ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Δομικών Υλικών Ενότητα 5: Προσδιορισμός Παιπάλης Πλυσίματος και Φυσικής Υγρασίας Αδρανών Υλικών Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τ.Ε.
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
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
Σκοποί Ενότητας Σκοπός της ενότητας είναι η βαθμονόμηση επιλεγμένων εργαστηριακών οργάνων για την αποφυγή τυχαίων ή συστηματικών σφαλμάτων κατά τη διάρκεια εκτέλεσης μιας πειραματικής δοκιμής, λόγω εσφαλμένης ρύθμισης των οργάνων. 4
Περιεχόμενα Ενότητας Βαθμονόμηση Εξοπλισμού Αδρανή Υλικά Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) Παιπάλη Αδρανών Υλικών Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) 5
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -1 Βαθμονόμηση ενός μετρητικού οργάνου καλείται η ρύθμιση που κάνει ο χειριστής του πριν από μια μέτρηση, για να εξασφαλίσει ορθότητα στην τιμή του μετρούμενου μεγέθους. Συνήθως η βαθμονόμηση συμπεριλαμβάνει μέτρηση μιας πρότυπης τιμής του μεγέθους η οποία δίνεται από κάποια διάταξη ή συσκευή που καλείται βαθμονομητήρας, η οποία δημιουργεί αυτή την πρότυπη τιμή του υπόψη μεγέθους. 6
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -2 Κατά κανόνα, η βαθμονόμηση γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή του οργάνου. Στην περίπτωση που το όργανο αναφέρεται ότι συμφωνεί με κάποιο πρότυπο, οι οδηγίες αυτές θα πρέπει να συμφωνούν απόλυτα με τις διαδικασίες βαθμονόμησης που καθορίζει το πρότυπο. 7
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -3 Διακρίβωση ενός μετρητικού οργάνου είναι ο περιοδικός λεπτομερειακός έλεγχος και η βαθμονόμηση του οργάνου με τη χρήση πρότυπων οργάνων εξασφαλισμένης ορθότητας και σταθερότητας. Η διακρίβωση έχει διάφορες βαθμίδες από τη διακρίβωση που γίνεται στο ίδιο το ενδιαφερόμενο εργαστήριο, όταν αυτό διαθέτει ορισμένα κατάλληλα πρότυπα όργανα, ως τη διακρίβωση που γίνεται με πρότυπα όργανα που έχουν εξαιρετικά υψηλή ορθότητα και σταθερότητα και που μπορεί να υπάρχουν σε ένα και μοναδικό εργαστήριο στον κόσμο. 8
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -4 Η διακρίβωση ενός οργάνου πρέπει να γίνεται με όργανα διακριβωμένα από μια υψηλότερη βαθμίδα διακρίβωσης. Η διακρίβωση των οργάνων ενός εργαστηρίου πρέπει να γίνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα και σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα συνήθως σε διάστημα όχι μεγαλύτερο από δύο χρόνια. Κάθε όργανο οφείλει να έχει πάνω του ετικέτα, όπου αναγράφεται η ημερομηνία της τελευταίας καθώς και η ημερομηνία της επόμενης διακρίβωσης του. 9
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -5 Συσκευές και όργανα: Μηχανικός ζυγός OHAUS Ηλεκτρονικός ζυγός Εργαστηριακός κλίβανος Κόσκινα. Πειραματική Διαδικασία: Μηχανικός ζυγός OHAUS: Αρχικά μηδενίζεται ο ζυγός αφού έχει τοποθετηθεί το σκεύος ζύγισης. Με τη χρήση πρότυπων βαρών, ελέγχεται η ακρίβεια του ζυγού, από τις αποκλίσεις που προσδιορίζονται σε διαδοχικές ζυγίσεις. 10
