Μελέτη Ιδιοτήτων Αυτοσυµπυκνούµενου Σκυροδέµατος Study on the Properties of Self Compacting Concrete

Μελέτη Ιδιοτήτων Αυτοσυµπυκνούµενου Σκυροδέµατος Study on the Properties of Self Compacting Concrete Κωνσταντίνος Γ. ΤΡΕΖΟΣ 1, Ιωάννης Π. ΣΦΗΚΑΣ 2, ηµοσθένης Η. ΠΑΥΛΟΥ 3 Λέξεις κλειδιά: αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα, χρόνος πήξεως, πορώδες, υδατοπερατότητα, ταχύτητα υπερήχων, συνάφεια, πρόβληµα άνω οπλισµών ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην παρούσα εργασία γίνεται αναφορά στα χαρακτηριστικά του Αυτοσυµπυκνούµενου Σκυροδέµατος (ΑΣΣ), καθώς και στις νέες απαιτήσεις που ανακύπτουν από τη χρήση του. Παρασκευάστηκαν 45 µίγµατα ΑΣΣ µε 24 διαφορετικές συνθέσεις. Οι αναλογίες των συστατικών συγκρίθηκαν µε τις αναλογίες που προτείνονται από τη διεθνή βιβλιογραφία. Εξετάστηκε η επιρροή χηµικών πρόσθετων στα βασικά ρεολογικά µεγέθη, καθώς και στη θλιπτική και εφελκυστική αντοχή. Καταγράφηκαν οι επιπτώσεις διαφορετικών συνθέσεων στα βασικά ρεολογικά µεγέθη των δοκιµών του νωπού σκυροδέµατος. Μελετήθηκαν η εξέλιξη της πήξεως και της ταχύτητας των υπερήχων συναρτήσει της ηλικίας. ιερευνήθηκε η επίδραση των διαφορετικών συνθέσεων ΑΣΣ στο πορώδες και στην υδατοπερατότητα. Τέλος, εξετάστηκε η επιρροή της χρήσης ΑΣΣ στη συνάφεια µεταξύ σκυροδέµατος και χάλυβα και µελετήθηκε η εµφάνιση του προβλήµατος των άνω οπλισµών. ABSTRACT: The present study refers to the characteristics of Self-compacting Concrete (SCC), as well as to the new requirements that rise by its use. 45 SCC mixtures of 24 different compositions have been produced. The mixture proportions have been compared to the proportions proposed by international bibliography. The effect of admixtures on primary rheological properties as well as on the compressive and the tensile strength has been studied. The impact of different syntheses on major rheological properties of the fresh concrete test methods have been marked. The curing process and the ultrasonic pulse velocity over age have been studied. The effect of different compositions of SCC on the porosity and water permeability has been examined. Finally, the impact of using SCC on the bond to reinforcing steel has been evaluated and the occurrence of the top-bar effect has been studied. 1 Επίκουρος Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., email: ctrezos@central.ntua.gr 2 Υποψήφιος ιδάκτορας, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., email: gsfikas@teemail.gr 3 Μεταπτυχιακός Φοιτητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., email:ddeemmooss@yahoo.gr 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το Αυτοσυµπυκνούµενο Σκυρόδεµα (εφεξής ΑΣΣ) αποτελεί µία από τις πλέον σύγχρονες πρωτοτυπίες στον τοµέα των κατασκευών παγκοσµίως. Μέχρι σήµερα, σε διεθνές επίπεδο, το πλήθος των κατασκευών µε χρήση ΑΣΣ ως κύριο υλικό είναι αρκετά περιορισµένο, ενώ στον ελληνικό χώρο η χρήση ΑΣΣ περιορίζεται κυρίως σε δευτερεύουσες κατασκευές. Το ΑΣΣ δεν παράγεται ευρέως από τις εταιρίες παραγωγής και συνήθως αναφέρεται ως σκυρόδεµα «ειδικού τύπου». Οι προοπτικές εξέλιξης όµως µπορούν να θεωρηθούν µεγάλες, καθώς οι ελληνικές πρώτες ύλες προσφέρονται για την παρασκευή ΑΣΣ και τα πλεονεκτήµατα του νέου υλικού έχουν ήδη αρχίσει να κερδίζουν την εµπιστοσύνη των ερευνητών. To γεγονός αυτό αποδεικνύεται από το διαρκώς αυξανόµενο πλήθος δηµοσιεύσεων και αναφορών σε ελληνικά συνέδρια (14 ο Συνέδριο Σκυροδέµατος, Κως 2003, 15 ο Συνέδριο Σκυροδέµατος, Αλεξανδρούπολη 2006, 1 ο Πανελλήνιο Συνέδριο οµικών Υλικών & Στοιχείων, Αθήνα 2008) και σε