Συγκριτική αξιολόγηση της ανθεκτικότητας σκυροδεµάτων από σύνθετα τσιµέντα Comparative assessment of durability of blended cements concrete

Συγκριτική αξιολόγηση της ανθεκτικότητας σκυροδεµάτων από σύνθετα τσιµέντα Comparative assessment of durability of blended cements concrete Παναγιώτα ΠΙΠΙΛΙΚΑΚΗ 1, Μανώλης ΧΑΝΙΩΤΑΚΗΣ 2, Μαργαρίτα ΚΑΤΣΙΩΤΗ 3 Λέξεις κλειδιά: σύνθετα τσιµέντα, θλιπτική αντοχή, ανθεκτικότητα ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η αποτίµηση της επίδρασης των διαφορετικών κύριων συστατικών των συνθέτων τσιµέντων στην ανθεκτικότητα σκυροδεµάτων από σύνθετα τσιµέντα. Έτσι, παράχθηκαν διµερή σύνθετα τσιµέντα µε διαφορετικά ποσοστά ιπτάµενης τέφρας, µηλαϊκής γης, σκωρίας και ασβεστόλιθου καθώς και τετραµερή τσιµέντα µε διαφορετικά ποσοστά ιπτάµενης τέφρας, ποζολανών (µηλαϊκής γης και περλίτη) και ασβεστόλιθου. Τα τσιµέντα αυτά κατατάχθηκαν σύµφωνα µε την θλιπτική τους αντοχή σε δύο κατηγορίες προβλεπόµενες από το πρότυπο ΕΛΟΤ-ΕΝ 197-1. Επιπλέον, παρήχθησαν σκυροδέµατα στα οποία µετρήθηκε το βάθος ενανθράκωσης και η διείσδυση χλωριόντων καθώς και κονιάµατα στα οποία µετρήθηκε η διόγκωση λόγω προσβολής από θειικά ιόντα. Συµπερασµατικά φαίνεται ότι εκµεταλλευόµενοι τις καλές ιδιότητες τεσσάρων διαφορετικών συστατικών ελαχιστοποιούνται οι αρνητικές τους επιδράσεις και επιτυγχάνεται η καλύτερη ανθεκτικότητα των σκυροδεµάτων µε τη συνέργια των συστατικών. ABSTRACT: This study aims at evaluating the influence of different main constituents on durability of concrete made from blended cements. Thus binary cements having different proportions of fly ash, pozzolanas, slag and limestone and also quaternary cements having different proportions of fly ash, pozzolana and limestone were produced. Furthermore concretes were produced in which carbonation depth and chlorides penetration was measured while the expansion due to sulfates attack was measured in mortars. It is evident that by cooperation of four different constituents the best concrete durability is achieved by synergy minimizing the flaws of each material. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ανθεκτικό θεωρείται το σκυρόδεµα το οποίο αντιστέκεται στην φθορά στην οποία µπορεί να εκτεθεί. Η φθορά αυτή µπορεί να προέρχεται, είτε από εξωτερικούς είτε από εσωτερικούς παράγοντες. Συγκεκριµένα, τρία είναι τα ρευστά που συνδέονται µε την ανθεκτικότητα του σκυροδέµατος: το νερό το οποίο µπορεί να µεταφέρει επιθετικά ιόντα (Cl -, SO 4-2 ), το διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο. [Neville 1995] Η διαδικασία της ενανθράκωσης είναι θεωρητικά πολύ απλή αλλά στην πραγµατικότητα είναι πολύπλοκη. Βασικά το υδροξείδιο του ασβεστίου (Ca(OH) 2 ) σε επαφή µε το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) δηµιουργεί ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 ). 1 Χηµικός µηχανικός, ιεύθυνση Έρευνας και Ποιότητας, Α.Ε. Τσιµέντων ΤΙΤΑΝ, email:pipilikakip@titan.gr 2 ιευθυντής έρευνας και ποιότητας, Α.Ε. Τσιµέντων ΤΙΤΑΝ, ιεύθυνση Έρευνας και Ποιότητας, email: haniotakise@titan.gr 3 Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email:katsioti@central.ntua.gr 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 1

