Εργαστηριακός έλεγχος αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος χαµηλού κόστους

Εργαστηριακός έλεγχος αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος χαµηλού κόστους Κ. Γ. Παπανικολάου Λέκτορας. Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστηµίου Πατρών.. Γ. Φρυγανάκης Πολιτικός Μηχανικός. MsC. Αθ. Χ. Τριανταφύλλου Καθηγητής. Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστηµίου Πατρών. Λέξεις κλειδιά: αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα, δοκοί, κόστος ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται µία συστηµατική µελέτη σύνθεσης αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος (ΑΣΣ) συνιστώµενου από εγχώρια υλικά, καθώς και τα συµπεράσµατα τα οποία απορρέουν από την πειραµατική διερεύνηση της µηχανικής συµπεριφοράς καµπτόµενου µέλους οπλισµένου ΑΣΣ. Η µελέτη σύνθεσης είχε ως στόχο την παραγωγή ΑΣΣ συνήθους κατηγορίας αντοχής (C25/30), µε βέλτιστη ρεολογική συµπεριφορά και µε το ελάχιστο δυνατό κόστος. Στην παρούσα εργασία περιγράφονται λεπτοµερώς τα βήµατα της µεθόδου καθορισµού των αναλογιών ανάµιξης, παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα δοκιµών νωπού ΑΣΣ για ένα σηµαντικό αριθµό δοκιµαστικών αναµιγµάτων, σχολιάζεται η φέρουσα ικανότητα καµπτόµενου µέλους οπλισµένου ΑΣΣ και παρέχονται πλήρη στοιχεία κόστους παραγωγής ετοίµου ΑΣΣ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σύµφωνα µε τη συνισταµένη γνώµη πολλών ερευνητών, το αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα αποτελεί τη µεγαλύτερη εξέλιξη στον τοµέα της τεχνολογίας σκυροδέµατος τα τελευταία πενήντα χρόνια. Τα κυριότερα πλεονεκτήµατα που πηγάζουν από τη χρήση του συνοψίζονται στον Πίνακα 1. Ωστόσο, τα ιδιαίτερα ρεολογικά χαρακτηριστικά του ΑΣΣ, τα οποία και αποτελούν τη βασική ειδοποιό του διαφορά µε το συµβατικό σκυρόδεµα, επιτρέπουν την ικανοποίηση απαιτήσεων για αυξηµένη παραγωγικότητα και ανθεκτικότητα, αναβαθµισµένο περιβάλλον εργασίας, υψηλή αισθητική και αειφόρο ανάπτυξη µόνο εάν, παράλληλα, η παραγωγική διαδικασία εξασφαλίζει σε όλα της τα στάδια απόλυτη συµµόρφωση µε αυστηρά κριτήρια ποιοτικού ελέγχου (βλ. Πίνακα 2). Για παράδειγµα, η αυξηµένη ρευστότητα του ΑΣΣ δύναται να προκαλέσει αντίθετα µε τα επιθυµητά αποτελέσµατα όταν οι χρησιµοποιούµενοι τύποι παρουσιάζουν κακοτεχνίες (π.χ. διαρροές από συναρµογές ξυλοτύπων), ή όταν δεν έχουν διαστασιολογηθεί κατάλληλα ώστε να δύνανται να φέρουν µε ασφάλεια τις εσωτερικές πλευρικές πιέσεις λόγω υψηλού ρυθµού σκυροδέτησης (σε κατακόρυφα στοιχεία). Κάτι τέτοιο δε συνεπάγεται ότι το ΑΣΣ µειονεκτεί ως προς την ευχέρεια σκυροδέτησης, αλλά ότι οι συναφείς µε τη σκυροδέτηση εργασίες πρέπει να πληρούν υψηλά κριτήρια ποιότητας. Και ενώ, γενικά, η διατύπωση των κριτηρίων ποιότητας βασίζεται κυρίως σε αντικειµενικές επιστηµονικές αρχές και δεδοµένα, η σωστή τους εφαρµογή στην πράξη εξαρτάται άµεσα από την επικρατούσα νοοτροπία στον τεχνικό κόσµο. Βάσει των παραπάνω, οι αλλαγές στην παραγωγική διαδικασία και στον τρόπο µε τον οποίο αντιλαµβανόµαστε τα τεχνικά έργα είναι στην ουσία αλλαγές νοοτροπίας, δηλαδή αλλαγές µε πολιτισµικές προεκτάσεις. Για την περίπτωση του ΑΣΣ, οι τελευταίες αφορούν όχι µόνο τον 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 1

