ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Τμήμα: Π.Ε.Υ. ΜΑΡΙΝΑ ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ ΣΤΕΦΑΝΙΑ ΓΚΟΥΝΤΟΥΡΑ Καθηγητής: Κονιτόπουλος Γεώργιος

Transcript

1 2013 Τμήμα: Π.Ε.Υ. ΜΑΡΙΝΑ ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ ΣΤΕΦΑΝΙΑ ΓΚΟΥΝΤΟΥΡΑ Καθηγητής: Κονιτόπουλος Γεώργιος ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ [ΑΥΤΟΣΥΜΠΥΚΝΟΥΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ] Γενική μελέτη σχετικά με τα συστατικά, τις ιδιότητες, τις χρήσεις και τις εφαρμογές του αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος.

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ σελ.5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο.....σελ ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΔΟΜΗΣΗΣ..σελ ΤΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΑΝΑ ΤΟΝ ΧΡΟΝΟ...σελ ΑΠΟ ΤΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟ ΣΤΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ..σελ ΕΙΔΙΚΑ Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ..σελ ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ...σελ ΣΥΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΣΤΑΔΙΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ...σελ ΑΔΡΑΝΗ ΚΑΙ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥΣ.σελ ΝΕΡΟ...σελ ΓΕΝΙΚΑ ΤΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΩΣ ΚΟΝΙΑΜΑ...σελ ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ...σελ ΕΙΔΗ ΤΣΙΜΕΝΤΩΝ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ σελ ΕΙΔΗ ΑΔΡΑΝΩΝ.σελ ΝΕΡΟ ΓΙΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ... σελ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ...σελ ΔΙΑΦΟΡΑ ΕΙΔΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ.σελ ΕΙΔΙΚΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΑ..σελ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ...σελ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ σελ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΝΩΠΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ...σελ ΠΕΠΗΓΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ...σελ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΑΖΟΥΝ ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΣΚΛΗΡΥΝΘΕΝΤΟΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ σελ.53 2

3 1.6 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ σελ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΠΟΥ ΑΚΟΛΟΘΟΥΝ ΤΗΝ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ.σελ.56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΑΣΣ.σελ ΕΙΣΑΓΩΓΗ.σελ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΣΣ..σελ ΜΕΘΟΔΟΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΑΣΣ..σελ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΑΣΣ.σελ ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΘΕΣΗΣ.σελ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΝΩΠΟΥ ΑΣΣ.....σελ ΠΑΡΑΓΩΓΗ-ΔΙΑΣΤΡΩΣΗ-ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ...σελ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΣΣ...σελ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ ΑΣΣ...σελ ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΑΣΣ...σελ ΣΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΟΧΗΣ ΣΤΗ ΧΡΗΣΗ ΑΣΣ...σελ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΕΣ.σελ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΕΠΙΤΥΧΟΥΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ..σελ ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΑΣΣ.σελ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΑΣΣ.σελ ΤΡΕΧΟΝΤΑ ΜΕΓΕΘΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ..σελ ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ.σελ.88 3

4 2.13 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΟΣΤΟΥΣ σελ ΝΕΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ..σελ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΣΣ ΣΤΟΝ ΚΟΣΜΟ..σελ.97 ΕΠΙΛΟΓΟΣ..σελ.102 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.σελ.104 4

5 Η παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος σπουδών του τμήματος «Πολιτικών Έργων Υποδομής» του Α.Τ.Ε.Ι. Θεσσαλονίκης, υπό την επίβλεψη του καθηγητή Γεώργιου Κονιτόπουλου. Το θέμα που πραγματεύεται είναι το «Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα». ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στον σύγχρονο κόσμο, όπου η επιστήμη του πολιτικού μηχανικού έχει εξελιχθεί, κερδίζοντας επάξια έναν από τους σημαντικότερους ρόλους στη ζωή μας, ένα υλικό αποτελεί σύμμαχο της ασφάλειας και της αντοχής. Το υλικό αυτό δε θα μπορούσε να είναι άλλο από το σκυρόδεμα, σε συνδυασμό με τον χαλύβδινο οπλισμό. Ωστόσο, η κατασκευή κάποτε ήταν πολύ διαφορετική, γι αυτό και η ιστορία της, η ιστορία των υλικών δόμησης παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Από τα πράγματα που ασχολήθηκε ο πρωτόγονος άνθρωπος αρχικά, ήταν η κατασκευή μιας στέγης, καθότι αποτελούσε ανέκαθεν είδος πρώτης ανάγκης. Οπότε η αναζήτηση υλικών υψηλής αντοχής για μια δυνατή κατασκευή ήταν αναγκαία. Σε αυτή την εργασία ξεκινώντας από τα υλικά δόμησης και την ιστορία τους θα φτάσουμε στο σκυρόδεμα και τη δική του μεταβολή με τον χρόνο, ώστε να αποτελεί το σημερινό υλικό δόμησης, που όλοι γνωρίζουμε. Σχετικά με το σκυρόδεμα, θα αναλυθεί η σύσταση του, τα στάδια κατασκευής του, καθώς και οι ιδιότητες(μηχανικές και φυσικές), τα πλεονεκτήματα που το καθιστούν το πιο βασικό υλικό δόμησης, άλλα και το μειονέκτημα που οδήγησε στην εισαγωγή του οπλισμού. Ακόμη, θα περιγραφούν τα είδη του σκυροδέματος, με σύντομη αναφορά στις χρήσεις τους και τις διαφορές τους, από το σύνηθες απλό σκυρόδεμα. Κάπως έτσι, θα εξειδικευθεί το θέμα σε ένα πολύ ιδιαίτερό είδος του σκυροδέματος, το οποίο εμφανίστηκε τα τελευταία χρόνια στο χώρο της δόμησης και τα μοναδικά χαρακτηριστικά του, το καθιστούν άξιο έρευνας. Το αυτόσυμπηκνούμενο ή αλλιώς αυτόεπιπεδούμενο σκυρόδεμα, είναι ένα υλικό, 5

6 που ήδη απασχολεί πολύ τους πολιτικούς μηχανικούς, καθώς οι ιδιότητες του δεν αποτελούν κάτι το σύνηθες. Εδώ θα αναλυθούν λεπτομερώς αυτές οι ιδιαίτερες ιδιότητες, τα στάδια κατασκευής του, όπως και τα πλεονεκτήματα, τα μειονεκτήματα του σε σχέση με τα υπόλοιπα είδη. Εικόνα 1: Έγχυση σκυροδέματος. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΥΛΙΚΑ ΔΟΜΗΣΗΣ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ 1.1 ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΔΟΜΗΣΗΣ Ήδη από την αυγή της ανάπτυξης της αγροτικής κοινωνίας, στο πρώτο στάδιο του Πολιτισμού, γύρω στο π.χ., οι άνθρωποι άρχισαν να εγκαταλείπουν τις σπηλιές και τα πρόχειρα καταφύγια και να εγκαθίστανται σε οικισμούς. Οι οικισμοί αυτοί, που είχαν το μέγεθος και τη δομή των σύγχρονων χωριών, χτίζονταν από υλικά που βρίσκονταν σε αφθονία στο φυσικό περιβάλλον. Ένα απ τα πρώτα δομικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν λοιπόν, ήταν ο πηλός. Ακόμη και σήμερα το 30% του πληθυσμού της γης ( ), ζουν σε χωμάτινα κτίρια (κυρίως σε υποανάπτυκτές περιοχές). 6

7 Εικόνα 2: Στην Κουτσουπιά, κατασκευή από πηλό. Επίσης ένα άλλο υλικό, που χρησιμοποιήθηκε αρχικά για την δημιουργία καταλύματος ήταν οι φυτικές ύλες. Οι φυτικές ύλες, είτε στη ζωντανή είτε στην αποξηραμένη μορφή τους (φυτά και άχυρο π.χ.), αποτελούσαν κάποτε, κυρίαρχα υλικά δόμησης καθώς πρόσφεραν πολλαπλά οφέλη στη θερμομόνωση, τη στεγανοποίηση, τη σταθερότητα και την αισθητική αυτών των πρώτων κατοικιών. Εικόνα 3-4:Κατασκευή σε τροπική περιοχή(3), το σπίτι του Σαίξπηρ στο Στράτφορντ(4). Με τα χρόνια ο άνθρωπος έμαθε να επεξεργάζεται το ξύλο, προκειμένου να το χρησιμοποιήσει για την εξολοκλήρου κατασκευή κατοικίας. Το ξύλο, υλικό οργανικής προέλευσης, είναι από τα πρώτα υλικά που 7

