Αικατερίνη ΜΗΛΙΟΠΟΥΛΟΥ 1

Transcript

1 Σύγκριση αποτελεσμάτων εργαστηριακών δοκιμών σε αδρανή υλικά με αμερικανικά (ASTM) και ευρωπαϊκά (ΕΝ) πρότυπα δοκιμών Comparison of laboratory test results on aggregates conducted according to American (ASTM) and European (EN) standard test methods Αικατερίνη ΜΗΛΙΟΠΟΥΛΟΥ 1 Λέξεις κλειδιά: αδρανή, παιπάλη, πυκνότητα, απορροφητικότητα, αντοχή σε τριβή και κρούση, Los Angeles, αντοχή σε αποσάθρωση, υγεία, ισοδύναμο άμμου, όρια ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Σκοπός της εργασίας είναι η πρόταση επιστημονικά τεκμηριωμένων ορίων αποδοχής ή / και απόρριψης των αδρανών υλικών με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών με τις μεθόδους ΕΝ. Περιλαμβάνονται οι δοκιμές: παιπάλη, πυκνότητα και απορροφητικότητα, αντοχή σε τριβή και κρούση (Los Angeles), αντοχή σε αποσάθρωση (υγεία) και ισοδύναμο άμμου. Κατ αρχάς εξετάζονται τα αποτελέσματα σύμφωνα με τα όρια επαναληψιμότητας της κάθε μεθόδου. Επιπλέον διερευνάται αν η απόκλιση των αποτελεσμάτων των δύο μεθόδων είναι στατιστικά σημαντική. Εν τέλει, όπου είναι αναγκαίο και εφικτό, προτείνεται η αναπροσαρμογή των ισχυόντων ορίων. ABSTRACT: The objective of this project is to propose scientifically sound limits for acceptance and / or rejection of aggregates based on the results of the EN standard methods. The tests are: content of fines, density and water absorption, resistance to degradation (Los Angeles test), soundness using sulphate solutions and sand equivalent. Firstly the results are checked in accordance with the repeatability limits of each test method. A statistical analysis is also performed in order to evaluate the significance of differences between the two methods results. Finally, where needed and feasible, new threshold limits are proposed. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μέχρι πρότινος, οι δοκιμές στα αδρανή διενεργούνταν στην Ελλάδα κυρίως με πρότυπα ASTM. Σύμφωνα όμως με τις επιταγές της Ε.Ε. (οδηγία 89/106 περί προϊόντων δομικών κατασκευών), τα υφιστάμενα νομοθετήματα αντικαθίστανται από νέα, κοινά για τα κράτη-μέλη και ο έλεγχος αδρανών θα διενεργείται πλέον με μεθόδους ΕΝ. Ωστόσο, οι προδιαγραφές παραμένουν εθνική υπόθεση: κάθε κράτος-μέλος, θα θεσπίσει δικά του όρια αποδοχής ή/και απόρριψης των αδρανών βάσει περιβαλλοντικών και κλιματολογικών συνθηκών ή καθιερωμένης πρακτικής. Προκύπτει έτσι το θέμα προσδιορισμού των ορίων με μεθόδους ΕΝ. 1 Χημικός Μηχανικός Α.Π.Θ., MSc Διαχείριση Τεχνικών Έργων, Αθήνα, mataner@gmail.com 1

