ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΡΕΥΣΤΟΤΗΤΑΣ ΕΡΓΑΣΙΜΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ

Transcript

1 Άσκηση 3 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΡΕΥΣΤΟΤΗΤΑΣ ΕΡΓΑΣΙΜΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ 3.1. Εισαγωγή 3.2. Σκυρόδεμα 3.3. Κονιάματα 3.4. Κεραμικά προϊόντα 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι τεχνικές ή τεχνολογικές ιδιότητες αναφέρονται στην ικανότητα των υλικών να δέχονται διάφορες μηχανικές κατεργασίες, χωρίς να μεταβάλλονται οι άλλες ιδιότητές τους ( φυσικές, χημικές κλπ). Επίσης έχουν σχέση και με τη δυνατότητα χειρισμού των υλικών κατά την εκτέλεση των εργασιών, π.χ. ο μαλακός χάλυβας και το αλουμίνιο με ειδικές μηχανές μετατρέπονται σε φύλλα και σύρματα χωρίς να ελαττώνεται η αντοχή τους, ενώ αντίθετα ο χυτοσίδηρος, εάν υποβληθεί σε τέτοια κατεργασία θραύεται. Εργάσιμο είναι η ιδιότητα που επιτρέπει σε ένα υλικό να κατεργασθεί εύκολα, πριν από τη χρήση του σε κάποια εφαρμογή. Δεν είναι φυσικό μέγεθος, αλλά περιλαμβάνει όλες τις ιδιότητες που αναφέρονται κατά την επεξεργασία ενός υλικού, όπως: δυνατότητα μεταφοράς, δυνατότητα συμπύκνωσης κλπ. Το εργάσιμο επομένως είναι μία πολύπλοκη ιδιότητα που συντίθεται από άλλες επιμέρους, τη ρευστότητα, την πλαστικότητα και το αναπόμικτο. Ειδικότερα ρευστότητα είναι η ικανότητα πρόσφυσης των διαφόρων κονιαμάτων στις επιφάνειες που εφαρμόζεται. Πλαστικότητα είναι η ικανότητα της πλαστικής μάζας να μορφοποιείται χωρίς να χάνει την συνοχή της και αναπόμικτο η ιδιότητα της πλαστικής μάζας να διατηρεί την ομοιογένειά της και να μη διαχωρίζεται σε στρώσεις διαφόρων συνθέσεων κατά την παραμονή ή τη μεταφορά της ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ Η σπουδαιότερη ιδιότητα του νωπού σκυροδέματος είναι το εργάσιμο. Ειδικά για το σκυρόδεμα με τον όρο εργάσιμο εννοείται η ευκολία με την οποία τοποθετείται στους τύπους και ακολούθως συμπυκνώνεται, ώστε να δώσει μία ομοιόμορφη και ομοιογενή μάζα με τη μεγαλύτερη δυνατή πυκνότητα (μικρότερο πορώδες). Σκυροδέματα που διαστρώνονται ή συμπυκνώνονται δύσκολα συνήθως εμφανίζουν προβληματική αντοχή και ανθεκτικότητα σε διάρκεια. Σαν μέτρο του εργάσιμου για το σκυρόδεμα λαμβάνεται η ρευστότητα, που μετράται με διάφορους τρόπους που θα περιγραφούν παρακάτω. Η κατάλληλη ρευστότητα για κάθε νωπό σκυρόδεμα καθορίζεται κύρια από τον τρόπο 1

