Λέξεις κλειδιά: Λεπτόκοκκα πρόσµικτα, Πάστα τσιµέντου, Πλαστικό ιξώδες, ΑΣΣ, Κατανοµή µεγέθους πόρων.

Επίδραση λεπτόκοκκων υλικών στο ιξώδες της πάστας τσιµέντου για αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα Effect of fine additives on the viscosity of cement paste for self-compacting concrete Νικόλαος ΙΑΜΑΝΤΩΝΗΣ 1, Ιωάννης ΜΑΡΙΝΟΣ 2, Μάριος ΚΑΤΣΙΩΤΗΣ 3, Αντώνιος ΣΑΚΕΛΛΑΡΙΟΥ 4, Αικατερίνη ΠΑΠΑΘΑΝΑΣΙΟΥ 5, Βασίλειος ΚΑΛΟΪ ΑΣ 6, Μαργαρίτα ΜΠΕΑΖΗ-ΚΑΤΣΙΩΤΗ 7 Λέξεις κλειδιά: Λεπτόκοκκα πρόσµικτα, Πάστα τσιµέντου, Πλαστικό ιξώδες, ΑΣΣ, Κατανοµή µεγέθους πόρων. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα εργασία, εξετάζεται η επίδραση µερικών λεπτόκοκκων προσµίκτων (fine additives) στο πλαστικό ιξώδες της τσιµεντόπαστας. Για το σκοπό αυτό παρασκευάσθηκαν 24 µίγµατα µε βασικό συστατικό το τσιµέντο I 42.5 και µε συγκεκριµένες αναλογίες ενός ή δύο λεπτόκοκκων υλικών κατά περίπτωση (ασβεστόλιθος, πυριτική παιπάλη, ιπτάµενη τέφρα, ποζολάνη, νάνο πυριτική παιπάλη), και ένα µίγµα αναφοράς που περιείχε µόνο τσιµέντο. Στα µίγµατα αυτά µετρήθηκε το πλαστικό ιξώδες και η διατµητική τάση κατωφλίου. Η µικροδοµή των επιλεγµένων σκληρυµένων παστών τσιµέντου εξετάστηκε µε ποροσιµετρία υδραργύρου στις 28 ηµέρες. Εκ των αποτελεσµάτων, ο ασβεστόλιθος, σε ποσοστό 40%, κρίνεται ως το υλικό που µειώνει περισσότερο το πλαστικό ιξώδες της πάστας τσιµέντου, ενώ επιτυγχάνεται καλύτερη σωµατιδιακή στοίβαξη µε τη συνέργεια 20% ασβεστολίθου και 20% ιπτάµενης τέφρας. Πάστες τσιµέντου µε καλή ρεολογική συµπεριφορά, οι οποίες συγχρόνως καλύπτουν την απαίτηση για καλύτερη σωµατιδιακή στοίβαξη, θα µπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για την παρασκευή αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος (ΑΣΣ). 1 Χηµικός Μηχανικός, Ε.Μ.Π., email: nick@diamantonis.gr 2 Χηµικός Μηχανικός, ιευθυντής Έρευνας και Ανάπτυξης, Α.Γ.Ε.Τ. Ηρακλής, Αθήνα, email: marinosj@aget.gr 3 Υ.. Χηµικός Μηχανικός Ε.Μ.Π., email: marios.katsiotis@ims.demokritos.gr 4 ρ. Πολιτικός Μηχανικός, Τοµεάρχης Εργαστηρίων οµικών Έργων Κ..Ε.Π./.Ε.Η., Αθήνα, email: a.sakellariou@dei.com.gr 5 Γεωλόγος, Αν. Υποτοµεάρχης Σκυροδέµατος, Κ..Ε.Π/.Ε.Η., Αθήνα, email: kaitipap@windowslive.com 6 ρ. Χηµικός Μηχανικός, Ε.Κ.Ε.Τ., Αθήνα, email: kaloidasv@aget.gr 7 Αναπλ. Καθηγήτρια, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., email: katsioti@central.ntua.gr 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 1