2 ΔΕΙΓΜΑΤΑ ΔΟΚΙΜΕΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Επιλέχθηκαν δείγματα θραυστών αδρανών από διάφορα λατομεία. Τα πρότυπα των δοκιμών δίνονται στη βιβλιογραφία. Το εργαστηριακό δείγμα απέδωσε για κάθε δοκιμή δύο υποδείγματα. Το ένα με διαδικασίες μείωσης (ASTM C702) απέδωσε 4 δοκίμια για τη μέθοδο ASTM ενώ το άλλο με όμοιες διαδικασίες (EN ) απέδωσε 4 δοκίμια για τη μέθοδο ΕΝ. Καθώς τα αποτελέσματα ήταν εντός των ορίων επαναληψιμότητας, το τελικό αποτέλεσμα της κάθε μεθόδου προέκυψε από το μέσο όρο των τεσσάρων. Διενεργήθηκε επιπλέον έλεγχος για τη στατιστική σημαντικότητα των αποκλίσεων. Τέλος τα ζεύγη τιμών των μέσων όρων συγκρίνονται και αξιολογούνται μέσω διαγραμμάτων διασποράς. ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΠΑΙΠΑΛΗ Ο Κ.Τ.Σ. προβλέπει όρια με χρήση κοσκίνων DIN, ιδίων ανοιγμάτων με εκείνα του ΕΝ Εξαίρεση αποτελεί η παιπάλη, καθώς ορίζεται ως διερχόμενο του κοσκίνου 0,063 mm. Για την παιπάλη λοιπόν έγιναν δοκιμές σε 15 δείγματα. Πιστοποιήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στα αποτελέσματα των δύο μεθόδων. Τα αποτελέσματα δίνονται στο διάγραμμα 1 και προκύπτουν τα εξής: ASTM C136 & C117 Διάγραμμα 1: Σύγκριση αποτελεσμάτων παιπάλης (R 2 = 0,9825) EN Μείωση/αύξηση της παιπάλης ASTM οδηγεί σε μείωση/αύξηση της ΕΝ. Η γραμμή τάσης δείχνει γραμμική συσχέτιση των αποτελεσμάτων. Μέχρι την τιμή 7 τα αποτελέσματα των δύο μεθόδων είναι πρακτικά ίσα ενώ σε μεγαλύτερες τιμές η ΕΝ είναι κατά 1 μικρότερη. Σύμφωνα με τον Κ.Τ.Σ., η παιπάλη της άμμου δεν πρέπει να ξεπερνά το 16%. Η διατήρησή του με την ΕΝ αυξάνει τη συμμετοχή παιπάλης στο μίγμα. Συνεπώς το μέγιστο ποσοστό με την ΕΝ προτείνεται να γίνει 15%. Ομοίως, για άοπλο 2

3 σκυρόδεμα προτείνεται το 20% να γίνει 19%. Για χονδρόκοκκα το όριο είναι 1%. Αφού στην περιοχή αυτή οι μέθοδοι συγκλίνουν, προτείνεται η διατήρησή του. Χονδρόκοκκα αδρανή ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Ελέγχθηκαν 14 δείγματα. Για καμία από τις μετρούμενες ιδιότητες δεν προκύπτουν στατιστικά σημαντικές διαφορές (διαγράμματα 2-5). Προέκυψε ότι οι διαφορές των δύο μεθόδων είναι τόσο μικρές που εμπίπτουν εντός των ορίων επαναληψιμότητας. EN ASTM C127 Διάγραμμα 2: Σύγκριση αποτελεσμάτων φαινόμενης πυκνότητας χονδρόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,9188) EN ASTM C127 Διάγραμμα 3: Σύγκριση αποτελεσμάτων πυκνότητας επί ξηρού χονδρόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,9199) 3

4 EN ASTM C127 Διάγραμμα 4: Σύγκριση αποτελεσμάτων πυκνότητας επί κορεσμένου και επιφανειακά ξηρού χονδρόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,9204) EN ,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 ASTM C127 Διάγραμμα 5: Σύγκριση αποτελεσμάτων απορροφητικότητας χονδρόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,9573) Λεπτόκοκκα αδρανή Έγιναν δοκιμές σε 6 δείγματα. Η διαφορά της φαινόμενης πυκνότητας δεν είναι στατιστικά σημαντική ενώ των υπολοίπων ιδιοτήτων είναι (διαγράμματα 6-9). Η απορροφητικότητα μειώνεται σημαντικά με την ΕΝ και υπεύθυνη γι αυτό είναι η απουσία παιπάλης. Αποτέλεσμα αυτού είναι να αποκλίνουν και οι πυκνότητες επί ξηρού και επί κορεσμένου και επιφανειακά ξηρού. Σχόλια Για χονδρόκοκκα αδρανή δε χρειάζεται ιδιαίτερη μέριμνα στις μελέτες συνθέσεως σκυροδέματος. Στα λεπτόκοκκα όμως η μειωμένη απορροφητικότητα με ΕΝ ίσως οδηγήσει σε υποεκτίμηση του απαιτούμενου νερού. Το κλάσμα της παιπάλης που αφαιρέθηκε, συμμετέχει στο σκυρόδεμα και μάλιστα έχει τη μεγαλύτερη απορροφητικότητα. 4

5 EN ASTM C128 Διάγραμμα 6: Σύγκριση αποτελεσμάτων φαινόμενης πυκνότητας λεπτόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,6365) EN ASTM C128 Διάγραμμα 7: Σύγκριση αποτελεσμάτων πυκνότητας επί ξηρού λεπτόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,2287) EN ASTM C128 Διάγραμμα 8: Σύγκριση αποτελεσμάτων πυκνότητας επί κορεσμένου και επιφανειακά ξηρού λεπτόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,2696) 5

