ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΙΔΗΡΟΥΧΑΣ ΣΚΩΡΙΑΣ ΕΛΑΣΤΡΩΝ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΙΔΗΡΟΥΧΑΣ ΣΚΩΡΙΑΣ ΕΛΑΣΤΡΩΝ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΕΝΥΔΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Ν. Χουσίδης, E. Ρακαντά, Γ. Μπατής Σχολή Χημικών Μηχανικών, Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών, Ε.Μ.Π Ι. Ιωάννου Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών & Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Κύπρου, Λευκωσία ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρουσα έργασία διερευνάται η χρήση της σιδηρούχας σκωρίας ελάστρων (καλαμίνα) ως αντικατάστατο του τσιμέντου στο σκυρόδεμα με σκοπό τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων σε περιβάλλον αυξημένης συγκέντρωσης ιόντων χλωρίου. Η χρήση του συγκεκριμένου προσθέτου έγινε σε δύο (2) ποσοστά αντικατάστασης 5% και 10% κ.β τσιμέντου. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν κυβικά (μέγεθος ακμής 100mm) και κυλινδρικά (ύψος H=300mm και διάμετρος φ=150mm) δοκίμια άοπλου σκυροδέματος τα οποία εμβαπτίστηκάν μερικώς σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β. Η πειραματική διαδικασία περιελάμβανε δοκιμές μηχανικών αντοχών (θλιπτική αντοχή, έμμεση εφελκυστική αντοχή με διάρρηξη, καμπτική αντοχή) και εξόλκευσης οπλισμού από σκυρόδεμα ώστε να γίνει η εκτίμηση της συνάφειας του. Επιπλέον, έγινε εκτίμηση του ανοικτού πορώδους σε δοκίμια που εκτέθηκαν σε διάλυμα NaCl. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μηχανικές αντοχές στο σκυρόδεμα που εισήχθει η σκωρία στις 7 & 28 ημέρες, παρουσίάστηκαν ελαττωμένες συγκριτικα με το κανονικο σκυρόδεμα με OPC γεγονός ου επιβεβαιώνεται και από τις μετρήσεις του πορώδους. Η παρατεταμένη όμως παραμονή των δοκιμίων με την καλαμίνα εντός NaCl πάνω από 70 ημέρες βελτίωσε τις μηχανικές αντοχές και παράλληλα όδήγησε σε μειώση του ανοικτού πορώδους του σκυροδέματος. 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το σκυρόδεμα χρησιμοποιείται στη δόμηση κατασκευών και παρασκευάζεται από ανάμειξη αδρανών υλικών και τσιμέντου, το οποίο αναπτύσσει τις ιδιότητες του μέσω των αντιδράσεων ενυδάτωσης. Η αντοχή σε θλίψη του σκυροδέματος, οφείλεται κυρίως στις ιδιότητες του τσιμέντου και στη συνάφεια που αναπτύσσει με τα αδρανή, ενώ η αντοχή σε κάμψη και εφελκυσμό στον οπλισμό που εισάγεται στο εσωτερικό του οπλισμένου σκυροδέματος. Για τη βελτίωση των μηχανικών και φυσικοχημικών ιδιοτήτων του σκυροδέματος, υπάρχει δυνατότητα προσθήκης διαφόρων πρόσμικτων ενώ εξίσου σημαντική είναι η καλή συμπύκνωση κατά τη διάρκεια της σκυροδέτησης, η σωστή συντήρηση και ο λόγος νερού:τσιμέντου [1], [2]. Η προστασία του οπλισμού που βρίσκεται εντός του σκυροδέματος πραγματοποιείται είτε με απευθείας επέμβαση πάνω στον οπλισμό χρησιμοποιώντας αναστολείς διάβρωσης, διάφορα επιχρίσματα/χρώματα [3], [4], με χρήση ειδικών χαλύβων [5] και καθοδική προστασία, είτε με επέμβασή στις ιδιότητες του σκυροδέματος που περιβάλλει τον οπλισμό. Η δεύτερη περίπτωση αποσκοπεί κατά κύριο λόγο στη μείωση του πορώδους και της διαπερατότητας του σκυροδέματος καθώς επίσης και στη βελτίωση της ανθεκτικότητας του στο δεδομένο περιβάλλον παραμονής και χρήσης και αφορά κυρίως τη χρήση διάφορων