Άσκηση ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΓΕΤΟΥ.. Γενικά.2. Συσκευή αντοχής στον παγετό.. Πειραματική διαδικασία.4. Διαβροχή με διάλυμα NaSO 4.. ΓΕΝΙΚΑ Οι απότομες μεταβολές της θερμοκρασίας προκαλούν εναλλασσόμενες τάσεις, με αποτέλεσμα τη μείωση των τιμών διαφόρων φυσικομηχανικών ιδιοτήτων του υλικού. Τα αποτελέσματα είναι καταστρεπτικά, όταν σημειώνονται θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν και ιδιαίτερα στην περίπτωση όπου το υλικό έχει απορροφήσει νερό, οπότε παρατηρείται παγετός ( Σχήμα ). Αυτό συμβαίνει επειδή το νερό, το οποίο εισχωρεί στους πόρους του υλικού, στερεοποιείται και Σχ. : Μεταβολή του όγκου του νερού σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία
διαστέλλεται ( Σχήμα 2), σε αντίθεση με τα υλικά, τα οποία με τη μείωση της θερμοκρασίας συστέλλονται. Αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου είναι να αναπτυχθούν εντατικές καταπονήσεις, οι οποίες οδηγούν στην αστοχία και τελικά στην αποσάθρωση του υλικού. Προσομοίωμα σε θερμοκρασία Προσομοίωμα σε θερμοκρασία 4 o C 0 o C Σχ.2: Προσομοίωμα H 2 O σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες Η αντοχή των υλικών στο παγετό εξαρτάται από το πλήθος και την ανθεκτικότητα των φάσεων ( όταν το υλικό βρίσκεται σε διαφορετικές φάσεις, π.χ. φυσικοί λίθοι), καθώς και από το πορώδες. Επιπλέον στους φυσικούς λίθους, το μέγεθος των κρυστάλλων και η κατανομή τους ανάλογα με το μέγεθος επηρεάζουν τη συνολική δομή και,συνεπώς, τα αποτελέσματα της επίδρασης του παγετού. Γενικά οι παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν την αντοχή των υλικών στον παγετό είναι το πορώδες, ο συντελεστής θερμικής διαστολής, η δομή, η υφή, η ανθεκτικότητα των φάσεων στον παγετό, ο βαθμός κορεσμού και η θέση των διαδρόμων διαφυγής του νερού ώστε να εκτονωθεί η εσωτερική πίεση. Εναλλακτικά, και αντί της αντοχής στον παγετό, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν θειϊκό νάτριο (Na 2 SO4) και θειϊκό μαγνήσιο (MgSO 4 ), που όταν διαλυθούν στο νερό και το υπό εξέταση υλικό διαβραχεί με αυτά, σχηματίζονται ένυδρα άλατα που όταν στεγνώσουν δημιουργούν πιέσεις στα υλικά και τα κονιορτοποιούν. Κάθε στέγνωμα Na 2 SO 4.0H 2 O ισοδυναμεί με πολλαπλάσιες καταψύξεις και ανατήξεις νερού..2. ΣΥΣΚΕΥΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΤΟΝ ΠΑΓΕΤΟ Η συσκευή ελέγχου αποτελείται από το θάλαμο δοκιμής, τον πίνακα ελέγχου, τη δεξαμενή νερού για εμβάπτιση των υλικών και ηλεκτρονικό πίνακα που επιτρέπει τη λειτουργία της συσκευής αυτόματα και από ηλεκτρονικό υπολογιστή με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Επιτρέπει δε τη διεξαγωγή δοκιμασίας της αντοχής του υλικού σε διαδοχικές ψύξεις και αναθερμάνσεις. Στο θάλαμο δοκιμής, όπου τοποθετούνται τα δοκίμια, τα οποία πρόκειται να 2
ελεγχθούν, υπάρχει καταιονιστήρας (σχήμα ), που διαβρέχει τα δοκίμια με νερό και θερμοστοιχείο για τον ακριβή προσδιορισμό της θερμοκρασίας. Ο θάλαμος θερμαίνεται και ψύχεται από ειδικές κλιματιστικές διατάξεις, οι οποίες είναι ενσωματωμένες στη συσκευή (Σχήμα 4). Σχ. : Καταιονιστήρας θαλάμου ψύξης Σχ. 4: Συσκευή αντοχής στον παγετό ANGELANTONI