τεχνικό κόσµο, αλλά το σύνολο του κοινωνικού ιστού, καθώς η «οικοδοµή» (εάν αναφερόµαστε στην επί τόπου δόµηση) δεν είναι πλέον ένας χώρος ο οποίος προκαλεί έντονη όχληση (περιβαλλοντική ρύπανση και ηχορύπανση, ή κυκλοφοριακά προβλήµατα λόγω πολύωρου αποκλεισµού οδών πρόσβασης). Υπό αυτό το πρίσµα, το ΑΣΣ είναι περισσότερο µία καινοφανής τεχνολογία, παρά ένα νέο υλικό, το οποίο επιφέρει σηµαντικές αλλαγές στην παραγωγική διαδικασία και στον τρόπο µε τον οποίο αντιλαµβανόµαστε τα τεχνικά έργα. Πίνακας 1. Πλεονεκτήµατα από τη χρήση ΑΣΣ. Επί µέρους θετικά χαρακτηριστικά Μείωση του χρόνου σκυροδέτησης (λόγω απουσίας του σταδίου της µηχανικής δόνησης) υνατότητα σκυροδέτησης µελών περίπλοκης γεωµετρίας (π.χ. κλειστοί τύποι µε αρνητικές κλίσεις), µελών µε ιδιαίτερα πυκνό οπλισµό, ή επίπεδων επιφανειών µεγάλης επιφάνειας (αυτοεπιπέδωση) Ελαχιστοποίηση των εργασιών επιδιόρθωσης των σκυροδετηµένων στοιχείων λόγω κακοτεχνιών Μείωση του απαιτούµενου εργατικού δυναµικού ανά σκυροδετούµενο στοιχείο Μεγαλύτερη εργονοµία στο χώρο σκυροδέτησης Βελτιωµένες εξωτερικές επιφάνειες Ικανοποιητική και οµοιόµορφη συµπύκνωση Μείωση της διασποράς των τιµών των µηχανικών ιδιοτήτων Μείωση της ηχορύπανσης (δυνατότητα σκυροδέτησης κατά τη διάρκεια περιόδων κοινής ησυχίας, ή πλησίον νοσοκοµείων, σχολείων και άλλων δηµοσίων κτιρίων σε ώρες λειτουργίας τους) Εξάλειψη της φυσικής καταπόνησης από τη χρήση δονητών (π.χ. εξάλειψη αγγειακών δυσλειτουργιών, όπως το σύνδροµο των «λευκών δακτύλων») και της πιθανότητας εργατικών ατυχηµάτων Μείωση των τιµών συγκέντρωσης των αιωρούµενων σωµατιδίων πλησίον του σηµείου σκυροδέτησης υνατότητα ικανοποίησης περίπλοκων αρχιτεκτονικών απαιτήσεων (π.χ. άψογη απόδοση του αρχιτεκτονικού αναγλύφου εµφανών σκυροδεµάτων) Χρησιµοποίηση συστατικών λεπτού καταµερισµού των οποίων η διάθεση προκαλεί περιβαλλοντικά προβλήµατα (π.χ. πληρωτικά από βιοµηχανικά παραπροϊόντα, εξαιρετικά λεπτόκοκκα υπολείµµατα λατοµείων, κα.) Πίνακας 2. Σηµεία προσοχής στη χρήση ΑΣΣ. Επί µέρους ιδιαιτερότητες Μεγαλύτερη ευαισθησία των συνθέσεων στις διακυµάνσεις των ιδιοτήτων των συστατικών (ποσοστό υγρασίας αδρανών, λεπτότητα κονιών, κ.α.). Πιθανότητα ύπαρξης διαφορών µεταξύ ρεολογικής συµπεριφοράς στο εργαστήριο και στο πεδίο. Εξασφάλιση στεγανότητας τύπων και προσεκτική τους διαστασιολόγηση για υψηλούς ρυθµούς σκυροδέτησης. Απαίτηση αναβάθµισης των υπαρχουσών υλικοτεχνικών υποδοµών στα παρασκευαστήρια (π.χ. πρόσθετα σιλό αποθήκευσης κονιών, νέες συσκευές ελέγχου των ιδιοτήτων νωπού ΑΣΣ, υγρόµετρα ακριβείας). Βασικά πλεονεκτήµατα Αυξηµένη παραγωγικότητα Αυξηµένη ανθεκτικότητα Αναβαθµισµένο περιβάλλον εργασίας Υψηλή αισθητική Αειφορία και βιώσιµη ανάπτυξη Προϋποθέσεις επιτυχούς εφαρµογής ΑΣΣ Αυστηρότερα κριτήρια ποιοτικού ελέγχου για: πρώτες ύλες, παραγωγή, αποδοχή στο εργοτάξιο & στο εργοστάσιο, άντληση & διάστρωση, συντήρηση 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 2

