Αυτοσυµπυκνούµενο κισσηρόδεµα (ΑΣΚ) Pumice aggregate self-compacting concrete (PASCC)

Αυτοσυµπυκνούµενο κισσηρόδεµα (ΑΣΚ) Pumice aggregate self-compacting concrete (PASCC) Κατερίνα (Κορίνα) ΠΑΠΑΝΙΚΟΛΑΟΥ 1, Μιχάλης ΚΑΦΦΕΤΖΑΚΗΣ 2 Λέξεις κλειδιά: κισσηρόδεµα, αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Αντικείµενο της παρούσης έρευνας απετέλεσε η µελέτη σύνθεσης αυτοσυµπυκνούµενου κισσηροδέµατος (ΑΣΚ) κατηγορίας αντοχής LC20/22 και κατηγορίας πυκνότητας D1,4 (κατά ΕΝ 206-1). Η εργασία επικεντρώνει στην επιρροή του λόγου των κ.β. περιεκτικοτήτων χονδρόκοκκων προς λεπτόκοκκα αδρανή (X/Λ) στις ρεολογικές και µηχανικές ιδιότητες του κισσηροδέµατος, υπό σταθερές περιεκτικότητες των υπόλοιπων συστατικών του µείγµατος, ενώ η βέλτιστη ρεολογικά σύνθεση βελτιώνεται περαιτέρω µε σκοπό τη διατήρηση των χαρακτηριστικών αυτοσυµπύκνωσης στο χρόνο. Με επιλογή των κατάλληλων αναλογιών σύνθεσης, είναι δυνατή η παραγωγή δοµικών αυτοσυµπυκνούµενων ελαφροσκυροδεµάτων, τα οποία δύνανται να αξιολογηθούν ρεολογικά µε τις συνήθεις δοκιµές ΑΣΣ. Σε συνδυασµό µε την κατάλληλη προδιαβροχή των αδρανών κίσσηρης, είναι δυνατό να παραχθούν ΑΣΚ µε ρεολογικά χαρακτηριστικά συγκρίσιµα αυτών των κανονικής πυκνότητας ΑΣΣ, δίχως να είναι απαιτούµενη η θέσπιση διαφορετικών αποδεκτών ευρών τιµών για τις δοκιµές νωπού ΑΣΚ. ABSTRACT : This study deals with the development of pumice aggregate selfcompacting concrete (PASCC) falling in the LC20/22 strength class and D1,4 density class (as per EN 206-1), focusing on the effect of coarse-to-fine aggregates ratio on the material s rheological and mechanical properties. Properly designed fresh PASCC mixes may be assessed using the same test methods applicable for normal weight self-compacting concrete (NWSCC). If pumice aggregates are introduced in the mix in a saturated state, PASCC exhibits self-compactness similar to the one typically characterizing most NWSCC. The use of different acceptable ranges of values for the most commonly used tests (Slump-Flow, V-funnel and L-box) is not deemed necessary for PASCC. 1 Λέκτορας, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, email: kpapanic@upatras.gr 2 Πολιτικός Μηχανικός, µεταπτυχιακός φοιτητής, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, email: mkaffetzakis@upatras.gr 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο γενικός όρος «ελαφροσκυρόδεµα», ΕΣ (Lightweight Concrete, LWC), στους περισσότερους κανονισµούς, αναφέρεται σε οιοδήποτε σκυρόδεµα µε πυκνότητα µετά από προτυποποιηµένη ξήρανση σε κλίβανο (oven-dry density) µικρότερη των 2000 kg/m 3 (Owens, 1993). Για την ικανοποίηση απαιτήσεων σε φέρουσα ικανότητα, χρησιµοποιούνται δοµικά ελαφροσκυροδέµατα µε φαινόµενη ξηρή πυκνότητα άνω των 1200 kg/m 3 (Newman, 1993). Η συνηθέστερη µέθοδος µείωσης του βάρους του σκυροδέµατος είναι η µερική αντικατάσταση των κανονικής πυκνότητας αδρανών, ΚΠΑ (Normal Density Aggregates, NDA), συνήθως του χονδρόκοκκου κλάσµατος, µε ελαφρά αδρανή, ΕΑ (Lightweight Αggregates, LWA), διατηρώντας στο µείγµα τα κανονικής πυκνότητας λεπτόκοκκα αδρανή. Το προκύπτον ελαφροσκυρόδεµα ονοµάζεται σκυρόδεµα µε ελαφρά αδρανή, ΣΕΑ (Lightweight Aggregate Concrete, LWAC). Πλήρης αντικατάσταση των ΚΠΑ µε ΕΑ οδηγεί στην παρασκευή ενός ιδιαίτερα ελαφρού σκυροδέµατος, του σκυροδέµατος αποκλειστικά µε ελαφρά αδρανή (All-lightweight aggregate concrete, ALWAC). Η κίσσηρις (pumice) αποτελεί το κυριότερο και φθηνότερο φυσικό ελαφρό αδρανές στη χώρα µας. Συναντάται στα νησιά της ωδεκανήσου Γυαλί (από το οποίο εξορύσσεται σε µεγάλες ποσότητες), Νίσηρο, Θήρα και Μήλο και προέρχεται από ένα εξαιρετικά πορώδες ηφαιστειακό πέτρωµα (πυριγενές υαλώδους µορφής). Ως αποτέλεσµα, η κίσσηρις χαρακτηρίζεται από χαµηλή φαινόµενη πυκνότητα (300-800 kg/m 3 ) και από υψηλή υδαταπορροφητικότητα (30%-80% κ.