Η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει περιοδικές μεταβολές της θερμοκρασίας από 0 C 20 0 C. Κάθε τέτοια μεταβολή, ονομάζεται κύκλος παγετού και περιλαμβάνει τα παρακάτω στάδια που συνολικά και ανάλογα με τον έλεγχο μπορεί να διαρκεί 6 7 ώρες. α. Η αρχική θερμοκρασία των 20 0 C μειώνεται με συνεχή ψύξη, στους 0 0 C. β. Παραμονή του υλικού στους 0 ο C και εμβαπτισμός του σε νερό (δημιουργία συνθηκών πλημυρισμού). γ. Η θερμοκρασία μειώνεται με συνεχή κατάψυξη στους 0 C. δ. Παραμονή στους 0 C επί ώρα περίπου. ε. Η θερμοκρασία αυξάνεται με συνεχή απόψυξη στους 0 0 C. στ. Η θερμοκρασία αυξάνεται με συνεχή θέρμανση και διαβροχή στους 20 0 C. Ο αριθμός των κύκλων παγετού καταγράφεται και η συσκευή τίθεται εκτός λειτουργίας, όταν ολοκληρωθεί ο καθορισμένος αριθμός κύκλων παγετού. Επί της ουσίας στη συγκεκριμένη δοκιμή επιχειρείται προσομοίωση των καιρικών συνθηκών στις οποίες πρόκειται να εκτεθούν τα υλικά στην ύπαιθρο. Οι κανονισμοί προβλέπουν για κάθε κύκλο, για κάθε υλικό, διαφορετική διαδικασία προσομοίωσης των καιρικών συνθηκών (π.χ. για τούβλα στο εργαστήριό μας εφαρμόζεται η DIN 22- και για κεραμίδια η DIN 22-2)... ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Προσδιορίζονται οι μηχανικές αντοχές των δοκιμίων σε ξηρά κατάσταση. Ακολούθως, τα δοκίμια τοποθετούνται στο θάλαμο δοκιμής και η συσκευή αρχίζει να λειτουργεί. Η δοκιμασία ελέγχου περιλαμβάνει 2 ή 0 κύκλους παγετού (ανάλογα με τον κανονισμό που ακολουθείται), οι οποίοι κατανέμονται σε ομάδες των 0 και συνεχών κύκλων με τρόπο, ώστε να είναι δυνατή η παρακολούθηση της μεταβολής των μηχανικών αντοχών και της πιθανής απώλειας βάρους των δοκιμίων κατά τη διάρκεια του προγράμματος. Κάθε κύκλος αντιστοιχεί με δοκιμασία στην ύπαιθρο ετών. Ενδιάμεσα, όπως και μετά την ολοκλήρωση της δοκιμασίας, ελέγχονται οι μηχανικές αντοχές των δοκιμίων και οι πιθανές απώλειες βάρους. Αυτές συγκρίνονται με τις αντίστοιχες τιμές των μεγεθών, οι οποίες έχουν ελεγχθεί πριν από την πειραματική δοκιμασία και υπολογίζονται οι μεταβολές τους, οπότε προσδιορίζεται η επίδραση του παγετού στα υλικά. Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται είναι συγκριτικά για τα διάφορα υλικά. Για παράδειγμα έχει παρατηρηθεί ότι το δυναμικό μέτρο ελαστικότητας των φυσικών λίθων μειώνεται κατά % μετά από 0 κύκλους παγετού. Η εξέλιξη της μεταβολής του γίνεται σε τρία στάδια. α. Στους πρώτους 0 κύκλους παγετού, η επίδραση του παγετού είναι περισσότερο έντονη. Τότε πραγματοποιείται το 80% περίπου της συνολικής μείωσης του δυναμικού μέτρου ελαστικότητας. β. Από τους 0 2 κύκλους, η επίδραση του παγετού είναι μικρή, δεδομένου ότι η μείωση του δυναμικού μέτρου ελαστικότητας είναι το 0% περίπου της συνολικής μεταβολής. γ. Από τους 2 0 κύκλους, όπου η επίδραση είναι μεγαλύτερης διάρκειας, η μείωση του δυναμικού μέτρου ελαστικότητας είναι το 0 % περίπου της συνολικής μεταβολής. 4
Στην αποτίμηση του αποτελέσματος σημειώνονται τυχόντες θρυμματισμοί ή αλλοιώσεις που παρατηρούνται με γυμνό μάτι. Στη συνέχεια υπολογίζεται η απώλεια βάρους και αντοχής λόγω του παγετού (δεν πρέπει να υπερβαίνουν τα όρια που τίθενται από τους κανονισμούς)..4. ΔΙΑΒΡΟΧΗ ΜΕ ΔΙΑΛΥΜΑ Na 2 SO 4 Ζυγίζονται 00g άμμου. Κοσκινίζονται σε σειρά κοσκίνων 0, 7,,, και 0,2 mm. Ζυγίζονται οι παραμένουσες ποσότητες στα κόσκινα και σχηματίζεται ο παρακάτω πίνακας. Κόσκινο (mm) Άμμος στο κόσκινο (g) Κλάσμα άμμου % (κ) 0 7 0,2 Εμβαπτίζεται το κάθε κλάσμα σε κορεσμένο διάλυμα NaSO 4, επί 8 ώρες στη θερμοκρασία του εργαστηρίου. Εισάγονται τα κλάσματα στο πυριαντήριο για να στεγνώσουν στους 0 ο C. Παρατηρείται η επιφάνεια των κόκκων της άμμου. Επανάληψη της διαδικασίας διαβροχής στεγνώματος επί φορές. Κοσκίνισμα των δειγμάτων. Καταγραφή ποσοστών απωλειών κάθε κλάσματος σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα. Κόσκινο (mm) 0 7 0,2 Νέο βάρος στο κόσκινο Απώλεια Απώλεια % (Α) Σύνολο Κ x Α% Οι προδιαγραφές ορίζουν ότι για την άμμο σκυροδέματος η αποσάθρωσή της με NaSO 4 ή MgSO 4 δεν πρέπει να υπερβαίνει σε κύκλους το 0% κ.β., ενώ για τα σκύρα το 2% κ.β.