημέρες. Στην διάστημα των τριών ημερών αποκόπτονται από το δοκίμιο τα απαραίτητα δείγματα, τα οποία στη συνέχεια μεταφέρονται για συντήρηση σε ατμόσφαιρα με σχετική υγρασία τουλάχιστον 95 % και θερμοκρασία 20 ± 2 ο C ή μεταφέρεται για συντήρηση στις προηγούμενες συνθήκες ολόκληρο το δοκίμιο και η αποκοπή των απαραίτητων δειγμάτων γίνεται στις αντίστοιχες ηλικίες ελέγχου αυτών. Τα δείγματα πρέπει να λαμβάνονται σε απόσταση τουλάχιστον 125 mm από τις ακμές του δοκιμίου (εκτός από τις περιπτώσεις αποκοπής δοκών για τις δοκιμές της κάμψης / πλαστιμότητας, όπου τα άκρα αυτών των δοκών μπορούν να βρίσκονται μέσα σ' αυτές τις περιοχές). Έλεγχος πυρήνων και δοκών Η αποκοπή των πυρήνων και των δοκών γίνεται σε χρονική στιγμή που το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα έχει αποκτήσει επαρκή αντοχή ή όπως ορίζεται στη σύμβαση του έργου. Οι πυρήνες λαμβάνονται με κατάλληλο μηχάνημα, με ελεγμένη σταθερότητα και ευθυγραμμία στελέχους καθώς και με αδαμαντοκορώνα σε καλή κατάσταση. Η ονομαστική διάμετρος του πυρήνα είναι 10 m (επιτρεπτή απόκλιση ±0,5 m) και μετριέται

168 κοντά στο μέσον του ύψος αυτού επί δύο καθέτων διευθύνσεων με ακρίβεια ±0.5 mm. Οι βάσεις του πυρήνα πρέπει να καθίστανται πρακτικώς επίπεδοι και κάθετοι προς τη γενέτειρά τους, με κατάλληλη κοπή ή επεξεργασία. Πριν από τη θραύση οι βάσεις επιπεδώνονται με ειδική κονία επιπεδώσεως. Η ανοχή επιπεδότητας των βάσεων του πυρήνα πρέπει να είναι 0.05 mm και η γωνία ανάμεσα στη γενέτειρα και τις βάσεις του πυρήνα πρέπει να είναι 90ο±0.5ο. Ως μήκος του δοκιμίου που διαμορφώθηκε με αυτόν τον τρόπο λαμβάνεται ο μέσος όρος των μετρήσεων δύο αντιδιαμετρικών γενετειρών με ακρίβεια ±1mm. Το μήκος του δοκιμίου πρέπει να είναι ίσο με τη διάμετρό του με επιτρεπτή απόκλιση ±10% επί της τιμής της ονομαστικής διαμέτρου. Η αντοχή του προαναφερθέντος δοκιμίου, με ονομαστική διάμετρο 10 m και λόγο ύψος/ διάμετρο =1, με τις αποκλίσεις που αναφέρθηκαν προηγουμένως πολλαπλασιασμένη με 1,17 (συντελεστής διατάραξης λόγω κοπής), θεωρείται ότι είναι ίση με την αντοχή κυβικού δοκιμίου ακμής 15 m. Επειδή συνήθως οι πυρήνες κόβονται σε πρώιμες ηλικίες (ακόμη και σε λίγες ώρες) η πολύ καλή κατάσταση του μηχανήματος κοπής έχει μεγάλη σημασία. Μέθοδοι Δοκιμών/ Μετρήσεων για την μέτρηση των πρώιμων αντοχών Για να καθορίσουμε τις πολύ πρώιμες αντοχές (στο εύρος από 0 έως 1 Ν/ mm 2 ), χρησιμοποιούμε τη Βελόνα Διείσδυσης Pro tor. Οι ακόλουθες μέθοδοι χρησιμοποιούνται ευρέως για έλεγχο θλιπτικής αντοχής μεταξύ 2 και 10 Ν/mm 2 : -Kaindi / Meyco: Καθορισμός με δύναμη εξόλκευσης βίδας -HILTI (Dr. Kusterle): Καθορισμός του βάθους αποτύπωσης (l) και της δύναμης εξόλκευσης (Ρ) βίδας που έχει εκτοξευθεί με όπλο HILTI DX 450L (γέμισμα και μέγεθος βίδας είναι πρότυπα) -Απλουστευμένη μέθοδος HILTI (Dr. G. Bra her, Sika): Καθορισμός του βάθους ανατύπωσης βίδας (l) με όπλο HILTI DX 450L (γέμισμα και μέγεθος βίδας είναι πρότυπα). Η ακρίβεια των μετρήσεων των απαιτούμενων πρώιμων αντοχών με τη μέθοδο αυτή θα πρέπει να έχει ακρίβεια ± 2 Ν/mm

169 Ανάπτυξη αντοχών από 1 έως x ημέρες: Πάνω από τα 10Ν/mm 2 μπορούν να ληφθούν πυρήνες για έλεγχο. Η Ø και το ύψος των πυρήνων είναι 50mm. Ο μέσος όρος υπολογίζεται από μία σειρά μετρήσεων σε 5 πυρήνες. Παράγοντές που συντελούν για τις ιδιότητες του εκτοξευόμενου σκυροδέματος Γενικά το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα είναι υλικό με ιδιότητες πιο ευμετάβλητες από το σύνηθες σκυρόδεμα και σε αυτό συντελούν οι παρακάτω παράγοντες: α. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα είναι ένα σκυρόδεμα μικρής κάθισης (ξερή διαδικασία ) το οποίο συμπυκνώνεται κατά την κρούση ενώ σύγχρονος για να παραμείνει στη θέση του πρέπει να πήζει και να σκληραίνει γρήγορα. Η απαιτούμενη ταχύτητα σκλήρυνσης εξαρτάται από τη διεύθυνση της επιφανείας

170 εκτόξευσης, το πάχος της στρώσης, την ποσότητα νερού (κάθιση ) και τη ροή νερού στην επιφάνεια τοποθέτησης. β. Για να επιτευχθεί η γρήγορη πήξη και σκλήρυνση του το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα στα υπόγεια έργα χρησιμοποιούνται συνήθως επιταχυντικά προσθετά τα οποία βραχυχρόνια δίνουν τα απαιτούμενα πλεονεκτήματα, μακροχρόνια όμως τα ανόργανα επιταχυντικά προσθετά επιφέρουν απώλειες στην αντοχή 28 ημερών της τάξης του 20 % έως 30 % σε σχέση με το κοινό σκυρόδεμα. γ. Η απώλεια της αντοχής λόγω της χρήσης ανόργανων επιταχυντικών εξαρτάται από πόλους παράγοντες όπως η δόση του προσθέτου και η συμβατότητα αυτού με το τσιμέντο. δ. Όταν γίνεται εκτόξευση του σκυροδέματος προς την οροφή απαιτούνται μεγαλύτερες δόσεις επιταχυντικού από αυτές που απαιτούνται όταν τούτο εκτοξεύεται σε κατακόρυφους τοίχους. Αυξημένη δόση επιταχυντικού μειώνει τον χρόνο της πήξης και εμποδίζει την απώλεια πρόσφυσης και την πλαστική ροή που θα συνέβαινε αν χρησιμοποιείτο λιγότερη ποσότητα επιταχυντικού. Σε κατακόρυφα τοιχώματα η ποσότητα του επιταχυντικού δύναται να μειωθεί μια και ο κίνδυνος πλαστικής ροής είναι μικρότερος και το κόστος του είναι σημαντικό. ε. Η ποιότητα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος επηρεάζεται από αυτή των υλικών και των εργασιών παρασκευές και τοποθέτησης. Η μεταβλητότητα της ποιότητας του εκτοξευόμενου σκυροδέματος προκύπτει από αιτία όπως η υγρασία που ενυπάρχει στα αδρανή, η ανάμιξη του τσιμέντου και αδρανών, η μίξη του ξηρού μίγματος με το επιταχυντικό, η ποσότητα του νερού, η ανάμιξη του νερού με το επιταχυντικό στο ακροφύσιο, η ταχύτητα των υλικών και η μετέπειτα κρούση και συμπύκνωση και η γωνιά κλίσης της εκτόξευσης προς την επιφάνεια τοποθέτησης. Στην περίπτωση εκτόξευσης παραπάνω ο χειριστής του ακροφυσίου υποφέρει πολύ από την αναπήδηση του υλικού από το οποίο έχει σαν αποτέλεσμα την χειροτέρευση της ποιότητας, στην περίπτωση αυτή η ταχύτητα εκτόξευσης συνήθως μειούται είτε με μείωση της πίεσης του αέρα είτε με αύξηση της απόστασης του ακροφύσιου από την επιφάνεια τοποθέτησης

171 2.9 Μελέτη αναπήδησης. 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91 Η αναπήδηση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος είναι ένα μεγάλο επιπρόσθετο κόστος για το έργο. Έτσι, από την πλευρά του εργολάβου είναι πολύ σημαντικό αυτή να περιορίζεται στο ελάχιστο δυνατό. Το φαινόμενο της αναπήδησης εξαρτάται από πολλούς διαφορετικούς παράγοντες και γίνεται ακόμη πιο πολύπλοκο με τη χρήση των ινών. Το σκυρόδεμα που τελικά καταναλώνεται συνολικά σε ένα έργο είναι σχεδόν πάντα μεγαλύτερο από αυτό που απαιτείται για την κατασκευή της επένδυσης και αυτό οφείλεται στις απώλειες. Από την πλευρά του εργολάβου του έργου μπορούμε να πούμε πως ισχύει η παρακάτω σχέση: Απώλειες σκυροδέματος = Αναπήδηση + Λιθογόμωση κενών + Απορριπτέο σκυρόδεμα Το συνολικό σκυρόδεμα μπορεί να φθάνει το 150 έως το 200% της προβλεπόμενης ποσότητας και μέρος του πλεονάσματος αυτού οφείλεται στην αναπήδηση. Στη μέθοδο της ξηρής μίξης εκτοξευόμενου σκυροδέματος είναι πολύ σημαντική η γνώση της αναπήδησης διότι το 20 έως το 40% του συνολικού υλικού χάνεται και πάνω από το 75% των ινών μπορεί να αναπηδήσουν. Δυστυχώς, το υλικό που χάνεται ως αναπήδηση κυρίως αποτελείται από αδρανή και απώλεια αρκετού όγκου αδρανών κάνει το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα επιρρεπές σε μεταβολές του όγκου και σε φαινόμενα ρηγμάτωσης και ερπυσμού. Απώλεια ινών μέσω της αναπήδησης, μεταφράζεται σε μεγάλη απώλεια αντοχής σε θραύση, πλαστιμότητας και παραμένουσας αντοχής. Η διαφορά μεταξύ ξηρής και υγρής μίξης, ως προς το ποσοστό της αναπήδησης, είναι εμφανής και από το διάγραμμα 2-3 που απεικονίζει μετρήσεις για δεδομένες ίνες συγκριτικά και για τις δύο μεθόδους εκτόξευσης. 85 H. Armelin, H., 1997, Rebound and Toughening Mechanisms in Steel Fiber, Armelin, H., 1997, Rebound and Toughening Mechanisms in Steel Fiber, Austin S.A. & Ro ins P. J., Sprayed Concrete: Properties, Design and Appli ation, Whittles Publishing, Scotland 88 Banthia N., Gupta P. and Yan C., Impact resistance of fiber reinforced wet-mix shotcrete, Materials and Structures, Vol. 32, Vandewalle M., Tunnelling The World, Bekaert S.A., Belgium, Morgan D., Shotcrete Reinforcement, Shotcrete Magazine, K. Kobayashi, 1983, Development of Fiber Reinforced Concrete in Japan, The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, Volume

172 Οι θεωρίες ως προς την επιρροή των ινών στην αναπήδηση δεν ταυτίζονται απόλυτα. Ερευνητές αναφέρουν ότι το ινοπλισμένο σκυρόδεμα είχε μικρότερη αναπήδηση από το συμβατικό. Άλλοι απλά αναφέρουν ότι δεν υπάρχει καμία διαφορά μεταξύ τους (ACI, 506.1R-98). Ωστόσο, οι ερευνητές συμφωνούν στο ότι η αναπήδηση των ινών είναι μεγαλύτερη από αυτή των άλλων υλικών. Στην ξηρή μίξη, χρήση κάμερας πολύ υψηλής ταχύτητας έχει δείξει ότι οι περισσότερες ίνες βρίσκονται στην εξωτερική πλευρά του μίγματος, καθώς αυτό εκτοξεύεται με ταχύτητα. Πολλές από τις ίνες αυτές αποτυγχάνουν να φθάσουν στην επιφάνεια εκτόξευσης κι έτσι χάνονται σαν υλικό αναπήδησης. Διάγραμμα 2-3: Σύγκριση ξηρής και υγρής μίξης ως προς την αναπήδηση. Ο μηχανισμός δημιουργίας του στρώματος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος έχει ως εξής: Όλα τα υλικά κινούνται με πολύ μεγάλη ταχύτητα προς την επιφάνεια. Τα ελαφρύτερα (τσιμέντο, λεπτόκοκκα αδρανή, ίνες) κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα σε σχέση με τα βαρύτερα. Πρακτικά, αυτό που γίνεται είναι ότι στην αρχή της διαδικασίας, όλο το υλικό που εκτοξεύεται αναπηδά. Τελικά, δημιουργείται μια λεπτή στρώση από τσιμέντο, άμμο και νερό κι έτσι σταδιακά η αναπήδηση μειώνεται, ακόμη και κάτω από 20%. Εάν το σκυρόδεμα διαστρώνεται σε δύο στρώσεις, πάλι θα υπάρχει μια πρώτη φάση υψηλής αναπήδησης. Επίσης, αν γίνεται χρήση πλέγματος, η δόνηση που προκαλούν τα υλικά καθώς το χτυπούν, αυξάνει την αναπήδηση. Τέλος, σε καμία περίπτωση δεν πρέπει το υλικό αναπήδησης να χρησιμοποιείται ξανά σαν δομικό υλικό, καθότι κάτι τέτοιο προκαλεί μείωση της ποιότητας και των μηχανικών χαρακτηριστικών του σκυροδέματος

173 Παράγοντες που επηρεάζουν την αναπήδηση στην ξηρή μίξη Η αναπήδηση στην ξερή μίξη εξαρτάται από τρία βασικά στοιχεία, τη μίξη, την τεχνική εκτόξευσης και τη γεωμετρία της ίνας. Η κύρια παράμετρος που σχετίζεται με το σχεδιασμό του μίγματος και την αναπήδηση, είναι η συνεκτικότητα του σκυροδέματος κατά την εκτόξευση. Αυτή ελέγχεται από την ποσότητα του νερού που προστίθεται από τον χειριστή του ακροφυσίου. Μία άλλη παράμετρος που είναι ευρέως αποδεκτή ως προς την επιρροή της στην αναπήδηση είναι η ποσότητα του τσιμέντου, με τα μίγματα που είναι πλουσιότερα σε τσιμέντο να παρουσιάζουν μικρότερα ποσοστά αναπήδησης. Έρευνα από τον Austin (1995) σε οκτώ μίγματα εκτοξευόμενου σκυροδέματος, με δύο διαφορετικά ποσοστά τσιμέντου (αδρανή/τσιμέντο 1:3 και 1:4 αντίστοιχα) έδειξε ότι η αύξηση του τσιμέντου οδήγησε σε μείωση της αναπήδησης συνολικά όλων των υλικών κατά 5%. Τέλος, η μέθοδος προσθήκης των ινών στο μίγμα δεν σημαντικό παίζει ρόλο στην αναπήδηση. Διάγραμμα 2-4: Μείωση της αναπήδησης με αύξηση της ποσότητας του τσιμέντου στην υγρή μίξη. Η κατανομή των αδρανών είναι παράγοντας που επηρεάζει την αναπήδηση. Τα πιο αδρόκοκκα αδρανή τείνουν να αναπηδούν περισσότερο από τα λεπτόκοκκα (περίπου τέσσερις φορές περισσότερο). Έτσι, τα κλάσματα με μεγάλη περιεκτικότητα σε λεπτόκοκκα προτιμώνται έναντι των λεπτόκοκκων. Μία προσθήκη που κέρδισε έδαφος στην ξηρή μίξη σκυροδέματος και είναι γνωστό ότι επηρεάζει την αναπήδηση είναι η πυριτική παιπάλη. Ο Austin (1995) αναφέρει ότι υπάρχει μία γραμμική σχέση που συνδέει τη συνολική αναπήδηση με την ποσότητα της ιπτάμενης τέφρας και συμπεραίνει ότι αντικατάσταση του τσιμέντου σε ποσοστό μόλις 10% από ιπτάμενη τέφρα οδηγεί σε μείωση της αναπήδησης κατά 6 έως 7%. Κατά τον Morgan

174 (1988) αν το ποσοστό αντικατάστασης ανέβει σε 15%, τότε η μείωση της αναπήδησης ανεβαίνει κι αυτή σε ποσοστά πάνω από 15%. Αν και οι επιταχυντές είναι γνωστό ότι μειώνουν την αναπήδηση στα υγρά μίγματα εκτοξευόμενου σκυροδέματος, το αποτέλεσμα που έχουν στην ξηρή μίξη δεν είναι ξεκάθαρο. Σύμφωνα με τους Melbey et. al (1995) αναφέρουν ότι οι επιταχυντές τείνουν να μειώνουν την αναπήδηση. Σύμφωνα με τον Schultz (1982) για τα υγρά μίγματα, οι επιταχυντές τείνουν να αυξάνουν την αναπήδηση των αδρανών ενώ σύμφωνα με άλλες μελέτες δεν υπάρχει επιρροή από τη χρήση επιταχυντών στην αναπήδηση. Η δεύτερη κατηγορία παραμέτρων που επηρεάζουν την αναπήδηση αφορά την τεχνική εκτόξευσης. Το πιο σημαντικό στοιχείο της κατηγορίας αυτής είναι η ταχύτητα εκτόξευσης του υλικού. Και στον τομέα αυτό υπάρχει διάσταση απόψεων καθώς ταχύτητες εκτόξευσης της τάξης των 10 έως 100 m/s προτείνονται για βέλτιστα αποτελέσματα. Αν και ο ακριβής προσδιορισμός της καταλληλότερης ταχύτητας εκτόξευσης είναι δύσκολος και απαιτεί ειδικό εξοπλισμό (κάμερα υψηλής ταχύτητας), είναι γενικά αποδεκτό ότι για έναν δεδομένο μηχανικό εξοπλισμό εκτόξευσης, είναι η ταχύτητα ροής του αέρα που καθορίζει την ταχύτητα ροής των υλικών. Έτσι, ένας μετρητής της ταχύτητας του αέρα είναι ιδιαίτερης σημασίας όργανο για την μέτρηση της ταχύτητας εκτόξευσης. Ένας ακόμη παράγοντας που καθορίζει την αναπήδηση είναι το πάχος της απαιτούμενης επένδυσης. Έχει παρατηρηθεί ότι επενδύσεις μικρού πάχους παρουσιάζουν μεγαλύτερα ποσοστά αναπήδησης. Σύμφωνα με τον Parker (1976), για τα πρώτα 10 mm της επένδυσης το ποσοστό της αναπήδησης μπορεί να ανέρχεται ακόμη και σε 80% και έπειτα μειώνεται σταδιακά. Επίσης, στα πρώτες στρώσεις της επένδυσης έχουμε υψηλό λόγο νερό/τσιμέντο, κι έτσι χαμηλές αντοχές. Η θέση τέλος της εκτόξευσης επηρεάζει την αναπήδηση, με την κατακόρυφη εκτόξευση να είναι η δυσμενέστερη περίπτωση. Σύμφωνα με έρευνα σε πέντε διαφορετικά μίγματα που εκτοξεύθηκαν σε παρειές και σε οροφή, η ποσοστιαία αύξηση της αναπήδησης ανέρχεται σε 6%. Είναι βέβαια εδώ δεδομένο ότι τηρούνται ακριβώς οι κανόνες σωστής εκτόξευσης, δηλαδή ότι αυτή εκτελείται κατά το δυνατόν κατακόρυφα στην επιφάνεια εκτόξευσης και από τη σωστή απόσταση. Τέλος, κρίσιμο ρόλο στον περιορισμό της αναπήδησης παίζει και ο χειριστής του μηχανήματος, ο οποίος με τη γνώση και την εμπειρία του προσαρμόζει κάθε φορά το ακροφύσιο στην καλύτερη δυνατή θέση. Τρίτος παράγοντας που παίζει σημαντικό επίσης ρόλο στην αναπήδηση είναι οι ίδιες οι ίνες. Αν και δεν υπάρχει συμφωνία για το πώς ακριβώς η γεωμετρία των ινών επηρεάζει

175 την αναπήδηση, παραμένει γεγονός ότι οι ίνες που χρησιμοποιούνται στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα είναι ίδιες ή σχεδόν ίδιες με αυτές που χρησιμοποιούνται στο έγχυτο. Αυτό έχει ως συνέπεια ότι δεν είναι ειδικά σχεδιασμένες για χρήση σε ξηρό μίγμα. Έτσι υπάρχει ανάγκη για κατασκευή μιας ίνας ειδικά για εκτοξευόμενο σκυρόδεμα η οποία θα του παρέχει μέγιστη δυσθραυστότητα αλλά θα παρουσιάζει και ελάχιστη αναπήδηση. Σε πιο πρόσφατες μελέτες επισημάνθηκε ότι υπάρχει μία γραμμική σχέση που συνδέει την αναπήδηση των ινών με τον τροποποιημένο λόγο μορφής (l/ d). Από την πλευρά της δυσθραυστότητας είναι καλό να χρησιμοποιούνται ίνες με υψηλό λόγο μορφής. Αυτό όμως είναι αντιφατικό με την απαίτηση για χαμηλή αναπήδηση καθότι αυτή αυξάνει όσο αυξάνει και ο λόγος μορφής. Τρόποι μείωσης της αναπήδησης Σύμφωνα με τα παραπάνω, για να μειωθεί η συνολική αναπήδηση πρέπει όλοι αυτοί οι παράγοντες να λαμβάνονται υπόψη και να τροποποιούνται για την επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων. Επιπλέον, η χρήση ποικίλων πρόσμικτων, όπως η ιπτάμενη τέφρα, η μικροπυριτία και ο μετακαολίνης, μειώνουν την αναπήδηση. Ωστόσο η ακριβής επιρροή στο μέγεθος, στο σχήμα και στην κοκκομετρική κατανομή δεν είναι πλήρως κατανοητή. Τα ίδια ισχύουν και για τις προσπάθειες προσομοίωσης της κίνησης των υλικών του σκυροδέματος και των ινών, αλλά πολύ ακόμη προσπάθεια απαιτείται σε αυτόν τον τομέα. Σύμφωνα με την ACI (506.1R) τα πιο αποτελεσματικά από τα παραπάνω, τα οποία ισχύουν και για το κοινό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, είναι η μείωση της πίεσης του αέρα, η αύξηση του ποσοστού των λεπτομερών και η χρήση μικρότερων και παχύτερων ινών. Το ακροφύσιο της εκτόξευσης όταν είναι μεγάλης διαμέτρου εξασφαλίζει όχι μόνο περιορισμό της αναπήδησης αλλά και λιγότερη φθορά, καλύτερο αποτέλεσμα, οικονομία σε ενέργεια και αυξημένη ασφάλεια