β.). Η χρήση του ελαφροσκυροδέµατος είναι ενδεδειγµένη σε περιπτώσεις στις οποίες τα µόνιµα φορτία υπερβαίνουν κατά πολύ τα ωφέλιµα και γενικότερα σε όλες τις περιπτώσεις κατά τις οποίες τα κριτήρια σχεδιασµού θεωρούν απαραίτητη τη χρήση σκυροδέµατος µε πυκνότητα χαµηλότερη της κανονικής ή/και µε µεγάλη ήχο- και θέρµο- µονωτική ικανότητα (καθώς και πυραντοχή). Σε πολυόροφα κτίρια, ιδιαίτερα για οριζόντια ή κατακόρυφα διαφράγµατα µε µέτριες απαιτήσεις σε φέρουσα ικανότητα, η εξοικονόµηση σε συνολικό βάρος της κατασκευής µπορεί να φανεί αποφασιστικός παράγοντας για το σχεδιασµό των θεµελίων. Επιπλέον, προκατασκευασµένα στοιχεία από ΣΕΑ είναι φθηνότερα στην µεταφορά τους και ευκολότερα στη συναρµογή τους στο εργοτάξιο (Aridos Ligeros S.A., 1997). Ειναι πρόδηλο ότι εάν τα πλεονεκτήµατα που παρουσιάζει το δοµικό ελαφροσκυρόδεµα έναντι του κοινού (χαµηλό βάρος, θερµοµόνωση, οµοιότητα των µέτρων ελαστικότητας και καλή συνάφεια των φάσεών του, ανθεκτικότητα στο χρόνο, αντίσταση σε πυρκαïά, αντίσταση σε χηµική προσβολή) συνδυαστούν µε χαρακτηριστικά αυτοσυµπύκνωσης (ικανότητα πλήρωσης, ικανότητα ροής µέσω στενών ανοιγµάτων, αντίσταση έναντι διαχωρισµού), τότε προκύπτει ένα υλικό υψηλής προστιθέµενης αξίας µε πλείστες εφαρµογές σε συνήθη οικοδοµικά έργα. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 2

Στην ελληνική πραγµατικότητα, ένα τέτοιο υλικό θα µπορούσε να είναι το δοµικό αυτοσυµπυκνούµενο κισσηρόδεµα (ΑΣΚ). Ωστόσο, η (φαινοµενική τουλάχιστον) αντιφατικότητα µεταξύ ιδιοτήτων όπως η χαµηλή πυκνότητα ( χαµηλή δυναµική ενέργεια µείγµατος κατά την έγχυση) και η αυτοσυµπύκνωση (η οποία εξαρτάται από τα δυναµικά χαρακτηριστικά του µείγµατος) θέτει ερωτηµατικά σχετικά µε την επιτευξιµότητα δηµιουργίας αυτοσυµπυκνούµενων ελαφροσκυροδεµάτων. Πρόσθετες δυσκολίες στην παραγωγή ΑΣΚ εκπηγάζουν από τον κίνδυνο επίπλευσης των αδρανών κίσσηρης (και εποµένως από τον αυξηµένο κίνδυνο διαχωρισµού), καθώς και από την έντονη τάση για αφύγρανση του µείγµατος όταν τα αδρανή χρησιµοποιούνται σε ξηρά ή µερικώς κορεσµένη µορφή (σε αυτή την περίπτωση τα ΕΑ απορροφούν νερό για 30 60 min µετά από τη λήξη της ανάµιξης). Πρόσθετα στοιχεία τα οποία χρήζουν διερεύνησης αφορούν στο εάν οι τιµές των ιδιοτήτων νωπού ΑΣΚ εµπίπτουν εντός του συνήθους εύρους τιµών για το κανονικής πυκνότητας ΑΣΣ, στη διατήρηση των ρεολογικών χαρακτηριστικών µιγµάτων ΑΣΚ στο χρόνο, στη σθεναρότητα συνθέσεων ΑΣΚ (υπό την έννοια της αντίστασης των µιγµάτων στις αυξοµοιώσεις των ιδιοτήτων των συστατικών υλικών και των παραµέτρων παραγωγής), αλλά και στα χαρακτηριστικά µηχανικής συµπεριφοράς και ανθεκτικότητας στο χρόνο του ΑΣΚ. Η παρούσα εργασία επιδιώκει να προσεγγίσει ορισµένα από τα προαναφερθέντα σηµεία, επικεντρώνοντας στη µελέτη σύνθεσης ΑΣΚ, καθώς και στην επιρροή της σχετικής περιεκτικότητας σε λεπτόκοκκα και χονδρόκοκκα αδρανή κίσσηρης στα ρεολογικά και µηχανικά χαρακτηριστικά των µιγµάτων. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ Η µελέτη σύνθεσης και οι εργαστηριακές δοκιµές πραγµατοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών. Γενικά, οι τεχνικές προσδιορισµού των αναλογιών ανάµιξης για το κοινό σκυρόδεµα είναι δυνατό να εφαρµοστούν και στην περίπτωση των ΣΕΑ, αρκεί να δίνεται προσοχή στις ιδιαιτερότητες (κυρίως στην υδαταπορροφητικότητα) των ελαφρών αδρανών (ΑCI, 1987 και Maage and Smeplass, 2000). Βάσει της αρχής αυτής, η έρευνα για το ΑΣΚ είχε ως σηµείο εκκίνησης την κατάστρωση µίας σύνθεσης αναφοράς ακολουθώντας τη µεθοδολογία των Okamura & Ozawa (1995), η οποία είχε αναπτυχθεί για κανονικής πυκνότητας ΑΣΣ. Κατά τη διαδικασία αυτή, η αναλογία χονδρόκοκκων (Χ) προς λεπτόκοκκα (Λ) αδρανή θεωρήθηκε ίση µε 50/50, ενώ τα αδρανή εκλήφθησαν ως πλήρως κορεσµένα, µε πυκνότητα κόκκου ίση µε 1200 kg/m 3. Η σχεδιασθείσα σύνθεση αναφοράς βελτιώθηκε µέσω µίας σειράς εργαστηριακών δοκιµών. Ακολούθως, διατηρώντας τις περιεκτικότητες όλων των συστατικών της (τελικής) σύνθεσης αναφοράς σταθερές, διερευνήθηκε η επιρροή του λόγου χονδρόκοκκων προς λεπτόκοκκα αδρανή (Χ/Λ) 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 3

στις ρεολογικές και µηχανικές ιδιότητες των µιγµάτων (µε σταθερό Χ+Λ). Τέλος, η βέλτιστη σύνθεση (η αντιστοιχούσα στον βέλτιστο λόγο Χ/Λ) τροποποιήθηκε περαιτέρω, µε στόχο τη διατήρηση των ρεολογικών χαρακτηριστικών της στο χρόνο. Συστατικά υλικά Για την παραγωγή ΑΣΚ χρησιµοποιήθηκαν φυσικά αδρανή κίσσηρης [άµµος 0-4 mm, λεπτόκοκκο 4-8 mm (Λ) και χονδρόκοκκο κλάσµα 8-16 mm (Χ)] µε τις κοκκοµετρικές διαβαθµίσεις του Σχήµατος 1α, τσιµέντο τύπου Portland (CEM IΙ 42.5N), υπερρευστοποιητής (superplasticizer, SP) πολυκαρβοξυλικού τύπου, ρυθµιστής ιξώδους (viscosity modifying agent VMA) ξηράς µορφής και σταθεροποιητής (stabilizer - µε ελαφρά επιβραδυντική δράση). Σηµειώνεται ότι η χρήση µικρότερων κλασµάτων ΕΑ είναι κοινή πρακτική στα δοµικά ελαφροσκυροδέµατα, καθώς µείωση του µέγιστου κόκκου από 25 σε 16 mm, έχει ως αποτέλεσµα την αύξηση κατά περίπου 10% στην αντοχή τους. Τα αδρανή (πλην της άµµου) χρησιµοποιήθηκαν σε κορεσµένη κατάσταση, η οποία επετεύχθη µε την εµβύθισή τους σε νερό για ένα διάστηµα τριών ηµερών (η µετρηθείσα υδαταπορροφητικότητα των δύο µεγαλύτερων κλασµάτων αδρανών δίνεται στο Σχήµα 1β, για διάφορα χρονικά διαστήµατα εµβύθισης). Με αυτόν το τρόπο, η υδαταπορροφητικότητα των αδρανών µε µέγεθος κόκκου µεγαλύτερου των 4 mm ήταν κατά την ανάµιξη πρακτικά σχεδόν µηδενική, ενώ εκείνη της άµµου ελήφθη ίση µε 20%. Για όλα τα δείγµατα άµµου που ελέγχθησαν, η µέση τιµή της περιεχόµενης υγρασίας βρέθηκε ίση µε 3.5%. Στον Πίνακα 1 συνοψίζονται οι αναλογίες των µιγµάτων ΑΣΚ µε µεταβαλλόµενους λόγους Χ/Λ. Οι αναγραφόµενες ποσότητες αφορούν σε ξηρά αδρανή. Η ποσότητα του τσιµέντου που απαιτείται για συνήθεις συνθέσεις ΣΕΑ κυµαίνεται από 300 kg/m 3 έως 400 kg/m 3, ενώ ποσότητες µικρότερες των 250 kg/m 3 αδυνατούν να εξασφαλίσουν ικανοποιητική προστασία έναντι της διάβρωσης, καλή πρόσφυση στον οπλισµό και επιθυµητή εργασιµότητα (Aridos Ligeros S.A., 1997). Γενικά, ένα ΕΣ απαιτεί υψηλότερα ποσοστά σε τσιµέντο κατά 10-20% σε σχέση µε ένα ΚΠΣ της ίδιας αντοχής (Weigler et al., 1972). Οι πρόσθετες απαιτήσεις για αυτοσυµπύκνωση του ΑΣΚ θα δικαιολογούσαν ακόµη µεγαλύτερη από την επιλεγείσα περιεκτικότητα σε τσιµέντο. Ωστόσο, λόγω