ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 47 KEΦAΛAIO 5 KONIEΣ KAI KONIAMATA 5.1 Kονίες, Γενικά Κονίες είναι τα υλικά τα οποία όταν αναμιχθούν και υποστούν κατεργασία υπό ορισμένες αναλογίες με ένα ρευστό μέσο (συνήθως νερό) μεταβάλλονται σε εύπλαστο πολτό με συγκολλητικές ιδιότητες. O πολτός αυτός αποτελεί μετά την πήξη και σκλήρυνση το συνδετικό υλικό των κονιαμάτων (π.χ. τσιμεντοκονίαμα, ασβεστοκονίαμα). Με τον όρο πήξη εννοούμε το φαινόμενο (που οφείλεται σε ξήρανση ή σε φυσικούς, χημικούς ή φυσικοχημικούς παράγοντες) κατά τη διάρκεια του οποίου ο πολτός μετατρέπεται από εύπλαστη μάζα σε υλικό με κάποια στερεότητα και μηχανική αντοχή. Κατά την αρχική πήξη ο πολτός έχει χάσει το μεγαλύτερο μέρος της πλαστικότητάς του και το μεγαλύτερο μέρος από τις συγκολλητικές του ιδιότητες, ενώ κατά την τελική πήξη ο πολτός αρχίζει να εμφανίζει μηχανική αντοχή. Με τον όρο σκλήρυνση εννοούμε το φαινόμενο που ακολουθεί χρονικά την πήξη και κατά τη διάρκεια του οποίου ο πολτός μεταβάλλεται σε στερεό σώμα αποκτώντας την (σχεδόν) τελική του αντοχή. Aνάλογα με τη συμπεριφορά τους προς το νερό μετά την σκλήρυνση, οι κονίες κατατάσσονται σε: (α) Aερικές (άργιλος, πηλός, υδράσβεστος, μαγνησιακή άσβεστος, δολομιτική άσβεστος, μαγνησιακή κονία, γύψος), οι οποίες πήζουν και σκληρύνονται στον ατμοσφαιρικό αέρα και συντηρούνται μόνο στο περιβάλλον αυτού, ενώ διαλύονται στο νερό ή ακόμα και σε υγρό περιβάλλον (β) Yδραυλικές (υδραυλική άσβεστος, ρωμαϊκή κονία, ποζολανικές κονίες, τσιμέντα), οι οποίες μετά τη σκλήρυνσή τους συντηρούνται σε νερό ή σε περιοδικά υγραινόμενο περιβάλλον και άρα είναι αδιάλυτες στο νερό. Η υδραυλικότητα οφείλεται σε συστατικά όπως τα οξείδια του πυριτίου (SiO 2 ), του αργιλίου (Al 2 O 3 ) και του σιδήρου (Fe 2 O 3 ). Η σκλήρυνση των υδραυλικών κονιών είναι φυσικοχημική διεργασία κατά την οποία τα ένυδρα των διαφόρων φάσεων παρουσιάζουν κατά μεγάλο μέρος κολλοειδή μορφή που μετατρέπεται με την πάροδο του χρόνου σε μικροκρυσταλλική, σε αντίθεση με τις αερικές κονίες, στις οποίες η σκλήρυνση παρουσιάζεται ευθύς εξ αρχής σε κρυσταλλική μορφή. Τέλος, ανάλογα με την προέλευσή τους οι κονίες διακρίνονται σε φυσικές, οι οποίες χρησιμοποιούνται αυτούσιες όπως συναντώνται στη φύση (π.χ. πηλός,
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 48 ποζολανικές κονίες) και σε τεχνητές, οι οποίες παρασκευάζονται βιομηχανικά (π.χ. τσιμέντο, άσβεστος, γύψος). 5.2 Aερικές Kονίες 5.2.1 Άργιλος, Πηλός Η άργιλος, που αποτελεί το κύριο συστατικό όλων των πρώτων υλών για την παρασκευή προϊόντων όπτησης και όλων των πυρίμαχων επιχρισμάτων, είναι μίγμα διαφόρων ορυκτών σε μορφή πλακοειδών κόκκων με μέγιστη διάμετρο 2μm. Tα ορυκτά αυτά είναι κυρίως ένυδρες πυριτικές ενώσεις του αργιλίου αναμιγμένες με οξείδια του σιδήρου και άλλες προσμίξεις που καθορίζουν το χρώμα, και προέρχονται από την αποσάρθρωση πυριτικών πετρωμάτων, όπως για παράδειγμα ο καολίνης (που προέρχεται από τους άστριους και σε καθαρή μορφή έχει το χημικό τύπο 2SiO 2. Al2 O 3. 2H2 O ή S 2 AH 2 ), ο μοντμοριλλονίτης, ο ιλλίτης και ο αλλοϋσίτης. Το μίγμα αργίλου και λεπτής άμμου ονομάζεται πηλός, και όταν αναμιχθεί με κατάλληλη ποσότητα νερού σχηματίζει πολτό μεγάλης πλαστικότητας. Η πήξη και σκλήρυνση του πολτού οφείλεται στην εξάτμιση του νερού και χαρακτηρίζεται από συστολή που είναι ανάλογη της περιεκτικότητας σε άργιλο. O διαποτισμός του πηλού με νερό επαναφέρει το υλικό στην αρχική κατάσταση πλαστικότητας. Το υλικό αυτό αποτελεί την πρώτη ύλη για την κατασκευή πλίνθων και προϊόντων κεραμευτικής. 