2 ΜΕΓΕΘΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΣΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ Στις ΗΠΑ η πλειονότητα των παραγωγών προκατασκευασµένων δοµικών ή/και αρχιτεκτονικών µελών από οπλισµένο σκυρόδεµα έχουν εισάγει τη χρήση ΑΣΣ στην καθηµερινή τους παραγωγική διαδικασία, ενώ στην Ευρωπαϊκή Ένωση το µέσο εκτιµώµενο µερίδιο της αγοράς προκατασκευασµένων στοιχείων από ΑΣΣ ανέρχεται περίπου στο 15~20%. Στον τοµέα του ετοίµου σκυροδέµατος, παρά το γεγονός ότι µέχρι το τέλος του 2001 τα (µάλλον δυσεύρετα) στοιχεία στη διεθνή βιβλιογραφία για τα µεγέθη παραγωγής ετοίµου ΑΣΣ δεν υπερέβαιναν το 1%, το 2004 παρατηρείται µία σχετική αύξηση (για τα κράτη - µέλη του Ευρωπαϊκού Οργανισµού Ετοίµου Σκυροδέµατος ERMCO European Ready Mixed Concrete Organization). Αν και ο µέσος όρος της παραγωγής ετοίµου ΑΣΣ, ως ποσοστό της συνολικής παραγωγής ετοίµου σκυροδέµατος, κυµαινόταν στο 0.6%, σε δύο χώρες (Σουηδία και Πολωνία) το ποσοστό αυτό άγγιξε το 5%, ενώ στη ανία έφτασε το 25% (Σχ. 1). Το ποσοστό αυτό αντανακλά τις προσπάθειες της ανίας (αλλά και των υπολοίπων χωρών της Βορείου Ευρώπης) να καταστήσει το ΑΣΣ ως το πλέον ευρέως χρησιµοποιούµενο σκυρόδεµα εντός των συνόρων της. Σχήµα 1. Παραγωγή ετοίµου ΑΣΣ ως ποσοστό της συνολικής παραγωγής ετοίµου σκυροδέµατος για τα κράτη - µέλη του Ευρωπαϊκού Οργανισµού Ετοίµου Σκυροδέµατος, για το έτος 2004. (ERMCO, 2005) Επί του παρόντος, το ΑΣΣ έχει χρησιµοποιηθεί σε ελάχιστα Ελληνικά τεχνικά έργα (ιδιωτικά και έργα υποδοµής). οκιµαστικά αναµίγµατα και σκυροδετήσεις είχαν λάβει χώρα στο εργοτάξιο της ζεύξης Ρίου-Αντιρίου στα πλαίσια διερεύνησης της πιθανότητας χρήσης του στο µεγάλο αυτό τεχνικό έργο, µε ένα όµως µόνο στοιχείο (36 m 3 ) να έχει τελικά συµπεριληφθεί στα µόνιµα µέρη του (ιδιωτική επικοινωνία µε υπεύθυνο του έργου). Άλλες εφαρµογές περιλαµβάνουν κατασκευή βιοµηχανικών δαπέδων, δωµάτων, θεµελίων και ενισχύσεων υπό τη µορφή εγχύτων µανδυών σε υποστηλώµατα. Στην Ελλάδα υπάρχει ένας ικανός αριθµός ειδικευµένου επιστηµονικού προσωπικού τόσο στις τσιµεντοπαραγωγούς βιοµηχανίες, όσο και στα εργαστήρια σκυροδέµατος των µεγάλων κοινοπραξιών, το οποίο παρακολουθεί στενά τις εξελίξεις στον τοµέα της τεχνολογίας ΑΣΣ και συµµετέχει σε διερευνητικά προγράµµατα µελέτης της σύνθεσης και παραγωγής του. Σε ακαδηµαϊκό επίπεδο, την τελευταία πενταετία βρίσκονται σε εξέλιξη σχετικά ερευνητικά προγράµµατα, µε σκοπό την ανάπτυξη συνθέσεων ΑΣΣ µε εγχώρια υλικά. Στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών, έχει ήδη ολοκληρωθεί επιτυχώς έρευνα η οποία στόχευε στην παραγωγή προκατασκευασµένων δοµικών στοιχείων ΑΣΣ, κάνοντας χρήση πρώτων υλών από την περιοχή της Κεντρικής Ελλάδας (Παπανικολάου κ.α., 2006). Η παρούσα εργασία παρουσιάζει τα αποτελέσµατα της πρώτης συναφούς έρευνας στο Εργαστήριο, η οποία επικεντρώθηκε στην παραγωγή στοιχείων οπλισµένου ΑΣΣ από υλικά του Νοµού Αχαΐας. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 3