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -6 Εργαστηριακός Κλίβανος: Χρησιμοποιώντας υδραργυρικά θερμόμετρα, τόσο στο εσωτερικό του θαλάμου θέρμανσης όσο και στο εξωτερικό περιβάλλον (εκτός του θαλάμου), ελέγχονται οι ενδείξεις για τη μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία, κατά τη διακοπή παροχής ηλεκτρικού ρεύματος στον κλίβανο και έναρξης της παροχής ρεύματος, αντίστοιχα. Ηλεκτρονικός Ζυγός: Με πρότυπα βάρη ελέγχεται η ορθότητα και ακρίβεια ζύγισης. 11
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -7 Κόσκινα: Η δοκιμή ελέγχου πραγματοποιείται σύμφωνα με την αμερικάνικη προδιαγραφή ASTM E11 (American Society for Testing and Materials). Σύμφωνα με την προδιαγραφή θα πρέπει για κάθε κόσκινο να μετρώνται και υπολογίζονται τα ακόλουθα μεγέθη και να ελέγχεται η συμφωνία τους με όσα αναφέρονται στον Πίνακα 1 της σχετικής προδιαγραφής: Μέσος όρος τιμών για το άνοιγμα των οπών (υπολογίζεται) Αποδεκτή απόκλιση για τον Μ.Ο. (±Υ) (Πίν.1, στήλη 4) Μέγιστο άνοιγμα οπής (+Χ) (Πίν.1, στήλη 5) 12
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -8 Ελάχιστος αριθμός οπών που πρέπει να μετρηθούν (Πίν.1, στήλη 9 ή 11) Μέγιστη τυπική απόκλιση για τον Μ.Ο. (υπολογίζεται και συγκρίνεται με τιμές του Πιν.1, στήλες 10 ή 12) Κανονική διάμετρος σύρματος (Πίν.1, στήλη 13) Μέσος όρο διαμέτρου σύρματος (υπολογίζεται από τουλάχιστον 10 μετρήσεις) Αποδεκτή απόκλιση για το μέσο όρο της διαμέτρου του σύρματος (Πιν.1, στήλες 14 και 15) 13
Βαθμονόμηση Εξοπλισμού -9 14
Αδρανή Υλικά -1 Ως αδρανή υλικά θεωρούνται τα διαβαθμισμένα, ορυκτής ή βιομηχανικής προέλευσης, υλικά που χρησιμοποιούνται είτε με συγκολλητικό μέσο (για παρασκευή κονιαμάτων, σκυροδεμάτων, ασφαλτομιγμάτων κλπ) είτε αυτούσια (έρμα σιδηροδρομικών γραμμών, στραγγιστηρίων, φίλτρων διηθήσεως ή καθαρισμού, βράχοι θωράκισης, κλπ), σε πάσης φύσεως τεχνικά έργα. Τα αδρανή δεν παρουσιάζουν χημικές συνδετικές ιδιότητες μεταξύ τους, παρά μόνο φυσική συνοχή λόγω της γεωμετρικής ταξινόμησης των κόκκων και του βάρους τους. 15
Αδρανή Υλικά -2 Σύμφωνα με την κλασσική αντίληψη, δεν αντιδρούν χημικά με το συγκολλητικό μέσο παρά μόνο συγκρατούνται από αυτό. Αποτελούν κύρια συστατικά του σκυροδέματος (δηλαδή εμφανίζουν τη μεγαλύτερη % κ.β. αναλογία στη σύσταση του σκυροδέματος, περίπου 70-80% κ.β.), γεγονός που συμβάλλει στο να διατηρείται χαμηλό το κόστος του σκυροδέματος, επειδή τα αδρανή είναι σχετικώς φθηνά υλικά, τόσο ως πρώτη ύλη όσο και ως διαδικασία παραγωγής. Δρουν δηλαδή ως πληρωτικά στο σκυρόδεμα και δεν συμμετέχουν στη διαδικασία ενυδατώσεως. 16
Αδρανή Υλικά -3 Πλεονεκτήματα που προσφέρουν τα αδρανή στο σκυρόδεμα. Επηρεάζουν θετικά τη στατική συμπεριφορά των κατασκευών από σκυρόδεμα, εξασφαλίζουν μεγάλη σταθερότητα όγκου και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής των κατασκευών σε σχέση με την περίπτωση χρήσης μόνο τσιμεντοκονιάματος. Οι ισχύουσες προδιαγραφές στην Ελλάδα για τα αδρανή σκυροδέματος είναι ο Κ.Τ.Σ.-97 και το Σχέδιο Ελληνικού Προτύπου ΕΛΟΤ 408 (Θραυστά αδρανή για συνήθη σκυροδέματα). Σύμφωνα με το νέο Ευρωπαϊκό Πρότυπο Αδρανών Σκυροδέματος ΕΛΟΤ ΕΝ 12620, ως αδρανή υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν τεχνητά και ανακυκλωμένα αδρανή. 17