5.2.2 Άσβεστος Άσβεστος (ή κεκαυμένη άσβεστος ή καυστική άσβεστος) ονομάζεται το οξείδιο του ασβεστίου, CaO (χρώματος λευκού), το οποίο προέρχεται από τη διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 CaO + CO 2 ) στους 900 o C περίπου, με απαιτήσεις θερμότητας της τάξης των 880 Wh/kg CaO. Το CaCO 3 είναι το κύριο συστατικό των ασβεστολίθων, οι οποίοι περιέχουν και ξένες προσμίξεις, όπως π.χ. MgO, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3. Η όπτηση του ασβεστολίθου γίνεται στις ασβεστοκαμίνους. Η απώλεια του CO 2 στην παραπάνω αντίδραση έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός μεγάλου δικτύου τριχοειδών πόρων, το οποίο δημιουργεί πορώδες μέχρι και 55% και καθιστά τη μάζα σπογγώδη (Σίδερης 1984). H άσβεστος έχει μεγάλη χημική συγγένεια με το νερό και λόγω του μεγάλου πορώδους μπορεί να προσλαμβάνει νερό με έκλυση μεγάλης ποσότητας θερμότητας (320 Wh/kg CaO) κατά την αντίδραση: CaO + H 2 O Ca(OH) 2. Το αποτέλεσμα της αντίδρασης ονομάζεται υδράσβεστος. Η αντίδραση της ενυδάτωσης ονομάζεται σβέση και η ταχύτητα της σβέσης προσδιορίζει τη δραστικότητα της ασβέστου. Η θερμοκρασία πύρωσης είναι καθοριστική για την τελική δομή της ασβέστου και κατά συνέπεια για την
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 49 ταχύτητα της σβέσης. Για θερμοκρασίες πύρωσης 800-900 o C, 900-1050 o C και >1050 o C το πορώδες της ασβέστου είναι 45-55%, 35-45% και <35%, αντίστοιχα, ενώ η παραγόμενη άσβεστος χαρακτηρίζεται ταχείας, ημιταχείας και βραδείας σβέσης, αντίστοιχα. Σημειώνεται ότι με την αύξηση της ταχύτητας σβέσης μειώνονται οι διαστάσεις των ένυδρων τεμαχιδίων της υδρασβέστου και άρα βελτιώνεται η ποιότητά της, δηλαδή αυξάνεται η πλαστικότητα, που επιτρέπει την εύκολη και σωστή κατεργασία των ασβεστοκονιαμάτων. Η σβέση της ασβέστου μπορεί να είναι υγρή ή ξηρή, οπότε η υδράσβεστος που προκύπτει είναι πολτός (ασβεστοπολτός) που περιέχει συνήθως 35-40% κ.β. στερεή ύλη ή ξηρή σκόνη με μικρά υπολείμματα υγρασίας (<1% κ.β.), αντίστοιχα. Στην υγρή σβέση ο λόγος νερού/άσβεστο είναι περίπου 3:1 κ.β., και εξαρτάται κυρίως από τη δραστικότητα και το ποσοστό των ξένων προσμίξεων. Tο μίγμα αναδεύεται για 15 περίπου λεπτά και κατόπιν προστίθεται νερό σε αναλογία 20% Ca(OH) 2 και 80% νερό (κ.β.) για να δημιουργηθεί γάλα ασβέστου, το οποίο αποθηκεύεται σε λάκκους. Στη φάση αυτή, που λέγεται φύραση του πολτού υδρασβέστου και διαρκεί 15-20 ημέρες, συνεχίζεται η σβέση και βελτιώνεται η λεπτότητα, η οποία προσδίδει στον ασβεστοπολτό πλαστικότητα. Θεωρείται ότι η φύραση έχει πρακτικώς συμπληρωθεί όταν εμφανιστούν στην επιφάνεια του ασβεστοπολτού ρωγμές πλάτους περίπου 1 cm. Tο στάδιο της φύρασης απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή, γιατί τυχόν μη σβησμένοι κόκκοι (ιδιαίτερα ασβέστου βραδείας σβέσης) μετατρέπονται σε Ca(OH) 2 μετά την παρασκευή των επιχρισμάτων, και λόγω της διόγκωσης που επακολουθεί προκαλούν ζημιές στα κονιάματα. Για την ξηρή σβέση η θεωρητικά απαιτούμενη ποσότητα του προστιθέμενου νερού είναι ίση με 32% του βάρους της ασβέστου. Λόγω όμως της αύξησης της θερμοκρασίας σε υψηλά επίπεδα σημαντική ποσότητα νερού εξατμίζεται, με αποτέλεσμα το νερό που χρειάζεται τελικά να ανέρχεται στο διπλάσιο περίπου της θεωρητικής ποσότητας. O ασβεστοπολτός αποτελείται από λεπτότατα σωματίδια που δεν υπερβαίνουν τα 2 μm. Κατά την ξήρανσή τους τα σωματίδια αυτά παρουσιάζουν δυνάμεις συνάφειας και αναπτύσσουν σημαντική αντοχή. H σκλήρυνση της υδρασβέστου επιτυγχάνεται με ενανθράκωση του Ca(OH) 2 κατά την αντίδραση: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O (παρουσία H 2 O). Εξαιτίας της μικρής περιεκτικότητας του ατμοσφαιρικού αέρα σε CO 2 (περίπου 0.03% κ.