ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΑΠΕΝΑΝΤΙ ΣΤΟ ΝΕΡΟ

Transcript

1 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΑΠΕΝΑΝΤΙ ΣΤΟ ΝΕΡΟ 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γιατί μας ενδιαφέρει η συμπεριφορά των υλικών απέναντι στο νερό; 1. Προστασία των κτηριακών κατασκευών από το νερό της βροχής 2. Προστασία των κτηριακών κατασκευών από την υγρασία (συμπύκνωση υδρατμών στην εσωτερική επιφάνεια ή στο εσωτερικό των κτηριακών στοιχείων) 3. Συμπεριφορά των υλικών σε σχέση με το νερό κατά το στάδιο της κατασκευής 4. Εφαρμογή τεχνικών παθητικού δροσισμού με εξάτμιση [Βιοκλιματικός Σχεδιασμός] 5. Επίδρασηστονκύκλοτουνερούσεεπίπεδο πόλης [Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός] 2

3 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΝΕΡΟ 1. Δυνατότητα αναρρόφησης νερού Οφείλεται στα τριχοειδή αγγεία του υλικού. Προσδιορισμός: Μερική εμβάπτιση του υλικού μέσα στο νερό 2. Υδροαπορροφητικότητα Υδροαπορροφητικότητα είναι η ικανότητα των υλικών να απορροφούν νερό. Η υδροαπορροφητικότητα,w, δίνεται από τη σχέση : W = m w m t όπου είναι: m w η μάζα του κορεσμένου υλικού και m t η μάζα του υλικού μετά από πλήρη ξήρανση στους 105 Ο C. 3. Δυνατότητα απόδοσης νερού Η δυνατότητα απόδοσης νερού,w α, δίνεται από τη σχέση: W α = m w -m α,t όπου είναι: m w η μάζα του κορεσμένου υλικού και m α,t η μάζα του υλικού που έχει ξηρανθεί στους 20 ο C μέχρι σταθερού βάρους 3

4 4. Υδατοπερατότητα Υδατοπερατότητα είναι η αντίσταση που προβάλλουν τα υλικά κατά τη διέλευση του νερού μέσα από τη μάζα τους. Ως προς την υδατοπερατότητα, τα υλικά χωρίζονται σε : Υδατοπερατά Μη υδατοπερατά 4

5 5. Υγρασία ισορροπίας Υγρασία ισορροπίας είναι η υγρασία, η οποία παραμένει στο υλικό μετά την εξισορρόπησή της με την υγρασία του περιβάλλοντος. Δίνεται σε συνάρτηση με την υγρασία του περιβάλλοντος : Όσομεγαλώνειησχετικήυγρασία, τόσο μεγαλώνει και η υγρασία ισορροπίας. υγρασία τη χρονική στιγμή α... υγρασία τη χρονική στιγμή n υγρασία τη χρονικήστιγμήα.. υγρασία τη χρονική στιγμή n α. Καλή ικανότητα β. Κακή ικανότητα απόδοσης νερού απόδοσης νερού Κατανομή της υγρασίας σε τοίχο σε συνάρτηση με το χρόνο και την ικανότητα απόδοσης νερού 5

6 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΥΔΡΟΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 6

7 ΥΔΡΟΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Υδροαπορροφητικότητα είναι η ικανότητα των υλικών να απορροφούν νερό. Δύο τρόποι ελέγχου της υδροαπορροφητικότητας των υλικών : 1. Φυσικός έλεγχος (σταδιακός κορεσμός των δοκιμίων του υλικού μέσα σε δοχείο με νερό) 2. Μηχανικός έλεγχος (συσκευής υδροαπορρόφησης ) 7