πρόσθετων (ποζολάνες, χημικά πρόσθετα, σκωρίες κτλ.), την επαναλκαλοποίηση του σκυροδέματος, τη χρήση αναστολέων και την ηλεκτροχημική αφαίρεση χλωριόντων. Οι κυριότεροι επιβαρυντικοί παράγοντες που δρουν στο σκυρόδεμα είναι οι εξής : Μηχανικές καταπονήσεις. Σύμφωνα με τον Nawy [6] αναφέρονται ως μακροχρόνιες παραμορφώσεις σκυροδέματος και αφορούν κυρίως την απότριψη και τον ερπυσμό. Ο ερπυσμός εμφανίζεται στο σκυρόδεμα με την πάροδο του χρόνου με επιβολή σταθερής θλιπτικής τάσης και είναι δυνατό να προκαλέσει ρωγμές [7], ενώ η απότριψη μειώνει το πάχος της επικάλυψης του οπλισμού, Τα ιόντα χλωρίου (Cl-). Προσβάλλουν τοπικά τον οπλισμό (pitting corrosion) δημιουργώντας τοπικά γαλβανικά στοιχεία και μειώνοντας τη διατομή του. Είναι από τα πιο καταστροφικά είδη διάβρωσης, εμφανίζεται συνήθως σε οριζόντιες επιφάνειες χωρίς καλή αποστράγγιση [8], [9] και προσβάλλει μέταλλα που καλύπτονται από λεπτά στρώματα οξειδίων καθώς και τα κράματα τους [10]. Επιπλέον, τα ιόντα Cl - όταν ξεπεράσουν μια κρίσιμή τιμή αποπαθητικοποιούν τον οπλισμό [11], [12], Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι. Ο κυριότερος επιβλαβής παράγοντας αυτής της κατηγορίας είναι το CO2 το οποίο αντιδρά με το CH του τσιμέντου παράγοντας τελικά CaCO3 ελαττώνοντας την αλκαλικότητα του διαλύματος των πόρων στο σκυρόδεμα. Η μείωση του ph προκαλεί ολική ρήξη του προστατευτικού στρώματος των οξειδίων που περιβάλλει τον οπλισμό. Η ενανθράκωση προκαλεί ρωγμές στο σκυρόδεμ α από τις τάσεις που αναπτύσσονται λόγω των προϊόντων διάβρωσης πάνω στο χάλυβα και απελευθερώνει τυχόν δεσμευμένα ιόντα Cl - αυξάνοντας τη συγκέντρωση τους στο διάλυμα των πόρων. Τα θειϊκά ιόντα (SO4 2- ). Τα θειϊκά ιόντα εμφανίζονται σε εδάφη που προήλθαν από μαγματικά πετρώματα ή εξαιτίας της δημιουργίας σύμπλοκων χουμικών οξέων [13]. Αντιδρούν με το CH και το C3A δημιουργώντας γύψο και εντριγκίτη που ρηγματώνουν το σκυρόδεμα [14].

2.ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 2.1 Υλικά και κατασκευή δοκιμίων Για την κατασκευή των δοκιμίων σκυροδέματος χρησιμοποιήθηκε τύπου CEM ΙΙ Α-Μ 42.5Ν, ασβεστολιθικά αδρανή και νερό δικτύου Λευκωσίας, ενώ ο λόγος W/C διατηρήθηκε σταθερός και ίσος με 0.65 σε όλες τις κατηγορίες δοκιμίων. Η χημική συσταση του τσιμέντου και οι ορυκτολογικές φάσεις σύμφωνα με τις εξισώσεις του Bogue δίνονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. Χημική και ορυκτολογική σύσταση τσιμέντου CEM II A-M ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΣΤΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟ (% κ.β τσιμέντου) Είδος Οξειδίου SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O NaO SO3 Cl - LOI CEM II A-M 42.5N 18,60 4,10 2,90 60,50 2,00 0,66 0,34 3,60 0,05 <8,50 ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ (%) Φάση ενυδάτωσης C3S C2S C3A C4AF CEM II A-M 42.5N 63,0 5,8 6,0 8,8 Κατασκευάστηκαν 3 σειρές δοκιμίων, μία σειρά με δοκίμια αναφοράς και δύο σειρές στις οποίες έγινε αντικατάσταση μέρους του τσιμέντου από καλαμίνα σε ποσοστά 5% (κωδ. 5% kal) και 10% (κωδ. 10% kal) κατά βάρος (κ.