Κοκκομετρική Διαβάθμιση Αδρανών

Κοκκομετρική Διαβάθμιση Αδρανών Δρ. Σωτήρης Δέμης Πολιτικός Μηχανικός (Πανεπιστημιακός Υπότροφος) 1

Βασικά Συστατικά Σκυροδέματος + +??? Χημικώς Αδρανή Πρόσθετα Πρόσμικτα Εισαγωγή Ιδιαίτερα σημαντικός ρόλος αδρανών στα χαρακτηριστικά/ιδιότητες σκυροδέματος (-80% του όγκου, -> χαμηλό κόστος σκυροδέματος). Εξασφαλίζουν σταθερότητα όγκου, μεγαλύτερη διάρκεια ζωης κατασκευών (σε αντίθεση με χρήση μόνο τσιμεντοκονειάματος), Πρέπει: να μην αποσαρθρώνονται υπό καιρικές συνθήκες, να είναι καθαρά χωρίς επιφανειακή σκόνη, άργιλο και οργανικές ύλες να είναι σκληρά και μεγάλης αντοχής 2

Γενική Κατηγοριοποίηση Αδρανών Διαβαθμίσεις Ως προς Μέγεθος Χονδρόκοκκα Λεπτόκοκκα Γαρμπίλι (ρυζάκι, ψηφίδα): 5 12.5 mm Σκύρα: 12.5 38 mm Άμμος 5 mm Ως προς Βάρος Κανονικού Βάρους (Πυκνότητα: 2.2 3.0 kg/dm 3 ) Ελαφρά (Πυκνότητα< 2.0 kg/dm 3 ) π.χ. Κίσσηρη, περλίτη, διογκωμένη άργιλο Βαριά (Πυκνότητα> 3.0 kg/dm 3 ) Ως προς Προέλευση Ως προς Σχήμα Φυσικά Τεχνητά Στρογγυλά Κυβοειδή Γωνιώδη Πλακοειδή Επιμήκη Συλλεκτά (από φυσικές αποθέσεις ποταμών, θαλασσών, ορυχείων) Θραυστά (από θραύση πετρωμάτων ή συλλεκτών αδρανών) Βιομηχανικών Παραπροϊόντων Ανακυκλωμένα Λεπτόκοκκα αδρανή πληρούν κενά μεταξύ χονδρόκοκκων, ελαττώνοντας όγκο κενών και αυξάνοντας εργασιμότητα μίγματος. Στην παρασκευή σκυροδέματος: φυσικά θραυστά αδρανή (φυσικοί λίθοι) κανονικού βάρους (ασβεστολιθικής ή πυριτικής ορυκτολογικής σύστασης) (ΕΛΟΤ 8, ΕΝ 12620:2002). 3

Διαβαθμίσεις Ιδιότητες προϊόντα ελάττωσης μεγέθους από μεγαλύτερα τεμάχια μητρικού πετρώματος φυσικών μεθόδων (αποσάθρωση, απόξεση, απολέπιση) τεχνητών μεθόδων (θραύση/κατάτμηση πετρωμάτων, ταξινόμηση κατά μέγεθος). 4

Προέλευση Προϊόντα ελάττωσης μεγέθους από μεγαλύτερα τεμάχια μητρικού πετρώματος Αποθήκευση Αδρανών 5

Ενδεικτική Εικόνα Λατομείων Αδρανών Ελλαδικού Χώρου Ιδιότητες προϊόντα ελάττωσης μεγέθους από μεγαλύτερα τεμάχια μητρικού πετρώματος φυσικών μεθόδων (αποσάθρωση, απόξεση, απολέπιση) τεχνητών μεθόδων (θραύση/κατάτμηση πετρωμάτων, ταξινόμηση κατά μέγεθος). Ιδιότητες εξαρτώνται από ιδιότητες μητρικού πετρώματος (πυκνότητα, υγρασία, καθαρότητα, μηχανικές ιδιότητες, διαβάθμιση, μορφή). 6