8 χρησιμοποιήθηκαν για δομικούς και κατασκευαστικούς σκοπούς γενικά, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται και σήμερα σε ευρύτατη έκταση. Το γεγονός αυτό οφείλεται αφ ενός μεν στην ευρεία διάδοση του, αφ ετέρου δε σε μια σειρά σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως η απλότητα των εργαλείων και η ευκολία με την οποία μορφοποιείται όταν εφαρμόζεται. Ακόμη, ο ευνοϊκός λόγος αντοχής/βάρους και η ικανοποιητική του αντίσταση στην χημική και ατμοσφαιρική προσβολή είναι από τα θετικά του ξύλου. Όμως, κατά τη χρήση του ξύλου διαπιστώθηκαν και κάποια μειονεκτήματα, όπως η ανισοτροπία του, η οποία επιβάλλει περιορισμούς σε ότι αφορά την κατεργασία και τη χρήση του, η σημαντική διακύμανση των ιδιοτήτων του(και ενδεχομένως αλλαγή του σχήματος) με την αλλαγή της εξωτερικής υγρασίας, το σχετικά εύφλεκτο και η δυνατότητα προσβολής και καταστροφής του από μικροοργανισμούς. Παρόλα αυτά, είναι άξιο αναφοράς, ότι σύγχρονες μέθοδοι επεξεργασίας έχουν περιορίσει σημαντικά τα παραπάνω μειονεκτήματα, ενώ οι σημαντικές εξελίξεις στον τομέα των συγκολλητικών υλών έχουν διευρύνει τις δυνατότητες της εφαρμογής του και έχουν καταστήσει δυνατά, αφ ενός μεν πολύπλοκες και ογκώδεις κατασκευές, αφ ετέρου δε και τη χρησιμοποίηση των απορριμμάτων της διεργασίας του και όπως είναι εμφανές παρουσιάζει ένα ιδιαίτερα καλαίσθητο αποτέλεσμα. Το ξύλο είναι ένα φυσικό, σύνθετο υλικό, που αποτελείται από παράλληλες λεπτές ίνες κυτταρίνης ενσωματωμένες σε ένα στρώμα λιγνίνης, η οποία αποτελεί το συγκολλητικό μέσο. Για τον λόγο αυτό η αντοχή του ξύλου κατά μήκος των κυτταρινικών ινών είναι αξιόλογη, λόγω του πρωτεύοντος δεσμού, ενώ σε διεύθυνση κάθετη προς τις ίνες είναι σημαντικά χαμηλότερη (δευτερεύοντες δεσμοί). Ένα μικρό μέρος των κορμών χρησιμοποιούνται αυτούσιοι (στρογγυλή ξυλεία), ενώ το μεγαλύτερο μέρος πριονίζεται κατά μήκος του κορμού για την παραγωγή κομματιών ορθογώνιας διατομής (πριστή ξυλεία). Γενικά, η πριστή ξυλεία διαιρείται με βάση τις διαστάσεις και το είδος της διατομής σε καδρόνια (τετραγωνική διατομή σχετικά μεγάλων διαστάσεων), δοκούς (ορθογώνια διατομή σχετικά μεγάλων διαστάσεων, με 8

9 μικρή διαφορά του πάχους προς το πλάτος), σανίδες και πλάκες (ορθογώνια διατομή με πλάτος πολύ μεγαλύτερο το πάχος), οροφοπήχεις (ορθογώνια διατομή μικρών διαστάσεων). Οι ιδιότητες του ξύλου, επηρεάζονται σε σημαντικό βαθμό από την περιεκτικότητα του σε υγρασία. Η αντοχή του σε θλίψη παράλληλα προς την διεύθυνση των ινών κυμαίνεται, ανάλογα με το είδος του ξύλου, από 300 ως 800 kg/cm 2. Η αντοχή κάθετα προς τις ίνες είναι αρκετά χαμηλότερη (50-250kg/cm 2 ) και εξαρτάται και αυτή από το είδος της ξυλείας αλλά και από την κατεύθυνση (κατά την ακτίνα). Μολονότι η αντοχή σε εφελκυσμό παράλληλα προς τις κυτταρινικές ίνες (1900 kg/cm 2 ) είναι αρκετά μεγαλύτερη από την αντοχή σε θλίψη, το ξύλο χρησιμοποιείται σπάνια σε κατασκευές, στις οποίες υποβάλλεται σε τάσεις εφελκυσμού. Ο περιορισμός αυτός οφείλεται στο γεγονός ότι, η συγκράτηση από τα άκρα του ξύλινου στοιχείου υποβάλει τα τμήματα αυτά σε τάσεις θλίψης κάθετα προς τις ίνες ή διατμήσεως παράλληλα προς αυτές, τάσεις στις οποίες το ξύλο έχει μικρή αντοχή. Τέλος, η αντοχή του σε λυγισμό κυμαίνεται από 500 εώς 1000kg/cm 2. Επιπλέον, υπάρχει και η τεχνητή ξυλεία, της οποίας τα σπουδαιότερα είδη είναι τα αντικολλητά φύλλα (κόντρα πλακέ), η συγκολλητή ξυλεία και οι ινοσανίδες (Hardboard). Εικόνα 5-6: Ξύλινη κατοικία(5), ξύλινη κατασκευή υπόστεγου(6). 9

10 Ακόμη, ένα υλικό που χρησιμοποιήθηκε αργότερα για δόμηση ήταν και το γυαλί, το οποίο έχει εφαρμογές σε δαπανηρά κτίρια, συνήθως για λόγους καλαισθησίας, άλλα στον πρακτικό τομέα, κυρίως στη θερμομόνωση, υστερεί. To γυαλί είναι ανόργανό πολυμερές. Οι σπουδαιότερες τεχνολογικές αρετές του γυαλιού είναι η διαφάνεια του και η ικανότητα να μετατρέπεται σε πλαστική μάζα σε μέτρια υψηλή θερμοκρασία, πράγμα που καθιστά σχετικά απλή την μορφοποίηση του. Εκτός από αυτά, έχει μεγάλη σκληρότητα, αξιόλογη μηχανική αντοχή, καθώς και αντοχή με ελάχιστες εξαιρέσεις- στην χημική προσβολή. Διάφοροι τύποι γυαλιού: ένα είδος είναι το κοινό γυαλί, ή γυαλί νατρίου, από το οποίο κατασκευάζονται συνήθως υαλόπλυνθοι και υαλόπλακες, που εξυπηρετούν φωτιστικούς και διακοσμητικούς σκοπούς, το γυαλί μόλυβδου, το οποίο όμως προσβάλλεται εύκολα από το νερό, και το γυαλί βορίου, από το οποίο κατασκευάζονται διακοσμητικά αντικείμενα. Σχετικά με τις ιδιότητες του, είναι ένα άμορφο σώμα και πολλές φορές χαρακτηρίζεται σαν υγρό σε υπέρψυξη. Το κοινό γυαλί δεν επιτρέπει το πέρασμα της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η αντοχή σε θλίψη του κοινοί γυαλιού κυμαίνεται γύρω στα 2000 kg/cm 2, άλλα αναφέρονται αντοχές μέχρι και kg/cm 2. Η αντοχή σε εφελκυσμό υπολογίζεται μεταξύ του 1/5 και του ½ της αντοχής τους σε θλίψη. Φαίνεται εν τούτοις ότι η μετρούμενη αντοχή έχει μεγάλη σχέση με τη διατομή και την ποιότητα της επιφάνειας του δοκιμίου. Σήμερα γίνεται γενικά αποδεκτό ότι η θραύση των γυαλιών, κάτω από οποιονδήποτε τύπο φορτίσεως, οφείλεται στην συγκέντρωση τάσεων εφελκυσμού σε μικροσκοπικές ρωγμές της επιφάνειας του, απ όπου και διαδίδονται με μεγάλη ταχύτητα στο εσωτερικό της μάζας του. Με τον τρόπο αυτό εξηγείται η φαινομενικά μικρή αντοχή σε εφελκυσμό. Σημαντικό μειονέκτημα του είναι η εξαιρετικά μικρή περιοχή ελαστικής παραμορφώσεως(στις συνηθισμένες θερμοκρασίες), πράγμα που το καθιστά ψαθυρό. Ένα κλασσικό παράδειγμα γυάλινου κτιρίου αποτελεί το αρχαιολογικό μουσείο στην Αθήνα. 10

11 Εικόνα 7:Αρχαιολογικό μουσείο στην Αθήνα. Εικόνα 8:Γυάλινο σπίτι στη Λιθουανία. Επιπλέον, το υλικό που χαρακτηρίζει την αρχιτεκτονική της υπαίθρου είναι η πέτρα. Ένα υλικό ιδιαίτερα φιλικό με το περιβάλλον. Πολλά παραδείγματα της παραδοσιακής αρχιτεκτονικής υπάρχουν στη χώρα μας, κυρίως σε ορεινά χωριά. 11

12 Εικόνα 9-10:Πέτρινο σπίτι στον Άγιο Αθάνασιο(Καϊμακτσαλάν) (9), Το γεφύρι της Άρτας (10). Ακόμη, δομικό υλικό θεωρείται και το αλουμίνιο. Επιπλέον, πολύ σημαντικό δομικό υλικό, θεωρείται και ο πλίνθος (το γνωστό σε όλους, τούβλο), το οποίο πλέον χρησιμοποιείται συνήθως στην κατασκευή τοίχων. Εικόνα 11-12:Τούβλινοι τοίχοι (11-12). Όλα τα παραπάνω υλικά χρησιμοποιήθηκαν και χρησιμοποιούνται ακόμα σε αρκετές περιοχές, όμως πλέον, όμως απεδείχθη ότι αυτό που ικανοποιεί τις σύγχρονες ανάγκες της κατασκευής, είναι το σκυρόδεμα. Το υλικό αυτό, έχει επικρατήσει όλων των άλλων στον χώρο της κατασκευής και 12

13 στατιστικά καθώς διπλάσιο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται στην κατασκευή σε όλο τον κόσμο, από το σύνολο όλων των άλλων δομικών υλικών. Πιο συγκεκριμένα με νούμερα, η ετήσια παγκόσμια παραγωγή σκυροδέματος είναι περίπου 5 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα. Εικόνα 13:Νωπό σκυρόδεμα, τοποθετημένο σε ξυλότυπο. Το σκυρόδεμα κατέκτησε τη σημερινή του θέση στην κατασκευή, για διάφορους λόγους, ένας από αυτούς είναι και η εντυπωσιακή αντοχή που παρουσιάζει στη θλίψη. Σε αντίθεση με τα αποτελέσματα των δοκιμών σε εφελκυσμό, τα οποία δεν ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητικά και οδήγησαν στην εισαγωγή του χαλύβδινου οπλισμού, δημιουργώντας έτσι το οπλισμένο σκυρόδεμα (beton arme). Ο χάλυβας προσφύεται πολύ καλά στο σκυρόδεμα και έχει περίπου τον ίδιο συντελεστή θερμικής διαστολής με το σκυρόδεμα. Στο πώς ακριβώς ξεκίνησε η ιδέα του οπλισμένου σκυροδέματος θα γίνει αναφορά παρακάτω. Εικόνα 14: Νωπό σκυρόδεμα με χαλύβδινο οπλισμό σε ξυλότυπο. 13