Το νερό δεν καταναλώνεται αλλά χρειάζεται για το αντίδραση. Όταν το Ca(OH) 2 καταναλώνεται, το ph της πάστας τσιµέντου/διαλύµατος πόρων θα µειωθεί και όλες οι άλλες ενυδατωµένες φάσεις θα καταστραφούν. Το τελικό προϊόν θα αποτελείται από µίγµα ανθρακικών ιόντων µαζί µε υδροξείδια του σιδήρου, πυριτίου και αργιλίου. Η µεγαλύτερη πρόκληση είναι η κινητική και η ταχύτητα της διαδικασίας της ενανθράκωσης. Η διαδικασία της ενανθράκωσης περιγράφεται από τους νόµους του Fick, ο 1ος νόµος του Fick δίνει τη µεταφορά µάζας λόγω διάχυσης ενώ ο 2ος νόµος του Fick δίνει το βάθος ενανθράκωσης. Μια λεπτοµερειακή γνώση όλων των παραµέτρων που ελέγχουν τον ρυθµό της ενανθράκωσης είναι δύσκολη και για αυτό πρέπει να γίνουν απλοποιήσεις. Μια απλή εξίσωση που αναφέρεται στη βιβλιογραφία [Neville 1995] για τον υπολογισµό του βάθους ενανθράκωσης είναι η ακόλουθη: D=Kt,5 (1) όπου: D=το βάθος ενανθράκωσης, (mm), K=συντελεστής ενανθράκωσης (mm/ηµέρα,5 ), t=χρόνος έκθεσης (ηµέρες). Η προσβολή από χλωριόντα ξεχωρίζει ως η κύρια αιτία διάβρωσης του σιδηροπλισµού και από το γεγονός ότι µόνο λόγω των επιδράσεων της διάβρωσης αυτής προκύπτει καταστροφή του σκυροδέµατος που τον περιβάλλει. Η διάβρωση του σιδηροπλισµού είναι µια από τις κύριες αιτίες καταστροφής κατασκευών από οπλισµένο σκυρόδεµα. Ο ρυθµός της διείσδυσης χλωριόντων στο σκυρόδεµα επηρεάζεται από την δεσµευτική ικανότητα του σκυροδέµατος. Το σκυρόδεµα δεν είναι αδρανές όσον αφορά τα χλωριόντα στο διάλυµα των πόρων του. Μέρος των χλωριόντων αντιδρά µε το σκυρόδεµα και δεσµεύεται είτε φυσικά είτε χηµικά και αυτή η δέσµευση µειώνει το ρυθµό διάχυσης. Η δεσµευτική ως προς τα χλωριόντα ικανότητα ελέγχεται από τα υλικά που χρησιµοποιούνται στο σκυρόδεµα. Η ύπαρξη συµπληρωµατικών συστατικών στο τσιµέντο επηρεάζει την δεσµευτική ικανότητα, παρόλο που η ακριβής επιρροή δεν είναι σαφής. [Kouloumbi et al. 1992, Batis et al. 25, Mira et al. 22, Rasheeduzzafar 1992 ] Επίσης το περιεχόµενο C 3 A επηρεάζει την δεσµευτική ικανότητα του τσιµέντου αφού αυξηµένο C 3 A οδηγεί σε αυξηµένη δέσµευση των χλωριόντων. [Neville 1995] Ο όρος προσβολή από θειικά ιόντα χρησιµοποιείται για να εκφράσει µια σειρά χηµικών αντιδράσεων µεταξύ των θειικών ιόντων και των συστατικών της σκληρυµένης πάστας τσιµέντου που υπάρχει στο σκυρόδεµα, η οποία προκαλείται από την έκθεση του σκυροδέµατος σε θειικά ιόντα και υγρασία. Όπως και στην περίπτωση άλλων επιθετικών ιόντων, τα θειικά ιόντα έχουν µεγαλύτερες αρνητικές επιπτώσεις για το σκυρόδεµα όταν βρίσκονται σε αέρια ή υγρή µορφή- η τελευταία µορφή είναι η πιο συνήθης- ενώ προσβολή από στερεά χηµικά που περιέχουν θειικά ιόντα είναι σπάνια.