Εφαρµογή Αυτοσυµπυκνούµενου Σκυροδέµατος χαµηλής αντοχής και περιεκτικότητας λεπτών υλικών, σε κτιριακή κατασκευή

Transcript

1 Εφαρµογή Αυτοσυµπυκνούµενου Σκυροδέµατος χαµηλής αντοχής και περιεκτικότητας λεπτών υλικών, σε κτιριακή κατασκευή Άγγελος Γεωργιάδης Άγγελος Γεωργιάδης, Πολιτικός Μηχανικός. Υποψ. ιδάκτορας, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης. Κοσµάς Κ. Σίδερης Επίκουρος Καθηγητής. Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης. Νικόλαος Αναγνωστόπουλος Πολιτικός Μηχανικός. Υποψ. ιδάκτορας, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης. Παναγιώτα Μανίτα ρ. Πολιτικός Μηχανικός, Επιστηµονικός Συνεργάτης Εργαστηρίου οµικών Υλικών ηµοκριτείου Πανεπιστηµίου Θράκης ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται, η µελέτη και η εφαρµογή αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος, για την κατασκευή ενός νέου συγκροτήµατος γραφείων στο κέντρο της Ξάνθης στην Ελλάδα. Το κτίριο ήταν ειδικά σχεδιασµένο να συµπεριφέρεται βιοκλιµατικά. Το αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα που χρησιµοποιήθηκε ήταν κατηγορίας αντοχής C25/30 µε χαµηλή περιεκτικότητα σε λεπτά µε έµφαση στην οικονοµία και την συνεκτικότητα παράλληλα. Η σχεδίαση του µείγµατος σκυροδέµατος πραγµατοποιήθηκε µε βάση µια νέα µέθοδο σύνθεσης και ελέγχου ποιότητας και συµπεριφοράς που αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια στο εργαστήριο οµικών Υλικών του ηµοκρίτειου Πανεπιστηµίου Θράκης (.Π.Θ) 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα (ΑΣΣ) θεωρείται το τελευταίο επίτευγµα στο χώρο της τεχνολογίας του σκυροδέµατος. Η διαρκώς αυξανόµενη χρήση του έγκειται στο γεγονός ότι διευκολύνονται οι κατασκευές µιας και έχει τη δυνατότητα να συµπυκνώνεται µε το ίδιο βάρος του χωρίς τη χρήση εξωτερικής συµπύκνωσης, βελτιώνοντας µε αυτόν τον τρόπο το εργασιακό περιβάλλον, µειώνοντας το εργατικό προσωπικό που κρίνεται αναγκαίο για την εκάστοτε σκυροδέτηση µειώνοντας παράλληλα τον χρόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωσή της. Επιπλέον αποτελεί ένα αρχιτεκτονικό εργαλείο µε τις ενιαίες και λείες εµφανείς επιφάνειες που εξάγει. Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 1

2 2. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Το αποτέλεσµα της πρώτης εφαρµογής αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος στην Ελλάδα µε σκυρόδεµα χαµηλής αντοχής και σε κανονικές συνθήκες κατασκευής, πρόκειται να είναι σε ένα βιοκλιµατικό κτίριο στο κέντρο της Ξάνθης που θα στεγάσει γραφεία και θα ελαχιστοποιήσει την περιβαλλοντική επιβάρυνση από τις θορυβώδεις εργασίες στο εργοτάξιο, θα µειώσει το συνολικό χρόνο κατασκευής του έργου, θα µειώσει την κίνηση στο κέντρο της πόλης σε σύγκριση µε την χρήση συµβατικού σκυροδέµατος και θα παρέχει εµφανείς επιφάνειες ως µέρος της αρχιτεκτονικής σύνθεσης εσωτερικά και εξωτερικά του κτιρίου, σε επί τόπου σκυροδετήσεις αλλά και σε προκατασκευασµένα στοιχεία. Με τον τρόπο αυτό θα εκπληρωθούν και βασικές παράµετροι του βιοκλιµατικού σχεδιασµού όπως η δηµιουργία εναλλακτικών µορφών θερµικής απόδοσης. Τέλος κατά τη διάρκεια της κατασκευής θα πραγµατοποιηθούν διάφορες µετρήσεις όπως µέτρηση πιέσεων ξυλοτύπων και υπολογισµός χρόνου σκυροδέτησης και απασχολούµενου προσωπικού. Απώτερος στόχος των µετρήσεων είναι η µετάβαση των εργασιών και των µελετών του εργαστηρίου σε πραγµατικές συνθήκες κατασκευής. Σχ 1. Τρισδιάστατο σχέδιο της κατασκευής Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 2