6 EN ,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 ASTM C128 Διάγραμμα 9: Σύγκριση αποτελεσμάτων απορροφητικότητας λεπτόκοκκων αδρανών (R 2 = 0,1704) ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΤΡΙΒΗ ΚΑΙ ΚΡΟΥΣΗ LOS ANGELES Έγιναν δοκιμές σε 7 δείγματα, στη Β διαβάθμιση του ASTM και στο 10/14 για την ΕΝ. Τα αποτελέσματα δίνονται στο διάγραμμα 10. Προέκυψε στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο μεθόδων. Τα συμπεράσματα είναι: Σε χαμηλές τιμές τα αποτελέσματα της ΕΝ είναι μεγαλύτερα από αυτά της ASTM. Η διαφορά αυτή μειώνεται καθώς μεγαλώνει η απώλεια και εν συνεχεία η ASTM δίνει μεγαλύτερες απώλειες. Οι διαφορές δεν είναι ανάλογες της απώλειας: τα δείγματα με τις ακραίες τιμές (Π6, Π9) δίνουν τη μικρότερη διαφορά. Δε δικαιολογείται όμως, ποιοτικά, αντιστροφή της σχέσης των μεθόδων με αύξηση της απώλειας. Κοντά στο Π9 άλλα 2 σημεία δίνουν κατά μέσο όρο μεγαλύτερη διαφορά, ενώ γύρω από το Π6 δεν υπάρχουν άλλα σημεία για επιβεβαίωση. Απουσία του Π6 η ΕΝ δίνει σταθερά μεγαλύτερα αποτελέσματα - διάγραμμα 11. Σύμφωνα με τον Κ.Τ.Σ. και το ΕΛΟΤ 408, η μέγιστη απώλεια LA είναι 40%. Στο διάγραμμα 10, για LA 40% με την ASTM, προκύπτει LA ΕΝ 42% ενώ στο διάγραμμα 11 προκύπτει LA ΕΝ 39%. Όποια από τις δύο θεωρήσεις κι αν υιοθετηθεί, η διαφορά δεν είναι σημαντική ώστε να δικαιολογεί τροποποίηση των ορίων. Συνεπώς προτείνεται έτσι η διατήρηση του ανωτάτου ορίου στο 40%. 6

7 EN Π ASTM C131 Διάγραμμα 10: Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμής Los Angeles (R 2 = 0,8736) Π6 EN ASTM C131 Διάγραμμα 11: Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμής Los Angeles απουσία Π6 (R 2 =0,7525) ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ ΥΓΕΙΑ Η σύγκριση έγινε σε 6 δείγματα λεπτόκοκκων αδρανών για δυο περιπτώσεις: τη συνολική απώλεια βάσει ποσοστιαίας συμμετοχής κλασμάτων (διάγραμμα 12) και την απώλεια μεμονωμένων κλασμάτων (διαγράμματα 13-16). Δεν έγινε σύγκριση σε χονδρόκοκκα διότι οι μέθοδοι χρησιμοποιούν διαφορετικά κλάσματα. Για την ASTM χρησιμοποιήθηκε Na 2 SO 4 και για την ΕΝ MgSO 4. Δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική διαφορά στα δύο μεγαλύτερα κλάσματα ενώ υπάρχει στα δύο μικρότερα και στη συνολική απώλεια. Τα συμπεράσματα είναι: Με την ASTM δεν φαίνεται το κλάσμα να σχετίζεται με την απώλεια ενώ στην ΕΝ, μείωση του κλάσματος οδηγεί σε αύξηση της απώλειας. Η ASTM δίνει αρχικά μεγαλύτερες απώλειες. Μείωση του κλάσματος όμως μειώνει τη διαφορά ώσπου τελικά η ΕΝ δίνει ψηλότερες τιμές. Οι γραμμές τάσεις δεν δείχνουν ποιοτική συσχέτιση των αποτελεσμάτων. 7

8 EN ASTM C88 Διάγραμμα 12: Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμής υγείας με βάση τη συνολική απώλεια (R 2 = 0,4503) EN ASTM C88 Διάγραμμα 13: Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμής υγείας στα κλάσματα 2.36 mm (No.8) 4,75 mm (No.4) για το ASTM και 2,36 5,00 mm για το ΕΝ (R 2 = 0,0787) EN ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 ASTM C88 Διάγραμμα 14: Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμής υγείας στο κλάσμα 1,18-2,36 mm (R 2 = 0,2701) 8