8 ΦΥΣΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ( ΣΤΑΔΙΑΚΟΣ ΚΟΡΕΣΜΟΣ) ΓΕΝΙΚΑ Ο προσδιορισμός της υδροαπορροφητικότητας των υλικών γίνεται με την τοποθέτηση κατάλληλων δοκιμίων του υλικού μέσα σε δοχείο με νερό, όπου το ύψος του νερού μέσα στο δοχείο αυξάνει σταδιακά, μέχρις ότου υπερκαλύψει τα δοκίμια. ΣΥΣΚΕΥΗ Κατάλληλο μεταλλικό ή πλαστικό δοχείο μέσα στο οποίο τοποθετούνται τα δοκίμια του υλικού και γίνεται ο έλεγχος σύμφωνα με τον αντίστοιχο κανονισμό. Η 3/4 Η 1/2 Η 1/4 Η 24 ώρες 22 ώρες 1 ώρα 1 ώρα ΔΟΚΙΜΙΑ (συνήθως) Kυβικό σχήμα αλλά όχι απαραίτητα. Oμοιόμορφα. Διαστάσεις : περίπου 5 x 5 x 5 cm. Έλεγχος για 3 5 δοκίμια Προσδιορισμός με μεγαλύτερη ακρίβεια της υδροπορροφητικότητας του υλικού. 5 cm 5 cm 5 cm 8

9 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Αποξήρανση των δοκιμίων σε θερμοκρασία 105 o C, μέχρι τη σταθεροποίηση του βάρους τους. Προσδιορισμός της εν ξηρώ μάζας m t, σε g, με ακρίβεια ±0,1%. Βύθιση στο δοχείο. 1 / 4 Η 1 h 1 / 2 Η 1 h 3 / 4 Η 22 h Η 24 h ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ : 48 h 9

10 Συμπλήρωση διαδικασίας : Σκούπισμα Ζύγισμα Προσδιορισμός του βάρους των δοκιμίων. Επανάληψη διαδικασίας κάθε 24 ώρες μέχρι τη σταθεροποίηση του βάρους των δοκιμίων. Σταθεροποίηση του βάρους : 2 διαδοχικές μετρήσεις να δίνουν την ίδια τιμής βάρους. Τα δοκίμια έχουν κορεστεί με νερό Προσδιορισμός της κορεσμένης μάζας των δοκιμίων, m w, σε g. Υπολογισμός της ποσότητας του νερού την οποία απορρόφησαν τα δοκίμια, ώστε να κορεστούν υπό ατμοσφαιρική πίεση : Α = m w m t [ g ] ποσότητα νερού που απορροφήθηκε κορεσμένη μάζα εν ξηρώ μάζα Υπολογισμός του αντίστοιχου ποσοστού κατ όγκο του νερού που απορρόφησαν τα δοκίμια : Α g = m w -m t x 100 (%) m t 10

11 ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ (ΣΥΣΚΕΥΗ ΥΔΡΟΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ) ΓΕΝΙΚΑ Τα δοκίμια τοποθετούνται σε ειδικό, δικτυωτό μεταλλικό καλάθι. Το μεταλλικό καλάθι τοποθετείται σε ειδική θέση της συσκευής υδροαπορρόφησης. Η ειδική θέση γεμίζεται με απεσταγμένο νερό. Η πίεση μεταβάλλεται σταδιακά κατά τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας. 11

12 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή υδροαπορρόφησης αποτελείται από : Σιδερένια βάση. Στο πάνω μέρος της βάσης βρίσκεται η χαλύβδινη κεφαλή πίεσης, που έχει εσωτερική διάμετρο 160 mm και χρήσιμο βάθος 250 mm. Στη σχηματιζόμενη κοιλότητα τοποθετείται ειδικό καλάθι από δικτυωτό συρματόπλεγμα μέσα στο οποίο βρίσκονται τα δοκίμια του υλικού που πρόκειται να εξεταστεί. Η κεφαλή πίεσης κλείνει αεροστεγώς με κάλυμμα διαμορφωμένο σε σχήμα εμβόλου. Η στεγανότητα μεταξύ κεφαλής και καλύμματος επιτυγχάνεται με στρογγυλό δακτυλιοειδές παρέμβυσμα. Στο κέντρο της κεφαλής είναι προσαρμοσμένη η βαλβίδα εξαερισμού, η οποία, όταν είναι ανοικτή, χρησιμεύει για την εκκένωση της κεφαλής πίεσης και όταν είναι κλειστή για τη δημιουργία ελαττωμένης πίεσης στο εσωτερικό της κεφαλής. 25 cm 16 cm 12