Αντοχή σε θλίψη (MPa) 28/11/2016 Μηχανικές Ιδιότητες Εξαρτώνται από πορώδες, και είναι, για τα συνηθισμένα αδρανή, σαφώς ανώτερες από αντίστοιχες του σκυροδέματος Επίδραση Αδρανών στο Σκυρόδεμα 50 Ν/T 0. 20 Ν/T 0.55 Ν/T 0. 0 4.75 9.5 19 38 76 152 Μέγιστος κόκκος αδρανών (mm) Αύξηση μέγιστου κόκκου αδρανών -> μείωση αντοχής Για ίδια περιεκτικότητα τσιμέντου/εργασιμότητα, σκυροδέματα με μεγάλα αδρανή έχουν μειωμένες απαιτήσεις σε νερό 7

Ιδιότητες - Πυκνότητα Πραγματική πυκνότητα ή πυκνότητα στερεών, ρ σ = Μάζα / όγκο στερεών πυκνότητα του πετρώματος: λόγος μάζας προς όγκο των κόκκων (χωρίς κενά) 20-00 kg/m3 (2600 kg/m3). φαινόμενη πυκνότητα σωρού ρ φ = Μάζα / Συνολικό όγκο (με κενά) πυκνότητα του σωρού: μάζα προς όγκο σωρού αδρανών (με κενά) εξαρτάται από βαθμό συμπύκνωσής τους (μέση τιμή 10 kg/m3) Λόγος ρ φ /ρ σ : βαθμός πυκνότητας (γενική εικόνα γεωμετρικής ποιότητας αδρανών). Ιδιότητες - Υγρασία Ανάλογα με υγρασία που περιέχουν (ή όχι): διαθέτουν νερό στο ανάμιγμα σκυροδέματος Ή απορροφούν από αυτό. Εντελώς ξηρά, χωρίς υγρασία Ξηρά, χωρίς εξωτερική υγρασία (λίγη εσωτερική) Κορεσμένα και επιφανειακά ξηρά, χωρίς επιφανειακή υγρασία (κορεσμένους εσωτερικούς πόρους Υγρά, με κάποια ποσότητα επιφανειακής υγρασίας και κορεσμένους τους εσωτερικούς πόρο Εντελώς Ξηρά Ξηρά Κορεσμένα Επιφανειακά Υγρά Υγρά Ικανότητα απορρόφησης υγρασίας: συνολική ποσότητα υγρασίας που απαιτείται για μετατροπή αδρανών από εντελώς ξηρά σε κορεσμένα και επιφανειακά ξηρά (σχετίζεται άμεσα με το πορώδες και την αντοχή των αδρανών). 8

Καθαρότητα Βλαβερές ουσίες: ενδέχεται να επηρεάσουν δυσμενώς εργασιμότητα, πήξη και σκλήρυνση, και την ανθεκτικότητα σε διάρκεια. Παιπάλη λεπτόκοκκο υλικό που περνά από κόσκινο 0.063 mm (πηλός, άργιλος, σκόνη από το ίδιο πέτρωμα). Εμποδίζει πρόσφυση αδρανών με κονίαμα Αυξάνει αναγκαία ποσότητα νερού στο σκυρόδεμα Ελαττώνει αντοχή σκυροδέματος Ποσότητα της < 1.5 % ξηρού βάρους χονδρόκοκκων 16% ξηρού βάρους άμμου (θραυστού λεπτόκοκκου) 3 % ξηρού βάρους άμμου (συλλεκτού λεπτόκοκκου) Οργανικές Προσμίξεις (φυσικής/ζωικής προέλευσης, λιγνίτες γαιάνθρακες) Θειούχες ενώσεις (θειούχος μόλυβδος, σίδηρος), θειικά άλατα, αλκάλια Πιθανό Πρόβλημα? Αντίδραση Αλκαλίων-Αδρανών Αντίδραση αλκαλικών ιόντων τσιμέντου με πυριτικά συστατικά αδρανών, παρουσία υγρασίας. Σχηματισμός διαυγούς και παχύρευστου πήγματος (gel) μεγάλης πυκνότητας. Απορρόφηση νερού από πήγμα προκαλεί διόγκωση και ανάπτυξη ρωγμών (άτακτη ρηγμάτωση). Προσοχή! Για να είναι επικίνδυνη η αλκαλοπυριτική αντίδραση πρέπει να υπάρχουν ταυτόχρονα και οι 3 παράγοντες: 1.Υψηλή αλκαλικότητα σκυρ/τος 2.Ποσότητα ενεργού πυριτίου 3.Παρουσία υγρασίας 9