2 συμπύκνωσής του αλλά και από την πυκνότητα του οπλισμού, το είδος του έργου και το μέγεθος του δομικού στοιχείου. Για παράδειγμα, σκυρόδεμα ικανοποιητικού εργάσιμου για την κατασκευή φράγματος μπορεί να είναι τελείως ακατάλληλο (από άποψη εργάσιμου) για την κατασκευή υποστυλωμάτων και δοκών. Σύμφωνα με τον ΚΩΣ το μπετόν χαρακτηρίζεται ανάλογα με τη ρευστότητά του σαν ύφυγρο, πλαστικό και ρευστό. Το εργάσιμο του σκυροδέματος εξαρτάται από, την περιεκτικότητα σε νερό, τσιμεντοπολτό, την κοκκομετρική σύνθεση, το σχήμα και την επιφάνεια των αδρανών. Αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό βελτιώνει το εργάσιμο αλλά μειώνει την αντοχή. Αύξηση της περιεκτικότητας σε τσιμεντοπολτό βελτιώνει επίσης το εργάσιμο λόγω ελάττωσης της τριβής μεταξύ των κόκκων του αδρανούς, ενώ η αντοχή δεν επηρεάζεται. Τέλος αύξηση της περιεκτικότητας των αδρανών σε λεπτόκοκκα συστατικά ελαττώνει το εργάσιμο λόγω αύξησης της επιφάνειας τριβής. Για τον ίδιο λόγο αδρανή με λεία επιφάνεια βελτιώνουν το εργάσιμο. Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι το εργάσιμο του σκυροδέματος ελαττώνεται σταδιακά μετά την ανάμιξη, λόγω της απορρόφησης του νερού από το τσιμέντο και τα αδρανή, γεγονός που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον έλεγχο του εργάσιμου. Όπως φαίνεται από τα παραπάνω, το εργάσιμο του σκυροδέματος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Γενικότερα όμως το εργάσιμο συσχετίζεται με την περιεκτικότητα σε νερό του νωπού σκυροδέματος, ενώ σαν μέτρο του εργάσιμου λαμβάνεται η ρευστότητα του σκυροδέματος, όπως προσδιορίζεται με τη μέθοδο της εξαπλώσεως ή τη μέθοδο της κάθισης. Το εργάσιμο μειώνεται γενικά με την αύξηση της θερμοκρασίας και την πάροδο έστω και λίγου χρόνου μετά την ανάμιξη των συστατικών του σκυροδέματος. Το φαινόμενο που σχετίζεται με την πάροδο του χρόνου ονομάζεται απώλεια κάθισης. Οι συνέπειες του φαινομένου αυτού αντιμετωπίζονται με μικρή αύξηση της ποσότητας του νερού ανάμιξης ή με προσθήκη επιπλέον νερού λίγο πριν τη διάστρωση, στα πλαίσια του επιτρεπόμενου λόγου Ν/Τ. Για τις διάφορες κατηγορίες εργάσιμου δίδονται στον Πίνακα 1 το μέτρο εξάπλωσης και το μέτρο συμπύκνωσης κατά DIN. ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Κατηγορίες εργάσιμου Μέτρο εξάπλωσης (cm) Μέτρο συμπύκνωσης Ύφυγρο (δύσκαμπτο) - 1,45 1,26 Πλαστικό 40 1,25 1,11 Ρευστό ,10 1,04 2

3 Στον Πίνακα 2 σχετίζεται η κάθιση με την ποσότητα του νερού ανά m 3 νωπού σκυροδέματος και για ορισμένες κατηγορίες σκύρων. ΠΙΝΑΚΑΣ 2 Περιεκτικότητα σε νερό (lit/m 3 σκυροδέματος) Εργάσιμο (cm κάθισης) Αδρανή 10 mm 20 mm 40 mm Η αποτίμηση του εργάσιμου του σκυροδέματος γίνεται με τις παρακάτω δοκιμασίες: Α. Δοκιμασία εξάπλωσης Β. Δοκιμασία κάθισης Α. Δοκιμασία εξάπλωσης (ΕΝ ) Κατά τη μέθοδο εξάπλωσης ποσότητα σκυροδέματος τοποθετείται σε κολουροκωνικό δοχείο με διαστάσεις, R=20 cm, r=13 cm και υ=20 cm σε δύο στρώσεις, κάθε μία από τις οποίες συμπυκνώνεται με ράβδο 40Χ40mm (με 10 ελαφρά κτυπήματα). Το καλούπι με το σκυρόδεμα βρίσκεται πάνω σε τετραγωνική βάση πλευράς 700mm και βάρους 16 Kg, την τράπεζα εξάπλωσης, που έχει τη δυνατότητα να πέφτει ελεύθερα κατά ορισμένο ύψος (4cm) μεταδίδοντας την κρούση στη μάζα του σκυροδέματος (σχ. 1). Αρχικά επιπεδώνεται η πάνω επιφάνεια του σκυροδέματος και μετά από 30sec ο κώνος αφαιρείται αργά, οπότε το σκυρόδεμα εξαπλώνεται. Κατόπιν η τράπεζα ανυψώνεται αργά και αφήνεται να πέσει 15 φορές (με κάθε κύκλο να διαρκεί περίπου 4 sec). Μετράται η διάμετρος του σκυροδέματος που εξαπλώθηκε κατά τέσσερις διευθύνσεις (μέση τιμή). Υπολογίζεται η μέση διάμετρος για τα 15 κτυπήματα και το μέτρο εξάπλωσης θα είναι: F=D/δ.100 όπου: D=μέση διάμετρος κονιάματος που εξαπλώθηκε δ = αρχική διάμετρος βάσης κολουροκωνικού δοχείου f = μέτρο εξάπλωσης (%) 3