Αδρανή Υλικά -4 Τα αδρανή που προορίζονται για την παραγωγή σκυροδέματος πρέπει να είναι καθαρά, χωρίς επιφανειακή σκόνη, άργιλο και οργανικές ύλες (συνήθως πλυμένα), σκληρά και μεγάλης αντοχής. Διακρίνονται στης εξής 4 κατηγορίες, με κριτήριο: Την προέλευσή τους Την πηγή λήψης τους Το ειδικό τους βάρος Το μέγεθος των κόκκων τους 18
Αδρανή Υλικά -5 Κατηγοριοποίηση με βάση την προέλευσή τους, (σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΛΟΤ EN 12620 για αδρανή σκυροδέματος): Αδρανή Φυσικής προέλευσης είναι τα αδρανή τα οποία έχουν ληφθεί από το φυσικό περιβάλλον και δεν έχουν υποστεί τίποτε περισσότερο από μηχανική επεξεργασία θραύσης, πλυσίματος και διαλογής (πχ θραυστά πετρώματα, αλλουβιακοί σχηματισμοί, ποταμίσιες λιμναίες ή θαλάσσιες αποθέσεις, αποθέσεις άμμων ή χαλικιών, λάβα, ηφαιστειακοί τόφφοι, λατομικά προϊόντα κλπ). 19
Αδρανή Υλικά -6 Τεχνητά ή βιομηχανικά είναι τα αδρανή που έχουν προκύψει ως προϊόντα ή παραπροϊόντα βιομηχανικής δραστηριότητας από χημική ή θερμική επεξεργασία πρώτων υλών ορυκτής ή άλλης προέλευσης (πχ τέφρες, σκωρίες, υπολείμματα καύσεων, άργιλοι, βερμικουλίτης, περλίτης, υλικά στίλβωσης, κλπ). Ανακυκλωμένα είναι τα αδρανή που προκύπτουν από την επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση δομικών υλικών από υφιστάμενες κατασκευές (υλικά κατεδαφίσεως σκυροδέματος, τοιχοποιίας, ασφαλτικών έργων κλπ). 20
Αδρανή Υλικά -7 Κατηγοριοποίηση με βάση την πηγή λήψης τους: «Φυσικά» ή συλλεκτά ονομάζονται τα αδρανή που η λήψη τους γίνεται από φυσικές αποθέσεις (π.χ. ποτάμια, ορυχεία κτλ.). Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έχουν ή να επεξεργαστούν περαιτέρω ανάλογα με τις απαιτήσεις (π.χ. θραύση, πλύσιμο, κτλ.). Επειδή σε αυτά τα υλικά υπάρχει αυξημένος ο κίνδυνος της ύπαρξης αργιλικής παιπάλης, έχουν κατά κανόνα αυξημένες απαιτήσεις ως προς αυτή. Η τυποποίηση των φυσικών αδρανών είναι σχεδόν αδύνατη και η βελτίωση των ιδιοτήτων τους εξαιρετικά αντιοικονομική. Η ανάγκη της βελτίωσης και τυποποίησης των δομικών υλικών, που κατασκευάζονται με βάση τα λίθινα προϊόντα, έχει οδηγήσει στον περιορισμό της χρησιμοποίησης των φυσικών αδρανών. 21
Αδρανή Υλικά -8 Αδρανή λατομείων ονομάζονται τα αδρανή που προκύπτουν από εξόρυξη και θραύση όγκων πετρώματος. Αποτελούν την κύρια κατηγορία αδρανών υλικών που χρησιμοποιούνται στον Ελλαδικό χώρο και ως προς τη χημική τους σύσταση είναι κυρίως ασβεστολιθικής και σπανιότερα πυριτικής προέλευσης. 22
Αδρανή Υλικά -9 Κατηγοριοποίηση με βάση το ειδικό τους βάρος: Κανονικού ειδικού βάρους είναι τα αδρανή με ειδικό βάρος από 2000 3000 kg/m 3. Είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα αδρανή για τεχνικά έργα (ασφαλτικά, οδοστρωσίας, παραγωγή σκυροδέματος, κονιαμάτων, κτλ). Ελαφροβαρή είναι τα αδρανή με ειδικό βάρος <2000 kg/m 3. Χρησιμοποιούνται κυρίως για ελαφροβαρή θερμομονωτικά σκυροδέματα; ή κονιάματα. Βαριά είναι τα αδρανή με ειδικό βάρος >3000 kg/m 3. Έχουν ειδικές χρήσεις (πχ κατασκευές από σκυρόδεμα για προστασία από την ακτινοβολία κλπ ). 23
