ιαγνωστικός Έλεγχος Υλικών και Φθοράς Υλικά Επεµβάσεων Συντήρησης σε Κτίριο Αρχιτεκτονικής Κληρονοµιάς από Φέρουσα Λιθοδοµή και Οπλισµένο Σκυρόδεµα. Η Βιοµηχανία ΕΜΑΓΕ στην Κέα. Diagnostic Investigation of Materials and Decay Conservation Materials of an Architectural Heritage Building by Bearing Masonry and Reinforced Concrete. The EMAGE Industrial Complex in the island of Kea. Βαρβάρα ΜΠΟΥΓΙΟΥΡΗ 1, Μαρία ΒΛΑΧΟΠΟΥΛΟΥ 2, Αικατερίνη ΕΛΕΓΚΟΥ 3, Αστέριος ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗΣ-ΜΠΑΚΟΛΑΣ 4, Κωνσταντίνα Αργυροπούλου 5, Μαρία ΚΑΡΟΓΛΟΥ 6, Ιωάννης ΧΑΝ ΡΙΝΟΣ 7, Γεώργιος ΜΠΑΤΗΣ 8, Αντωνία ΜΟΡΟΠΟΥΛΟΥ 9. Λέξεις κλειδιά: ιαγνωστική µελέτη, δοµικά υλικά, οπλισµένο σκυρόδεµα, φέρουσα λιθοδοµή, συντήρηση, Κέα, ΕΜΑΓΕ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Σε αυτήν την εργασία παρουσιάζεται ο διαγνωστικός έλεγχος για το χαρακτηρισµό των υλικών και τη διάγνωση της φθοράς τους, µε στόχο τον 1 Χηµικός Μηχανικός, ΠΜΣ Προστασία Μνηµείων, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: veraboug@yahoo.gr 2 Χηµικός Μηχανικός, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: vl.maria@hotmail.com 3 Υποψήφιος ιδάκτορας, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: edelegou@central.ntua.gr 4 ιδάκτορας, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: abakolas @central.ntua.gr 5 Πολιτικός Μηχανικός, ΠΜΣ Προστασία Μνηµείων, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: konstantina.argyropoulou@yahoo.com 6 ιδάκτορας, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: margo @central.ntua.gr 7 Αναπληρωτής Καθηγητής, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: jhandr@chemeng.ntua.gr 8 Καθηγητής, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: batis@chemeng.ntua.gr 9 Καθηγήτρια, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: amoropul@central.ntua.gr 1

σχεδιασµό συµβατών υλικών και επεµβάσεων συντήρησης σε ιστορικό κτίριο από φέρουσα λιθοδοµή και οπλισµένο σκυρόδεµα. Το υπό εξέταση ιστορικό κτίριο είναι εκείνο του Ηλεκτροστασίου-Μηχανοστασίου του Βιοµηχανικού Συγκροτήµατος ΕΜΑΓΕ της Κέας. Έγινε διερεύνηση, εντοπισµός και καταγραφή των φθορών του εξεταζόµενου κτιρίου, καθώς και των περιβαλλοντικών παραγόντων που επιβαρύνουν την κατασκευή. Για τον χαρακτηρισµό και τη διάγνωση της φθοράς των δοµικών υλικών χρησιµοποιήθηκαν τόσο µη καταστρεπτικές τεχνικές επί τόπου, όσο και ενόργανες τεχνικές στο εργαστήριο, µετά από δειγµατοληψία. Βάσει των αποτελεσµάτων, έγιναν προτάσεις για τη συντήρηση του σιδηροπλισµού µε χρήση αναστολέων διάβρωσης και παράλληλη εφαρµογή συστήµατος κονιάµατος για τη συµπλήρωση και την επικάλυψη των επιφανειών του σκυροδέµατος, ή εφαρµογή καθοδικής προστασίας, ενώ για την αποκατάσταση της τοιχοποιίας, καθώς και την αποκατάσταση της συνοχής µεταξύ των υποστυλωµάτων και της λιθοδοµής, οι προτάσεις αφορούν στη χρήση ασβεστοποζολανικού κονιάµατος αρµολόγησης και ενέµατος µε βάση την υδράσβεστο και το µετακαολίνη. ABSTRACT : In this work, materials characterization and decay diagnosis, of the building elements of the EMAGE Industrial complex in the island of Kea, is presented. The main building elements of the construction are reinforced concrete and bearing masonry. The diagnostic tools that were applied for the characterization and diagnosis of the deterioration of the building materials were in situ non-destructive techniques, along with the application of analytical techniques in lab after sampling. Environmental impact assessment on the construction was investigated and recorded. Based on the results of the above mentioned techniques it is concluded that for the conservation of the reinforcement rebars, corrosion inhibitors should be used along with mortar application for filling and coating concrete surfaces or cathodic protection; whereas for the restoration of masonry and the restoration of cohesion between pilings and masonry, a joint mortar of lime-pozzolan and a grout of hydrated lime and metakaolin, are proposed. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ανάγκη της προστασίας και ανάδειξης των βιοµηχανικών µνηµείων της χώρας µας, ως µέρους της ευρύτερης πολιτιστικής µας κληρονοµιάς, αποδεικνύεται ιδιαίτερα µεγάλη καθώς διανύει µια καθ όλα κρίσιµη περίοδο. Έχοντας στερηθεί την αρχική τους λειτουργία, τα ιστορικά βιοµηχανικά κτίρια απειλούνται από την εγκατάλειψη και την απαξίωση. Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται όλο και πιο συχνά και µια άλλη κατηγορία απειλής: νέες, µη συµβατές χρήσεις τους και εκτεταµένες επεµβάσεις αλλαγής χρήσεων (TICCIH, 2000). Η σηµασία της προστασίας και ανάδειξης της βιοµηχανικής κληρονοµιάς είναι εποµένως κεφαλαιώδης. Η διάσωσή της πρέπει να ακολουθεί µία σωστή και ολοκληρωµένη µεθοδολογία. Η διαδικασία της αποκατάστασης βασίζεται στη σωστή πληροφορία για την κατάσταση του προς εξέταση αντικειµένου και τα χαρακτηριστικά των αυθεντικών δοµικών του υλικών. Η διαγνωστική µελέτη των υλικών µε σκοπό 2

την συντήρηση και αποκατάσταση γίνεται σήµερα µε τη βοήθεια µη καταστρεπτικών µεθόδων διάγνωσης επί τόπου, στο χώρο του µνηµείου, καθώς και µε ενόργανες τεχνικές στο εργαστήριο κατόπιν δειγµατοληψίας (Moropoulou et al., 2005). Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ο διαγνωστικός έλεγχος των δοµικών υλικών και της φθοράς του κτιρίου ηλεκτροστασίου-µηχανοστασίου (Κ5) του πρότυπου Βιοµηχανικού Εργοστασίου «ΕΜΑΓΕ» στην Κέα, µε σκοπό την πρόταση συµβατών υλικών συντήρησης και αποκατάστασης. Παρουσίαση Κτιρίου ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΤΙΡΙΟΥ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Το εργοστάσιο «Ανώνυµος Βιοµηχανική Εταιρεία ΕΜΑΓΕ» στην Κέα ιδρύθηκε µε σκοπό την κατασκευή ειδών οικιακής ή άλλης χρήσης «εκ παντός µετάλλου εστιλβωµένου ή µη, εσµαλτωµένου ή µη». Η κατασκευή του εργοστασίου άρχισε το 1926 και ολοκληρώθηκε το 1929, οπότε και εγκαινιάστηκε από τον πρωθυπουργό της χώρας Ελ. Βενιζέλο. Το εργοστάσιο έκλεισε οριστικά το 1957. Πρόκειται για ένα βιοµηχανικό συγκρότηµα (9) κτιρίων µε συνολική κάλυψη 6.022,13 τ.µ. Φέρει αξιόλογα στοιχεία βιοµηχανικής αρχιτεκτονικής και έχει χαρακτηρισθεί ως µνηµείο βιοµηχανικού πολιτισµού από το Υπουργείο Πολιτισµού (ΦΕΚ 91/β/13-2-1990), (Μπουγιούρη, 2008). Το εξεταζόµενο κτίριο αποτελούσε το ηλεκτροστάσιο-µηχανοστάσιο, δεδοµένου ότι το εργοστάσιο λειτουργούσε µε δικό του ηλεκτρικό ρεύµα µέχρι το 1952 που ηλεκτροδοτήθηκε το νησί. Πρόκειται για ένα από τα πιο επιµεληµένα αρχιτεκτονικά κτίρια του βιοµηχανικού συγκροτήµατος και είναι ένα ισόγειο, σχεδόν τετράγωνο κτίριο συνολικού εµβαδού 206,05τ.µ., το οποίο βρίσκεται στην νοτιοδυτική γωνία του οικοπέδου. Ο φέροντας οργανισµός αποτελείται από οπλισµένο σκυρόδεµα και αργολιθοδοµή. (α) (β) (γ) Σχήµα 1. Κτίριο Κ5 (α) Βόρεια εσωτερική όψη: κεντρική όψη, επί της οποίας βρίσκεται η είσοδος του κτιρίου, (β) Βόρεια εξωτερική όψη, (γ) Υποστύλωµα νότιας όψης. Μακροσκοπικά (Σχήµα 1), παρατηρήθηκε αποδιοργάνωση της υφιστάµενης τοιχοποιίας, τόσο στις εξωτερικές όσο και στις εσωτερικές όψεις του κτιρίου, µε 3