β.) τσιμέντου. Η συμπύκνωση του σκυροδέματος έγινε σε τράπεζα δόνησης TECHNOTEST AT 224/HS συχνότητας 3000 vibrations/min, ενώ η συντήρηση, εντός δεξαμενής με H2O για 7 ημέρες. Στη συνέχεια τα δοκίμια εμβαπτίστηκαν στο διαβρωτικό περιβάλλον. Η σκυροδέτηση πραγματοποιήθηκε σε πλαστικά καλούπια τα οποία είχαν λιπανθεί εσωτερικά με σκοπό την εύκολη εξαγωγή των δοκιμίων. Για την εκτίμηση των μηχανικών ιδιοτήτων του σκυροδέματος κατασκευάστηκαν δοκίμια κυβικά (ακμής 100mm), κυλινδρικά (H=300mm, φ=150mm) και πρισματικά μήκους 100cm και τετραγωνικής διατομής 10cm. Η συνάφεια οπλισμού-σκυροδέματος εξετάστηκε σε κυβικά δοκίμια ακμής 200mm στα οποία τοποθετήθηκε χαλύβδινος οπλισμός τύπου Tempcore B500C κατά ΕΛΟΤ 1421-3 [15], διαμέτρου 16mm και μήκους 600mm. Ο χάλυβας περιείχε 99,17% Fe, 0,22% C, 0,050% S, 0,05% P, 0,012% N και 0,50% Ceq. Σχήμα 1. Δεξαμενή συντήρησης δοκιμίων σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β Η καλαμίνα που χρησιμοποιήθηκε αποτελεί παραπροϊόν της επεξεργασίας σιδήρου για την παραγωγ ή δομικού χάλυβα από τη βιομηχανία ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΚΗ Α.Ε και ορυκτολογικά αποτελείται από 95% βουστίτη (FeO), και 5% αιματίτη (Fe2O3), μαγνητίτη (Fe3O4). Συγκεκριμένα, παράγεται από την απότομη επαφή του χάλυβα με τον ατμοσφαιρικό αέρα στο στάδιο θερμής έλασης. Η απότομη οξείδωση του χάλυβα δημιουργεί ένα λεπτό στρώμα οξειδίου του σιδήρου, το οποίο αποκολλάται και συλλέγεται προς αξιοποίηση αδρανούς υλικού [16]. Η κοκκομετρία του κυμαίνεται από 10-15μm.

Σχήμα 2. Δοκιμή θλίψης σε κυβικό δοκίμιο σκυροδέματος Σχήμα 3. Δοκιμή κάμψης (Δ) σε πρισματική δοκό και pull-out σε κυβικό δοκίμιο (Α) 2.2 Μέθοδοι εκτίμησης της ανθεκτικότητας του σκυροδέματος Η εξέταση των μηχανικών ιδιοτήτων του Οπλισμένου Σκυροδέματος πραγματοποιήθηκε με τις ακόλουθες δοκιμές: Περιοδική μέτρηση της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος. Οι μετρήσεις (Σχήμα 2) πραγματοποιήθηκαν σε κυβικά δοκίμια (ακμής 100 mm) κατά BS EN 12390-3 [17] για συνολικό χρονικό διάστημα 130 ημερών έπειτα από μερική εμβάπτιση σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β. Ο ρυθμός φόρτισης ήταν 0.5 MPa/s., Περιοδική μέτρηση εφελκυστικής αντοχής. Η εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος υπολογίστηκε έμμεσα με διάρρηξη (Brazilian test) κατά BS EN 12390-6 [18] σε κυλίνδρους (H=300mm, φ=150mm), οι οποίοι εμβαπτίστηκαν συνολικά για 130 ημέρες σε NaCl 3.5% κ.β. O ρυθμός φόρτισης ήταν 0.05 MPa/s., Μέτρηση καμπτικής αντοχής. Η αντοχή σε κάμψη υπολογίστηκε σε πρισματικές δοκούς μήκους 100 cm και διατομής 10 cm. Η δοκιμή (Σχήμα 3-Δ) έγινε στις 28 ημέρες, μετά από συντήρηση σε νερό συμφωνα με το πρότυπο ASTM C-78 [19]. Ο ρυθμός φόρτισης ήταν 0,185 MPa/s., Pull-out test. Πραγματοποιήθηκε (Σχήμα 3-Α) σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C-234 [20] στις 28 ημέρες έπειτα από συντηρηση σε νερό. Τα δοκίμια ήταν κυβικά, ακμής 200mm στα οποία τοποθετήθηκε ομοαξονικά χαλύβδινή ράβδος μήκους 60 cm και διαμέτρου 16 mm. Η ταχύτητα εξόλκευσης ήταν 0.05MPa/s ενώ η μέγιστη δύναμη της μηχανής ήταν 300 kn. Η μηχανή εξόλκευσης ήταν η LLOYD LR300K, η οποία ήταν συνδεδεμένη με ηλεκτρονικό υπολογιστή ο οποίος σε κατέγραφε την επιμήκυνση και την τάση συναρτήσει του χρόνου, Περιοδική μέτρηση ανοικτού πορώδους. Οι μετρήσεις του ανοικτού πορώδους στο σκυρόδεμα έγιναν σύμφωνα με το πρότυπο BS EN 1936:2006 [21]. Για τη διεξαγωγή του πειράματος ακολουθήθηκαν