Αδρανή Υλικά -10 Κατηγοριοποίηση με βάση το μέγεθος των κόκκων τους (σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΛΟΤ EN 12620 για αδρανή σκυροδέματος) Λεπτόκοκκα (σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620) είναι τα αδρανή με μέγιστο μέγεθος κόκκου 4 mm (διάφορα είδη άμμων). Xονδρόκοκκα (σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620) είναι τα αδρανή με μέγιστο μέγεθος κόκκου >4 mm, και ελάχιστο >2 mm (ογκόλιθοι, κροκάλες, έρμα, χαλίκι, γαρμπίλι, ρυζάκι). Filler ή παιπάλη (σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620) είναι το διαβαθμισμένο λεπτομερές αδρανές υλικό με μέγιστο κόκκο 2 mm, και το οποίο διέρχεται σε ποσοστό 70-100% από το κόσκινο 0,063 mm. 24
Αδρανή Υλικά -11 Τα αδρανή που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή σκυροδέματος έχουν διάφορα μεγέθη και ακανόνιστο σχήμα. Κατατάσσονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με το μέγεθός τους, συνήθως ως εξής: Άμμος: μέσο μέγεθος κόκκων έως 8 mm ή 3/8 (=9,5 mm) (χονδρόκκοκη) και έως 4 mm (λεπτόκκοκη), Γαρμπίλι (ή ψηφίδες ή λιθοσύντριμμα): μέσο μέγεθος κόκκων από 5 έως 12,5 mm (λεπτόκκοκο ή χονδρόκκοκο) Σκύρα: μέσο μέγεθος κόκκων από 12,5 έως 38 mm ή ακόμη μεγαλύτερα. 25
Αδρανή Υλικά -12 Είδη ελέγχων και δοκιμών αδρανών υλικών (σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620). Οι μέθοδοι δοκιμών μπορούν να χωριστούν σε 5 κατηγορίες ανάλογα με το ελεγχόμενο χαρακτηριστικό / ιδιότητα: α) Γενικά Χαρακτηριστικά β) Γεωμετρικά Χαρακτηριστικά γ) Φυσικά και Μηχανικά Χαρακτηριστικά δ) Ιδιότητες των αδρανών σε θερμικές και καιρικές μεταβολές ε) Χημικά Χαρακτηριστικά 26
Αδρανή Υλικά -13 Μια άλλη διάκριση των ιδιοτήτων είναι σε 3 βασικές κατηγορίες, όπου απαιτούνται αντίστοιχες μέθοδοι ελέγχου / δοκιμών: α. Γενικές ιδιότητες αδρανών: Κοκκομετρία Σχήμα Παιπάλη Περιεκτικότητα Ποιότητα Πυκνότητα και υδαταπορροφητικότητα Αλκαλοπυριτική δραστηριότητα Πετρογραφική δομή Επικίνδυνες ουσίες Εκπομπή ραδιενέργειας Αποδέσμευση βαρέων μετάλλων 27
Αδρανή Υλικά -14 β. Ιδιότητες αδρανών για χρήσεις επιφανείας ή άλλη τελική χρήση: Αντίσταση σε θρυμματισμό & κρούση Αντίσταση σε φθορά Αντίσταση σε στίλβωση Αντίσταση σε απότριψη Ανθεκτικότητα σε ψύξη-απόψυξη Περιεκτικότητα χλωριόντων 28
Αδρανή Υλικά -15 γ. Ιδιότητες αδρανών που προέρχονται από ιδιαίτερες πηγές: Περιεκτικότητα κελυφών Σταθερότητα όγκου Περιεκτικότητα χλωριόντων, όπως θαλάσσιες αποθέσεις Ενώσεις που περιέχουν θείο, όπως σκωρίες Οργανικές και ελαφροβαρείς προσμίξεις 29
Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) -1 Η διεργασία της δειγματοληψίας αποσκοπεί στη λήψη ενός αντιπροσωπευτικού δείγματος από έναν πληθυσμό, που στην Τεχνολογία των αδρανών υλικών αφορά έναν σωρό, αν και οι διάφορες χρησιμοποιούμενες μεθοδολογίες δειγματοληψίας, εν γένει μπορούν να εφαρμοστούν σε όλα τα στερεά υλικά που παράγονται στη Χημική και Μεταλλουργική Βιομηχανία. Η δειγματοληψία πρέπει να προηγείται οποιασδήποτε δοκιμής που πρόκειται να υποστεί οποιοδήποτε είδος αδρανούς υλικού και μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τα αποτελέσματα των δοκιμών στις οποίες θα υποβληθεί ένα ληφθέν δείγμα. Δεν προσδιορίζει ιδιότητα αλλά θέτει όρους για τη λήψη ενός αντιπροσωπευτικού εργοταξιακού δείγματος. 30
Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) -2 Για αδρανή λατομείου που προορίζονται στην παραγωγή κονιαμάτων, τα στιγμιαία δείγματα θα πρέπει να είναι τυχαία και κατανεμημένα σε όλα τα σημεία της εξεταζόμενης παρτίδας. Τα στιγμιαία δείγματα θα πρέπει να ανακατεύονται και έτσι να αποτελούν το συνολικό εργοταξιακό δείγμα. Ανάλογα με το μέγεθος του μέγιστου κόκκου καθώς και με το επιθυμητό σημείο δειγματοληψίας (σωροί αποθήκευσης, μεταφορική ταινία, φορτηγά, πλοία κλπ) πρέπει να ακολουθείται διαφορετική διαδικασία. 31
Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) -3 Κατά τη διαδικασία του τετραμερισμού το προς εξέταση δείγμα αδειάζεται προσεκτικά σε μια επίπεδη επιφάνεια ώστε να σχηματιστεί ένας κώνος. Στη συνέχεια με ένα φτυάρι ή μία σπάτουλα ανακατεύεται το δείγμα και λαμβάνεται υλικό από τη βάση του κώνου το οποίο μεταφέρεται στην κορυφή του. Με φτυάρι ή σπάτουλα επιπεδώνεται η κορυφή του κώνου και χωρίζεται το υλικό σε τέσσερα τεταρτημόρια. Απομακρύνονται δύο οποιαδήποτε κατά κορυφήν τεταρτημόρια και λαμβάνεται το υλικό των δύο άλλων. Στη συνέχεια η παραπάνω διαδικασία επαναλαμβάνεται άλλη μία φορά έτσι που το τελικό προς εξέταση δείγμα να είναι το ένα τέταρτο περίπου του αρχικού δείγματος. 32
Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) -4 Διαδικασία τετραμερισμού. 33
Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) -5 Προδιαγραφές: Η δειγματοληψία πραγματοποιείται σύμφωνα με τις αμερικάνικες προδιαγραφές ASTM D75 και AASHTO T2. Συσκευές και όργανα: Φτυάρι χωρητικότητας 3,5-3,75 kg, για τη δειγματοληψία του χαλικιού Σέσουλα Νο300 (μικρή), χωρητικότητας 500-700 g, για τη δειγματοληψία της άμμου Σέσουλα Νο350 (μεσαία), χωρητικότητας 1,0-1,5 kg, για τη δειγματοληψία του γαρμπιλιού. 34
Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) -6 Πειραματική Διαδικασία: Σε έναν σωρό αδρανούς υλικού χαράσσονται 4 γενέτειρες αντιδιαμετρικές μεταξύ τους. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές ASTM D75 και AASHTO T2 πρέπει να συλλεχθούν οι εξής ελάχιστες ποσότητες δείγματος: Για το χαλίκι 50 kg Για το γαρμπίλι 15 kg Για την άμμο 10 kg 35
Δειγματοληψία Αδρανών Τετραμερισμός (quartering) -7 Το δείγμα πρέπει να παίρνεται με τη βοήθεια ειδικού πτύου (scoop) και όχι με κλασσικού τύπου πτύο (φτυάρι), ώστε να εξασφαλίζεται η μη απόμειξη (segregation) του υλικού. Στην εκάστοτε γενέτειρα, πριν πραγματοποιηθούν οι λήψεις του υλικού, εισχωρείται το κατάλληλο σκεύος και απομακρύνεται υλικό από βάθος περίπου 20 cm, καθώς τα αδρανή υλικά είναι εκτεθειμένα στις εκάστοτε καιρικές συνθήκες. Από κάθε γενέτειρα, σε διαφορετικά ύψη κάθε φορά, λαμβάνεται η απαραίτητη ποσότητα με εφαρμογή 3 ή 4 λήψεων. 36
Ελάττωση Μεγέθους Διαμερισμός Αδρανών -1 Στην εργαστηριακή πρακτική είναι αναγκαία η ύπαρξη πλέον του ενός αντιπροσωπευτικών εργαστηριακών δειγμάτων για τη διεξαγωγή πολλαπλών δοκιμών που προέρχονται από το ίδιο αντιπροσωπευτικό εργοταξιακό δείγμα. Συνεπώς είναι πολλές φορές αναγκαίος ο διαχωρισμός του αρχικού εργοταξιακού δείγματος. Η μέθοδος ελάττωσης της αρχικής μάζας και λήψης του τελικού δείγματος (για τον έλεγχο των ιδιοτήτων), ανάλογα με το μέγεθος του μέγιστου κόκκου καθώς και την επιθυμητή ποσότητα δείγματος προς δοκιμή γίνεται συνήθως με μία από τις δύο μεθόδους, οι οποίες είναι: Με τη συσκευή διμερισμού (sample splitter) ή η μέθοδος του μηχανικού δειγματολήπτη (riffling) Η μέθοδος της τεταρτοτόμησης ή τετραμερισμού (quartering) όπως αυτή περιγράφηκε αναλυτικά παραπάνω. 37