14 1.2 ΤΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΑΝΑ ΤΟΝ ΧΡΟΝΟ Το σκυρόδεμα (ευρέως γνωστό με τον όρο μπετόν) πέρασε από πολλά στάδια για να αποκτήσει την σύγχρονη του μορφή. Πρόκειται για μια ιστορία που συνεχίζεται μέχρι σήμερα, καθώς το σκυρόδεμα εξελίσσεται διαρκώς, ώστε να παραμείνει ένα υλικό που προσφέρει χιλιάδες δυνατότητες και αποτελεί μια διαρκή πηγή έμπνευσης για τους αρχιτέκτονες. Η ιστορία του είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με ένα από τα βασικά του συστατικά του το τσιμέντο (το οποίο αποτελεί την κονία του μείγματος) Από το τσιμέντο στο σκυρόδεμα Οι συγκολλητικές ύλες για τη σύνδεση των αδρανών οικοδομικών υλικών (χαλίκι, άμμος) ως μίγμα από ασβέστη, τριμμένο τούβλο ή ηφαιστειακή τέφρα έχουν πολύ παλιά ιστορία. Ήδη πριν από χρόνια χρησιμοποιούσαν λαοί της ανατολικής Μικρασίας ως συγκολλητική ύλη για να κατασκευάσουν τοίχους από τούβλα της εποχής, λάσπη από ασβέστη και άμμο (αμμοκονία). Οι Φοίνικες ανακάτευαν πριν από χρόνια στη λάσπη τέφρα ηφαιστείου και δημιουργούσαν ένα μίγμα που στερεοποιείται και σκληραίνει με την προσθήκη νερού. Τις ίδιες περίπου τεχνικές χρησιμοποιούσαν και οι αρχαίοι Έλληνες οικοδόμοι και γνωρίζουμε σήμερα ότι έστησαν ναούς, βιβλιοθήκες, στάδια και θέατρα, τα οποία, αν δεν είχαν υποστεί καθαιρέσεις από απρόβλεπτους σεισμούς και προβλεπτά εμπαθή χέρια, θα βρίσκονταν σήμερα ακόμα στην αρχική τους μορφή. Οι ίδιες τεχνικές υιοθετήθηκαν από τους Ρωμαίους μέχρι που τον πρώτο μ.χ. αιώνα επινοήθηκε η παραγωγή ανθεκτικών δομικών στοιχείων, κάτι σαν τους σημερινούς τσιμεντόλιθους, από άμμο και θρυμματισμένη πέτρα, συγκολλημένα με υδραυλική κονία. Αυτό το μίγμα ονομάστηκε «Opus Caementitium» ή ρωμαϊκό τσιμέντο, όπως λέγεται σήμερα, και με τη χρήση του δημιουργήθηκαν τα κτήρια, τα υδραγωγεία, οι γέφυρες, τα λιμάνια και οι 14

15 ρωμαϊκοί δρόμοι που βρίσκονται ακόμα στη θέση τους, όπως κατασκευάστηκαν. Έκτοτε δεν παρατηρείται οποιαδήποτε αλλαγή στην παραγωγή φυσικού τσιμέντου και μόνο από το 1700 και μετά αρχίζουν να χρησιμοποιούνται διάφορες παραλλαγές υλών για τη δημιουργία της υδραυλικής κονίας, με σημαντικότερη πάντα την τέφρα από τα ηφαίστεια. Η σύγχρονη ιστορία του τσιμέντου αρχίζει το έτος 1824, όταν ένας 'Αγγλος οικοδόμος, ο Joseph Aspdin ('Ασπντιν, ) δημιούργησε ένα μίγμα αργίλου και ασβεστόλιθου, το οποίο «έψησε» σε κλίβανο. Αυτό το μίγμα ήταν ο τελευταίος πρόδρομος του σημερινού υδραυλικού τσιμέντου και ονομάστηκε «τσιμέντο Πόρτλαντ», λόγω του χρώματός του που μοιάζει με το πέτρωμα της χερσονήσου Portland στην Αγγλία. Το σημερινό τσιμέντο πέτυχε να δημιουργήσει είκοσι χρόνια αργότερα ο Isaac Charles Johnson (Τζόνσον), ο οποίος ψήνοντας το μίγμα αργίλου και ασβεστόλιθου σε θερμοκρασίες περί τους 1400 βαθμούς Κελσίου, το έφερε σε ρευστή κατάσταση. Στο τέλος, αφού κρύωσε το προϊόν που σήμερα ονομάζεται klinker (κλίνκερ), το έτριψε ο Τζόνσον σε λεπτόκοκκη σκόνη. Αυτή η γκρίζα λεπτή σκόνη αποδείχθηκε ένα άριστο συγκολλητικό υλικό για την άμμο και το χαλίκι, τα οποία, με την προσθήκη νερού, αποτελούν το λεγόμενο «σκυρόδεμα» (μπετόν) που στερεοποιείται και σκληραίνει. Ο υιός William Aspdin ίδρυσε εκείνα τα χρόνια, μαζί με συνεταίρους, το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής τσιμέντου στην Αγγλία. Στις δεκαετίες που ακολούθησαν αυτές τις επινοήσεις, έγιναν διάφορες τροποποιήσεις για τη βελτίωση των υδραυλικών ιδιοτήτων του τσιμέντου, αλλά και για τη μείωση της τιμής του. Έτσι, από τα τέλη του 19ου αιώνα προστίθεται στο κλίνκερ και τέφρα από υψικαμίνους ή τέφρα θερμοηλεκτρικών σταθμών που καίνε λιγνίτη κλπ. Το έτος 1849 γέμισε ο Γάλλος κηπουρός Joseph Monier μεγάλες γλάστρες φυτών με μπετόν, στο οποίο τοποθέτησε μέσα ένα πλέγμα από βέργες 15

16 σιδήρου. Στόχος του ήταν να σταθεροποιήσει τις γλάστρες που παρασύρονταν από τους δυνατούς ανέμους. Αυτός ο συνδυασμός, μπετόν με μεταλλικές βέργες, δημιούργησε ένα στέρεο σύνολο και ακριβώς αυτή η ιδέα αποτέλεσε το πρώτο βήμα για το λεγόμενο σήμερα «οπλισμένο σκυρόδεμα» (οπλισμένο μπετόν ή μπετόν αρμέ). Με αυτό το οπλισμένο σκυρόδεμα κατασκευάζονται σήμερα σχεδόν αποκλειστικά οι σκελετοί των σύγχρονων κτηρίων. Οι τοίχοι από τούβλα ή πέτρες έπαψαν να φέρουν πια το βάρος της οικοδομής, ενώ ο σκελετός από μπετόν αρμέ έχει και την ελαστικότητα που απαιτείται ώστε να αντέξει ένα κτήριο στις καταπονήσεις από σεισμούς. Το σημερινό τσιμέντο αποτελείται από οξείδια του ασβεστίου, πυριτίου, αργιλίου και σιδήρου που είναι ενωμένα μεταξύ τους και αποτελούν το 90% του βάρους του. Το υπόλοιπο μέρος είναι γύψος και μικρές ποσότητες αλάτων μαγνησίου, καλίου, νατρίου και άλλων στοιχείων. Η χρήση του οπλισμένου σκυροδέματος ως δομικό υλικό εγκρίθηκε με μια εγκύκλιο του γαλλικού κράτους με ημερομηνία 20 Οκτωβρίου Από το 1897, το οπλισμένο σκυρόδεμα και οι τεχνικές του αρχίζουν να διδάσκονται στη γαλλική σχολή Ecole des Ponts et Chaussées. Μεταξύ των επίδοξων πολιτικών μηχανικών ήταν ο Eugène Freyssinet, ο εφευρέτης του προεντεταμένου σκυροδέματος, το οποίο κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το Μετά το Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, οι ανάγκες στέγασης ώθησαν την ανάπτυξη των προκατασκευών. Από το 1950 έως το 1965, ο αριθμός των κατοικιών που χτίζονταν κάθε χρόνο στη Γαλλία αυξήθηκε από σε περισσότερες από κατοικίες. Το σκυρόδεμα είχε επιτέλους καθιερωθεί! 16

17 1.2.2 ΕΙΔΙΚΑ Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Στο 7000 π.χ. χρονολογείται το αρχαιότερο γνωστό σήμερα σκυρόδεμα, βρίσκεται στη νότια Γαλιλαία του Ισραήλ, ανακαλύφθηκε το 1985 και αποτελείται από μίγμα ασβέστη με πέτρες. Όμως από το 3000 π.χ. οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν άχυρα για να αυξήσουν την αντοχή πλίνθων κατά την ξήρανσή τους. Επίσης, χρησιμοποιούσαν κονιάματα με γύψο σαν πρώτη ύλη και κονιάματα με ασβεστόλιθο. Από την άλλη, στη γηραιά Ήπειρο στο 800 π.χ., Έλληνες, Κρήτες και Κύπριοι χρησιμοποιούσαν που είχε πολύ υψηλότερες αντοχές από τις μετέπειτα Ρωμαϊκές εφαρμογές. Οι Ρωμαίοι ήδη από το π.χ. χρησιμοποιούσαν ποζολάνες(η ποζολάνη είναι ένα ανόργανο υλικό με ιδιότητες παραπλήσιες με αυτές του τσιμέντου (υδραυλικές ιδιότητες) 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 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). Γύρω στο μ.χ., όμως παρατηρήθηκε πτώση της ποιότητας των υδραυλικών υλικών, ενώ η χρήση ασβέστη και ποζολάνης σταματά έως το Το 1779 ο Bry Higgins παρουσιάζει ευρεσιτεχνία του για παραγωγή υδραυλικού τσιμέντου (stucco) για χρήση ως εξωτερικό επίχρισμα. Αργότερα, το 1793 ο John Smeaton ανακαλύπτει ότι η ασβεστοποίηση ασβεστολιθικών πετρωμάτων που περιέχουν άργιλο παράγει ασβέστη που σκληραίνει κάτω από την επιφάνεια του νερού (υδραυλικός ασβέστης). Έτσι, 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. Ο James Parker (Αγγλία), το 1796, κατοχυρώνει πατέντα ένα φυσικό υδραυλικό τσιμέντο που 17

