Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Δομικών Υλικών

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Δομικών Υλικών Ενότητα 8: Εργαστηριακός Έλεγχος Σκυροδέματος Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Σκοπός της ενότητας είναι ο εργαστηριακός έλεγχος των ιδιοτήτων του νωπού σκυροδέματος, σύμφωνα με τα κριτήρια και τις διαδικασίες που απαιτεί ο Ελληνικός Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος 1997 (Κ.Τ.Σ.- 97). 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Σκυρόδεμα Εργασιμότητα Σκυροδέματος Αεροπεριεκτικότητα Σκυροδέματος 5

6 Σκυρόδεμα -1 Το σκυρόδεμα (concrete), το κατεξοχήν δομικό υλικό που χρησιμοποιείται στις δομικές κατασκευές, είναι ένα πολυσυστατικό μίγμα το οποίο παρασκευάζεται με την ανάμιξη αδρανών υλικών (aggregate), τσιμέντου (cement) και νερού (water), ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συστατικά και ορυκτά πρόσθετα (φυσικές ποζολάνες, ιπτάμενες τέφρες, πυριτική παιπάλη κ.α.) και ειδικά βελτιωτικά πρόσθετα (ρευστοποιητές, υπερρευστοποιητές, επιβραδυντές ή επιταχυντές πήξης, αερακτικά πρόσθετα κ.α.). 6

7 Σκυρόδεμα -2 Το σκληρυμένο άοπλο σκυρόδεμα, όπως και το οπλισμένο σκυρόδεμα με χαλύβδινες ράβδους ή πλαίσια, ανήκει στην κατηγορία των σύνθετων υλικών. Το τσιμέντο αποτελεί το υλικό μήτρα (matrix), στην οποία είναι διασκορπισμένα τα αδρανή υλικά τα οποία και αποτελούν την 2η φάση, ενώ την 3η φάση αποτελεί ο χάλυβας οπλισμού, ο οποίος βελτιώνει τη συμπεριφορά του σκυροδέματος στον εφελκυσμό και στην κάμψη. Οι ιδιότητες του σκυροδέματος εξαρτώνται από τις ιδιότητες των 2 ή 3 αυτών φάσεων, καθώς και από την αναλογία ανάμιξης των υλικών κατ όγκον (σύνθεση). 7

8 Σκυρόδεμα -3 Το τσιμέντο και τα αδρανή πρέπει να ικανοποιούν συγκεκριμένες απαιτήσεις των ισχυόντων κανονισμών (Κ.Τ.Σ.-97 για την Ελλάδα). Το νερό πρέπει να μην περιέχει επιβλαβείς ουσίες οι οποίες θα προκαλούσαν προβλήματα στην πήξη και σκλήρυνση, στην ανάπτυξη των μηχανικών αντοχών, στην προστασία του χαλύβδινου οπλισμού από τη διάβρωση ή θα μπορούσαν να επηρεάσουν δυσμενώς άλλες ιδιότητες του σκυροδέματος. 8

9 Σκυρόδεμα -4 Νωπό σκυρόδεμα (fresh concrete) ονομάζεται το παρασκευασμένο σκυρόδεμα, και για όσο χρονικό διάστημα διατηρεί το εργάσιμο, δηλαδή όσο είναι δυνατόν να μεταφέρεται και να διαστρώνεται. Το τσιμέντο αντιδρά χημικά με το νερό (ενυδάτωση) και δημιουργείται ο τσιμεντοπολτός, ο οποίος αποτελεί τη συνδετική ύλη του σκυροδέματος. Κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου λαμβάνουν χώρα ένα σύνολο διαφόρων χημικών αντιδράσεων που εξελίσσονται με διαφορετική χημική κινητική, καταλήγοντας στη δημιουργία κρυστάλλων ένυδρων μικτών αλάτων. 9

10 Σκυρόδεμα -5 Ο τσιμεντοπολτός αρχίζει να πήζει (στάδιο πήξης), γεμίζει τα κενά μεταξύ των κόκκων των αδρανών και καλύπτει την επιφάνειά τους. Με την πάροδο του χρόνου ο τσιμεντοπολτός γίνεται πιο συμπαγής και συνεκτικός, αποκτά αυξανόμενες μηχανικές αντοχές (στάδιο σκλήρυνσης), οπότε και αρχίζει η στερεοποίηση του σκυροδέματος, η οποία συνεχίζεται στον χρόνο. 10