επιστηµονικές εργασίες. Επιπλέον, το Τεχνικό Επιµελητήριο Ελλάδας, σε συνεργασία µε το Ελληνικό Τµήµα Σκυροδέµατος, προχώρησε για πρώτη φορά σε διοργάνωση ηµερίδας µε αποκλειστικό αντικείµενο την Τεχνολογία ΑΣΣ (Αθήνα 2008). Πλεονεκτήµατα ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ & ΕΙ ΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ Τα κυριότερα πλεονεκτήµατα που παρουσιάζει το ΑΣΣ είναι τα ακόλουθα: δυνατότητα πλήρωσης πυκνά οπλισµένων ή δύσκολων γεωµετρικά ξυλότυπων, χωρίς να απαιτείται δόνηση αύξηση της αντοχής και της ανθεκτικότητας, βελτίωση της συνάφειας και της εν γένει ποιότητας της κατασκευής µη ιδιαίτερα αυξηµένο κόστος παρά το αυξηµένο κόστος παραγωγής λόγω: o του περιορισµού του απαιτούµενου εξοπλισµού (αγορά, συντήρηση και χρήση µηχανικών δονητών και εργαλείων φινιρίσµατος τελικών επιφανειών) και των υλικών προετοιµασίας και εξοµάλυνσης υποστρώµατος για την επίστρωση τελικών υλικών δαπέδων o των µετακατασκευαστικών πλεονεκτηµάτων (αποφυγή δαπανηρών επισκευών λόγω του σηµαντικά µικρότερου πλήθους ατελειών, µειωµένο κόστος συντήρησης, µεγαλύτερος χρόνος ζωής ξυλότυπων και µεταλλότυπων λόγω της απουσίας δόνησης που φθείρει το υλικό) Ειδικές Απαιτήσεις Οι νέες απαιτήσεις που προκύπτουν από τη χρήση ΑΣΣ είναι οι ακόλουθες: Τα επιµέρους συστατικά του ΑΣΣ επηρεάζουν µε διαφορετικό τρόπο τα χαρακτηριστικά του νωπού και σκληρυµένου σκυροδέµατος, εποµένως πρέπει να συνυπολογίζονται δεδοµένα όπως: o η περιεκτικότητα σε λεπτόκοκκα υλικά φίλλερ (συνήθως ασβεστολιθικού τύπου), 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 2

o τα χαρακτηριστικά των αδρανών (κοκκοµετρία, ποσοστό περιεχόµενης παιπάλης, σχήµα και µέγεθος κόκκων), o τα χηµικά χαρακτηριστικά και οι απαιτούµενες ποσότητες ρευστοποιητών, ευρέως φάσµατος υδατικών µειωτήρων και τροποποιητικών ιξώδους. Οι ρεολογικές ιδιότητες του νωπού ΑΣΣ επηρεάζονται άµεσα και σηµαντικά από την περιεχόµενη υγρασία, γεγονός που επιτάσσει η προσθήκη νερού να γίνεται συνυπολογίζοντας µε ακρίβεια την περιεχόµενη υγρασία στα αδρανή (προηγµένο σύστηµα ελέγχου υγρασίας). Το ΑΣΣ παρουσιάζει µικρότερη ανοχή σε διακυµάνσεις της παραγωγής του από ότι το Συµβατικό Σκυρόδεµα (εφεξής ΣΣ), γεγονός που περιορίζει την επιτυχή παραγωγή του σε µονάδες παρασκευής, στις οποίες ο εξοπλισµός και ο χειρισµός των οργάνων, καθώς και τα υλικά ελέγχονται συστηµατικά, λαµβάνοντας υπόψη και τις κλιµατικές συνθήκες (υψηλό επίπεδο ποιοτικού ελέγχου). Η επιθυµητή σύνθεση καθορίζεται από την επιτελεστικότητα, η οποία επιλέγεται ανάλογα µε τις απαιτήσεις για την ικανότητα πλήρωσης, την ικανότητα διέλευσης και τη σταθερότητα κάθε συγκεκριµένης εφαρµογής. Η διάστρωση του ΑΣΣ πρέπει να διεξάγεται από έµπειρο τεχνικό προσωπικό (σε επίπεδο επιβλέποντος). ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ Για την διενέργεια των πειραµάτων παρασκευάστηκαν 45 µίγµατα µε 24 διαφορετικές συνθέσεις, σύµφωνα µε τον Πίνακα 1. Για την παρασκευή των µιγµάτων χρησιµοποιήθηκαν χηµικά πρόσθετα τριών εταιρειών Α1, Α2 και Α3. Για κάθε σύνθεση παρασκευάστηκαν από ένα έως τρία αναµίγµατα µε τη χρήση ενός χηµικού πρόσθετου κάθε φορά. Στο εργαστηριακό µέρος διεξήχθησαν οι ακόλουθες δοκιµές ελέγχου: Κάθιση (Slump) νωπού σκυροδέµατος µε και χωρίς χηµικά πρόσθετα, για την εκτίµηση της εργασιµότητας του υλικού οκιµή Εξάπλωσης (Slumpflow), για την εκτίµηση της ικανότητας πλήρωσης και της ρευστότητας οκιµές ακτυλίου J (J-Ring) και οχείων L (L-Box) και U (U-Box), για την εκτίµηση της ικανότητας διέλευσης ροής µέσω στενών ανοιγµάτων και της ικανότητας πλήρωσης οκιµή Χοάνης V (V-Funnel), για την εκτίµηση της ικανότητας πλήρωσης και της αντίστασης του υλικού σε απόµιξη Εξέλιξη πήξης του σκυροδέµατος µέσω µέτρησης της πίεσης διείσδυσης βελόνας στο νωπό τσιµεντοκονίαµα δοκιµίου που προκύπτει από υγρό κοσκίνισµα του νωπού µίγµατος 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 3