Πιθανό Πρόβλημα? Αντίδραση Αλκαλίων-Αδρανών Πιθανό Πρόβλημα? Αντίδραση Αλκαλίων-Αδρανών Λύση: Αύξηση πορώδους, μείωση διαστάσεων αδρανών, Μερική αντικατάσταση τσιμέντου Portland από σκωρίες ή άλλες προσθήκες (πυριτική παιπάλη/ ιπτάμενη τέφρα) με χαμηλό ισοδύναμο σε Na 2 O

Με μια ματιά Κανονισμός τεχνολογίας Σκυροδέματος 2016 Απαιτήσεις για χρήση στο Οπλισμένο Σκυρόδεμα Για χρήση αδρανών στο οπλισμένο σκυρόδεμα πρέπει Να τηρούνται χημικές απαιτήσεις Περιεκτικότητας Cl - (< 0.04% κ.β.) Περιεκτικότητας θειϊκών διαλυτών σε οξέα (SO 3 < 0.8% κ.β. Περιεκτικότητας ολικού θείου (S < 1% κ.β.) Να τηρούνται φυσικές απαιτήσεις Πυκνότητα Υδαταποροφητικότητα Να μην επηρεάζουν δυσμενώς: Διαδικασία πήξης, σκλήρυνσης Αντοχή σκυροδέματος Κατάσταση επιφάνειας σκυροδέματος Προστασία οπλισμού έναντι διάβρωσης Να γίνεται σωστή διαβάθμιση τους???? 11

Κοκκομετρική Διαβάθμιση Καλά διαβαθμισμένα αδρανή (διαστάσεις κόκκων που καλύπτουν ολόκληρο το φάσμα) παρουσιάζουν λίγα κενά μεταξύ τους απαιτούν μικρή ποσότητα τσιμεντοπολτού, μείωση κόστους και αύξηση ογκοσταθερότητας σκυροδέματος. Για δεδομένη ποσότητα νερού στο ανάμιγμα νωπού σκυροδέματος, καλά διαβαθμισμένα αδρανή βελτιώνουν την εργασιμότητα. Στο σκυρόδεμα, αυτό που παίζει σημαντικό ρόλο δεν είναι το μέγεθος των κόκκων, αλλά το ποσοστό κάθε κατηγορίας μεγέθους κόκκων που περιέχεται στη συνολική ποσότητα αδρανών (η κοκκομετρική διαβάθμιση αδρανών) Κοκκομετρική Διαβάθμιση Κοσκίνισμα αντιπροσωπευτικής ποσότητας αδρανών με χρήση πρότυπων κόσκινων κόσκινα των οποίων οπές έχουν καθορισμένες διαμέτρους, όπως καθορίζεται από αντίστοιχους κανονισμούς (Γερμανικούς, Αμερικάνικους). Έχει τεράστια σημασία ο τρόπος που λαμβάνεται το δείγμα αδρανών, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για κοκκομετρική ανάλυση. Δειγματοληψία για κάθε 80 m 3 άμμου (ελάχιστη ποσότητα 20 kg) m 3 γαρμπιλιού (ελάχιστη ποσότητα kg) 80 m 3 σκύρων (ελάχιστη ποσότητα kg) Συλλογή από διαφορετικά σημεία σωρού (όχι από κάτω πέμπτο) 12