3 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ 3.1 Σύνθεση Σκυροδέµατος Σκοπός των εργαστηριακών δοκιµών αποτέλεσε η παραγωγή αυτοσυµπυκνούµενων µειγµάτων κατηγορίας αντοχής C25/30 τα οποία : να περιέχουν µικρή ποσότητα λεπτών υλικών και να είναι σταθερά σε διακυµάνσεις υγρασίας, κοκκοµετρίας και αυξοµείωση ποσοτήτων αδρανών (Robustness). Να παρουσιάζουν εκείνα τα ρεολογικά χαρακτηριστικά που θα δώσουν στο µείγµα την απαραίτητη ρευστότητα για την σκυροδέτηση κατακόρυφων πυκνά οπλισµένων στοιχείων. Παράλληλα βασικό στοιχείο της µελέτης ήταν να µετρηθούν χαρακτηριστικά όπως η θιξοτροπία, το ιξώδες και οι πιέσεις που προκαλούνται στους ξυλοτύπους και τα πιθανά προβλήµατα που δηµιουργούν οι υψηλές τιµές πιέσεων. Οι µελέτες βασίστηκαν στην µέθοδο (Georgiadis etal.2006) που αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια στο εργαστήριο οµικών Υλικών του.π.θ. Τέλος παρασκευάστηκε και µείγµα συµβατικού σκυροδέµατος ώστε νε γίνει η σύγκριση σε όλα τα επίπεδα. Στον παρακάτω πίνακα 1 παρουσιάζονται οι συνθέσεις των τελικών µειγµάτων και τα ρεολογικά χαρακτηριστικά τους. Πιν. 1. Αναλογίες Μείγµατος και ρεολογικά χαρακτηριστικά Αναλογίες Υλικών Συνθέσεις Μειγµάτων (Kg/m 3 ) SCC1 SCC2 NCC CEMII-A/M 42,5N 50,9 50,7 50 CEMII-A/M 32,5N 305, FILLER 101, SAND 881,4 944,3 890 COARSE AGGREGATES WATER 192,9 190,7 195 SUPERPL/ZER 5 4,19 3 RETARDER 1,6 1,06 - V.M.A. - 1,06 - W/C 0,54 0,55 0,54 W/P 0,42 0,46 - AIR CONTENT (%) 2,10% 1,0% 2,00% SLUMP FLOW D (cm) t 50 (sec) 2 1,82 - d at t30 (mm) at rest d at t30 (mm) mixed V FUNNEL 1 (sec) V FUNNEL 2 (sec) LBOX (h 2 /h 1 ) 0, Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 3

4 3.2 Πειραµατικές µετρήσεις Για κάθε µείγµα µελετήθηκαν ρεολογικά στοιχεία όπως η θιξοτροπία-η ικανότητα δηλαδή του σκυροδέµατος να αποκτά τις αρχικές του ιδιότητες µετά από ανάµειξη όπως και ο χρόνος που αποκτά εσωτερική δοµή-κάτι το οποίο έχει θετική επίδραση στις πιέσεις, καθώς και το ιξώδες (προσοµοιάζοντας το t50) και το yield stress (µε τη µέθοδο του LPC box). Για τις βέλτιστες λύσεις που παρουσιάζονται και παραπάνω σκυροδετήθηκαν εργαστηριακά οπλισµένα τετραγωνικά υποστυλώµατα σε κλίµακα 1:2, διατοµής 25 cm και ύψους 1 m (Σχ.2). Η σκυροδέτηση έγινε µε τη βοήθεια µιας προσοµοίωσης της εργοταξιακής αντλίας. Με την σκυροδέτηση να πραγµατοποιείται βυθίζοντας την αντλία µέσα στο υποστύλωµα. Figure 2. Εργαστηριακά υποστυλώµατα Για κάθε µείγµα µετρήθηκε η θλιπτική αντοχή στις 7 και στις 28 µέρες και πως επιδρά σε αυτή, η διακύµανση του νερού (robustness). Η συντήρηση έγινε σε θάλαµο συντήρησης µε σταθερές συνθήκες υγρασίας και θερµοκρασίας (RH 90%, 20 0 C). Οι τιµές παρουσιάζονται στο σχήµα 3. Σχ 3. Θλιπτική αντοχή ΑΣΣ και Συµβατικών Σκυροδεµάτων Επίσης µετρήθηκε ο ρυθµός σκυροδέτησης, η κράτηση αλλά και οι πιέσεις που ασκούνται στα τοιχώµατα των υποστυλωµάτων και πως επηρεάζονται από τον ρυθµό σκυροδέτησης, από την ρευστότητα αλλά και από την µορφή του µείγµατος (θιξοτροπία και ιξώδες)-σχ4. Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 4

5 Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 5

6 Σχ 4. Πιέσεις Ξυλοτύπων συγκρινόµενοι µε την υδροστατική πίεση Τέλος, πριν την σκυροδέτηση στο έργο κρίθηκε απαραίτητο να σκυροδετηθούν δοκιµαστικά καλούπια στο εργοστάσιο σκυροδέµατος κανονικής πλέον κλίµακας σε κανονικές συνθήκες, έτσι ώστε να γίνει η µετάβαση από το εργαστήριο στην πραγµατικότητα. Σκυροδετήθηκαν αρχικά 2 γωνιακά τοιχώµατα-ένα µε ΑΣΣ και ένα µε Συµβατικό (Σχ.4) και έπειτα σκυροδετήθηκαν στοιχεία διαστάσεων ανταποκρινόµενες στη µελέτη της κατασκευής. Με αυτόν τον τρόπο µετρήθηκαν οι χρόνοι σκυροδέτησης, δοκιµάστηκε η χρήση αντλίας, µελετήθηκε η κράτηση και επέµβαση επί του έργου, όπως και οι πραγµατικές πλέον πιέσεις, συγκρινόµενες µε το συµβατικό σκυρόδεµα. (Khayat 1997). Σχ. 5. Γωνιακά τοιχώµατα και επιφάνειες Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 6