Μέθοδος των υπερήχων (Ultrasonic Pulse Velocity), για την εκτίµηση της µεταβολής της ταχύτητας των υπερήχων από τη νωπή φάση του υλικού µέχρι την απόκτηση πλήρους αντοχής Μέτρηση υδατοπερατότητας (Waterpermeability), µε την οποία εκτιµάται η αντίσταση σε διείσδυση ύδατος και εξάγονται συµπεράσµατα σχετικά µε την ανθεκτικότητα οκιµή εξόλκευσης (Pull-Out), µε την οποία εκτιµάται η συνάφεια µεταξύ σκυροδέµατος και χάλυβα οπλισµού Εκτίµηση θλιπτικής αντοχής σε µονοαξονική θλίψη (θραύση κυβικών δοκιµίων) και εφελκυστικής αντοχής σε διάρρηξη (θραύση κυλινδρικών δοκιµίων) Μέτρηση είκτη Οπτικής Σταθερότητας (Σκληρυµένου Σκυροδέµατος), µε τον οποίο σκληρυµένο σκυρόδεµα κατατάσσεται σε κατηγορίες σταθερότητας (µη-απόµιξης) µέσω οπτικού ελέγχου Πίνακας 1. Πραγµατοποιηθείσες συνθέσεις Α/Α Λεπτόκοκκα (cm) Αδρανή Νερό Χηµικά Πρόσθετα C C F G1 G2 S W A1 ή A2 ή A3 32.5 42.5 2.36-25 4-19 0-8 kg kg kg kg kg kg kg %cm %cm %cm 1 460 - - 350 525 905 178 1.80 0.80-2 460 - - 350 525 905 178 2.25 1.00 0.70 3 340 - - - 680 1160 185 2.25 1.00 0.70 4 340 - - - 770 1070 185 4.50 1.25 2.10 5 340 - - - 770 1070 185 3.50 1.00 1.40 6 340 - - - 770 1070 170 3.50 1.00 1.50 7 340-156 - 770 1070 185 3.50 1.25 1.50 8 327-150 - 740 1000 168 4.50 1.50 2.10 9 326-150 - 739 1001 187 4.50 1.50 2.10 10 322-149 - 733 991 190-1.50-11 323-149 - 736 994 199-1.50-12 317-148 - 727 968 198-1.50-13 315-145 - 697 923 191-1.75-14 - 302 139-687 864 183-1.75-15 - 297 156-674 848 180-1.50-16 147 147 154-662 858 180-1.50-17 294-154 - 648 850 180-1.50-18Α 294-154 - 656 853 180-1.50-18Β 294-164 - 656 853 180-1.50-19 294-174 - 658 810 180-1.50-20 315-186 - 708 875 193 4.50 - - 21 310-184 - 699 891 208 - - 4.20 22Α - 322 191-724 931 197-1.50-22Β 162 162 192-728 937 198-1.50 - *C:τσιµέντο, F:φίλλερ, G:χονδρόκοκκα αδρανή, S:άµµος, W:νερό, A:χηµικό πρόσθετο 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 4

ΑΝΑΛΟΓΙΕΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΜΙΓΜΑΤΟΣ Από τη σύγκριση των αναλογιών των συστατικών µε τις προτεινόµενες τιµές από τη διεθνή βιβλιογραφία παρατηρήθηκε ότι οι αναλογίες της παρούσας εργασίας προσεγγίζουν ικανοποιητικά τις µέσες τιµές που προτείνονται από διάφορους διεθνείς και εθνικούς οργανισµούς (ACI, EFNARC, IOK), καθώς και από ερευνητές του εξωτερικού (Okamura, Yurgui et. al., Ambrose et. al.). Οι προτεινόµενες αναλογίες συγκρίνονται i) µε τις µέσες τιµές από το σύνολο των πραγµατοποιούµενων συνθέσεων (Πίνακας 2, γραµµή «Σφήκας-Παύλου (1-22Β)») και ii) µε τις πλέον επιτυχηµένες συνθέσεις ως προς τα αποτελέσµατα των ρεολογικών ελέγχων (κάθιση, εξάπλωση και χρόνοι εξάπλωσης, χρόνοι εκροής, κ.λπ.) της παρούσας ερευνητικής εργασίας (Πίνακας 2, γραµµή «Σφήκας-Παύλου (16,17,20,22B)»). Πίνακας 2. Σύγκριση αναλογιών συνθέσεων µε τιµές της διεθνούς βιβλιογραφίας Ποσότητες ανά m 3 (kg/m 3 ) Ποσοστιαίες αναλογίες (%) C cm G W P W/ G/ P/ M/ G/ S/ cm/ (cm+s)/ cm B tot B tot B tot AGG AGG SOL AGG ACI - 386 - - - 32 28 34 68-50 - - 475 45 32 40 72 EFNARC - 380 750 150 - - 27 30 - - 50 - - 600 1000 210 36 38 IOK 350 400 - - 400-25 - - - 50 - - 450 600 35 Okamura - - - - - - - - - 64 36 22 64 Yurgui et. al. - - - - - - - - - 54 46 24 78 Ambros et. al. - - - - - - - - - 44 56 18 78 Σφήκας-Παύλου (1-22Β) 329 449 724 186 639 42 31 28 69 43 57 21 