ΑΜ: ΑΜ: ΑΜ:

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΑΜ: 050110 ΑΜ: 080111 ΑΜ: 050105"

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. 11 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 (http://el.wikipedia.org/wiki/)

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 (http://grc.sika.com/el/solutions_products/02/02a001/02a001sa03.html) 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 (http://www.nakos. 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 Σύν&the