ό.) η παραπάνω αντίδραση προχωρεί πολύ αργά, με αποτέλεσμα να διαρκεί αρκετούς μήνες (για τα επιχρίσματα). Oι κρύσταλλοι που σχηματίζονται κατά την ενανθράκωση του Ca(OH) 2 διαλύονται στο νερό (δηλαδή στην υγρασία) και κρυσταλλώνονται εκ νέου. Οι νέοι αυτοί κρύσταλλοι εμπλέκονται και συσσωματώνονται μεταξύ τους, δίνοντας στα κονιάματα της ασβέστου μεγαλύτερη αντοχή (Σίδερης 1984). Σημαντικά πλεονεκτήματα της αερικής κονίας ασβέστου αποτελούν η υψηλή πλαστικότητα, η υψηλή πρόσφυση και η μεγάλη ογκοσταθερότητα. Γι αυτό και βρίσκει αρκετές εφαρμογές σε ασβεστοκονιάματα (υδράσβεστος και άμμος),
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 50 ασβεστοτσιμεντοκονιάματα (τσιμέντο, υδράσβεστος και άμμος) γυψασβεστοκονιάματα (υδράσβεστος, γύψος και άμμος), θηροκονιάματα (υδράσβεστος, θηραϊκή γη και άμμος) και γαλακτώματα υδροχρωματισμών (υδράσβεστος, νερό και ενδεχομένως κόλλα). Εκτός από την παρασκευή υδρασβέστου, η κεκαυμένη άσβεστος χρησιμοποιείται για την παρασκευή ασβεστοπυριτικών πλίνθων (CaO και πυριτική άμμος) και αεριοσκυροδεμάτων (CaO, τσιμέντο, λεπτοαλεσμένη πυριτική άμμος και αερακτικό, όπως π.χ. η σκόνη αλουμινίου). 5.2.3 Mαγνησιακή Άσβεστος, ολομιτική Άσβεστος Παρασκευάζονται με πύρωση μαγνησιακών και δολομιτικών ασβεστολίθων. Η ύπαρξη MgO στις ασβέστους αυτές επιφέρει μείωση της δραστικότητάς τους και αλλοίωση του χρώματός τους από άσπρο σε γκρι. Tα αντίστοιχα κονιάματα είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στην προσβολή από καιρικές συνθήκες, ενώ τα δολομιτικά κονιάματα είναι λιγότερο κατάλληλα για επιχρίσματα λόγω της αρκετά αργής πήξης και σκλήρυνσής τους. 5.2.4 Mαγνησιακή Kονία Oνομάζεται και κονία Sorel, και παρασκευάζεται με πύρωση του μαγνησίτη (μεγάλα αποθέματα του οποίου συναντώνται στην Eύβοια) σε θερμοκρασία 700-800 o C, σύμφωνα με την αντίδραση: MgCO 3 MgO + CO 2. Το MgO κονιοποιείται και αναμιγνύεται με υδατικό διάλυμα MgCl 2, και τo μίγμα μετατρέπεται σε σκληρή μάζα η οποία επιδέχεται λείανση. Περίσσεια MgCl 2 προκαλεί υγροσκοπικότητα, ενώ προσθήκη μικρότερης από την απαιτούμενη ποσότητας MgCl 2 μετατρέπει τη μάζα σε πορώδη. Tα κονιάματα με βάση τη μαγνησιακή κονία περιέχουν συνήθως οργανικές ή ανόργανες ύλες (π.χ. πριονίδι, τεμαχίδια φελλού, κισσηρόσκονη) και παρουσιάζουν μεγάλη σταθερότητα όγκου. Το κονίαμα με πριονίδι και κονία Sorel έχει τύχει εφαρμογής στην παρασκευή πλακών επιστρώσεων και επενδύσεων, και στην κατασκευή δαπέδων χωρίς αρμούς. ομικά προϊόντα από τέτοια κονιάματα είναι γνωστά και ως "ξυλόλιθοι". 5.2.5 Γύψος Όπως και η άσβεστος, η γύψος ανήκει στις παλαιότερες κονίες και έχει χρησιμοποιηθεί ευρύτατα από την αρχαιότητα (ο αρχαίος φιλόσοφος Θεόφραστος, 327-287 π.x., αφιερώνει ένα ολόκληρο κεφάλαιο για τη γύψο στην πραγματεία του "Περί λίθων"). Όλα τα είδη γύψου παρασκευάζονται με όπτηση σε διάφορες θερμοκρασίες πετρώματος γύψου (φυσική γύψος), που βρίσκεται στη φύση στη μορφή ένυδρου θειϊκού ασβεστίου (CaSO 4. 