Ελάττωση Μεγέθους Διαμερισμός Αδρανών -2 Συσκευή διμερισμού (sample splitter) 38
Προδιαγραφές: Ελάττωση Μεγέθους Διαμερισμός Αδρανών -3 Ο διμερισμός πραγματοποιείται σύμφωνα με τις αμερικάνικες προδιαγραφές ASTM C702 και AASHTO T248. Συσκευές και όργανα: Διάταξη Διμερισμού. Πειραματική Διαδικασία: Τα ανοίγματα της διμεριστικής μηχανής πρέπει να είναι τουλάχιστον 50% μεγαλύτερα σε μέγεθος από τον μέγιστο κόκκο του υλικού, ήτοι (1 =1 in=2,54 cm): Για το χαλίκι: d=1,0 1,5=1,5, Για το γαρμπίλι: d=0,5 1,5=1, Για την άμμο: d=4,75 mm 1,5=0,5. 39
Παιπάλη Αδρανών Υλικών -1 Ως παιπάλη ή filler, κατά το πρότυπο ASTM, ορίζεται το λεπτόκοκκο κλάσμα το οποίο διέρχεται από το κόσκινο Νο. 200 (το οποίο έχει άνοιγμα τετραγωνικής οπής 0,075mm) και προσδιορίζεται σύμφωνα με τη μέθοδο ΣΚ-305. Σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 12620 ως παιπάλη ορίζεται το διαβαθμισμένο λεπτομερές αδρανές υλικό με μέγιστο κόκκο 2 mm, και το οποίο διέρχεται σε ποσοστό 70 100% από το κόσκινο 0,063 mm (Νο. 230). 40
Παιπάλη Αδρανών Υλικών -2 Από πλευράς χημικής σύστασης, στο κλάσμα της παιπάλης μπορεί να περιέχεται και η πιθανή παρουσία αργίλου. Η παιπάλη προσκολλάται στους κόκκους του υλικού, εμποδίζοντας την πρόσφυση και αγκύρωση των κόκκων των αδρανών με τη συνδετική κονία, είτε σχηματίζει συσσωματώματα, δημιουργώντας αδύνατα σημεία στη μάζα του κονιάματος, ή ακόμη διασκορπίζεται ομοιόμορφα μέσα στη μάζα του αδρανούς. Η παιπάλη αυξάνει εν γένει την απαίτηση σε νερό στο σκυρόδεμα και ελαττώνει την αντοχή του. Παράλληλα συντελεί στην αύξηση της εργασιμότητας του μίγματος αδρανών - κονιάματος. Για τους παραπάνω λόγους η παιπάλη είναι ανεπιθύμητη (όπως και η άργιλος) σε αδρανή που προορίζονται στην παραγωγή σκυροδέματος. 41
Παιπάλη Αδρανών Υλικών -3 Σύμφωνα με τον Κ.Τ.Σ., για αδρανή σκυροδέματος το μέγιστο επιτρεπτό ποσοστό παιπάλης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 16% κ.β. στην άμμο και το 1% κ.β. στα χονδρόκοκκα κλάσματα (σκύρα, γαρμπίλι, ρυζάκι). Ειδικότερα για άοπλα σκυροδέματα το κ.β. ποσοστό παιπάλης στην άμμο μπορεί να φτάσει το 20%. Η παιπάλη της φυσικής άμμου δεν πρέπει να υπερβαίνει το 5% κ.β.. Στο ασφαλτικό σκυρόδεμα και ειδικά για τη στρώση κυκλοφορίας το ποσοστό παιπάλης των αδρανών πρέπει να βρίσκεται μεταξύ 5 12% κ.β.. 42
Παιπάλη Αδρανών Υλικών -4 Η παιπάλη είναι ανεπιθύμητη πάνω από τα καθορισμένα όρια, επειδή παρουσιάζει μεγάλη ειδική επιφάνεια (cm 2 /g) και αυξάνει την ποσότητα του νερού που απαιτείται κατά την παρασκευή του σκυροδέματος, ώστε να επιτευχθεί το επιθυμητό εργάσιμο του νωπού σκυροδέματος (να είναι εύκολη η διάστρωσή του) Λόγω της προσκόλλησης της παιπάλης στο χονδρόκοκκο υλικό, ο διαχωρισμός της από αυτό με τον συνήθη τρόπο κοσκινίσματος είναι αρκετά δύσκολος και όχι πλήρης, γι' αυτό ο προσδιορισμός της γίνεται με πλύσιμο στο κόσκινο Νο200. 43