[ Scalny et al. 22, Neville 24] ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Παράχθηκαν διµερή σύνθετα τσιµέντα µε διαφορετικά ποσοστά ιπτάµενης τέφρας, µηλαϊκής γης, σκωρίας και ασβεστόλιθου καθώς και τετραµερή τσιµέντα µε διαφορετικά ποσοστά ιπτάµενης τέφρας, ποζολανών (µηλαϊκής γης και περλίτη) και ασβεστόλιθου. Οι ακριβείς συνθέσεις παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Κατόπιν παρασκευάστηκαν τσιµεντοκονιάµατα σύµφωνα µε το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 196-1 στα οποία µετρήθηκε η αντοχή σε θλίψη σε ηλικίες 1,2,7 και 28 ηµέρες Επίσης, παρασκευάστηκαν αντίστοιχα κονιάµατα στα οποία προσδιορίστηκε η διόγκωση, λόγω προσβολής από θειικά ιόντα, µε µέτρηση της µεταβολής µήκους µε χρήση συσκευής µικροµέτρου σε ηλικίες µέχρι ενάµισυ έτος. Επιπλέον, παρασκευάστηκαν σκυροδέµατα στα οποία εξακριβώθηκε το βάθος ενανθράκωσης σύµφωνα µε την 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 2

οδηγία Rilem CPC-18 σε ηλικίες 28,56,9,12,18,365 και 73 ηµερών και της διείσδυσης χλωριόντων σύµφωνα µε το ASTM C 122 σε ηλικία 28ηµερών Πίνακας 1: Συστάσεις σύνθετων τσιµέντων Ασβεστόλιθος Ιπτάµενη Τέφρα Σκωρία Περλίτης Μηλαϊκή γη (%) (%) (%) (%) (%) CEM I 32.5 35% LL 35 35% POZ 35 35% PER 35 65% BFS 65 6% FA-17% PER-8%LL 8 6 17 15%FA-12% POZ-15% LL 15 15 12 CEM I 42.5 15% LL 15 25% PER 25 35% FA 35 35% BFS 35 12%FA-11%POZ-8%LL 8 12 11 15%FA-8%POZ-8%LL 8 15 8 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 1. Αντοχή σε θλίψη Στην παρούσα εργασία η αντοχή σε ηλικία 28 ηµερών από 38 έως 42 ΜPa θεωρείται επαρκής για να ενταχθεί ένα τσιµέντο στην κατηγορία 32.5 και η αντοχή σε ηλικία 28 ηµερών από 48 έως 52 ΜPa για να ενταχθεί στην κατηγορία 42.5. Στην Εικόνα 1 παρουσιάζεται η αντοχή σε θλίψη των σύνθετων τσιµέντων στις 28 ηµέρες και η κατάταξη των παραχθέντων τσιµέντων στις δύο κατηγορίες. Αντοχή σε θλίψη στις 28 ηµέρες (ΜPa) 6 5 4 3 2 1 Αντοχή σε θλίψη στις 28 ηµέρες (MPa) 6 5 4 3 2 1 CEM I- 32.5 35%LL 35% POZ 6%FA-17%PER- 8% LL 15%FA-12%POZ- 15%LL Εικόνα 1: Αντοχή σε θλίψη 28 ηµερών σύνθετων τσιµέντων 35%PER 65% BFS CEM I- 42.5 25% PER 15% LL 35% FA 12% FA-11% PER-8% LL 15% FA-8% POZ- 8% LL 35% BFS 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 3

2. Ενανθράκωση Η εξέλιξη της ενανθράκωσης των σκυροδεµάτων ως προς τον χρόνο φαίνεται στην Εικόνα 2. ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) 45 4 35 3 25 2 15 1 5 35% LL CEM I-32.5 35% POZ 6% FA-17% PER-8L 15% FA 12% POZ-15% LL 35% PER 65% BFS ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) 34 32 3 28 26 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 CEM I-42.5 15% LL 25% PER 35% FA 12% FA-11% PER-8% LL 15% FA-8% POZ-8% LL 35% BFS 1 2 3 4 5 6 7 8 ΗΛΙΚΙΑ (ΗΜΕΡΕΣ) 1 2 3 4 5 6 7 8 ΗΛΙΚΙΑ (ΗΜΕΡΕΣ) Εικόνα 2 : ιάγραµµα βάθους ενανθράκωσης σκυροδεµάτων που έχουν παραχθεί µε σύνθετο τσιµέντο α) της κατηγορίας 32.5 και β) της κατηγορίας 42.5 ως προς χρόνο παραµονής τους στο θάλαµο ενανθράκωση. Με βάση την εξίσωση (1) έγιναν προσαρµογές στα πειραµατικά δεδοµένα της ενανθράκωσης, οι οποίες παρουσιάζονται στην Εικόνα 2, µε σκοπό τον υπολογισµό του συντελεστή ενανθράκωσης των σκυροδεµάτων και τελικά την σύγκριση των σκυροδεµάτων ως προς την ανθεκτικότητά τους έναντι της ενανθράκωσης βάσει µιας µόνο τιµής. Τα αποτελέσµατα των υπολογισµών αυτών παρουσιάζονται στους Πίνακα 2 και 3. Από τα πειραµατικά δεδοµένα για τα σκυροδέµατα µε τσιµέντο της κατηγορίας 32.5 είναι εµφανές ότι την καλύτερη συµπεριφορά έναντι της ενανθράκωσης παρουσιάζει το καθαρό τσιµέντο χωρίς άλλα κύρια συστατικά ενώ τη χειρότερη συµπεριφορά παρουσιάζει το ασβεστολιθικό τσιµέντο µε 35% ασβεστόλιθο. Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι το τσιµέντο µε µηλαϊκή γη έχει παραπλήσιο συντελεστή ενανθράκωσης µε το καθαρό τσιµέντο ενώ το τετραµερές σύνθετο τσιµέντο 6%FA- 17%PER-8%LL επίσης έχει σχετικά µικρό συντελεστή ενανθράκωση. Από τις τιµές του συντελεστή ενανθράκωσης των σκυροδεµάτων µε τσιµέντο της κατηγορίας 42.5 επιβεβαιώνεται ότι το τσιµέντο Πόρτλαντ έχει την µικρότερη ενανθράκωση. Φαίνεται επίσης ότι από τα σύνθετα τσιµέντα καλύτερη συµπεριφορά παρουσιάζει το τετραµερές 15%FA-8%POZ-8%LL. Τέλος, πρέπει να σηµειωθεί ότι τα πειραµατικά δεδοµένα αποκλίνουν από την εξίσωση (1) και αυτό δηµιουργεί την ανάγκη για εξίσωσης που να περιγράφουν καλύτερα αυτά τα δεδοµένα. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 4

Πίνακας 2: Συντελεστές ενανθράκωσης σκυροδεµάτων της κατηγορίας 32.5 K(mm/day,5 ) R 2 35% LL 1,34,88 CEM I-32.5,82,97 35% POZ,88,93 6%FA-17%PER-8%LL,94,96 15%FA-12%POZ-15%LL 1,14,92 35% PER 1,9,96 65% BFS 1,6,94 Πίνακας 3 : Συντελεστές ενανθράκωσης σκυροδεµάτων της κατηγορίας 42.5 K(mm/day) R 2 CEM I-42.5,48,93 25% PER,82,98 15% LL,91,97 35% FA,91,78 12%FA-11%POZ-8%LL,91,72 15%FA-8%POZ-8%LL,88,91 35%BFS,9,74 3. ιείσδυση χλωριόντων Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων διείσδυσης χλωριόντων που έγιναν σε σκυροδέµατα που παρήχθησαν από τσιµέντα της κατηγορίας 32.5 και 42.5 παρουσιάζονται στις Εικόνες 3 και 4 αντίστοιχα. Από τα αποτελέσµατα για τα σκυροδέµατα µε τσιµέντο της κατηγορίας 32.5 είναι ξεκάθαρο ότι το σκυρόδεµα που έχει παραχθεί µε σκωριοτσιµέντο έχει καλή αντίσταση στην διείσδυση χλωριόντων αφού έχει ιδιαίτερα χαµηλό συντελεστή διείσδυσης και αυτό το καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για τη χρήση σε κατασκευές που εκτίθενται σε περιβάλλον µε υψηλή περιεκτικότητα σε χλωριόντα (π.χ θάλασσα). Από την άλλη πλευρά, φαίνεται ότι το σκυρόδεµα που παρήχθη τόσο µε ασβεστολιθικό τσιµέντο όσο και µε τσιµέντο Πόρτλαντ κατηγορίας 32.5 έχουν µικρή αντίσταση στην διείσδυση χλωριόντων. Τέλος, τα σκυροδέµατα που έχουν παραχθεί τόσο µε ποζολανικά τσιµέντα όσο και µε τετραµερή τσιµέντα έχουν µεσαία διαπερατότητα χλωριόντων και είναι κατάλληλα για κατασκευές που έρχονται σε επαφή µε µικρές συγκεντρώσεις χλωριόντων (π.χ. παραθαλάσσιες περιοχές). Από αυτά ξεχωρίζει το τετραµερές σύνθετο τσιµέντο FA 6%-PER 17%-LL 8% το οποίο έχει σε σύγκριση µε τα υπόλοιπα µικρότερο συντελεστή διείσδυσης χλωριόντων και φαίνεται ότι η συγκεκριµένη σύνθεση έχει καλή ανθεκτικότητα. Πρέπει επίσης να σηµειωθεί ότι το σκυρόδεµα που έχει παραχθεί µε τσιµέντο µε περλίτη παρότι δεν έχει την απαιτούµενη θλιπτική αντοχή εντούτοις έχει πολύ καλή αντίσταση έναντι επίθεσης χλωριόντων. Αυτό σηµαίνει ότι 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 5