176 2.10 Ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. 92, 93, 94, 95, 96 Γενικά στοιχεία και ορισμοί - Ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (Fi er Reinfor ed Shot rete ή FRS) ορίζεται το σκυρόδεμα με ίνες, που μέσω ενός ακροφυσίου εκτόξευσης, διαστρώνεται υπό πίεση πάνω σε επιφάνειες. - Ίνες είναι μικρού διακριτού μήκους στοιχεία από χάλυβα, οργανικά πολυμερή, γυαλί ή πολυκαρβονικά υλικά, επαρκώς μικρού μεγέθους ώστε να κατανέμονται και να διασκορπίζονται ομοιόμορφα στη μάζα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. - Λόγος μορφής (aspe t ratio) μίας ίνας είναι ο λόγος του μήκους της προς την ισοδύναμη διάμετρό της. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα δεν είναι τίποτα άλλο από σκυρόδεμα λεπτόκοκκων αδρανών, για να διευκολύνεται έτσι η εκτόξευσή του. Συνήθως μαζί με τα αδρανή και το τσιμέντο προστίθενται και διάφορα αλλά υλικά (πρόσμικτα και πρόσθετα) ώστε να εξυπηρετούν την προώθηση, την εκτόξευση του μίγματος, την ταχεία πήξη, την συγκόλληση με το υπόστρωμα, την μικρή αναπήδηση και την αποφυγή ρηγματώσεων. Εάν μέσα στην μάζα του σκυροδέματος αναμείξουμε ίνες μεταλλικές ή γυάλινες ή πλαστικές τότε το αποτέλεσμα θα είναι ένα νέο σύνθετο υλικό που έχει αρκετή πλαστιμότητα και μπορεί να αναλαμβάνει φορτία πέραν της εμφάνισης ρωγμών λόγω παραμορφώσεων, σε αντίθεση με το ψαθυρό άοπλο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Το εκτοξευόμενο ινοπλισμένο σκυρόδεμα (fi er reinfor ed shot rete)χρησιμοποιήθηκε σε έργα για πρώτη φορά τη δεκαετία του Έκτοτε οι εφαρμογές τους όλο και διευρύνονται σε νέους τομείς και αυτό χάρη στο γεγονός ότι προσφέρει πολλά συγκριτικά πλεονεκτήματα έναντι του συμβατικού οπλισμένου σκυροδέματος. 92 Σαπρανίδης Μ., Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, Αττικό Μετρό, 2002, 93 Maidl B., 1995, Steel Fibre Reinforced Concrete, Ernst & Sohn, Berlin 94 Ballou M., Niermann M., Soil and Rock Slope Stabilization using Fiber Reinforced Shotcrete in North America, Shotcrete, Kobayashi K., Development of Fiber Reinforced Concrete in Japan, The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete,Volume 5, Σακελλαρίου Α., Σύγκριση ιδιοτήτων άοπλου σκυροδέματος και σκυροδέματος με μεταλλικές ίνες. Επίδραση της ποσότητας των ινών στις ιδιότητες του ινοπλισμένου σκυροδέματος, 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη,

177 Ίνες του ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος Οι ίνες που χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση του σκυροδέματος για τις διάφορες κατασκευές μπορεί να είναι διαφόρων ειδών, όχι μόνο ως προς το μέγεθος και το σχήμα τους αλλά και ως προς το είδος του υλικού τους. Οι χαλύβδινες ίνες είναι αυτές που επικρατούν στην αγορά. Πέρα όμως από αυτές υπάρχουν πολλά ακόμα υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται ως πρώτη ύλη για παραγωγή ινών. Ίνες ύαλου και συνθετικές έχουν γίνει πλέον αρκετά διαδεδομένες. Το είδος της ίνας που τελικά επιλέγεται για να ενισχύσει το σκυρόδεμα εξαρτάται από την εφαρμογή την οποία αυτό τελικά θα έχει. Η γεωμετρία των ινών ποικίλει και μπορεί οι ίνες να είναι με γαντζωτά άκρα, επίπεδες, πτυχωμένες, κωνικές, εστραμμένες με προφίλ κυκλικό, τετράγωνο ή ακόμη και ακανόνιστο. Επιπλέον, κάθε ίνα διαφέρει σε διάμετρο και μήκος. Η αποτελεσματικότητα των ινών ως μέσα ενίσχυσης του σκυροδέματος δεν εξαρτάται μόνο από το είδος που χρησιμοποιείται αλλά από ένα πλήθος παραγόντων. Ο πιο σημαντικός από αυτούς είναι ο λόγος του μήκους προς τη διάμετρο, γνωστός και ως λόγος μορφής (aspe t ratio ή l/d). Το μέγεθος αυτό είναι αδιάστατο και επηρεάζει την εργασιμότητα του σκυροδέματος και την απόσταση των ινών μέσα σε αυτό. Για να επιτυγχάνεται καλή εργασιμότητα ο λόγος αυτός δεν πρέπει ποτέ να ξεπερνά την τιμή 150. Είδη των ινών Σύμφωνα με την BISFA (The International Bureau For The Standardization Of Man-Made Fi ers), τα βασικά είδη των τεχνητών ινών (μαζί με τον συμβολισμό τους) είναι:

178 Διάγραμμα 2-5: Τα βασικότερα είδη τεχνητών ινών (BISFA, 2009). Είδος ίνας Πίνακας 2-7: Ιδιότητες ινών διαφορετικών υλικών. Ειδικό βάρος g/cm 3 Διάμετρος mm Αντοχή σε εφελκυσμό MPa Μέτρο ελαστικότητας MPa Αντοχή σε αλκάλια Κόστος DM/kg Χαλύβδινες 7.8 < , , Υάλου Α 2.7 <0.02 2,000-3,500 <80,000 + approx. 10 Υάλου Ε 2.6 <0.02 2,000-3,500 <80, Πολύ- 1.2 < , , approx. 8 ακριλονιτριλική Πολύ-αραμιδική 1.4 < ,000 <130,000 (+) Πολυπροπυλενίου 0.9 < <18, approx. 6 Αμιάντου 2.6 < , , Ανθρακικές < , , Ανθρακο-πυρίτιο Ινοκρύσταλλοι πυριτίου <0.15 < ,600 <10, ,000 <420, , Κυτταρίνη 1.5 < , Ο σχεδιασμός του μίγματος Όπως για κάθε είδους σκυρόδεμα, έτσι και για το ινοπλισμένο, οι αναλογίες των υλικών στη μίξη εξαρτώνται από τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εργασίας ως προς την αντοχή, την εργασιμότητα κλπ. Γενικά, τα μίγματα ινοπλισμένου σκυροδέματος περιέχουν

179 μεγαλύτερο ποσοστό τσιμέντου και υψηλότερα κλάσματα λεπτομερούς προς αδρομερούς υλικού, σε σχέση με τα κανονικά σκυροδέματα. Συχνά, για να μειωθεί η ποσότητα του τσιμέντου, μέχρι και το 35% αυτού μπορεί να αντικατασταθεί με ιπτάμενη τέφρα. Επίσης, για να βελτιωθεί η εργασιμότητα των μιγμάτων με υψηλό ποσοστό ινών, προστίθενται ρευστοποιητές και σε συνδυασμό με αερακτικά. Οι βασικές παράμετροι που ελέγχουν την αντοχή και την ποιότητα του σκυροδέματος είναι ο λόγος νερό προς τσιμέντο (w/ ), η περιεκτικότητα σε αέρα και ο βαθμός συμπύκνωσης. Εντούτοις, στο σχεδιασμό του εκτοξευόμενου σκυροδέματος υπεισέρχονται πρόσθετοι παράγοντες, οι κυριότεροι από τους οποίους επιδρούν στη διαβάθμιση των αδρανών και στην περιεκτικότητα σε τσιμέντο. H επιλογή του μίγματος δε θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη μόνο τις απαιτήσεις του έργου αλλά και τη διαθεσιμότητα των υλικών και ειδικότερα τον τύπο των αδρανών και τη μέθοδο μεταφοράς του σκυροδέματος δηλαδή, με άντληση ή με πεπιεσμένο αέρα. Ο θεωρητικός σχεδιασμός, όπου τα λεπτόκοκκα και χονδρόκοκκα αδρανή αναμιγνύονται έτσι ώστε να προκύπτει μίγμα με τον ελάχιστο όγκο κενών που θα πρέπει να γεμίσει με νερό και τσιμέντο, είναι γενικά αποδεκτός για μηχανές ξερής μίξης. ωστόσο, όταν γίνεται άντληση υγρών μιγμάτων απαιτούνται επιπλέον ποσότητες αδρανών πολύ λεπτής διαβάθμισης και τσιμέντου, έτσι ώστε να διευκολύνεται η ροή του μίγματος και να αποκλείεται η του νερού μέσα από αυτό. Αυτό απαιτεί σημαντική εμπειρία και δοκιμές, καθόσον όταν η ποσότητα των αδρανών πολύ λεπτής διαβάθμισης είναι υπερβολική υπάρχει κίνδυνος βουλώματος των σωλήνων, ιδιαίτερα όταν αυτοί είναι μεγάλου μήκους. Συνεπώς, το μίγμα του ινοπλισμένου σκυροδέματος όταν είναι νωπό πρέπει να έχει μία επιθυμητή ρευστότητα και όταν πήξει να αποκτά αυξημένη αντοχή. Οι ίνες χάλυβα μπορούν γενικά να αντιμετωπισθούν ως πρόσθετο αδρανές υλικό. Το σχήμα 2-6 δείχνει τις αναλογίες κατά βάρος για ένα τυπικό μίγμα ινοπλισμένου σκυροδέματος για χρήση σε σήραγγες

180 Σχήμα 2-6: Μίγμα ινολισμένου σκυροδέματος. Ο συνολικός όγκος των υλικών και των κενών αέρα σε 1m 3 νωπού σκυροδέματος είναι dm 3. Πρέπει επομένως να ισχύει η ακόλουθη εξίσωση: Όπου: z = Περιεκτικότητα σε τσιμέντο (kg/m 3 ) ο z ρ = Ειδικό βάρος τσιμέντου (g/ m 3 ). Αυτό μπορεί να υπολογισθεί ανάλογα με τον τύπο του τσιμέντου που χρησιμοποιείται. g = Όγκος αδρανών (kg/m3). ρ g = Ειδικό βάρος αδρανών (g/ m 3 ). Λαμβάνεται 2,6 kg/dm 3 για τα ξηρά χαλίκια, την άμμο, τις κροκάλες, 2,7 kg/dm 3 για τον ασβεστόλιθο και το γνεύσιο και τέλος 2,9 kg/dm 3 για το βασάλτη, διαβάση, διορίτη. w = H περιεκτικότητα σε νερό (kg/dm 3 ). p = Όγκος των κενών αέρα στο συμπυκνωμένο νωπό σκυρόδεμα. Τα κενά αέρος στο σωστά αναμιγμένο και σχεδόν πλήρως συμπυκνωμένο νωπό σκυρόδεμα, χωρίς πρόσμικτο αερακτικό, κυμαίνεται γενικά μεταξύ 1 και 2% κατ' όγκο. Για λόγους σχεδιασμού εκτιμάται ως 1.5% κατ' όγκο. f = Περιεκτικότητα σε ίνες (kg/dm 3 ). ρ st = Ειδικό βάρος χάλυβα (kg/dm 3 ). Αυτή η εξίσωση δείχνει ότι από την άποψη της τεχνολογίας υλικών, η μίξη του ινοπλισμένου σκυροδέματος δεν είναι απλά ένα θέμα προσθήκης ινών σε ένα

181 τυποποιημένο μίγμα σκυροδέματος. Οι δοκιμές που συγκρίνουν το ινοπλισμένο και άοπλο σκυρόδεμα, συχνά παραλείπουν την περιεκτικότητα σε ίνες από τον όγκο του σκυροδέματος, κάτι που μπορεί όμως να οδηγήσει σε παρερμηνείες. Επομένως, θα ήταν ακριβέστερο να συσχετίσουμε την περιεκτικότητα των ινών με τον όγκο του μίγματος. Αυτό δεν έχει γίνει εφικτό μέχρι τώρα, κατά συνέπεια η περιεκτικότητα σε ίνες αναφέρεται συνήθως σε kg/m 3, ανεξάρτητα του όγκου του υλικού. Έτσι, συχνά λέγεται 50 kg/m 3 ίνες και όχι 2% κατ όγκο. Διαδικασίες μίξης ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος Ξηρή μίξη Η επίδραση της τεχνολογίας κατασκευής και της αναπήδησης των υλικών πρέπει να ληφθεί υπόψη στη διαδικασία μίξης του ινοπλισμένου σκυροδέματος. Εάν δεν υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα της επιρροής της διαδικασίας εκτόξευσης, των παραμέτρων της και του είδους των ινών που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν, τότε δοκιμές εκτόξευσης πρέπει να εκτελεστούν με τον δεδομένο εξοπλισμό που θα γίνει η εργασία. Εάν και κατά πόσο η κοκκομετρία των αδρανών και η περιεκτικότητα των ινών του νωπού μίγματος διαφέρουν σε σχέση με αυτά του σκληρυμένου σκυροδέματος στην τελική του θέση πρέπει να εξεταστεί, αφού είναι ιδιαίτερα κρίσιμο. Από την άποψη του κόστους, η απόλυτη μάζα της αναπήδησης είναι επίσης ενδιαφέρουσα. Δοκιμές με τυποποιημένες διαθέσιμες ίνες της αγοράς έχουν δείξει ότι οι παράμετροι της εκτόξευσης ασκούν ακόμα μεγαλύτερη επίδραση στην ποιότητα του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, απ' ότι πιθανές διαφοροποιήσεις των χαρακτηριστικών της αναπήδησης κάθε τύπου ίνας. Οι παράμετροι της εκτόξευσης περιλαμβάνουν τον έλεγχο της πίεσης αέρα, τη φέρουσα ικανότητα των ακροφυσίων, τον έλεγχο αυτών, την απόσταση μεταξύ του ακροφυσίου και της επιφάνειας εφαρμογής καθώς και άλλες παρόμοιες παραμέτρους. Κύρια μειονεκτήματα της μεθόδου ξηρού μίγματος είναι η απώλεια υλικού αναπήδησης (15-40% περίπου), η μικρή παραγωγικότητα και η ομοιομορφία του σκυροδέματος, σε σχέση με τη μέθοδο του υγρού μίγματος. Επίσης, μειονεκτεί και ως προς το ότι φθείρει τον εξοπλισμό ενώ οι συνθετικές ίνες απαιτούν ειδικό εξοπλισμό. Υγρή μίξη H μέθοδος υγρής μίξης, χρησιμοποιείται στη βιομηχανική παραγωγή προϊόντων ινοπλισμένου σκυροδέματος μικρού πάχους (thin wall onstru tions). H διάστρωση γίνεται σε στρώσεις πάχους 4-6 mm και το ελάχιστο τελικό πάχος του στοιχείου ανέρχεται στα

182 13mm, για την επίτευξη του οποίου απαιτούνται 2 έως 2,5 στρώσεις. Κυρίως όμως χρησιμοποιείται στις σήραγγες για την υποστήριξη του υπόγειων ανοιγμάτων. Οι ίνες είτε προστίθενται στο εργοστάσιο παρασκευής είτε επί τόπου, στο έργο. Εάν μεγάλες ποσότητες εκτοξευόμενου σκυροδέματος και ινών χρησιμοποιούνται, τότε μια μεταφορική ταινία είναι ιδανική για την τροφοδοσία με ίνες του μίγματος. Εάν αντίθετα μικρές ποσότητες μόνο παράγονται, είναι ασφαλέστερο να προστίθενται χειρονακτικά οι ίνες από μια υπερυψωμένη πλατφόρμα. Σε μια βαρέλα γεμάτη με σκυρόδεμα, για να προστεθεί η απαιτούμενη ποσότητα ινών, απαιτούνται μόλις επτά λεπτά με τη διαδικασία αυτή. Η χρήση της τεχνικής αυτής στα έργα πολιτικού μηχανικού είναι ακόμη περιορισμένη. Ωστόσο, με τη μέθοδο αυτή βελτιώνεται η ομοιομορφία του σκληρυμένου σκυροδέματος και μειώνεται η αναπήδηση. Σύγκριση των δύο μεθόδων Σχήμα 2-7: Μέθοδοι εκτόξευσης ινολισμένου σκυροδέματος. Η ενδιάμεση τεχνική μίξης ουσιαστικά συνδυάζει πλεονεκτήματα της υγρής και της ξηρής μεθόδου. Ενδεικτικά επίσης παρουσιάζονται τυπικές αναλογίες μίξης για τα δύο διαφορετικά μίγματα στον πίνακα

183 Πίνακας 2-8: Σύνοψη των αναλογιών των μιγμάτων ξηρής και υγρής μίξης. Υλικό Ξηρό μίγμα Υγρό μίγμα Kg/m 3 Lb/yd 3 Kg/m 3 Lb/yd 3 Τσιμέντο Πυριτιακή παιπάλη mm κόκκος αδρανών Άμμος Χαλύβδινες ίνες Μειωτής νερού /m 3 52 fl. oz/yd 3 Υπερπλαστικοποιητής /m fl. oz/yd 3 Νερό Συνολική υγρή μάζα Διαφορές επίσης υπάρχουν και στα μηχανικά χαρακτηριστικά που προκύπτουν από τις δύο διαφορετικές μεθόδους μίξης, δεδομένου ότι έχουμε ίδια προσθήκη ινών. Η υγρή μίξη υπερτερεί λόγω της μικρότερης αναπήδησης ινών. Ο πίνακας 2-9 παρουσιάζει χαρακτηριστικές αντοχές και δείκτες δυσθραυστότητας για ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα για διάφορα μίγματα που έχουν διαστρωθεί με τις δύο μεθόδους. Πίνακας 2-9: Χαρακτηριστικά των διαφόρων μιγμάτων. Ξηρή μίξη Άοπλο Πυριτιακή παιπάλη Είδος ίνας - - Γαντζωτά Ποσότητα ινών (Kg/m 3 ) Θλίψη, MPa 7 μέρες 28 μέρες Κάμψη, MPa 7 μέρες 28 μέρες Δυσθραυστότητα, MPa, 7 μέρες Ι 5 Ι 10 Δυσθραυστότητα, MPa, 28 μέρες Ι 5 Ι 10 Αναπήδηση Παρειές Στέψη άκρα Υγρή μίξη Άοπλο Πυριτιακή παιπάλη Κυματοειδείς Κυματοειδείς - - Γαντζωτά άκρα Κυματοειδείς Κυματοειδείς

184 Προσθήκη ινών Προσθήκη χαλύβδινων ινών Οι βασικές τεχνολογικές επιλογές είναι διαθέσιμες για την παραγωγή σκυροδέματος με ίνες χάλυβα είναι οι εξής: Ταυτόχρονη προσθήκη των ινών μαζί με τα λοιπά ξηρά συστατικά του μίγματος σκυροδέματος στον αναμίκτη (άμμο, γαρμπίλι, χαλίκι,τσιμέντο). Προσθήκη των ινών στον αναμίκτη ή στη βαρέλα, όπου περιέχεται το ήδη έτοιμο μίγμα σκυροδέματος (άμμος, γαρμπίλι, χαλίκι, τσιμέντο, πρόσμικτα, πρόσθετα, νερό). Προσθήκη των ινών στο ακροφύσιο λίγο πριν την εκτόξευση. Υπάρχουν βέβαια πολλές εναλλακτικές μέθοδοι παραγωγής ινοπλισμένου σκυροδέματος. Παραδείγματος χάρη, τα ξηρά αδρανή (άμμος, χαλίκι, γαρμπίλι) αναμιγνύονται αρχικά και το απαραίτητο ποσό ινών προστίθεται κατόπιν. Το τσιμέντο και το νερό προστίθενται εν συνεχεία στο μίγμα, ή μόνο το τσιμέντο ακολουθούμενο από το νερό και τις πρόσθετες ουσίες (παραδείγματος χάριν ρευστοποιητές), και η μίξη συνεχίζεται έως να επιτευχθεί ένα ομοιόμορφο μίγμα. Συχνά, εντούτοις οι ίνες προστίθενται στα αδρανή, τα οποία έχουν αναμιχθεί ήδη με ένα μέρος του νερού και στο τέλος προστίθεται το τσιμέντο και το υπόλοιπο νερό. Όταν το μίγμα δεν φέρει χονδρόκοκκα αδρανή τότε οι ίνες προστίθενται συνήθως στο τέλος. Η προσθήκη των ινών στο μίγμα μπορεί να γίνει είτε χειρονακτικά είτε με μεταφορικές ταινίες, είτε με αυτόματο τροφοδότη, όπως φαίνεται στην εικόνα Εικόνα 2-17: Τροφοδοσία ινών στο σκυρόδεμα. Η γεωμετρία των ινών παίζει καθοριστικό ρόλο ως προς τη δυνατότητα διασπορά τους στο μίγμα. Έτσι, ο λόγος μορφής δεν επηρεάζει μόνο την αγκύρωση των ινών στο σκυρόδεμα αλλά και τον τρόπο μίξης τους. Έχει διαπιστωθεί ότι για το εκάστοτε λόγο μορφής παρατηρούμε:

185 Λόγος μορφής l/d<50: Σε αυτήν την περίπτωση η μάζα των ινών είναι χαλαρή και η παραγωγή ενός ομοιογενούς ινοπλισμένου σκυροδέματος προκύπτει με τη μίξη σε τυποποιημένους αναμικτήρες. ωστόσο, η χρήση των κοντών ινών γίνεται ασύμφορη όταν το μήκος τους είναι ανεπαρκές για να αγκυρωθεί ικανοποιητικά στο σκυρόδεμα. Λόγος μορφής 80<l/d<120: Με την αύξηση του μήκους των ινών, παρατηρείται συσσωμάτωσή τους. Εντούτοις, οι "σβώλοι" των ινών που εμμένουν, διαχωρίζονται βαθμιαία κατά τη διάρκεια της μίξης. Η παραγωγή ενός ομοιογενούς μίγματος σκυροδέματος είναι δυνατή με τη βαθμιαία προσθήκη των ινών στο μίγμα κατά τη διάρκεια της ανάμιξης. Όταν χρησιμοποιούνται τυποποιημένοι αναμίκτες σκυροδέματος, το ποσοστό των ινών που προστίθεται περιορίζεται από την αναλογία μ = 2.5*d/l. Λόγος μορφής l/d>120: H συσσώρευση των ινών είναι τόσο υψηλή που είναι σχεδόν αδύνατο να παραχθεί ένα μίγμα σκυροδέματος με συμβατικούς αναμίκτες. Επομένως πρέπει να υιοθετηθούν άλλες τεχνολογικές μέθοδοι ανάμιξης σκυροδέματος και ινών, όπως εκείνες που βασίζονται στον ψεκασμό των ινών. Η αναζήτηση βέλτιστων μεθόδων προσθήκης ινών στο μίγμα σκυροδέματος έχει οδηγήσει σε νέες προτάσεις. Μία από αυτές συστήνει ότι η τροφοδότηση των ινών στον αναμίκτη πρέπει να γίνει χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή η οποία φέρει περιστρεφόμενο τύμπανο πάνω από τον αναμίκτη έτσι ώστε να επιτυγχάνεται ομοιόμορφη διασκόρπιση των ινών. Καθώς το τύμπανο περιστρέφεται, οι ίνες που περιέχονται σε αυτό τροφοδοτούνται στον αναμίκτη σταδιακά και ομοιόμορφα με την επίδραση φυγόκεντρης δύναμης. Μια άλλη πρόταση συστήνει ταυτόχρονη παραγωγή και τροφοδότηση των ινών. Οι ίνες παράγονται από ημικατεργασμένο χαλύβδινο σύρμα. Με τη βοήθεια περιστρεφόμενων κυλίνδρων διαμορφώνεται η επιθυμητή διάμετρος του σύρματος και από ένα ρότορα που φέρει ξυράφια πραγματοποιείται η κοπή του. Οι ίνες συγκεντρώνονται σε ένα δοσομετρητή και με έναν ανυψωτήρα μεταφέρονται πάνω από τον αναμίκτη. Εκεί διαχωρίζονται από ένα περιστρεφόμενο τύμπανο και προστίθενται στο μίγμα σκυροδέματος. Σε αυτή την περίπτωση δεν απαιτείται να συσκευαστούν οι ίνες, να αποθηκευτούν ή να μεταφερθούν, μειώνοντας έτσι το κόστος και το χρόνο παραγωγής του ινοπλισμένου σκυροδέματος. Ακόμα μια πολύ διαδεδομένη πρόταση για την ομοιόμορφη τροφοδότηση των ινών είναι η προσθήκη τους στο μίγμα σκυροδέματος μέσω ενός δονούμενου προπετάσματος. Οι ίνες

186 αρχικά βρίσκονται μέσα σε τύμπανα και καθώς διέρχονται από το δονούμενο προπέτασμα, διαχωρίζονται. Εν συνεχεία μεταβαίνουν σε μεταφορική ταινία. Με εμφύσηση πεπιεσμένου αέρα οι ίνες εισέρχονται στον αναμίκτη, ο οποίος περιέχει το μίγμα σκυροδέματος. Αυτή η τεχνολογία, σύμφωνα με τους σχεδιαστές, εξάλειψε τη συσσώρευση των ινών και είναι κατάλληλη για την ομοιόμορφη όπλιση του σκυροδέματος με ίνες. Αυτή η διαδικασία φαίνεται στην εικόνα Εικόνα 2-18: Ανάμιξη ινών και τροφοδοσία με μεταφορική ταινία Τέλος, η μέθοδος προσθήκης των ινών στο μίγμα μέσω του ακροφυσίου προσφέρει το πλεονέκτημα ότι είναι δυνατόν να αυξηθεί το μήκος των ινών που αλλιώς θα δημιουργούσε προβλήματα εργασιμότητας

187 Προσθήκη μη μεταλλικών ινών Η προσθήκη μη μεταλλικών ινών πρέπει να γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε να μην προκύπτουν τα ίδια προβλήματα που παρουσιάστηκαν κατά τη χρήση χαλύβδινων ινών. Οι συνθετικές ίνες και οι ίνες ύαλου έχουν μικρότερη τάση να συσσωρεύονται κατά τη διάρκεια της μίξης έναντι των μεταλλικών ινών και ως εκ τούτου δεν απαιτούν τη διαλογή πριν προστεθούν στο μίγμα σκυροδέματος. Εντούτοις, για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη κατανομή, η προσθήκη τους στον αναμίκτη γίνεται καλύτερα με την εμφύσηση τους πριν από την ολοκλήρωση της μίξης. Ικανοποιητικά αποτελέσματα καταγράφηκαν με τη χρήση ενός σπειροειδούς - στροβιλοειδούς αναμίκτη. Τέτοιοι αναμίκτες εξασφαλίζουν αρκετά ομοιόμορφη διανομή των ινών στο σκυρόδεμα. Διάφορα πρόσθετα μέτρα έχουν προταθεί για τη βελτίωση της ποιότητας του μίγματος. H τάση της ίνας ύαλου να διαμορφώνει σβώλους κατά τη διάρκεια της προσθήκης στο κονίαμα μπορεί να μειωθεί με την προσθήκη ποσότητας ινών αμιάντου. Για να βελτιωθεί η αντοχή του σκυροδέματος και να αποκτήσει ένα καλό εξωτερικό φινίρισμα κατά τη διάστρωση και μια ομαλή επιφάνεια, συνίσταται μαζί με τις ίνες η προσθήκη μικρών ποσοτήτων παιπάλης (υπό μορφή σκόνης μαρμάρου), αλεσμένης αργίλου ή άλλων ορυκτών. Το μέγιστο ποσοστό των ινών ύαλου που μπορεί να προστεθεί στο σκυρόδεμα είναι συνήθως από 3-5% κατ' όγκο. Αυτό το ποσοστό μπορεί να αυξηθεί σε 10 έως 12% όταν οι ίνες προσανατολίζονται. Το μήκος των ινών ύαλου, όταν ο προσανατολισμός τους είναι τυχαίος κυμαίνεται από 1 έως 5 m. Υπάρχουν δύο διαδικασίες παραγωγής μιγμάτων με ίνες ύαλου, που χρησιμοποιούνται κυρίως σε κατασκευές μικρού πάχους (13 mm), όπως τα πάνελ. Η πρώτη είναι με εκτόξευση (spray - up pro ess) και η δεύτερη με προανάμιξη (premix process). Στην πρώτη διαδικασία εκτόξευσης, κονίαμα τσιμέντου, άμμος και διαχωρισμένες ίνες γυαλιού, αναμιγνύονται ταυτόχρονα και εκτοξεύονται στην επιφάνεια του καλουπιού κατά 2 ή 3 στρώσεις των 4-6 mm, που συμπυκνώνονται (roller ompa ted) με δονητικές μηχανές. Αυτή είναι και η μέθοδος παραγωγής των fi erglass. Στη διαδικασία προανάμιξης χρησιμοποιούνται οι αναμικτήρες και οι μέθοδοι δόνησης του συμβατικού σκυροδέματος. Η συνήθης περιεκτικότητα των ινών με αυτή τη διαδικασία παρασκευής είναι 2-3% κατά βάρος και τα μίγματα έχουν μικρότερες αντοχές. Η χρήση ρευστοποιητών ή μειωτών νερού βοηθάει ώστε να διατηρείται χαμηλός ο λόγος νερού/τσιμέντο και να αποφεύγεται η καταστροφή των ινών στη διάρκεια της ανάμιξης

188 Αίτια συσσωμάτωσης ινών Το βασικό πρόβλημα με την προσθήκη ινών στο σκυρόδεμα έχει να κάνει με την προσθήκη ικανής ποσότητας αυτών στο μίγμα με ταυτόχρονη επίτευξη εργασιμότητας καθώς και των επιθυμητών μηχανικών χαρακτηριστικών στο σκληρυμένο σκυρόδεμα. Μπορεί μεν οι επιδόσεις του εκτοξευόμενου σκυροδέματος να βελτιώνονται με την προσθήκη ινών μεγάλου λόγου μορφής, στην περίπτωση όμως αυτή η μίξη γίνεται πιο δύσκολη και το μίγμα έχει περιορισμένη εργασιμότητα. Μια από τις κύριες δυσκολίες για την επίτευξη ενός ομοιογενούς μίγματος είναι η τάση που έχουν οι ίνες να συσσωματώνονται. Αυτή μπορεί να οφείλεται σε διάφορες αιτίες όπως: Οι ίνες μπορεί να είναι συσσωματωμένες μέσα στη συσκευασία τους, πριν προστεθούν στο μίγμα. Στην περίπτωση αυτή η μίξη φυσιολογικά δε θα τις απομονώσει κι έτσι το πρόβλημα θα παραμείνει. Οι ίνες μπορεί να έχουν προστεθεί πολύ γρήγορα στον αναμίκτη κι έτσι αυτός δε θα προλάβει να τις κατανείμει ομοιόμορφα στο μίγμα. Επίσης, πρόβλημα μπορεί να υπάρξει ακόμη κι όταν η ανάμιξη διαρκεί παραπάνω χρόνο από τον απαραίτητο. Υπερβολική ποσότητα ινών έχει προστεθεί στο μίγμα. Ο αναμίκτης μπορεί να είναι σε κακή κατάσταση ή ακόμη και ακατάλληλος για την εκτέλεση της εργασίας αυτής. Οι ίνες μπορεί να έχουν προστεθεί στον αναμίκτη πριν τα υπόλοιπα υλικά. Αυτό που πρέπει να γίνεται είναι η προσεκτική προσθήκη των ινών, όπως αναλύθηκε παραπάνω. Η χρήση ινών που είναι συγκολλημένες με υδατοδιαλυτή κόλλα αποτελούν μια πολύ καλή λύση για τον περιορισμό στο ελάχιστο του προβλήματος της συσσωμάτωσης των ινών. Σε μια πλακέτα, όπως αυτή της εικόνας 2-19, μπορεί να περιέχονται από 30 έως 50 ίνες (s an em materials). Εικόνα 2-19: Ίνες χάλυβα συγκολλημένες με υδατοδιαλυτή κόλλα, για χρήση σε εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

189 Ιδιότητες ινοπλισμένου Εκτοξευόμενου Σκυροδέματος Η προσθήκη των ινών στο μίγμα του σκυροδέματος στοχεύει στη βελτίωση ορισμένων ιδιοτήτων του και ειδικότερα στη βελτίωση της αντοχής σε εφελκυσμό, σε διάτμηση και κρούση. Ουσιαστικά, οι ίνες μετατρέπουν το σκυρόδεμα από ψαθυρό υλικό σε πλάστιμο και ο ρόλος ο οποίος καλούνται να παίξουν είναι να αποτρέψουν τη σε βάθος διάδοση των μικρορωγμών. Σ αυτό το τμήμα της πτυχιακής παρατίθεται μέρος της εργαστηριακής έρευνας από τον Α. Σακελλαρίου (2008), η οποία μελετά της φυσικές ιδιότητες του άοπλου σκυροδέματος και σκυροδέματος με μεταλλικές ίνες. Οι συγκριτικές τιμές των ιδιοτήτων που προέκυψαν από τις δοκιμές για τα διαφορετικά είδη σκυροδεμάτων παρουσιάζονται στον πίνακα Ιδιότητα Πίνακας 2-10: Αποτελέσματα δοκιμών στις 28 ημέρες. Συμβολισμός Σκυρόδεμα με 50 kg ίνες Σκυρόδεμα με 30 kg ίνες Σκυρόδεμα με 70 kg ίνες Χωρίς ίνες Αντοχή σε θλίψη Αντοχή σε κάμψη Ι Δείκτες Ι δυσθραυστότητας Ι Ι Παράμετροι Παραμένουσας αντοχής R 5, R 10, R 10, Από τις συγκρίσεις αυτές φαίνεται ότι η περιεκτικότητα των ινών παίζει ρόλο στη βελτίωση των ιδιοτήτων που προσφέρουν στο σκυρόδεμα. Έτσι, παραδείγματος χάρη, ξεκινώντας από την θέση ότι οι δείκτες δυσθραυστότητας του ινοσκυροδέματος με ίνες 50 kg/m3 επιτυγχάνονται κατά 100%, μείωση των ινών στα 30 kg/m3 μειώνει τους δείκτες (από το 94% έως το 79%) αυξανόμενης της μείωσης για τους δείκτες που αφορούν σε μεγαλύτερες παραμορφώσεις. Αντίθετα αύξηση των ινών σε 70 kg/m 3 βελτιώνει θεαματικά τους δείκτες μέχρι και στο 150%. Ανάλογες είναι και οι μεταβολές για τις παραμέτρους παραμένουσας αντοχής. Τέλος, ένας παράγοντας που θα έπρεπε να σχολιαστεί είναι αν βελτιώνουν οι ίνες πέραν των ελαστοπλαστικών παραμέτρων τις αντοχές αυτές καθ εαυτές των σκυροδεμάτων, τόσο της αντοχής σε θλίψη όσο και της αντοχής σε κάμψη

190 Η σύγκριση των αντοχών στον πίνακα 2-10 δείχνει ότι τουλάχιστον με τα δεδομένα της παρούσας μελέτης η αντοχή σε θλίψη δεν αυξάνεται ουσιαστικά. Η αντοχή σε κάμψη δείχνει να αυξάνεται από 4% μέχρι και 19% περίπου αλλά όχι σε ευθεία αναλογία με την περιεκτικότητα των ινών. Βέβαια λόγω μικρού πλήθους δοκιμίων αφενός και αφετέρου λόγω διασποράς των αποτελεσμάτων της ίδιας της δοκιμής η μελέτη αυτή δεν μπορεί, ιδιαίτερα για την αντοχή σε κάμψη, να καταλήξει σε πλήρη συμπεράσματα. Μία νέα μελέτη εστιασμένη σ' αυτά τα προβλήματα θα μπορούσε να φωτίσει περισσότερο το θέμα. Συνεπώς, τα πειραματικά αποτελέσματα αυτής της μελέτης επιβεβαιώνουν τις εξαιρετικές ιδιότητες των σκυροδεμάτων, όταν στη μάζα τους προστίθενται μεταλλικές ίνες. Η κυρίαρχη ιδιότητα που αποκτούν είναι η έννοια της απορροφούμενης ενέργειας κατά τη θραύση, ιδιότητα που μετατρέπει το σκυρόδεμα από ψαθυρό υλικό σε υλικό με ελαστοπλαστικά χαρακτηριστικά. Η νέα αυτή συμπεριφορά των ινοσκυροδεμάτων έγινε δυνατό να αποτιμηθεί μέσω της έννοιας της δυσθραυστότητας, έτσι όπως ορίζεται από τους δείκτες δυσθραυστότητας και τις παραμέτρους της παραμένουσας αντοχής, ορισμοί που προσδιορίζονται στην προδιαγραφή AST C Μέγιστο μέγεθος κόκκου αδρανών Το μέγεθος των κόκκων των αδρανών (διάμετρος) επηρεάζει την κατανομή των ινών και τον προσανατολισμό τους, όπως φαίνεται στο σχήμα 2-8. Σχήμα 2-8: Η επίδραση του μεγέθους των αδρανών στην κατανομή των ινών, τον προσανατολισμό τους και την εργασιμότητα του ινολισμένου σκυροδέματος. Οι ίνες στο κονίαμα χωρίζονται μόνο από το λεπτόκοκκο υλικό το οποίο μπορεί να κινηθεί ελεύθερα μεταξύ τους. Στο σκυρόδεμα, όλοι οι κόκκοι αδρανών που είναι μεγαλύτεροι από τη μέση απόσταση μεταξύ των ινών, αναγκάζουν τις ίνες να συγκεντρωθούν σε φωλιές (συσσωμάτωση) και προκαλούν έτσι την ανομοιόμορφη κατανομή τους. Αυτό το φαινόμενο είναι πιο έντονο ανάλογα με το μέγεθος των κόκκων και δρα αρνητικά στις ιδιότητες του νωπού και σκληρυμένου σκυροδέματος

191 Περίπου το 55% του "τυποποιημένου σκυροδέματος" αποτελείται από αδρανή μικρότερα από 5 mm. Αυτό είναι το μόνο μέρος του σκυροδέματος που μπορεί να κινηθεί ελεύθερα κατά τη διάρκεια της συμπύκνωσης. Δοκιμές έχουν δείξει ότι για να επιτύχουμε την πλήρη απόδοση των ινών, το ποσοστό λεπτοκόκκων στο σκυρόδεμα πρέπει να είναι περίπου 70% κατ όγκο, ενώ το υπόλοιπο 30% πρέπει να αποτελείται από κόκκους μεταξύ 5 και 10 mm. Κοκκομετρική διαβάθμιση αδρανών που δεν περιλαμβάνει κάποια από τα παραπάνω μεγέθη πρέπει να αποφεύγεται. Μηχανισμός λειτουργίας και αγκύρωσης Ο πρωταρχικός ρόλος των ινών είναι να παρέχουν στο σκυρόδεμα έναν μηχανισμό ανάσχεσης των ρωγμών. Εικόνα 2-20: Αρχή λειτουργίας ινών στο σκυρόδεμα. Το φορτίο στο οποίο πραγματοποιείται εξόλκευση ή θραύση των ινών επηρεάζεται άμεσα από την πρόσφυση μεταξύ της μήτρας του σκυροδέματος και των ινών και από το μήκος αγκύρωσής τους. Επομένως η πρόσφυση επηρεάζει την αντοχή του σκυροδέματος στην πρώτη ρωγμή και τη συμπεριφορά του μετά την αστοχία. Η πρόσφυση των ινών στη μήτρα του σκυροδέματος εξαρτάται από τη φύση της επιφάνειας των ινών. Έτσι, τραχιές επιφάνειες ινών επιτρέπουν μεγαλύτερα επίπεδα πρόσφυσης. Με την προσθήκη των ινών δεν αποτρέπεται η δημιουργία ρωγμών αλλά η διεύρυνση τους, διατηρώντας τη συνοχή της δομής. Μετά τη ρηγμάτωση οι ίνες εξακολουθούν να αναλαμβάνουν εφελκυστικές δυνάμεις και έτσι προσδίδουν πλαστιμότητα στο υλικό. Ίνες με τραχείες επιφάνειες μπορούν να κατασκευαστούν κατά τη διάρκεια παραγωγής τους. Τέλος, στην εικόνα 2-21 φαίνεται ο διαφορετικός τρόπος λειτουργίας των ινών μικρού και μεγάλου μήκους, με τις πρώτες να περιορίζουν τις ρωγμές πριν πάρουν μεγαλύτερες διαστάσεις. Το διάγραμμα 2-6 δείχνει την εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος για οπλισμό με ίνες μικρού και μεγαλύτερου μήκους

192 Εικόνα 2-21: Μηχανισμός λειτουργίας ινών διαφορετικού μήκους. 97 Διάγραμμα 2-6: Αντοχή σε εφελκυσμό ως προς το είδος των ινών. Βέβαια όλα τα παραπάνω ισχύουν για τις χαλύβδινες ίνες. Στις συνθετικές ίνες ο μηχανισμός λειτουργίας αλλάζει ριζικά. Η ικανοποιητική αγκύρωση μόνο στα άκρα, λόγω του χαμηλού μέτρου ελαστικότητας, θα σήμαινε ότι η ρωγμή πρέπει να ανοίξει 50 έως 100 φορές περισσότερο, σε σχέση με την αντίστοιχη ρωγμή των χαλύβδινων ινών, ώστε να έχουμε παραλαβή των ίδιων φορτίων. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι για τις ίνες χάλυβα όταν το άνοιγμα ρωγμής γίνει 0.1 mm πρέπει να αντίστοιχα να γίνει 5-10 mm στις συνθετικές για να αρχίσουν αυτές να λειτουργούν. Το πρόβλημα αυτό αντιμετωπίζεται με: 97 Mehta P., Monteiro P., Concrete: Microstructure, Properties, and Materials

193 Αύξηση της δοσολογίας των συνθετικών ινών για περιορισμό των τάσεων που αναπτύσσονται και κατά συνέπεια την επιμήκυνση των ινών για ένα συγκεκριμένο φορτίο. Μείωση του μήκους των ινών μεταξύ των αγκυρώσεων για να αυξηθεί η σχετική επιμήκυνση της ίνας και μαζί με αυτήν οι παραλαμβανόμενες τάσεις. Κατασκευή ινών με δυνατότητα αγκύρωσης σε όλο τους το μήκος

194 3. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα στην κατασκευή, αποκατάσταση και ενίσχυση τεχνικών έργων. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα είναι ένα ευπροσάρμοστο υλικό το οποίο έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Είναι ένα υλικό που προσφέρει υψηλή θλιπτική αντοχή, έχει καλή αντίσταση στη διάβρωση και τις χημικές ουσίες, καλή πρόσφυση με το υπάρχον σκυρόδεμα, με το χάλυβα, τον βράχο. Μπορεί να πάρει εύκολα οποιοδήποτε σχήμα και περίγραμμα και να εφαρμοστεί χωρίς ξυλότυπο. Τα τεράστια πλεονεκτήματα που προσφέρει το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ως μέσον κατασκευής και αντιστήριξης, καθώς και οι συνεχείς τεχνολογικές εξελίξεις σε προϊόντα, εξοπλισμό αλλά και στη γνώση της εφαρμογής, το καθιστούν ένα πολύ σημαντικό και απαραίτητο εργαλείο για τα μεγάλα έργα υποδομής. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα εφαρμόζεται κυρίως σε: Σταθεροποίηση πρανών και εκσκαφών. Επισκευές σε μεγάλα έργα όπως σήραγγες, φράγματα από σκυρόδεμα, λιμενικά έργα, γέφυρες. Αποκατάσταση βλαβών λόγω πυρκαγιάς. Όλα τα παραπάνω ισχύουν για κατασκευές οπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος ακόμα και σε περιοχές με σεισμό, αρκεί η έκταση των βλαβών να είναι μεσαία Οι απαιτήσεις της ανάμιξης, του εξοπλισμού και της εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος σύμφωνα με τον ΕΛΟΤ ΤΠ :2009 Ανάμιξη Τα αδρανή υλικά του εκτοξευόμενου σκυροδέματος θα ζυγίζονται με ακρίβεια πριν από την ανάμιξη. Στην περίπτωση ξηρής ανάμιξης, τα αδρανή θα αναμιγνύονται πλήρως, χωρίς την προσθήκη νερού και, πριν την εναπόθεση τους στον εξοπλισμό διάστρωσης, και στην περίπτωση υγρής ανάμιξης σύμφωνα με την έγκριση της Διευθύνουσας Υπηρεσίας. Το τσιμέντο θα προστίθεται όχι νωρίτερα της μίας ώρας από την ώρα διάστρωσης. Μίγματα που δεν επιστρώνονται εντός μιας ώρας από την προσθήκη του τσιμέντου θα απορρίπτονται. Η προσθήκη των ινών συνήθως πρέπει να γίνεται στα παρασκευαστήρια