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -1 Οι κόκκοι των αδρανών μπορούν να περιέχουν νερό στο εσωτερικό τους και επίσης εξωτερική επιφανειακή υγρασία, που οφείλονται στον χώρο και τον τρόπο αποθήκευσής τους. Το πορώδες των αδρανών δίνει τη δυνατότητα απορρόφησης νερού από τα ξηρά αδρανή (Σχήμα 3 και 4), γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα να μειώνεται το διαθέσιμο νερό που είναι απαραίτητο για τις αντιδράσεις ενυδάτωσης με τη συνδετική κονία (στην περίπτωση του σκυροδέματος με το τσιμέντο). Αντιθέτως, εάν τα αδρανή εμφανίζουν περίσσεια νερού (στο εσωτερικό τους αλλά και στην επιφάνειά τους), συνεισφέρουν νερό για τις αντιδράσεις ενυδάτωσης 44
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -2 Στερεό Κενό Στερεό Κενό γεμάτο με νερό 1 2 Κενό με μερική πλήρωση σε νερό Σχήμα 3: Επιφανειακή δομή και πορώδες αδρανών. 45
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -3 Στερεό Στερεό Νερό 4 Κόκκος αδρανούς μερικώς κορεσμένος σε νερό και επιφανειακά ξηρός Νερό Ν ε Ρ ό Κόκκος αδρανούς πλήρως κορεσμένος σε νερό και επιφανειακά ξηρός Σχήμα 4: Κόκκοι αδρανών (3) μερικώς και (4) πλήρως κορεσμένοι σε νερό αλλά επιφανειακά ξηροί. 46
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -4 Με βάση τα παραπάνω, οι κόκκοι των αδρανών διακρίνονται στις παρακάτω τέσσερεις κατηγορίες, όσον αφορά στην κατάσταση τους από πλευράς υγρασίας: Τελείως ξηροί (Oven-Dry ή OD), χωρίς καθόλου υγρασία δηλαδή έχουν υποστεί ολοκληρωτική ξήρανση Μερικώς ξηροί (Air-Dry ή AD), όπου οι εσωτερικοί τους πόροι είναι μερικώς γεμάτοι με νερό ενώ η επιφάνειά τους είναι ξηρή. Κόκκοι με πόρους γεμάτους με νερό (Saturated Surface-Dry ή SSD), ενώ η επιφάνειά τους δεν έχει υγρασία. Κόκκοι με πόρους γεμάτους με νερό (Damp ή Wet), ενώ η επιφάνειά τους είναι καλυμμένη με στρώμα (φιλμ) νερού. 47
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -5 Από τις παραπάνω τέσσερεις περιπτώσεις η πλέον χαρακτηριστική είναι η 3η (Σχήμα 4.3), η οποία αποτελεί κατάσταση ισορροπίας, όπου τα αδρανή ούτε απορροφούν αλλά ούτε και αποδίδουν νερό στην τσιμεντόπαστα. Η κατάσταση αυτή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του ειδικού βάρους των αδρανών που χρησιμοποιούνται στο σκυρόδεμα. 48
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -6 Απορρόφηση νερού και επιφανειακή υγρασία Για να προσδιοριστεί η ποσότητα του νερού, που θα προσφερθεί στην τσιμεντόπαστα ή θα απορροφηθεί από τα αδρανή του σκυροδέματος, χρησιμοποιούνται οι παρακάτω τρεις (3) όροι: Απορροφητική ικανότητα (Absorption Capacity ή AC): Αφορά στη μέγιστη ποσότητα νερού που μπορούν να απορροφήσουν τα αδρανή από την τσιμεντόπαστα. Η απορροφητική ικανότητα είναι το μέτρο του συνολικού όγκου των πόρων που είναι προσβάσιμοι από το νερό και μπορεί να προσδιοριστεί από τα αποτελέσματα προσδιορισμού του ειδικού βάρους (ASTM C 127 και C 128). 49
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -7 Απορροφητική ικανότητα (Absorption Capacity ή AC): Η ποσότητα αυτή κυμαίνεται μεταξύ 1 και 2,5% για τα συνήθη αδρανή και εκφράζεται ποσοστιαία από τη σχέση: %AC = W - W W SSD OD 100 OD Όπου: W SSD : η μάζα του πλήρως κορεσμένου (επιφανειακά στεγνού, SSD) δείγματος σε g, W OD : η μάζα του πλήρως ξηραμένου (OD) δείγματος σε g. Η συνολική περιεχόμενη υγρασία (%) προσδιορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C 566 εφαρμόζοντας τη σχέση: W - WOD Συνολική υγρασία (%) = 100 W Όπου W = μάζα του αρχικού δείγματος (με όλη την υγρασία του) OD 50