η υψηλή αντοχή σε θλίψη είναι ικανή αλλά όχι αναγκαία συνθήκη για την επίτευξη καλής ανθεκτικότητας έναντι διαφόρων παραµέτρων. 7 6 5 4 3 2 1 CEM I-32.5 LL 35% POZ 35% PER 35% Ηλεκτρικό Ρεύµα (C ) BFS 65% FA 6%-PER 17%-LL 8% FA 15%-POZ 12%-LL 15% Εικόνα 3 : Μετρήσεις διαπερατότητας χλωριόντων σκυροδεµάτων που έχουν παραχθεί από τσιµέντα της κατηγορίας 32.5 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 6

6 5 4 3 2 1 CEM I-42.5 PER 25% LL 15% FA 35% FA 12%-PER 11%-LL 8% FA 15%-POZ 8%-LL 8% Ηλεκτρικό ρεύµα(c ) BFS 35% Εικόνα 4: Μετρήσεις διαπερατότητα χλωριόντων σκυροδεµάτων που έχουν παραχθεί από τσιµέντα της κατηγορίας 42.5 Από τα παραπάνω αποτελέσµατα για τα σκυροδέµατα µε τσιµέντο της κατηγορίας 42.5 φαίνεται ότι και πάλι το σκυρόδεµα που έχει παραχθεί από ασβεστολιθικό τσιµέντο έχει υψηλή διαπερατότητα από χλωριόντα παρότι το τσιµέντο αυτό περιέχει µικρή ποσότητα ασβεστόλιθου 15%. Το σκυρόδεµα που έχει παραχθεί µε τσιµέντο CEM I-42.5 παρουσιάζει µεσαία διαπερατότητα από χλωριόντα και σαφώς καλύτερη από εκείνη της κατηγορίας 32.5 υποστηρίζοντας το συµπέρασµα ότι όσον αφορά τα τσιµέντα CEM I εκείνα που εµφανίζουν υψηλότερες αντοχές εµφανίζουν και καλύτερη ανθεκτικότητα. Τόσο το τσιµέντο µε ιπτάµενη τέφρα όσο και τα τετραµερή σύνθετα τσιµέντα παρουσιάζουν καλή αντίσταση έναντι της διείσδυσης χλωριόντων ενώ φαίνεται ότι από αυτά το τετραµερές FA 15%-POZ 8%-LL 8% έχει την καλύτερη συµπεριφορά. Επίσης, καλή συµπεριφορά παρουσιάζει το τεφροτσιµέντο µε 35% FA. Ο λόγος που τα τσιµέντα αυτά παρουσιάζουν καλή ανθεκτικότητα έναντι διείσδυσης χλωριόντων είναι η δεσµευτική ικανότητα της ιπτάµενης τέφρας λόγω της αύξησης της προσροφητικής επιφάνειας του C-S-H και της µη αναστρέψιµης δέσµευσης των χλωριόντων από τις ενυδατωµένες φάσεις. Μάλιστα αναφέρεται ότι µετά την σκωρία είναι το δεύτερο υλικό µε την καλύτερη δεσµευτική ικανότητα. Τέλος, το σκωριοτσιµέντο παρότι έχει λιγότερη περιεκτικότητα σε σκωρία παρουσιάζει πάρα πολύ καλή αντίσταση στη διείσδυση χλωριόντων. Το γεγονός ότι το σκωριοτσιµέντο 65% BFS της κατηγορίας 32.5 παρουσιάζει πολύ καλύτερη αντίσταση από το 35% BFS της κατηγορίας 42.5 καταδεικνύει ότι το κύριο στοιχείο που καθιστά ένα τύπο τσιµέντου ανθεκτικό σε διείσδυση χλωριόντων είναι η ικανότητά του να δεσµεύει τα χλωριόντα και τελικά οδηγεί στο συµπέρασµα ότι η καλύτερη αντοχή σε θλίψη δεν σηµαίνει απαραίτητα και καλύτερη ανθεκτικότητα. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 7

4. Προσβολή από θειικά ιόντα Τα αποτελέσµατα της εξέλιξης της διόγκωσης των κονιαµάτων που έχουν παραχθεί από σύνθετα τσιµέντα της κατηγορίας 32.5 φαίνονται στην Εικόνα 5. Από αυτά φαίνεται ότι το κονίαµα που έχει παραχθεί µε το υψηλότερο ποσοστό ασβεστόλιθου (35% κ.β.) στο τσιµέντο εµφανίζει πολύ µεγάλη διόγκωση ειδικά µετά την ηλικία των 25 ηµερών. Η διόγκωση αυτή συνοδεύεται και από έντονη ρηγµάτωση του κονιάµατος. Το τσιµέντο CEM I-32.5 είναι το επόµενο λιγότερο ανθεκτικό σε θειικά ιόντα κονίαµα. Όσον αφορά τα υπόλοιπα συστατικά φαίνεται ότι παρουσιάζουν χαµηλή διόγκωση σε περιβάλλον θειικών ιόντων ενώ η χαµηλότερη διόγκωση παρουσιάζεται στην περίπτωση του σκωριοτσιµέντου µε 65 % σκωρία. Τα αποτελέσµατα της εξέλιξης της διόγκωσης των κονιαµάτων που έχουν παραχθεί από σύνθετα τσιµέντα της κατηγορίας 42.5 φαίνονται στην Εικόνα 6. Από το διάγραµµα φαίνεται ότι τα κονιάµατα που έχουν παραχθεί µε τσιµέντα CEM I-42.5, 35% BFS και τα δύο τετραµερή έχουν την ίδια συµπεριφορά όταν προσβάλλονται από θειικά ιόντα και δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερη διόγκωση. Το ασβεστολιθικό και το ποζολανικό τσιµέντο παρουσιάζουν τη µεγαλύτερη διόγκωση ενώ και σε αυτή την περίπτωση δεν εµφανίζονται ρωγµές. Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι το ασβεστολιθικό τσιµέντο (15% LL) είχε πολύ καλή αντίσταση στην προσβολή από θειικά ιόντα σε σχέση µε το αντίστοιχο της κατηγορίας 32.5 (35% LL).Τέλος, το κονίαµα που έχει παραχθεί µε 35% FA το οποίο παρουσιάζει διόγκωση ήδη από την ηλικία των 18 ηµερών χωρίς να εκδηλώνονται ρωγµές Εικό να 5: Εξέλι ξη της διόγκ ωσης κονια µάτω ν που έχουν παρα χθεί από σύνθε τα τσιµέ ντα της κατηγ ορίας ΙΟΓΚΩΣΗ (µm/m) 26 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 CEM I-32.5 35% LL 35% POZ 6% FA -17% PER-8% LL 15% FA-12% POZ-15% LL 35% PER 65% BFS 1 2 3 4 5 ΗΛΙΚΙΑ(ΗΜΕΡΕΣ) 32.5 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 8

ΙΟΓΚΩΣΗ (µ m /m ) 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 CEM I 42.5 25% PER 15% LL 35% FA 12% FA- 11%PER -8% LL 15% FA- 8% POZ-8% LL 35% BFS 1 2 3 4 5 ΗΛΙΚΙΑ (ΗΜΕΡΕΣ) Εικόνα 6: ιόγκωση κονιαµάτων µε σύνθετα τσιµέντα της κατηγορίας 42.5 5. Συσχέτιση συνιστωσών ανθεκτικότητας Στο παρακάτω διάγραµµα παρουσιάζεται η συσχέτιση των συνιστωσών της ανθεκτικότητας των σκυροδεµάτων και κονιαµάτων της κατηγορίας 32.5. Το διάγραµµα δείχνει ότι η σύνθεση µε 35% ασβεστόλιθο ξεχωρίζει ως εκείνη µε την χειρότερη ανθεκτικότητα και ειδικά όσον αφορά την ανθεκτικότητα έναντι προσβολής από θειικά ιόντα και χλωριόντα Οι υπόλοιπες συνθέσεις παρουσιάζουν την ίδια περίπου ανθεκτικότητα έναντι θειικών ιόντων. Το επόµενο κριτήριο κατάταξης που προκύπτει είναι η ανθεκτικότητα έναντι χλωριόντων όπου τη χειρότερη συµπεριφορά εµφανίζει το σκυρόδεµα µε τσιµέντο CEM I 32.5 καθώς και εκείνο µε το τετραµερές σύνθετο τσιµέντο 15%FA-12%POZ- 15%LL. Πρέπει να σηµειωθεί ότι την καλύτερη ανθεκτικότητα έναντι διείσδυσης χλωριόντων εµφανίζει το σκυρόδεµα µε σκωριοτσιµέντο (65% BFS) λόγω της γνωστής δεσµευτικής ικανότητας της σκωρίας. Το τελευταίο κριτήριο κατάταξης που προκύπτει είναι η ανθεκτικότητα έναντι ενανθράκωσης. Μικρότερη ανθεκτικότητα στην ενανθράκωση επέδειξε το σκυρόδεµα µε σκωριοτσιµέντο (65% BFS) και το ακολουθούν τα δύο ποζολανικά τσιµέντα. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 9

Σύµφωνα λοιπόν µε την παραπάνω κατάταξη το τσιµέντο που παρουσιάζει τη βέλτιστη ανθεκτικότητα έναντι όλων των βλαπτικών παραγόντων είναι το τετραµερές σύνθετο τσιµέντο 6%FA-17%PER-8%LL. ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 32.5 25 2 35% LL 15 ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΙΟΓΚΩΣΗ ΣΕ ΘΕΙΙΚΑ ΙΟΝΤΑ ΙΟΝΤΑ 1.5 1.5 ΕΤΟΣ ΕΤΟΣ (µm/m) 1 6%FA-17%PER-8%LL 5 35% PER 35% POZ65% BFS 2CEM I 32.515%FA-12%POZ-15%LL 25 3 21 3 4 35 5 4 6 45 7 ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗ 2 ΕΤΩΝ (mm) ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΧΛΩΡΙΟΝΤΩΝ (C) ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ Εικόνα 7: Συσχέτιση συνιστωσών της ανθεκτικότητας σκυροδεµάτων και κονιαµάτων της κατηγορίας 32.5. Το παρακάτω διάγραµµα παρουσιάζει την συσχέτιση των συνιστωσών της ανθεκτικότητας των σκυροδεµάτων και κονιαµάτων της κατηγορίας 42.5. Το πρώτο συµπέρασµα που προκύπτει είναι ότι σε γενικές γραµµές τα σκυροδέµατα µε τσιµέντα αυτής της κατηγορίας παρουσιάζουν καλύτερη ανθεκτικότητα και ειδικότερα το καθαρό τσιµέντο της κατηγορίας CEM I 42.5. Από τα σύνθετα τσιµέντα και όσον αφορά την ανθεκτικότητα έναντι θειικών ιόντων φαίνεται ότι τη χειρότερη συµπεριφορά παρουσιάζει το κονίαµα µε τεφροτσιµέντο (35% FA). Όσον αφορά την ανθεκτικότητα έναντι χλωριόντων την χειρότερη συµπεριφορά εµφανίζει το σκυρόδεµα µε ασβεστολιθικό τσιµέντο (15% LL). Τέλος, όσον αφόρα την ενανθράκωση φαίνεται ότι τα σύνθετα τσιµέντα εµφανίζουν ενανθράκωση της ίδιας τάξης µεγέθους. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 1

Είναι προφανές ότι στην περίπτωση αυτή της µεγαλύτερης ως προς την αντοχή κατηγορίας είναι δυσκολότερη η επιλογή της βέλτιστης σύνθεσης. Παρόλα αυτά µπορεί να επιλεχθεί ως βέλτιστο όσον αφορά όλες τις συνιστώσες της ανθεκτικότητας το τετραµερές σύνθετο τσιµέντο 15%FA-8%POZ-8%LL. ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 42.5 4 2 ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ 18 16 14 12 35% FA ΙΟΓΚΩΣΗ ΙΟΓΚΩΣΗ ΣΕ ΘΕΙΙΚΑ ΘΕΙΙΚΑ ΙΟΝΤΑ ΙΟΝΤΑ 1.5 1.5 ΕΤΟΣ ΕΤΟΣ (µm/m) 1 8 6 CEM I 42.5 4 14 ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗ 2 ΕΤΩΝ (mm) 16 18 2 ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ 22 24 35% BFS 25%%PER 15%FA-8%POZ-8%LL 15%LL 1 6%FA-17%PER-8%LL 2 3 4 5 26 6 ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΧΛΩΡΙΟΝΤΩΝ (C) ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ Εικόνα 8: Συσχέτιση συνιστωσών της ανθεκτικότητας σκυροδεµάτων και κονιαµάτων της κατηγορίας 42.5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα αποτελέσµατα που παρουσιάστηκαν παραπάνω είναι εµφανές ότι: Αρχικά, µέχρι την ηλικία των 18 ηµερών, τα ασβεστολιθικά τσιµέντα παρουσιάζουν καλή ανθεκτικότητα ανάλογη µε αυτή των τσιµέντων CEM I της ίδιας κατηγορίας αντοχής ανεξάρτητα από το ποσοστό ασβεστόλιθου που θα χρησιµοποιηθεί. Το αποτέλεσµα αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι, όπως έχει αναφερθεί σε προηγούµενο κεφάλαιο, ο ασβεστόλιθος λειτουργεί ως πληρωτικά υλικό µειώνοντας την ακτίνα των πόρων. Σε µεγαλύτερες ηλικίες, όταν ο ασβεστόλιθος χρησιµοποιείται σε πολλή µεγάλη ποσότητα (35%) υποβαθµίζει την ανθεκτικότητα των σκυροδεµάτων και κονιαµάτων. Σε µικρότερα ποσοστά (15%) ο ασβεστόλιθος δεν δηµιουργεί προβλήµατα 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 11