195 Αν αυτό δεν είναι εφικτό, θα προστίθενται στο αυτοκίνητο μεταφοράς σκυροδέματος, αλλά θα αναμιγνύονται επί επαρκή χρόνο για την επίτευξη της απαραίτητης ομοιογένειας. Η αναλογία του προσμίκτου ταχείας πήξης θα μετράται επακριβώς, ώστε να συμφωνεί με την Μελέτη Σύνθεσης. Τα πρόσμικτα θα προστίθενται στους κατάλληλους χρόνους πριν από τη διάστρωση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Εξοπλισμός Ο Ανάδοχος θα ενημερώνει τη Διευθύνουσα Υπηρεσία για τους Κατασκευαστές και τους τύπους των μηχανημάτων εκτοξευόμενου σκυροδέματος που προτίθεται να χρησιμοποιήσει, μαζί με όλο τον άλλο εξοπλισμό που είναι απαραίτητος για την διεξαγωγή της εργασίας εκτόξευσης σκυροδέματος, πριν αποσταλεί ο εξοπλισμός στο εργοτάξιο. Είναι δυνατή η χρησιμοποίηση εξοπλισμού ξηρής ή υγρής ανάμιξης. Όλος ο απαιτούμενος για την προπαρασκευή, ανάμιξη και εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος εξοπλισμός θα διατηρείται καθαρός και σε καλή κατάσταση λειτουργίας σε όλη την διάρκεια κατασκευής των έργων. Ο εξοπλισμός προπαρασκευής και ανάμιξης θα ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις του παρόντος άρθρου. Το μηχάνημα εφαρμογής του εκτοξευόμενου σκυροδέματος θα διαθέτει επαρκή ικανότητα διάστρωσης, για την επίτευξη του ελάχιστου χρόνου καθυστερήσεων στην εκσκαφή και στις άλλες εργασίες κατασκευής της σήραγγας. Ο εξοπλισμός θα είναι τέτοιος ώστε να είναι δυνατό οι επιταχυντές να αναμιχθούν επαρκώς και αμέσως πριν από τη διάστρωση. Ο Ανάδοχος θα μεριμνά ώστε να υπάρχει αρκετή παροχή αέρα και νερού για το μηχάνημα, όπως προδιαγράφεται από τον κατασκευαστή του εξοπλισμού και σύμφωνα με τις οδηγίες της Διευθύνουσας Υπηρεσίας. Εάν κατά την γνώμη της Διευθύνουσας Υπηρεσίας, η λειτουργία του εξοπλισμού εκτόξευσης σκυροδέματος δεν είναι ικανοποιητική, ο Ανάδοχος θα προβεί σε όλες τις απαραίτητες επισκευές ή στην αντικατάσταση του εξοπλισμού. Η Διευθύνουσα Υπηρεσία δύναται να δώσει εντολή για να διακοπεί η εκτόξευση του σκυροδέματος, μέχρις ότου υπάρξει συμμόρφωση του Ανάδοχου προς τις οδηγίες της. Σε όλες τις περιοχές που εκτελούνται εκσκαφές, ο Ανάδοχος θα φροντίζει να εξασφαλίζει επαρκή εξοπλισμό για τη διάστρωση εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε οποιαδήποτε παρειά των εκσκαφών, όπως καθορίζεται στο παρόν άρθρο. Η εφαρμογή Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα θα είναι σύμφωνο με τις απαιτήσεις της Μελέτης και τη Διευθύνουσας Υπηρεσίας. Η διάρκεια διάστρωσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, σε

196 σχέση με τον κάθε κύκλο προχώρησης της εκσκαφής της σήραγγας, θα εξαρτάται από τις αποκαλυπτόμενες συνθήκες του γεωϋλικού, όπως θα εγκριθεί ή κατά τις οδηγίες της Διευθύνουσας Υπηρεσίας. Για επιφάνειες που απαιτούν άμεση διάστρωση εκτοξευόμενου σκυροδέματος, ο Ανάδοχος θα ενημερώνει τη Διευθύνουσα Υπηρεσία δεόντως και θα προετοιμάζεται να εκτελέσει όλες τις απαιτούμενες εργασίες, χωρίς χρονοτριβή, με την έγκριση της. Η Διευθύνουσα Υπηρεσία θα εξετάζει τις επιφάνειες του γεωϋλικού αμέσως μετά τη διάνοιξη ή την ανατίναξη και τις εργασίες απομάκρυνσης χαλαρών τεμαχίων και θα δίνει εντολή στον ανάδοχο, εάν απαιτείται, να προβεί στην άμεση επικάλυψη των επιφανειών με εκτοξευόμεονο σκυρόδεμα, έτσι ώστε η διάστρωση του να εκτελείται άμεσα και πάντα όχι αργότερα από 4 ώρες μετά από τη διάνοιξη ή την ανατίναξη και σε κάθε περίπτωση πριν από τη διάτρηση για τον επόμενο κύκλο εκσκαφή. Όπου αναμένονται πολύ φτωχές συνθήκες γεωϋλικού, η Διευθύνουσα Υπηρεσία θα απαιτήσει να βρίσκεται διαθέσιμος ο εξοπλισμός παραγωγής και εφαρμογής του εκτοξευόμενου σκυροδέματος πριν τη διάνοιξη ή την ανατίναξη, έτσι ώστε το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα να είναι δυνατό να επιστρωθεί με ελάχιστη καθυστέρηση. Τυχόν υπάρχων οπλισμός (πλαίσια, πλέγματα, ράβδοι οπλισμού) θα περιβάλλεται πλήρως με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Η ελάχιστη αποδεκτή επικάλυψη θα είναι 15mm από επιφάνεια βράχου και 25mm από την τελική επιφάνεια του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Θα λαμβάνεται κάθε μέριμνα και φροντίδα κατά τη διάστρωση ώστε να μην παραμένουν κενά πίσω από τον οπλισμό. Ο Ανάδοχος θα αναπτύξει διαδικασίες λειτουργίας και εργασίες σύμφωνα με τις απαιτήσεις της Διευθύνουσας Υπηρεσίας ώστε να εξασφαλίζεται: α. Ελάχιστη αναπήδηση, για να αποφεύγεται η δημιουργία εγκλεισμάτων (φωλεών) από υλικά αναπήδησης στο περατωμένο σκυρόδεμα. β. Μόρφωση όσο το δυνατό πιο ομαλής τελικής επιφάνειας του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, για να είναι δυνατή η ασφαλής τοποθέτηση των υλικών υδατοστεγάνωσης (γεωϋφασμα, μεμβράνη), σύμφωνα με τις απαιτήσεις του σχετικού άρθρου που αφορά στην υδατοστεγάνωση. Για την εκπλήρωση της απαίτησης αυτής, ο Ανάδοχος υποχρεούται να χρησιμοποιήσει για την τελευταία προς το εσωτερικό της σήραγγας στρώση αποκλειστικά λεπτόκοκκο αδρανές (0-6mm). γ. Αποφυγή δημιουργίας κοιλοτήτων και φωλέων μέσα στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και κενών πίσω από τον οπλισμό

197 δ. Ελάχιστος αριθμός ρωγμών από συρρίκνωση λόγω πήξης του σκυροδέματος. ε. Καλή πρόσφυση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος στον βράχο ή σε άλλη επιφάνεια. στ. Ποιότητα εκτοξευόμενου σκυροδέματος με την μέγιστη δυνατή αντίσταση σε παγετό (όπου απαιτείται) Η ροή του υλικού στο ακροφύσιο θα είναι συνεχής και ομοιόμορφη και ο ρυθμός εφαρμογής του πάνω σε οποιαδήποτε επιφάνεια θα είναι επίσης ομοιόμορφος. Εξέχοντα χαλαρά υλικά, φωλιές άμμου, υγρές περιοχές ή άλλα ελαττώματα θα αφαιρούνται και θα αποκαθίστανται, σύμφωνα με τα προδιαγραφόμενα στο παρόν άρθρο. Με την έναρξη των εργασιών εκτόξευσης του σκυροδέματος σε οποιαδήποτε περιοχή, ο Ανάδοχος, σε στενή συνεργασία με τη Διευθύνουσα Υπηρεσία και σαν μέρος της διαδικασίας της αρχικής διάστρωσης, θα καθορίσει διαδικασίες εφαρμογής του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, οι οποίες θα εξασφαλίσουν την παραγωγή προϊόντος αρίστης ποιότητας και με την ελάχιστη απώλεια υλικού λόγω αναπήδηση. Ο καθορισμός αυτός των διαδικασιών θα περιλαμβάνει μικρές τροποποιήσεις στα μίγματα, εφόσον απαιτηθεί, καθορισμό παραδεκτών μορφώσεων των επιφανειών, παχών στρώσεων και των ποσοτήτων που θα εκτοξεύονται από το ακροφύσιο ανά μονάδα βράχου ή μήκος σήραγγας, όπως απαιτείται από τη Διευθύνουσα Υπηρεσία. Οι ποσότητες του εκτοξευόμενου σκυροδέματος που θα εκτοξεύονται από το ακροφύσιο, θα καθορίζονται με βάση το μέσο πάχος εκτοξευόμενου σκυροδέματος, που δείχνεται στα σχέδια ή απαιτείται από τη Διευθύνουσα Υπηρεσία, αφού μετρηθεί σωστά η αναπήδηση. Εφόσον έχουν καθιερωθεί οι διαδικασίες για τη διάστρωση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, οι επόμενες εργασίες θα διεξάγονται ανάλογα. Όταν απαιτείται από τη Διευθύνουσα Υπηρεσία, το πάχος της στρώσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε οποιαδήποτε περιοχή θα ελέγχεται με τα προβλεπόμενα στο Πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ , είτε με τη διείσδυση ράβδου, αμέσως μετά την περάτωση της εφαρμογής του, είτε με τοποθέτηση καρφιών γνωστού μήκους στο βράχο πριν από την εφαρμογή, είτε με οποιοδήποτε άλλο, εγκεκριμένο από Διευθύνουσα Υπηρεσία μέσο, όπως λήψη διατομών πριν και μετά τη διάστρωση, λήψη πυρήνων βάσει καννάβου κλπ. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα θα εφαρμόζεται σε διαδοχικές στρώσεις και κάθε στρώση θα δομείται με διάφορες διαδρομές του ακροφυσίου πάνω από την επιφάνεια εργασίας, σε μια ενιαία συνεχή εργασία. Όταν η ροή από το ακροφύσιο είναι ασυνεχής για οποιαδήποτε αιτία, ο χειριστής θα απομακρύνει το ακροφύσιο από την επιφάνεια εργασίας, μέχρις ότου η ροή ξαναγίνει συνεχής

198 Η απόσταση του ακροφυσίου από την επιφάνεια εργασίας θα κυμαίνεται από 0,5m μέχρι 1,5m αλλά σε κάθε περίπτωση όχι πάνω από 2,0m. Το ακροφύσιο θα τοποθετείται γενικά κάθετα προς την επιφάνεια εφαρμογής. Στην περίπτωση εφαρμογής εκτοξευόμενου σκυροδέματος πάνω σε επιφάνεια με πλέγμα, το ακροφύσιο θα τοποθετείται πιο κοντά στην επιφάνεια και υπό μικρή γωνία ως προς την κάθετο στην επιφάνεια, ώστε να γίνεται ευκολότερη η ενσωμάτωση του πλέγματος και η απομάκρυνση του υλικού αναπήδησης. Μεγάλες αποστάσεις του ακροφυσίου ή λοξή διάταξη του μειώνει την ποιότητα του σκυροδέματος και αυξάνει την αναπήδηση. Όταν το συνολικό πάχος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος υπερβαίνει τα 8 m, θα τοποθετείται το πλέγμα περίπου στο μέσο της στρώσης, και θα αγκυρώνεται στην προηγούμενη στρώση με αγκύρια στερέωσης πλέγματος ή θα γίνεται διάστρωση σε δύο διακριτές υποφάσεις, όπως ορίζει η Μελέτη. Σε περίπτωση εφαρμογής του εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε κατακόρυφες ή μεγάλων κλίσεων επιφάνειες, εκτός του θόλου της σήραγγας, η εφαρμογή θα αρχίσει στο χαμηλότερο σημείο και η στρώση του σκυροδέματος εκτόξευσης θα δομείται σε οριζόντιες ζώνες, από κάτω προς τα πάνω, μέχρις ότου καλυφθεί ολόκληρη η επιφάνεια. Τα άκρα των περιοχών του εκτοξευόμενου σκυροδέματος πάνω στα οποία δεν πρόκειται να εφαρμοσθεί περαιτέρω εκτοξευόμενο σκυρόδεμα θα μορφώνονται ώστε να σχηματίζουν καθαρές κανονικές γραμμές και με κλίση 45 ο προς τις παρακείμενες επιφάνειες, μετά από έγκριση της Διευθύνουσας Υπηρεσίας. Όπου έχει γίνει διάτρηση οπών αποστράγγισης και εγκατάσταση οργάνων στο γεωυλικό, πάνω στο οποίο πρόκειται να διαστρωθεί εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ο Ανάδοχος θα λάβει όλα τα απαιτούμενα μέτρα προστασίας, ώστε να αποφευχθεί η έμφραξη των εν λόγω οπών ή η πρόκληση ζημιών στα όργανα. Όταν πρόκειται να γίνει εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος πλησίον υφιστάμενων κατασκευών, ο Ανάδοχος θα φροντίζει ώστε να μην προκαλείται βλάβη στις κατασκευές αυτές και θα καλύπτει για προστασία τις επιφάνειες των κατασκευών πριν από την εκτόξευση του σκυροδέματος. Σε περιοχές όπου η εκροή υπογείων υδάτων από αρμούς ή αναβλύσεις επηρεάζει τις εργασίες, ο Ανάδοχος θα εγκαταστήσει σωληνώσεις διαφυγής και θα σφραγίσει τους συνεχείς αρμούς πριν από τη διάστρωση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Σε περιοχές όπου το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα έχει επιστρωθεί και πήξει, εφόσον εμφανισθούν κηλίδες υγρασίας, ο Ανάδοχος θα προβαίνει στην διάτρηση οπών (1τεμ / 4m 2 συνήθως) μικρού

199 βάθους για την εκτόνωση των πιέσεων του νερού, εκτός αν αλλιώς προβλέπεται από τη Μελέτη. Σε περιοχές καλυμμένες με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, που εμφανίζουν προβλήματα κακής συμπύκνωσης ή έλλειψης συνάφειας, απόμιξης (ξηρές περιοχές), κενών, θυλάκων άμμου ή ανεπαρκούς αντοχής σε θλίψη, θα απομακρύνεται το σκυρόδεμα και θα εφαρμόζεται εκ νέου σκυρόδεμα αμέσως, σε επιφάνεια τουλάχιστον 0,30x0,30m, με την έγκριση της Διευθύνουσας Υπηρεσίας. Το μέγιστο πάχος κάθε στρώσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος συνεχούς διάστρωσης δεν θα υπερβαίνει τα 10cm, εκτός αν χρησιμοποιηθούν κατάλληλα πρόσμικτα. Εάν απαιτείται μεγαλύτερο συνολικό πάχος, αυτό θα επιτυγχάνεται με την διάστρωση αλλεπάλληλων στρώσεων, η καθεμία των οποίων θα έχει πάχος μικρότερο ή ίσο των 10 cm. Η κάθε στρώση θα εφαρμόζεται μόνο όταν η υποκείμενη στρώση έχει σκληρυνθεί. Το πάχος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, που αναφέρεται στα σχέδια για κάθε τύπο υποστήριξης, είναι το μέσο πάχος. Σε κάθε όμως περίπτωση η κάθε πρόσθετη στρώση δεν θα γίνεται πολύ αργότερα (πάνω από 12 ώρες) από την προηγούμενη εκτός εάν ληφθούν ειδικά μέτρα καθαρισμού και ύγρανσης της έτοιμης επιφάνειας ή και άλλα μέτρα βελτίωσης της συνάφειας των στρώσεων (βάσει ειδικών οδηγιών της Διευθύνουσας Υπηρεσίας η/και του Μελετητού). 3.2 Προετοιμασία επιφανείας διάστρωσης για την εκτέλεση της εκτόξευσης του σκυροδέματος Η επιφάνεια πάνω στην οποία θα εφαρμοστεί το εκτοξευμένο σκυρόδεμα πρέπει να προετοιμάζεται και να προστατεύεται κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης. Τα υλικά που την διαμορφώνουν και θα έρθουν σε επαφή με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα πρέπει να είναι στερεά πυκνής δομής και να μη δονούνται κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα δεν μπορεί να τοποθετηθεί σε επιφάνειες με θερμοκρασία κάτω των 20 ο C ή σε επιφάνειες που είναι εκτεθειμένες σε ισχυρούς ανέμους και βαριές βροχοπτώσεις χωρίς προφυλάξεις. Καλό είναι να αυξηθεί η τραχύτητα της επιφάνειας αποφεύγοντας τη χρήση κρουστικών

200 εργαλείων. Γίνεται πλύση με πίεση νερού. Σε περιπτώσεις όπου υπάρχουν προσκολλημένα υλικά, τα οποία δεν καθαρίζονται, πραγματοποιείται και αμμοβολή της επιφάνειας. 98 Η προετοιμασία της επιφανείας πάνω στην οποία θα γίνει η εκτόξευση εξαρτάται από τον τύπο του υλικού της και εκτελείται ως ακολούθως: 1.Έδαφος 99 Πριν την εκτόξευση το έδαφος συμπυκνώνεται (όπου και όπως αυτό προβλέπεται από τη μελέτη) και ελέγχονται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της διατομής σε σχέση με τα προβλεπόμενα στη μελέτη. Οι επιφάνειες δεν πρέπει να είναι παγωμένες ή με σπογγώδη εμφάνιση. Για την αποφυγή υπερβολικής απορρόφησης νερού του σκυροδέματος από το έδαφος, αυτό είτε πρέπει να βρέχεται, αν τούτο είναι δυνατόν, είτε να εγκαθίστανται συστήματα παρεμπόδισης διαφυγής της υγρασίας. Όταν παρουσιάζεται διαρροή ή διήθηση νερού από την επιφάνεια, αυτή πρέπει να στεγανοποιείται με κατάλληλο τρόπο, ώστε να επιτυγχάνεται καλή πρόσφυση και να αποφεύγεται απόπλυση του σκυροδέματος. 2.Βράχος 100 Πριν την εκτόξευση του σκυροδέματος η διατομή ελέγχεται και διορθώνεται, αν απαιτείται, στις προβλεπόμενες από τη μελέτη διαστάσεις. Η επιφάνεια θα καθαρίζεται με πεπιεσμένο αέρα ή εφ όσον το επιτρέπουν οι συνθήκες του πετρώματος με αέρα και νερό, ώστε να απομακρύνεται κάθε χαλαρό στοιχείο (τεμάχια βράχου, υλικά αναπήδησης κ.λ.π.), λάσπη, σκόνη και κάθε επιβλαβές και ξένο υλικό, που μπορεί να εμποδίσει την επαρκή πρόσφυση του εκτοξευλομενου σκυροδέματος στην επιφάνεια του βράχου. Ο καθαρισμός θα αρχίζει από τα ανώτερα σημεία των διατομών και θα προχωρά προσεκτικά προς τα κατώτερα. Αργιλικά υλικά σε διακλάσεις ή ρήγματα θα αφαιρούνται μέχρι βάθους που θα καθορίζει ο επιβλέπων μηχανικός ή υπηρεσία. Η επιφάνεια του βράχου πρέπει να είναι υγρή αλλά χωρίς παρουσία ελεύθερης ροής νερού πριν την εκτόξευση του 98 ΟΡΘΗ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΜΕ ΕΠΟΞΕΙΔΙΚΕΣ ΡΗΤΙΝΕΣ ΚΑΙ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ, Ενίσχυση κτιρίων με σύγχρονα υλικά, ΤΕΕ, Αθήνα, 6 Νοεμβρίου, ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ, Υπουργείο Περιβάλλοντος Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων Γενική Γραμματεία Δημοσίων Έργων Γενική Διεύθυνση Ποιότητας Δημοσίων Έργων Διεύθυνση Κεντρικού Εργαστηρίου Δημοσίων Έργων, Σχέδιο Προδιαγραφής για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα 100 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ, Υπουργείο Περιβάλλοντος Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων Γενική Γραμματεία Δημοσίων Έργων Γενική Διεύθυνση Ποιότητας Δημοσίων Έργων Διεύθυνση Κεντρικού Εργαστηρίου Δημοσίων Έργων, Σχέδιο Προδιαγραφής για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