Κοκκομετρική Διαβάθμιση Γερμανικά Κόσκινα Αμερικάνικα Κόσκινα Ονομασία Άνοιγμα (mm) Ονομασία Άνοιγμα (mm) 0.25 0.25 0.25 0.25 1 1 No 50 0.3 2 2 No 0.6 4 4 No 16 1.18 8 8 No 8 2.36 16 16 No 4 4.75 31.5 31.5 3/8 9.5 1/2 12.5 1 25 1 ½ 37.5 Κοκκομετρική Διαβάθμιση (ΚΤΣ 2015) 13

Κοκκομετρική Διαβάθμιση (ΚΤΣ 2015) Εργαστηριακή Άσκηση Κοκκομετρική Διαβάθμιση Καθαρό Βάρος Βάρος Ποσοστό Βάρος Συνολικό Αδρανών Διερχ. Διερχ. Κόσκινο Κοσκίνου Βάρος (Απόβαρο) Αδρανών Αδρανών 31,5 1111 1111 0 68 0 16 1157 2315 1158 5652 83.0 8 1128 3414 2286 3366 49.43 4 11 1985 855 2511 36.87 2 33 1631 598 1913 28.09 1 9 1480 5 1343 19.72 0,25 825 1905 80 263 3.86 Συλλέκτης 923 1186 263 0 0 68 Απόβαρο = Συνολικό Βάρος Βάρος Κοσκίνου Για κάθε κόσκινο Βάρος Διερχ/νων αδρανών = Συνολικό Βάρος Αδρανών Απόβαρο 14

Διερχόμενα (%) 28/11/2016 Εργαστηριακή Άσκηση 0 90 80 60 50 20 0 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 Όρια Κοκκομετρικής Διαβάθμισης Μίγματος Αδρανών (Dmax 31.5) 0 No 50 No No 16 No 8 No 4 3/8 1/2 1 Αμερικάνικα Κόσκινα 90 80 87 95 60 50 Ζ 52 66 Ε 45 20 Δ 14 18 2 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 Γερμανικά Κόσκινα 15

Διερχόμενα (%) 28/11/2016 Όρια Κοκκομετρικής Διαβάθμισης Μίγματος Αδρανών (Dmax 31.5) Λεπτόκοκκα (μεγάλη απαίτηση νερού, μικρή ογκοσταθερότητα, πιθανότητα ρηγμάτωσης) 0 90 80 60 50 Ζ Ε 52 66 45 87 95 Για άοπλο σκυρόδεμα Για σκυρόδεμα κατηγορίας C/37 ή μικρότερης 20 Δ 14 18 2 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 Για οπλισμένο σκυρόδεμα Χονδρόκοκκα (πτωχή εργασιμότητα) Σκυρόδεμα ανθεκτικό σε επιφανειακή φθορά καμπύλη στο κάτω μισό υποζώνης Δ Σκυροδέματα μειωμένης υδατοπερατότητας, μέσα σε νερό (όχι διαβρωτικό), στη θάλασσα, σε παραθαλάσσιο περιβάλλον ή ανθεκτικά σε χημικές προσβολές καμπύλη κοντά στη μέση γραμμή υποζώνης Δ. Μέγιστος κόκκος (Dmax): διάσταση μικρότερου κόσκινου σειράς από το οποίο διέρχεται 95% τουλάχιστον ποσότητας αδρανούς. Μέτρο Λεπτότητας Άμμου Εμπειρικός συντελεστής ένδειξης πόσο λεπτόκοκκο ή χονδρόκοκκο είναι το αδρανές. Ειδικά για Άμμο & Αμερικάνικα Κόσκινα) Μέτρο Λεπτότητας Άμμου (FM): Άθροισμα ποσοστών χονδρότερων από σειρά κοσκίνων / 0 Σειρά από κάτω του κόσκινου που βρίσκεται κοντά στη μέση διάμετρο αδρανών Π.χ. FM=3.0 -> Μέση διάμετρο αδρανών αντιστοιχεί στο 3 ο από κάτω κόσκινο (Νο, με άνοιγμα 0.6 mm) Αμερ. Κόσκινο Συγκρατούμενο % Διερχόμενο % Χονδρότερο % Νο 4 (4.75 mm) 5 95 5 Νο 8 (2.36 mm) 65 35 Νο 16 (1.18 mm) 31 34 66 Νο (0.6 mm) 14 20 80 Νο 50 (0.3 mm) 12 8 92 0.25 (0.25 mm) 6 2 98 5 35 66 80 92 98 FM 0 3.76 Άρα, μέση διάμετρο αδρανών ίση περίπου με 1 mm. 16