18 παρασκευάζει θερμαίνοντας (ασβεστοποιώντας) ακάθαρτο ασβεστόλιθο που περιέχει άργιλο και το ονομάζει τσιμέντο Parker ή Ρωμαϊκό τσιμέντο. Στις αρχές του 19 ου αιώνα ( ) ο Γάλλος Luis Vicat παρασκευάζει συνθετικό υδραυλικό ασβέστη με θέρμανση συνθετικών μιγμάτων ασβεστόλιθου και αργίλου. Το 1824 ο Άγγλος Joseph Aspdin ανακαλύπτει το τσιμέντο τύπου Πόρτλαντ και θερμαίνει λεπτά τριμμένη κιμωλία και άργιλο σε κλίβανο ασβεστοποιίας ώσπου να φύγει το διοξείδιο του άνθρακα από το μίγμα. Το κρυσταλλωμένο παράγωγο της διαδικασίας αλέθεται στη συνέχεια και λαμβάνει την ονομασία τσιμέντο Πόρτλαντ, από τις εξαιρετικής ποιότητας πέτρες κτισίματος που εξορύσσονται στην περιοχή του Πόρτλαντ. Οι πρώτοι συστηματικοί έλεγχοι εφελκυστικής αντοχής ξεκίνησαν το Το 1889 είναι μια πολύ σημαντική χρονιά, καθώς τότε χτίστηκε η πρώτη γέφυρα από σκυρόδεμα. Κάπως έτσι, άνοιξε ο δρόμος κυριολεκτικά, αφού το 1891 ο George Bartholomew κατασκευάζει το πρώτο δρόμο από σκυρόδεμα στις ΗΠΑ στο Bellefontaine, ο οποίος υπάρχει ακόμα και σήμερα. Το 1903 κατασκευάζεται και ο πρώτος ουρανοξύστης από σκυρόδεμα κατασκευάζεται στο Cincinnati του Οχάιο των ΗΠΑ. Αργότερα, το 1945, δημοσιεύονται για πρώτη φορά στην Ελλάδα τα μεταφρασμένα Γερμανικά DIN 1045 (Τεχνικά Χρονικά ΤΕΕ). Ο πρώτος Κανονισμός Οπλισμένου Σκυροδέματος εκδίδεται το 1954 και το 1985 εκδίδεται ο Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος (ΦΕΚ 266/Β/9.5.85). Γύρω στο 1997 αναθεωρείται ο Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος με έκδοση του ΚΤΣ 97 που δημοσιεύτηκε στο ΦΕΚ/315/Β/17,4,97 και το 2002 ο ΚΤΣ-97 προσαρμόζεται στα ευρωπαϊκα πρότυπα, ενώ εισάγονται οι κατηγορίες κάθισης S1-S5. Το 2006 γίνεται η σύνθεση επιτροπής Αναθεώρησης του ΚΤΣ-97 σύμφωνα με τα πρότυπα του ΕΛΟΤ ΕΝ (Δημοσιεύτηκε στο ΦΕΚ/1318/Β/ ). Μια ιστορία δίχως τέλος η ιστορία του σκυροδέματος, καθώς κατασκευάζονται ολοένα πιο πρωτοποριακά σκυροδέματα. Στα τέλη της δεκαετίας του 1980 παρουσιάστηκαν σκυροδέματα υψηλής αντοχής, όπως τα ινοπλισμένα σκυροδέματα υπερυψηλής αντοχής και τα αυτοσυμπυκνούμενα, 18

19 αυτοεπιπεδούμενα σκυροδέματα. Εικόνα 15: Μονάδα παραγωγής σκυροδέματος στην Ξάνθη. 1.3 Τα βασικά συστατικά του σκυροδέματος Για να πραγματοποιηθεί μια ολοκληρωμένη και ορθή ανάλυση των συστατικών του σκυροδέματος, επιβάλλεται να αναλύσουμε το κάθε συστατικό ξεχωριστά και με ιδιαίτερη προσοχή Σύσταση και στάδια παρασκευής τσιμέντου Καταρχήν το τσιμέντο αποτελεί κονία, δηλαδή ένα συνδετικό υλικό το οποίο είναι σε στερεά κατάσταση (που σημαίνει, σε μορφή σκόνης ή σε ρευστή κατάσταση ως διάλυμα ή αιώρημα, που με ανάμειξη με νερό αποκτά πλαστικότητα και με αδρανή υλικά (φυσικά ή τεχνητά) δίνει μια πλαστική μάζα, που με το χρόνο πήζει και σκληραίνει. Πιο συγκεκριμένα, το τσιμέντο είναι τεχνητή λεπτόκοκκη υδραυλική κονία, η οποία παρασκευάζεται με λεπτή 19

20 άλεση κλίνκερ. Κλίνκερ ονομάζεται διεθνώς το προϊόν που προκύπτει από την όπτηση μίγματος ασβεστολιθικών και αργιλοπυριτικών πετρωμάτων. Το τσιμέντο αποτελεί το συνδετικό υλικό των αδρανών, που έχει την ιδιότητα να σκληρύνεται υπό την παρουσία νερού. Πήζει και σκληραίνει τόσο στον αέρα όσο και μέσα στο νερό. Μετά την σκλήρυνση διαλύεται στο νερό. Συνδυάζει μεγάλη υδραυλική ικανότητα και υψηλές αντοχές, γι αυτό έχει ευρεία χρήση στις δομικές κατασκευές, όπως και στα υδραυλικά έργα. Τα τσιμέντα είναι ευρεία κατηγορία υδραυλικών κονιών και γενικά προκύπτουν με λειοτρίβηση κατάλληλων πετρωμάτων, όπτηση (δηλαδή θερμική κατεργασία στους C), συνάλεση του προϊόντος με γύψο ή και θυραϊκή γη ή ιπτάμενη τέφρα λιγνιτών. Το προϊόν άλευρο που χαρακτηρίζεται τελικά ως τσιμέντο με ανάμειξη με νερό δίνει έναν πλαστικό συγκολλητικό πολτό που ως υδραυλική κονία στερεοποιείται με αντιδράσεις ενυδάτωσης δίνοντας μια στερεή μάζα με μηχανική αντοχή και σταθερότητα στον χρόνο. Εικόνα 16-17: Κλίνκερ (16), Σκόνη τσιμέντου (17). Το πιο σημαντικό είδος τσιμέντο είναι το Portland, καθώς έχει τη μεγαλύτερη αντοχή, παράγεται στη μεγαλύτερη ποσότητα και βρίσκει τις περισσότερες εφαρμογές. Οι πρώτες ύλες για την παραγωγή τσιμέντου είναι ο ασβεστόλιθος, η άργιλος και το οξείδιο του σιδήρου. Οι υδραυλικοί 20

21 παράγοντες του τσιμέντου είναι τα οξείδια του ασβεστίου, του πυριτίου, του αργιλίου και του σιδήρου. Καταρχάς, εξορύσσονται οι πρώτες ύλες για την κατασκευή του τσιμέντου, που αποτελούνται από ασβεστολιθικά και αργυλοπυριτικά πετρώματα. Για να έχει το τελικό προϊόν τις επιθυμητές ιδιότητες, ανεξάρτητα από τις πρώτες ύλες που θα χρησιμοποιηθούν, πρέπει να καθοριστούν επιμελώς οι αναλογίες ανάμιξης των πρώτων υλών. Οι πρώτες ύλες για την παραγωγή του τσιμέντου υποβάλλονται ξεχωριστά σε ξήρανση και άλεση. Το προϊόν της άλεσης είναι ένα λεπτότατο μείγμα ασβεστολιθικής και αργιλικής άμμου το οποίο ονομάζεται φαρίνα. Στη συνέχεια εισάγονται σε επικλινή περιστρεφόμενη κυλινδρική κάμινο, όπου πραγματοποιείται όπτηση του μίγματος. Στο άνω άκρο της καμίνου(σημείο εισαγωγής του μείγματος), η θερμοκρασία εσωτερικά είναι περίπου 600 C. Συνοπτικά τα στάδια παραγωγής του τσιμέντου, ενώ στο κάτω άκρο (σημείο εξόδου), φτάνει του 1500 C. Από την κάμινο εξέρχεται το κλίνκερ που έχει στρογγυλό σχήμα όπως στην εικόνα παραπάνω, λάμψη υαλώδη, χρώμα πρασινόμαυρο και μεγάλη σκληρότητα (πέτρωμα τσιμέντου). Τέλος πραγματοποιείται άλεση του κλίνκερ, έτσι ώστε να αποκτήσει την επιθυμητή κοκκομετρεία. Το προϊόν της άλεσης, λοιπόν, χωρίς καμιά προσθήκη είναι το γνωστό τσιμέντο Portland. Μια πολλή σημαντική διεργασία είναι η ενυδάτωση. Ενυδάτωση του τσιμέντου ονομάζεται η χημική ένωση του τσιμέντου με νερό, κατά την οποία, δημιουργείται ένα σύνολο χημικών ενώσεων, οι οποίες αποτελούν ένα εύπλαστο γκριζοπράσινο πολτό, που καλείται τσιμεντοκονία. Με την πάροδο του χρόνου ο πολτός αρχίζει προοδευτικά να αποκτά στερεότητα και συνεκτικότητα, καταλήγοντας να μετατραπεί σε τσιμεντολίθωμα. Η πήξη αυτή συντελείται όχι λόγω αποξήρανσης του νερού, όπως συμβαίνει στην περίπτωση του πυλού, ή του αργίλου, αλλά λόγω χημικής αντίδρασης, κατά την οποία τα μόρια του τσιμέντου εννούμενα με τα μόρια του νερού κρυσταλλώνονται και σχηματίζουν στερεό σώμα αδιάλυτο στο νερό. Η πήξη διαρκεί ορισμένο χρονικό διάστημα, κατά το οποίο συντελείται και η σκλήρυνση του. Αναμιγνύοντας την τσιμεντοκονία με άμμο σχηματίζεται το 21