201 σκυροδέματος. Όπου παρουσιάζονται διαρροές νερού από την επιφάνεια του βράχου, αυτές πρέπει να ελεγχθούν,ώστε να εμποδιστεί η αρνητική επίδραση στο νωπό εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Οι διαρροές του νερού που μπορούν να προκαλέσουν απόπλυση ή αποσύνθεση του σκυροδέματος ή να εμποδίσουν την πρόσφυσή του στην επιφάνεια, είτε θα εκτρέπονται σύμφωνα με τις προβλέψεις της μελέτης ή όπως αλλιώς προτείνεται από τον κατασκευαστή και εγκρίνεται από τον επιβλέποντα μηχανικό ή υπηρεσία, χρησιμοποιώντας σωλήνες, συλλεκτήρες, αποστραγγιστικά κανάλια ή άλλα κατάλληλα εγκεκριμένα μέσα είτε θα αποφράσσονται και θα απομονώνονται με τη χρήση μιας κατάλληλης υδραυλικής κονίας ή με εφαρμογή τσιμεντενέσεων. Τα μέτρα ελέγχου των διαρροών νερού θα πρέπει να παραμείνουν λειτουργικά και ενεργά τουλάχιστον για 28 ημέρες, ώστε το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα να μην επηρεαστεί από τη δράση του νερού, λόγω διήθησης, υδροστατικής πίεσης ή διάβρωσης. Πριν την εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυρόδεματος ο βράχος θα χαρτογραφείται (εφ όσον αυτό προβλέπεται από τη μελέτη ή απαιτείται από τον επιβλέποντα μηχανικό ή υπηρεσία) και η κατάσταση θα καταγράφεται κατά τις διαδικασίες που καθορίζει κάθε φορά η μελέτη ή ο επιβλέπων μηχανικός ή υπηρεσία. Στις περιπτώσεις απαίτησης άμεσης εκτόξευσης για υποστήριξη, η επεξεργασία της επιφάνειας θα περιορίζεται στο ξεσκάρωμα των ασταθών τεμαχίων και θα εκτελείται όσο το δυνατόν γρηγορότερα μετά την εκσκαφή. Σε φτωχούς γεωλογικούς σχηματισμούς (π.χ. χαρακτηριζόμενους από έλλειψη συνοχής, ρέοντα εδάφη, κατακερματισμένους βράχους) μπορεί να είναι απαραίτητο να εξεταστεί μια ειδική σύνθεση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος για την πρώτη στρώση, προς επίτευξη καλύτερης πρόσφυσης στην επιφάνεια του σχηματισμού. 2.Επιφάνεια σκυροδέματος Οι διαδικασίες προετοιμασίας επιφανείας σκυροδέματος πρέπει να εξασφαλίζουν ένα σταθερό υπόβαθρο, το οποίο θα έχει την ικανότητα να αναπτύξει επαρκή πρόσφυση και σύνδεση με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Όπου υπάρχει θραυσμένο ή σε μεγάλη έκταση ρηγματωμένο ή σαθρό σκυρόδεμα αυτό θα πρέπει να απομακρύνεται εντελώς. Επίσης θα απομακρύνεται οποίο τμήμα σκυροδέματος έχει προσβληθεί με επιβλαβείς χημικές ουσίες, λαδιά ή γράσα. Η διαδικασία προετοιμασίας της επιφανείας σκυροδέματος, πάνω στην οποία θα γίνει η εκτόξευση, εξαρτάται από το προβλεπόμενο από τη μελέτη απαιτούμενο βάθος εκτράχυνσης. Εάν δεν αναφέρεται διαφορετικά στη μελέτη, οι μέθοδοι που επιτρέπονται να χρησιμοποιηθούν είναι η υδροβολή, η αμμοβολή και η χρήση αερόσφυρας πολλαπλής κεφαλής (αεροματσάκονο)

202 Διαδικασίες εκτράχυνσης της επιφανείας βάσης με χειρονακτικές μεθόδους ισχυρής τοπικής κρούσης όπως χ πελέκημα ή χρήση σφυριού και καλεμιού πρέπει να αποφεύγονται, επειδή η συνάφεια που προσφέρουν είναι μικρή. Δυο είναι κυρίως οι λόγοι της μειωμένης συνάφειας. Ο πρώτος είναι με αυτές τις τεχνικές είναι πολύ δύσκολο ή αδύνατο να επιτευχθεί εκτράχυνση στο σύνολο της επιφανείας βάσης (επειδή κάποια τμήματα αναπόφευκτα δεν θα εκτραχυνθούν). Ο δεύτερος λόγος είναι ότι δημιουργούνται μικρορηγματώσεις ακριβώς κάτω από την προετοιμαζόμενη επιφάνεια οι οποίες προκαλούν μείωση της συνάφειας και επιταχύνουν την εκδήλωση ατελειών και ελαττωμάτων στην περιοχή. Εφόσον οι συνθήκες εργασίας το επιτρέπουν συνιστάται η χρήση της υδροβολής κατά προτεραιότητα και έπειτα η χρήση της αμμοβολή. Πριν την εκτόξευση του σκυροδέματος η επιφάνεια θα καθαρίζεται με καθαρό πεπιεσμένο αέρα. Ακολούθως το υφιστάμενο σκυρόδεμα θα υγραίνεται μέχρι κορεσμού με νερό υπό χαμηλή πίεση (πίεση δικτυού), χωρίς επικαθήσεις νερού στην επιφάνεια. Στην περιοχή εκτόξευσης σκυροδέματος πάνω σε στρώση νεαρής ηλικίας (όχι μεγαλύτερης από 72 ώρες από την αρχική πήξη του) η προετοιμασία θα περιορίζεται στην απομάκρυνση επιφανειακών ενχύσεων τσιμέντου, υλικών αναπήδησης και άλλων χαλαρών υλικών αρχική πήξη μπορεί να ελέγχεται με την εισαγωγή ενός καρφιού στη στρώση του νωπού εκτοξευόμενου σκυροδέματος. 2. Επιφάνεια τοιχοποίιας-λιθοδομές Για τις επιφάνειες τοιχοποιίας ακολουθούνται αντίστοιχες διαδικασίες με αυτές που αναφερθήκαν προηγουμένως για επιφάνειες από σκυρόδεμα, στοχεύοντας στην εξασφάλιση ενός σταθερού υποβάθρου, το οποίο θα έχει την ικανότητα να αναπτύξει επαρκή πρόσφυση και σύνδεση με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Οπού υπάρχουν θραυσμένα ή σε μεγάλη έκταση ρηγματωμένα σαθρά τμήματα τοιχοποιίας αυτά θα αποκαθίσταται κατάλληλα πριν τη εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Οι αρμοί της τοιχοποιίας είναι σκόπιμο να διευρύνονται εκτός εάν προβλέπεται διαφορετικά από τη μελέτη. Εάν πρόκειται να εκτοξευτεί σκυρόδεμα σε μία λεία επιφάνεια τοιχοποιϊας, τότε η επιφάνεια αυτή πρέπει να τραχυνθεί με υδροβολή ή αμμοβολή.η προετοιμασία της επιφάνειας προσβολής θεωρείται επιτυχής όταν τα λιθοσώματα αποκαλύπτονται και προβάλουν ικανοποιητικά. Η επιτυχία και αποτελεσματικότητα της επέμβασης εξαρτώνται από παράγοντες όπως το μέγεθος και η φύση των κόκκων της άμμου, η εφαρμοζόμενη πίεση και ο χρόνος εφαρμογής. Μετά την προετοιμασία της επιφάνειας, κατά τα ανωτέρω,

203 το εντεταλμένο από τη σύμβαση όργανο θα επιθεωρεί και θα επιβεβαιώνει ότι σε όλες τις επιφάνειες παραμένει υγιής, καθαρή και στέρεα τοιχοποιϊα. Η επιθεώρηση θα περιλαμβάνει οπωσδήποτε κατ' ελάχιστο οπτικό έλεγχο. Η επιθεώρηση αυτή θα επαναλαμβάνεται πριν την εκτόξευση αν μεταξύ αυτής και του τέλους της προετοιμασίας μεσολαβεί χρονικό διάστημα μεγαλύτερο των τριών (3) ημερών ή αν για οποιοδήποτε λόγο διαφοροποιήθηκαν οι συνθήκες της επιφάνειας. 101 Πριν την εκτόξευση του σκυροδέματος η επιφάνεια θα καθαρίζεται με καθαρό πεπιεσμένο αέρα. Ακολούθως η τοιχοποιία θα υγραίνεται μέχρι κορεσμού. Αν υπάρχει στην επιφάνεια διαρροή νερού αυτή θα ελέγχεται και θα απομακρύνεται για χρονικό διάστημα τουλάχιστον εικοσιοκτώ (28) ημερών από την εκτόξευση. 3. Επιφάνεια χάλυβα. Όταν η εκτόξευση γίνεται σε στοιχειά από χάλυβα (οπλισμούς ή αλλά χαλύβδινα στοιχειά), η επιφάνεια τους πρέπει να είναι καθαρή, απαλλαγμένη από κάθε προσθετό υλικό (όπως ρινίσματα, σκουριά, γράσο, πάγο, υλικό αναπήδησης, χρώμα), που μπορεί να εμποδίσει την ανάπτυξη της συνάφειας μεταξύ εκτοξευόμενου σκυροδέματος και χάλυβα. Το υλικό της αναπήδησης από γειτονικές περιοχές πρέπει να απομακρύνεται όσο είναι ακόμα νωπό και μαλακό με βούρτσα ή με υδροβολή με φροντίδα να μην επηρεαστεί το σχετικά νεαρό υφιστάμενο σκυρόδεμα. Λεπτά χαλύβδινα στοιχειά ή ράβδοι οπλισμού πρέπει να στερεώνονται με ασφάλεια για την αποφυγή δονήσεως τους κατά την διάρκεια της εκτόξευσης, που μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια πρόσφυσης ή κατάρρευση στρώσης του νωπού σκυροδέματος. 4. Επιφάνεια καλουπιών Τα καλούπια είναι η μονή κατηγορία επιφανειών υποβάθρου η οποία δεν απαιτεί την ανάπτυξη αντοχής συνάφειας με το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Πριν την εκτόξευση θα απομακρύνονται από τα καλούπια όλα τα ξένα σώματα (σκληρυμένο σκυρόδεμα, ξυλά, χαρτιά, πολυστερίνη κλπ.). Αν το καλούπι είναι υδατοαπορροφητικό τότε είτε θα διατρέχεται μέχρι κορεσμού, είτε θα χρησιμοποιείται ένα υλικό που θα δημιουργεί φράγμα στην απώλεια νερού προς το καλούπι. 101 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ, Υπουργείο Περιβάλλοντος Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων Γενική Γραμματεία Δημοσίων Έργων Γενική Διεύθυνση Ποιότητας Δημοσίων Έργων Διεύθυνση Κεντρικού Εργαστηρίου Δημοσίων Έργων, Σχέδιο Προδιαγραφής για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

204 Τα καλούπια πρέπει να είναι στερεωμένα με ασφάλεια, ώστε να αποφεύγεται οποιαδήποτε δόνηση κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης. Ο σχεδιασμός και η κατασκευή του καλουδιού θα προβλέπουν την δυνατότητα διαφυγής του αέρα και την απομάκρυνση του υλικού της αναπήδησης. 5. Γενικά για τα έργα επισκευών και ενισχύσεων Στα έργα επισκευών και ενισχύσεων, η κύρια επιφάνεια εφαρμογής του εκτοξευόμενου σκυροδέματος είναι από σκυρόδεμα. Η προετοιμασία της περιλαμβάνει τα εξής στάδια: 102 Αποκάλυψη των υπαρχόντων οπλισμών τουλάχιστον όσο χρειάζεται για να συγκολληθούν νέοι, με χρήση κατάλληλων παρεμβλημάτων όπου χρειάζεται. Αφαίρεση του σαθρού σκυροδέματος καθώς και τμημάτων του που έχουν προσβληθεί με επιβλαβείς χημικές ουσίες, λάδια, γράσα και διαμόρφωση φωλεών και κοιλοτήτων για τον καλύτερο εγκιβωτισμό του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Θα πρέπει επίσης να αφαιρεθούν οι τυχόν υπάρχουσες προεξοχές ώστε να αποφεύγονται απότομες διαφοροποιήσεις του πάχους της στρώσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος Εκτράχυνση του παλαιού σκυροδέματος με αμμοβολή, υδροβολή ή χρήση αερόσφυρας πολλαπλής κεφαλής (αεροματσάκονο). Απαγορεύεται η διαμόρφωση τραχείας επιφάνειας με χρήση «βίαιων» μηχανικών μεθόδων όπως πελέκημα, σκαπιτσάρισμα κλπ., καθώς με αυτές αναπτύσσονται μικρορηγματώσεις που θα προκαλέσουν μείωση της συνάφειας. Έκπλυση με άφθονο νερό υπό πίεση μέχρι τον κορεσμό του υπάρχοντος στρώματος σκυροδέματος και στέγνωμα ώστε να μην μείνει νερό στην επιφάνεια. Επιφάνειες πάνω στις οποίες ρέει νερό θα πρέπει να στεγανώνονται ή να στραγγίζονται με στραγγιστήρια και να χρησιμοποιείται εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με επιταχυντικό πρόσθετο. Σε αντίθετη περίπτωση το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αποκολλάται. Σωλήνες ή άλλα εξαρτήματα που δεν βλάπτουν με φυσική ή χημική διαδικασία το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μπορούν να ενσωματώνονται σε αυτό εκτός από τις περιπτώσεις όπου το υλικό κατασκευής τους είναι το αλουμίνιο. Σ αυτή την περίπτωση θα πρέπει να καλυφθούν με κατάλληλα υλικά που παρεμποδίζουν την 102 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος

205 αντίδραση αλουμινίου- σκυροδέματος ή την ηλεκτρολυτική αντίδραση χάλυβααλουμινίου. Η επιφάνεια βάσης θα πρέπει να έχει θερμοκρασία μεγαλύτερη των 2 οc και αν εκτίθεται σε ισχυρούς ανέμους ή βροχή, να προστατεύεται καταλλήλως. 3.3 Εκτόξευση σκυροδέματος. Η εκτόξευση του σκυροδέματος πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε το τελικό προϊόν να έχει συμπαγή και πυκνή δομή, επαρκώς επικολλημένη στην επιφάνεια του υποβάθρου, οπού αυτό υπάρχει. Η ποιότητα του επιτόπου απολαμβανομένου σκυροδέματος εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τον χειριστή του ακροφυσίου, τον έλεγχο του νερού και του επιταχυντικού προσθετού του μίγματος, την πίεση του αέρα, την απόσταση του ακροφυσίου από την προσβαλλομένη επιφάνεια, την ταχύτητα εξόδου των υλικών από το ακροφύσιο και τις τεχνικές χρήσεως του ακροφυσίου. Ειδικότερα: 1. Η τροφοδοσία του υλικού θα είναι τέτοια ώστε να τηρούνται οι αναλογίες των υλικών του τελικού μίγματος, να μην υπάρχουν εμφράξεις του εξοπλισμού και να διατηρείται μια σταθερή ροή του υλικού στο ακροφύσιο. Όταν η ροή είναι ασυνεχής ή μεταβαλλόμενης ποσότητας ή όταν ο χειριστής του ακροφυσίου επιφέρει αλλαγές στην ποσότητα του νερού, τότε το ακροφύσιο θα κατευθύνει τη ροή μακριά από τη θέση εκτόξευσης μέχρι την αποκατάσταση σταθερών συνθηκών υλικού και τροφοδοσίας. 2. Η θερμοκρασία του μίγματος πριν την εκτόξευση του και η θερμοκρασία του περιβάλλοντος χώρου δεν πρέπει να είναι κάτω από 5 0 C ή πάνω από 35 0 C. Το συνιστώμενο εύρος θερμοκρασίας είναι μεταξύ 10 0C και 25 0C. για θερμοκρασίες που βρίσκονται εκτός του συνιστωμενου εύρους αλλά εντός του αποδεκτού απαιτείται η λήψη καταλλήλων μέτρων προσαρμογής της θερμοκρασίας των συστατικών του μίγματος όπως η προθέρμανση ή προψυξη των αδρανών ή και του νερού ανάμιξης ή η θερμική προστασία του χώρου εργασίας. 3. Η ταχύτητα με την οποία το υλικό εξέρχεται από το ακροφύσιο και η απόσταση του από την επιφάνεια εκτόξευσης θα πρέπει να είναι οι βέλτιστες, ώστε η συμπύκνωση της εκτοξευμένης στρώσης και η πρόσφυση στην επιφάνεια του υποβάθρου να μεγιστοποιούνται και η αναπήδηση να ελαχιστοποιείται. Η απόσταση του ακροφυσίου από την προσβαλλομένη επιφάνεια συνιστάται να μεταξύ 0.5m και 1m. Η ελάχιστη και η μέγιστη επιτρεπόμενη απόσταση είναι 0.5 m και 1.5 m αντίστοιχα

206 4. Η κατεύθυνση του ακροφυσίου και της εκτόξευσης θα είναι κατά τον δυνατόν κάθετη προς την επιφάνεια εκτόξευσης με στόχο την ελαχιστοποίηση του ανακλώμενου υλικού. 5. Κάθε στρώση θα δομείται με κατεύθυνση από τα κατωτέρα τμήματα προς τα ανώτερα και ο χειριστής θα συμπληρώνει το συνολικό πάχος της στρώσης με επάλληλες κυκλικές ή ελλειπτικές κινήσεις του ακροφυσίου χωρίς κινήσεις μπρος πίσω, σε διαδοχικά «περάσματα». 6. Όταν χρησιμοποιείται η ξηρά διαδικασία, ο έλεγχος της ποσότητας του νερού από τον χειριστή, απαιτεί ειδική εκπαίδευση και εμπειρία. Για καλύτερο έλεγχο η πίεση του νερού στο ακροφύσιο θα πρέπει να ξεπερνά την πίεση του αέρα τουλάχιστον κατά Kpa. Πρακτικά θα μπορούσε κανείς να εκτιμήσει ότι η ποσότητα του νερού είναι σωστά επιλεγμένη όταν το υλικό φαίνεται ελαφρά γυαλιστερό. Μεγαλύτερη ποσότητα του νερού έχει ως συνεπεία την αδυναμία μέρους του υλικού να παραμείνει στη θέση οπού εκτοξεύτηκε χωρίς το υλικό να «κρεμάει» ή «κυλάει». Αντίθετα όταν χρησιμοποιείται μικρότερη ποσότητα νερού το υλικό έχει σκούρα και αμμώδη επιφάνεια χωρίς να γυαλίζει. Η μικρή ποσότητα νερού (μικρότερη από την απαιτούμενη) δεν θα πρέπει να θεωρηθεί πλεονέκτημα για την αντοχή επειδή ο λόγος Ν/Τ προκύπτει μειωμένος. Αντίθετα, έχει ως συνεπεία την κακή συμπύκνωση και την κατά περιοχές συσσώρευση αδρανών, την αδύναμη σύνδεση των στρώσεων, την κακής ποιότητας τελική επιφάνεια και τελικά την μειωμένη αντοχή. Δείγματα από εργασίες εκτοξευόμενου σκυροδέματος στην πράξη έδειξαν ότι το συνηθέστερο σφάλμα του χειριστή στην εκτίμηση της ποσότητας του νερού, βρίσκεται προς την πλευρά της επιλογής λιγότερου νερού. Η συνήθης επιθυμητή ρευστότητα επιτυγχάνεται για τιμές κάθισης του υλικού μεταξύ 35 και 75 mm. 7. Σε κάθε πέρασμα ή ανά στρώση δεν πρέπει να τοποθετείται περισσότερο υλικό από αυτό που μπορεί να προσκολληθεί με ασφάλεια χωρίς να παρουσιάζεται παραμόρφωση λόγω ολίσθηση του ή χαλάρωσης της στρώσης. Ο χειριστής θα πρέπει να έχει πάντα τον έλεγχο του εφαρμόσιμου πάχους του υλικού και να μη υπερβαίνει αυτά τα όρια. Το πάχος κάθε στρώσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος (όταν δεν χρησιμοποιούνται επιταχυντές πήξης) συνιστάται να είναι τέτοιοι ώστε: α) όταν περιλαμβάνονται οπλισμοί να καλύπτονται οι ράβδοι τουλάχιστον 10 mm σε στρώσεις οροφής και 20mm σε κατακόρυφες στρώσεις. β) όταν δεν περιλαμβάνονται οπλισμοί : ax 30 mm σε στρώσεις οροφής ax 50 mm σε κατακόρυφες στρώσεις

207 Κάθε πρώτη στρώση εκτοξευόμενου σκυροδέματος εκτοξεύεται όταν η προηγουμένη έχει αποκτήσει ικανοποιητική αντοχή. Σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος γύρω στους 20 0C, όταν δεν χρησιμοποιούνται επιταχυντές πήξης ο χρόνος αναμονής για την σκυροδέτηση της επόμενης στρώσης είναι μεταξύ 3 και 5 ώρες. 8. Μεγάλες κοιλότητες, σπηλαιώσεις ή ρήγματα της επιφανείας εκτόξευσης πρέπει να γεμίζουν προσεκτικά με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα πριν την εφαρμογή της κυρίας στρώσης. 9. Εφόσον υπάρχουν εσωτερικές γωνιές στην επιφάνεια διάστρωσης ή γενικά σε περιοχές επιρρεπείς στην παγίδευση υλικού αναπήδησης η εκτόξευση θα αρχίζει από εκεί και το μέτωπο εργασίας θα απομακρύνεται πάντα με κατά μήκος κλίση από αυτές τις περιοχές. 10. Όταν εφαρμόζεται μονή στρώση μεγάλου πάχους (πάνω από 150mm) θα εφαρμόζεται τεχνική εκτόξευσης τύπου «ράμπας» κατά την οποία η στρώση δομείται με μια γωνιά κορυφής περίπου 450 η οποία επιτρέπει στο υλικό της αναπήδησης να κυλάει προς τα έξω. 11.Όταν η εκτόξευση γίνεται παρουσία ράβδων οπλισμού, συνιστάται να μειώνεται η απόσταση του ακροφυσίου από την επιφάνεια και να επιλέγεται ελαφρά απόκλιση της γωνιάς εκτόξευσης από την ορθή ώστε το σκυρόδεμα να περνά και να συγκρατείται πίσω από τις ράβδους. Έτσι για οριζόντιες ράβδους η εκτόξευση πρέπει να γίνεται από στάθμη λίγο χαμηλότερα ή υψηλοτέρα από αυτής της αντίστοιχης ράβδου, ενώ για κατακόρυφες λίγο αριστερότερα ή δεξιότερα. Όταν η δέσμη συναντά δυο στρώσεις οπλισμού τα προβλήματα εντείνονται και μάλιστα ακόμα περισσότερο όταν οι οπλισμοί είναι πυκνοί. Στην περίπτωση ύπαρξης πεπιεσμένου αέρα ή μηχανή αναρρόφησης, η οποία θα επιτρέπει στο χειριστή της να ακολουθεί το χειριστή του ακροφυσίου και να απομακρυνθεί αμέσως κάθε υλικό αναπήδησης που πιθανόν να συσσώρευε πίσω από τον οπλισμό. Όταν το σκυρόδεμα εκτοξεύεται προς τον οπλισμό το μέτωπο της ράβδου θα πρέπει να παραμείνει καθαρό χωρίς προσκόλληση σκυροδέματος, το δε εκτοξευόμενο υλικό πρέπει να ρέει γύρω και πίσω από τις ράβδους, δημιουργώντας έτσι ένα συμπυκνωμένο σκυρόδεμα γύρω από αυτές. Η επικόλληση σκυροδέματος στο μέτωπο της ράβδου είναι η απαρχή δημιουργίας ασυμπύκνωτης περιοχής πίσω από τη ράβδο και ως εκ τούτο αποτελεί ένδειξη λανθασμένου τρόπου εκτόξευσης. Για την αποφυγή κενών ή ασυμπύκνωτων περιοχών πίσω από τις ράβδους απαιτείται κατά ελάχιστο ένα κενό 20mm πίσω από τις ράβδους για να υπάρξει η δυνατότητα εγκιβωτισμού τους στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Για τον ίδιο λόγω συνιστάται η αποφυγή χρήσης ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος με χαλύβδινες ίνες όταν στην εκτοξευόμενη στρώση εγκιβωτίζονται ράβδοι οπλισμού. Χαλύβδινες ίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν όταν γίνεται εκτόξευση σε στρώσεις έξω