84 Σφήκας-Παύλου (16,17,20,22Β) 307 478 687 188 675 39 31 30 69 44 56 23 87 *C: τσιµέντο, cm: λεπτόκοκκα (τσιµέντο + φίλλερ), G: χονδρόκκοκα αδρανή, W: νερό, S: άµµος, AGG: αδρανή (σκύρα + γαρµπίλι + άµµος), SOL: στερεά (λεπτόκοκκα + αδρανή), P: πάστα (λεπτόκκοκα + νερό + χηµικά πρόσθετα), M: κονίαµα (πάστα + άµµος), W/cm: λόγος νερού προς λεπτόκοκκα, B tot : συνολικό βάρος 1m 3 µίγµατος ΕΠΙΡΡΟΗ ΣΥΝΘΕΣΕΩΝ ΣΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΡΕΟΛΟΓΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΤΩΝ ΟΚΙΜΩΝ ΤΟΥ ΝΩΠΟΥ ΑΣΣ Από τη διεξαγωγή των ελέγχων που αφορούν στην εκτίµηση των ιδιοτήτων νωπών µιγµάτων ΑΣΣ µε εµπειρικές µεθόδους (δοκιµές εξάπλωσης, δακτυλίου J, χοάνης V, δοχείων L και U) εξήχθησαν συµπεράσµατα (Πίνακας 3) ως προς την επιρροή διαφόρων βασικών παραµέτρων (λόγος Ν/Λ, κάθιση S, θλιπτική αντοχή f cc ) στα µετρούµενα ρεολογικά µεγέθη (κάθιση, εξάπλωση και χρόνοι εξάπλωσης, χρόνοι εκροής, κ.λπ). 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 5

Πίνακας 3. Επιρροή βασικών παραµέτρων Ν/Λ, S και f cc στα µετρούµενα ρεολογικά µεγέθη κατά τη διεξαγωγή των ελέγχων των ιδιοτήτων νωπού ΑΣΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Αύξηση Αύξηση Αύξηση ΜΕΤΡΟΥΜΕΝΟ ΜΕΓΕΘΟΣ λόγου Ν/Λ κάθισης S θλιπτικής αντοχής f cc Χρόνος εξάπλωσης TF (Slump) - +? Χρόνος εξάπλωσης T50 (Slump) 0 - - ιαφορά χρόνων εξάπλωσης TF-T50 (Slump) - +? Εξάπλωση SF (Slump)?? + Εξάπλωση SF J (J-Ring)? +? Υψοµετρική διαφορά h J (J-Ring)? - + Χρόνος εκροής Τ V.A (V-funnel)? - + Χρόνος εκροής Τ V,B (V-funnel)?? + Λόγος λ H,L =H 2,L /H 1,L (L-Box) 0? - Χρόνος εξάπλωσης T L,20 (L-Box) + - + Χρόνος εξάπλωσης Τ L,40 (L-Box) +? + Υψοµετρική διαφορά Η U (U-Box)?? + * [+] αύξηση, [-] µείωση, [0]: µη συσχέτιση, [?]: ασαφής συσχέτιση ΧΡΟΝΟΣ ΠΗΞΕΩΣ ΑΣΣ Σύµφωνα µε τη Μέθοδο Ελέγχου ΣΚ-313, µετρήθηκε η πίεση διεισδύσεως σε νωπό τσιµεντοκονίαµα, το οποίο προέκυψε µέσω υγρού κοσκινίσµατος του νωπού µίγµατος ΑΣΣ, µε σκοπό τον προσδιορισµό του χρόνου πήξεως. Με χρήση δυναµόµετρου µετρήθηκε η αντίσταση σε διείσδυση βελόνας, µε την οποία εκτιµάται ο χρόνος πήξεως του σκυροδέµατος. Παρατηρήθηκε (Σχήµα 1) ότι µίγµατα µε µικρότερες καθίσεις παρουσιάζουν µικρότερους χρόνους έναρξης πήξης, ενώ µίγµατα ΣΣ κατηγορίας κάθισης S5 (20-26cm) και µίγµατα ΑΣΣ που εν γένει χαρακτηρίζονται από µεγάλες καθίσεις (>26cm) πήζουν αργότερα από το ΣΣ των συνήθων κατηγοριών κάθισης S1-S4 (2.5 έως 4.5 ώρες αργότερα για το ΑΣΣ). Πίεση ιείσδυσης (MPa) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 S1-S2 (0-10) S3-S4 (10-20) S5 (20-26) SCC (>26) ΕΝΑΡΞΗ ΠΗΞΗΣ (Π..>3,5MPa) +4,5h Κάθιση S (cm) Συσχέτιση Χρόνου Έναρξης Πήξης - Κάθισης S 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 Χρόνος από την προσθήκη ύδατος (min) 40 30 20 10 0 0 240 480 720 Χρόνος Έναρξης Πήξης (min) +2,5h y=8,43x+204,46 (R 2 =0,27,n=38) Σχήµα 1. Συγκριτικά διαγράµµατα πίεσης διείσδυσης µιγµάτων µε διαφορετικές καθίσεις 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 6

ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ (ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙ ΤΗΣ ΗΛΙΚΙΑΣ) & ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΜΕ ΤΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ Η µέθοδος των υπερήχων αποτελεί µια έµµεση µη καταστροφική µέθοδο εκτίµησης της ποιότητας του σκυροδέµατος µέσω της καταγραφής της ταχύτητας των υπερήχων σε δοκίµια για διάφορες ηλικίες του σκυροδέµατος. Από το σµήνος όλων των διαθέσιµων µετρήσεων προέκυψε τρικλαδική καµπύλη (Σχήµα 2Α), µε βάση την οποία είναι δυνατή η εκτίµηση της πιθανής µέγιστης