2H2 O) με διάφορες προσμίξεις (CaCO 3, MgCO 3, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 51 κ.τ.λ.). Η παγκόσμια ποσότητα εξόρυξης γύψου είναι της τάξης των πολλών δεκάδων τόνων ετησίως (κάποια στοιχεία για το 1993 αναφέρουν περίπου 70 εκατ. τόνους, Σακούλας 1993). Tα καλύτερα κοιτάσματα γύψου βρίσκονται στην περιοχή του Παρισιού, ενώ στη χώρα μας πλούσια κοιτάσματα βρίσκονται στη υτική Eλλάδα, στην Kρήτη και στα ωδεκάνησα. Το προϊόν της όπτησης φυσικής γύψου σε 125-180 o C ονομάζεται πλαστική γύψος (CaSO 4. 1/2H2 O). Έχει πυκνότητα 2600-2700 kg/m 3 και διατίθεται σε μορφή λευκής σκόνης. Όταν αναμιχθεί με ποσότητα νερού 60-80% περίπου του βάρους της σχηματίζει πλαστικό και εργάσιμο πολτό που πήζει και σκληρύνεται (λόγω κρυστάλλωσης του σχηματιζόμενου CaSO 4. 2H2 O) σε διάστημα μερικών λεπτών (10-30 λεπτά), με ταυτόχρονη αύξηση της θερμοκρασίας και του όγκου του κατά 1% περίπου του αρχικού όγκου. Ανάλογα με το λόγο νερού προς γύψο, το τελικό προϊόν έχει θλιπτική αντοχή της τάξης των 5-15 MPa και εφελκυστική αντοχή 2-7 MPa, λόγω δε της διαλυτότητάς του στο νερό χρησιμοποιείται μόνο σε εφαρμογές εσωτερικών χώρων. Τέτοιες είναι, για παράδειγμα, τα ασβεστογυψοκονιάματα, όπου η παρουσία γύψου επιταχύνει την πήξη, οι διακοσμητικοί λίθοι και οι γυψοσανίδες, που η χρήση τους είναι ιδιαίτερη αυξανόμενη τα τελευταία χρόνια στην κατασκευή ψευδοροφών, διαχωριστικών τοίχων, επενδύσεων τοίχων κ.τ.λ. Περισσότερες λεπτομέρειες ειδικά για τις γυψοσανίδες δίνονται π.χ. στο άρθρο του Σακούλα (1993). Σπανιότερα χρησιμοποιείται και η κονία ανυδρίτη ή τραχεία γύψος (CaSO 4 ), που παρασκευάζεται με λεπτή άλεση ανυδρίτη (φυσική άνυδρη γύψος) ή από την όπτηση φυσικής γύψου γύρω στους 1000 o C. Έχει πυκνότητα 2800-2900 kg/m 3 και διατίθεται (μόνο από το εξωτερικό) σε μορφή σκόνης με χρώμα κίτρινο έως κόκκινο. Με 40-50% κ.β. νερό παρέχει πολτό που πήζει βαθμιαία μετά από αρκετές ημέρες χωρίς να προκαλείται αύξηση της θερμοκρασίας και μεταβολή του όγκου. Το τελικό προϊόν έχει περίπου διπλάσιες αντοχές από την πλαστική γύψο και έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή υποστρωμάτων δαπέδων ή δαπέδων χωρίς αρμούς (Kορωναίος 1985). 5.3 Yδραυλικές Kονίες 5.3.1 Yδραυλική Aσβεστος Η υδραυλική άσβεστος παρασκευάζεται από την όπτηση αργιλούχων ασβεστολίθων σε καμίνια συνεχούς λειτουργίας και σε θερμοκρασία 1000-1200 o C. Το προϊόν σβήνεται (ξηρή σβέση) και διατίθεται στην αγορά σε μορφή σκόνης τεφρού ή καφέ ανοικτού χρώματος. Λόγω της μεγάλης περιεκτικότητας σε ελεύθερη άσβεστο, η υδραυλική άσβεστος σπάνια χρησιμοποιείται αυτούσια για υδραυλικά κονιάματα, αλλά συνήθως αναμιγνύεται με ποζολάνες, το ελεύθερο SiO 2 των οποίων δεσμεύει την
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 52 ελεύθερη άσβεστο. Είναι γενικά προϊόν με λιγοστές χρήσεις, μια από τις οποίες αφορά την παραγωγή κονιαμάτων επισκευής/ενίσχυσης κατασκευών μνημειακού χαρακτήρα από φέρουσα τοιχοποιία (για ενέματα, επιστρώσεις, αρμολόγημα, επιχρίσματα). 5.3.2 Pωμαϊκή Kονία Oνομάζεται και υδραυλική άσβεστος υψηλής υδραυλικότητας, προέρχεται δε από την όπτηση αργιλούχων ασβεστολίθων, με 40% περίπου άργιλο, στις ίδιες περίπου συνθήκες όπως η υδραυλική άσβεστος. Το όνομά της προέρχεται από τους Pωμαίους που την χρησιμοποίησαν σε δομικά έργα όπως υδραγωγεία, θέατρα κ.ά. Κύριο χαρακτηριστικό της κονίας αυτής είναι η ταχεία πήξη, η οποία αρχίζει σε 15-30 min και τελειώνει σε 60 min περίπου. Στην Eλλάδα δεν παρασκευάζεται ούτε χρησιμοποιείται, αλλά και διεθνώς έχει αντικατασταθεί ουσιαστικά από το τσιμέντο. 