ABSTRACT : In this work, the effect of some fine additives (limestone, silica fume, fly ash, pozzolane, nano-silica fume) on the plastic viscosity of cement paste is being investigated. Towards this direction, 24 samples were designed and produced. Those pastes consisted mainly of cement (type CEM I 42.5) and specific proportions of one or two fine additives. Plastic viscosity and yield stress were measured, as well as microstructure of some selected 28-days hardened samples was studied by the means of Hg porosimetry. Results showed that limestone (40%) can improve the rheological behavior of cement pastes, and the synergy of limestone (20%) and fly ash (20%) can lead to higher packing density. Cement pastes that combine those two characteristics, could serve as the base for self-compacting concrete (SCC) production. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ΑΣΣ, ορίζεται ως ένα υψηλής ρευστότητας σκυρόδεµα το οποίο διατηρεί τη σταθερότητά του, µπορεί να εξαπλώνεται επιτόπου και να πληρώνει τα καλούπια χωρίς εµφράξεις και χωρίς να υφίσταται διαχωρισµό (Khayat, 1999) (Skarendahl, 1999) (Ye, 2007). Η ιστορία του ξεκινά πριν περίπου 17 χρόνια στην Ιαπωνία και από τότε έτυχε ευρείας αποδοχής από τον τοµέα των κατασκευών (Hayakawa, 1993). Γενικά, το ΑΣΣ αποτελείται βασικά από τα ίδια συστατικά µε εκείνα του συµβατικού σκυροδέµατος (ΣΣ). Παρόλα αυτά, εξ αιτίας του υψηλού περιεχοµένου σε λεπτόκοκκα υλικά, όπως ο ασβεστόλιθος, η ιπτάµενη τέφρα, η πυριτική παιπάλη και η ποζολάνη, τα χαρακτηριστικά της µικροδοµής µπορεί να διαφέρουν (Ye, 2007) (EFNARC, 2002). Από τη γέννηση του ΑΣΣ, πάρα πολλές έρευνες συγκεντρώνονται στην επίδραση των διάφορων προσµίκτων (additives) στην ενυδάτωση, τον σχεδιασµό µιγµάτων και την εργασιµότητα. (Oh, 1999) (Xiong, 2000) (Ferraris, 2001) (Zhu, 2005) (Felekoglu, 2006) (Ye, 2007). Το ΑΣΣ απαιτεί µεγαλύτερο ποσοστό πάστας και υψηλότερο περιεχόµενο κονίας µέσα στην πάστα από ότι το ΣΣ. Το ΑΣΣ µπορεί να χαρακτηριστεί σαν ένας αποδέκτης για λεπτόκοκκα υλικά, συµβάλλοντας έτσι στην ορθότερη διαχείρισή τους από περιβαλλοντική άποψη (Khayat, 1999). Οι ρεολογικές ιδιότητες του ΑΣΣ πρέπει να ικανοποιούν τις ανάγκες για µεγάλη κινητικότητα και απουσία απόµιξης ταυτόχρονα. Συγκρίνοντας µε εκείνες του ΣΣ, οι ρεολογικές ιδιότητες του ΑΣΣ χαρακτηρίζονται από µικρότερη τιµή για το κατώφλι διάτµησης και µικρότερες τιµές πλαστικού ιξώδους. Ως το επιπλέον υλικό του ΑΣΣ, τα λεπτόκοκκα υλικά είναι κονίες µε µεγάλη ειδική επιφάνεια, η οποία έχει υπολογίσιµα αποτελέσµατα στις ρεολογικές ιδιότητες του νωπού σκυροδέµατος (Xiong, 2000) (Mette, 2002) (Schwartzentruber, 2006). Τα εργαλεία του ρεολογικού χαρακτηρισµού των παστών είναι συχνά στοιχειώδη και σχετικά λίγες µελέτες έχουν αφιερωθεί στην ανάλυση, την κατανόηση και την προτυποποίηση της ρεολογικής συµπεριφοράς των υλικών αυτών. Γενικά 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 2