3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ 3.1 Υλικά Το τσιµέντο που χρησιµοποιήθηκε ήταν τύπου CEM II/Β-Μ 32.5Ν. Η πληρωτική κονία (filler) αποτελείτο από ασβεστολιθική παιπάλη (90% ασβεστολιθικό υλικό και 10% εδαφικές προσµίξεις) µε µέγεθος µέγιστου κόκκου µικρότερου των 0.125 mm και υγρασία 0.8%. Η παιπάλη, η οποία δεν αποτελεί εµπορικό προϊόν στο Νοµό Αχαΐας, ήταν ευγενική χορηγία της εταιρείας ΤΙΤΑΝ και συλλέχθηκε χειρωνακτικά από τους σπαστήρες της τσιµεντοπαραγωγικής µονάδας στο ρέπανο Αχαΐας. Η άµµος που χρησιµοποιήθηκε (µε κοκκοµετρία 0.125 mm d 4 mm) ήταν θραυστή (επίσης ασβεστολιθικής προέλευσης), µε υψηλή περιεκτικότητα σε παιπάλη (14%) και ποσοστό υγρασίας ίσο µε 2%. ύο κλάσµατα χονδρόκοκκων αδρανών χρησιµοποιήθηκαν: το ένα (µε κοκκοµετρία 8 mm d 16 mm) αποτελείτο από συλλεκτά (ποτάµια) σκύρα και το άλλο από θραυστό ασβεστολιθικό γαρµπίλι (µε κοκκοµετρία 4 mm d 8 mm). Η φαινόµενη πυκνότητα και των δύο κλασµάτων ήταν ίση µε 1500 kg/m 3. Η κοκκοµετρική καµπύλη του συνόλου των αδρανών δίνεται στο Σχήµα 2. ΙΕΡΧΟΜΕΝΟ % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 250µm 1 mm 2 mm 4 mm 8 mm 16 mm 31.5 mm ΚΟΣΚΙΝΑ ASTM ΙΑΒΑΘΜΙΣΗ ΜΕΙΓΜΑΤΟΣ Α ΡΑΝΩΝ ΚΑΤΩ ΟΡΙΟ ΑΝΩ ΟΡΙΟ ΑΝΩ ΟΡΙΟ Ε Σχήµα 2. ιάγραµµα κοκκοµετρικής διαβάθµισης αδρανών. Για την επιλογή του χηµικού πρόσµικτου, έγινε προσπάθεια χρήσης του ελάχιστου αριθµού διαφορετικών χηµικών παραγόντων. Βάσει αυτής της συλλογιστικής, επελέγη ένα χηµικό πρόσµικτο γερµανικής προέλευσης, το οποίο (σύµφωνα µε το τεχνικό φυλλάδιο του προϊόντος) συνδυάζει τη δράση ενός υπερρευστοποιητή και ενός βελτιωτικού ιξώδους. Το χηµικό πρόσµικτο είχε την εµπορική ονοµασία GLENIUM SKY 510 (προϊόν της εταιρείας Degussa) και ήταν ευγενική χορηγία της ελληνικής εταιρείας Mac Beton Hellas S.A.. 3.2 Μελέτη σύνθεσης Η µεθοδολογία η οποία ακολουθήθηκε για τον προσδιορισµό των αναλογιών ανάµιξης είναι εκείνη που αναπτύχθηκε από τους Okamura & Ozawa, 1995. Η επιθυµητή περιεκτικότητα σε αέρα ετέθη ίση µε 2% επί του συνόλου του όγκου του µίγµατος, ενώ ο όγκος των αδρανών (πλην της παιπάλης) ορίστηκε ίσος µε το 60% του εναποµείναντος όγκου αυτού (δηλ. του συνολικού όγκου του µίγµατος µείον του όγκου του περιεχόµενου αέρα). Τέλος, η περιεκτικότητα σε άµµο οριοθετήθηκε στο 40% του όγκου του κονιάµατος. Για τον προσδιορισµό του ελάχιστου λόγου 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 4

νερού προς λεπτοµερή υλικά (τσιµέντο + παιπάλη), επελέγησαν τα παρακάτω ποσοστά συµµετοχής του τσιµέντου και της παιπάλης στη συνολική ποσότητα κονίας στο µίγµα: 60% τσιµέντο και 40% παιπάλη. Τα παραπάνω απεικονίζονται σχηµατικά στο Σχήµα 3α. Ο ελάχιστος ογκοµετρικός λόγος νερού προς λεπτοµερή υλικά στον πολτό (τσιµέντο + παιπάλη + νερό), V W /V P, προσδιορίστηκε από µία σειρά δοκιµών εξάπλωσης σε τέσσερεις πολτούς, οι οποίοι είχαν διαφορετικούς λόγους νερού προς λεπτοµερή υλικά (µε τιµές από 1.1 έως 1.4 και βηµατική µεταβολή ίση µε 0.1). Από τα αποτελέσµατα των δοκιµών εξάπλωσης, υπολογίστηκαν οι τιµές των σχετικών επιφανειών εξάπλωσης, Γ pm, βάσει της σχετικής διαµέτρου εξάπλωσης, d pm = (d-d 0 ) 2-1, όπου