208 από τους ράβδους οπλισμού. Αν και από μελέτη προβλέπεται η χρήση ινοπλισμένου σκυροδέματος που εγκιβωτίζουν ράβδους οπλισμού θα πρέπει να γίνεται ιδιαίτερη τεχνική προδιαγραφή για την εκτέλεση της εκτόξευσης. 12. Για την καθοδήγηση στην διαμόρφωση των ευθυγραμμιών μπορούν να χρησιμοποιούνται οδηγοί από λεπτά σύρματα τα οποία δεν επηρεάζουν την διαδικασία της εκτόξευσης. Τα σύρματα αυτά θα πρέπει να έχουν υψηλή εφελκυστική αντοχή, διάμετρο 0.8 ή 1 mm, και να τοποθετούνται (σφιχτά τεντωμένα ) στις γωνιές, στις προβολές των διατομών και σε επίπεδες επιφανείς σε διαστήματα συνήθως 0.6 έως 1 m. Για την καθοδήγηση στην διαμόρφωση καμπύλων επιφανειών, μπορούν να χρησιμοποιούνται χαλύβδινες ράβδοι διαμέτρου 6 mm οι οποίες θα κάμπτονται στην απαιτούμενη καμπυλότητα και θα στερεώνονται κατάλληλα. Επίσης είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν ξύλινα χακεία με διαστάσεις της τάξεως 25*50 mm που θα συνδέονται με τραβέρσες ανά 0.6 έως 1m. 13. Για την καθοδήγηση στη διαμόρφωση του προβλεπόμενου από τη μελέτη πάχους πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικά στοιχειά που προσαρμόζονται στις απαιτήσεις κάθε ειδικής περίπτωσης εφαρμογής. Τα στοιχειά αυτά μπορεί να είναι μετρητές ή ανιχνευτές βάθους. Ως μετρητές βάθους χρησιμοποιούνται μικροί μεταλλικοί ή πλαστικοί δείκτες που προσκολλώνται ή εγκαθίσταται κάθετα στην επιφάνεια εκτόξευσης σε κατάλληλα διαστήματα και υφή. Δίνουν ένα εγκατεστημένο οδηγό του πάχους του εκτοξευόμενου σκυροδέματος τοποθετημένοι ακριβώς κάτω από την τελικά διαμορφούμενη επιφάνεια της στρώσης και εγκαταλείπονται μέσα στη στρώση υπό την προϋπόθεση ότι δεν επηρεάζουν αρνητικά τα χαρακτηριστικά της στρώσης. Ανιχνευτές βάθους είναι συνήθως λεπτές ράβδοι ή σιδηρά σύρματα κατάλληλης διαμέτρου τα οποία έχουν σημαδευτεί με ενδείξεις πάχους για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Και χρησιμοποιούνται οπού υπάρχει μεγαλύτερο εύρος ανοχών στις απαιτήσεις της τελικής επιφανείας και είναι αποδεκτή η ύπαρξη αντιστοίχων οπών στη δημιουργουμένη στρώση. Οι ανιχνευτές εισάγονται στο το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μέχρι το υπόβαθρο, καταγράφοντας το βάθος. 14. Όταν σταματά η εκτόξευση ο χειριστής διακόπτει πρώτα την τροφοδοσία του υλικού και όταν πλέον ο αέρας εκτοξεύεται καθαρός διακόπτεται η παροχή νερού και τέλος η παροχή του αέρα. 15. Η περιοχή του μετώπου εργασίας πρέπει να προστατεύεται με κατάλληλα μέσα (όπως πετάσματα) για να εξασφαλιστούν συνθήκες καλής εκτόξευσης (χωρίς επιρροή από τις καιρικές συνθήκες) αλλά και για να προστατευτούν οι γειτονικές περιοχές από τα υλικά αναπήδησης, τη σκόνη και άλλα

209 Εικόνα 3-1: Εκτόξευση σκυροδέματος σε οριζόντια επιφάνεια οροφής. Εικόνα 3-2: Εκτόξευση σκυροδέματος σε κατακόρυφη επιφάνεια. 16. Τυχόν ατέλειες πρέπει να διορθωθούν με επανεκτόξευση, η οποία δεν μπορεί να γίνει σε επιφάνεια μικρότερη του 300x300mm. 17. Διάθεση ανακλώμενου υλικού: Δεν μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί και πρέπει να απομακρύνεται από την περιοχή των εργασιών πριν σκληρυνθεί. 18. Κατά την εκτόξευση, ένα ποσοστό του υλικού που έχει εκτοξευθεί προς την επιφάνεια βάσης δεν προσκολλάται σε αυτή και αναπηδά εκτός της θέσης προσβολής. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ποσότητα αναπήδησης είναι: 103 Πάχος στρώσης Κοκκομετρική κατανομή Κλίση και χειρισμός ακροφυσίου Όγκος και πίεση αέρα 103 Κουτρουβέλη Θεοφανώ, Παύλου Ευαγγελία, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα 15ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών», Πάτρα, Φεβρουάριος

210 Ιδιότητες πρόσφυσης Πρώιμες αντοχές Τύπος ινών (αν χρησιμοποιούνται) Μέθοδος εκτόξευσης Το υλικό της αναπήδησης δεν πρέπει ποτέ και για κανένα λόγο να καλυφθεί με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Θα πρέπει να απομακρύνεται από το έργο και απαγορεύεται να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή συμβατικού ή εκτοξευόμενου σκυροδέματος. 3.4 Διαμόρφωση τελικής επιφανείας του εκτοξευόμενου σκυροδέματος 104 Για την διαμόρφωση της τελικής επιφανείας απομακρύνονται τα σωματίδια που έχουν προσκολληθεί ανεπαρκώς με χρήση μιας μαλακής βούρτσας όταν θα έχει αρχίσει η αρχική σκλήρυνση της ψευδο-πήξης συνήθως μια έως δυο ώρες μετά την εκτόξευση. Απαγορεύεται οποιαδήποτε εργασία που μπορεί να διαταράξει τον ιστό του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, πέρα της ανώτερο, όπως πήχιασμα, αφαίρεση οδηγών, αλφάδιασμα, κλπ για διάστημα 48 ωρών μετά την εκτόξευση. Όταν από την μελέτη προβλέπεται «τελική επίστρωση» για την κάλυψη των κυματισμών ή των κενών της αρχικής επιφανείας που προέκυψε από την εκτόξευση ή για να δοθεί ο εξωτερικός χρωματισμός ή για να καλυφθούν τα ίχνη των ινών στην περίπτωση του ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος, η σύνθεση περιλαμβάνει περισσότερο λεπτόκοκκο υλικό και περισσότερο νερό και προσδιορίζεται από ειδική προς τούτο μελέτη σύνθεσης. Έλλειψη της ειδικής μελέτης ως μέγιστος αποδεκτός κόκκος αδρανών του μίγματος «τελικής επίστρωσης» θα μπορούσε να θεωρηθεί το ½ του πάχους της επίστρωσης και η ποσότητα του νερού ανάμιξης θα μπορούσε να αυξηθεί μέχρι και 50%. Επιφάνεια από "αστραπιαία επίστρωση" Η "αστραπιαία επίστρωση" είναι μία τεχνική διαμόρφωσης τελικής επιφάνειας η οποία δεν διαταράσσει την τελική κύρια στρώση και εφαρμόζεται όταν απαιτείται ένα λεπτότερο τελείωμα. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα θα εφαρμόζεται στις προβλεπόμενες διαστάσεις και γραμμές και μετά την αρχική του πήξη θα καλύπτεται με μία εκτοξευόμενη 104 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ, Υπουργείο Περιβάλλοντος Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων Γενική Γραμματεία Δημοσίων Έργων Γενική Διεύθυνση Ποιότητας Δημοσίων Έργων Διεύθυνση Κεντρικού Εργαστηρίου Δημοσίων Έργων, Σχέδιο Προδιαγραφής για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

211 "αστραπιαία επίστρωση" που θα περιέχει λεπτότερη άμμο και με περισσότερο νερό, σε πάχη μέχρι 6 mm. Καθώς η επίστρωση αυτή θα γεμίσει τους κυματισμούς και τα κενά της αρχικής επιφάνειας που προέκυψε από την εκτόξευση η επιφάνεια μπορεί να αφεθεί όπως προκύπτει από την "αστραπιαία επίστρωση" ή να βουρτσιστεί όπως παραπάνω. Η "αστραπιαία επίστρωση" δεν πρέπει να αντιμετωπιστεί σαν "επίστρωση συντήρησης", αλλά απαιτεί η ίδια την αναγκαία συντήρηση. Ενώ αναμφίβολα συγκρατεί το νερό που απαιτείται για την ενυδάτωση στο σκυρόδεμα που καλύπτει, η ίδια θα χάνει πολύ νερό και αναμένεται μεγάλη παρουσία ρηγματώσεων ειδικά καθώς η επιφάνειά της είναι μεγάλη συγκρινόμενη με τον όγκο της. Οι "αστραπιαίες επιστρώσεις" μπορούν να εφαρμοστούν για την κάλυψη των ινών που προεξέχουν σε εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με ίνες ή να δώσουν τον επιθυμητό χρωματισμό. Επιφάνειες από "επίστρωση αποπεράτωσης" Οι επιστρώσεις αποπεράτωσης είναι όμοιες με αυτές της "αστραπιαίας επίστρωσης", εφαρμόζονται όμως σε πάχη 6 έως 25 mm κυρίως σε στοιχεία μεγάλου πάχους. Επιφάνειες με επεξεργασία Εάν απαιτείται μία λεία επιφάνεια τότε στην τελευταία κύρια στρώση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος μπορεί να υποστεί επεξεργασία ως εξής: Τρίψιμο με μεταλλικό μυστρί με στρογγυλεμένα άκρα. Τρίψιμο με ξύλο. Βούρτσισμα με μεταλλική ή πλαστική βούρτσα. Τρίψιμο με σφουγγάρι. Τρίψιμο με λάστιχο (καουτσούκ). 3.5 Συντήρηση της επιφάνειας μετά το πέρας της εκτόξευσης του σκυροδέματος 105 Η συντήρηση αρχίζει αμέσως μετά την ολοκλήρωση της εκτόξευσης και διαρκεί για χρονικό διάστημα που εξαρτάται από τις συνθήκες περιβάλλοντος και τις ειδικές απαιτήσεις του έργου. Το χρονικό αυτό διάστημα θα καθορίζεται από τη μελέτη και δεν θα είναι μικρότερο από επτά ημέρες. 105 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ, Υπουργείο Περιβάλλοντος Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων Γενική Γραμματεία Δημοσίων Έργων Γενική Διεύθυνση Ποιότητας Δημοσίων Έργων Διεύθυνση Κεντρικού Εργαστηρίου Δημοσίων Έργων, Σχέδιο Προδιαγραφής για το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

212 Όταν δεν αναφέρεται διαφορετικά στη μελέτη το χρονικό διάστημα λαμβάνεται δεκατέσσερις ημέρες. Η απαραίτητη για την συντήρηση υγρασία εξασφαλίζεται : - Με μεθόδους που απαγορεύουν ή επιβραδύνουν την εξάτμιση του νερού του μίγματος όπως ο ψεκασμός με ειδικά υγρά που σχηματίζουν επιφανειακή μεμβράνη, η με επικάλυψη μα λινάτσες, άμμο και αδιάβροχα φύλλα ή ενσωμάτωση στο σκυρόδεμα ειδικών υλικών (στη φάση ανάμιξης ) που δημιουργούν ένα εσωτερικό διάφραγμα κ.λ.π. - Με μεθόδους που αντικαθιστούν το νερό που εξατμίζεται όπως η αδιάβροχη κατάκλιση της περιοχής κλπ. Επιτρέπεται να γίνει φυσική συντήρηση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, χωρίς δηλαδή να γίνουν οι παραπάνω αναφερόμενες ενέργειες συντήρησης όταν η σχετική υγρασία του περιβάλλοντος διατηρείται πάνω από 95% κατά το χρόνο συντήρησης. Η συντήρηση πρέπει να αρχίζει αμέσως μετά την ολοκλήρωση της εκτόξευσης, ώστε να καλύψει τις απαιτήσεις που δημιουργούνται λόγω της γρήγορης εξέλιξης της διαδικασίας ενυδάτωσης, από την χρήση επιταχυντικών προσθετών. Εάν χρησιμοποιείται εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με προσθήκη συμπληρωματικών συνδετικών υλικών όπως πυριτική παιπάλη, ιπτάμενη τέφρα, κλπ. Επειδή τα υλικά αυτά γενικώς έχουν μεγαλύτερη περίοδο ενυδάτωσης από το τσιμέντο Portland, θα λαμβάνεται μεριμνά για την κάλυψη όλης της περιόδου αυτής με διαδικασίες επαρκούς συντήρησης. Η αποκλειστική συντήρηση με χρήση αδιαπέρατων φύλλων επικάλυψης σε επιφάνειες "όπως εκτοξεύτηκαν" ή με "αστραπιαίες επιστρώσεις" δεν συνίσταται, λόγω έλλειψης πλήρους επαφής του φύλλου με την επιφάνεια του σκυροδέματος. Η δημιουργία της μεμβράνης που σχηματίζεται στην επιφάνεια του σκυροδέματος με ψεκασμό, εν γένει δεν επιτρέπεται, εφ όσον προκύπτει να διαστρωθεί άλλη στρώση εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Επιτρέπεται μονό αν από επί τόπου δοκιμές τεκμηριωθεί ότι η παραπάνω διαδικασία δεν μειώνει την συνάφεια μεταξύ των στρώσεων. Εάν για οποιοδήποτε λόγω απαιτηθεί εκτόξευση σκυροδέματος σε επιφάνεια στρώσης που έχει συντηρηθεί με ψεκαζόμενη μεμβράνη τότε αυτή θα απομακρύνεται με χρήση υδροβολής ή αμμοβολής ή με άλλο όμοιο αποτελεσματικό τρόπο. Σε έργα που είναι δύσκολο να επιτευχθεί συνεχής συντήρηση με τις διαδικασίες που αναφερθήκαν προηγουμένως, μπορεί να γίνει αποδεκτή μετά από έγκριση της επίβλεψης, μια επαναλαμβανομένη διαδικασία του ψεκασμού του σκυροδέματος με νερό, τουλάχιστον κάθε δυο ώρες τις πρώτες επτά ημέρες μετά την σκυροδέτηση και κάθε τέσσερις ώρες για τις επόμενες επτά ημέρες καθ όλη την διάρκεια του 24ωρου (ημέρα και

213 νύχτα). Ο ψεκασμός θα αρχίζει αμέσως μετά τις εργασίες εκτόξευσης και θα εκτελείται με προσοχή για αποφυγή καταστροφής της επιφανειακής στρώσης. Σε εργασίες επισκευών, όπου τοποθετείται μία συνήθως λεπτή στρώση εκτοξευόμενου σκυροδέματος πάνω σε υφιστάμενο παλαιό σκυρόδεμα, υπάρχει μία σημαντική απώλεια νερού του εκτοξευόμενου σκυροδέματος προς το παλαιό, με τριχοειδή κυρίως δράση, παρά τον αρχικό εμποτισμό αυτού. Στις περιπτώσεις αυτές η μέθοδος συντήρησης θα προβλέπει απαραίτητα αντικατάσταση του νερού που χάνεται από τη στρώση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος για ελάχιστη περίοδο επτά (7) ημερών. 3.6 Ορθή εκτέλεση εργασιών επισκευής-ενίσχυσης με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, διάφορες περιπτώσεις 106 Μικρά πάχη: Χρησιμοποιούνται κυρίως λεπτά αδρανή α) Κατακόρυφη επιφάνεια (παραδείγματος χάριν, υποστυλώματα, τοιχία): Η εκτόξευση γίνεται κάθετη σ αυτό το στοιχείο και το γέμισμα από κάτω προς τα πάνω, ώστε το ανακλώμενο υλικό να φεύγει εκτός της σκυροδέτησης. Μπορεί να διαστρωθεί σε στρώση μέχρι τη θέση των οπλισμών, και αργότερα να συνεχιστεί μέχρι την τελική στρώση. Σχήμα 3-1: Διάστρωση σε κάθετη επιφάνεια ΟΡΘΗ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΜΕ ΕΠΟΞΕΙΔΙΚΕΣ ΡΗΤΙΝΕΣ ΚΑΙ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ, Ενίσχυση κτιρίων με σύγχρονα υλικά, ΤΕΕ, Αθήνα, 6 Νοεμβρίου,

214 β) Οροφή (εκτόξευση προς τα πάνω): Εκεί υπάρχει πολύ μεγάλο ποσοστό ανάκλασης υλικού. Ρίχνεται στρώση πάχους ικανού να συγκρατεί το βάρος και κατόπιν σε δεύτερη φάση συνεχίζεται. Πάντα γίνεται προσπάθεια η εκτόξευση να γίνεται κάθετη στην επιφάνεια. Σχήμα 3-2: Σχηματική παράσταση διάστρωσης υπό διάφορες γωνίες. 108 Μεγάλα πάχη: Στις περιπτώσεις αυτές δημιουργείται επιφάνεια 45 ο γωνία ως προς την κατακόρυφη και συνεχίζεται από κάτω προς τα πάνω. Οι γωνίες όπου μπορεί να συσσωρευτεί ανακλώμενο υλικό γεμίζονται αρχικά και συνεχίζεται περαιτέρω η σκυροδέτηση. Νέα δοκάρια: Εδώ χρειάζεται προσοχή στον εγκλωβισμό του ανακλώμενου υλικού στα κάτω σίδερα του δοκαριού. Κατά τη σκυροδέτηση πρέπει να καθαρίζεται ο οπλισμός, ώστε τα συσσώματα να πέφτουν εκτός δοκαριού. Επίσης ενδέχεται, αν δεν έχει βλητρωθεί επαρκώς το δοκάρι στην πλάκα, να κάνει βέλος κάμψης την ώρα της σκυροδέτησης και να αποκολληθεί από την πλάκα. Συνιστάται να γίνεται αργά η σκυροδέτηση. Αν υπάρχουν υπόνοιες 107 ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 10ο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΤΟΜΟΣ Ι 108 ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 10 ο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΤΟΜΟΣ Ι

215 αποκόλλησης, ανοίγονται οπές από το πάνω μέρος της πλάκας και εισάγονται ειδικά τσιμεντοειδή σταθερού όγκου για το γέμισμα των κενών. Παρατίθενται σχέδια των παραπάνω εργασιών. Σχήμα 3-3: Αριστερά: Σκυροδέτηση σε μεγάλο πάχος, Δεξιά: Σκυροδέτηση σε μικρό πάχος

216 Σχήμα 3-4: Πάνω: Σκυροδέτηση οροφής σε μεγάλο πάχος, Κάτω: Σκυροδέτηση σε μικρό πάχος οροφής

217 Σχήμα 3-5: Πάνω: ορθός τρόπος εκτόξευσης, Κάτω: Λανθασμένος τρόπος εκτόξευσης. 3.7 Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και η χρήση του. Οι εφαρμογές του εκτοξευόμενου σκυροδέματος δεν περιορίζονται μόνο στην υποστήριξη των σηράγγων αλλά και σε πλήθος άλλων τομέων του κατασκευαστικού κλάδου, όπως φαίνεται παρακάτω: Στοιχειώδης ή συμπληρωματική, μόνιμη ή προσωρινή υποστήριξη τελική επένδυση σηράγγων. Σταθεροποίηση, επένδυση πρανών. Μεταλλεία, κυρίως για έργα ανάπτυξης. Στοές διερεύνησης, αποστράγγισης και αποχέτευσης. Επενδύσεις υδραυλικών έργων και πισίνες

218 Υποστήριξη θεμελιώσεων. Πάσσαλοι θεμελιώσεως. Κατασκευή αρχιτεκτονικών πετασμάτων, ηχοπετασμάτων, αναπλάσεις κοινόχρηστων χώρων, κατασκευή κατοικιών. Υποδομή σιδηροδρόμων, οδικών δικτύων, οδοστρωσία, αεροδιάδρομοι. Κατασκευή υλικών ανθεκτικών σε δυναμικές φορτίσεις και ανατινάξεις. Προκατασκευασμένα στοιχεία σκυροδέματος. Βιομηχανικά, λιμενικά δάπεδα, φράγματα, κανάλια. Υδροηλεκτρικά έργα, πυρηνικοί αντιδραστήρες, φούρνοι καύσης (θερμομονωτική επένδυση). Εγκαταστάσεις αποθήκευσης απορριμμάτων Επιπλέον, ευρέως χρησιμοποιείται και σε επισκευές έργων από σκυρόδεμα ή ακόμη και μεταλλικές κατασκευές, όπως: Υποστήριξη σηράγγων (βλάβες από σεισμό, πυρκαγιά). Γέφυρες. Κτήρια. Τοιχία αντιστήριξης. Δεξαμενές νερού. Αρδευτικά έργα. Προβλήτες, κυματοθραύστες, διαφράγματα, φάροι. Βιομηχανικές εγκαταστάσεις χημικής επεξεργασίας. Η παρούσα μελέτη εστιάζει περισσότερο στα υπόγεια έργα καθώς υπάρχει πολύ μεγαλύτερη βιβλιογραφία και περισσότερα παραδείγματα εφαρμογών Υπόγεια έργα 109 Χάρη στις βελτιώσεις που έγιναν τα τελευταία χρόνια στο τρόπο παραγωγής και στα υλικά του ινοπλισμένου εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, αυτό τείνει να υποσκελίσει το δια πλεγμάτων οπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα στην κατασκευή επενδύσεων υπογείων έργων. Η υπεροχή του συνίσταται στην ταχύτητα της επεμβάσεως, αλλά και στην τελική μείωση του κόστους της. Επίσης επεκτείνεται και στις μηχανικές ιδιότητες όπως η αντοχή σε 109 ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 10 ο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΤΟΜΟΣ Ι