11 Εργασιμότητα Σκυροδέματος -1 Ως εργασιμότητα (workability) ορίζεται η ιδιότητα εκείνη που καθορίζει την προσπάθεια-έργο που απαιτείται για τη μεταφορά, διάστρωση, συμπύκνωση και τελείωμα του σκυροδέματος χωρίς απόμιξη των υλικών (είναι το φαινόμενο της διαφορικής καθ ύψος κατανομής, λόγω μεγέθους, των αδρανών στη μάζα του σκυροδέματος όπως φαίνεται στο Σχήμα 1). Η εργασιμότητα εξαρτάται βασικά από την ευκολία ροής, δηλαδή τη ρευστότητα του νωπού σκυροδέματος και τη συνοχή της μάζας ή συνεκτικότητας (την ικανότητα του νωπού σκυροδέματος να συγκρατεί τόσο το νερό όσο και τα αδρανή σε μία ομοιόμορφη μάζα). 11

12 Εργασιμότητα Σκυροδέματος -2 Όπως και η ανθεκτικότητα σε διάρκεια (durability), η εργασιμότητα δεν αποτελεί θεμελιώδη ιδιότητα του σκυροδέματος, αλλά σχετίζεται με τον τύπο της κατασκευής και τις μεθόδους διάστρωσης, συμπύκνωσης και τελειώματος. Για παράδειγμα, σκυρόδεμα που θεωρείται ικανοποιητικής εργασιμότητας για την κατασκευή ενός φράγματος μπορεί να είναι τελείως ακατάλληλο (από άποψη εργασιμότητας) για την κατασκευή υποστυλωμάτων και δοκών. Η σημασία της εργασιμότητας στην τεχνολογία σκυροδέματος είναι τεράστια, καθώς σκυροδέματα που διαστρώνονται ή συμπυκνώνονται δύσκολα συνήθως εμφανίζουν προβληματική ανάπτυξη και τελική τιμή αντοχών και προβληματική ανθεκτικότητα σε διάρκεια. 12

13 Εργασιμότητα Σκυροδέματος -3 Η εργασιμότητα του σκυροδέματος πρέπει να ελέγχεται πριν τη διάστρωση, μετά την εκφόρτωση συγκεκριμένης ποσότητας του αναμίγματος ή του φορτίου του αυτοκινήτου-μπετονιέρα (το ⅓ σύμφωνα με τον Κανονισμό Τεχνολογίας Σκυροδέματος, τα 0.3 m 3 σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ ). 13

14 Πειραματικοί Έλεγχοι Μέτρησης της Εργασιμότητας Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ Δοκιμή κάθισης (είναι ο πρακτικότερος και πιο συνηθισμένος τρόπος μέτρησης της εργασιμότητας). Δοκιμή Vebe (ιδιαίτερα για αναμίγματα μικρής ρευστότητας). Δοκιμή βαθμού συμπύκνωσης (προσδιορίζει κυρίως την ευκολία συμπύκνωσης του νωπού σκυροδέματος). Δοκιμή μέτρου εξάπλωσης (ιδιαίτερα για σκυροδέματα μεγάλης ρευστότητας). 14

15 Φαινόμενο Απόμιξης Αδρανών Υλικών στο Σκυρόδεμα (εντονότερο στη δεξιά φωτογραφία) 15

16 Αεροπεριεκτικότητα Σκυροδέματος -1 Κατά την ανάμιξη των συστατικών του σκυροδέματος είναι αναπόφευκτο το φαινόμενο της παγίδευσης φυσαλίδων αέρα στη μάζα του σκυροδέματος, συνήθως σφαιρικού σχήματος με διάμετρο έως 3 nm. Η % περιεκτικότητα του αέρα στο σκυρόδεμα καλείται αεροπεριεκτικότητα (air entrainment) και πέραν ενός ορίου προκαλεί δυσμενείς επιπτώσεις στην αντοχή και στη διαπερατότητα του σκληρυνθέντος σκυροδέματος. Η αεροπεριεκτικότητα μπορεί έμμεσα να αυξηθεί με στόχο τον έλεγχο των φαινομένων αποσάθρωσης λόγω γένεσης εσωτερικών τάσεων σε περιπτώσεις συχνού παγώματος και τήξης (freeze and thawing) του νερού του σκυροδέματος και σε περιπτώσεις επιφανειακής φθοράς του από τη δράση χημικών αντιπαγωτικών αλάτων (deicers). 16