22 αμμοκονίαμα, με την ανάμειξη του οποίου με σκύρα προκύπτει το σκυρόδεμα. Η ενυδάτωση καλύπτει το χρονικό διάστημα από την ανάμιξη του τσιμέντου με νερό, μέχρις ότου το ενυδατωμένο τσιμέντο αποκτήσει την τελική αντοχή του, ενώ περιλαμβάνει ακόμα τα στάδια της πήξης και της σκλήρυνσης. Κατά τη διάρκεια της ενυδάτωσης, οι τριχοειδείς πόροι και οι πόροι του πήγματος είναι γεμάτοι με νερό. Αυτό είναι πολύ βασικό, γιατί όταν αυτοί δεν περιέχουν νερό η ενυδάτωση διακόπτεται. Συνεπώς, χρειάζεται συνεχής διαβροχή και η σκλήρυνση του τσιμεντοπολτού πρέπει να γίνεται σε υγρό περιβάλλον. Η ενυδάτωση του τσιμέντου καθυστερεί αρκετά να ολοκληρωθεί, απαιτώντας έτσι μεγάλο χρονικό διάστημα. Το τσιμέντο είναι κατάλληλο για χρήση, όταν η πήξη του τσιμεντοπολτού αρχίζει μια ώρα περίπου μετά τη διαβροχή του τσιμέντου με νερό. Τα βασικά είδη του τσιμέντου είναι τα εξής: Πορτλαντ, σύνθετο Πορτλαντ, σκωριοτσιμέντο, ποζολανικό και σύνθετο. Υπάρχει και το Πορτλαντ ελληνικού τύπου, όπου προστίθεται θυραϊκή γη. Εικόνα 18: Σχεδιάγραμμα παραγωγής τσιμέντου. 22

23 Εικόνα 19: Στάδια παρασκευής τσιμέντου ΑΔΡΑΝΗ ΚΑΙ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥΣ Αδρανή καλούνται 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 συνήθως από την εξόρυξη κατάλληλων πετρωμάτων ή την ανάληψη τους από φυσικές εναπόθεσης των θραυσμάτων τους. Ο ρόλος τους στο σκυρόδεμα Η συμμετοχή των αδρανών στα σκυροδέματα καταλαμβάνει το 60-80% της μάζας τους. Ο ρόλος τους είναι καθοριστικός στη δημιουργία ενός ανθεκτικού και συνεκτικού ιστού που θα παραλάβει τα φορτία της κατασκευής, αλλά και θα αντέξει στις φυσικοχημικές επιδράσεις του περιβάλλοντος. Σύμφωνα με την κλασσική αντίληψη τα αδρανή υλικά αποτελούν το σκελετό του σκυροδέματος. Εφόσον γενικά είναι πιο ανθεκτικά από την τσιμεντοπαστα, αντιστέκονται στην ανάπτυξη μικρορωγμών που προκαλούνται από τη συστολή ξήρανσης και βελτιώνουν έτσι την αντοχή. Η φύση των δεσμών που 23

24 αναπτύσσονται στην διεπιφάνεια (κοινή επιφάνεια) αδρανών και τσιμεντόπαστας οδηγούν στις μηχανικές αντοχές του σκυροδέματος. Συνεπώς, η εκλογή των αδρανών, είναι ένας σημαντικός παράγοντας, ο οποίος πρέπει να εξετάζεται σε συνάρτηση με τις επιδιωκόμενες απαιτήσεις και ιδιαίτερα λαμβάνοντας υπόψη την ανθεκτικότητα Το νερό Το νερό μαζί με το τσιμέντο, αποτελούν τα δύο ενεργά συστατικά του σκυροδέματος. Πολύ βασική είναι η συμμετοχή τους σε μια σειρά αντιδράσεων, που οδηγούν στη σκλήρυνση του μίγματος. Το νερό που χρησιμοποιείται, επιβάλλεται να είναι καθαρό και απαλλαγμένο από βλαπτικές ουσίες (οργανικά ή ανόργανα στερεά, θειικά άλατα, οξέα) σε μεγάλο ποσοστό, γιατί είναι πιθανό να βλάψουν την ποιότητα του σκυροδέματος και να προκαλέσουν διάβρωση του οπλισμού. Η αναλογία του νερού στο μείγμα είναι καθοριστικός παράγοντας επίτευξης των επιθυμητών αντοχών στο σκυρόδεμα και πρέπει να διατηρείται αυστηρά στα όρια που καθορίζει η μελέτη σύνθεσης. Γενικά, λιγότερο νερό συνεπάγεται μεγαλύτερες αντοχές, ενώ περισσότερο νερό υψηλότερη εργασιμότητα (ρευστότητα), γι αυτό απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή η χρήση του. Το νερό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί μπορεί να είναι πόσιμο, νερό γεωτρήσεων ή θαλασσινό (το οποίο όμως απαγορεύεται στο οπλισμένο σκυρόδεμα) Γενικά το σκυρόδεμα ως κονίαμα Σε γενικές γραμμές τα κονιάματα είναι μίγματα μιας κονίας, νερού και αδρανών. Τα κονιάματα εμφανίζουν ρευστότητα και πλαστικότητα λίγο μετά 24

25 την παραγωγή, αλλά με πήξη και σκλήρυνση της κονίας, αποκτούν μηχανική αντοχή και άλλες επιθυμητές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Οι τελικές ιδιότητες τους, όμως εξαρτούνται από το είδος τις ποσότητες των πρώτων υλών, τον τρόπο ανάμειξης μορφοποίησης και τις γενικότερες συνθήκες πήξης και σκλήρυνσης. Με κριτήριο τη χρήση τους τα κονιάματα διακρίνονται σε Λεπτοκονιάματα και Χόνδροκονιάματα. Στην πραγματικότητα όμως οι διαφορετικές χρήσεις είναι αποτέλεσμα των διαφορετικών ιδιοτήτων και αυτές άμεσο αποτέλεσμα του μεγέθους των αδρανών. Στα λεπτοκονιάματα (π.χ. εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, αυτοσυμπηκνούμενο) χρησιμοποιούνται αδρανή με μικρό μέσο μέγεθος κόκκων όπως η άμμος, ενώ στα χονδροκονιάματα, όπως είναι το κλασσικό μπετόν χρησιμοποιούνται αδρανή με μεγάλου μεγέθους σωματίδια όπως τα χαλίκια και τα σκύρα. Τα λεπτοκονιάματα διακρίνονται αρχικά ως προς τον τρόπο πήξης και σκλήρυνσης σε υδραυλικά και αερικά, στη συνέχεια σύμφωνα με το φαινόμενο βάρος σε ελαφριά και βαριά, επίσης ως προς της κονίας (ασβεστοκονιάματα, τσιμεντοκονιάματα, ασβεστοτσιμέντοκονιάματα, θηραϊκονιάματα, μαρμαροκονιάματα, γυψοκονιάματα) και με βάση τις χρήσεις τους σε κονιάματα δόμησης, κονιάματα επιχρισμάτων, κονιάματα πυροάντοχα και άλλα. Τα κύρια συστατικά κονιαμάτων είναι νερό, πολτός ή σκόνη υδράσβεστου, τσιμέντο, άμμος, θηραϊκή γη και σε ειδικές περιπτώσεις μαρμαρόσκονη. Η ανάμειξη των συστατικών πραγματοποιείται κυρίως με αναμίκτες (μπετονιέρες), με προσοχή στις αναλογίες και σπάνια με τα χέρια. Η σειρά ανάμιξης των κύριων συστατικών είναι νερό-κονία (τσιμέντο ή ασβέστης)- αδρανές (άμμος). Πιο συγκεκριμένα για το σκυρόδεμα Η λέξη σκυρόδεμα από τη σύνδεση δύο λέξεων: «σκύρα» (μικρά κομμάτια σπασμένης πέτρας, χαλίκια) και δένω. Το σκυρόδεμα ορίζεται ως τεχνητό στερεό, που παράγεται με την ανάμιξη τσιμέντου, νερού με χονδρά αδρανή (χαλίκια) και λεπτότερα (άμμος). Επιπλέον, μερικές φορές για την βελτίωση ορισμένων ιδιοτήτων του νωπού ή του σκληρυμένου σκυροδέματος 25