9 EN ASTM C88 Διάγραμμα 15: Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμής υγείας στο κλάσμα 0,60-1,18 mm (R 2 = 0,5212) EN ASTM C88 Διάγραμμα 16: Σύγκριση αποτελεσμάτων δοκιμής υγείας στο κλάσμα 0,30-0,60 mm (R 2 = 0,0033) Σύμφωνα με το ΕΛΟΤ 408 και το ASTM C33, η μέγιστη απώλεια με Na 2 SO 4 είναι 10% για λεπτόκοκκα και 12% για χονδρόκοκκα. Το C33 θέτει ακόμα όριο 15% και 18% αντίστοιχα για MgSO 4. Εδώ δεν ήταν δυνατό να προβλεφθεί όριο με την ΕΝ. Σύμφωνα με το ΕΝ12620, αδρανή με απορροφητικότητα μικρότερη από 1% θεωρούνται υγιή. Για περιοχές της Μεσογείου μπορεί να παραλειφθεί η δοκιμή ενώ, ειδικά για τις παραθαλάσσιες, μπορεί να τεθεί όριο 35%. ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΑΜΜΟΥ Έγιναν δοκιμές σε 11 δείγματα. Η δοκιμή ΕΝ έγινε στα κλάσματα 0/2 και 0/4. Ενώ δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ ASTM και ΕΝ στο 0/4, υπάρχει συγκρίνοντας το ΕΝ στο 0/2 με το ASTM και το ΕΝ στο 0/4. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν είναι: 9

10 Τα αποτελέσματα της ΕΝ στο 0/4 τείνουν κατά κανόνα να είναι λίγο μεγαλύτερα από αυτά με ASTM διάγραμμα 17 (R 2 = 0,7995). Όταν το ΕΝ 0/2 συγκρίνεται με την ΕΝ στο 0/4 και την ASTM, προκύπτει ότι η απομάκρυνση των μεγαλυτέρων κόκκων αυξάνει το ισοδύναμο άμμου διαγράμματα 18 και 19 (R 2 = 0,6450 και R 2 = 0,7052). Στον πίνακα 1 δίνεται το ισχύον όριο ισοδυνάμου άμμου. Καθώς οι τιμές ΕΝ στο 0/2 είναι σαφώς μικρότερες της ASTM, παρατίθεται και η προτεινόμενη τροποποίηση των ορίων. Για την ΕΝ στο 0/4, προτείνεται διατήρησή των. Πίνακας 1: Ισχύοντα & προτεινόμενα ελάχιστα όρια ισοδυνάμου άμμου Αδρανή για σκυρόδεμα: Όρια ΕΛΟΤ 408 Προτεινόμενο όριο για ΕΝ (0/2) Εξαιρετικών απαιτήσεων Επιμελημένης παραγωγής Συνήθων κατασκευών EN / ASTM D2419 Διάγραμμα 17: Σύγκριση αποτελεσμάτων ισοδυνάμου άμμου ASTM και ΕΝ στο 0/4 EN / EN /4 Διάγραμμα 18: Σύγκριση αποτελεσμάτων ισοδυνάμου άμμου ΕΝ στο 0/4 και στο 0/2 10