θεωρείται ότι τα σκυροδέµατα συµπεριφέρονται σαν ρευστά τύπου Bingham. Αρκετοί ερευνητές, όπως ο Banfill και ο De Larrard, έχουν χρησιµοποιήσει µε επιτυχία την εξίσωση του Bingham για την ρεολογική συµπεριφορά του ΑΣΣ. Σύµφωνα µε αυτή, δύο είναι οι παράµετροι που προσδιορίζουν τη ροή: η διατµητική τάση κατωφλίου και το πλαστικό ιξώδες (Petit, 2007). Το πλαστικό ιξώδες διαφέρει εξ ορισµού από το πραγµατικό ιξώδες (ή απλά ιξώδες) το οποίο ορίζεται µόνο στα νευτωνικά ρευστά. Η διατµητική τάση κατωφλίου σχετίζεται µε την εξάπλωση. Το πλαστικό ιξώδες µπορεί να σχετισθεί µε ιδιότητες όπως η ευκολία τοποθέτησης και άντλησης και ο βαθµός φινιρίσµατος. Επιπροσθέτως, η αντίσταση στην απόµιξη µπορεί να χαρακτηριστεί ως η ικανότητα των αδρανών να µη βυθίζονται µέσα στην πάστα του τσιµέντου. Αυτό το φαινόµενο συνδέεται µε το πλαστικό ιξώδες της τσιµεντόπαστας και το σχεδιασµό των αναλογιών στο µίγµα του σκυροδέµατος (Ferraris, 2001). Τα κοκκοµετρικά χαρακτηριστικά των στερεών συστατικών επιδρούν αισθητά πάνω στην τιµή της διατµητικής τάσης κατωφλίου και του πλαστικού ιξώδους. Το αντικείµενο αυτής της ερευνητικής µελέτης είναι να µελετηθεί η ρεολογική συµπεριφορά της πάστας τσιµέντου µε σκοπό την κατανόηση και την προτυποποίηση του ρόλου των κοκκωδών φάσεων πάνω στα ρεολογικά χαρακτηριστικά του µίγµατος θεωρώντας ότι το ΑΣΣ, στη νωπή του κατάσταση, είναι ένα διφασικό σύστηµα που αποτελείται από µια φάση στερεά και κοκκώδη διασκορπισµένη µέσα στη ρευστή φάση της τσιµεντόπαστας (Pade, 2005). Παράλληλα, εξετάζεται έµµεσα η επίδραση της σωµατιδιακής στοίβαξης (packing density) των προσµίκτων, στην µικροδοµή της στερεάς, σκληρυµένης πάστας τσιµέντου (Mahmoodi, 2003) (Kasthuritangan, 2006). Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να διερευνηθεί η επίδραση ορισµένων λεπτόκοκκων αδρανών ως πρόσµικτα στη ρεολογική συµπεριφορά της τσιµεντόπαστας. Μετρήθηκαν τα ρεολογικά χαρακτηριστικά (πλαστικό ιξώδες και διατµητική τάση κατωφλίου) και η µικροδοµή µε ποροσιµετρία υδραργύρου. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ Τα λεπτόκοκκα υλικά που χρησιµοποιήθηκαν σαν πρόσµικτα είναι τα εξής: ποζολάνη Μήλου, ιπτάµενη τέφρα Μεγαλόπολης, πυριτική παιπάλη, ασβεστόλιθος και αιώρηµα νάνο πυριτικής παιπάλης. Στα µίγµατα που παρασκευάσθηκαν, ποσοστά τσιµέντου τύπου CEM I 42,5 το οποίο παράχθηκε από την ΑΓΕΤ Ηρακλής, υποκαταστάθηκε µε τα προαναφερθέντα υλικά. Ο Πίνακας 1 δίνει αναλυτικά τις συνθέσεις, ενώ στον Πίνακα 2 φαίνονται η ειδική επιφάνεια και το ειδικό βάρος των πρώτων υλών. Η κατανοµή µεγέθους κόκκων προσδιορίσθηκε µε την χρήση συσκευής Cilas- Model 1064 µέσω σκέδασης ακτινών laser σε αιώρηµα. 0.1g δείγµατος σε αιθανόλη. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 3