4 Για τον έλεγχο σκυροδέματος το κολουροκωνικό δοχείο έχει διαστάσεις R=20 cm, r=13 cm και υ=20 cm. Η αρθρωτή επιφάνεια της τράπεζας αφήνεται να πέσει από ύψος 4 cm 15 φορές. Πλαστικό χαρακτηρίζεται το σκυρόδεμα που το μέτρο εξάπλωσής του δεν υπερβαίνει τα 40 cm, ενώ ρευστό το σκυρόδεμα που έχει μέτρο εξάπλωσης cm. Το εργάσιμο του ύφυγρου σκυροδέματος δεν είναι δυνατόν να αποτιμηθεί με τη μέθοδο αυτή (Πίνακας 1). Β. Δοκιμασία κάθισης (ΕΝ ) Σχ. 1: Τράπεζα εξάπλωσης Κατά τη μέθοδο αυτή χρησιμοποιείται κολουροκωνικό δοχείο ύψους 30 cm, διαμέτρου βάσης 20 cm και κορυφής 10 cm. Το δοχείο γεμίζεται με σκυρόδεμα, που συμπυκνώνεται σε τρείς, περίπου ίσου πάχους στρώσεις με ράβδο κυκλικής διατομής (διάμετρος 16 mm και μήκος 600 mm). Κάθε στρώση συμπυκνώνεται με 25 ραβδισμούς ομοιόμορφα κατανεμημένους στην επιφάνεια του σκυροδέματος. Η ράβδος πρέπει να βυθίζεται σε όλο το ύψος της κατώτερης στρώσης. Σχ. 2: Δοκιμασία κάθισης 4

5 Στη συνέχεια καθαρίζεται η περιοχή γύρω από τη βάση του κώνου και ο κώνος ανασύρεται προσεκτικά κατακόρυφα, σε 5-10 sec. Όλη η διαδικασία της δοκιμής, από την έναρξη του γεμίσματος μέχρι την αφαίρεση του κώνου, πρέπει να ολοκληρώνεται σε 2,5 min. Αμέσως μετά την αφαίρεση του κώνου η μάζα του σκυροδέματος κάθεται λόγω του βάρους της. Η υποχώρηση του ύψους της μάζας του σκυροδέματος, με προσέγγιση 10 mm ονομάζεται κάθιση. Στον Πίνακα 2 σχετίζεται η κάθιση (αποτελεί μέτρο της ρευστότητας και του εργάσιμου) με την ποσότητα του νερού ανά m 3 νωπού σκυροδέματος και για ορισμένες κατηγορίες αδρανών. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η κάθιση ενός σκυροδέματος C20/25 χωρίς ή με υπερρευστοποιητικό είναι mm ή mm, αντίστοιχα. Η δοκιμή κάθισης δίδει γενικά ένα καλό μέτρο της ρευστότητας του νωπού σκυροδέματος, είναι ιδανική για γρήγορο και εύκολο τρόπο ελέγχου της ομοιομορφίας των διαφόρων παρτίδων έτοιμου σκυροδέματος, θεωρείται όμως ακατάλληλη για ύφυγρα και ρευστά σκυροδέματα (εφαρμογή σε προκατασκευασμένα στοιχεία) ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ Όλες οι παραπάνω ιδιότητες που συνθέτουν το εργάσιμο, επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες και πολλές φορές με τέτοιο τρόπο, ώστε βελτίωση της μίας να συνεπάγεται επιδείνωση της άλλης. Αύξηση π.χ. του ποσοστού του νερού αυξάνει τη ρευστότητα αλλά ελαττώνει το αναπόμικτο. Το μέγεθος και το είδος των κόκκων του κονιάματος επηρεάζουν τη ρευστότητα. Αύξηση π.χ. του ποσοστού των μεγάλων κόκκων προκαλεί βελτίωση της ρευστότητας λόγω ελάττωσης της επιφάνειας τριβής μεταξύ των κόκκων. Κόκκοι με λεία και καμπύλη επιφάνεια προκαλούν επίσης βελτίωση της ρευστότητας. Η πλαστικότητα του κονιάματος μεταβάλλεται κατά κανόνα με το ποσοστό της περιεχόμενης κονίας. Η αποτίμηση του εργάσιμου για κονιάματα γίνεται με τη δοκιμασία εξάπλωσης (δες σκυρόδεμα). Η διαφορά είναι στις διαστάσεις του κολουροκωνικού δοχείου, ήτοι R=10cm, r=5cm, υ=5cm. Το μίγμα συμπυκνώνεται με ράβδο και 10 κτυπήματα. Η πτώση της επιφάνειας γίνεται 15 φορές από ύψος 1,25cm σε χρόνο 6 sec ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ Η πλαστικότητα της μάζας του μίγματος πρώτων υλών με νερό εξαρτάται κύρια από την περιεκτικότητα σε νερό και ρυθμίζεται ανάλογα με την ακολουθούμενη μέθοδο μορφοποίησης. Οι μέθοδοι μορφοποίησης διακρίνονται σε: 1. Υγρή, κατά την οποία η μάζα έχει μεγάλη πλαστικότητα λόγω της σχετικά μεγάλης ποσότητας νερού (μέχρι 60%). 2. Ύφυγρη, κατά την οποία η περιεκτικότητα της μάζας σε νερό είναι 20 25%. 3. Ξηρά, κατά την οποία η περιεκτικότητα της μάζας σε νερό είναι 8 12% και πλαστικότητα και συνεκτικότητα ασήμαντη. 5