απώλεια του επιχρίσµατος, καθώς και σηµαντικής απώλειας του κονιάµατος αρµολόγησης σε ζώνη ύψους περίπου 1m από το έδαφος. Αιτία των παραπάνω ήταν η έντονη παρουσία ανερχόµενης υγρασίας, λόγω της εγγύτητας κοίτης χειµάρρου στην ανατολική όψη του κτιρίου, η κακή απορροή όµβριων υδάτων και η αλατονέφωση λόγω του γειτνιάζοντος θαλάσσιου περιβάλλοντος που απέχει από το συγκρότηµα περίπου 300m, (Βλαχοπούλου, 2008). Το δε, οπλισµένο σκυρόδεµα εµφανίζει περιοχές όπου λόγω της διάβρωσης οξείδωσης των οπλισµών έχει αποκολληθεί µερικώς ή ολικώς η επικάλυψη και έχει αποκαλυφθεί ο υφιστάµενος οπλισµός. Αυτό συµβαίνει λόγω της ενανθράκωσης και της διείσδυσης χλωριόντων στο σκυρόδεµα (που προέρχονται από το θαλάσσιο περιβάλλον, το έδαφος, ή από πρόσθετα), που αναπόφευκτα οδηγεί στην οξείδωση και συνεπώς στη διόγκωση των οπλισµών, µε συνέπεια την δηµιουργία ισχυρών µηχανικών τάσεων που προκαλούν ρήξη στο υλικό όταν υπερβούν την αντοχή του. Παράλληλα, σε διάφορα σηµεία, σε όλη την περίµετρο του κτιρίου, είναι εµφανής η ύπαρξη ρωγµών, οι οποίες παρατηρούνται στις γωνίες του, στο σκυρόδεµα (κυρίως όπου είναι έντονη η διάβρωση των οπλισµών), στα υπέρθυρα, καθώς και στη διεπιφάνεια µεταξύ λιθοδοµής και υποστυλωµάτων οπλισµένου σκυροδέµατος. Επιπλέον, εκτός του σιδηροπλισµού, έντονη διάβρωση παρουσιάζεται και στα υπόλοιπα µεταλλικά στοιχεία του κτιρίου, όπως είναι τα µεταλλικά στοιχεία τύπου Ι που στηρίζουν τα ανώφλια, καθώς και τα µεταλλικά δοκάρια που βρίσκονται στο εσωτερικό του κτιρίου, (Αργυροπούλου, 2008). Στην συγκεκριµένη εργασία έλαβε χώρα ο µη καταστρεπτικός έλεγχος του κτιρίου µε τις παρακάτω µη καταστρεπτικές τεχνικές: (α) Μικροσκοπία Οπτικών Ινών (Pico Scopeman, της Moritex), για την εξέταση των µορφολογικών χαρακτηριστικών των επιφανειών, όπως η υφή και οι διάφοροι τύποι φθοράς (εξανθήσεις, κρούστες κλπ). (β) Θερµογραφία Υπερύθρου (Avio Tvs 2000 Mk II LW), για την ανίχνευση των διακυµάνσεων της θερµοκρασίας της τοιχοποιίας, οι οποίες οφείλονται κυρίως στην επίδραση της υγρασίας και στις διαφορετικές φυσικοχηµικές ιδιότητες των υλικών. (γ) Υπερηχοσκόπηση (PUNDIT 6), για τον προσδιορισµό της κατάστασης του εξεταζόµενου υλικού µέσω της καταγραφής της ταχύτητας διάδοσης των υπερήχων, η οποία αποτιµά τα µηχανικά χαρακτηριστικά τους και την κατάσταση διατήρησής τους. (δ) Μέτρηση του υναµικού ιάβρωσης των Οπλισµών, µε ηλεκτρόδιο αναφοράς χαλκού / θειικού χαλκού (Cu/CuSO 4 ) και βολτόµετρο αντιστάθµισης, σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM C 876-87. Παράλληλά, χρησιµοποιήθηκαν οι κάτωθι ενόργανες τεχνικές κατόπιν δειγµατοληψίας, που αφορούσε στα δοµικά υλικά του κτιρίου, δηλαδή κονιάµατα, σκυρόδεµα και λίθοι: (α) Περίθλαση Ακτίνων Χ (D-5000 της Siemens), για τις πληροφορίες που παρέχει όσον αφορά στα κρυσταλλικά συστατικά των υλικών. (β) Θερµική Ανάλυση (409 EP της Netzch, ταυτόχρονη διαφορική θερµική ανάλυση και θερµοβαρυµετρία), για την ποιοτική αλλά και ποσοτική µελέτη της χηµικής σύστασης των υλικών. (γ) Ποροσιµετρία Υδραργύρου (Porosimeter 2000 series και το Macropores Unit 120 της Fisons Instruments), για τις πληροφορίες που παρέχει σχετικά µε τη µικροδοµή του εξεταζόµενου υλικού. (δ) προσδιορισµός της επί της εκατό περιεκτικότητας του κάθε δείγµατος σε ολικά διαλυτά άλατα µε αγωγιµοµετρία στα υδατικά τους διαλύµατα, βάσει του Ιταλικού προτύπου UNI 11087. (δ) Κλασσικές Χηµικές 4

Μέθοδοι για την ποιοτική ανίχνευση χλωριόντων και θειικών ανιόντων. (ε) Έλεγχος ενανθράκωσης, ειδικά για τα δείγµατα από σκυρόδεµα, µε τη βοήθεια του δείκτη της φαινολοφθαλεΐνης. (στ) Μέτρηση των συνολικών χλωριόντων στη µάζα του σκυροδέµατος, σύµφωνα µε τα πρότυπα BRE Information Sheets IS- 12/77 και IS-13/77, BS 1881, Part 124. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΖΗΤΗΣΗ Κατά την εφαρµογή της µικροσκοπίας οπτικών ινών και σε ότι αφορά τα κονιάµατα αρµολόγησης διαπιστώθηκε η παρουσία χονδρόκοκκων και λεπτόκοκκων αδρανών κυρίως σκούρου χρώµατος. Η κονία ήταν µπεζ χρωµατισµού, εύθρυπτη και παρουσίαζε αργιλώδη υφή παραπέµποντας στα πηλοκονιάµατα, ενώ ήταν εµφανής η διάσπαρτη παρουσία λευκών συσσωµατωµάτων διαφόρων µεγεθών πιθανόν ασβεστιτικής σύστασης, Σχήµα 2(α). Στα εξεταζόµενα δείγµατα κονιαµάτων νεότερων επεµβάσεων που χρησιµοποιήθηκαν ως συµπλήρωµα, η συνδετική ύλη ήταν υπόλευκου χρώµατος και εµφανίστηκε αρκετά συνεκτική, ενώ τα αδρανή ήταν κυρίως ανοικτόχρωµα, Σχήµα 2(β). Και στους δύο τύπους κονιαµάτων, παρατηρήθηκαν κρατήρες και οπές µικρών διαµέτρων, καθώς και απώλεια υλικού και µικρορηγµατώσεις περιµετρικά των αδρανών. Σε ότι αφορά τα δείγµατα σκυροδέµατος, διαπιστώθηκε η παρουσία αδρανών διαφορετικών χρωµατισµών και κοκκοµετρίας που εµφάνιζαν καλή πρόσφυση µε τη γκρίζου χρώµατος συνδετική ύλη (τσιµέντο). Το µέρος της εσωτερικής επιφάνειας των δειγµάτων σκυροδέµατος που βρισκόταν σε επαφή µε το διαβρωµένο (οξειδωµένο) σιδηροπλισµό έφερε σκωρία. Η εσωτερική επιφάνεια των δειγµάτων εµφάνιζε επίσης κατά τόπους οπές και µικροοπές. Σχήµα 2(γ). Σε ότι αφορά τέλος τους λίθους, αυτοί εµφάνιζαν κυρίως γκριζόλευκο χρώµα (µε πράσινες κατά τόπους αποχρώσεις) και φυλλώδη δοµή, Σχήµα 2(δ), (Βλαχοπούλου, 2008). (α) (β) (γ) (δ) Σχήµα 2. Μικροσκόπιο Οπτικών Ινών: (α) Κονίαµα, x50, µπεζ κονία - αδρανή διαφόρων µεγεθών - λευκά συσσωµατώµατα - οπές, (β) Κονίαµα, x25, κονία υπόλευκου χρώµατος, (γ) Σκυρόδεµα, x50, αδρανή διαφορετικού µεγέθους και χρώµατος - οπές, (δ) Λίθος, x50, φυλλώδης δοµή - γκριζόλευκου-πράσινου χρώµατος. Ο έλεγχος της ενανθράκωσης του σκυροδέµατος πραγµατοποιήθηκε µε χρήση του δείκτη της φαινολοφθαλεΐνης. Τα δείγµατα βρέθηκαν ενανθρακωµένα στο µεγαλύτερο µέρος τους. Το βάθος ενανθράκωσης εκτιµάται στα 1.5-2 cm από την 5

εξωτερική επιφάνεια, ενώ είναι εµφανής ο υγιής κεντρικός πυρήνας των δειγµάτων, ο οποίος εµφανίζει χαρακτηριστικό ιώδες χρώµα. Σχήµα 3, (Βλαχοπούλου, 2008). (α) (β) (γ) Σχήµα 3. Φωτογραφίες έπειτα από χρήση του δείκτη φαινολοφθαλεΐνης. Εµφανής ο υγιής κεντρικός πυρήνας των δειγµάτων σκυροδέµατος. Για την αποτίµηση του µέτρου ελαστικότητας και την εκτίµηση της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέµατος, χρησιµοποιήθηκε επί τόπου η έµµεση µέθοδος µέτρησης της ταχύτητας των υπερήχων. Οι µετρήσεις έγιναν σε υποστυλώµατα οπλισµένου σκυροδέµατος που βρίσκονταν εσωτερικά και εξωτερικά του κτιρίου. Ο µέσος όρος των τιµών της ταχύτητας µετάδοσης των υπερήχων που πραγµατοποιήθηκαν επί τόπου ήταν: 1.52 km/sec. Προκειµένου να προσδιοριστεί ο συντελεστής συσχέτισης µεταξύ της άµεσης και έµµεσης µεθόδου, διενεργήθηκαν µετρήσεις στο εργαστήριο, πάνω σε δοκίµιο σκυροδέµατος Portland, C20/25, σχήµατος κύβου µε διαστάσεις 15 x 15 x 15cm. Ο ζητούµενος συντελεστής συσχέτισης υπολογίστηκε ότι ισούται µε 2.5. Εποµένως, ο µέσος όρος των µετρήσεων έπειτα από την διόρθωση µε τον συντελεστή συσχέτισης υπολογίστηκε στα 3.8km/sec. Από καµπύλες που έχουν προταθεί στην διεθνή βιβλιογραφία (Α. Neville 1975 & Taywood Eng. Ltd 1986) και οι οποίες συσχετίζουν την ταχύτητα των υπερήχων µε τη µέση θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος, υπολογίστηκε η µέση θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος περίπου ίση µε f c = 17.5 MPa. Αντίστοιχα µε τη βοήθεια καµπυλών συσχέτισης της ταχύτητας υπερήχων µε το δυναµικό και το στατικό µέτρο ελαστικότητας (Α. Neville 1975 & Taywood Eng. Ltd 1986) ελήφθησαν οι παρακάτω τιµές: Στατικό Μέτρο Ελαστικότητας = 15.6 kn/mm 2 =15 GPa και υναµικό Μέτρο Ελαστικότητας = 26.3 kn/mm 2 =26 GPa, (Αργυροπούλου, 2008). Παράλληλα, κατά τη λήψη θερµογραφήµατος τµήµατος της βόρειας όψης του κτιρίου παρατηρήθηκαν στην κάτω ζώνη του θερµογραφήµατος στην περιοχή της τοιχοποιίας, χαµηλές θερµοκρασίες µε εύρος θερµοκρασιακών διαφορών στους 3 ο C, λόγω της παρουσίας ανερχόµενης υγρασίας, καθώς και λόγω καταστροφής και αποκόλλησης των επιχρισµάτων και απόσπαση τµηµάτων των κονιαµάτων αρµολόγησης. Επίσης, στην κάτω ζώνη του θερµογραφήµατος, στην περιοχή του υποστυλώµατος παρατηρείται µικρότερο θερµοκρασιακό εύρος της τάξης του 1 ο C, το οποίο αποδίδεται κυρίως στην αποκάλυψη του διαβρωµένου οπλισµού µετά την απόσπαση τµήµατος του κονιάµατος σκυροδέµατος, λόγω του έντονου φαινοµένου της ανερχόµενης υγρασίας. Στην ανώτερη ζώνη του 6