της αυξηµένης λεπτότητας της άµµου, ο τσιµεντοπολτός δεν εµπλουτίστηκε περαιτέρω µε υλικά λεπτού καταµερισµού. Στον ίδιο Πίνακα, δίνονται οι µετρηθείσες τιµές της νωπής και ξηρής πυκνότητας των µιγµάτων, καθώς και ο λόγος ενεργού νερού προς τσιµέντο (w/c). Η ξηρή πυκνότητα κυµαίνεται µεταξύ 1365 kg/m 3 και 1430 kg/m 3, Το ενεργό νερό υπολογίζεται ως το αποτέλεσµα της αφαίρεσης του απορροφώµενου από τα αδρανή κατά την ανάµιξη νερού από το συνολικό. Στη διεθνή βιβλιογραφία, η απορρόφηση νερού από τα αδρανή κατά την ανάµιξη συχνά θεωρείται ίση µε εκείνη µετά από µία ώρα εµβύθιση σε καθαρό νερό. Στην παρούσα εργασία (βάσει παρατηρήσεων), η εν λόγω απορρόφηση ελήφθη ίση µε 20% για όλα τα κλάσµατα (µεγαλύτερη από εκείνη που αντιστοιχεί σε µία ώρα 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 4

εµβύθισης). Η επιλογή αυτή αντικατοπτρίζει τη διαφορά µεταξύ «στατικής» και «δυναµικής» (δηλ. εξαναγκασµένης και εξαρτώµενης από τη σφοδρότητα της ανάµιξης) υδαταπορρόφησης. 100 80 άµµος λεπτόκοκκο κλάσµα χονδρόκοκκο κλάσµα 40 35 30 λεπτόκοκκο κλάσµα 4-8 mm χονδρόκοκκο κλάσµα 8-16mm ιερχόµενο ποσοστό (%) 60 40 20 % Υδαταπορροφητικκότητα 25 20 15 10 5 (α) 0 No 200 []0.25 No 50 No 30 No 16 No 8 No 4 Κόσκινα 3/8'' 1/2'' 1'' (β) 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Χρόνος (min) Σχήµα 1. (α) Κοκκοµετρική διαβάθµιση και (β) υδαταπορροφητικότητα κίσσηρης. Πίνακας 1. Αναλογίες µιγµάτων ΑΣΚ µε µεταβαλλόµενους λόγους Χ/Λ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ [kg/m 3 ] Χ/Λ_1 Χ/Λ_2 Χ/Λ_3 Χ/Λ_4 Χ/Λ_5 Χ/Λ_6 Χ/Λ_7 Χ/Λ_8 Χ/Λ_9 Τσιµέντο 400 400 400 400 400 400 400 400 400 Άµµος (0-4 mm) 410 410 410 410 410 410 410 410 410 Κλάσµα 4-8 mm 380 304 266 228 190 152 114 76 0 Κλάσµα 8-16 mm 0 76 114 152 190 228 266 304 380 Αναλογία Χ/Λ 0/100 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 100/0 VMA 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 SP 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 Stabilizer 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 Συνολικό νερό 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Ενεργό νερό 142 142 142 142 142 142 142 142 142 ρ νωπή 1490 1523 1522 1502 1495 1501 1496 1501 1459 ρ ξηρή 1365 1430 1393 1415 1396 1405 1385 1392 1374 w/c 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 5

οκιµές νωπού ΑΣΚ Η διεξαγωγή εργαστηριακών δοκιµών νωπού ΑΣΣ είχε ως σκοπό την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών αυτοσυµπύκνωσής του, µέσω της εκτίµησης της ικανότητας πλήρωσης, της ικανότητας ροής µέσω στενών ανοιγµάτων και της αντίστασης διαχωρισµού του µείγµατος. Οι δοκιµές οι οποίες πραγµατοποιήθηκαν για κάθε ανάµιγµα ήταν: δοκιµή εξάπλωσης (Slump Flow - Σχήµα 2α), δοκιµή διέλευσης από χοάνη σχήµατος V (V-funnel - Σχήµα 2β) και δοκιµή L-box (Σχήµα 2γ), όπως αυτές περιγράφονται στα σχετικά Ευρωπαϊκά Πρότυπα (EN 12350-8, EN 12350-9 και EN 12350-10, αντίστοιχα). Οι δοκιµές πραγµατοποιήθηκαν για όλα τα µείγµατα αµέσως µετά την ανάµιξη (σε χρόνο t = 0 min), καθώς και µετά την παρέλευση 30 λεπτών (σε χρόνο t = 30 min) σε συνήθεις συνθήκες θερµοκρασίας (15 C - 20 C) και υγρασίας (55% - 60%). (α) (β) (γ) Σχήµα 2. (α) οκιµή εξάπλωσης (Slump-flow) (β) δοκιµή V-funnel (γ) δοκιµή L-box Τα αποτελέσµατα των δοκιµών νωπού ΑΣΚ παρουσιάζονται στον Πίνακα 2 και στο Σχήµα 3α-γ, υπό τη µορφή ραβδογραµµάτων, αναδεικνύοντας ως