17 Αεροπεριεκτικότητα Σκυροδέματος -2 Η έμμεση αυτή αύξηση επιτυγχάνεται με την προσθήκη ειδικών βελτιωτικών προσθέτων (αερακτικά πρόσθετα), τα οποία παγιδεύουν φυσαλίδες αέρα στη μάζα του σκυροδέματος, κατάλληλου μεγέθους και σχήματος, συνήθως για την αποφυγή των δυσμενών επιδράσεων της παγοπληξίας, δηλαδή της ρηγμάτωσης του σκληρυνθέντος σκυροδέματος, η οποία είναι συνέπεια της αύξησης κατά 9% του όγκου του νερού που περιέχεται στο σκυρόδεμα λόγω της πτώσης της θερμοκρασίας κάτω από το σημείο πήξης του νερού. 17

18 Αεροπεριεκτικότητα Σκυροδέματος -3 Αυτό επιτυγχάνεται με τη δημιουργία μικρών φυσαλίδων, με διάμετρο όχι μεγαλύτερη από 0,3 mm, μέσα στη μάζα του νωπού σκυροδέματος που εξελίσσονται σε μικροπόρους στο σκληρυμένο σκυρόδεμα, οι οποίοι ανακόπτουν την αναρροφητική δράση των τριχοειδών σωλήνων, παραλαμβάνοντας και απορροφώντας τις δημιουργούμενες τάσεις. Ειδικά στην περίπτωση χρησιμοποίησης αλάτων για την τήξη του πάγου και του χιονιού (αντιπαγωτικά άλατα), η απαιτούμενη ποσότητα θερμότητας λαμβάνεται από την τυχόν υποκείμενη μάζα του σκυροδέματος. Η θερμοκρασία του σκυροδέματος μειώνεται μέχρι τους 20 C και οι συνέπειες είναι οι ίδιες, όπως στην περίπτωση του παγετού. 18

19 Δράση των Φυσαλίδων Αέρα Μέσα στο Σκυρόδεμα -1 19

20 Δράση των Φυσαλίδων Αέρα Μέσα στο Σκυρόδεμα -2 Οι δυσμενείς επιδράσεις από τη χρήση προσθέτων για την αύξηση της περιεκτικότητας σε αέρα είναι η αύξηση της συστολής ξήρανσης και η μείωση της τελικής αντοχής του σκυροδέματος στις περιπτώσεις αυξημένου πορώδους. Γενικώς, για κάθε 1% αύξηση του περιεχόμενου αέρα στο σκυρόδεμα προκαλείται μείωση της θλιπτικής αντοχής του κατά 5% περίπου. H προσθήκη αερακτικών αυξάνει την εργασιμότητα του σκυροδέματος, συμβάλει στη μείωση της τάσης για απόμιξη των αδρανών, μειώνει το φαινόμενο της εξίδρωσης (άνοδος νερού με τσιμέντο και λεπτή άμμο προς την επιφάνεια του σκυροδέματος, bleeding) και επίσης μειώνει τη διαπερατότητά του, συμβάλλοντας με τον τρόπο αυτό στη διατήρηση της ανθεκτικότητάς του στον χρόνο. 20

21 Αεροπεριεκτικότητα Σκυροδέματος -4 Γενικά, για σκυρόδεμα με αδρανή μεγίστου κόκκου μέχρι 32 mm η αεροπεριεκτικότητα έχει τιμή περίπου 1-2% ενώ σε σκυρόδεμα με αδρανή μικρότερου μεγίστου κόκκου είναι δυνατόν να φτάσει μέχρι και στην τιμή 6%. 21

22 Τέλος Ενότητας 22