26 εισάγονται στο μίγμα σε κατάλληλες αναλογίες, ορισμένες χημικές ουσίες που ονομάζονται πρόσθετα. Το μίγμα αυτό σκληρύνεται χάρη στη χημική αντίδραση τσιμέντου-νερού. Το νερό εννούμενο με το τσιμέντο σχηματίζουν τον τσιμεντοπολτό, που σημαίνει μια μορφή κόλλας που συγκολλά τα αδρανή (χαλίκια και άμμο) και έτσι βοηθά στην λήψη ενός ισχυρού λιθώματος. Επομένως, ο ρόλος του είναι να συνδέει τα κενά μεταξύ των αδρανών, οπότε και να συνδέει τα αδρανή μεταξύ τους, μετατρέποντας τα έτσι, από σύνολο ισχυρών αλλά ασύνδετων κόκκων σε ενιαίο τεχνητό πέτρωμα. Επιπρόσθετα, λειτουργεί σαν λιπαντικό μεταξύ των κόκκων των αδρανών, έτσι ώστε το νωπό σκυρόδεμα να είναι μια ρευστή, αλλά ταυτόχρονα συνεκτική μάζα. Η σκλήρυνση αυτή πραγματοποιείται τόσο στον αέρα όσο και μέσα στο νερό, οπότε τα αδρανή συγκολλούνται σε ενιαία μάζα. Ένας από τους πιο σημαντικούς λόγους, που το σκυρόδεμα, είναι πλέον το πιο διαδεδομένο δομικό υλικό, είναι η πλαστικότητα του. Το σκυρόδεμα, λοιπόν, είναι εξαιρετικά εύπλαστο υλικό, αφού όσο είναι νωπό, μπορεί να λάβει οποιαδήποτε μορφή. Ακόμη, χαρακτηρίζεται από ιδιαίτερες ιδιότητες που προσφέρουν ανθεκτικότητα και προστασία από διάφορα επιθετικά περιβάλλοντα έκθεσης. Χάρη στη μεγάλη ευελιξία του είναι το πιο εύχρηστο δομικό υλικό, παρουσιάζει τη μοναδική ιδιότητα να περνάει σε μικρό χρονικό διάστημα από τη ρευστή κατάσταση (νωπό), στην στερεά (σκληρυμένο), παρέχοντας τη δυνατότητα να μορφωθεί σε καλούπια (ξυλοτύπους συνήθως) οποιουδήποτε επιθυμητού σχήματος, πριν στερεοποιηθεί και αποκτήσει τις τελικές αντοχές του. Το μπετόν στην αρχή, είναι σε κατάσταση πλαστική εύκολα κατεργάσιμο, όμως όσο περνάει η ώρα και προχωράει η ενυδάτωση, όπως είναι φυσικό, αρχίζει και γίνεται άκαμπτο, καταλήγοντας σε ένα σκληρό λίθωμα, δηλαδή μια τεχνητή πέτρα. Όμως, η ιδιότητα αυτή του σκυροδέματος, να πήζει με αρκετά μεγάλη ταχύτητα, μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα, καθώς πρέπει να χρησιμοποιηθεί το αργότερο εντός μιας ώρας και τριάντα 26

27 λεπτών από την παραγωγή του. Εφόσον το κονίαμα έχει πήξει, το επόμενο στάδιο που περνάει, είναι η σκλήρυνση, κατά την οποία αποκτά την τελική μηχανική του αντοχή. Όσον αφορά, το ρυθμό σκλήρυνσης του σκυροδέματος, σε γενικές γραμμές, σε μία εβδομάδα έχει αποκτήσει το 70% της τελικής αντοχής του και σε είκοσι οχτώ μέρες το 90%. Ενώ το 100% το αποκτά μετά από παρέλευση πολλών ετών. Πολύ σημαντικό πλεονέκτημα αποτελεί το γεγονός, ότι υπό καλές συνθήκες περιβάλλοντος, το όριο ηλικίας του σκυροδέματος μπορεί να ξεπεράσει κατά πολύ τα 100 χρόνια, χωρίς σημαντικές αλλοιώσεις στη μάζα του και στον οπλισμό. Το κλειδί για να παραχθεί ένα δυνατό και ανθεκτικό στο χρόνο σκυρόδεμα είναι η σωστή αναλογία και ανάμιξη των συστατικών του. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει αρκετός τσιμεντοπολτός για να γεμίσει τα κενά μεταξύ των αδρανών το μπετόν θα είναι και δυσκατέργαστο, ενώ υπάρχει και σοβαρή πιθανότητα να δημιουργηθούν πόροι και κενά (τα κενά αυτά καλούνται «φωλιές αδρανών»). Όμως από την άλλη πλευρά, μεγάλη αναλογία τσιμεντοπολτού είναι και αντιοικονομική και θα προκαλέσει ρωγμές, γιατί έχει τη φυσική τάση να συρρικνώνεται. Οι πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις μεταξύ του νερού και των κόκκων του τσιμέντου (δηλαδή των συστατικών του τσιμεντοπολτού) αποτελούν τη βάση για τη δημιουργία του σκυροδέματος. Είναι γεγονός ότι η ποιότητα του τσιμεντοπολτού ορίζει και την ποιότητα του σκυροδέματος. Η ποσότητα του νερού που εισάγεται, ή καλύτερα λόγος νερού/τσιμέντου αποτελεί θεμελιώδη παράγοντα για την ποιότητα του τσιμεντοπολτού, συνεπώς και του μπετόν. Όπως είναι λογικό, όταν βάζουμε πολύ νερό στο μείγμα του μπετόν, γίνεται πιο εργάσιμο. Βέβαια αυτό έχει και αρνητική συνέπεια, όταν το περίσσιο νερό (δηλαδή αυτό που δε συμμετέχει στις χημικές αντιδράσεις), εξατμίζεται, αφήνοντας έτσι πίσω του, πόρους αέρα που καθιστούν το μπετόν πιο αδύναμο. Επομένως, το ζητούμενο είναι να εισάγονται οι ελάχιστες δυνατές ποσότητες νερού που να εγγυώνται όμως τη σωστή κατεργασία και τοποθέτηση του. 27

28 Γενικά, όπως προαναφέρθηκε, είναι απαραίτητο, να είμαστε πολύ προσεκτικοί στις αναλογίες που χρησιμοποιούμε, γιατί ακόμη και μια μικρή διαφορά μπορεί να προκαλέσει αστοχία. Οι διαφορετικές ιδιότητες των πρώτων υλών που αναμιγνύονται στην παραγωγή του σκυροδέματος (μάζα, όγκος, φυσικοχημικά χαρακτηριστικά), την ανάγουν σε μια εξαιρετικά πολύπλοκη και σύνθετη διαδικασία. Οι αυστηρές διατάξεις του Κανονισμού Τεχνολογίας Σκυροδέματος του 1997, προβλέπουν τις ελάχιστες δοσολογίες των πρώτων υλών, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες της προβλεπόμενης εφαρμογής του σκυροδέματος, όπως η εργασιμότητα, η αντοχή, η πλαστιμότητα, το περιβάλλον στο οποίο εκτίθεται, η διαμόρφωση και διάρκεια της κατασκευής. Ιδιαίτερα, όμως στην Ελλάδα εξαιτίας της έντονης σεισμικής δραστηριότητας που σημειώνεται, τόσο η διαδικασία παράγωγής, όσο και η τελική ενσωμάτωση του σκυροδέματος στις κατασκευές διέπονται από αυτό τον εξαιρετικά απαιτητικό κανονισμό, ο οποίος ισχύει μέχρι και σήμερα, καλύπτοντας τις απαιτήσεις για σύγχρονες, ασφαλείς και αντισεισμικές κατασκευές. Θεωρείται το οικονομικότερο και ασφαλέστερο οικοδομικό υλικό, με εξαιρετική σχέση κόστους - παρεχόμενων ιδιοτήτων και για το λόγο αυτό είναι αναντικατάστατο. 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 στη μεγάλη ευελιξία του είναι το πιο εύχρηστο δομικό υλικό, αλλά ταυτόχρονα με τη μικρότερη διάρκεια ζωής καθώς πρέπει να χρησιμοποιηθεί το αργότερο εντός μίας ώρας και τριάντα λεπτών από τη παραγωγή του. 28

29 1.4 Διάκριση σκυροδέματος Πολύ ενδιαφέρον κομμάτι, αποτελεί η διάκριση του σκυροδέματος, καθώς με τα χρόνια πολλαπλασιάζονται και μεταβάλλονται οι ανάγκες στον χώρο της κατασκευής, έτσι και το σκυρόδεμα υποχρεώνεται να ακολουθήσει και να προσαρμοστεί σε αυτές τις αλλαγές. Όσο αλλάζουν οι συνθήκες συντήρησής του, οι συνθήκες "προσβολής" του (θάλασσα, χλωριόντα, αντι-παγετικά άλατα, ψύξη/χιόνι, ζέστη/καύσωνας, χημική προσβολή από οξέα, ντοματόζουμα, θεικά/λύματα αποχέτευσης κλπ) το αλλάζουν, του δίνουν άλλες ιδιότητες, το καταστρέφουν ή το αναζωογονούν κλπ. Στα "φυσικά" σκυροδέματα που υπάρχουν εδώ και 3000 χρόνια στην Κύπρο, με κονίαμα την θηραική Γη (Σαντορίνη-Santorin Earth) ή άλλες ποζολάνες με προσθήκη ασβέστου, είναι εμφανής αυτή η διαχρονική πορεία αλλάγων, φυσικών, χημικών, όπως και η μέτρηση του ηλεκτρο-χημικού δυναμικού, της οξείδωσης ή της διάβρωσης του οπλισμού (χαλύβων) σε δείγματα οπλισμένου σκυροδέματος. Όμως για να φτάσουμε στον διαχωρισμό του σκυροδέματος σε διάφορα είδη, ανάλογα με τον σκοπό που εξυπηρετεί έκαστη φορά, επιβάλλεται πρώτα να αναλύσουμε τα βασικά συστατικά του. Επειδή, τα συστατικά αυτά, που μπορεί να χρησιμοποιηθούν, ποικίλουν, είτε ανάλογα με την προέλευση, είτε με τον ρόλο που παίζουν, είτε με κάποιες ιδιότητες τους και αποτελούν το βασικό λόγο της ύπαρξης διαφορετικών σκυροδεμάτων. Με διαφορετικούς συνδυασμούς κάθε φορά, προκύπτει ένα διαφορετικό κονίαμα σκυροδέματος, γι αυτό και απαιτούν προσοχή, όλα τα στάδια παραγωγής του, από τα συστατικά και τις αναλογίες τους, μέχρι τους τρόπους μεταφοράς, αποθήκευσης, συντήρησης κλπ. Έτσι λοιπόν, πριν τα είδη του μπετόν, είναι πιο σωστό, να αναφερθούμε περιεκτικά στα συστατικά του. Οι πρώτες ύλες του σκυροδέματος, τις οποίες αναφέραμε και στην εισαγωγή στο σκυρόδεμα, είναι το τσιμέντο (η κονία), τα αδρανή, το νερό και ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες του σκοπού που εξυπηρετεί, τα πρόσθετα και τα 29