ανθεκτικότητας αλλά δεν θα πρέπει να χρησιµοποιείται σε όλες τις κατηγορίες έκθεσης. Όσον αφορά την ανθεκτικότητα των ποζολανικών τσιµέντων είναι προφανές ότι τα σκυροδέµατα και κονιάµατα που έχουν παρασκευαστεί µε ποζολανικά τσιµέντα είτε µε µηλαϊκή γη είτε µε περλίτη παρουσιάζουν καλή ανθεκτικότητα έναντι όλων των παραγόντων και µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε αρκετές περιπτώσεις µε πολύ καλά αποτελέσµατα. Συγκεκριµένα, τα ποζολανικά τσιµέντα παρουσιάζουν καλύτερα αποτελέσµατα από τα αντίστοιχης κατηγορίας αντοχής CEM I έναντι όλων των συνιστωσών της ανθεκτικότητας πλην της ενανθράκωσης. Σχετικά µε την ανθεκτικότητα των κονιαµάτων και σκυροδεµάτων µε ιπτάµενη τέφρα Πτολεµαΐδας από τα πειράµατα που εκτελέστηκαν στην συγκεκριµένη εργασία είναι εµφανές ότι έχουν καλή αντίσταση µόνο στην διείσδυση χλωριόντων ενώ τόσο η ενανθράκωση όσο και η διόγκωση λόγω προσβολής από θειικά ιόντα είναι αυξηµένες και δεν συνίσταται η χρήση τέτοιων σκυροδεµάτων για αυτά τα περιβάλλοντα. Η σκωρία έχει πάρα πολύ καλή ανθεκτικότητα σε διείσδυση χλωριόντων λόγω της ικανότητας της να τα δεσµεύει σε µεγάλο βαθµό κάτι που την καθιστά κατάλληλη για να χρησιµοποιηθεί σε περιβάλλοντα µε υψηλή περιεκτικότητα σε χλωριόντα (π.χ. κατασκευές που εκτίθενται σε θαλάσσιο περιβάλλον). Επίσης, τα σκυροδέµατα και κονιάµατα που παράγονται από σκωριοτσιµέντα έχουν και καλή ανθεκτικότητα έναντι της ενανθράκωσης και της διόγκωσης λόγω προσβολής από θειικά ιόντα. Τέλος, υπάρχουν συνθέσεις τετραµερών σύνθετων τσιµέντων που εµφανίζουν εξαιρετική συµπεριφορά όσον αφορά την ταυτόχρονη ανθεκτικότητά τους σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Ο λόγος για την καλή αυτή συµπεριφορά είναι ότι αξιοποιούνται οι ιδιότητες πολλών διαφορετικών υλικών για την επίτευξη του καλύτερου αποτελέσµατος. Φυσικά, η σύσταση των τετραµερών σύνθετων είναι ιδιαίτερα σηµαντική παράµετρος καθώς κάποιοι συνδυασµοί µπορεί να έχουν τις καλύτερες ιδιότητες. Σε κάθε περίπτωση η χρήση των υλικών αυτών σε συνδυασµούς είναι ο καλύτερος τρόπος αξιοποίησης υλικών που αν χρησιµοποιηθούν µόνα τους ως κύρια συστατικά του τσιµέντου υποβαθµίζουν κάποιες από τις ιδιότητές του. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Batis G., Pantazopoulou P., Tsivilis S. and Badogiannis E., 25. The effect of metakaolin on the corrosion behavior of cement mortars., Cem. Conc. Comp.27, 125-13 Dhir R.K., El-Mor M.A. K., Dyer T.D. 1997. Developing chloride resisting concrete using PFA., Cem. Concr. Res., 27,[11], 1633-1639 Kouloumbi, N., Batis, G, 1992. Chloride corrosion of steel rebars in mortars with fly ash admixtures, Cem. Conc. Comp.14, [3], 199-27 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 12

Mira P., V. G. Papadakis and S. Tsimas, 22. Effect of lime putty addition on structural and durability properties of concrete, Cem. Con. Res., 32,[5] 683-689 Neville A., Τhe confused world of sulfate attack on concrete, 24,Cem. Concr. Res. 34, 1275-1296 Neville, A.M, 1995. Properties of concrete, 4rth edition, Prentice Hall, Edinburgh Gate, Harlow,England, p.49-495 Rasheeduzzafar, Dakhil F.D., Bader M.A., Khan M.M, 1992. Performance of corrosion resisting steels in chloride bearing concrete, ACI Mat.J., 89,[5] Scalny J., Marchand J. Odler I., 22,Sulfate attack on concrete, Spon press 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/1/ 29, Πάφος, Κύπρος 13