219 τέμνουσα και η πλαστιμότητα. Η όλη αξιολόγηση της νέας αυτής τεχνολογίας ολοκληρώνεται και επιβεβαιώνεται με τον έλεγχο στο εργαστήριο καταλλήλων δοκιμίων μεγάλης κλίμακας. Δοκιμές μεγάλης κλίμακος Για τον υπολογισμό των επενδύσεων των υπογείων έργων ισχύουν ως γνωστόν, ανάλογα με την κατάσταση του γύρω βράχου, οι θεωρίες της αψιδώσεως (arch theory) και του falling block. Με την πρώτη συνδέονται και κατά μια διεύθυνση καμπτόμενης πλάκας, με τη δεύτερη θεωρία συνδέεται η υποκατάστατη δοκός του. Σχήμα 3-6: Τύποι αστοχίας που συνδέονται με το φαινόμενο FALLING BLOCK. Διάγραμμα 3-1: Αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών της συμπεριφοράς των δύο τύπων οπλίσεως έναντι του φαινόμενου FALLING BLOCK

220 Σχήμα 3-7: Εργαστηριακές δοκιμές μεγάλης κλίμακας, που συνδέονται με τη θεωρία αψιδώσεως

221 Σχήμα 3-8: Εργαστηριακή δοκιμή μεγάλης κλίμακας, που συνδέεται με το φαινόμενο FALLING BLOCK. Ταξινομήσεις βραχόμαζας - Κατά Bieniawski, Στον πίνακα 3-1 ο Bieniawski συσχετίζει την κατηγορία της βραχόμαζας που έχει προκύψει από την ταξινόμηση του, με τα μέτρα υποστήριξης για σήραγγα μικρού βάθους και διαμέτρου 5-12m που διανοίγεται με συμβατικές μεθόδους και με πεταλοειδής διατομή

222 Πίνακας 3-1: Οδηγός για την επιλογή προσωρινής υποστήριξης σε σήραγγα κατά Bieniawski, Κατά BARTON, LIEN & LUNDE (Σύστημα Q) Στον πίνακα 3-2 δίνονται τα μέτρα υποστηρίξεως για βραχόμαζες στην ενδεικτική περιοχή της Μέτριας - Πτωχής ποιότητας

223 Πίνακας 3-2: Μέτρα υποστηρίξεως για βραχόμαζες Μέτριας - Πτωχής ποιότητας. Όπου De το άνοιγμα σ m της σήραγγας, Sb σημειακές κοχλιώσεις, B συστηματικές κοχλιώσεις, (utg) χωρις ένταση, (tg) με ένεμα, S εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, (mr) ενίσχυση με πλέγμα, clm αλυσιδωτό πλέγμα, CCA τόξο από έγχυτο οπλισμό, (Sr) ενίσχυση με πλέγμα, ενώ τα λατινικά σύμβολα επεξηγούνται στον παρακάτω πίνακα

224 Παρατηρήσεις Επεξηγήσεις λατινικών χαρακτήρων I Για έντονες εκτινάξεις πετρωμάτων χρησιμοποιούνται κοχλιώσεις με προένταση και διευρυμένες φέρουσες πλάκες σε αποστάσεις 1m περίπου. II Χρησιμοποίηση διαφορετικού μήκους κοχλιών (3,5,7m) III Χρησιμοποίηση διαφορετικού μήκους κοχλιών (2,3,4m) IV Αγκύρια με προένταση (καλώδια) ως συμπλήρωση της κοχλίωσης. Απόσταση αραίωσης 2-4mm. V Όπως η ΙΙ (πχ. 6,8,10m) VI Όπως η IV με αποστάσεις 4-6m. VII Μόνιμη υποστήριξη με σημειακές κοχλιώσεις και περιοχές αλυσιδωτού πλέγματος και τόξου ελεύθερου ανοίγματος από σκυρόδεμα (25-40cm) VIII Διαμόρφωση χώρου εκτόνωσης πίσω από την υποστήριξη. Εφαρμόζεται σε περιπτώσεις διογκούμενων σχηματισμών σε συνδυασμό με την αποστράγγιση. IX Περιπτώσεις που δεν αφορούν συμπιεστά ή διογκούμενα πετρώματα. X Συμπιεστά πετρώματα. Χρησιμοποίηση βαριάς και άκαμπτης υποστήριξης. XI Η υποστήριξη με κοχλιώσεις και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα εφαρμόζεται όταν (RQD/Jn)>1.5. Σε αντίθετη περίπτωση η υποστήριξη αποτελείται από περισσότερες εφαρμογές εκτοξευόμενου σκυροδέματος (συστηματική κοχλίωση με προένταση ένεμα πριν την προένταση και ήλωση). XII XIII Χρησιμοποίηση της μεθόδου υποστήριξης multiple drift. Σήραγγες Οι σήραγγες είναι μια οριζόντια ή περίπου οριζόντια εκσκαφή μέσα στο έδαφος, ενώ όταν η εκσκαφή γίνεται κατακόρυφα τότε ονομάζεται φρέαρ. Η διατομή μιας σήραγγας αποτελείται κυρίως από τα ακόλουθα μέρη

225 Σχήμα 3-9: Τυπική διατομή σήραγγας. Η διάνοιξη σηράγγων μέσα σε άρρηκτο βράχο γίνεται συνήθως χωρίς υποστήριξη. Αντιθέτως όταν η διάνοιξη γίνεται μέσα σε βραχόμαζα τότε γίνεται χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος, αγκυρίων βράχου οροφής, μεταλλικών πλαισίων ή και συνδυασμός. Η χρήση ικανής υποστήριξης, τόσο σε άμεση εφαρμογή αμέσως μετά τη διατήρηση που ονομάζεται προσωρινή υποστήριξη, όσο και με την εφαρμογή της τελικής υποστήριξης που καλείται τελική επένδυση γύρω από το άνοιγμα μειώνει και τελικά ελαχιστοποιεί τις αναμενόμενες μετακινήσεις. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατό η εκσκαφή να παραμένει ανυποστήρικτη για ορισμένο χρονικό διάστημα. Τρόποι διάνοιξης σηράγγων Αυστριακή μέθοδος διάνοιξης σηράγγων Διατρήματα εκρηκτικά Συρμοί ολομέτωπης κοπής (ΤΒΜ) με ή χωρίς ασπίδα Μηχανήματα σημειακής κοπής (Roadheater) Εκσκαφής και επανεπίχωσης (cut and cover) Η νέα Αυστριακή μέθοδος διάνοιξης σηράγγων Η βασική αρχή της μεθόδου είναι η μετατροπή της βραχόμαζας που περικλείει το υπόγειό άνοιγμα από σύστημα επιβολής φορτίου στην τελική υποστήριξη σε σύστημα μεταφοράς φορτίου μαζί με την τελική υποστήριξη. Η μέθοδος θεωρεί ότι ο περιβάλλον γεωλογικός σχηματισμός μεταφέρει φορτία, όπως άλλωστε και η υποστήριξη κατά τη διάνοιξη της σήραγγας, ενώ οι άλλες μέθοδοι θεωρούν ότι η βραχόμαζα μεταφέρει όλα της τα φορτία στην υποστήριξη

226 Κατά την εφαρμογή της γίνεται χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος για τη σταθεροποίηση των παρειών και της οροφής, αμέσως μετά τη διάνοιξη του υπόγειο ανοίγματος σε συνδυασμό με την τοποθέτηση πλέγματος, κοχλιών ή και μεταλλικών πλαισίων. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται τόσο η υποστήριξη της βραχόμαζας και ταυτόχρονα επιτρέπονται και μικρές παραμορφώσεις (μετακινήσεις) στην περιβάλλουσα βραχόμαζα. Η πρώτη εφαρμογή της μεθόδου έγινε από τον καθηγητή RABCEWICZ όπου χρησιμοποίησε για την υποστήριξη σήραγγας κελύφους μικρού πάχους από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Οι παρατηρήσεις που ακολούθησαν έδειξαν ότι κάτω από υψηλές πλευρικές τάσεις το κέλυφος από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα δεν αστόχησε λόγω καμπτικών παραμορφώσεων, αλλά λόγω υπέρβασης της διατμητικής αντοχής της βραχόμαζας. Σχήμα 3-10: Σύγκριση της παραδοσιακής και της Αυστριακής μεθόδου διάνοιξης σηράγγων. Η Νέα Αυστριακή μέθοδος προβλέπει δύο διαφορετικές επενδύσεις: Η πρώτη (εξωτερική επένδυση) Η τελική (εσωτερική επένδυση) Η πρώτη επένδυση, που δημιουργείται με χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος, αγκύρια βράχου και άλλα συμπληρωματικά έργα υποστήριξης, τοποθετείται αμέσως μετά την εκσκαφή και αποτελεί τμήμα της τελικής επένδυσης. Η τελική οπού επίσης χρησιμοποιείται εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αυξάνει το συντελεστή ασφαλείας και δημιουργεί στην εσωτερική όψη της σήραγγας λεία επιφάνεια, ενώ τοποθετείται αφού η βραχόμαζα έχει ισορροπήσει λόγω εκσκαφής. Η συμπεριφορά της εξωτερικής επένδυσης (συγκλίσεις) ελέγχεται συνεχώς με τοπογραφικές μετρήσεις, μέσω εγκατεστημένων οργάνων, των παραμορφώσεων και είναι

227 απαραίτητο να γίνει προκειμένου να αποφασισθούν, αν χρειαστεί, επιπρόσθετα μέτρα στην τελική υποστήριξη. Η δημιουργία μιας σύνθετης ενιαίας κατασκευής αποτελούμενης από βραχόμαζα και επένδυση είναι το πιο σημαντικό στοιχείο που επιτυγχάνεται με τη χρήση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Σε βαθιές σήραγγες (με μεγάλο πάχος υπερκείμενων), όπου η αστοχία οφείλεται σε υπέρβαση της διατμητικής αντοχής της βραχόμαζας, έχει αποδειχτεί ότι το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αυξάνει τη διατμητική αντοχή. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αμέσως μετά την τοποθέτησή του παρουσιάζει ερπυστικές παραμορφώσεις και έχει συμπεριφορά ελαστοπλαστικού υλικού. Οι παραμορφώσει στη διατομή του ανοίγματος μειώνονται δραστικά σε απόσταση μιας διαμέτρου πίσω από το μέτωπο της σήραγγας γιατί εκεί το σκυρόδεμα συνεχίζει να αναπτύσσει ερπυστικά φαινόμενα. Είναι σημαντικό κατά τη διάνοιξη της σήραγγας να υπάρχουν επαρκή μέτρα υποστήριξης του μετώπου. Αυτά είναι τα τοξωτά χαλύβδινα πλαίσια, που συνήθως παρέχουν την απαραίτητη προσωρινή υποστήριξη μέχρι να τοποθετηθεί και να αρχίσει να λειτουργεί το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Επιπροσθέτως είναι δυνατό να χρησιμοποιούνται και μεταλλικά καρφιά, ενώ και η χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε συνδυασμό με πλέγμα από χάλυβα είναι πολλές φορές επιθυμητή. Σχήμα 3-11: Βελτίωση ευστάθειας μετώπου σήραγγας. Η διάνοιξη σηράγγων σε ασθενείς γεωλογικά βραχόμαζες είναι μεγάλη πρόκληση για έναν μηχανικό καθώς θα πρέπει να γίνει ακριβής σχεδιασμός των μέτρων υποστήριξης. Στον

228 επόμενο πίνακα παρουσιάζεται η παραμόρφωση της βραχόμαζας γύρω από μια σήραγγα και τα σχεδιαζόμενα μέτρα αντιμετωπίζουν αυτήν. Παραμόρφωση ε(%) Γεωτεχνικά στοιχεία Τύποι υποστήριξης A Λιγότερο από 1% B 1% έως 2.5% C 2.5% έως 5% D 5% έως 10% E Περισσότερο από 10% Λίγα προβλήματα αστάθειας. Τα συνιστώμενα μέτρα υποστήριξης που βασίζονται σε συστήματα παρέχουν αποτελέσματα. ταξινόμησης ικανοποιητικά Μέθοδοι σύγκλισης αποτόνωσης χρησιμοποιούνται τόσο για την πρόβλεψη του σχηματισμού πλαστικής ζώνης στην περιβάλλουσα της σήραγγας βραχόμαζα όσο και για την αλληλεπίδραση μεταξύ της προοδευτικής ανάπτυξης της ζώνης αυτής και των διαφόρων τύπων υποστήριξης Χρησιμοποιείται δισδιάστατη ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων όπου έχουν ενσωματωθεί στοιχεία υποστήριξης και φάσεις εκσκαφής. Η αστάθεια μετώπου δεν είναι τόσο μεγάλο πρόβλημα. Ο σχεδιασμός της σήραγγας ελέγχεται από την αστάθεια του μετώπου και ενώ χρησιμοποιείται δισδιάστατη ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων, απαιτείται εκτίμηση της δράσης των δοκών προπορείας και της ενίσχυσης του μετώπου. Σοβαρά προβλήματα ευστάθειας μετώπου όπως επίσης και συγκλίσεις στη σήραγγα δημιουργούν ένα ιδιαίτερα δύσκολο πρόβλημα για το οποίο δεν είναι ακόμα διαθέσιμες αποτελεσματικές μέθοδοι σχεδιασμού. Άγκυρα βράχου και χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Μικρά προβλήματα συγκλίσεων που αντιμετωπίζονται με αγκύρια και εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ενώ μερικές φορές προστίθενται ελαφρά μεταλλικά πλαίσια ή δικτυωτά πλαίσια. Σοβαρά προβλήματα συγκλίσεων που απαιτούν γρήγορη τοποθέτηση υποστήριξης καθώς και επιμελημένη εκτέλεση των εργασιών. Γενικώς απαιτείται η τοποθέτηση βαριών μεταλλικών πλαισίων μέσα στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Πολύ σοβαρές συγκλίσεις και προβλήματα ευστάθειας μετώπου. Συνήθως είναι απαραίτητη η χρήση δοκών προπορείας, ενίσχυση του μετώπου και μεταλλικών πλαισίων ενσωματωμένων στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Εξαιρετικά προβλήματα συγκλίσεων. συνήθως εφαρμόζονται δοκοί προπορείας και ενίσχυση μετώπου. Ολισθαίνοντα πλαίσια μπορεί να απαιτηθούν σε εξαιρετικές καταστάσεις

229 Η υποστήριξη με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα είναι μια από τις πιο βασικές μορφές υποστήριξης πλέον στην διάνοιξη των σηράγγων. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται με πλέγμα για οπλισμό και σε συνδυασμό με αγκύρια ή και πλαίσια. Το βασικό του πλεονέκτημα έναντι του εκτοξευόμενου σκυροδέματος με συμβατικό οπλισμό είναι ότι μειώνεται ο συνολικός χρόνος για την εκτέλεση της εργασίας συνδυάζοντας μεγαλύτερα επίπεδα ασφάλειας για το προσωπικό. Εικόνα 3-3: Προσωρινή υποστήριξη σήραγγας με ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. 110 Στις κατασκευές μονού κελύφους η προσωρινή υποστήριξη αποτελεί μέρος της τελικής επένδυσης. Συνήθως αποτελείται από πολλές στρώσεις σκυροδέματος καθότι αυτό δε μπορεί να διαστρωθεί με μία φορά σε ικανό για τελική επένδυση πάχος. Οι διαδοχικές στρώσεις δε διαχωρίζονται από παρεμβύσματα ή μεμβράνη κι έτσι αποτελεί ένα σύνθετο ενιαίο υλικό που αντιδρά ομοιόμορφα στις φορτίσεις που δέχεται. Βέβαια, η κατασκευή της προσωρινής, ή ακόμη και της τελικής επένδυσης μιας σήραγγας, δεν είναι η μοναδική εφαρμογή του εκτοξευόμενου ινοπλισμένου σκυροδέματος. Συχνή χρήση γίνεται και για την επισκευή επενδύσεων παλαιών σηράγγων, που μπορεί να είναι και λιθόκτιστες. Παράδειγμα εφαρμογής είναι η σήραγγα Baker στο Tennessee των ΗΠΑ που αποκαταστάθηκε με χρήση ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Πρόκειται για μια σιδηροδρομική σήραγγα ηλικίας 80 ετών περίπου. Το σκυρόδεμα εκτοξεύθηκε της παρειές και στη στέψη για την αποφυγή καταπτώσεων. Η ποσότητα των χαλύβδινων ινών που προστέθηκαν στο μίγμα ήταν της τάξης των 50kg/m Tunnelling journal, September 2011, The international journal for the tunneling industry

230 Τέλος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στη διάνοιξη σηράγγων με τη μέθοδο της περιφερειακής πρότμησης (premill ή pre-cutting). Το πέτρωμα κόβεται περιφερειακά της διατομής της σήραγγας και μπροστά από το μέτωπο με διάταξη παρόμοια της συρματοκοπής. Στη συνέχεια το κενό που δημιουργείται γεμίζει με ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και έτσι έχει δημιουργηθεί η επένδυση της σήραγγας πριν γίνει ακόμη η εκσκαφή. Εικόνα 3-4: Σιδηρόδρομος υψηλής ταχύτητας Valdarno Arrezzo (Ιταλία) Υπόγειοι θάλαμοι Σήμερα οι υπόγειοι θάλαμοι χρησιμοποιούνται για πολλούς σκοπούς, όπως αθλητικές εγκαταστάσεις, αποθηκευτικοί χώροι, ενεργειακοί σταθμοί αλλά και σαν εγκαταστάσεις αποθήκευσης αποβλήτων. Το ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αποτελεί ένα πολύ ικανό μέτρο υποστήριξης χάριν στα υψηλά επίπεδα παραμένουσας αντοχής που παρουσιάζει, δηλαδή της αντοχής του μετά την θραύση του πλέγματος του τσιμέντου. Εκτός όμως από τους υπόγειους θαλάμους, που διανοίγονται τεχνητά, το ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται και για την υποστήριξη φυσικών σπηλαίων. Η εκμετάλλευσή τους ξεκίνησε από τη Σκανδιναβία και πλέον είναι παγκοσμίως διαδεδομένη. Μεταλλευτικά έργα 111 Η διαφορά των μεταλλευτικών έργων από τα υπόλοιπα έργα πολιτικού μηχανικού, ως προς τον τομέα της υποστήριξης των υπόγειων ανοιγμάτων, έχει να κάνει με το γεγονός 111 Vandewalle M., Tunnelling The World, Bekaert S.A., Belgium,

231 ότι τα πρώτα πρέπει να αντέξουν σε μεγάλα επίπεδα συγκλίσεων που προκαλούνται από την αύξηση του τασικού πεδίου που ασκείται λόγω της προχώρησης της εκμετάλλευσης. Το ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται στα μόνιμα έργα του μεταλλείου (φρέατα, κεκλιμένα ). Προσφέρει υψηλά επίπεδα παραμορφωσιμότητας στην επένδυση, δηλαδή παραλαμβάνει φορτίσεις λόγω των συγκλίσεων, χωρίς όμως να τις περιορίζει υπερβολικά. Έτσι λόγω της ανακατανομής των τάσεων αυξάνει και την φέρουσα ικανότητά του διαμορφώνοντας τελικά ένα περιβάλλον εργασίας ασφαλέστερο για το προσωπικό. Πολύ σημαντικό επίσης στοιχείο είναι ότι με τη μέθοδο αυτή καταργείται η ανάγκη για τοποθέτηση πλέγματος στις παρειές της σήραγγας. Αποτέλεσμα είναι η εξοικονόμηση νεκρού χρόνου, δηλαδή χρόνου κατά τον οποίο οι εκτελούμενες εργασίες δε συμβάλουν στην προχώρηση της σήραγγας, γεγονός πολύ ευνοϊκό για το κόστος της εκμετάλλευσης. Τα μίγματα που συνήθως χρησιμοποιούνται είναι τα ξηρά διότι η τεχνολογία μίξης και εκτόξευσής τους απαιτεί σαφώς λιγότερο χώρο σε σχέση με τα υγρά. Έτσι, δεδομένου ότι ο διαθέσιμος χώρος είναι περιορισμένος στα υπόγεια, η ξηρή μίξη διευκολύνει την ροή εργασιών. Επιπλέον, η απαίτηση για σκυρόδεμα δεν είναι συνεχής ενώ συνήθως είναι και περιορισμένη, συνεπώς η υγρή μίξη δεν είναι κατάλληλη για μια τέτοια εφαρμογή. Παράδειγμα αποτελεί το μεταλλείο Premier ine, στην Νότια Αφρική. Σε βάθος 600 m, το υπόγειο άνοιγμα έχει πλάτος 4 m και ύψος 4,2 m. Το απαιτούμενο πάχος του κελύφους είναι από 5 έως 20 m, ανάλογα με τη θέση. Σε αυτήν την περίπτωση, το ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αποτέλεσε μια πολύ καλή εναλλακτική λύση. Η μίξη που χρησιμοποιήθηκε ήταν η ξηρή και η εκτόξευση έγινε με πίεση 3 έως 5,5 ar. Η αντοχή μονοαξονικής θλίψης ήταν μεταξύ 25 και 35 Pa έπειτα από 28 μέρες Έργα στην επιφάνεια Πρανή Εδαφικά και βραχώδη πρανή μπορούν να σταθεροποιηθούν με τη χρήση ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος με ικανοποιητικά αποτελέσματα αλλά και με μειωμένο συγκριτικό κόστος σε σχέση με το συνδυασμό πλέγματος-εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Αυτό οφείλεται στο ότι μειώνονται οι απαιτούμενες εργασίες και η ποσότητα του σκυροδέματος που χρησιμοποιείται. Οι αρχές που βασίζεται η χρήση του εκτοξευόμενου σκυροδέματος στα πρανή δε διαφέρουν σημαντικά σε σχέση με τη χρήση στα υπόγεια. Αναλυτικά αυτά που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό είναι: Ύψος και κλίση πρανούς