τιµής της ταχύτητας των υπερήχων σε οποιοδήποτε δοκίµιο µικρής ηλικίας. Παρατηρήθηκε ότι στις πρώτες είκοσι τέσσερις ώρες η αναπτυσσόµενη ταχύτητα των υπερήχων προσεγγίζει περίπου το 60% της µέγιστης ταχύτητας που θα αναπτυχθεί, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό για την ενδέκατη ηµέρα προσεγγίζει το 95%. Από την ταχύτητα των υπερήχων σε ηλικία 28 ηµερών είναι δυνατόν, µε βάση εµπειρικά µοντέλα παραβολικής µορφής (Σχήµα 2Β), να εκτιµηθεί η πιθανή θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος. Ο συντελεστής συσχέτισης είναι όµως ιδιαιτέρως χαµηλός (R 2 =0.21), οπότε οι εκτιµήσεις παρουσιάζουν µεγάλο εύρος του διαστήµατος εµπιστοσύνης. Παρατηρήθηκε ότι οι καµπύλες συσχέτισης της θλιπτικής αντοχής κυβικών δοκιµίων µε την ταχύτητα των υπερήχων που έχουν προκύψει από συµβατικά σκυροδέµατα υποεκτιµούν τη θλιπτική αντοχή των κυβικών δοκιµίων ΑΣΣ. Το φαινόµενο αυτό είναι πιο έντονο σε χαµηλές ταχύτητες (π.χ. για v=4.2km/s η διαφορά είναι περίπου 12.5MPa). vt/vt=28 (%) 100% 75% 50% 25% 0% 60% ΚΛΑ ΟΣ ΙΙ (1-11d): y = 0,14lnx + 0,61 (R 2 = 0,69) 95% ΚΛΑ ΟΣ Ι (0-1d): y = 0,58x (R 2 = 0,80) ΚΛΑ ΟΣ ΙΙΙ (11-28d): y = 0,05lnx + 0,83 (R 2 = 0,66) 0 7 14 21 28 Ηλικία (ηµέρες) Θλιπτική Αντοχή f cc (MPa) 70 60 50 40 30 20 10 0 Σφήκας (2007) f cc = 11,31v 2-86,73v+198,73 (R 2 = 0,21) Τρέζος, Παπακυριακόπουλος, Σπανός (2002) 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 Ταχύτητα Υπερήχων v (km/s) Σχήµα 2. Α. Τρικλαδικό διάγραµµα εξέλιξης ταχύτητας των υπερήχων v T από την παρασκευή (νωπό σκυρόδεµα) έως τις 28 ηµέρες ως ποσοστό της ταχύτητας των 28 ηµερών v T=28 - Β. Καµπύλες συσχέτισης θλιπτικής αντοχής 28 ηµερών f cc µε την ταχύτητα των υπερήχων v. ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΑΣΣ ΣΤΟ ΠΟΡΩ ΕΣ ΚΑΙ ΣΤΗΝ Υ ΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Στα δοκίµια σκυροδέµατος διεξήχθησαν µετρήσεις υδατοπερατότητας µε χρήση της συσκευής GWT-4000, µε την οποία επιβάλλεται αρχική πίεση ύδατος 120kPa 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 7

στην επιφάνεια του σκυροδέµατος, και καταγράφεται η εξέλιξη της επιφανειακής πίεσης (Σχήµα 3) συναρτήσει του χρόνου, η οποία σχετίζεται µε το επιφανειακό πορώδες και την απορροφητικότητα του σκυροδέµατος. Από τις παραπάνω µετρήσεις παρατηρήθηκε ότι µικρότερη υδατοπερατότητα παρουσιάζεται: α) σε µίγµατα µε χρήση χηµικών πρόσθετων στα οποία ο λόγος Ν/Λ (νερό/λεπτόκοκκα) κυµαίνεται µεταξύ 0.40 και 0.50, β) σε µίγµατα ΑΣΣ µε µεγάλες καθίσεις (S>26cm) και γ) σε σκυροδέµατα µε χρήση χηµικών πρόσθετων που αναπτύσσουν θλιπτική αντοχή f cc µεγαλύτερη των 30MPa. 120 / 0 Πίεση (kpa) 120 80 40 80 40 120 / 0 80 40 0 ΧΩΡΙΣ ΧΗΜΙΚΑ ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΜΕ ΧΗΜΙΚΑ ΠΡΟΣΘΕΤΑ 0 420 840 1260 1680 2100 2520 2940 3360 3780 4200 Χρόνος Μέτρησης (sec) n=2 n=2 Ν/Λ=0,35-0,40 Ν/Λ=0,40-0,50 Ν/Λ=0,50-0,60 S1-S2 (0-10cm) S3-S4 (10-20cm) S5 (20-26cm) ΑΣΣ (>26cm) n=4 fcc=20-30 MPa fcc=30-40 MPa fcc=40-50 MPa Σχήµα 3. Μέσες καµπύλες χρονικής εξέλιξης υδατοπερατότητας: µεταβολή της πίεσης συναρτήσει του χρόνου ανάλογα µε το λόγο N/Λ, την κατηγορία κάθισης S και τη θλιπτική αντοχή f cc ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΑΣΣ ΣΤΗ ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΜΕΤΑΞΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΧΑΛΥΒΑ οκιµές Εξόλκευσης Στις 28 µέρες µετά τη σκυροδέτηση των δοκιµίων διεξήχθησαν δοκιµές εξόλκευσης για τον προσδιορισµό της τάσης συνάφειας µεταξύ χάλυβα και σκυροδέµατος. Από τη σύγκριση µιγµάτων µε και χωρίς χρήση χηµικών πρόσθετων παρατηρήθηκε (Σχήµα 4, ένθετο σχήµα) ότι τα µίγµατα ΑΣΣ µε χρήση χηµικών πρόσθετων παρουσίασαν µεγαλύτερη ανηγµένη τάση συνάφειας για µικρές ολισθήσεις (µικρότερες των 0.10mm) ενώ για µεγαλύτερες ολισθήσεις οι διαφορές ήταν µικρές. Συγκεκριµένα: η µέση ανηγµένη (προς την αντίστοιχη θλιπτική αντοχή) τάση συνάφειας τ b /f cc για ολίσθηση s=0.01mm ήταν αυξηµένη κατά 63% σε σχέση µε την αντίστοιχη τιµή σε µίγµατα χωρίς χηµικά πρόσθετα. Για ολίσθηση s=0.10mm η ανηγµένη τάση συνάφειας ήταν αυξηµένη κατά 20.5%, ενώ για ολίσθηση s=1.00mm η ανηγµένη τάση συνάφειας για µίγµατα χωρίς χηµικά πρόσθετα ήταν µεγαλύτερη κατά 7.5% περίπου. n=6 n=7 n=3 n=16 n=3 n=11 n=10 n=4 n=14 n=8 n=8 n=4 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 8

Ανηγµένη τάση συνάφειας τ b / f cc (-) 0,6 0,4 ιαγράµµατα Μέσων Τιµών 0,2 0,00 ΧΩΡΙΣ ΧΗΜΙΚΑ ΠΡΟΣΘΕΤΑ 0,01 0,10 1,00 ΜΕ ΧΗΜΙΚΑ ΠΡΟΣΘΕΤΑ Ολίσθηση (mm) 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Ολίσθηση (mm) Σχήµα 4. Καµπύλες ανηγµένης (προς την θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος) τάσης συνάφειας (τ b /f cc ) συναρτήσει της ολίσθησης (s) του σκυροδέµατος. ιερεύνηση Προβλήµατος Άνω Οπλισµών τb / fcc (-) Το πρόβληµα των άνω οπλισµών (top-bar effect) συνίσταται στην µείωση της αναπτυσσόµενης τάσης συνάφειας µεταξύ σκυροδέµατος και χάλυβα καθ ύψος των δοµικών στοιχείων (δοκοί µεγάλου ύψους). Η εµφάνιση του προβλήµατος στο ΣΣ σχετίζεται µε τη βύθιση των αδρανών (συνίζηση) λόγω της µηχανικής δόνησης. Το πρόβληµα των άνω οπλισµών διερευνήθηκε σε υποστυλώµατα ΑΣΣ µε εγκάρσιες διαµπερείς ράβδους οπλισµού σε διάφορες στάθµες καθ ύψος, οι οποίες δοκιµάστηκαν σε εξόλκευση. Συνολικά παρακευάστηκαν τρία υποστυλώµατα µε διαφορετικές συνθέσεις. Τα αποτελέσµατα περιγράφονται υπό µορφή διαγραµµάτων (Σχήµα 5) της ανηγµένης (προς την θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος) τάσης συνάφειας τ b /f cc που αναπτύχθηκε για ολισθήσεις s=0.01, 0.10 και 1.00mm, καθώς και της µέγιστης ανηγµένης τάσης συνάφειας τ max (Σχήµα 4), συναρτήσει του πάχους του υποκείµενου στρώµατος σκυροδέµατος. 0,50 0,25 Ανηγµένη τάση συνάφειας τb/fcc (-) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 τmax/fcc = -0,14d + 0,47 (R 2 = 0,92) τ1.00/fcc = -0,13d + 0,46 (R 2 = 0,93) T0,01 T0.10 T1.00 Tmax τ0.10/fcc = -0,08d + 0,30 (R 2 = 0,90) τ0.01/fcc = -0,06d + 0,18 (R 2 = 0,81) 0,122 0,342 0,562 0,782 1,002 1,222 1,442 1,662 Πάχος υποκείµενου σκυροδέµατος d (m) Σχήµα 5. Μεταβολή των ανηγµένων τάσεων συνάφειας τ/f cc (τ b,max /f cc, τ 0.01 /f cc, τ 0.10 /f cc και τ 1.00 /f cc ) συναρτήσει του πάχους του υποκείµενου στρώµατος σκυροδέµατος (κάθε σηµείο αποτελεί τον Μ.Ο. τριών τιµών που αντιστοιχούν σε τρία υποστυλώµατα µε διαφορετικές συνθέσεις ΑΣΣ συνθέσεις 17, 20 και 21). 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 9

Πιο συγκεκριµένα, στο Σχήµα 5 παρουσιάζονται τέσσερις καµπύλες που αντιστοιχούν στις ανηγµένες τάσεις συνάφειας για ολίσθηση s=0.01, 0.10 και 1.00mm και στην µέγιστη ανηγµένη τάση συνάφειας τ max /f cc. Ειδικότερα, για ολίσθηση s=0.01mm η ανηγµένη τάση συνάφειας στο άνω άκρο του υποστυλώµατος ήταν µειωµένη σε σχέση µε την αντίστοιχη µέγιστη ανηγµένη τάση συνάφειας του κάτω άκρου κατά 53.5%. Για ολίσθηση s=0.10mm η ανηγµένη τάση συνάφειας ήταν µειωµένη κατά 42.4%, ενώ για ολίσθηση s=1.00mm η µείωση της ανηγµένης τάσης συνάφειας προσέγγισε το 45.1%. Τέλος, η µέγιστη ανηγµένη τάση συνάφειας τ max /f cc στο άνω άκρο του υποστυλώµατος ήταν µικρότερη κατά 47.6% σε σχέση µε την αντίστοιχη µέγιστη ανηγµένη τάση συνάφειας του κάτω άκρου. Οι παραπάνω τιµές αφορούν υποστυλώµατα ύψους 1.77m. Για µία συνήθη δοκό στατικού ύψους 50cm και για ολίσθηση s=0.01mm η µείωση της ανηγµένης τάσης συνάφειας θα ήταν (50/177)*53.5% 15%. ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΕΦΕΛΚΥΣΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΘΛΙΠΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ Οι µετρήσεις θλιπτικής αντοχής (σε µονοαξονική θλίψη) και εφελκυστικής αντοχής (σε διάρρηξη) (ΕΛΟΤ 722) των δοκιµίων µιγµάτων ΑΣΣ οδήγησαν στο συµπέρασµα ότι η συσχέτιση των δύο αντοχών ακολουθεί σχέση δυνάµεως (f ct =0.43 f cc 0.61, R 2 =0.65, n=40). Παρατηρήθηκε (Σχήµα 6) ότι σε παρόµοια αποτελέσµατα (f ct =0.43 f cc 0.60 ) κατέληξε και άλλη έρευνα από τη βιβλιογραφία (Felekoğlou, 2006). Στο επόµενο διάγραµµα (Σχήµα 7) δίδονται οι επιµέρους καµπύλες για µίγµατα χωρίς χηµικά πρόσθετα και ανάλογα µε το χρησιµοποιούµενο χηµικό πρόσθετο (Α1, Α2 ή Α3) και εξετάζεται η επιρροή κάθε χηµικού πρόσθετου στη θλιπτική αντοχή. Από τη σύγκριση των καµπυλών µε και χωρίς χρήση χηµικών πρόσθετων παρατηρήθηκε (Σχήµα 7) ότι η προσθήκη χηµικών πρόσθετων έχει συνέπεια για µεγάλες θλιπτικές αντοχές (>36MPa) οι αντίστοιχες εφελκυστικές αντοχές να είναι µειωµένες σε σχέση µε δοκίµια χωρίς χηµικά πρόσθετα. Εφελκυστική Αντοχή f ct (MPa) 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 ΧΗΜΙΚΟ ΠΡΟΣΘΕΤΟ 1 (Α1) ΧΗΜΙΚΟ ΠΡΟΣΘΕΤΟ 2 (Α2) ΧΗΜΙΚΟ ΠΡΟΣΘΕΤΟ 3 (Α3) Felekoğlu B. et. al. (2006) Choi Y.W. et al (2006) Σφήκας-Παύλου (2008) EC2 max f ct = 0,39f cc 0,67 Choi Y.W., et.al. (2006) f ct = 0,076f cc + 0,5582 (R 2 =0,92) Felekoğlu B., et.al. (2006) f ct = 0,43f cc 0,60 EC2 med f ct = 0,30f cc 0,67 Σφήκας-Παύλου (2008) f ct = 0,43f cc 0,61 (R 2 = 0,65, n=40) EC2 min f ct = 0,21f cc 0,67 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Θλιπτική Αντοχή f cc (MPa) Σχήµα 6. Καµπύλες συσχέτισης θλιπτικής και εφελκυστικής αντοχής και σύγκριση µε καµπύλες της βιβλιογραφίας. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 10

Εφελκυστική Αντοχή f ct (MPa) 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 3,85MPa ΧΗΜΙΚΟ ΠΡΟΣΘΕΤΟ 1 (Α1) ΧΗΜΙΚΟ ΠΡΟΣΘΕΤΟ 2 (Α2) ΧΗΜΙΚΟ ΠΡΟΣΘΕΤΟ 3 (Α3) Σχέση υνάµεως Α1 Σχέση υνάµεως Α2 Σχέση υνάµεως Α3 Σχέση υνάµεως Χωρίς ΧΠ Σχέση υνάµεως Με ΧΠ EC2 max f ct = 0,39f cc 0,67 36,36MPa ΧΩΡΙΣ ΧΗΜΙΚΑ ΠΡΟΣΘΕΤΑ: f ct = 0,26f cc 0,75 (R 2 =0,74, n=18) A1: f ct = 0,34f cc 0,67 (R 2 =0,86, n=10) EC2 med f ct = 0,30f cc 0,67 A3: f ct = 1,27f cc 0,32 (R 2 =0,20, n=9) A2: f ct = 0,35f cc 0,66 (R 2 =0,62, n=21) ΜΕ XHMIKA ΠΡΟΣΘΕΤΑ f ct = 0,43f cc 0,61 (R 2 = 0,65, n=40) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Θλιπτική Αντοχή f cc (MPa) Σχήµα 7. Καµπύλες συσχέτισης θλιπτικής και εφελκυστικής αντοχής µιγµάτων χωρίς και µε χρήση χηµικών πρόσθετων (ανάλογα µε το χρησιµοποιούµενο χηµικό πρόσθετο) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το πλήθος των πλεονεκτηµάτων του ΑΣΣ είναι σηµαντικό, όσον αφορά στη αύξηση των αντοχών και της ανθεκτικότητας, στη βελτίωση της συνάφειας µε τον χάλυβα και της, εν γένει, ποιότητας της κατασκευής. Το νέο υλικό απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή για την επίτευξη της ευρωστίας του µίγµατος, µέσω του σωστού προσδιορισµού των συστατικών του, τον έλεγχο της περιεχόµενης υγρασίας των αδρανών και την επιλογή της επιθυµητής επιτελεστικότητας. Το ΑΣΣ παρουσιάζει µικρότερη ανοχή σε διακυµάνσεις της παραγωγής του σε σχέση µε το ΣΣ και εποµένως η επιτυχής παραγωγή του προϋποθέτει µονάδες παρασκευής µε άρτιο εξοπλισµό, συνεπή χειρισµό οργάνων και ελεγχόµενα υλικά. Κυριότερα συµπεράσµατα της παρούσας εργασίας είναι τα