6 Η αποτίμηση του εργάσιμου στα κεραμικά προϊόντα γίνεται με τον προσδιορισμό περιεκτικότητας σε νερό πλαστικής μάζας. Προσδιορισμός περιεκτικότητας σε νερό πλαστικής μάζας Ο θερμοζυγός είναι όργανο που χρησιμοποιείται για ξήρανση και μέτρηση της περιεχόμενης υγρασίας στο υπό μελέτη δείγμα. Ο θερμοζυγός έχει τη δυνατότητα να ξηράνει δείγμα που τοποθετείται σε ειδικό υποδοχέα, να ανιχνεύσει την απώλεια βάρους λόγω ξήρανσης και να προσδιορίσει την περιεχόμενη υγρασία. Η πηγή θέρμανσης αποτελείται από κεραμικό υλικό και επιτρέπει το δείγμα να θερμανθεί ομοιόμορφα. Για τη μέτρηση του βάρους χρησιμοποιείται ηλεκτρονικός ζυγός. Ο ζυγός έχει τη δυνατότητα να μετρά το βάρος του δείγματος συνεχώς και να παρουσιάζει ψηφιακά την απώλεια βάρους μετατρέποντάς τη σε περιεχόμενη υγρασία. Είναι δυνατόν να μετρηθεί ο χρόνος ξήρανσης και το τελικό σημείο ξήρανσης. Η μονάδα θερμοκρασίας είναι εξοπλισμένη με controller θερμοκρασίας. Διαδικασίες ζυγίσματος Ο θερμοζυγός μπορεί να τερματίσει τη μέτρηση της υγρασίας με τα ακόλουθα κριτήρια: i. Όταν η μείωση του βάρους έχει υπερβεί μία ορισμένη τιμή (drying end point) ii. Όταν ένας καθορισμένος χρόνος έχει περάσει μετά την έναρξη της διαδικασίας ξήρανσης (timer function). Οι διαδικασίες μέτρησης διαφέρουν ελαφρά μεταξύ τους ανάλογα με το κριτήριο που υιοθετείται. Για άγνωστο δείγμα προτείνεται η διαδικασία (i). Επιλογή συνθηκών μέτρησης Κατά τη χρήση του θερμοζυγού επιλέγονται: 1. θερμοκρασία ξήρανσης 2. ποσότητα δείγματος 3. χρόνος ξήρανσης Παράγοντες που λαμβάνονται υπόψη στην επιλογή των συνθηκών είναι: 1. περιεχόμενη υγρασία στο δείγμα. 2. θερμοκρασία αποσύνθεσης της ουσίας. 3. ισχύς δεσμών ανάμεσα στα μόρια του νερού και της ουσίας Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η συσκευή θερμοζυγού που χρησιμοποιείται για προσδιορισμό υγρασίας στο Εργαστήριο Τεχνολογίας δομικών υλικών: 6

7 Θερμοζυγός για τον προσδιορισμό υγρασίας 7