5.3.3 Ποζολανικές Kονίες Η ονομασία ποζολάνη προήλθε από την περιοχή Pozzuoli της Iταλίας, όπου οι Pωμαίοι είχαν ανακαλύψει ότι το έδαφος παρουσίαζε υδραυλικές ιδιότητες και το χρησιμοποιούσαν στα κονιάματά τους (Pωμαϊκή κονία). Σήμερα ποζολάνες ονομάζονται οι λεπτότατες κονίες πυριτικής σύστασης (SiO 2 ) με οξείδια του αργιλίου, του σιδήρου, του ασβεστίου κ.ά. σε μικρότερη αναλογία. Ενώ χαρακτηρίζονται από σχετικά μικρή υδραυλικότητα, οι ποζολάνες ενυδατώνονται όπως και τα τσιμέντα όταν αναμιχθούν με κάποιο φυσικό διεγέρτη (π.χ. άσβεστος, γύψος, τσιμέντο). Κατά την ενυδάτωσή τους, που ονομάζεται ποζολανική αντίδραση, αντιδρούν χημικά (με αργό σχετικά ρυθμό) με το υδροξείδιο του ασβεστίου σχηματίζοντας παρόμοια προϊόντα με αυτά της ενυδάτωσης του τσιμέντου (ένυδρες ασβεστοπυριτικές ενώσεις). Xωρίζονται σε φυσικές ποζολάνες, όπως είναι οι ηφαιστειογενείς (π.χ. θηραϊκή γη, Mηλαϊκή γη) και οι ιζηματογενείς (π.χ. γη διατόμων), και σε τεχνητές ποζολάνες, που προέρχονται από την θερμική κατεργασία αργού υλικού που περιέχει CaO και υδραυλικούς παράγοντες, όπως είναι η ιπτάμενη τέφρα (η οποία λαμβάνεται από τα φίλτρα των εργοστασίων ηλεκτρικής ενέργειας με καύσιμη ύλη το λιγνίτη), η σκωρία καμίνου (παραπροϊόν των καμίνων στα χαλυβουργεία) και η πυριτική παιπάλη (παραπροϊόν της βιομηχανίας πυριτικών μετάλλων και σιδηροπυριτικών κραμάτων). Τέτοιες κονίες χρησιμοποιούνται πολλές φορές ως πρόσθετα του τσιμέντου ή του σκυροδέματος, γι αυτό και λεπτομερέστερη περιγραφή τους δίνεται στο επόμενο κεφάλαιο.
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 53 5.3.4 Φυσικό Tσιμέντο Παρασκευάστηκε μετά τη Pωμαϊκή κονία και αποτελεί τον πρόδρομο του τεχνητού τσιμέντου (Portland). Προέρχεται από την όπτηση αργιλούχων ασβεστολίθων με περιεκτικότητα 20-25% κ.β. σε άργιλο. Το προϊόν της όπτησης αλέθεται σε λεπτή σκόνη και αποτελεί το φυσικό τσιμέντο. Λόγω της έλλειψης σταθερότητας στη σύσταση των πετρωμάτων που έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή φυσικού τσιμέντου, οι ιδιότητες του τελευταίου υπολείπονται αυτών των τεχνητού και γι αυτό το φυσικό τσιμέντο σήμερα ουσιαστικά δεν χρησιμοποιείται. 5.3.5 Tεχνητά Tσιμέντα Tα τεχνητά τσιμέντα είναι αυτά που σήμερα μονοπωλούν την αγορά τσιμέντων και αποτελούν την κονία με την ευρύτερη παγκόσμια παραγωγή, η οποία είναι της τάξης των 2 δισεκατομμυρίων τόννων ετησίως. εδομένου ότι τα τεχνητά τσιμέντα αποτελούν ένα από τα βασικότερα συστατικά του σκυροδέματος, η λεπτομερής και εκτεταμένη περιγραφή τους αναβάλλεται για το επόμενο κεφάλαιο. 5.4 Kονιάματα 5.4.1 Γενικά, Tαξινόμηση, Iδιότητες Κονίαμα ονομάζεται γενικά κάθε μίγμα μιας ή περισσοτέρων κονιών με άμμο (διαμέτρου συνήθως μέχρι 4 mm) και νερό. Με βάση τη χρήση τους, τα κονιάματα διακρίνονται σε κονιάματα φερόντων δομικών στοιχείων (π.χ. λιθοδομές, οπτοπλινθοδομές) και σε κονιάματα μη φερόντων δομικών στοιχείων (π.χ. κονιάματα επιχρισμάτων). Mε βάση τις ιδιότητες των κονιών στις οποίες βασίζονται, χωρίζονται κυρίως σε αερικά και υδραυλικά, ενώ με βάση την ποσότητα της χρησιμοποιούμενης κονίας διακρίνονται σε κανονικά (που περιέχουν όση κονία απαιτείται για να πληρωθούν τα κενά της άμμου), ισχνά (στα οποία η χρήση μικρότερης από την κανονική ποσότητας κονίας οδηγεί σε μικρότερες αντοχές και έχει ως αποτέλεσμα επιφάνειες που "τρίβονται" σχετικά εύκολα) και παχειά (που είναι πλούσια σε κονία με αποτέλεσμα να χαρακτηρίζονται από σημαντική συστολή λόγω ξήρανσης που προκαλεί ρωγμές στις επιφάνειες). Το νερό των κονιαμάτων πρέπει να είναι καθαρό και ελεύθερο επιβλαβών προσμίξεων όπως τα οξέα, μερικά άλατα (π.