ακόλουθα: Στη σύνθεση του µίγµατος: α) ο λόγος Ν/Λ (νερό/λεπτόκοκκα) πρέπει να κυµαίνεται περί το 0.40, β) η αναλογία, επί του συνολικού βάρους 1m 3 µίγµατος, πρέπει να ανέρχεται: για τα χονδρόκοκκα αδρανή σε ~30%, για την άµµο σε ~40% και για την πάστα (τσιµέντο+φίλλερ+νερό+χηµικά πρόσθετα) σε ~30%. Η πήξη µιγµάτων ΑΣΣ καθυστερεί σε σχέση µε τα µίγµατα ΣΣ κατά 2.5 έως 4.5 ώρες. Οι ερµηνευτικές καµπύλες που συσχετίζουν τη θλιπτική αντοχή κυβικών δοκιµίων µε την ταχύτητα των υπερήχων και οι οποίες έχουν προκύψει για συµβατικά σκυροδέµατα υποεκτιµούν τη θλιπτική αντοχή των κυβικών δοκιµίων ΑΣΣ. Το φαινόµενο αυτό είναι πιο έντονο σε χαµηλές ταχύτητες (π.χ. για v=4.2km/s η διαφορά είναι περίπου 12.5MPa). Μειωµένη υδατοπερατότητα και συνεπώς µεγαλύτερη ανθεκτικότητα προκύπτει: α) σε µίγµατα µε χρήση χηµικών πρόσθετων µε λόγο Ν/Λ που κυµαίνεται µεταξύ 0.40 και 0.50, β) σε µίγµατα ΑΣΣ µε µεγάλες καθίσεις (>26cm) και γ) σε σκυροδέµατα µε χρήση χηµικών πρόσθετων που αναπτύσσουν θλιπτική αντοχή µεγαλύτερη των 30MPa. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 11

Για µικρές ολισθήσεις (s<0.10mm) το ΑΣΣ παρουσιάζει βελτιωµένη συνάφεια. Πιο συγκεκριµένα, για τις χαρακτηριστικές ολισθήσεις 0.01mm και 0.10 mm το ΑΣΣ παρουσιάζει τιµές ανηγµένης τάσης συνάφειας αυξηµένες αντίστοιχα κατά 63% και 20.5% σε σχέση µε το ΣΣ, ενώ για τιµή ολίσθησης ίση µε 1.00mm η ανηγµένη τάση συνάφειας του ΣΣ ξεπερνά την αντίστοιχη του ΑΣΣ κατά 7.5% περίπου. Για µία συνήθη δοκό ΑΣΣ στατικού ύψους 50cm και για ολίσθηση s=0.01mm η ανηγµένη τάση συνάφειας των άνω ράβδων θα είναι µειωµένη κατά περίπου 15% σε σχέση µε τις κάτω ράβδους. Η τιµή (1-0.15) δεν είναι άµεσα συγκρίσιµη µε την τιµή 0.70 που δίνει ο ΕΚΩΣ2000 στην παράγραφο 7.5, ωστόσο παρέχει µία ένδειξη για τη τάση µείωσης της τάσης συνάφειας συναρτήσει του υποκείµενου πάχους σκυροδέµατος. Η συσχέτιση θλιπτικών και εφελκυστικών αντοχών ακολουθεί σχέση δυνάµεως. Η προσθήκη χηµικών πρόσθετων έχει συνέπεια για µεγάλες θλιπτικές αντοχές (>36MPa) οι αντίστοιχες εφελκυστικές αντοχές να είναι µειωµένες σε σχέση µε δοκίµια χωρίς χηµικά πρόσθετα. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ιδιαίτερες ευχαριστίες εκφράζονται στις εταιρείες DOMYLCO, ΜΑΡΜΑΡΑ ΙΟΝΥΣΟΥ, MAPEI Hellas, SIKA Hellas και ΤΙΤΑΝ για τη βοήθειά τους και την παροχή δειγµάτων προϊόντων για την παρασκευή των δοκιµίων. ΑΝΑΦΟΡΕΣ ACI Committee 237, Self-Consolidating Concrete (ACI 237R-07), American Concrete Institute (ACI) (2007) BIBM, CEMBUREAU, ERMCO, EFCA, EFNARC, The European Guidelines for Self Compacting Concrete (2005) Felekoğlu B., Turkel S., Baradane B., Effect of water/cement ratio on the fresh and hardened properties of self-compacting concrete, Building and Environment (2006) Παύλου.Η., «Αυτοσυµπυκνούµενο Σκυρόδεµα», ιπλωµατική Εργασία (υπό την επίβλεψη του Επικ.Καθ. Κ.Γ.Τρέζου), Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., Αθήνα (2008) Σπανός Χ., Σπιθάκης Μ., Τρέζος Κ., «Μέθοδοι για την επιτόπου αποτίµηση των χαρακτηριστικών των υλικών», ΕΠΑΝΤΥΚ, Τ.Ε.Ε. (2006) Σφήκας Ι.Π., «Τεχνολογία Αυτοσυµπυκνούµενου Σκυροδέµατος», Μεταπτυχιακή Εργασία (υπό την επίβλεψη του Επικ.Καθ. Κ.Γ.Τρέζου), ΠΜΣ οµοστατικός Σχεδιασµός & Ανάλυση Κατασκευών, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., Αθήνα (2007) Τρέζος Κ.Γ., Παπακυριακόπουλος Π., Σπανός Χ., «Βαθµονόµηση των έµµεσων µεθόδων υπερήχων και κρουσίµετρου µέσω πυρήνων και συµβατικών δοκιµίων σκυροδέµατος», 4 th National Conference of HSNT & 2 nd Balkan Conference of BSNDT Athens, (2002) 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 12