τα εξής βήματα: 1) Ξήρανση των δοκιμίων μέχρι σταθερής μάζας στους 105 ο C, 2) Ζύγιση των δοκιμίων σε ζυγό ακρίβειας 0,1 mg για τον υπολογισμό της ξηρής μάζας (Md), 3) Απαέρωση των δοκιμίων για 2-3 ώρες με σκοπό την αφαίρεση του αέρα, 4) Εισαγωγή απιονισμένου νερού μέχρι κάλυψη ολόκληρου του δοκιμίου για 24 ώρες, 5) Ζύγιση του δοκιμίου μέσα στο νερό για τον υπολογισμό της φαινόμενής μάζας (Mh), Απομάκρυνση επιφανειακού νερού και ζύγιση του δοκιμίου για τον προσδιορισμό της μάζας του

θλιπτική αντοχή (MPa) κορεσμένου και επιφανειακά ξηρού δοκιμίου (Ms). Το πορώδες των δοκιμίων προκύπτει από τη σχέση: p=(ms-md)/(ms-mh). Οπτική παρατήρηση σε SEM. Η παρατήρηση στο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης έγινε σε δοκίμια τσιμεντοκονίας στις 56 ημέρες από τη σκυροδέτηση έπειτα από 7 ημέρες συντήρηση σε νερό και 49 ημέρες σε αέρα και στους 24 μήνες έπειτα από μερική εμβάπτιση σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β. Χρησιμοποιήθηκε μικροσκόπιο Philips XL 30 SEM της SEMTecSolutions με μέγιστη ανάλυση 2nm στα 30kV και μεγέθυνση έως 1000000x. Η αντικατάσταση του τσιμέντου από το πρόσθετο έγινε σε ποσοστό 10% κ.β τσιμέντου 3.ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ 3.1 Μηχανικές ιδιότητες σκυροδέματος Η επίδραση των ιόντων Cl - στη θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος διερευνήθηκε με εμβάπτιση κυβικών δοκιμίων ακμής 100 mm σε διάλυμα NaCl 3,5% κ.β. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο Ωπλισμένου Σκυροδέματος του Πανεπιστημίου Κύπρου τρεις (3) συνθέσεις (αναφοράς, 5% kal & 10% kal) με τις ποσότητες των υλικών που δίνονται στον Πίνακα 2. Η ταχύτητα φόρτισης των δοκιμίων στη μηχανή ήταν 0.5MPa/s και τα αποτελέσματα των μετρήσεων θλίψης παρουσιάζονται στο Σχήμα 4. Ο λόγος νερού:τσιμέντου ήταν σταθερός σε όλες τις συνθέσεις και ίσος με 0.65. Σχεδιάστηκε τύπος σκυροδέματος C20/25 με ποσότητα τσιμέντου 376kg/m 3. Πίνακας 2. Ποσότητες υλικών για σκυρόδεμα τύπου C 20/25 ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΑΝΑΜΙΓΜΑ ΠΟΣΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΑΝΑΜΙΓΜΑ Είδος υλικού Ποσοστό % 5% kal 10% kal αναφοράς άμμος 30 % 12,68 kg 12,68 kg 12,68 kg Γαρμπίλι 25 % 10,84 kg 10,84 kg 10,84 kg χαλίκι 18 % 7,68 kg 7,68 kg 7,68 kg νερό 10,3 % 4,34 kg 4,34 kg 4,34 kg CEM II 42,5N 16,7 % 1 6,34 kg 6,00 kg 6,67 kg καλαμίνα - 0,34 kg 0,67 kg - ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 αναφοράς 5% kal 10% kal 7 28 70 100 130 Σχήμα 4. Μονοαξονική θλιπτική αντοχη σκυροδέματος σε MPa εντος NaCl 3.5% κ.β Το Σχήμα 4 παρουσιάζει την αντοχή σε θλίψη του σκυροδέματος συναρτήσει του χρόνου εμβάπτισης σε διάλυμα NaCl 3,5% κ.β. Από το διάγραμμα προκύπτουν τα παρακάτω συμπεράσματα: Η προσθήκη της καλαμίνας ελαττώνει τη θλιπτική αντοχή στις 7 & 28 ημέρες. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη μείωση του ποσοστού του τσιμέντου κατά την παρασκευή του σκυροδέματος, εξαιτίας της προσθήκης της σκωρίας και στο αυξημένο πορώδες των δοκιμίων με την σκωρία σε αυτούς τους χρόνους των μετρήσεων (βλ. επίσηςενότητα 3.2), 1 Η τιμή αφορά το μίγμα αναφοράς. Για τα μίγματα με 5% kal & 10% kal οι τιμές διαμορφώνονται σε 15,02% & 14,21% αντίστοιχα και το υπόλοιπο ποσοστό μέχρι το 16,7% αφορά το πρόσθετο.