Για την µελέτη της επίδρασης των υλικών στη ρεολογική συµπεριφορά της τσιµεντόπαστας, παρασκευάσθηκαν µίγµατα των υλικών και του τσιµέντου, στα οποία εν συνεχεία προστέθηκε νερό σε αναλογία νερού/κονία 0.6 και τελικό όγκο µίγµατος 400 ml. Συγκεκριµένα, παρασκευάσθηκαν δύο σειρές µιγµάτων, µια µε χαµηλή περιεκτικότητα σε πρόσµικτο (20%) και µια µε υψηλή περιεκτικότητα (40%). Ακολούθως, παρασκευάσθηκαν επιπλέον µίγµατα µε υποκατάσταση ενός 5% του προσµίκτου µε πυριτική παιπάλη. Επίσης, δηµιουργήθηκαν και τριαδικά µίγµατα, τα οποία περιείχαν δύο πρόσµικτα από 20% το καθένα. Τέλος, σε κάποιες επιλεγµένες συνθέσεις, έγινε προσθήκη νάνο-πυριτικής παιπάλης σε ποσοστά 0.1%,0.3%,1.0% κ.β.. Παρασκευάσθηκαν 24 µίγµατα που περιείχαν τσιµέντο και λεπτόκοκκα σε διάφορες αναλογίες, και ένα µίγµα αναφοράς µε τσιµέντο (CEM I 42.5). Οι αναλογίες των υλικών σε κάθε µίγµα φαίνονται στον Πίνακα 1. Συντµήσεις Συνθέσεων Πίνακας 1. Συστάσεις % κ.β. για τις πάστες τσιµέντου. Τσιµέντο (C) Πυριτική Παιπάλη (S) Ασβεστόλιθος (L) Ποζολάνη (P) Ιπτάµενη Τέφρα (FA) Νάνο Πυριτική Παιπάλη (NS)* 20%P 80 20 40%P 60 40 20%FA 80 20 40%FA 60 40 20%L 80 20 40%L 60 40 15%P-5%S 80 5 15 35%P-5%S 60 5 35 15%FA-5%S 80 5 15 35%FA-5%S 60 5 35 15%L-5%S 80 5 15 35%L-5%S 60 5 35 20%L-20%P 60 20 20 20%P-20%FA 60 20 20 20%L-20%FA 60 20 20 40%L-0.1%NS 60 20 0.1 40%L-0.3%NS 60 20 0.3 40%L-1.0%NS 60 20 1.0 20%P-20%FA-0.1%NS 60 20 20 0.1 20%P-20%FA-0.3%NS 60 20 20 0.3 20%P-20%FA-1.0%NS 60 20 20 1.0 20%L-20%FA-0.1%NS 60 20 20 0.1 20%L-20%FA-0.3%NS 60 20 20 0.3 20%L-20%FA-1.0%NS 60 20 20 1.0 100%C (αναφορά) 100 * Τα ποσοστά που αναφέρονται δηλώνουν την κατά βάρος ποσότητα συστατικού που προστίθεται στο µίγµα. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 4

Τα υλικά που χρησιµοποιήθηκαν αλέσθηκαν σε σφαιρόµυλο έτσι ώστε να γίνει αύξηση της ειδικής επιφάνειάς τους περίπου στα 6000 cm2/g µετρηµένη µε τη µέθοδο Blaine. Οι ιδιότητες αυτές αναφέρονται στον Πίνακα 2. Πίνακας 2: Ειδική επιφάνεια και ειδικό βάρος πρώτων υλών. Πρώτη ύλη Ειδική επιφάνεια Ειδικό βάρος cm 2 /g g/ml Τσιµέντο 3830 3.15 Πυριτική Παιπάλη 8030 2.23 Ασβεστόλιθος 6010 2.76 Ποζολάνη 6050 2.36 Ιπτάµενη τέφρα 6090 2.48 Για την µελέτη των ρεολογικών ιδιοτήτων των µιγµάτων, ο εξοπλισµός που χρησιµοποιήθηκε ανήκει στην κατηγορία των ιξωδόµετρων οµοαξονικών κυλίνδρων. Ο κατασκευαστής του οργάνου είναι ο οίκος Fann και το µοντέλο της συσκευής είναι FANN Model 35 S/A Viscometer. Οι µετρήσεις έγιναν σε 6 ταχύτητες 3, 6, 100, 200, 300, 600 rpm. Τα πειράµατα αυτά έγιναν στο Κ ΕΠ της ΕΗ. Κοκκοµετρία πρώτων υλών ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Η αθροιστική κατανοµή µεγέθους σωµατιδίων των πρώτων υλών παρουσιάζεται στο Σχήµα 1. Παρατηρείται ότι ο ασβεστόλιθος εµφανίζεται ως το πλέον λεπτόκοκκο υλικό, µε διάµεσο (50%) µέγεθος σωµατιδίων 7,5 µm ενώ η ιπτάµενη τέφρα έχει διάµεσο (50%) µέγεθος σωµατιδίων 25 µm. Σε όρους ειδικής επιφάνειας η πυριτική παιπάλη εµφανίζει την µεγαλύτερη τιµή, 8030 cm 2 /g, ενώ το τσιµέντο την µικρότερη 3830 cm 2 /g. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 5