30 πρόσμικτα. Αρχικά θα αναλύσουμε το τσιμέντο, που είναι και από τα πιο σημαντικά συστατικά του μπετόν. Κονία Το τσιμέντο είναι η κονία του μείγματος, δηλαδή το συνδετικό υλικό του μείγματος. ότι σε στερεά κατάσταση, δηλαδή σε μορφή σκόνης ή σε ρευστή κατάσταση ως διάλυμα ή αιώρημα, αναμιγνύοντας με νερό, αποκτά πλαστικότητα και με αδρανή υλικά δίνει μια πλαστική μάζα που με το χρόνο πήζει και σκληραίνει. Πήξη της κονίας είναι η μετατροπή της πλαστικής μάζας, από ημίρρευστη σε στερεά. Ο χρόνος πήξης εξαρτάται από το είδος της κονίας, το είδος αλλά και την ποσότητα του μέσου κατεργασίας και τη θερμοκρασία. Σκλήρυνση της κονίας είναι η παραπέρα αύξηση της μηχανικής αντοχής με το χρόνο, μετά την πήξη. Η πήξη και η σκλήρυνση της κονίας είναι αποτέλεσμα σύνθετων φυσικών και χημικών διεργασιών και κυρίως αντιδράσεων ενυδάτωσης των συστατικών της κονίας με αποτέλεσμα τον σχηματισμό ένυδρων ενώσεων που σταδιακά κρυσταλλώνονται. Γενικά, οι κονίες διακρίνονται σε αερικές και υδραυλικές. Οι αερικές κονίες είναι αυτές που πήζουν, σκληραίνουν και συντηρούνται μόνο στον αέρα όπως ο ασβέστης και η γύψος. Οπότε, δεν πήζουν σε υγρό περιβάλλον καθώς διαλύονται στο νερό. Σε αντίθεση με τις υδραυλικές κονίες, που πήζουν, σκληραίνουν και συντηρούνται σε υγρό περιβάλλον ή και μέσα στο νερό. Αυτό το επιτυγχάνουν, λόγω του ότι περιέχουν συγκεκριμένα συστατικά, τους λεγόμενους υδραυλικούς παράγοντες, οι οποίοι αντιδρούν με το νερό και ενυδατώνονται προσλαμβάνοντας σημαντική ποσότητα νερού, χωρίς να διαλύονται σε αυτό. 30

31 1.4.1 Είδη τσιμέντων και κύρια χρήση τους. ΛΕΥΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ Τα λευκά τσιμέντα δεν περιέχουν μεταλλικά οξείδια, κυρίως σιδήρου, που δίνουν στα κοινά τσιμέντα το γκρίζο χρώμα. Παρασκευάζονται από λευκά ασβεστολιθικά υλικά χωρίς μεταλλικές προσμίξεις και λευκή άργιλο (καολίνη) ή από καθαρά μίγματα οξειδίων αλουμινίου και πυριτίου. Η χρήση του λευκού τσιμέντου παρέχει πολλές αρχιτεκτονικές δυνατότητες, γι αυτό τα σκυροδέματα που παρασκευάζονται από λευκό τσιμέντο λέγονται συχνά αρχιτεκτονικά. Χρησιμοποιείται για: χυτά σκυροδέματα, ταυτόχρονα φέρονται και διακοσμητικά, διακοσμητικά κονιάματα, μωσαικά και πλάκες επένδυσης δαπέδων, υλικά ανακαίνισης και επιδιόρθωσης, διασυνδετικό υλικό σε τσιμεντόκολλες, οδική και αστική σήμανση, υπαίθρια έπιπλα, γλυπτική διακόσμηση και εξοπλισμό υπαίθριων χώρων, διακοσμητικές δομικές μονάδες κ.α. ΤΣΙΜΕΝΤΑ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ Παρασκευάζονται σε ειδικούς φούρνους με ανάμιξη οξειδίου του ασβεστίου και βωξίτη που περιλαμβάνει τριοξείδιο του αλουμινίου (αλουμίνια). Η τελική περιεκτικότητα σε αλουμίνια είναι 40 ως 45%, στοιχείο που δίνει στο τσιμέντο χαρακτηριστικές ιδιότητες. Τα τσιμέντα αλουμινίου έχουν μαύρο χρ ωμα και μικρό χρόνο σκλήρυνσης (τρισήμισυ με τέσσερις ώρες). Το τσιμέντο αλουμινίου χρησιμοποιείται για: επιδιορθώσεις στις οποίες απαιτείται σύντομη αποκατάσταση, βιομηχανικά δάπεδα, εσωτερική προστασία μεταλλικών σωλήνων, ως διασυνδετικό σε επισκευαστικά και συγκολλητικά κονιάματα, σκυροδέτηση σε ψυχρές περιοχές, πυροπροστατευτικά κονιάματα και σκυροδέματα, χυτά ή εκτοξευόμενα που χρησιμοποιούνται πολύ στη μεταλλουργία και σιδηρουργία, καπνοδόχους, φούρνους και άλλες κατασκευές 31

32 που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες, θαλάσσιο, αγροτικό, βιομηχανικό ή αστικό διαβρωτικό περιβάλλον, πλάκες επίστρωσης επιφανειών, σκυρόδεμα μεγάλης αντοχής σε συνδυασμό με ειδικά αδρανή, αλκαλικό περιβάλλον, περίσσεια νερού, το κονίαμα ή το σκυρόδεμα με τσιμέντο αλουμινίου κινδυνεύει να ανακρυσταλλωθεί και να αλλοιωθούν οι ιδιότητες του. ΤΑΧΥΠΗΚΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ Παρασκευάζονται από ασβεστοαργιλώδη πετρώματα χωρίς την παρουσία γύψου που επιβραδύνει την πήξη. Η πήξη αρχίζει περίπου 3 λεπτά μετά τη σκυροδέτηση στους 20ο C και μετά από 10 λεπτά στους 0οC. Τα ταχύπηκτα τσιμέντα είναι πολύ λεπτόκοκκα υλικά, ανθεκτικά σε διαβρωτικό περιβάλλον και έχουν καστανοκίτρινο χρώμα. Τα ταχύπηκτα τσιμέντα χρησιμοποιούνται στην κατασκευή καναλιών για διαρροές, βιομηχανικές καπνοδόχους, ειδικές θεμελιώσεις, σφραγίσματα σωληνώσεων, κονιάματα για επιδιορθώσεις, δομικές μονάδες κ.α. Σήμερα η χρήση τους έχει επεκταθεί στην κατασκευή κονιαμάτων και σκυροδεμάτων για: στερεώσεις και ειδικά σημεία θεμελιώσεων, επιδιορθώσεις στις οποίες απαιτείται σύντομη αποκατάσταση, προκαταρκτικές ή συμπληρωματικές εργασίες, απόφραξη οπών, ρωγμών, διαρροών, εκτοξευόμενα και βιομηχανικά σκυροδέματα και κονιάματα. ΠΟΖΟΛΑΝΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ Παρασκευάζονται από κλίνκερ, γύψο και ηφεστειακή στάχτη. Δίνουν σκυροδέματα πολύ εργάσιμα, εύπλαστα και ανθεκτικά στην έκπλυση, με ιδιαίτερη αντοχή σε φυσικούς και χημικούς διαβρωτικούς παράγοντες. Είναι τσιμέντα φθηνότερα από τις τσιμεντενέσεις και περιέχουν βελτιωτικά πρόσθετα. 32

33 ΤΣΙΜΕΝΤΑ ΓΙΑ ΤΣΙΜΕΝΤΕΝΕΣΕΙΣ Πρόκειται για τσιμέντα που χρησιμοποιούνται σε επισκευές και επιδιορθώσεις με τσιμεντενέσεις. Παρασκευάζονται από ειδικό μίγμα με την προσθήκη εποξεικών ρητινών ή σκληρυντών που ανεβάζουν αρκετά το κόστος. Προσκολλώνται ικανοποιητικά σε παλιό σκυρόδεμα και έχουν σχετικά βραδεία πήξη που επιτρέπει μεγάλη διάρκεια της διαδικασίας της τσιμεντένεσης. Επειδή δεν περιέχουν θειούχες ή χλωριούχες προσμίξεις προστατεύουν αποτελεσματικά τον οπλισμό του σκυροδέματος και στεγανώνουν τις ρωγμές του. ΠΥΡΟΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ Είναι ανάλογα με τα τσιμέντα αλουμινίου, με πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε αλουμίνα (50 ως 80%). Σε συνδυασμό με κατάλληλα αδρανή για την κατασκευή χυτών ή προκατασκευασμένων πυράντοχων δομικών στοιχείων καθώς και εκτοξευόμενου σκυροδέματος (GUNITE) που σκληραίνει γρήγορα. ΤΣΙΜΕΝΤΑ ΟΔΟΠΟΙΙΑΣ Στα σύγχρονα έργα οδοποιίας η θεμελίωση κατασκευάζεται συνήθως από σκύρο ενοποιημένο και λίγο νερό (5 ως 7%). Ανάλογα με το είδος και την αναλογία των προσμίξεων και με τα αδρανή που χρησιμοποιούνται, παρασκευάζονται τσιμέντα για αυτοκινητόδρομους ή για μεγάλα έργα οδοποιίας, γέφυρες, αντιστηρίξεις, φράγματα κ.α. 33