d η µέση διάµετρος της επιφάνειας εξάπλωσης και d 0 η διάµετρος της βάσης του κώνου εξάπλωσης. Η ελάχιστη τιµή του λόγου V W /V P, η οποία συµβολίζεται ως β P, αντιστοιχεί στο σηµείο όπου η προεκβολή της γραµµικής προσαρµογής στα σηµεία του Σχήµατος 3β (ζεύγη τιµών V W /V P και Γ pm ) τέµνει τον άξονα των λόγων νερού προς λεπτοµερή υλικά. Έτσι, η τιµή β P (ίση µε 0.8 στη συγκεκριµένη περίπτωση) αντιστοιχεί σε µηδενική ροή του πολτού. Ο βέλτιστος λόγος νερού προς λεπτοµερή υλικά στο κονίαµα (πολτός + άµµος) και η κατάλληλη δοσολογία του χηµικού πρόσµικτου προσδιορίστηκαν από µία επιπλέον σειρά δοκιµών εξάπλωσης σε κονιάµατα µε σταθερή περιεκτικότητα σε άµµο και διαφορετικές τιµές V W /V P ( 0.8) και ποσότητας χηµικού πρόσµικτου. Η διαδικασία έλαβε τέλος όταν η τιµή της σχετικής διαµέτρου εξάπλωσης έγινε ίση µε 5. Οι προκύπτουσες από την παραπάνω διαδικασία αναλογίες ανάµιξης απετέλεσαν τη βάση για τη σειρά των 16 δοκιµαστικών αναµιγµάτων που ακολούθησε µέχρι την οριστικοποίηση της βέλτιστης σύνθεσης (βλ. Πίν. 3). Αέρας : 20 lt Καθορισµός παραµέτρου β p 1.6 Άµµος : 259 lt 1.4 1.2 (2.20, 1.2) (2.88, 1.3) (3.45, 1.4) Πολτός : 388 lt V W / V P 1 0.8 0.6 0.4 (1.82, 1.1) 0.2 Αδρανή : 333 lit 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Σχετική διάµετρος εξάπλωσης Γ pm (α) Σχήµα 3. (β) (α) Κατ όγκον επιµερισµός συστατικών ΑΣΣ. (β) Καθορισµός ελάχιστου λόγου νερού προς λεπτοµερή υλικά. Πίνακας 3. Σύνθεση ΑΣΣ και αποτελέσµατα νωπού και σκληρυµένου µίγµατος. Αναλογίες ανάµιξης (kg/m 3 ) Αποτελέσµατα δοκιµών Νερό 212 S lump-flow (mm) 730 Τσιµέντο (ΙΙ 32.5) 327 T 50cm (sec) 3.0 Πληρωτική κονία 211 T V-Funnel (sec) 6.5 Άµµος 686 L-Box (H 2 /H 1 ) 0.9 Χηµικό πρόσµικτο 7.9 GTM Screen Stability Test (%) 10.0 Κλάσµα 8-16 mm 441 28d Θλιπτική αντοχή (MPa) 34.5 Κλάσµα 4-8 mm 441 28d Αντοχή εφελκυσµού από διάρρηξη (MPa) 2.7 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 5

Οι τιµές των δοκιµών εκτίµησης των ρεολογικών χαρακτηριστικών της προκύπτουσας (βέλτιστης) σύνθεσης ΑΣΣ που αναγράφονται στον Πίνακα 3 βρίσκονται εντός των ορίων που συνιστώνται στις «Ευρωπαϊκές οδηγίες για το ΑΣΣ» (The Self-Compacting Concrete European Project Group, 2005), ένα σχετικά «ευρείας αποδοχής» τεχνικό κείµενο. Πρέπει να τονιστεί ότι το ΑΑΣ, µέχρις στιγµής, δεν συµπεριλαµβάνεται στις διατάξεις του ΕΝ 207, µε αποτέλεσµα την αυξηµένη διστακτικότητα των µη εκπαιδευµένων µηχανικών και των µη καταρτισµένων εργοληπτών ως προς την ένταξή του στην κοινή κατασκευαστική πρακτική. Στη χώρα µας, το κενό από πλευράς Κανονισµού / Εθνικών Προδιαγραφών επιχειρεί να καλύψει το Προσχέδιο των Προσωρινών ΕΘνικών Τεχνικών Προδιαγραφών (ΠΕΤΕΠ: 01-01-06-00:Ε1/10/2004 - Έκδοση 1 η, Υπουργείο ΠΕ.ΧΩ..Ε.) για το «Αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα». 