13 Ο χώρος τοποθέτησης των δοκιμίων γεμίζεται με απεσταγμένο νερό με τη βοήθεια ειδικής αντλίας από αποθήκη νερού, η οποία υπάρχει μέσα στη βάση της συσκευής και κάτω από την κεφαλή πίεσης. Η πίεση στο χώρο αυτό ρυθμίζεται με χειροκίνητη αντλία πίεσης, η οποία βρίσκεται στη μια πλευρά της συσκευής, ενώ η υποπίεση δημιουργείται με αντλία κενού, η οποία λειτουργεί με ροή νερού και η σύνδεσή της βρίσκεται στο πίσω μέρος της συσκευής. Στο εμπρός τμήμα της συσκευής υπάρχουν τρεις βαλβίδες για τη ρύθμιση των συνθηκών πίεσης στο χώρο των δοκιμίων. Στο πάνω τμήμα της βάσης είναι προσαρμοσμένο το σύστημα των μανομέτρων με τη βοήθεια των οποίων ελέγχεται η πίεση στο χώρο των δοκιμίων. 13

14 ΔΟΚΙΜΙΑ Τουλάχιστον 5 δοκίμια. Ισομεγέθη. Όγκος δοκιμίων 50 cm 3. Καλός καθαρισμός και αφαίρεση χαλαρών τμημάτων με κατάλληλη βούρτσα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Αποξήρανση των δοκιμίων σε θερμοκρασία 105 o C, μέχρι τη σταθεροποίηση του βάρους τους. Προσδιορισμός της εν ξηρώ μάζας m t, σε g, με ακρίβεια ±0,1%. Τοποθέτηση των δοκιμίων στο ειδικό καλάθι. Τοποθέτηση του καλαθιού στην κοιλότητα της κεφαλής πίεσης. Γέμισμα της κοιλότητας με νερό. Αντλίακενού Ρύθμιση υποπίεσης στα 20 torr (20 mmhg). Απαλλαγή από τον εξωτερικό αέρα + Σταθεροποίηση βάρους. Ρύθμιση της πίεσης στη 1 atm (760 mmhg) (ατμοσφαιρική πίεση). Αντλία πίεσης Ρύθμιση πίεσης στα 150 kg/cm 2 (145 atm / mmhg). Σκούπισμα και προσδιορισμός της μάζας υπό πίεση 150 kg/cm 2, m w, h 2 h 24 h 14

15 Υπολογισμός της ποσότητας του νερού την οποία απορρόφησαν τα δοκίμια, ώστε να κορεστούν υπό πίεση 150 kg/cm 2 : Α 150 = m w,150 m t [ g ] ποσότητα νερού που απορροφήθηκε ώστε να κορεστούν υπό πίεση 150 kg/cm 2 κορεσμένη μάζα υπό πίεση 150 kg/cm 2 εν ξηρώ μάζα Υπολογισμός του συντελεστή κορεσμού : Α t Α 150 S = = m w -m t m w,150 -m t 15

16 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΥΔΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 16