χ. θειϊκά και χλωριούχα) και τα σάκχαρα. Το θαλασσινό νερό καλό είναι να αποφεύγεται, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις επιχρισμάτων, όπου τα άλατα μπορεί να διαλυθούν στο νερό της βροχής και να σχηματίσουν εξανθήματα (Taylor 1983). H άμμος, φυσική ή τεχνητή (θραυστή), που θα
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 54 χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή κονιαμάτων πρέπει να προέρχεται από υγιή και ανθεκτικά πετρώματα και να μην περιέχει σκουριές, μαρμαρυγία, απολιθώματα, βιομηχανικά απορρίμματα και ποσότητες παιπάλης (πολύ λεπτή σκόνη, που περιγράφεται λεπτομερέστερα στην ενότητα περί αδρανών του επομένου κεφαλαίου) άνω του 5-6% κ.β. (Λεγάκις 1992). Η κοκκομετρική διαβάθμιση της άμμου πρέπει να έχει περιεκτικότητα λεπτών υλικών (διαμέτρου < 0.25 mm) 10-25% κ.β. και μέγιστη διάμετρο το πολύ ίση με το 1/3 του πάχους του κονιάματος (Wendehorst 1975). Tα κυριότερα κονιάματα είναι τα εξής (π.χ. απόντε 1991): (α) τσιμεντοκονιάματα (χρησιμοποιούνται, μεταξύ άλλων, για την παρασκευή σκυροδέματος) (β) ασβεστοκονιάματα (με αναλογία υδρασβέστου προς άμμο περίπου 1:1.5-2.5 για επιχρίσματα, 1:2.5-3 για οπτοπλινθοδομές και 1:3-4 για αργολιθοδομές, και θλιπτική αντοχή γύρω στο 0.5-1 MPa) (γ) ασβεστοτσιμεντοκονιάματα (δ) θηροκονιάματα (έχουν βάση τη θηραϊκή γη και την άσβεστο ή το τσιμέντο και χρησιμοποιούνται γενικά σε κατασκευές που βρίσκονται σε υγρό περιβάλλον) (ε) ασβεστογυψοκονιάματα (δίνουν λείες επιφάνειες και είναι κατάλληλα για εσωτερικά επιχρίσματα, έχουν δε τυπική αναλογία: 0.62 m 3 υδράσβεστο, 0.38 m 3 άμμο, 0.20 m 3 νερό και 75 kg γύψο, για την παρασκευή 1 m 3 νωπού κονιάματος) και (στ) μαρμαροκονιάματα (με κύριο αδρανές τη μαρμαρόσκονη και κονία ασβέστου ή τσιμέντου και ενδεχομένως με μικρή ποσότητα γύψου). Για την κατασκευή (αρμών) τοιχοδομών σήμερα χρησιμοποιούνται μόνο τσιμεντοκονιάματα ή ασβεστοτσιμεντοκονιάματα, τα οποία σύμφωνα με τον Eυρωκώδικα 6 (EN 1996-1-1 2005) διακρίνονται σε κονιάματα γενικής εφαρμογής (με πυκνότητα γύρω στα 1900-2100 kg/m 3 ), σε κονιάματα λεπτής στρώσης (πάχους 1-3 mm) και σε ελαφροκονιάματα (σε αυτά αντί κανονικής άμμου χρησιμοποιείται λεπτόκοκκη κίσσηρη, περλίτης, ή άλλο ελαφρύ αδρανές, με αποτέλεσμα η πυκνότητα του ξηρού κονιάματος να μην ξεπερνά τα 1500 kg/m 3 ). Σύμφωνα πάντοτε με τον παραπάνω κανονισμό, τα κονιάματα τοιχοδομών ταξινομούνται είτε βάσει της αντοχής τους (f m ), οπότε χαρακτηρίζονται από το γράμμα M (mortar = κονίαμα) και την αντοχή σε θλίψη, είτε βάσει της σύστασής τους. Για παράδειγμα, Μ5 σημαίνει κονίαμα θλιπτικής αντοχής 5 MPa, ενώ ένα κονίαμα 1:1:5 περιέχει κατά βάρος 1 μέρος τσιμέντου, 1 μέρος ασβέστου και 5 μέρη άμμου. Οι κατηγορίες αντοχής είναι Μ1, Μ2.5, Μ5, Μ10, Μ20 και Μd, όπου d > 25 MPa, ενώ η ακριβής τιμή του d καθορίζεται από τον παραγωγό του κονιάματος. Περισσότερες λεπτομέρειες για τις προδιαγραφές κονιαμάτων τοιχοδομών δίνονται στο Eυρωπαϊκό Πρότυπο EN 998-2. Στον Πίνακα 5.1 δίνονται ενδεικτικά συνιστώμενες αναλογίες όγκων για την επίτευξη της αντίστοιχης ποιότητας κονιάματος για φέρουσες τοιχοποιίες. Σχετικά με τη συμπεριφορά των ασβεστοτσιμεντοκονιαμάτων σε τοιχοδομές, τα παρακάτω αξίζουν ιδιαίτερης μνείας: (α) Aύξηση του ποσοστού τσιμέντου αυξάνει την αντοχή, το μέτρο ελαστικότητας, την πυκνότητα, την ανθεκτικότητα σε διάρκεια αλλά και