232 Τραχύτητα της επιφάνειας του πρανούς. Υδροφορία πρανούς. Πιθανή χρήση αγκυρίων. Εκτιμώμενες γεωπιέσεις και πιθανή δημιουργία φαινομένου τοξωτής λειτουργίας Επιρροή κλιματολογικών συνθηκών όπως ηλιακή ακτινοβολία, υγρασία, πάγος. Αυτές είναι ικανές να προκαλέσουν ακόμη και θραύση του σκυροδέματος. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ειδικά μίγματα. Εικόνα 3-5: Τομή επένδυσης εκτοξευόμενου σκυροδέματος, αριστερά με πλέγμα και δεξιά με ίνες. Σε κάθε πρανές πρέπει να είναι γνωστές οι συνθήκες φόρτισης που επικρατούν. Αυτές είναι που καθορίζουν το είδος της ίνας που πρέπει να χρησιμοποιηθεί και τη βέλτιστη ποσότητά τους στο μίγμα. Πλέον είναι κοινή πρακτική η χρήση πυριτιακής παιπάλης, είτε στα υγρά είτε στα ξηρά μίγματα εκτοξευόμενου σκυροδέματος, όταν αυτό πρόκειται να διαστρωθεί σε σκληρή επιφάνεια. Ο λόγος χρήσης της είναι ότι αυξάνει τη συνοχή μεταξύ σκυροδέματος και πετρώματος κι έτσι υπάρχει μια πολύ καλύτερη συνάφεια μεταξύ τους, ακόμη κι όταν έχουμε επιφάνειες με μεγάλη κλίση. Το ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα έχει παγκοσμίως πολλές πετυχημένες εφαρμογές. Παράδειγμα αποτελεί η σταθεροποίηση δύο πρανών ύψους 60 και 57 μέτρων αντίστοιχα στο New Jersey των ΗΠΑ όπου χρησιμοποιήθηκαν 180 m3 ινοσκυροδέματος σε βραχώδεις έντονα διακλασμένους σχηματισμούς. Έργα αντιστήριξης Χαράλαμπος Ζερβογιάννης Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, EΡΓA ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΗΣ

233 Η αστική ανάπτυξη συχνά επιβάλει την εκσκαφή μεγάλων περιοχών και την δημιουργία κατακόρυφων πρανών. Αυτά για να αντιστηριχτούν και να περιοριστούν στο ελάχιστο οι καθιζήσεις και οι βλάβες στις γειτονικές κατασκευές, απαιτούνται κατάλληλοι τοίχοι. Η συνδυασμένη χρήση αγκυρίων και εκτοξευόμενου σκυροδέματος παρέχει αξιόπιστα αποτελέσματα ακόμη και για υψηλούς τοίχους δίνοντας τη δυνατότητα στην εκσκαφή να φθάσει σε μεγάλο βάθος Τοίχος «Βερολίνου» ή «Berliner Wall» Εφαρμόζεται κυρίως σε συνεκτικά εδάφη, βραχώδη ή ημιβραχώδη, (όπως ο Αθηναϊκός Σχιστόλιθος) ή γενικά σε σταθερά εδάφη που δεν υπάρχει σημαντική υδροφορία. Το σύστημα αντιστήριξης αποτελείται από: 1. Τα κατακόρυφα στοιχεία (μεταλλικοί πάσσαλοι ή πάσσαλοι από οπλισμένο σκυρόδεμα), που τοποθετούνται σε απόσταση περίπου 1,5 έως 2,5 μέτρων μεταξύ των 2. Το σύστημα ανάληψης των οριζόντιων φορτίων αποτελούμενο από προεντεταμένες αγκυρώσεις ή οριζόντιες αντηρίδες. 3. Το σανίδωμα («πέτσωμα») μεταξύ των κατακόρυφων πασσάλων που κατασκευάζεται σε φάσεις κατά τη πορεία των εκσκαφών και αποτελείται κυρίως από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, (gunite) ή μερικές φορές από ξύλινες δοκούς. Παρακάτω δίνονται κάποια στάδια των εργασιών μέσα από εικόνες και σχήματα. Σχήμα 3-12: Τυπική διάταξη συστήματος αντιστήριξης με φρεατοπασσάλους οπλισμένου σκυροδέματος

234 Σχήμα 3-13: Gunite με εσοχή. Το υποστύλωμα τοποθετείται ανάμεσα από τους κατακόρυφους πασσάλους στην επαφή με τα όμορα κτήρια. Σχήμα 3-14: Σταδιακή εκσκαφή και κατασκευή των προεντεταμένων αγκυρώσεων

235 Εικόνα 3-6: Τοποθέτηση οπλισμού (πλέγματα) και διάστρωση εκτοξευόμενου σκυροδέματος (Gunite), ανάμεσα από τουςμεταλλικούς πασσάλους Αποκατάσταση κατασκευών Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα έχει χρησιμοποιηθεί με μεγάλη επιτυχία και στην επισκευή σηράγγων, κτηρίων και λοιπών κατασκευών. Μεγάλο ενδιαφέρον για την Ελλάδα έχουν οι εφαρμογές που έχουν να κάνουν με την επισκευή κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος λόγω σεισμών ή ακόμη και η αντισεισμική θωράκισή τους με μανδύες ινοπλισμένου σκυροδέματος υπερυψηλής αντοχής. Είναι τουλάχιστον εξίσου αποτελεσματικο με τους συμβατικούς μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα και αρκετά αποτελεσματικότερο από τους μανδύες από σύνθετα υλικά FRPs όταν χρησιμοποιούνται για την αντισεισμική ενίσχυση δομικών στοιχείων κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα Κατσικογιάννη Π., ΕΜΠ, Ινοπλισμένο Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, Εφαρμογές στην Ελλάδα,

236 114, Κριτήρια αποδοχής περατωμένης εργασίας Μια εργασία εκτόξευσης σκυροδέματος για να γίνει αποδεκτή πρέπει να συνοδεύεται από συχνή λήψη δοκιμίων. Τα δοκίμια αυτά υποβάλλονται στις απαραίτητες δοκιμές ώστε να προσδιοριστούν οι ιδιότητες του μείγματος και κατά πόσο αυτές είναι αποδεκτές. Στην περίπτωση που κάποιο από τα υλικά του μείγματος πρέπει να αλλάξει κατά την διάρκεια της εργασίας πρέπει να ληφθούν και καινούρια δείγματα. Μερικές από τις ιδιότητες που πρέπει να ελεγχθούν είναι: 1) Νωπό σκυρόδεμα: - Απαίτηση ύδατος, εργασιμότητα - Κάθιση, πυκνότητα 2) Σκυρόδεμα μετά τη σκλήρυνση: - Διαβάθμιση των αδρανών - Ποσότητα και συμβατότητα επιταχυντών με τον τύπο τσιμέντου - Θλιπτική αντοχή και πυκνότητα στις 7 και 28 ημέρες - Καμπτικη αντοχή - Περιεκτικότητα σε ίνες - Διαπερατότητα Η παραγωγή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος πρέπει να υπόκεινται στις διαδικασίες ποιοτικού ελέγχου. Σύμφωνα με τον EFNARC υπάρχουν 3 επίπεδα ελέγχου τα οποία εξαρτώνται από την πολυπλοκότητα της εργασίας: 1. Δευτερεύων έλεγχος (minor) 2. Κανονικός έλεγχος (normal) 3. Εκτεταμένος έλεγχος (extended) Η επιλογή της κατηγορίας ελέγχου είναι ευθύνη του μηχανικού όπως και η συχνότητα των δοκιμών. Ο ακόλουθος πίνακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως οδηγός. 114 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος Κουτρουβέλη Θεοφανώ, Παύλου Ευαγγελία, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα 15ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών», Πάτρα, Φεβρουάριος

237 Type of control Minor Normal Extended m 2 between tests m 2 between tests m 2 between tests Compressive strength Flexural strength Residual strength value Energy absorption Bond Fibre content Thickness Οι δοκιμές που πρέπει πραγματοποιηθούν καθώς και οι μέθοδοι εκτέλεσής τους δίνονται στον ακόλουθο πίνακα. Ειδικότερα για εργασίες επισκευής-ενίσχυσης συνιστάται να απαιτείται η επίτευξη της επιθυμητής θλιπτικής αντοχής. Test EFNARC test method Compressive strength EFNARC Specification 10.2 Flexural strength EFNARC Specification 10.3 Residual strength value EFNARC Specification 10.3 Bond strength EFNARC Specification 10.6 Durability/permeability EFNARC Guidelines to the Specification 10.7 Setting time EFNARC Specification Appendix 1: 6.3 Fibre content EFNARC Guidelines to the Specification

238 Εικόνα 3-7: Έλεγχος κάθισης στο εργοτάξιο. 116 Οι Εργαστηριακοί έλεγχοι περιλαμβάνουν 2 κατηγορίες δοκιμών: α) Η κατηγορία δοκιμών Ε1 αφορά τον έλεγχο ικανοποίησης των κριτηρίων συμμόρφωσης για την προβλεπόμενη χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας, της αντοχής σε κάμψη, της δυσθραυστότητας και ιδιοτήτων όπως η πυκνότητα, η αντίσταση σε παγετό και η διαπερατότητα. β) Η κατηγορία δοκιμών Ε2 αποσκοπεί στην εκτίμηση της θλιπτικής αντοχής του εκτοξευόμενου σκυροδέματος έτσι όπως διαστρώθηκε και συντηρήθηκε στις πραγματικές

239 συνθήκες του έργου, καθώς και στον έλεγχο εξασφάλισης επαρκούς συνάφειας μεταξύ του εκτοξευόμενου σκυροδέματος και της βάσης. Εκτός από τους παραπάνω 3 ελέγχους υπάρχουν και οι παρακάτω: Οπτικός έλεγχος: Γίνεται επί τόπου στο έργο και αφορά τον εντοπισμό κακοτεχνιών πριν, μετά και κατά την διάρκεια εκτόξευσης κάθε στρώσης σκυροδέματος. Γεωμετρικός έλεγχος: Γίνεται επί τόπου στο έργο και αφορά τον εντοπισμό αποκλίσεων από την προβλεπόμενη στη μελέτη γεωμετρία των κατασκευαζόμενων στοιχείων. Χρησιμοποιούνται οι κλασικές μέθοδοι γεωμετρικής αποτύπωσης στοιχείων. Μηχανικός (κρουστικός) έλεγχος: Γίνεται επί τόπου στο έργο και αφορά την στερεότητα και συνοχή της επέμβασης. Γίνεται με ελαφρές κρούσεις με σφυρί βάρους 1 kg. Ελέγχεται η δημιουργία ρωγμών στην διεπιφάνεια επεμβάσεως καθώς και ο ήχος των κρούσεων. Δεν είναι λίγες οι φορές που μέσω των παραπάνω ελέγχων παρατηρούνται διάφορες κακοτεχνίες. Ενδεικτικά αναφέρονται: -Εγκλωβισμός ανακλώμενου υλικού -Συσσώρευση υπερψεκαζόμενου υλικού -Δημιουργία κενών -Ανεπαρκής επικάλυψη των ράβδων οπλισμού -Δημιουργία αδύναμων περιοχών λόγω απόμιξης του σκυροδέματος 3.9 Απαιτήσεις προσωπικού και εξοπλισμού 117 Το τεχνικό προσωπικό που θα ασχοληθεί με την εφαρμογή της μεθόδου πρέπει να έχει αποδεδειγμένη εμπειρία, σε έργα επισκευών και ενισχύσεων που περιλαμβάνουν εργασίες με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Πριν την έναρξη των εργασιών, το συνεργείο που θα ασχοληθεί με αυτές τις επεμβάσεις αυτού του είδους, είναι σκόπιμο να εκτελεί δοκιμαστική εκτόξευση εκτοξευόμενου σκυροδέματος από την οποία θα πιστοποιείται η ικανότητα του προσωπικού και ειδικότερα του χειριστή του ακροφυσίου για την έντεχνη εκτέλεση της εργασίας. 117 Μαυρίδης Κυριάκος, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα, 10ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών 04», Μάρτιος

240 Ο εξοπλισμός τον οποίο πρέπει να διαθέτει το συνεργείο για την άρτια εκτέλεση της εργασίας εξαρτάται από τη μέθοδο που θα χρησιμοποιηθεί από την παραγωγή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Όταν εφαρμόζεται η μέθοδος υγρής ανάμιξης ο βασικός εξοπλισμός περιλαμβάνει: - μηχανή ανάμιξης (αν το μίγμα παρασκευάζεται στο εργοτάξιο) - αντλία και σωλήνες προώθησης υγρού μίγματος και ακροφύσιο εκτόξευσης. - αεροσυμπιεστή με συμπιεστική ικανότητα (πίεση λειτουργίας) της τάξεως του 700 Kpa. Η ικανότητα παροχής αέρα θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1,5m 3 αέρα/min για κάθε m 3 εκτοξευόμενου σκυροδέματος /hr. Όταν εφαρμόζεται η μέθοδος ξηράς ανάμιξης ο βασικός εξοπλισμός περιλαμβάνει: - μηχανή ξηράς ανάμιξης, σωλήνες προώθησης του υλικού και του νερού και ακροφύσιο εκτόξευσης. - αεροσυμπιεστή με ελάχιστη συμπιεστική ικανότητα. Ερευνητικό πρόγραμμα πανεπιστημίου LAVAL (Κεμπέκ, Καναδάς) πάνω στην επιρροή της εμπειρίας του χειριστή της πλαστιμότητας του μείγματος στην ποιότητα εργασίας. Συνολικά 16 δοκίμια κατασκευάσθηκαν με την διαδικασία ξηράς ανάμειξης και με τα ίδια υλικά. Οι μεταβλητές της μελέτης ήταν η εμπειρία του χειριστή η πλαστιμότητα του μείγματος. Έτσι λοιπόν έχουμε έναν έμπειρο χειριστή, έναν ερευνητή (διδακτορικό στην τεχνολογία του εκτοξευόμενου σκυροδέματος) με μικρή εμπειρία χειρισμού και ένας χωρίς καθόλου εμπειρία. Καθένας από αυτούς πραγματοποίησε εκτοξεύσεις σκυροδέματος με διαφορετική πλαστιμότητα. Σε αυτό το πρόγραμμα, η συνοχή καθορίστηκε χρησιμοποιώντας μια δοκιμή διείσδυσης. Η μέτρηση πραγματοποιείται με την ώθηση μιας επίπεδης κυλινδρικής βελόνας στο φρέσκο σκυρόδεμα και η αντίσταση διείσδυσης θεωρείται ως μια μέτρηση της συνοχής. Το σχήμα 3 προσφέρει ένα συμπέρασμα που ο καθένας θα περίμενε. Η εμπειρία του χειριστή είναι πρωταρχικής σπουδαιότητας στην καλής ποιότητας ενίσχυση. Το δεύτερο συμπέρασμα που λαμβάνεται από το σχήμα 3 είναι ότι, μαζί με την εμπειρία του χειριστή, η πλαστιμότητα του μείγματος εκτόξευσης είναι επίσης πρωταρχικής σπουδαιότητας

241 Εικόνα 3-8: Αριστερό τμήμα: Δοκίμιο εκτόξευσης απείρου χειριστή. Δεξιό τμήμα: Δοκίμιο εκτόξευσης εμπείρου χειριστή. 118 Υπάρχουν επομένως δύο σημαντικές απαιτήσεις: Επαρκής τεχνική εκτόξευσης και αρκετά πλαστικό φρέσκο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Η οπτική μελέτη των δειγμάτων οδηγεί σε ορισμένα σημαντικά συμπεράσματα. Μια κακή τεχνική εκτόξευσης με επαρκή πλαστιμότητα μείγματος οδηγεί στον εγκλωβισμό του ανακλώμενου υλικού πίσω από την ενίσχυση ενώ ένα πολύ δύσκαμπτο μείγμα με κατάλληλη εκτόξευση οδηγεί στην δημιουργία κενών πίσω από την ενίσχυση. Όλα αυτά λοιπόν οδηγούν στο συμπέρασμα ότι όσο κι αν τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι καλά, ο άπειρος χειριστής δεν θα καταφέρει σωστή ενθυλάκωση των ράβδων οπλισμού αλλά ούτε η εμπειρία από μόνη της μπορεί να φέρει το επιθυμητό αποτέλεσμα Υγιεινή και Ασφάλεια και Περιβάλλον Η μείωση των περιβαλλοντικών επιδράσεων και η αυστηρή τήρηση των κανόνων ασφάλειας και υγιεινής είναι πολύ σημαντικά στοιχεία στις εργασίες εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Για την παρασκευή και διάστρωση του απαιτούνται μέτρα προστασίας παραπάνω από το σύνηθες οπλισμένο σκυρόδεμα. Κίνδυνοι κατά την εκτέλεση της εργασίας 119, 120 Οι πιθανοί κίνδυνοι που υπάρχουν έχουν να κάνουν με τα διάφορα πρόσμικτα που συνήθως χρησιμοποιούνται και είναι καυστικά, όπως οι επιταχυντές πρώτης και δεύτερης γενιάς, που είναι πολύ υψηλής αλκαλικότητας, αλλά μπορεί να είναι και δηλητηριώδεις. Επιπλέον κίνδυνοι στο ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, και μάλιστα όταν οι ίνες είναι χαλύβδινες, οφείλονται στο ότι μαζί με το υλικό εκτοξεύονται και ίνες που μπορούν Maidl B., 1995, Steel Fibre Reinforced Concrete, Ernst & Sohn, Berlin 120 Archibald J., Espley S., DeGagne D., Bickis U., Occupational Hazards of Spray-on Liner Applications in Underground Environments: Truths & Myths, Canada

242 να παρομοιασθούν με χαλύβδινες βελόνες. Έτσι, το υλικό αναπήδησης είναι πολύ πιο επικίνδυνο για το προσωπικό αν βρίσκεται κοντά στη θέση ψεκασμού. Επίσης στην περίπτωση των μεταλλικών ινών, επικίνδυνη είναι η δημιουργία συσσωμάτωσης με συνέπεια την απόφραξη του ελαστικού αγωγού και σε ακραίες περιπτώσεις την έκρηξη του ακροφυσίου. Σημαντικός επίσης κίνδυνος υπάρχει και από τη σκόνη, που δημιουργείται κυρίως στην ξηρή μίξη, και έχει συνδεθεί με ασθένειες στο δέρμα, στα μάτια, στους πνεύμονες και με άλλες αρνητικές συνέπειες για τον ανθρώπινο οργανισμό. Άλλοι κίνδυνοι που δημιουργούνται είναι λόγω της τραχείας επιφάνειας της επένδυσης, λόγω στατικού ηλεκτρισμού, τα υψηλά επίπεδα θορύβου και βέβαια οι επιπτώσεις στο περιβάλλον λόγω της ρύπανσης που προκαλούν τα χημικά πρόσθετα με υψηλό ph. Εικόνα 3-9: Εξοπλισμός προστασίας προσωπικού. 121 Ασφάλεια προσωπικού 122 Η τέχνη της εκτόξευσης είναι μια σημαντική εργασία που πρέπει να γίνεται από ειδικευμένο προσωπικό. Οι εργασίες κοντά στο ακροφύσιο από όπου εκτοξεύεται το σκυρόδεμα είναι επικίνδυνες, επειδή το υλικό εκτοξεύεται με δύναμη και διασκορπίζεται στο χώρο. Δεν πρέπει λοιπόν να πλησιάζουν στο ακροφύσιο άτομα που δεν έχουν σχέση με το αντικείμενο της εργασίας. Επίσης, πινακίδες πρέπει να είναι αναρτημένες στο εργοτάξιο που να προειδοποιούν για το επικίνδυνο των εργασιών. Για να μικραίνει το φορτίο σκόνης τα ακόλουθα μέτρα συστήνονται: 121 Κουτρουβέλη Θεοφανώ, Παύλου Ευαγγελία, Εκτοξευόμενο Σκυρόδεμα 15ο Φοιτητικό Συνέδριο: «Επισκευές Κατασκευών», Πάτρα, Φεβρουάριος Σαπρανίδης Μ., Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, Αττικό Μετρό,

243 - Ξηρά ανάμειξη: χρήση υγρών αδρανών, κατάλληλος σχεδιασμός και απόσταση ακροφυσίων, περιεκτικότητα σε νερό. - Υγρή ανάμειξη: με μη αλκαλικά επιταχυντικά. - Μηχανικά εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. - Ικανοποιητικός εξαερισμός. Προσωπική προστασία (Μ.Α.Π.) Τα μέτρα προστασίας για το προσωπικό που εκτελεί την εργασία είναι απαραίτητα και περιλαμβάνουν: τα προστατευτικά γυαλιά, τα προστατευτικά άρβυλα, τα γάντια, το κράνος, τη φόρμα, ωτοασπίδες ενισχυμένα toe-caps τη μάσκα σκόνης (τύπου αναπνευστικών συσκευών), όπως φαίνεται στην εικόνα Εικόνα 3-10: Μ.Α.Π

244 Ειδικές διόπτρες, γάντια και ειδικό κράνος (σχήμα 3-15) πρέπει να χρησιμοποιείται όταν η εκτόξευση γίνεται χειροκίνητα. Για το λόγο αυτό, αλλά και για εξασφάλιση καλύτερης ποιότητας, συστήνεται το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα να διαστρώνεται με τη χρήση ρομποτικών συστημάτων. Σχήμα 3-15: Ειδικό κράνος προστασίας για εκτόξευση σκυροδέματος. Προφυλάξεις σε περίπτωση παρεμποδίσεων των σωλήνων και του ακροφυσίου. Όποτε μια παρεμπόδιση εμφανίζεται, η λειτουργία του ακόλουθου εξοπλισμού πρέπει να διακοπεί: - Κύρια παροχή αέρα - Μηχανή εκτόξευσης - Παροχή αέρα στο ακροφύσιο Πριν την αποσυναρμολόγηση των σωλήνων εξασφαλίζουμε τον σωλήνα που διοχετεύει τα υλικά και το ακροφύσιο από την ανεξέλεγκτη οπισθοχώρηση. Κανένα προσωπικό δεν πρέπει να είναι μπροστά από τη μάνικα κατά την αποσυναρμολόγηση ή μέχρι η πίεση στο σωλήνα υλικών υποχωρήσει. Ασφάλεια των μανικών και των συζεύξεων Μόνο οι ειδικές ενισχυμένες και εγκεκριμένες μάνικες και συζεύξεις πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Γενικά πρέπει να εγκριθούν σε μια πίεση έκρηξης ίση με δύο φορές την πραγματική πίεση εργασίας. Όλες οι συζεύξεις/οι μάνικες πρέπει να ελέγχονται τακτικά