17 ΥΔΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Υδατοπερατότητα είναι η αντίσταση που παρουσιάζει ένα υλικό, όταν διέρχεται νερό μέσα από τη μάζα του. Εξαρτάται από : Το πορώδες (διάταξη πόρων και βαθμός επικοινωνίας) Τη μέση διάμετρο των κενών και των τριχοειδών αγγείων Την υδροστατική πίεση Τη σύνθεση του νερού (καθαρό, με άλατα ή άλλες ουσίες) Τη θερμοκρασία (αύξηση της θερμοκρασίας = διαστολή των πόρων + μείωση του ιξώδους του νερού Ανοιχτοί πόροι Κλειστοί πόροι Ως προς την υδατοπερατότητα, τα υλικά χωρίζονται σε : Υδατοπερατά : Τα υλικά που παρουσιάζουν μικρή αντίσταση στη δίοδο του νερού (μεγάλη υδατοπερατότητα) Μη υδατοπερατά : Τα υλικά που παρουσιάζουν μεγάλη αντίσταση στη δίοδο του νερού (μικρή υδατοπερατότητα) Έλεγχος : Εφαρμογή υδραυλικής πίεσης σε δοκίμια 17

18 ΕΛΕΓΧΟΣ ΥΔΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ ΥΔΑΤΟΠΕΡΑΤΑ ΥΛΙΚΑ ΓΕΝΙΚΑ Στα μη υδατοπερατά υλικά ο έλεγχος της υδατοπερατότητας γίνεται κυρίως σε: Συνήθη σκυροδέματα (όχι αυτά που χρησιμοποιούνται στα φράγματα) Δάπεδα Μωσαϊκά Φυσικούς λίθους κ.λ.π. 18

19 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή υδατοπερατότητας αποτελείται από : Μεταλλική τράπεζα. Τρία παράλληλα συγκροτήματα προσδιορισμού της υδατοπερατότητας. Συγκρότημα συμπιεστή, που αποδίδει μέγιστη πίεση αέρα 10 Kg/cm 2 και το οποίο βρίσκεται κάτω από την τράπεζα. Παροχή νερού : Απότοδίκτυούδρευσης, με αγωγούς χρώματος πράσινου, με τη βοήθεια διακόπτη εισροής και διακόπτη εκροής. Παροχή αέρα υπό πίεση : Από τον αυτόματο αεροσυμπιεστή γίνεται με αγωγούς χρώματος μπλε, με τη βοήθεια διακόπτη εισροής και βαλβίδας εξαέρωσης. Ρύθμιση υδροστατικής πίεσης : Με σύστημα διακοπτών και βαλβίδων από τον πίνακα ελέγχου Έλεγχος υδροστατικής πίεσης : Με τη βοήθεια μανομέτρων. Παροχή αέρα Παροχή νερού 19

20 Κάθε συγκρότημα = Σύστημα συγκοινωνούντων δοχείων, μεταξύ ενός μεταλλικού κωνικού δοχείου κι ενός υαλοσωλήνα μέτρησης υψηλής πίεσης. Παροχή αέρα Ο υαλοσωλήνας μέτρησης : Προστατεύεται με plexiglass. Φέρει βαθμονομημένη κλίμακα σε mlt (cm 3 ), με τη βοήθεια της οποίας προσδιορίζεται ο όγκος του περιεχόμενου νερού στο δοχείο. Κάθε δοχείο : Έχει χωρητικότητα 1 lt (1000 cm 3 ). Έχει κωνικό σχήμα που επιτρέπει να λαμβάνονται οι ενδείξεις στο βαθμολογημένο σωλήνα με πολύ μεγάλη ακρίβεια, ακόμα και όταν η υδατοπερατότητα του δοκιμίου είναι μικρή. Παροχή νερού 20

21 Σε κάθε συγκρότημα υπάρχει κατάλληλα διασκευασμένη υποδοχή για την τοποθέτηση του εξεταζόμενου δοκιμίου. Πάνω και κάτω μέρος του δοκιμίου : Τοποθετούνται ελαστικοί στεγανοποιητικοί δακτύλιοι. Πάνω μέρος δοκιμίου : Τοποθετείται μεταλλικός δίσκος μέσα από τον οποίο γίνεται η παροχή του νερού υπό πίεση στο δοκίμιο, το οποίο συσφίγγεται στηθέσητουμετρειςκοχλίες. Κάτω μέρος : Υπάρχει κωνικός συλλέκτης για τη συγκέντρωση του διερχόμενου νερού από το δοκίμιο, κατά τη διάρκεια της πειραματικής δοκιμασίας, από όπου και αποχετεύεται καταλλήλως 21