θερµογραφήµατος, όπου το επίχρισµα παραµένει, παρατηρήθηκε εύρος θερµοκρασιακών διαφορών έως 2 ο C, λόγω της ύπαρξης ρωγµών, κυρίως στα σηµεία ένωσης της λιθοδοµής µε το υποστύλωµα, προϊόντων βιοδιάβρωσης στις επιχρισµένες επιφάνειες, καθώς και την κατά τόπους αποκόλληση µικρών τµηµάτων επιχρίσµατος, (Αργυροπούλου, 2008 & Moropoulou et al, 2005), Σχήµα 4. Σχήµα 4. Φωτογραφία περιοχής ελέγχου και θερµογράφηµα βόρειας όψης κτιρίου. Κατά την εφαρµογή της περίθλασης ακτίνων Χ, διαπιστώθηκε πως η κύρια ορυκτολογική φάση των κονιαµάτων ήταν ο χαλαζίας, ενώ οι δευτερεύουσες ορυκτολογικές φάσεις που ανιχνεύθηκαν στα δείγµατα ήταν ο µοσχοβίτης, ο αλβίτης, ο ασβεστίτης, ο χλωρίτης, ο ανορθίτης και ο αλίτης. Ο ανορθίτης και ο αλίτης (κρυσταλλικό χλωριούχο νάτριο δηλ. προϊόν διάβρωσης) ανήκουν στις δευτερεύουσες ορυκτολογικές φάσεις δείγµατος υπόλευκου κονιάµατος νεότερων επεµβάσεων που χρησιµοποιήθηκε ως συµπλήρωµα. Ο µοσχοβίτης, ο αλβίτης, ο χλωρίτης και ο ανορθίτης είναι φυλλοπυριτικά ορυκτά, ενώ ο αλβίτης και ο ανορθίτης εντάσσονται στους αστρίους (πλαγιόκλαστα). Ο ασβεστίτης είναι το δεύτερο πιο άφθονο συστατικό στα κονιάµατα νεότερων επεµβάσεων, γεγονός που εξηγεί τον υπόλευκο χρωµατισµό τους. Στα δείγµατα σκυροδέµατος, η κύρια ορυκτολογική φάση ήταν αυτή του χαλαζία, ενώ οι δευτερεύουσες ήταν αυτές του ασβεστίτη, του µοσχοβίτη, του αλβίτη και του χλωρίτη. Είναι προφανές ότι οι ορυκτολογικές φάσεις που βρέθηκαν αποδίδονται κυρίως στα αδρανή του σκυροδέµατος, εκτός από τον ασβεστίτη που προέρχεται και από την ενανθράκωση του. Τέλος, οι λίθοι είχαν ως κύρια ορυκτολογική φάση το χαλαζία και ως δευτερεύουσες τον χλωρίτη, τον µοσχοβίτη, τον αλβίτη και τον ανορθίτη, (Moropoulou et al, 1995 & Sabbioni et al, 2001). Όλα τα δείγµατα (σκυροδέµατα, κονιάµατα, λίθοι), έχουν παρόµοια ορυκτολογική σύσταση, γεγονός που υποδεικνύει την κοινή προέλευση των χρησιµοποιούµενων πρώτων υλών, όσον αφορά στους λίθους και στα αδρανή των κονιαµάτων και του σκυροδέµατος. Σύµφωνα µε τη µέθοδο της διαφορικής θερµικής ανάλυσης και θερµοβαρυµετρίας, το θερµοκρασιακό διάστηµα µεταξύ 25-120 o C αντιστοιχεί στο φυσικά προσροφηµένο νερό των συστατικών του δείγµατος, ενώ αυτό των 120-200 o C αντιστοιχεί στα κρυσταλλικά νερά ενυδατωµένων αλάτων ή 7

διαστρωµάτωσης αργίλων που περιέχονται στο δείγµα. Οι απώλειες βάρους στο διάστηµα των 200-600 o C που προέρχονται από ενδόθερµες κορυφές αποδίδονται στο χηµικά δεσµευµένο νερό που µπορεί να προέρχεται από τις υδραυλικές ενώσεις του ένυδρου αργιλοπυριτικού ασβεστίου, από ένυδρες ορυκτές φάσεις των αδρανών, από τον πορτλαντίτη και το βρουσίτη. Κοντά στους 570 o C εµφανίζεται, χωρίς απώλεια µάζας, η ενδόθερµη κορυφή του χαλαζία (αλλαγή φάσης από α-χαλαζία σε β-χαλαζία). Τέλος, οι απώλειες βάρους στο θερµοκρασιακό διάστηµα 600-1000 o C, αντιστοιχούν στη διάσπαση των ανθρακικών ενώσεων του µίγµατος, (Mackenzie, 1970 & Bakolas et al, 1998). Βάσει των παραπάνω και λαµβάνοντας υπόψη τα διαγράµµατα των θερµικών, (βλ. Πίνακα 1), συµπεραίνουµε ότι τα κονιάµατα εµφάνιζαν φυσικά προσροφηµένο νερό, περιορισµένες ποσότητες κρυσταλλικών νερών και χηµικά δεσµευµένο νερό από τις ένυδρες ορυκτές αργιλοπυριτικές φάσεις των αδρανών. Επίσης, είναι εµφανής η ύπαρξη ασβεστίτη και χαλαζία. Όλα τα δείγµατα σκυροδέµατος εµφανίζουν φυσικά δεσµευµένο νερό, κρυσταλλικά νερά και χηµικά δεσµευµένο νερό από τις ένυδρες ορυκτές αργιλοπυριτικές φάσεις. εν εµφανίζεται γύψος, ούτε οι υδραυλικές ενώσεις του