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 55 τη συστολή λόγω ξήρανσης (αναλύεται λεπτομερώς στο επόμενο κεφάλαιο), ενώ μειώνει την πλαστιμότητα. (β) Kονιάματα με καλά διαβαθμισμένη θραυστή άμμο μπορεί να δώσουν υψηλές αντοχές, μικρή διαπερατότητα, ικανοποιητική πρόσφυση αλλά και μικρή εργασιμότητα, ενώ αυτά με λεπτόκοκκη και σχετικά λεία άμμο δίνουν μεγάλη εργασιμότητα, αλλά γενικά μικρές αντοχές και μειωμένη ικανότητα πρόσφυσης. (γ) H προσθήκη ασβέστου (αντί τσιμέντου) μειώνει το κόστος, αυξάνει την πλαστικότητα, την ικανότητα πρόσφυσης και την ικανότητα συγκράτησης νερού (περιορίζοντας την απορρόφησή του από τις πλίνθους), ενώ μειώνει τη θλιπτική αντοχή και γενικά την ανθεκτικότητα σε διάρκεια. ΠΙΝΑΚΑΣ 5.1 Kατ' όγκον αναλογίες των συστατικών κονιαμάτων τοιχοδομών. Ποιότητα κονιάματος Θλιπτική αντοχή (MPa) Tσιμέντο Άσβεστος Άμμος M2.5 2.5 1 3 9 M5 5 1 2 6 M10 10 1 0.5 5 M20 20 1 -- 3 Τα κονιάματα επιχρισμάτων είναι κατά κανόνα ασβεστοκονιάματα (ενώ έχει ήδη ξεκινήσει και η χρήση επιχρισμάτων με βάση τη γύψο), στα οποία έχει προστεθεί τσιμέντο (για την 1 η και τη 2 η στρώση, δηλαδή το "πεταχτό" και το "χονδρό") ή μαρμαρόσκονη σε συνδυασμό με λευκό τσιμέντο (για την 3 η στρώση, δηλαδή το "λεπτό"). Η αντοχή των επιχρισμάτων παίζει γενικά δευτερεύοντα ρόλο. Μεγαλύτερη σημασία έχει η πρόσφυση, η αποφυγή ρηγματώσεων και, ειδικότερα στα εξωτερικά επιχρίσματα, η υδατοστεγανότητα. Η αρχή πάντως που ακολουθείται στο σχεδιασμό κονιαμάτων για επιχρίσματα είναι ότι οι κατώτερες στρώσεις γίνονται με ισχυρότερα στρώματα από τις επόμενες. Ενδεικτικές ελάχιστες ποσότητες τσιμέντου ανά 1 m 3 κονιάματος είναι τα 250 kg για το πεταχτό και το χονδρό εξωτερικών επιφανειών, και τα 100 kg για το χονδρό εσωτερικών επιφανειών και το λεπτό. Στοιχεία για τη διάμετρο των κόκκων της άμμου σε κονιάματα επιχρισμάτων δίνονται στον Πίνακα 5.2 (Wendehorst 1975). Η πρόσφυση των κονιαμάτων στην επιφάνεια των δομικών στοιχείων οφείλεται κατά κύριο λόγο σε μηχανική εμπλοκή και όχι στη δημιουργία χημικών δεσμών. Έτσι, πορώδεις και τραχειές
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 56 επιφάνειες δημιουργούν ισχυρότερη πρόσφυση, αλλά ταυτόχρονα ασκούν εντονότερη απορρόφηση του νερού των κονιαμάτων. Γι αυτό συνιστάται πριν από την εφαρμογή του κονιάματος οι επιφάνειες να διαβρέχονται. ΠΙΝΑΚΑΣ 5.2 ιάμετρος κόκκων της άμμου κονιαμάτων για επιχρίσματα. Xρήση κονιάματος Eίδος επιχρίσματος Kοκκομετρική διαβάθμιση της άμμου (mm) Eξωτερικά επιχρίσματα 1η στρώση (πεταχτό) 2η στρώση (χονδρό) 3η στρώση (λεπτό) 0-7 0-5 0-3 έως 0-7 Eσωτερικά επιχρίσματα 1η στρώση (πεταχτό) 2η στρώση (χονδρό) 3η στρώση (λεπτό) 0-3 έως 0-7 (0.5 για οροφές) 0-3 0-1 έως 0-2 Λεπτομέρειες για τους ορισμούς, τις προδιαγραφές και τις απαιτήσεις σχετικά με τα κονιάματα επιχρισμάτων δίνονται στο Eυρωπαϊκό Πρότυπο EN 998-1. Μια ειδική κατηγορία κονιαμάτων αποτελούν και τα οργανικά κονιάματα, τα οποία παρασκευάζονται από ειδικές κονίες οργανικής σύστασης (π.χ. ακρυλικές), λεπτόκοκκα αδρανή (συνήθως άμμο, αλλά όχι κατ ανάγκη) και υγρό επεξεργασίας που μπορεί να είναι νερό ή οργανικής προέλευσης. Σε αυτά υπάρχει ακόμα η δυνατότητα η ίδια η "κονία" να είναι σε υγρή φάση και να παίζει το ρόλο του υγρού επεξεργασίας. Συνήθης τύπος τέτοιων κονιαμάτων είναι τα ρητινοκονιάματα, τα οποία αποτελούνται από κάποια πολυμερική ρητίνη (π.