100.0 Ποσοστό ιερχόµενων [%] 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 Πυριτική Παιπάλη Τσιµέντο CEM I 42.5 Ασβεστόλιθος Ποζολάνη Ιπτάµενη Τέφρα 20.0 10.0 0.0 0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00 Μέγεθος Σωµατιδίων [µm] Σχήµα 1. Κατανοµή µεγέθους σωµατιδίων [µm]/[%] έως 400µm Cilas Μετρήσεις Πλαστικού ιξώδους και τάσης κατωφλίου διάτµησης µε το ιξωδόµετρο Το πλαστικό ιξώδες δηλώνει την αντίσταση που παρουσιάζει το ρευστό κατά τη ροή του. Η τιµή του πλαστικού ιξώδους για την πάστα, δίνεται από την Εξίσωση 1: PV =θ 600 θ 300 (1) όπου θ 600 είναι η ένδειξη του οργάνου στις 600 στροφές και θ 300 η ένδειξη στις 300 στροφές. Η τιµή κατωφλίου διάτµησης αναφέρεται στην ελάχιστη τιµή της διατµητικής τάσης που πρέπει να ασκηθεί στο ρευστό ώστε να αρχίσει να ρέει. Για τον υπολογισµό της τιµής κατωφλίου διάτµησης (yield stress) YP, απαιτούνται η ένδειξη του οργάνου στις 300 στροφές, θ 300, και το υπολογισµένο πλαστικό ιξώδες, PV, όπως φαίνεται στην Εξίσωση 2: YP= θ 300 PV (2) Τα αποτελέσµατα των υπολογισµών παρουσιάζονται συγκριτικά στα Σχήµατα 2 και 3. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 6

120 Πλαστικό Ιξώδες (cp) 100 80 60 40 20 0 100%C (αναφορά) 20%P 40%P 20%FA 40%FA 20%L 40%L 15%P-5%S 35%P-5%S 15%FA-5%S 35%FA-5%S 15%L-5%S 35%L-5%S 20%L-20%P 20%P-20%FA 20%L-20%FA 40%L-0.1%NS 40%L-0.3%NS 40%L-1.0%NS 20%P-20%FA-0.1%NS 20%P-20%FA-0.3%NS 20%P-20%FA-1.0%NS 20%L-20%FA-0.1%NS 20%L-20%FA-0.3%NS 20%L-20%FA-1.0%NS Σύνθεση Πάστας Τσιµέντου Σχήµα 2. Πλαστικό ιξώδες για όλες τις συνθέσεις. 80 ιατµητική τάση (mpa) 70 60 50 40 30 20 10 0 100%C (αναφορά) 20%P 40%P 20%FA 40%FA 20%L 40%L 15%P-5%S 35%P-5%S 15%FA-5%S 35%FA-5%S 15%L-5%S 35%L-5%S 20%L-20%P 20%P-20%FA 20%L-20%FA 40%L-0.1%NS 40%L-0.3%NS 40%L-1.0%NS 20%P-20%FA-0.1%NS 20%P-20%FA-0.3%NS 20%P-20%FA-1.0%NS 20%L-20%FA-0.1%NS 20%L-20%FA-0.3%NS 20%L-20%FA-1.0%NS Σύνθεση Πάστας Τσιµέντου Σχήµα 3. Τάση κατωφλίου διάτµησης για όλες τις συνθέσεις. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 7

Στο Σχήµα 2 φαίνεται ότι τα µίγµατα µε το χαµηλότερο πλαστικό ιξώδες, άρα και την χαµηλότερη αντίσταση κατά της ροής, είναι τα µίγµατα τα οποία περιέχουν ασβεστόλιθο. Η πρόταση αυτή ενισχύεται και από την παρατήρηση των τριών τριαδικών µιγµάτων στα οποία οι χαµηλότερες τιµές πλαστικού ιξώδους εµφανίζονται και πάλι σε εκείνα τα οποία περιέχουν ασβεστόλιθο, που επιπλέον δρα ως πληρωτικό υλικό. Ακόµα, το πλαστικό ιξώδες αυτών των µιγµάτων είναι µικρότερο από το πλαστικό ιξώδες του δείγµατος αναφοράς, το οποίο αποτελείται µόνο από τσιµέντο µε τον ίδιο λόγο Ν/Τ. Εύκολα συµπεραίνεται από το Σχήµα 3 ότι και πάλι ο ασβεστόλιθος βελτιώνει την ρεολογική συµπεριφορά της ρευστής τσιµεντόπαστας, µιας και τα µίγµατα που περιέχουν ασβεστόλιθο παρουσιάζουν τις χαµηλότερες τιµές διατµητικής