αντοχή σε διάρρηξη (MPa) Η αύξηση του ποσοστού της καλαμίνας από 5% σε 10% δεν οδηγεί σε σημαντική μείωση της θλιπτικής αντοχής έπειτα από 100 ημέρες εμβάπτισης σε διάλυμα NaCl, Στις 100 ημέρες τα δοκίμια και των τριών συνθέσεων σκυροδέματος απέκτησαν περίπου ίδια θλιπτική αντοχή, Η θλιπτική αντοχη των δοκιμίων αναφοράς ελαττώνεται στις 100 ημέρες γεγονός που οφείλεται στη διάλυση της τσιμεντόπαστας από το NaCl, Η διάλυση που αναφέρθηκε είναι μικρότερη στα δοκίμια με το πρόσθετο, γεγονός που οφείλεται στο οξειδιο του σιδήρου που περιέχει η καλαμίνα και το οποίο επιδρά στη φερριτική φάση C4AF ελαττώνοντας το πορώδες του σκυροδέματος. Η αντοχή του σκυροδέματος σε εφελκυσμό με πρόσθετο τη σιδηρούχα σκωρία εκτιμήθηκε έμμεσα με τη δοκιμή διάρρηξης (Brazilian test) σε κυλινδρικά δοκίμια σκυροδέματος ύψους 300 mm και διαμέτρου 150 mm. Τα υλικά κατασκευής των δοκιμίων ήταν τσιμέντο CEM II 42.5N, ασβεστολιθικά αδρανή και νερό δικτύου Λευκωσίας. Το Σχήμα 5 παρουσιάζει διάγραμμα της αντοχής σε διάρρηξη του σκυροδέματος με και χωρίς προσθήκη καλαμίνας. Από το διάγραμμα προκύπτει ότι η εφελκυστική αντοχή στα δοκίμια με το πρόσθετο εμφανίζετ αι μειωμένη μέχρι τις 28 ημέρες. Το αποτέλεσμα αυτό είναι σε αντιστοιχία με τα αποτελέσματα της δοκιμής θλίψης. Επιπλέον, η εφελκυστική αντοχή και στις τρεις κατηγορίες ελαττωνεται στις 130 ημέρες παραμονής σε NaCl γεγονος που υποδηλώνει τη διάλυση της τσιμεντόπαστας από το διάλυμα. Από τα δύο ποσοστά προσθήκης το 5% φαίνεται να βελτιώνει τη συμπεριφορά του σκυροδέματος έναντι των ιόντων χλωρίου, βελτιώνοντας συνεχώς την αντοχη του μέχρι τις 100 ημέρες. Η σειρά 10% kal δίνει χαμηλές αντοχές σε όλα τα χρονικά διαστήματα εκτός από τις 130 ημέρες όπου είναι περίπου ίδιες με τα αναφορας. 3,00 ΕΦΕΛΚΥΣΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΔΙΑΡΡΗΞΗ 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 αναφοράς 5% kal 10% kal 7 28 100 130 Σχήμα 5. Αντοχή σε διάρρηξη κυλινδρικών δοκιμίων σκυροδέματος μετά από εμβάπτιση σε διάλυμα NaCl 3,5% κ.β Η καμπτική αντοχή του σκυροδέματος υπολογίστηκε σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C78, σε πρισματικά δοκίμια τετραγωνικής διατομής 100 mm και μήκους 100 cm με ταχύτητα 0.185 MPa/s. Για τη δοκιμή κατασκευάστηκαν δύο δοκίμια χωρίς πρόσθετο και δύο δοκίμια με 10% κ.β. καλαμίνα. Οι αναλογίες των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν δίνονται στον Πίνακα 3. Η σκυροδέτηση έγινε σε μεταλλικά καλούπια τα οποία ειχαν λιπανθει εσωτερικα για να διευκολυνθεί η εξαγωγή των δοκιμίων. Η συμπύκωνση έγινε σε τραπεζα δόνησης συχνότητας 3000Hz. Τα δοκίμια ξεκαλουπώθηκαν στις 24 ώρες και στη συνέχεια οι δοκοί συντηρήθηκαν σε δεξαμενή με νερό για 28 ημέρες, που ήταν ο χρόνος της δοκιμής κάμψης. Πίνακας 3. Αναλογίες υλικών για την κατασκευή δοκών για δοκιμή κάμψης αναφοράς καλαμίνα Άμμος:Γαρμπίλι:Χαλίκι 40:35:25 40:35:25 Νερό:Τσιμέντο 0.65/ 0,79 2 0.65/0.79 2 Καλαμίνα - 10% 2 Τελική ποσότητα νερού στο ανάμιγμα σκυροδέματος μετά από διόρθωση εξαιτίας της υψηλής απορροφη - τικότητας που παρουσιάζουν τα αδρανή της Κύπρου.