7 4. ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, η διαφορά µεταξύ των συνθέσεων σκυροδέµατος αφορούσε την ποσότητα των λεπτών υλικών και την εργασιµότητα που παρείχε το κάθε µείγµα. Εκτός από την ποσότητα του λεπτού υλικού (ασβεστολιθικό φίλλερ) η µόνη διαφορά ανάµεσα στις δύο συνθέσεις ΑΣΣ είναι ο τύπος των προσµίκτων. Και τα δύο µείγµατα ήταν σταθερά σε διακυµάνσεις (robust µείγµατα) και παρείχαν πολύ καλά µηχανικά χαρακτηριστικά (θλιπτική αντοχή) αλλά και χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας. Βέβαια κύριος παράγοντας των ιδιοτήτων αυτών αποτελεί ο σχετικά χαµηλός υδατοτσιµεντοσυντελεστής, η πολύ καλή συµπύκνωση που εµφάνισαν τα ΑΣΣ αλλα και η προσθήκα φιλλερ που είχαν ως αποτέλεµα την δηµιουργία πολύ µικρού πορώδους. Και οι δύο συνθέσεις ΑΣΣ σχεδιάστηκαν έτσι ώστε να παρουσιάζουν µεν υδροστατική συµπεριφορά, αλλά να αποκτούν γρήγορα εσωτερική δοµή και µε τους δεσµούς αυτούς να µειώνουν γρήγορα την οριζόντια πίεση που ασκούν στους ξυλότυπους. (Roussel, Billberg, Nunes 2006). Ειδικά το SCC 2 παρουσιάζει πολύ καλή θιξοτροπία (βλ. ρεολογικά χαρακτηριστικά). Λαµβάνοντας υπόψη παραµέτρους όπως η γεωµετρία του στοιχείου, ο ρυθµός σκυροδέτησης, ο οπλισµός και η θιξοτροπία σχεδιάστηκαν µείγµατα που να αποκτούν γρήγορα εσωτερική δοµή, να είναι συνεκτικά και να µειώνουν την πίεση που ασκούν στον ξυλότυπο.(roussel) Συνοψίζοντας, το µείγµα SCC 2 αξιολογήθηκε ως το επικρατέστερο, παρουσιάζοντας µικρότερη πίεση, αυξηµένη θιξοτροπία και ιξώδες αλλά και την µικρότερη ποσότητα φίλλερ. Η σύνθεση αυτή θα χρησιµοποιηθεί και στην κατασκευή του βιοκλιµατικού κτιρίου. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η εφαρµογή του αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος σε πραγµατικές κατασκευαστικές συνθήκες αντιµετωπίζει µέχρι τώρα την δυσπιστία από τους κατασκευαστές, λόγω των διαφόρων προβληµάτων που προκύπτουν από την χρήση του. Παράµετροι όπως η κράτηση, η µεταφορά, η σκυροδέτηση και οι αυξηµένες απαιτήσεις για τους ξυλοτύπους προβληµατίζουν τους µηχανικούς ως προς την εφαρµογή του. Παρόλα αυτά, η συγκεκριµένη εργασία και έρευνα αποδεικνύει πως το ΑΣΣ όταν σχεδιαστεί σωστά λαµβάνοντας υπόψη όλους τους παράγοντες που µπορεί να δηµιουργήσουν κάποια δυσλειτουργία, αποτελεί όχι µόνο µια λύση για ειδικές κατασκευές αλλά ένα υλικό µε µεγάλα πεδία εφαρµογής ακόµα και σε συνήθης κατασκευές, µε τεχνικά, αισθητικά, περιβαλλοντικά αλλά και οικονοµικά οφέλη από τη χρήση του. Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 7

8 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Assaad,J. et al Assessment of thixotropy and self-consolidating concrete. ACI Materials Journal: Billberg, P. Formwork pressure when using SCC- a doctoral project.proceedings of the 5th International RILEM Symposium : Georgiadis, A. & Sideris, K. & Anagnostopoulos, N Development of a new innovative method, for the production and quality control of self-compacting concretes. CONCRETE Journal 4 : Khayat, Κ.Η. et al In situ-mechanical properties of wall cast using self consolidating concrete. ACI Materials Journal : 94-M Nunes, S. et al A methodology to asses robusness of SCC mixtures Cement and Concrete Research Journal 36 : Oesterheld, S. & Wallevik, O.Effect of stabilizers on thixotropy and reduction of formwork pressure. Proceedings of the 5th International RILEM Symposium : Roussel, Ν. A thixotropy model for fresh fluid concretes: theory and applications. Proceedings of the 5th International RILEM Symposium : Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, ΤΕΕ, 7 Μαΐου, 2008: Αθήνα 8