34 ΑΝΤΙΔΙΑΒΡΩΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΑ Πρόκειται για τσιμέντα με ειδική σύνθεση ώστε να αντέχουν στην επίδραση των θειούχων διαβρωτικών λυμάτων. Παρουσιάζουν αυξημένη μηχανική αντοχή αλλά είναι πολύ ευαίσθητα και χρειάζονται ειδικές προφυλάξεις κατά την εφαρμογή Είδη αδρανών Κατάταξη αδρανών ανάλογα με την προέλευση τους Τα αδρανή υλικά κατατάσσονται, ανάλογα με την προέλευση τους, σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Αυτά που προέρχονται από φυσικό τεμαχισμό και λέγονται φυσικά αδρανή και αυτά που προέρχονται από φυσικό τεμαχισμό και λέγονται φυσικά αδρανή και αυτά που προέρχονται από τεχνητό τεμαχισμό λίθων και λέγονται τεχνητά αδρανή. Τα φυσικά αδρανή προέρχονται από φυσικό τεμαχισμό των στερεών πετρωμάτων. Τα αδρανή αυτά 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 είναι γενικά στρογγυλευμένο, σε αντίθεση, προς τα τεχνητά αδρανή, τα οποία είναι ακανόνιστου σχήματος και γωνιώδη. Τα τεχνητά αδρανή παράγονται σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν αποθέσεις φυσικών αδρανών. Έχουν μεγαλύτερη ποικιλία ως προς το μέγεθος των κόκκων, από τα φυσικά. Επίσης είναι περισσότερο ομοιογενή, επειδή 34

35 προέρχονται από το ίδιο πέτρωμα και οι ακμές τους είναι γωνιώδεις, ενώ οι επιφάνειες τους τραχιές γιατί δεν έχουν υποστεί κυλινδρισμό. Ακόμη, τα αδρανή σύμφωνα με μια διαφορετική κατάταξη (τον τρόπο αρχικής δημιουργίας τους), χωρίζονται σε εκρηξιγενή (ηφαιστειακά, πλουτόνια, μαγματικά), με τους πιο γνωστούς τύπους: Βασάλτες, Ανδεσίτες, Διαβάσης, Γρανίτες κλπ. ιζηματογενή, κροκαλοπαγή κλπ., με πιο γνωστά αδρανή: ασβεστόλιθοι, ψαμμίτες κλπ, μεταμορφωσιγενή (μάρμαρα κλπ.) γνεύσιοι. Τα αδρανή υλικά κατατάσσονται και ανάλογα με το μέγεθος τους σε άμμο, γαρμπίλι και σκύρα (κατά αύξουσα σειρά διαμέτρου). Το αδρανές υλικό, το οποίο περιλαμβάνει κόκκους όλων μεγεθών ονομάζεται αμμοχάλικο. Στο σκυρόδεμα χρησιμοποιούνται και τα τρία είδη, ανάλογα με τον τύπο του και τους σκοπούς που εξυπηρετεί Νερό Ένα από τα κυριότερα συστατικά του σκυροδέματος είναι το νερό. Νερό πόσιμο, νερό γεωτρήσεων, με χλωριόντα έως 600 ppm (για σηδροπαγές) ή έως ppm, για άποπλο σκυρόδεμα ή και θαλασσινό! ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΠΡΟΣΘΕΤΑ Τα πρόσθετα του σκυροδέματος είναι διάφορες ουσίες ανόργανες ή οργανικές, οι οποίες προστίθενται στα βασικά συστατικά του σκυροδέματος σε μικρές ποσότητες στο παρασκευαζόμενο σκυρόδεμα (το πολύ μέχρι 5% κατά βάρος του τσιμέντου) και βελτιώνουν, κατά περίπτωση κάποια ιδιότητα του. Τα 35

36 πρόσθετα μπορεί να είναι ανόργανης προέλευσης, όπως η θηραϊκή γη, η άσβεστος, οι τέφρες, τα χρώματα κ.α. Γενικά, σκοπός τους είναι να βελτιώσουν ή να προσδώσουν συγκεκριμένες ιδιότητες στο νωπό ή στο σκληρυμένο σκυρόδεμα. Έτσι έχουν τη δυνατότητα αύξησης της εργασιμότητας και της συνεκτικότητας, αύξησης ή μείωσης του χρόνου πήξεως, αύξησης της εξίδρωσης, μείωσης της θερμότητας ενυδατώσεως, μείωσης της διαπερατότητας, αύξησης της ανθεκτικότητας σε παγοπληξία και άλλους διαβρωτικούς παράγοντες. Επιπλέον, μερικά από αυτά έχουν τη δυνατότητα ακόμα και να συμβάλλουν στην ανάπτυξη πρώιμων μηχανικών αντοχών. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών οι απαιτήσεις για το σκυρόδεμα, στον χώρο της κατασκευής αυξήθηκαν. Νέες τεχνολογίες εφαρμόζονται στην δόμηση και απαιτούν μεταβολές των ιδιοτήτων του σκυροδέματος. Ταυτόχρονα όμως και άλλοι λόγοι, όπως η συμπίεση του κόστους, η αυξανόμενη ρύπανση του περιβάλλοντος με επακόλουθο την αύξηση της διαβρωτικής επίδρασης στις κατασκευές (όξινη βροχή), οι απαιτήσεις για αυξημένα φορτία επιβάλλουν την μεταβολή των ιδιοτήτων του νωπού και σκληρυμένου σκυροδέματος. Προκειμένου να ανταποκριθεί το σκυρόδεμα στις νέες απαιτήσεις εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός χημικών υλών που προστίθενται κατά την ανάμιξη του σκυροδέματος και μεταβάλλουν σημαντικά τις ιδιότητες του. Τα υλικά αυτά καλούνται πρόσμικτα και χωρίς την χρήση τους, δε θα ήταν δυνατή η κατασκευή σημαντικών έργων από σκυρόδεμα. Με τις δυνατότητες αυτές το σκυρόδεμα μπορεί να ανταποκρίνεται σε υψηλότερες κατασκευαστικές απαιτήσεις, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα μικρή αύξηση του κόστους, έτσι ώστε να παραμένει το κυρίαρχο δομικό υλικό. Α) Επιταχυντικά πρόσμικτα: Τα επιταχυντικά πρόσμικτα αυξάνουν την ταχύτητα ενυδάτωσης του τσιμέντου, επιταχύνουν την πήξη και την σκλήρυνση του σκυροδέματος και αυξάνουν την αρχική αντοχή του. Χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου απαιτείται να αναπτυχθούν αυξημένες 36

37 αρχικές αντοχές στο δομικό έργο. Το κυριότερο μειονέκτημα τους είναι ότι προκαλούν μείωση της τελικής αντοχής του σκυροδέματος. *ποια είναι? Β) Επιβραδυντικά πρόσμικτα(lignosulphonates): Τα επιβραδυντικά επιβραδύνουν την ενυδάτωση του τσιμέντου και συνεπώς την πήξη και τη σκλήρυνση του σκυροδέματος. Επίσης, συμβάλλουν στην διατήρηση του εργάσιμου και χρησιμοποιούνται για να αυξηθεί ο διαθέσιμος χρόνος, για τη μεταφορά αλλά και τη διάστρωση του σκυροδέματος. Στην περίπτωση τους, η αρχική αντοχή του σκυροδέματος εμφανίζεται μειωμένη, σε αντίθεση με την τελική αντοχή, η οποία δεν επηρεάζεται από τα επιβραδυντικά πρόσμικτα. Συνήθως, 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 εργάσιμο του. Όμως απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή, γιατί σε περίπτωση που η περιεκτικότητα σε αέρα ξεπεράσει τα καθορισμένα όρια, κινδυνεύει να μειωθεί η τελική αντοχή του σκυροδέματος. Επομένως, η χρήση αερακτικού επιβάλλεται να ληφθεί υπόψη στη μελέτη σύνθεσης, με αποτέλεσμα η διαδικασία να περιπλέκεται σημαντικά. Εφόσον τελικά, χρησιμοποιηθεί αερακτικό πρόσμικτο, είναι απαραίτητο να προστεθεί στο ανάμιγμα, επιπλέον ποσότητα τσιμέντου έτσι ώστε να αποφευχθεί η μείωση των μηχανικών αντοχών. Ενώ καθώς το αερακτικό αυξάνει το εργάσιμο, θα πρέπει να μειωθεί η συνολική ποσότητα νερού που θα χρησιμοποιηθεί, άρα πιθανότατα τα παραπάνω θα συνοδεύονται από αύξηση των μηχανικών αντοχών, οι οποίες θα πρέπει να σημειωθούν στον έλεγχο των μηχανικών αντοχών των δοκιμίων που θα ληφθούν. Δ)Ρευστοποιητικά πρόσμικτα: Τα ρευστοποιητικά πρόσμικτα αυξάνουν τη ρευστότητα και την ομοιομορφία του σκυροδέματος και επιτρέπουν τη μείωση 37