βέλτιστη από πλευράς ρεολογικών χαρακτηριστικών σύνθεση εκείνη µε λόγο χονδρόκοκκων προς λεπτόκοκκα αδρανή ίσο µε 70/30 (σύνθεση Χ/Λ_7). Πιο συγκεκριµένα, παρατηρείται ότι από τη δοκιµή Slump-Flow (και µόνο) δεν δύναται να εξαχθούν σαφή συµπεράσµατα ως προς την επίδραση του λόγου Χ/Λ στην ικανότητα του µείγµατος για ανεµπόδιστη ροή (αν και τα µείγµατα Χ/Λ_2 και Χ/Λ_3 εµφανίζουν χαµηλότερες τιµές από το ελάχιστο κοινώς αποδεκτό όριο των 500 mm σε χρόνο t = min). Η πλειονότητα των µιγµάτων παρουσιάζει ικανοποιητική εξάπλωση πάνω από 600 mm. Ωστόσο, η εικόνα των εξαπλωµένων δειγµάτων δεν ήταν η επιθυµητή για όλες τις δοκιµές (µε µετρίου µεγέθους εξίδρωση για µικρές περιεκτικότητες σε χονδρόκοκκο κλάσµα και µικρές ποσότητες χονδρών αδρανών στην περιφέρεια των εξαπλωµένων δειγµάτων για µικρές περιεκτικότητες σε λεπτόκοκκο υλικό, ενώ το µείγµα της σύνθεσης Χ/Λ_7 ήταν απολύτως συνεκτικό). Επιπλέον, οι τιµές της εξάπλωσης σε χρόνο 30 min καταγράφονται για όλα τα δείγµατα µειωµένες κατά 8% έως 26% σε σχέση µε τις αντίστοιχες τιµές που ελήφθησαν αµέσως µετά την ανάµιξη. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 6

Ο χρόνος εκροής από τη χοάνη της δοκιµής V-funnel ήταν µικρότερος των 15 sec (µέγιστος κοινώς αποδεκτός χρόνος εκροής) για τα µείγµατα Χ/Λ_5 έως Χ/Λ_8. Τριάντα λεπτά µετά από το τέλος της ανάµιξης, µόνο το µείγµα της σύνθεσης Χ/Λ_7 είχε χρόνο εκροής µικρότερο του προαναφερθέντος ορίου, ενώ τα µείγµατα των συνθέσεων Χ/Λ_5, Χ/Λ_6 και Χ/Λ_8 παρουσίασαν αύξηση του ιξώδους (το οποίο σχετίζεται µε τον χρόνο εκροής). Από τα αποτελέσµατα της δοκιµής L-box (η οποία είναι αρκετά «απαιτητική» ως προς την κατάλληλη δυναµική ενέργεια του δείγµατος) φαίνεται ότι τα µείγµατα των συνθέσεων Χ/Λ_7 και Χ/Λ_8 είχαν τις καλύτερες επιδόσεις (µε H 2 /H max =0.90 και H 2 /H 1 =0.80 για τη σύνθεση Χ/Λ_7, όπου H 1 και H 2 τα ύψη του ΑΣΚ στο κατακόρυφο και στο οριζόντιο τµήµα του κυτίου L-box, αντίστοιχα, ενώ H max =91 mm). Πρέπει να σηµειωθεί ότι στον Πίνακα 2 τα αποτελέσµατα των δοκιµών L-box ποσοτικοποιούνται µέσω του λόγου Η 2 /Η max. Η χρήση του λόγου αυτού ευνοεί την ευχέρεια µετρήσεων και υπολογισµών, ενώ ποσοτικοποιεί τα αποτελέσµατα της δοκιµής µε τρόπο όχι άµεσα συγκρίσιµο µε εκείνον που βασίζεται στη χρήση του περισσότερο ευρέως χρησιµοποιούµενου λόγου H 2 /H 1. Βάσει των παραπάνω, διαφαίνεται ότι η βέλτιστη αναλογία χονδρόκοκκων προς λεπτόκοκκα αδρανή κίσσηρης είναι ίση µε 70/30 (τιµή συγκρίσιµη µε εκείνη στην οποία κατέληξε η έρευνα των Shi et al, 2005 60/40). Η αναλογία αυτή σχετίζεται µε τον ελάχιστο δυνατό όγκο αδρανών (για συγκεκριµένη συνολική περιεκτικότητα λεπτόκοκκου και χονδρόκοκκου υλικού στο µείγµα) και, εποµένως, µε τον µικρότερο δυνατό όγκο κενών. Οι επιδόσεις του µείγµατος Χ/Λ_7 είναι συγκρίσιµες µε αντίστοιχες πολλών προδιαγραφόµενων µιγµάτων κανονικής πυκνότητας ΑΣΣ. Στο Σχήµα 3δ φαίνεται η κατανοµή των αδρανών καθ ύψος κυλινδρικού δοκιµίου (µετά το πέρας της δοκιµής εφελκυσµού από διάρρηξη) για το µείγµα Χ/Λ_7. Το δείγµα µπορεί να χαρακτηριστεί µε οπτικό δείκτη σταθερότητας (hardened visual stability index, HVSI) ίσο µε τη µονάδα, ο οποίος αντιστοιχεί σε σταθερό (stable) ΑΣΣ. Πίνακας 2. Αποτελέσµατα δοκιµών νωπού σκυροδέµατος t=0' Χ/Λ_1 Χ/Λ_2 Χ/Λ_3 Χ/Λ_4 Χ/Λ_5 Χ/Λ_6 Χ/Λ_7 Χ/Λ_8 Χ/Λ_9 Slump-Flow [mm] 670 550 570 620 660 650 650 700 700 V-funnel [sec] 35 58 38 20 14 10 4.7 6 19 L-box [H 2 /H max ] 0.15 0.00 0.25 0.22 0.75 0.65 0.90 0.75 0.50 t=30' Slump-flow [mm] 500 410 470 570 490 590 550 550 590 V-funnel [sec] 47 * * 25 21 27 10 29 19 L-box [H 2 /H max ] 0.00 0.00 0.00 0.50 0.00 0.60 0.65 0.55 0.45 * έµφραξη 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 7