22 Φ = 100 cm 2 ΔΟΚΙΜΙΑ Διαστάσεις 200 x 200 x 120 mm (20 x 20 x 12 cm). Επιφάνεια δοκιμασίας : Η επιφάνεια του δοκιμίου, από την οποία διέρχεται το νερό υπό πίεση (επιφάνεια 100 cm 2, λόγω της τοποθέτησης του στεγανοποιητικού δακτυλίου). 20 cm 20 cm 12 cm ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Αποξήρανση των δοκιμίων σε θερμοκρασία 105 o C, μέχρι τη σταθεροποίηση του βάρους τους. Προσδιορισμός της εν ξηρώ μάζας m t, σε g, με ακρίβεια ±0,1%. Τοποθέτηση των δοκιμίων στις υποδοχές των συγκροτημάτων. Κάλυψη πάνω / κάτω με τους δακτύλιους στεγανοποίησης. Τοποθέτηση μεταλλικού δίσκου παροχής νερού υπό πίεση πάνω από τον πάνω στεγανοποιητικό δακτύλιο. Σύσφιξη (προοδευτικά και ομοιόμορφα) <τα τρία συγκροτήματα μπορούν να λειτουργούν ξεχωριστά ή όλα μαζί με ειδικούς διακόπτες> 22

23 Γέμισμα κωνικών δοχείων με νερό μέχρι το ψηλότερο σημείο της βαθμονομημένης κλίμακας. Νερό υπό πίεση 1 kg/cm h Προσδιορισμός του όγκου του νερού (cm 3 ) Νερό υπό πίεση 3 kg/cm h Προσδιορισμός του όγκου του νερού (cm 3 ) Νερό υπό πίεση 7 kg/cm h Προσδιορισμός του όγκου του νερού (cm 3 ) που εισχωρεί στο δοκίμιο. Από τα αποτελέσματα της δοκιμασίας : Σχεδιασμός διαγράμματος υδατοπερατότητας. * Όλα τα σημεία σύνδεσης των μεταλλικών και των ελαστικών σωλήνων πρέπει να είναι στεγανά. ** Αν εμφανιστούν κηλίδες νερού Μειωμένη αντίσταση νερού Απόρριψη δοκιμίου. Συμπεράσματα για : - τη συμπεριφορά των υλικών - τις δυνατότητες βελτίωσης με αλλαγή σύνθεσης ή με προσθήκη στεγανοποιητικού μάζας 23

24 ΕΛΕΓΧΟΣ ΥΔΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΥΔΑΤΟΠΕΡΑΤΑ ΥΛΙΚΑ ΓΕΝΙΚΑ Γίνεται με τη δίοδο νερού υπό πίεση μέσα από το εξεταζόμενο δοκίμιο του υλικού μόνο προς μία κατεύθυνση. Αυτό επιτυγχάνεται καλύπτοντας το δοκίμιο με στεγανοποιητικό υλικό, π.χ. άσφαλτο, πίσσα, κ.τ.λ. από όλες τις πλευρές, εκτός από το τμήμα της επιφάνειας όπου εισέρχεται το νερό κατά την κατεύθυνση προσβολής. Προσδιορισμός της υδατοπερατότητας του υλικού : Από τον όγκο του νερού σε cm 3,οοποίος διέρχεται μέσα από καθορισμένη επιφάνεια του δοκιμίου, το οποίο έχει καθορισμένο ύψος, προς καθορισμένη κατεύθυνση, για ορισμένη υδροστατική πίεση και χρόνο δοκιμασίας. ΝΕΡΟ Στεγανοποιητικό υλικό 24