11 EN / ASTM D2419 Διάγραμμα 19: Σύγκριση αποτελεσμάτων ισοδυνάμου άμμου ASTM και ΕΝ στο 0/2 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΣΧΟΛΙΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Προτείνεται η μείωση του ελαχίστου ορίου παιπάλης στο 15% για οπλισμένο σκυρόδεμα και στο 19% για άοπλο. Επίσης προτείνεται η διατήρηση του μεγίστου ορίου Los Angeles στο 40%. Στην πυκνότητα και απορροφητικότητα χονδρόκοκκων αδρανών δεν παρατηρήθηκαν διαφορές ενώ στα λεπτόκοκκα πρέπει να εκτιμηθεί σωστά η μείωση της απορροφητικότητας. Για το ισοδύναμο άμμου προτείνεται διατήρηση των ελαχίστων ορίων για το κλάσμα 0/4 και μείωση 7-8 μονάδων ανάλογα τη χρήση, για το κλάσμα 0/2. Στην υγεία δεν ήταν δυνατό να εξαχθούν ασφαλή αποτελέσματα. Ενώ σε όλες τις δοκιμές, διαφορές προκύπτουν κυρίως λόγω των διαφορών του τμήματος δοκιμής, στην υγεία είναι κυρίως το διάλυμα που επηρεάζει το αποτέλεσμα. Η παρούσα εργασία έκανε ένα βήμα προς τη θέσπιση νέων ορίων, ωστόσο πόρρω απέχει από την επίλυση του προβλήματος. Είναι απαραίτητοι περισσότεροι έλεγχοι ιδιαίτερα κοντά σε οριακά σημεία, ώστε να αναθεωρηθούν οι προδιαγραφές και να θεσπιστούν αντικειμενικά κριτήρια καταλληλότητας. Ειδικά στην πυκνότητα χονδρόκοκκων αδρανών προτείνεται διενέργεια συγκρίσεων με την πρώτη εναλλακτική του ΕΝ, δηλαδή τη μέθοδο της φιάλης. Στο Los Angeles χρειάζονται δοκιμές σε μεγαλύτερο εύρος τιμών για να αποσαφηνιστεί η σχέση μεταξύ των δύο μεθόδων. Στη δοκιμή υγείας ίσως βοηθήσουν δοκιμές με ASTM αλλά με χρήση MgSO4, ως ενδιάμεσο στάδιο για το συσχετισμό των μεθόδων. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η γράφουσα ευχαριστεί τον αναπληρωτή καθηγητή του Πανεπιστημίου Πατρών Ε. Μπούσια, τον προϊστάμενο εργαστηρίου Π.Υ.Θ της εταιρείας «ΕΓΝΑΤΙΑ ΟΔΟΣ Α.Ε.» Σ. Λυκούδη, καθώς και το Γ. Γκρίντζο, γενικό διευθυντή της εταιρείας «ERGOTEST Α.Ε.», για την πολύτιμη βοήθειά τους. 11

12 ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΕΛΟΤ 408:1979 «Θραυστά αδρανή δια συνήθη σκυροδέματα» ΕΛΟΤ ΕΝ :2000 «Δοκιμές γενικών ιδιοτήτων των αδρανών Μέρος 2: Μέθοδοι μείωσης εργαστηριακών δειγμάτων». ΕΛΟΤ ΕΝ :1998 και /Α1:2006 «Δοκιμές γεωμετρικών ιδιοτήτων των αδρανών Μέρος 1: Προσδιορισμό διαγράμματος κοκκομετρίας μέθοδος με κόσκινα». ΕΛΟΤ ΕΝ :2000 «Δοκιμές γεωμετρικών ιδιοτήτων των αδρανών Μέρος 8: Αξιολόγηση λεπτόκοκκου κλάσματος (παιπάλης) Δοκιμή ισοδυνάμου άμμου». ΕΛΟΤ ΕΝ :1998 και /Α1:2007 «Δοκιμές για τον προσδιορισμό των μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων των αδρανών Μέρος 2: Μέθοδοι προσδιορισμού της αντίστασης σε θρυμματισμό». ΕΛΟΤ ΕΝ :2000 και /Α1:2006 «Δοκιμές για τον προσδιορισμό των μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων των αδρανών Μέρος 6: Προσδιορισμός της πυκνότητας του φίλλερ και απορρόφησης νερού». ΕΛΟΤ ΕΝ :1999 «Δοκιμές για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των αδρανών σε θερμικές και καιρικές μεταβολές Μέρος 2: Δοκιμή θειικού μαγνησίου» ΕΛΟΤ ΕΝ 12620:2002 «Αδρανή για σκυρόδεμα». Υ.Α. υπ. αριθ. Δ14/19164 υπουργού ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. (1997). «Έγκριση του κανονισμού τεχνολογίας σκυροδέματος 97», Φ.Ε.Κ. Β 315. Ψωινός, Δ. Π. (1992). «Εφαρμοσμένη στατιστική», 3η έκδοση, εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη. ASTM C33-03 «Standard specification for concrete aggregates». ASTM C88-05 «Standard test method for soundness of aggregates by use of sodium sulfate or magnesium sulfate». ASTM C «Standard test method for materials finer than 75-μm (No.200) sieve in mineral aggregates by washing». ASTM C «Standard test method for density, relative density (specific gravity), and absorption of coarse aggregates». ASTM C «Standard test method for density, relative density (specific gravity), and absorption of fine aggregates». ASTM C «Standard test method for resistance to degradation of small-size coarse aggregate by abrasion and impact in the Los Angeles machine». ASTM C «Standard test method for sieve analysis of fine and coarse aggregates». ASTM C (reapproved 2003) «Standard practice for reducing samples of aggregate to testing size». ASTM D «Standard test method for sand equivalent value of soils and fine aggregate». 12