τάσης κατωφλίου, έναντι των άλλων µιγµάτων και συνεπώς θα εµφανίζουν καλύτερη εξάπλωση. Συνεπώς, µια τέτοια σύνθεση θα µπορούσε να αποτελέσει τη βάση για την παρασκευή ΑΣΣ µιας και φαίνεται ότι θα έχει µεγαλύτερη ευκολία στη ροή. Στην περίπτωση υψηλότερης περιεκτικότητας σε λεπτόκοκκο υλικό (40%), ισχύει παρόµοια κατάσταση. ηλαδή, την καλύτερη συµπεριφορά παρουσιάζει ο ασβεστόλιθος, τη χειρότερη η τέφρα, µε την ποζολάνη να κινείται σε ενδιάµεσες τιµές, όπως φαίνεται και στο Σχήµα 2. Η αντικατάσταση ενός 5% του προσµίκτου µε πυριτική παιπάλη, στα χαµηλής περιεκτικότητας µίγµατα (20%), ανατρέπει τα αποτελέσµατα όσον αφορά την ποζολάνη και µόνο. Οι τιµές της προσεγγίζουν µε αµελητέες διαφορές εκείνες του ασβεστόλιθου. Ο ασβεστόλιθος και η τέφρα µένουν σχεδόν ανεπηρέαστα από την προσθήκη της πυριτικής παιπάλης. Επίσης, η υποκατάσταση ενός 5% λεπτόκοκκου µε πυριτική παιπάλη στα µίγµατα υψηλής περιεκτικότητας, δεν αποφέρει σηµαντικά αποτελέσµατα στα µίγµατα µε την τέφρα και την ποζολάνη. Στα µίγµατα µε ασβεστόλιθο, η πυριτική παιπάλη προκαλεί αύξηση του ιξώδους κατά 10%. Συµπερασµατικά, η προσθήκη πυριτικής παιπάλης στις συνθέσεις δε δίνει σηµαντική βελτίωση της ρεολογικής συµπεριφοράς των παστών. Η προσθήκη µικροποσότητας αιωρήµατος νάνο-πυριτικής παιπάλης (0.1%, 0.3% ή 1.0%) για τη δηµιουργία των συνθέσεων 40%L-x.x%NS, 20%P-20%FAx.x%NS, 20%L-20%FA-x.x%NS, πραγµατοποιήθηκε για να διαπιστωθεί αν αυτό το υλικό µπορεί να βελτιώσει ακόµα περισσότερο τη ρεολογική συµπεριφορά. ιαπιστώθηκε ότι κάτι τέτοιο δε συµβαίνει, µιας και οι τιµές των τελευταίων συνθέσεων µε NS δε διαφέρουν από τις αρχικές. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 8

Και εδώ, η προσθήκη της νάνο-πυριτικής παιπάλης, στα ποσοστά που εξετάσθηκαν, δε δείχνει να ωφελεί τη ρεολογική συµπεριφορά, την ευκολία ροής, της πάστας. Ποροσιµετρία υδραργύρου Η πορώδης δοµή (αθροιστική και διαφορική κατανοµή όγκου πόρων) της σκληρυµένης πάστας τσιµέντου προσδιορίσθηκε µε την τεχνική της ποροσιµετρίας µε διείσδυση υδραργύρου. Επιλέχθηκαν οι σκληρυµένες πάστες 28 ηµερών για 4 συνθέσεις: 40%L, 35%L-5%S, 20%L-20%P, 20%L-20%FA, ώστε να συγκριθούν εκείνες οι συνθέσεις που περιείχαν ασβεστόλιθο και που παρατηρήθηκε καλύτερη ρεολογική συµπεριφορά σε σχέση µε τις υπόλοιπες. Τα αποτελέσµατα φαίνονται στα Σχήµατα 4 και 5: Συνολικός εισερχόµενος όγκος, (cm 3 /g) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 40%L 35%L-5%S 20%L-20%P 20%L-20%FA 0 1 10 100 1000 10000 Ακτίνα πόρων, nm Σχήµα 4. Αθροιστική κατανοµή εισερχόµενου όγκου ως προς την ακτίνα πόρων. Θεωρώντας µία µέση τιµή πυκνότητας όγκου (bulk density) για τις συνθέσεις αυτές, ίση µε 1.9g/cm 3 υπολογίζεται το ολικό πορώδες των συνθέσεων στον Πίνακα 3. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 9