Διερχόμενα (%) 28/11/2016 Κοκκομετρική Διαβάθμιση Μίγματος Αδρανών (Dmax 31.5) 0 Μια αποδεκτή σύνθεση δεν έχει σημαντικό αριθμό «κορυφών» ή «βυθίσεων» 90 80 60 66 87 95 50 52 45 20 14 2 18 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 Εργαστηριακή Άσκηση 0 90 80 60 50 20 0 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 17

Εργαστηριακή Άσκηση Αρχική Εκτίμηση Καθαρό Βάρος Βάρος Ποσοστό Βάρος Συνολικό Αδρανών Διερχ. Διερχ. Κόσκινο Κοσκίνου Βάρος (Απόβαρο) Αδρανών Αδρανών 31,5 1111 1111 0 68 0 16 1157 2315 1158 5652 83.00 8 1128 3414 2286 3366 49.43 4 11 1985 855 2511 36.87 2 33 1631 598 1913 28.09 1 9 1480 5 1343 19.72 0,25 825 1905 80 263 3.86 Συλλέκτης 923 1186 263 0 0 68 68 + 14.84% x 68 check >= >= < < < (%) - - 7.07 4.13 - - 3.64 14.84 7820 Όρια - Ζώνη Δ Μέση Τιμή Από Έως Κόσκινο 0 0 0 31.5 78.5 87 16 56.5 45 68 8 41 52 4 29 18 2 20 1 7.5 2 13 0.25 Προσοχή: Κάνουμε εκτίμηση, όχι κατά ανάγκη ακριβή μαθηματικό υπολογισμό Εργαστηριακή Άσκηση 0 90 80 60 50 20 56.5 49.4 0 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 % Διερχ. Νεο % Διερχ. 18

Αρχική Εκτίμηση Καθαρό Βάρος Βάρος Ποσοστό Βάρος Συνολικό Αδρανών Διερχ. Διερχ. Κόσκινο Κοσκίνου Βάρος (Απόβαρο) Αδρανών Αδρανών έλεγχος 31.5 1111 1111 0 68 0 >= 16 1157 2315 1158 5652 83.00 >= 8 1128 3414 2286 3366 49.43 < 4 11 1985 855 2511 36.87 < 2 33 1631 598 1913 28.09 1 9 1480 5 1343 19.72 0.25 825 1905 80 263 3.86 < Συλλέκτης 923 1186 263 0 0 68 68 + 14.84% x 68 (%) - - 7.07 4.13 - - 3.64 14.84 7820 Όρια - Ζώνη Δ Μέση Τιμή Από Έως Κόσκινο 0 0 0 31.5 78.5 87 16 56.5 45 68 8 41 52 4 29 18 2 20 1 7.5 2 13 0.25 Αρχικό Διόρθωση Καθαρό Ποσοστό Ποσοστό Βάρος Βάρος Διερχ. Διερχ. Διερχ. Αδρανών Συνολικό Αδρανών (%) Αδρανών Αδρανών (Απόβαρο) Βάρος 0-0.00 7820 0 1111 83.00-83.00 6490 13 2487 49.43 7.07 56.50 4418 2072 3200 36.87 4.13 41.00 3206 1212 2342 28.09-28.09 2197 09 2042 19.72-19.72 1542 655 1565 3.86 3.64 7.50 586 956 1781 0 0,00 0 586 1509 14.84 7820 8 Έλεγχος στα απόβαρα Νέα διόρθωση Υπολογισμός Νέου % διερχομένων Εργαστηριακή Άσκηση 0 90 80 60 50 20 0 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 % Διερχ. Νεο % Διερχ. Neo 2 Dierx 19