3.3 Εφαρµογή Καθώς, µέχρι στιγµής, δεν έχει αναπτυχθεί κάποια δοκιµή η οποία να δύναται να προσοµοιώνει ταυτόχρονα και τις τρεις ιδιότητες του νωπού ΑΣΣ οι οποίες χρησιµοποιούνται ως µέτρα αξιολόγησης της ρεοδυναµικότητάς του (ικανότητα πλήρωσης, ικανότητα ροής µέσω στενών ανοιγµάτων και αντίσταση έναντι διαχωρισµού), αποφασίστηκε να αξιολογηθεί η εργαστηριακή σύνθεση ΑΣΣ µέσω της σκυροδέτησης πέντε µεσαίας κλίµακας δοκών οπλισµένου σκυροδέµατος. Οι δοκοί ήταν ορθογωνικής διατοµής (150 250 mm), είχαν µήκος 2.30 m και ήταν οπλισµένες µε τέσσερεις διαµήκεις ράβδους S500 διαµέτρου Φ12 mm (δύο ανά πέλµα) και εγκάρσιο οπλισµό πυκνών συνδετήρων S500 σε αποστάσεις 100 mm (Σχ. 4α). Η επικάλυψη του οπλισµού ήταν ίση µε 25 mm και η τάση διαρροής του οπλισµού ήταν 530 N/mm 2. Οι δοκοί σκυροδετήθηκαν εντός µεταλλοτύπων οι εσωτερικές επιφάνειες των οποίων είχαν επικαλυφθεί µε λινέλαιο για την ευχερή αποµάκρυνσή τους. Όλα τα αναµίγµατα παρασκευάστηκαν µε τη χρήση ενός απλού αναµικτήρα βαρύτητας («µπετονιέρα»), χωρητικότητας 50 lt. Η διαδικασία ανάµιξης ήταν η ακόλουθη: Αρχικά, πραγµατοποιούταν οµογενοποίηση (µέσω ξηράς ανάµιξης) των χονδρόκκοκων αδρανών (άµµος, γαρµπίλι και σκύρα) για 1 λεπτό. Στη συνέχεια, γινόταν η προσθήκη στον αναµικτήρα των λεπτοµερών υλικών (τσιµέντο και ασβεστολιθική παιπάλη) και ακολουθούσε ανάµιξη για άλλο 1 λεπτό. Έπειτα, γινόταν προσθήκη του νερού ανάµιξης και το µίγµα αναµιγνυόταν για ακόµη 1 λεπτό. Τέλος, γινόταν προσθήκη του χηµικού πρόσµικτου και ακολουθούσε ένα τελευταίο πεντάλεπτο ανάµιξης. Για την ολοκλήρωση της σκυροδέτησης της κάθε δοκού απαιτούνταν δύο δόσεις µίγµατος, µε όγκο 43 lt η κάθε µία. Η εκφόρτωση του µίγµατος από τον αναµικτήρα στους µεταλλότυπους πραγµατοποιούταν µέσω της χρήσης µίας ιδιοκατασκευής (ηµικυκλικό τµήµα πλαστικού σωλήνα υπό κλίση), η οποία κρατείτο σταθερή στο µέσον περίπου του µήκους του κάθε µεταλλότυπου (Σχ. 4β). Ο µέσος χρόνος ο οποίος παρεµβαλόταν ανάµεσα στη διάστρωση της κάθε στρώσης ήταν 15 min µε 20 min (για την παρασκευή της δόσης και για τον καθαρισµό των συσκευών και των εργαλείων). Σχήµα 4. (α) (β) (γ) (α) Ο µεταλλικός κλωβός οπλισµού των δοκών. (β) Στιγµιότυπο από τη σκυροδέτηση των δοκών. (γ) Τεχνικά και αισθητικά άρτιες προκύπτουσες επιφάνειες τριχοεδές ίχνος του αρµού εργασίας. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 6

Παρά την πιθανώς δυσµενή επίδραση των φαινοµένων κλίµακας και των χρησιµοποιούµενων συσκευών, η σκυροδέτηση πραγµατοποιήθηκε δίχως κωλύµατα, ενώ οι τιµές των δοκιµών νωπού ΑΣΣ, οι οποίες διεξήχθησαν δειγµατοληπτικά σε µερικά από τα αναµίγµατα, επιβεβαίωσαν τα αντίστοιχα µεγέθη που είχαν διαπιστωθεί κατά τη φάση της µελέτης σύνθεσης. Λόγω της χρονικής υστέρησης µεταξύ της συµπλήρωσης των µεταλλοτύπων µε τη δεύτερη δόση υλικού και της ολοκλήρωσης της πρώτης δόσης, παρατηρήθηκε πτώση της ρεοδυναµικότητας της δεύτερης στρώσης ΑΣΣ, καθώς αυτή έρεε επί της ήδη σκυροδετηµένης ποσότητας ΑΣΣ. Ως αποτέλεσµα, κατά την αποµάκρυνση των µεταλλοτύπων (τρεις ηµέρες µετά τη σκυροδέτηση) αποκαλύφθηκε ένα διαµήκες τριχοειδές ίχνος επί των παράπλευρων επιφανειών των δοκών, το οποίο οριοθετούσε τις δύο στρώσεις του υλικού (Σχ. 4γ). Οι εν επαφή µε τους µεταλλότυπους επιφάνειες ήταν άριστες (δίχως «φωλέες», ή φυσαλίδες). Στα πλαίσια ενός παράλληλου ερευνητικού προγράµµατος, τα