Πίνακας 3. Ολικός όγκος πόρων και ολικό πορώδες (2-10000 nm) Όγκος πόρων, cm 3 /g Πορώδες % 40%L 0.166 31.6 35%L-5%S 0.378 71.9 20%L-20%P 0.274 52.1 20%L-20%FA 0.131 24.9 Όπως φαίνεται στον Πίνακα 3, η χαµηλότερη τιµή πορώδους εµφανίζεται στη σύνθεση 20%L-20%FA, γεγονός που οδηγεί στο συµπέρασµα, ότι η συνέργεια των υλικών του ασβεστόλιθου και της ιπτάµενης τέφρας δίνει την πυκνότερη µικροδοµή, λόγω της καλύτερης πλήρωσης των κόκκων τους. Από το Σχήµα 1, το οποίο δίνει την κοκκοµετρία των υλικών, φαίνεται ότι η τέφρα έχει τον µεγαλύτερο κόκκο, ενώ ο ασβεστόλιθος τον µικρότερο. Προφανώς, κατά τη στοίβαξη των κόκκων στην πάστα, οι κόκκοι του ασβεστόλιθου πληρώνουν τα κενά µεταξύ των κόκκων της τέφρας (Pipilikaki, 2009). Έτσι, επιτυγχάνεται καλύτερη σωµατιδιακή πυκνότητα στοίβαξης (packing density). dv/dlog(r), (cm 3 /g)/log(r) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 40%L 35%L-5%S 20%L-20%P 20%L-20%FA 0.05 0 1 10 100 1000 10000 Ακτίνα πόρων, nm Σχήµα 5. ιαφορική κατανοµή µεγέθους πόρων. Από τις διαφορικές κατανοµών προκύπτουν οι ακτίνες πόρων µέγιστης συχνότητας που φαίνονται στον Πίνακα 4: 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 10

Πίνακας 4. Ακτίνα πόρων µέγιστης συχνότητας Ακτίνα Σύνθεση µέγιστης συχνότητας, nm 40%L 41.5 35%L-5%S 92.0 358.0 20%L-20%P 50.0 20%L-20%FA 12.8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο ασβεστόλιθος αποτελεί το καλύτερο λεπτόκοκκο πρόσθετο, από τα δοκιµαζόµενα σε αυτή τη µελέτη, ώστε να παρασκευασθεί µια πάστα τσιµέντου η οποία θα έχει βελτιωµένες ρεολογικές ιδιότητες σε σχέση µε άλλες. Αυτό οδηγεί σε ένα πιο λεπτόρρευστο συνδετικό µέσο για το σκυρόδεµα, το οποίο µε κατάλληλες εντός ορίων κοκκοµετρίες χονδρόκοκκων αδρανών, µπορεί άριστα να αποτελέσει µίγµα αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος. Η προσθήκη λεπτόκοκκων αδρανών στο τσιµέντο επιδρά στο ιξώδες της πάστας. Ο ασβεστόλιθος λόγω κοκκοµετρίας βελτιώνει το ιξώδες και είναι το καλύτερο λεπτόκοκκο υλικό σε ποσοστό υποκατάστασης 40%. Η υποκατάσταση µε 20% ασβεστόλιθο και 20% ιπτάµενη τέφρα, έχει ως αποτέλεσµα µικρότερο πορώδες (24.9%) και µικρότερη ακτίνα πόρων (12.8nm). ΑΝΑΦΟΡΕΣ EFNARC, Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete, February 2002. Felekoğlu B., Tosun K., Baradan B., Altun A., Uyulgan B., The effect of fly ash and limestone fillers on the viscosity and compressive strength of self-compacting repair mortars, Cement and Concrete Research 36 (2006) 1719 1726 Ferraris F. Chiara, Obla H. Karthik, Hill Russell, The influence of mineral admixtures on the rheology of cement paste and concrete, Cement and Concrete Research, Volume 31, Issue 2, February 2001, Pages 245-255 Hayakawa M, Matsuoka Y, Shindoh T. Development and application of super workable concrete. In: Bartos PJ, editor. RILEM