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -8 Εφικτή απορροφητική ικανότητα (Effective Absorption ) Αφορά στην ποσοστιαία δυνατή (εφικτή) ποσότητα νερού, που μπορούν να απορροφήσουν τα αδρανή, ώστε να μεταπέσουν από την κατάσταση μερικού κορεσμού (AD) των πόρων τους στην κατάσταση πλήρους κορεσμού τους (SSD), η οποία στα συνήθη αδρανή κυμαίνεται από 0-8% κ.β. Προσδιορίζεται από τη σχέση: %EA = W - W W SSD 100 Η μάζα του νερού (W abs ) που μπορεί να απορροφηθεί από δεδομένη μάζα W agg αδρανών σε κατάσταση μερικού κορεσμού (AD), προσδιορίζεται από τη σχέση: AD AD W abs = (EA) W agg 51
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -9 Επιφανειακή υγρασία (Surface Moisture ή SM) Αφορά στην ποσοστιαία περίσσεια νερού, λόγω επιφανειακής υγρασίας των κόκκων, σε σχέση με την κατάσταση του πλήρους κορεσμένου αλλά επιφανειακά στεγνού κόκκου (SSD). Προσδιορίζεται από τη σχέση: Wwet - WSSD %SM = 100 WSSD Ο παραπάνω συντελεστής χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της επιπλέον ποσότητας υγρασίας (W add ), η οποία εισάγεται στο μίγμα των πρώτων υλών σκυροδέματος, μέσω των αδρανών δεδομένης μάζας W agg. W add = (SM) W agg 52
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -10 Η ποσοστιαία προσφερόμενη από τα αδρανή υγρασία (Moisture content ή MC) δίνεται από τη σχέση: % MC = W - W W Stock SSD SSD 100 Εάν η τιμή του MC > 0, τότε τα αδρανή εμφανίζουν επιφανειακή υγρασία, ενώ εάν MC < 0, τότε τα αδρανή έχουν δυνατότητα απορρόφησης νερού από την τσιμεντόπαστα. Συνεπώς, η συνολική υγρασία των αδρανών χαρακτηρίζει την αναμενόμενη συμπεριφορά τους κατά την παρασκευή σκυροδέματος. 53
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -11 Τα λεπτόκοκκα αδρανή, τα οποία βρίσκονται αποθηκευμένα σε υπαίθριους σωρούς έχουν συνήθως επιφανειακή υγρασία κυμαινόμενη από 0-10% κ.β., ενώ τα χονδρόκοκκα από 0-2% κ.β.. Στα λεπτόκοκκα αδρανή κατακρατείται μεγαλύτερη ποσότητα νερού μεταξύ των τεμαχίων τους απ ό,τι μεταξύ των χονδρόκοκκων αδρανών, λόγω μεγαλύτερης ειδικής επιφάνειας. Αυτό το φιλμ (λεπτό στρώμα) επιφανειακής υγρασίας διατηρεί τους κόκκους των αδρανών σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους και αυξάνει το φαινόμενο όγκο τους, μειώνοντας με αυτό τον τρόπο το φαινόμενο ειδικό τους βάρος. Ειδικά στην περίπτωση της άμμου παρατηρείται διόγκωσή της που εξαρτάται από την επιφανειακή υγρασία και από τη λεπτότητά της. 54
Περιεχόμενη Υγρασία των Αδρανών (moisture content) -12 Η διόγκωση της άμμου οφείλεται στον σχηματισμό υμενίων νερού μέσα στη μάζα της. Τα υμένια κρατάνε σε απόσταση τους κόκκους της άμμου. Όσο μικρότεροι είναι οι κόκκοι τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση και το βάρος ανά μονάδα όγκου είναι μικρότερο. Τα σχηματιζόμενα υμένια καταστρέφονται με την περαιτέρω αύξηση της υγρασίας, διότι τότε δημιουργείται ελεύθερη κίνηση του νερού μέσα στους κόκκους. Επομένως με την αύξηση της υγρασίας η άμμος χάνει τη διόγκωση της και επανέρχεται στον αρχικό όγκο της ξηρής άμμου. Για αύξηση της υγρασίας από 5-8% κ.β. προκαλείται διόγκωση της άμμου κατά 20-30% κ.ο.. Η θραυστή άμμος υφίσταται τη μεγαλύτερη διόγκωση, περίπου 55 25%, για ποσοστό υγρασίας 8% κ.β..
Τέλος Ενότητας 56