δοκίµια δοκιµάστηκαν ως αµφιέρειστα στοιχεία σε µονοτονική κάµψη τεσσάρων σηµείων, µε θεωρητικό άνοιγµα µεταξύ των στηρίξεων ίσο µε 2.0 m και απόσταση µεταξύ των δύο συγκεντρωµένων φορτίων ίση µε 0.50 m. Τέσσερα από τα δοκίµια έλαβαν διαφορετική το καθένα καµπτική ενίσχυση, ενώ µία δοκός χρησιµοποιήθηκε ως δοκίµιο ελέγχου (χωρίς ενίσχυση). Η δοκός αυτή αστόχησε καµπτικά σε κατακόρυφο φορτίο ίσο µε 76.2 kn, ενώ η αντίστοιχη ροπή κατά τη διαρροή ήταν ίση µε 28.6 knm (ελαφρά µεγαλύτερη από την θεωρητική τιµή των 26 knm, πιθανώς λόγω κατασκευαστικών δυσκολιών οι οποίες οδήγησαν σε µικρότερη επικάλυψη του θλιβόµενου οπλισµού). Μετά το πέρας της δοκιµής η δοκός κατατµήθη τοπικά (µε χειρωνακτικό τρόπο) σε διάφορα σηµεία κατά µήκος, αποκαλύπτοντας µία άριστη διασπορά των αδρανών στη µάζα του σκληρυµένου τσιµεντοπολτού και επιβεβειώνοντας µε αυτόν τον τρόπο την ικανότητα αυτοσυµπύκνωσης του προκύπτοντος από την παρούσα µελέτη µίγµατος. 4 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΟΣΤΟΥΣ Στον Πίνακα 4 δίνεται η εκτίµηση του συνολικού κόστους εργοστασιακής παραγωγής της σύνθεσης ΑΣΣ (σε τιµές του 2004), όπως αυτή περιγράφεται στον Πίνακα 3. Στο κόστος του κάθε υλικού περιλαµβάνεται το κόστος παραγωγής και µεταφοράς του σε µία µονάδα ετοίµου σκυροδέµατος, ενώ συµπεριλαµβάνονται και οι φόροι. Εάν θεωρήσουµε ότι (σε τιµές του 2004 για το Νοµό Αχαΐας) το κόστος ενός συµβατικού σκυροδέµατος της ίδιας κατηγορίας αντοχής ήταν της τάξης των 53 /m 3, το εκτιµώµενο κόστος ΑΣΣ αποδεικνύεται κατά 10% µεγαλύτερο. Πίνακας 4. Εκτίµηση κόστους ΑΣΣ, κατηγορίας αντοχής C25/30. Υλικό Κόστος Ποσότητα Κόστος υλικού ( /ton) (kg/m 3 ) ( /m 3 ) Τσιµέντο CEM II/Β-Μ 32.5Ν 1 82.60 327 27.01 Ασβεστολιθική παιπάλη 2 10.00 211 2.11 Άµµος 3 6.80 686 4.32 8-16 (σκύρα) 3 6.65 441 2.93 4-8 (γαρµπίλι) 3 6.45 441 2.84 Χηµικό πρόσµικτο 4 2.48 7.9 19.59 Σύνολο: 58.8 /m 3 1 Τιµή του ασυσκεύαστου τσιµέντου περιλαµβάνοντας το Φ.Π.Α. και τα µεταφορικά των σιλοφόρων σε περιοχές όπου υπάρχουν τσιµεντοβιοµηχανίες και στις κοντινές αυτών περιοχές. 2 Η ασβεστολιθική παιπάλη δεν αποτελεί εµπορικό προϊόν για το Νοµό Αχαΐας, υπάρχει όµως δυνατότητα µελλοντικής εµπορευµατοποίησης του υλικού, εφόσον παραστεί ανάγκη µαζικής παραγωγής του. Η τιµή αυτή της παιπάλης είναι προσεγγιστική (προσωπική επικοινωνία µε τον αρµόδιο υπεύθυνο της τσιµεντοβιοµηχανίας ΤΙΤΑΝ στο ρέπανο, Αχαΐας). 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 7

3 Τιµές πώλησης αδρανών από λατοµείου της περιοχής Αράξου. 4 Τιµή του χηµικού πρόσµικτου (η οποία περιλαµβάνει φόρους και τα µεταφορικά και είναι σταθερή για οποιαδήποτε περιοχή προορισµού). Ως προς το κόστος του ΑΣΣ, τα δηµοσιευµένα στοιχεία δηµιουργούν κάποια σύγχυση παρουσιάζοντάς το από 10% έως 50% ακριβότερο του συµβατικού (αν και τιµές άνω του 25% µε 30% αναφέρονται µάλλον σε µίγµατα ΑΣΣ για τα οποία καµία προσπάθεια βελτιστοποίησης της σύνθεσής τους, από πλευράς κόστους, δε συνετελέστη). Έτσι, ως γενική θεώρηση, το ΑΣΣ είναι περίπου κατά 10-20% ακριβότερο από το κοινό, ενώ ΑΣΣ µε διµερή ή τριµερή συστήµατα συνδετικής κονίας (τσιµέντο + ιπτάµενη τέφρα, ή τσιµέντο + ιπτάµενη τέφρα + σκωρία υψικαµίνων) είναι δυνατόν να µειώσουν ακόµη περισσότερο τη διαφορά κόστους µεταξύ ΑΣΣ και κοινού. Είναι πολύ πιθανό, όµως, η διαφορά κόστους µεταξύ κοινού σκυροδέµατος και ΑΣΣ να ακολουθεί µία πτωτική τάση όσο η κατηγορία αντοχής αυξάνεται (π.