international workshop on special concretes: workability and mixing, Paisley: RILEM Publication; 1993. p. 183 90. Kasthurirangan Gopalakrishnan and Naga Shashidhar, Structural Characteristics of Three- Dimensional Random Packing of Aggregates with Wide Size Distribution, INTERNATIONAL JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGY VOLUME 3 NUMBER 3 2006 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 11

Khayat K. H., Hu C, Monty H., Stability of self-consolidating concrete, advantages, and potential applications. In: Wallevik O, NieLon I, editors. First international RILEM symposium, SCC. Stockholm: RILEM Publications; 1999. p. 134 42. Mahmoodi Reza Baram, Hans J. Herrmann, Self-similar space-filling packings in three Dimensions, December 11, 2003 Mette R. Geiker, Mari Brandl, Lars N. Thrane, Dirch H. Bager, Olafur Wallevik, The effect of measuring procedure on the apparent rheological properties of self-compacting concrete, Cement and Concrete Research 32 (2002) 1791 1795 Oh S.G., Noguchi T. and Tomosawa F., Toward Mix Design for Rheology of Self-Compacting Concrete, International RILEM symposium on self-compacting concrete No1, Stockholm, SUEDE (13/09/1999) 1999 pp.361-372. Pade Claus, Self-compacting concrete: Test methods for SCC, Danish Technological Institute, December 2005. Pade Claus, Environmental Impact of Self-Compacting Concrete, ECOserve Meeting in Warsaw, 18-19 May, 2006. Petit Jean-Yves, Wirquin Eric, Vanhove Yannick, Khayat Kamal, Yield stress and viscosity equations for mortars and self-consolidating concrete, Cement and Concrete Research 37 (2007) 655 670 Pipilikaki P., Beazi-Katsioti M., The assessment of porosity and pore size distribution of limestone Portland cement pastes, Construction and Building Materials Volume 23, Issue 5, May 2009, Pages 1966-1970. Schwartzentruber L. D Aloia, Le Roy R., Cordin J., Rheological behaviour of fresh cement pastes formulated from a Self Compacting Concrete (SCC), Cement and Concrete Research 36 (2006) 1203 1213 Skarendahl A, Petersson O, editors. Self-compacting concrete, state of the art report of RILEM Technical Committee 174-SCC, selfcompacting concrete. RILEM Publications; 1999. Xiong Zhang, Jihong Han, The effect of ultra-fine admixture on the rheological property of cement paste, Cement and Concrete Research, Volume 30, Issue 5, May 2000, Pages 827-830. Ye G., Liu X., De Schutter G., Poppe A.-M., Taerwe L., Influence of limestone powder used as filler in SCC on hydration and microstructure of cement pastes, Cement & Concrete Composites 29 (2007) 94 102 Zhu Wenzhong, Gibbs C. John, Use of different limestone and chalk powders in self-compacting concrete, Cement and Concrete Research 35 (2005) 1457 1462 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 12