Κλάσματα Αδρανών Για να εξασφαλίζεται ομοιογένεια μίγματος, τα αδρανή πρέπει να χωρίζονται σε κλάσματα (τρία για σκυρόδεμα με χαρακτηριστική αντοχή κύβου MPa) που ζυγίζονται χωριστά και αναμιγνύονται μόνο κατά τελική ανάμιξη σκυροδέματος. Πρώτο κλάσμα: Άμμος υλικό που διέρχεται τουλάχιστον κατά 95% κ.β. από κόσκινο 4 και 0% από το κόσκινο 8. Για μέγιστο κόκκο αδρανών 31.5 mm ή 63 mm απαιτούνται δύο ακόμα χωριστά κλάσματα αδρανών, το γαρμπίλι και τα σκύρα, ενώ για μέγιστο κόκκο 16 mm και 8 mm αρκεί ένα μόνο επιπλέον κλάσμα (γαρμπίλι). Για σκυρόδεμα C20/25 και πάνω και D max >16 mm -> αδρανή σε 3 κλάσματα Κοκκομετρική Σύνθεση Προσδιορισμός σωστής αναλογίας ανάμιξης, δύο ή και περισσότερων κατάλληλων για χρήση αδρανών υλικών, δηλαδή ποσοστό που πρέπει να ληφθεί από καθένα από τα υλικά, έτσι ώστε κοκκομετρική γραμμή μίγματος να πλησιάζει, κατά το δυνατό, ιδανική κοκκομετρική γραμμή. με άλλα λόγια Προσδιορισμός ποσοστών συμμετοχής κλασμάτων αδρανών υλικών στο μείγμα Αναλογίες τριών κλασμάτων αδρανών (λ1, λ2, λ3, για Α, Γ και Σ, με λ1+λ2+λ3=1) υπολογίζονται με βάση την κοκκομετρική καμπύλη,??? καταστρώνοντας τόσες εξισώσεις όσες και ο αριθμός των κόσκινων Για παράδειγμα, αν Χ1, Χ2 και Χ3 είναι τα διερχόμενα ποσοστά των τριών κλασμάτων από το κόσκινο i, τότε το τελικό διερχόμενο ποσοστό από το κόσκινο αυτό θα είναι λ1χ1 + λ2χ2 + λ3x3 (σε περίπτωση κλασμάτων με διαφορετικές πυκνότητες οι αναλογίες αναφέρονται σε ποσοστά φαινομένων όγκων). 20

Διερχόμενα (%) 28/11/2016 Κοκκομετρική Σύνθεση (παράδειγμα) Κόσκινο Επιθυμητή κ. Μίγμα Υπολογισμός Άμμος Γαρμπίλι Σκύρα καμπύλη (%) αδρανών (%) 0,25 - - 5 0,4 λ1 = 0,05 λ1 = 0,12 5 1 - - 0,7 λ1 = 0, λ1 = 0,14 -> λ1 = 0,13 9 2 78 25-20 0,78 λ1 + 0,25 λ2 = 0,20 λ2 = 0, 20 4 90 60-35 0,90 λ1 + 0,60 λ2 = 0,35 λ2 = 0,38 -> λ2 = 0,39 34 8 0 85 5 50 49 16-0 45 75 λ1 + λ2 + 0,45 λ3 = 0,75 λ3 = 0,48 74 31,5 - - 0 0 λ1 + λ2 + λ3 = 1 0 Αναλογίες λ1 λ2 λ3 Καταστρώνω τόσες εξισώσεις όσες και ο αριθμός των κόσκινων 0 90 80 60 50 20 A Γ Σ 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 Εργαστηριακή Άσκηση 21