χ. εποξειδική) και άμμο, και έχουν ως κύριο χαρακτηριστικό τις εξαιρετικές συγκολλητικές ιδιότητες, τις υψηλές αντοχές (σε θλίψη και εφελκυσμό) και την πολύ καλή ανθεκτικότητα σε διάρκεια. Τέτοια κονιάματα βρίσκουν εφαρμογές στο πεδίο των επισκευών και ενισχύσεων. Τα κονιάματα που χρησιμοποιούνται γενικώς στο παραπάνω πεδίο χαρακτηρίζονται ως επισκευαστικά κονιάματα. Τα υλικά αυτά έχουν συχνά ως βάση το τσιμέντο, αλλά περιέχουν και διάφορα υδατοδιαλυτά πρόσμικτα πολυμερικής σύστασης (π.χ. ακρυλικά υλικά), τα οποία προσδίδουν αυξημένη πρόσφυση, αντοχή, σταθερότητα όγκου (συνεπώς δεν ρηγματώνονται) και ανθεκτικότητα σε διάρκεια.
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 57 5.4.2 Mέθοδοι Mέτρησης Aντοχής Η μέτρηση της αντοχής κονιαμάτων (f m ) γίνεται αφενός βάσει πειραμάτων κάμψης τριών σημείων σε πρισματικά δοκίμια (Σχ. 5.1α), αφετέρου βάσει πειραμάτων θλίψης στα τεμάχια που προκύπτουν από τη θραύση των παραπάνω δοκιμίων (Σχ. 5.1β). Tα δοκίμια, διαστάσεων 40x40x160 mm, φορτίζονται στο μέσον του ανοίγματος (που είναι 100 mm) με συγκεντρωμένο φορτίο, η μέγιστη τιμή του οποίου χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της εφελκυστικής αντοχής από κάμψη (η τιμή αυτή καταγράφεται τη στιγμή της θραύσης των πρισμάτων στο μέσον). Χρησιμοποιούνται τρία δοκίμια για τη μέτρηση της εφελκυστικής αντοχής από κάμψη και άρα έξη για τη μέτρηση της θλιπτικής αντοχής. Περισσότερες λεπτομέρειες δίνονται στο Eυρωπαϊκό Πρότυπο EN 1015-11. A B A B 100 mm (α) 40 mm 40 mm (β) Σχ. 5.1 (α) οκιμή κάμψης τριών σημείων για τη μέτρηση της εφελκυστικής αντοχής (από κάμψη) και (β) δοκιμές θλίψης. Kλείνοντας το κεφάλαιο αυτό τονίζεται ότι βασικά χαρακτηριστικά της δομής και της συμπεριφοράς των κονιαμάτων και ιδιαίτερα των τσιμεντοκονιαμάτων, που αποτελούν τη συγκολλητική ύλη μεταξύ των χονδρών αδρανών του σκυροδέματος, θα κατανοηθούν πληρέστερα στο επόμενο κεφάλαιο, που είναι αφιερωμένο στο σκυρόδεμα. Bιβλιογραφία απόντε, I. A. (1991). Παραδόσεις Tεχνολογίας ομικών Yλικών, τόμ. 3, B Έκδοση, Παν. Θεσσαλονίκης. Kορωναίος, A. Γ. (1985). Tεχνικά Yλικά, τόμ. 1, E. M. Πολυτεχνείο, Aθήνα. Λεγάκις, A. A. (1992). ομικά Yλικά, τόμ. 1, Ίδρυμα Eυγενίδου, Bιβλιοθήκη του Tεχνικού, Aθήνα.
ΚΟΝΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ 58 Σακούλας, Π. (1993). Tεχνικά Xρονικά, τεύχος Nοεμβρ.- εκ., 39-72. Σίδερης, K. K. (1984). Tεχνολογία ομικών Yλικών, τόμ. A', ημοκρ. Πανεπ. Θράκης, Ξάνθη. EN 1996-1-1 (2005). Eurocode 6 Design of Masonry Structures Part 1-1: General Rules for Reinforced and Unreinforced Masonry Structures, European Committee for Standardization. European Standard EN 998-1 (2003). Specification for Mortar for Masonry - Part 1: Rendering and Plastering Mortar, European Committee for Standardization. European Standard EN 998-2 (2003). Specification for Mortar for Masonry - Part 2: Masonry Mortar, European Committee for Standardization. European Standard EN 1015-11 (1993). Methods of Test for Mortar for Masonry - Part 11: Determination of Flexural and Compressive Strength of Hardened Mortar, European Committee for Standardization. Taylor, G. D. (1983). Materials of Construction, 2nd edition, Construction Press, London. Wendehorst, R. (1975). Baustoffkunde, Verlag, Hannover.