ανοικτό πορώδες (%) αντοχή σε κάμψη (MPa) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 ΑΝΤΟΧΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΣΕ ΚΑΜΨΗ 3,3 2,42 αναφοράς 10% kal Σχήμα 6. Αντοχή σε κάμψη πρισματικών δοκιμίων σκυροδέματος μετά από συντήρηση στις 28 ημέρες Το Σχήμα 6 παρουσιάζει διάγραμμα των μέσων όρων των αποτελεσμάτων της δοκιμής κάμψης στις 28 ημέρες. Από το σχήμα φαίνεται όπως και στα διαγράμματα των μετρήσεων θλίψης και εφελκυσμού ότι στις 28 ημέρες η καλαμίνα δίνει χαμηλότερες τιμές αντοχών από τα δοκίμια αναφοράς. Το διάγραμμα βρίσκεται σε συμφωνία με τις υπόλοιπες μετρήσεις αντοχών για τις 28 ημέρες. 3.2 Μετρήσεις ανοικτού πορώδους δοκιμίων σκυροδέματος Το ανοικτό πορώδες των δοκιμίων υπολογίστηκε με τη μέθοδο της απαέρωσης σε κυβικά δοκίμια σκυροδέματος τα οποία ήταν εμβαπτισμένα σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β. Το τσιμέντο που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων ήταν CEM II 42.5N και ο λόγος W/C=0.65. Για τις μετρήσεις κατασκευάστηκαν δοκίμια αναφοράς και δοκίμια στα οποία αντικαταστάθηκε το τσιμέντο από καλαμίνα σε ποσοστά 5% και 10% κ.β. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων παρουσιάζονται στο Σχήμα 7. 30 ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΟΡΩΔΕΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΕΜΒΑΠΤΙΣΜΕΝΩΝ ΣΕ NaCl 3.5% κ.β 25 20 15 10 5 0 Σχήμα 7. Ανοικτό πορώδες (%) κυβικών δοκιμίων σκυροδέματος συναρτήσει του χρόνου εμβάπτισης σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β Το Σχήμα 7 δίνει διάγραμμα των μετρήσεων ανοικτού πορώδους συναρτήσει του χρόνου εμβάπτισης σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β. Από το διάγραμμα προκύπτουν τα εξής: H προσθήκη καλαμίνας ως μέρος αντικατάστασης του τσιμέντου μειώνει το πορώδες σε σκυρόδεμα εντός διαλύματος NaCl 3.5% κ.β., Στα δοκίμια αναφοράς το πορώδες αυξάνεται με το χρόνο εμβάπτισης σε διάλυμα NaCl 3.5% κ.β, Το πορώδες και των τριών (3) συνθέσεων σκυροδέματος μειώνεται μετά τις 28 ημέρες εξαιτίας της αντίδρασης του C3A και των ιόντων Cl - προς τη δημιουργία άλατος (Friedel s salt) [22]. 3.3 Εξόλκευση οπλισμού από σκυρόδεμα αναφοράς 5% KAL 10% KAL 28d 70d 100 130d Η συνάφεια του χάλυβα με το σκυρόδεμα εκτιμήθηκε με τη δοκιμή εξόλκευσης (pull - out test) (Σχήμα 3-Α) σύμφωνα με το πρότυπο ASTM C-234. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν κυβικά δοκίμια σκυροδέματος

τάση (MPa) ακμής 200 mm στα οποία τοποθετήθηκε ομοαξονικά χάλυβας τύπου Tempcore B500C, μήκους 60 cm και διαμέτρου 16 mm. Η αντικατάσταση του τσιμέντου από καλαμίνα έγινε σε ποσοστό 10% κ.β. Επιπλέον, παρασκευάστηκε και ένα δοκίμιο οπλισμένου σκυροδέματος χωρίς πρόσθετο για λόγους σύγκρισης. Τα υλικά κατασκευής των δοκιμίων ήταν τσιμέντο CEM II 42.5 N, ασβεστολιθικά αδρανή και νερό δικτύου Λευκωσίας. Το Σχήμα 8 παρουσιάζει διάγραμμα της τάσης συναρτήσει του χρόνου εξόλκευσης του χάλυβα. Όπως φαίνεται από το σχήμα η συνάφεια του οπλισμού στο σκυρόδεμα χωρίς καλαμίνα είναι μεγαλύτερη απ ότι στο δοκίμιο με το πρόσθετο. Συγκεκριμένα, η μέγιστη τάση στην οποία από εκεί και έπειτα υπάρχει ολίσθηση του χάλυβα είναι κατά 49% μεγαλύτερη στο αναφοράς γεγονός που οφείλεται στην υστέρηση των μηχανικών αντοχών που έχουν τα σύνθετα σκυροδέματα που περιέχουν ορυκτά πρόσμικτα. 