τσιµέντου. Όλα τα δείγµατα σκυροδέµατος περιέχουν χαλαζία και ασβεστίτη. Ο τελευταίος προέρχεται τόσο από τα αδρανή, όσο και από την ενανθράκωση του σκυροδέµατος. Οι λίθοι εµφανίζουν πολύ µικρά ποσοστά φυσικά δεσµευµένου νερού, κρυσταλλικών νερών, χηµικά δεσµευµένου νερού λόγω των ένυδρων ορυκτών αργιλοπυριτικών φάσεων, ασβεστίτη, ενώ στους 570 o C εµφανίζεται η ενδόθερµη κορυφή του χαλαζία, (Βλαχοπούλου, 2008). Πίνακας 1. Αντιπροσωπευτικά Αποτελέσµατα Θερµικών Αναλύσεων. Είδος είγµατος Επί τις εκατό απώλεια µάζας ανά θερµοκρασιακό διάστηµα (C o ) <120 o C (120-200) o C (200-600) o C >600 o C Κονίαµα-µπεζ 1.10 0.37 3.19 7.19 Κονίαµα-λευκό 0.44 0.33 2.50 9.49 Σκυρόδεµα 1.14 0.78 3.90 8.29 Λίθος 0.25 0.07 1.36 0.44 Κατά την εφαρµογή της ποροσιµετρίας, (βλ. Πίνακα 2), τα κονιάµατα εµφάνιζαν µεγάλο ολικό ειδικό όγκο, σχετικά χαµηλή φαινόµενη πυκνότητα και υψηλό ολικό ανοιχτό πορώδες. Είναι δηλαδή αρκετά πορώδη. Η µέση ακτίνα πόρων είναι µεγαλύτερη του 1µm, γεγονός που συνδέεται µε την ύπαρξη χαµηλής µηχανικής αντοχής. Τα δείγµατα σκυροδέµατος που µελετήθηκαν εµφάνιζαν χαµηλές τιµές ειδικής επιφάνειας, ενώ οι τιµές της φαινόµενης πυκνότητας, του ολικού ανοιχτού πορώδους και του ολικού ειδικού όγκου ήταν αντιπροσωπευτικές τσιµεντιτικού υλικού (Moropoulou et al, 2005). Παρόλο που οι τιµές της µέσης ακτίνας πόρων ήταν χαµηλές, στα διαγράµµατα ογκοµετρικής κατανοµής των πόρων ως προς τις ακτίνες παρατηρήθηκε µετατόπιση των κατανοµών προς µεγαλύτερες ακτίνες πόρων, στοιχείο που υποδεικνύει την φθορά του σκυροδέµατος, όπως αυτή προκύπτει κυρίως από την ενανθράκωση, αλλά και από 8

την κρυστάλλωση των αλάτων. Τέλος, οι λίθοι εµφανίζονται πολύ συµπαγείς, παρουσιάζοντας χαµηλές τιµές ολικού πορώδους, ολικού ειδικού όγκου, ειδικής επιφάνειας και µέσης ακτίνας πόρων, (Βλαχοπούλου, 2008). Είδος δείγµατος Πίνακας 2. Αντιπροσωπευτικά Αποτελέσµατα Ποροσιµετρίας. Ολικός ειδικός όγκος (mm 3 /g) Φαινόµενη πυκνότητα (g/cm 3 ) Ολικό ανοιχτό πορώδες (%) Μέση ακτίνα πόρων (µm) Ειδική επιφάνεια (m 2 /g) Κονίαµα-µπεζ 258 1.6 41.28 3.25 2.5 Κονίαµαλευκό 306 1.45 44.38 3.48 6.44 Σκυρόδεµα 42.12 2.31 9.72 0.80 2 Λίθος 6.57 2.67 1.75 0.43 0.15 Πίνακας 3. Αποτελέσµατα Ολικών ιαλυτών Αλάτων & υναµικού ιάβρωσης Είδος δείγµατος Ολικά ιαλυτά Άλατα (%) Παρουσία Cl - (kg/m 3 ) υναµικό Cl - ιάβρωσης (mv) Κονίαµα 1 3,40 Μικρή - - Κονίαµα 2-λευκό 9,57 Μεγάλη - - Κονίαµα 3- λευκό 2,57 Μικρή - - Κονίαµα 4 3,06 Μικρή - - Κονίαµα 5 2,63 Πολύ µικρή - - Σκυρόδεµα 1 7,48 Μεγάλη 47-501 Σκυρόδεµα 2 4,96 Μέτρια 31-413 Σκυρόδεµα 3 4,28 Μέτρια 27-390 Σκυρόδεµα 4 6,79 Μεγάλη 43-499 Λίθος 1 0,40 - - - Λίθος 2 1,88 Πολύ µικρή - - Λίθος 3 0,52 - - - Λίθος 4 0,48 - - - Τα αποτελέσµατα του προσδιορισµού της επί της εκατό περιεκτικότητας του κάθε δείγµατος σε ολικά διαλυτά άλατα µε χρήση αγωγιµοµετρίας στα υδατικά τους διαλύµατα, βάσει του Ιταλικού προτύπου UNI 11087, παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Τα αποτελέσµατα υποδεικνύουν ότι οι λίθοι παρουσίασαν πολύ χαµηλές περιεκτικότητες σε ολικά διαλυτά άλατα, ενώ τα κονιάµατα (ιστορικά και νεώτερων επεµβάσεων) παρουσίασαν µικρή προς µέτρια περιεκτικότητα σε ολικά διαλυτά άλατα, εκτός από ένα δείγµα λευκού κονιάµατος νεότερων επεµβάσεων που εµφάνισε µεγάλη περιεκτικότητα ολικών διαλυτών αλάτων και µεγάλη παρουσία χλωριόντων κατά την ποιοτική τους ανίχνευση (αποτέλεσµα που συµφωνεί µε την ανάλυση Περίθλασης Ακτίνων Χ στο συγκεκριµένο δείγµα, 9