χ. 25%-30% για C20/25, 15%- 20% για C25/30 και 10%-15% για C30/37 Βογιατζής, 2006). 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το ΑΣΣ είναι περισσότερο µία καινοφανής τεχνολογία, παρά ένα νέο υλικό, το οποίο επιφέρει σηµαντικές αλλαγές στην παραγωγική διαδικασία και στον τρόπο µε τον οποίο αντιλαµβανόµαστε τα τεχνικά έργα. Η νέα αυτή τεχνολογία απαιτεί: (1) µεγαλύτερη εξειδίκευση του προσωπικού το οποίο είναι υπεύθυνο για τη µελέτη σύνθεσης, την παραγωγή, τη µεταφορά, την άντληση, τη διάστρωση και τον ποιοτικό έλεγχο των σταδίων αυτών, (2) υψηλό βαθµό συνέργειας και ποιότητας σε όλα τα στάδια της παραγωγής και (γ) εκσυγχρονισµό του µηχανολογικού εξοπλισµού που εµπλέκεται σε όλα τα στάδια κατασκευής. Το σηµαντικότερο πρόβληµα για την ανάπτυξη και εφαρµογή του ΑΣΣ στην Ελλάδα αφορά στην αδυναµία των συµµετεχόντων στον κύκλο κατασκευής ενός τεχνικού έργου (µηχανικός εταιρεία ετοίµου σκυροδέµατος εργολάβος επιβλέπων χρήστης) να µεταβάλλουν κάποιες παραδοσιακές και παγιωµένες αντιλήψεις (επαναπροσδιορισµός του όρου «ποιότητα») και να θέσουν σε εφαρµογή σχετικά καινοφανείς πρακτικές. Η παραγωγή ΑΣΣ συνήθους κατηγορίας αντοχής µε υλικά από την περιοχή του Νοµού Αχαΐας είναι εφικτή και οικονοµικά συµφέρουσα. Η απόκριση καµπτόµενων στοιχείων από οπλισµένο ΑΣΣ δε διαφέρει από εκείνη στοιχείων από οπλισµένο συµβατικό σκυρόδεµα. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Το χηµικό πρόσµικτο ήταν ευγενική χορηγία της εταιρείας Mac Beton Hellas A.E. (Degussa Construction Chemicals) και η ασβεστολιθική παιπάλη ήταν ευγενική χορηγία της τσιµεντοβιοµηχανίας ΤΙΤΑΝ (εργοστάσιο ρεπάνου, Αχαΐας). ΑΝΑΦΟΡΕΣ Αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα. ΠΕΤΕΠ: 01-01-06-00:Ε1/10/2004 - Έκδοση 1 η, Υπουργείο ΠΕ.ΧΩ..Ε. Βογιατζής, Χ. 2006. Et Beton & SCC. Et Beton Technical Seminar. Athens 20 February, 2006. Παπανικολάου, Κ.Γ., Λυκούδης, Σ., Απέργης, Α., Μαργέλη, Σ. & Τσαµπά, Α. 2006. Εφαρµογή αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος στην ελληνική προκατασκευή. 15 ο Συνέδριο Σκυροδέµατος. ERMCO (European Ready Mixed Concrete Organization) EUROPEAN READY-MIXED CONCRETE INDUSTRY STATISTICS - YEAR 2004, September 2005. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 8

THE SELF-COMPACTING CONCRETE EUROPEAN PROJECT GROUP The European Guidelines for Self-Compacting Concrete Specification, Production and Use. International Bureau for Precast Concrete - BIBM, CEMBUREAU, European Ready Mixed Concrete Organization - ERMCO, European Federation of Engineering Consultancy Associations - EFCA, European Federation of Producers and Contractors of Specialist Products for Structures - EFNARC, May 2005. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 9