400 350 371,11 MPa 300 250 200 189,46 MPa 150 100 50 0 0 50 100 150 200 χρόνος (sec) 10% kal αναφοράς Σχήμα 8. Ταση σε MPa συναρτήσει του χρόνου εξόλκευσης στις 28 ημέρες 3.4 Οπτική παρατήρηση με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM) Η μικροσκοπική εξέταση των δοκιμίων με το εξεταζόμενο πρόσθετο πραγματοποιήθηκε με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης PHILIPS XL 30 SEM. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη δεπιφάνεια μεταξύ καλαμίνας - σκυροδέματος απ όπου προέρχονται και οι αναλύσεις με EDX των πιο κάτω σχημάτων. Όπως διακρίνεται από τα σχήματα και τις αναλύσεις η καλαμίνα περιέχει κυρίως Fe και O. Στις φωτογραφίες από το SEM οι κρύσταλλοι Fe εμφανίζονται ως σφαιρίδια τα οποία βρίσκονται ανάμεσα στην τσιμεντόπαστα με αποτέλεσμα να δημιουργούνται κενά και επομένως αυξημένο πορώδες. Σχήμα 9: Οπτική παρατήρηση x1600 δοκιμίου τσιμεντοκονίας με πρόσθετο καλαμίνα στις 56 ημέρες. Η ανάλυση αφορά το τμήμα της τσιμεντόπαστας.

Σχήμα 10. Οπτική παρατήρηση x1600 δοκιμίου τσιμεντοκονίας με 10% κ.β καλαμίνα στις 56 ημέρες και στοιχειομετρική της διεπιφάνειας σκυροδέματος-καλαμίνας. Στη φωτογραφία διακρίνεται η δεπιφάνεια μεταξύ της καλαμίνας (αριστερά) και του τσιμέντου (δεξιά). Σχήμα 11: Οπτική παρατήρηση x2500 (αριστερά) & x1000 (δεξιά) δοκιμίου τσιμεντοκονίας με πρόσθετο καλαμίνα και εμβάπτιση σε NaCl 3,5% κ.β για 24 μήνες. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η προσθήκη οξειδίων Σιδήρου στο σκυρόδεμα αυξάνει τη συγκέντρωση της φερριτικής φάσης (C4AF) Αυτό έχει θετική επίδραση στη θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος σε μετέπειτα ηλικίες [23]. Από το διάγραμμα του ανοικτού πορώδους παρατηρείται ότι η αύξηση του ποσοστού της προσθήκης σκωρίας από 5% σε 10% δεν βελτιώνει επι πρόσθετα τη συγκεκριμένη παράμετρο όποτε πιθανόν ένα ποσοστό της καλαμίνας να παραμένει ως αδρανές και να μη λαμβάνει μέρος στις αντιδράσεις ενυδάτωσης του τσιμέντου. Από τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας προκύπτουν τα παρακάτω συμπεράσματα: Οι μηχανικές αντοχές (θλιπτική, εφελκυστική, καμπτική), εμφανίζονται μειωμένες στα σκυροδέματα με καλαμίνα μέχρι τις 28 ημέρες, Στις 100 ημέρες τα δοκίμια με 5% καλαμίνα επιτυγχάνουν εφελκυστική αντοχή ανώτερη των δοκιμίων χωρίς πρόσθετο, Το ποσοστό προσθήκης της καλαμίνας (μέχρι 10%) δεν επηρεάζει σημαντικά τη θλιπτική αντοχή από τις 100 ημέρες και μετά, Η αντικατάσταση του τσιμέντου από καλαμίνα μέχρι ποσοστού 10% μειώνει το ανοικτό πορώδες σε εμβαπτισμένα δοκίμια εντός διαλύματος NaCl 3,5% κ.β,