όπου διαπιστώθηκε η παρουσία αλίτη, δηλ. κρυσταλλικού χλωριούχου νατρίου), (Μπουγιούρη, 2008). Κατά τους ελέγχους της ποιοτικής ανίχνευσης χλωριόντων και θειικών, δεν διαπιστώθηκε η ύπαρξη θειικών σε κανένα από τα δείγµατα που εξετάσθηκαν, ενώ αντιθέτως ανιχνεύτηκε η παρουσία χλωριόντων σε όλα τα δείγµατα των κονιαµάτων και σε ένα µόνο δείγµα λίθου (β.λ. Πίνακας 3). Στα σκυροδέµατα η περιεκτικότητα σε ολικά διαλυτά άλατα παρουσίασε µεγάλες τιµές (>3%) και η παρουσία των χλωριόντων ήταν από µέτρια ως µεγάλη. Παράλληλα, κατά τη µέτρηση των συνολικών χλωριόντων στη µάζα των δειγµάτων από σκυρόδεµα, που έγινε σύµφωνα µε τα πρότυπα BRE Information Sheets IS-12/77 και IS-13/77, BS 1881, Part 124, διαπιστώθηκε ότι οι περιεκτικότητες σε χλωριόντα ήταν άνω των 10 kg/m 3, γεγονός το οποίο θεωρείται επικίνδυνο για τη διάβρωση του οπλισµού. Επίσης, οι τιµές του δυναµικού διάβρωσης των οπλισµών που έγιναν µε ηλεκτρόδιο αναφοράς χαλκού/θειικού χαλκού (Cu/CuSO 4 ) και βολτόµετρο αντιστάθµισης, σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM C 876-87, στις περιοχές απόσπασης των δειγµάτων σκυροδέµατος, ήταν µικρότερες των -350mV, αποδεικνύοντας ότι ο σιδηροπλισµός βρίσκεται σε ενεργή κατάσταση διάβρωσης, (Μπουγιούρη, 2008). Χαρακτηρισµός δοµικών υλικών ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα των χρησιµοποιηθέντων τεχνικών, τα σκυροδέµατα βρέθηκαν ενανθρακωµένα στο µεγαλύτερο µέρος τους, µε εξαίρεση τον κεντρικό τους πυρήνα, ενώ η σύσταση των αδρανών τους ήταν κατά κύριο λόγο χαλαζιακή και δευτερευόντως αργιλοπυριτική. Εµφάνιζαν υψηλή περιεκτικότητα σε ολικά διαλυτά άλατα (>4%) και υψηλές συγκεντρώσεις χλωριόντων (>10 kg/m 3 ). Τέλος, η ταχύτητα των υπερήχων που µετρήθηκε επί τόπου σε κολώνες του κτιρίου, έδωσε την τιµή: 3.8km/sec, η οποία αντιστοιχεί σε µία µέση θλιπτική αντοχή 17.5MPa, σε ένα στατικό µέτρο ελαστικότητας 15GPa και σε ένα δυναµικό µέτρο ελαστικότητας 26GPa. Ο σιδηροπλισµός βρίσκεται σε ενεργή κατάσταση διάβρωσης, µε τιµές του δυναµικού διάβρωσης µικρότερες των -350mV, αφού το σκυρόδεµα έπαψε να τον προστατεύει επιτελεστικά, τόσο λόγω της ενανθράκωσης και της µείωσης της αλκαλικότητάς του, όσο και λόγω των υψηλών τιµών των χλωριόντων (>10kg/m 3 ), που προέρχονται από το θαλάσσιο περιβάλλον µέσω της αλατονέφωσης, καθώς και από την τριχοειδή αναρρίχηση του νερού από το έδαφος. ιαπιστώθηκε ότι το χρησιµοποιούµενο κονίαµα αρµολόγησης είναι ασβεστοπηλοκονίαµα µε διάσπαρτα λευκά ασβεστιτικά συσσωµατώµατα στη µάζα του, καθώς και ότι το κονίαµα νεότερων επεµβάσεων που χρησιµοποιήθηκε ως συµπλήρωµα, είναι ασβεστοκονίαµα µε αδρανή χαλαζιακής και αργιλοπυριτικής σύστασης. Και οι δύο τύποι κονιαµάτων παρουσιάζουν µέτρια περιεκτικότητα σε ολικά διαλυτά άλατα, τα οποία προκύπτουν από την παρουσία χλωριόντων. 10

Οι λίθοι είναι γκριζόλευκου χρώµατος σχιστόλιθοι µε εµφανή τη διαστρωµάτωση των φυλλωδών δοµών τους. Η ορυκτολογική τους σύσταση είναι κυρίως χαλαζιακή και δευτερευόντως αργιλοπυριτκή. Είναι αρκετά συµπαγείς λίθοι και εµφανίζουν αµελητέα περιεκτικότητα σε διαλυτά άλατα. Όλα τα δείγµατα (σκυροδέµατα, κονιάµατα, λίθοι), έχουν παρόµοια ορυκτολογική σύσταση. Παρατηρείται δηλαδή ότι τα αδρανή που περιέχονται στα κονιάµατα και τα σκυροδέµατα έχουν την ίδια σύσταση µε τους λίθους, γεγονός που αποδίδεται στην κοινή προέλευση των χρησιµοποιούµενων πρώτων υλών, οι οποίες θα πρέπει να ήταν ντόπιας προέλευσης. Προτάσεις επεµβάσεων συντήρησης - αποκατάστασης Απαραίτητες επεµβάσεις για την αποκατάσταση της συνέχειας της λιθοδοµής του κτιρίου, καθώς και για την αποκατάσταση της συνοχής µεταξύ των υποστυλωµάτων οπλισµένου σκυροδέµατος και της λιθοδοµής, έτσι ώστε να ενισχυθεί η κατασκευή, είναι η εφαρµογή συµβατών κονιαµάτων αρµολόγησης και ενεµάτων, λαµβάνοντας όµως υπόψη τόσο τα φυσικοχηµικά και φυσικοµηχανικά χαρακτηριστικά των ιστορικών υλικών, όσο και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως το θαλάσσιο περιβάλλον και η γειτνιάζουσα κοίτη χειµάρρου. Συνεπώς, προτείνεται η χρήση ασβεστοποζολανικού κονιάµατος αρµολόγησης µε πυριτικά αδρανή κοκκοµετρίας έως 4mm και χρήση τεχνητής ποζολάνας υπέρλεπτης κοκκοµετρίας (<63µm). Η προτεινόµενη σύστασή του κονιάµατος είναι: 27.5% κ.