έµφραξη σε χρόνο t=30 (α) (β) (γ) (δ) Σχήµα 3. Αποτελέσµατα δοκιµών (α) Slump-flow (β) V-funnel, (γ) L-box και (δ) κατανοµή αδρανών καθ ύψος κυλινδρικού δοκιµίου (µείγµα Χ/Λ_7). Μηχανικές αντοχές ΑΣΚ Για την εκτίµηση των µηχανικών χαρακτηριστικών του ΑΣΚ, ελήφθησαν από κάθε µείγµα κυβικά δοκίµια ακµής 150 mm για τη διεξαγωγή δοκιµών θλίψης στις 7 και στις 28 ηµέρες και κυλινδρικά δοκίµια διαστάσεων 300x150 mm για τη διεξαγωγή δοκιµών διάρρηξης στις 28 ηµέρες. Τα δοκίµια συντηρήθηκαν σε κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, έτσι ώστε οι προκύπτουσες αντοχές να αποτελούν ένα κάτω όριο των δυνητικά επιτεύξιµων. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών δίνονται στο Σχήµα 4 και στον Πίνακα 3. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 8

fc - 7d fc - 28d ft - 28d (α) Σχήµα 4. (α) Αντοχές και (β) ειδική θλιπτική αντοχή µιγµάτων. (β) Πίνακας 3. Αποτελέσµατα µηχανικών ιδιοτήτων σειράς µειγµάτων Χ/Λ Χ/Λ_1 Χ/Λ_2 Χ/Λ_3 Χ/Λ_4 Χ/Λ_5 Χ/Λ_6 Χ/Λ_7 Χ/Λ_8 Χ/Λ_9 f c - 7d [MPa] 18.2 23.6 22.1 21.6 20.2 20.7 22.8 20.7 19.2 f c - 28d [MPa] 26.3 27.4 25.3 27.5 23.3 25.8 27.8 27.1 21.8 f t - 28d [MPa] 2.0 2.5 1.8 2.1 2.3 1.7 1.9 2.2 2.4 f t - 28d / f c - 28d 7.6% 9.2% 7.2% 7.6% 9.7% 6.4% 6.7% 8.0% 10.9% f c - 7d / f t - 28d 0.69 0.86 0.87 0.79 0.86 0.8 0.82 0.76 0.88 f c - 28d /ρ ξηρή 19.23 19.14 18.13 19.43 16.72 18.38 20.09 19.49 15.84 [MPa/(kg/m 3 )]*10-3 Παρατηρείται ότι η θλιπτική αντοχή των 7 ηµερών (f c - 7d) αποτελεί το 70% µε 87% εκείνης των 28, ενώ η τελευταία (f c - 28d) κυµαίνεται µεταξύ 22 MPa (Χ/Λ_9) και 28 MPa (Χ/Λ_7). Οι τιµές της f c - 28d δεν συνάδουν µε τον µικρό σχετικά λόγο ενεργού νερού προς τσιµέντο (w/c=0.358), γεγονός που οφείλεται στη µικρή αντοχή της κίσσηρης (σχετικά µε άλλα κυρίως τεχνητά ΕΑ). Η εφελκυστική αντοχή από διάρρηξη των 28 ηµερών (f t -28) κυµαίνεται από 1.7 έως 2.4 MPa, ενώ ο λόγος (f t - 28d / f c - 28d) κινείται µεταξύ 6.7% και 10.9%. Τα ποσοστά αυτά είναι τα αναµενόµενα για ΣΕΑ τα οποία έχουν υποστεί ξηρή συντήρηση. Στον Πίνακα 3 αναγράφονται και οι τιµές των ειδικών θλιπτικών αντοχών (αντοχή ανά µονάδα ξηρής πυκνότητας, f c - 28d / ρ ξηρή ) για όλα τα µείγµατα (βλ. Σχήµα 4β). Παρατηρείται ότι η βέλτιστη σύνθεση (Χ/Λ_7) χαρακτηρίζεται από τη µέγιστη τιµή όλων των ειδικών θλιπτικών αντοχών. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 9

Βελτίωση σύνθεσης Χ/Λ_7 και σύγκριση µε άλλες έρευνες Σε µία προσπάθεια να βελτιωθεί η αντοχή και η διατήρηση των ρεολογικών χαρακτηριστικών στο χρόνο µιγµάτων που βασίζονται στη σύνθεση Χ/Λ_7, επιχειρήθηκε (προ της ανάµιξης) η επικάλυψη των επιφανειακά υγρών αδρανών (µε µέγεθος κόκκου > 4 mm) µε υλικό λεπτού καταµερισµού. Πιο συγκεκριµένα, έγινε µερική αντικατάσταση του τσιµέντου (κατά 15% κ.β.) µε πυριτική παιπάλη και τα αδρανή επικαλύφθησαν µε το 20% της ποσότητας τσιµέντου και πυριτικής παιπάλης, έτσι ώστε να επιτευχθεί µείωση του επιφανειακού πορώδους των αδρανών κίσσηρης, οµαλοποίηση της επιφάνειάς τους και αύξηση της αντοχής της µεταβατικής ζώνης. Τα ρεολογικά χαρακτηριστικά του νέου µείγµατος πράγµατι παρουσίασαν βελτίωση, ενώ σηµειώθηκε ικανοποιητική διατήρηση των χαρακτηριστικών αυτοσυµπύκνωσης έως και για µια ώρα µετά την ανάµιξη (Πίνακας 4). Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι πλήρης κορεσµός του κλάσµατος των αδρανών πάνω από 4 mm είναι δύσκολος στην πράξη, µε αποτέλεσµα το µείγµα να αφυγραίνεται µε σχετικά ταχείς ρυθµούς µετά την ανάµιξη. Η επικάλυψη των αδρανών απεδείχθη ότι συντελεί στη στεγανοποίησή τους. Η θλιπτική αντοχή στις 7 και στις 28 ηµέρες ήταν ίση µε 20.5 MPa και 27.7 MPa, αντίστοιχα, επιβεβαιώνοντας το ότι για ΕΣ µε σκελετό αδρανών αποκλειστικώς από κίσσηρη, υπάρχει ένα άνω όριο αντοχής, το οποίο τίθεται από την ίδια την αντοχή των αδρανών και δεν δύναται να αυξηθεί µε τροποποίηση/αύξηση των τσιµεντοειδών υλικών στο µείγµα. Πίνακας 4. Αποτελέσµατα δοκιµών τελικού µείγµατος οκιµή t=0' t=30' t=60' Slump-flow [mm] 700 580 560 V-funnel [sec] 3 5 6 L-box [H 2 /H max ] 1.00 0.90 0.80 Στο Σχήµα 5 παρατίθενται, για λόγους σύγκρισης, οι ειδικές αντοχές των αυτοσυµπυκνούµενων ελαφροσκυροδεµάτων που αναφέρονται στη διεθνή βιβλιογραφία. Αξίζει να σηµειωθεί ότι σε όλες τις συνθέσεις (πλην εκείνης που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας) χρησιµοποιήθηκαν είτε τεχνητά ΕΑ, τα οποία παρουσιάζουν µεγαλύτερες µηχανικές αντοχές σε σύγκριση µε τα αδρανή κίσσηρης, είτε/και υψηλές περιεκτικότητες σε τσιµεντοειδή υλικά (π.χ. 650 kg/m 3 - Lo et al., 2007). Επίσης, πλην των Shi et al. (2005) και Hubertova et al. (2007), οι υπόλοιποι συγγραφείς αρκούνται στην αξιολόγηση της ρεοδυναµικότητας των µιγµάτων αποκλειστικά µέσω της δοκιµής Slump-Flow (η οποία παρέχει ένα µάλλον επισφαλές κριτήριο). Η ειδική αντοχή του ΑΣΚ εµφανίζεται κατά περίπου 20% µικρότερη από τον µέσο όρο των ειδικών αντοχών του Σχήµατος 5, ενώ είναι συγκρίσιµη µε εκείνη ενός κανονικής πυκνότητας σκυροδέµατος κατηγορίας αντοχής C30/37. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 10

Σχήµα 5. Σύγκριση ειδικής θλιπτικής αντοχής αυτοσυµπυκνούµενων ελαφροσκυροδεµάτων. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η εργασία αυτή αποτελεί µία σύντοµη εισαγωγή στην τεχνολογία αυτοσυµπυκνούµενου κισσηροδέµατος. Αν και τα χαρακτηριστικά αυτοσυµπύκνωσης και απαέρωσης του σκυροδέµατος εξαρτώνται από το ίδιον βάρος του υλικού, τόσο η (περιορισµένη σε έκταση) διεθνής έρευνα, όσο και η παρούσα, πιστοποιούν ότι µε επιλογή των κατάλληλων αναλογιών σύνθεσης είναι δυνατή η παραγωγή δοµικών αυτοσυµπυκνούµενων ελαφροσκυροδεµάτων, τα οποία δύνανται να αξιολογηθούν ρεολογικά µε τις συνήθεις δοκιµές ΑΣΣ. Το γεγονός αυτό αναδεικνύει την ικανότητα των ορθώς δοσολογούµενων τσιµεντοπολτών να διατηρούν την εναιώρηση των (κατάλληλης κοκκοµετρίας) αδρανών κατά τη ροή, ως τον κρισιµότερο παράγοντα αυτοσυµπύκνωσης. Σε συνδυασµό µε την κατάλληλη προδιαβροχή των αδρανών κίσσηρης, είναι δυνατό να παραχθούν ΑΣΚ µε ρεολογικά χαρακτηριστικά συγκρίσιµα αυτών των κανονικής πυκνότητας ΑΣΣ, δίχως να είναι απαιτούµενη η θέσπιση διαφορετικών ευρών αποδεκτών τιµών για τις δοκιµές νωπού ΑΣΚ. Επικάλυψη των αδρανών κίσσηρης µε µικρή ποσότητα τσιµεντοπολτού (αν και δυσχερής στην πράξη) ευνοεί τη διατήρηση των ρεολογικών χαρακτηριστικών στο χρόνο. Αντίθετα µε τις χώρες της Βόρειας Ευρώπης και Αµερικής, η χρήση δοµικών ΕΣ στην Ελλάδα είναι εξαιρετικά περιορισµένη. Ίσως, µε το όχηµα του ΑΣΣ, να βρούν το δρόµο για ένταξη στην κοινή κατασκευαστική πρακτική. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συγγραφείς θα ήθελαν να ευχαριστήσουν τις εταιρείες BASF ΕΛΛΑΣ Α.Β.Ε.Ε. και SIKA ΕΛΛΑΣ Α.Β.Ε.Ε. για την ευγενική χορηγία χηµικών προσµίκτων. Επίσης, θερµές ευχαριστείες δίνονται στους τελειόφοιτους φοιτητές του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών Σπυριδούλα Παπαγεωργοπούλου και Σπυρίδωνα Λιβάνη. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 11

ΑΝΑΦΟΡΕΣ ACI (1987), Guide for Structural Lightweight Concrete, ACI Committee 213, American Concrete Institute, Detroit, MI, 1987 Aridos Ligeros S. A. (1997), Dossier Técnico. Hormigón Ligero Estructural, Madrid 1997 Choi Y. W., Kim Y. J., Shin H. C. and Moon H. Y., An experimental research on the fluidity and mechanical properties of high-strength lightweight self-compacting concrete Cement and Concrete Research V.36 Sep. 2006 pp. 1596-1602 Hao S. X. and Gerwick B. C., Development of self-compacting lightweight concrete for RFP reinforced floating concrete structures Ben C. Gerwick, Inc 2001 Hubertova M. and Hela R. The effect of metakaolin and silica fume on the properties of lightweight self-consolidating concrete ACI Materials Journal 2007 Hwang C. L., Hung M. F., Durability design and performance of self-consolidating lightweight concrete Construction and Building Materials V. 19 Oct. 2005 pp. 619-626 Lo T.Y., Tang P.W.C, Cui H.Z. and Nadeem A, Comparison of workability and mechanical properties of self-compacting lightweight concrete and normal selfcompacting concrete Materials Research Innovations V.11 No.1, 2007, pp. 45-50 Maage M. and Smeplass S. (2000) Structural LWAC. Specification and Guideline for Materials and Production, 2 nd Int. Symposium on Structural Lightweight Aggregate Concrete, (eds. Helland S., Holand I. and Smeplass S.), Kristiansand, Norway, 18-22 June 2000, pp. 802-810 Mechtcherine V., Haist M., Hewener A. and Muller H. S., Self-compacting lightweight concrete-a new high-performance building material Proceedings of the 2 nd Int. Symposium on Self-Compacting Concrete (Kochi, Japan 2001) Newman, J. B. (1993), Properties of structural lightweight concrete, Structural Lightweight Concrete, Editor: John L. Clarke, Chapman & Hall, London 1993 Okamura H. and Ozawa K. Mix design for self-compacting concrete Concrete Library of Japan Society of Civil Engineers, No 25, June 1995 pp.107-120 Owens, P. L., Lightweight aggregates for structural concrete, in Structural Lightweight Concrete, Editor: John L. Clarke, Chapman & Hall, London 1993. pren 12350-8 / 9 / 10 Testing fresh concrete - Part 8: Self-compacting concrete - Slump-flow test / Part 9: Self-compacting concrete - V-funnel test / Part 10: Selfcompacting concrete - L box test Shi C. and Wu Y. Mixture proportioning and properties of self-consolidating lightweight concrete containing glass powder ACI Materials Journal V. 102 No. 5 Sep- Oct 2005, p.p. 355-363 Shi C., Wu Y. and Riefler C., Self-consolidating lightweight concrete. A field demonstration using insulating concrete forms Concrete International V.28 Feb 2006 Καφφετζάκης Μ. (2009), «Mελέτη µηχανικών και ρεολογικών ιδιοτήτων αυτοσυµπυκνούµενου κισσηροδέµατος», ιατριβή Μεταπτυχιακού ιπλώµατος Ειδίκευσης, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 12