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. ΜΠΑΤΗΣ Γ., Φθορά και προστασία υλικών. 1999, ΑΘΗΝΑ: ΕΜΠ. 2. ΧΟΥΣΙΔΗΣ Ν., ΡΑΚΑΝΤΑ Ε., and ΜΠΑΤΗΣ Γ., Ανθεκτικότητα του οπλισμένου κονιάματος/σκυροδέματος με τη χρήση Ιπτάμενης Τέφρας τύπου C,, in 6ο Συνέδριο Ελληνικής κεραμικής εταιρίας,. 2014, Ελληνική Κεραμική εταιρία: Αθήνα, ΕΜΠ. 3. Zafeiropoulou T., Rakanta E., and Batis G., Industrial Coatings for high performance application: Physicochemical characteristics and anti-corrosion behavior. Brick and Mortar Research, 2012. capter 9: p. 245-258. 4. Al-Zahrani, M.M., et al., Effect of waterproofing coatings on steel reinforcement corrosion and physical properties of concrete. Cement and Concrete Composites, 2002. 24(1): p. 127-137. 5. Batis, G. and E. Rakanta, Corrosion of steel reinforcement due to atmospheric pollution. Cement and Concrete Composites, 2005. 27(2): p. 269-275. 6. Nawy E.W., Concrete Construction Engineering Handbook, 2nd edition, USA, New Jersey. 2006: CRC Press. 7. Βαμβάτσικος, Β., Ε. Βουγιούκας, and Τ. Αβραάμ, Οπλισμένο Σκυρόδεμα - Μεταλλικές Κατασκευές, κεφ.2. Αθήνα: ΕΜΠ. pp.40-41. 8. ΚΟΥΛΟΥΜΠΗ Ν., Διάβρωση και προστασία. 1999, ΑΘΗΝΑ: ΕΜΠ. 9. ΜΟΡΟΠΟΥΛΟΥ Α. and ΚΟΥΛΟΥΜΠΗ Ν., Φθορά και προστασία Υλικών. 2012, Αθήνα: ΕΜΠ. 10. Schweitzer P.A., Fundamentals of Corrosion: Mechanisms, Causes, and Preventative Methods. 2009: CRC Press 11. Sato, N., A theory for breakdown of anodic oxide films on metals. Electrochimica Acta, 1971. 16(10): p. 1683-1692. 12. Lin, L.F., C.Y. Chao, and D.D. McDonald, A Point Defect Model for Anodic Passive Films: II. Chemical Breakdown and Pit Initiation. Journal of the Electrochemical Society, 1981. 128: p. 1194-1198. 13. ΒΑΛΑΒΑΝΙΔΗΣ ΑΘ., Οικοτοξικολογία και Περιβαλλοντική Τοξικολογία, 'Ερευνητική Μεθοδολογία και Εκτίμηση Οικολογικού Κινδύνου από Επικίνδυνες Χημικές Ουσίες'. 2006, Αθήνα: ΕΚΠΑ, τμήμα Χημείας. 14. Ρακαντά-Ζαχαρίου Ε., «Διερεύνηση της χρήσης ειδικών προσθέτων για την προστασία του οπλισμού στο σκυρόδεμα», Διδακτορική διατριβή,. 2010, Αθήνα: ΕΜΠ. 15. ΕΛΟΤ 1421-3, Χάλυβες Οπλισμού Σκυροδέματος - Συγκολλήσιμοι Χάλυβες - Μέρος 3: ΤΕΧΝΙΚΉ ΚΑΤΗΓΟΡΊΑ B500C 2004. 16. Mironovs V., et al. possibilities of application iron containing waste materials in manufacturing of heavy concrete. in 3rd International Conference CIVIL ENGINEERING, 11 Proceedings I BUILDING MATERIALS. 2011. 17. BS EN 12390-3, Testing hardened concrete. Compressive strength of test specimens. 2009, British Standard Institution: London. 18. BS EN 12390-6, Testing hardened concrete. Tensile splitting strength of test specimens. 2009: UK, London. 19. ASTM C78/C78M, Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third- Point Loading), Vol.04.02. 2009: West Conshohocken,. 20. ASTM C-234, Standard Test Method for Comparing Concretes on the Basis of the Bond Developed with Reinforcing Steel, in Annual Book of ASTM Standards, Section 4- Construction. American Society for Testing and Materials: Philadelphia USA. 21. BS EN 1936, Natural stone test methods. Determination of real density and apparent density, and of total and open porosity. 2007, British Standard Institution: London. 22. Maes, M. and N. De Belie, Resistance of concrete and mortar against combined attack of chloride and sodium sulphate. Cement and Concrete Composites, 2014. 53(0): p. 59-72. 23. Huiwen W., et al., Effects of Clinker Contents of Different C3A and C4AF on the Performance of PSC Cement. Journal of Wuhan University of Technology-Mater, 2013: p. 521-526.