β. υδράσβεστος, 2.5% κ.β. µετακαολίνης (τεχνητή ποζολάνα) και 70% κ.β. άµµος, κοκκοµετρίας έως 4mm, και παρουσιάζει τα παρακάτω µηχανικά χαρακτηριστικά: θλιπτική αντοχή: fmc = 4 5 MPa, εφελκυστική αντοχή λόγω κάµψης: 2 2.5 MPa, µέτρο ελαστικότητας: Ε = 300 350 MPa και δυναµικό µέτρο ελαστικότητας: Εδυν. = 6500 MPa. Παράλληλα, το προτεινόµενο ένεµα είναι ασβεστοποζολανικό µε βάση την υδράσβεστο και τον µετακαολίνη, υπέρλεπτης κοκκοµετρίας (<12µm) και υψηλής ρευστότητας, χωρίς τσιµέντο, ώστε να µην σχηµατίζει εξανθήσεις. Τα προτεινόµενα µηχανικά χαρακτηριστικά τού είναι: αντοχή σε θλίψη: >10 MPa (κονίαµα τύπου Μ10) και µέτρο ελαστικότητας: 6.000 ± 1000 ΜPa. Παράλληλα, µπορεί να λάβει χώρα η συντήρηση του σιδηροπλισµού µε χρήση αναστολέων διάβρωσης και παράλληλη εφαρµογή συστήµατος κονιάµατος για τη συµπλήρωση και την επικάλυψη των επιφανειών του σκυροδέµατος, στα τµήµατα των υποστυλωµάτων, όπου η συγκέντρωση των χλωριόντων στο σκυρόδεµα είναι 30-35kg/m 3. Στις περιπτώσεις όπου η συγκέντρωση των χλωριόντων στο σκυρόδεµα είναι µεγαλύτερη, πρέπει πρώτα να λάβει χώρα αφαίρεση χλωριόντων ηλεκτροχηµικά και στη συνέχεια να εφαρµοστούν αναστολείς διάβρωσης. Όµως εξαιτίας του θαλάσσιου περιβάλλοντος (συνεχής τροφοδότηση της κατασκευής µε χλωριόντα µέσω αλατονέφωσης) και της γειτνιάζουσας κοίτης χειµάρρου (έντονα φαινόµενα αναρριχόµενης υγρασίας), η εφαρµογή της καθοδικής προστασίας συνιστάται ως η βέλτιστη διαχρονικά λύση για την προστασία του οπλισµού, παρόλο το υψηλό κόστος της. 11

ΑΝΑΦΟΡΕΣ Αργυροπούλου Κ. «Ανάλυση και πρόταση επεµβάσεων αποκατάστασης παραδοσιακών κτιρίων από φέρουσα λιθοδοµή και οπλισµένο σκυρόδεµα. Η περίπτωση του ιστορικού κτιρίου του Ηλεκτροστασίου Μηχανοστασίου του βιοµηχανικού συγκροτήµατος «ΕΜΑΓΕ» στην Κέα», Μεταπτυχιακή Εργασία (υπό την επίβλεψη της Καθ. Α. Μοροπούλου & του Μ. Χρονόπουλου), ΠΜΣ Προστασία Μνηµείων: Υλικά & Επεµβάσεις Συντήρησης, Ε.Μ.Π., Αθήνα (2008) Bakolas, Α., Biscontin, G., Moropoulou, Α., Zendri, Ε., «Characterization of structural byzantine mortars by thermogravimetric analysis», Thermochimica Acta, 321 (1998) 151-160 Βλαχοπούλου, Μ., «Χαρακτηρισµός των Υλικών και ιάγνωση της Φθοράς τους, στο Ιστορικό Κτίριο του Ηλεκτροστασίου-Μηχανοστασίου (Κ5), του Βιοµηχανικού Συγκροτήµατος ΕΜΑΓΕ Κέας», ιπλωµατική Εργασία (υπό την επίβλεψη της Καθ. Α. Μοροπούλου), Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., Αθήνα (2008) Mackenzie, R. C., «Differential Thermal Analysis1», Academic Press, London, 1 st Edition (1970) Moropoulou, A., Bakolas, Α., Bisbikou, Κ., «Characterization of ancient, Byzantine and later historic mortars by thermal analysis and X-ray diffraction», Thermochimica Acta, 269/270 (1995) 779-795 Moropoulou, Α., Delegou, Ε.Τ., Avdelidis, Ν.Ρ., Athanasiadou, Α., «Integrated diagnostics using advanced in situ measuring technology», 10DBMC International Conference On Durability of Building Materials and Components, Lyon France (2005) Μπουγιούρη, Β., «ιαγνωστικός έλεγχος υλικών και φθοράς στη Βιοµηχανία «ΕΜΑΓΕ» στην Κέα Κτίριο Βιοµηχανικής Αρχιτεκτονικής Κληρονοµιάς», Μεταπτυχιακή Εργασία (υπό την επίβλεψη της Καθ. Α. Μοροπούλου), ΠΜΣ Προστασία Μνηµείων: Υλικά & Επεµβάσεις Συντήρησης, Ε.Μ.Π., Αθήνα (2008) Sabbioni, C., Zappia, G., Riontino, C., Blanco-Varela, M.T., Aguilera, J., Puertas, F., Van Balen, K., Toumbakari, E.E., «Atmospheric detereoration of ancient and modern hydraulic mortars», Atmospheric Environment, 35 (2001) 539-548 TICCIH, Ελληνικό Τµήµα, «Τεκµήρια βιοµηχανικής ιστορίας», Πρακτικά Γ Πανελλήνιας Επιστηµονικής Συνάντησης, Ερµούπολη (2000) 19-20 12