Συµβολή των πουζολανικών υλικών στην αντίσταση των τσιµέντων έναντι θειϊκών

Συµβολή των πουζολανικών υλικών στην αντίσταση των τσιµέντων έναντι θειϊκών Κ.Κ. Σίδερης, Α.Ε. Σάββα, Ι. Παπαγιάννη. Εισαγωγή Είναι γνωστό ότι ανθεκτικότητα µιας κατασκευής ονοµάζουµε την ικανότητά της να ανθίσταται στις περιβαλλοντικές επιδράσεις χωρίς να µειώνονται οι ιδιότητες αντοχής και λειτουργικότητάς της κάτω από ένα ανεκτό όριο. Από τεχνικής πλευράς, ο σχεδιασµός ανθεκτικών κατασκευών περιλαµβάνει, καταρχήν, µία σωστή επιλογή υλικών και ένα κατάλληλο σχεδιασµό του φορέα. Οι συνηθέστερες αιτίες φθοράς του σκυροδέµατος, οφείλονται σε χηµικά ή φυσικά αίτια, όπως η υπερφόρτιση, η επίδραση του παγετού, η ροή ουδέτερου ή αλκαλικού νερού, η επίδραση οξέων και αλάτων ή η επίδραση βακτηριδίων, ενώ οι βασικότεροι παράγοντες που καθορίζουν την ανθεκτικότητα των κατασκευών είναι οι περιβαλλοντικές συνθήκες, η διαπερατότητα του σκυροδέµατος καθώς και η δυνατότητα πραγµατοποιήσεως µιας συγκεκριµένης φυσικής ή χηµικής διεργασίας. Ανάµεσα στις χηµικές αιτίες φθοράς του σκυροδέµατος σηµαντικό ρόλο έχει η επίδραση των θειϊκών αλάτων, τα οποία βρίσκονται στο έδαφος, σε υπόγεια και υπέργεια νερά καθώς επίσης και στο θαλασσινό νερό. Η διάβρωση εξ αιτίας της δράσης των θειϊκών αλάτων συµβαίνει όταν το τσιµεντολίθωµα του σκυροδέµατος διογκώνεται λόγω του σχηµατισµού των κρυσταλλικών αλάτων του εττρινγκίτη (C 3 AS 3 H 32 ) και της γύψου (CSH 2 ). Οι βασικότερες µέθοδοι για την πρόληψη της δράσης των θειϊκών αλάτων είναι η χρήση τσιµέντου τύπου IV (ανθεκτικού στα θειϊκά) έναντι των συνήθων τσιµέντων Πόρτλαντ ή η χρήση πουζολανικών υλικών φυσικών ή τεχνητών- στην παρασκευή του σκυροδέµατος. Ειδικότερα οι ιπτάµενες τέφρες έχουν διεθνώς χρησιµοποιηθει για την παρασκευή τσιµέντων ανθεκτικών στα θειϊκά άλατα για περισσότερο από 50 χρόνια [1]. Ο βασικός λόγος που τα τσιµέντα τύπου IV µειώνουν τον κίνδυνο διάβρωσης από τη δράση των θειϊκών αλάτων, είναι το γεγονός ότι περιέχουν λιγότερες ποσότητες κρυσταλλικού C 3 A. H ένωση αυτή επηρεάζει σηµαντικά τη διόγκωση του τσιµεντολιθώµατος, γιατί σχετίζεται άµεσα µε το σχηµατισµό εττρινγκίτη. Τυπικά, ένα τσιµέντο Πόρτλαντ τύπου Ι, περιέχει 8-12% C 3 A, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό για ένα τσιµέντο τύπου IV είναι λιγότερο από 5%. Οι πουζολάνες διαδραµατίζουν ένα σηµαντικό ρόλο στη µακρόχρονη ανθεκτικότητα των σκυροδεµάτων που εκτείθενται σε περιβάλλοντα µε µεγάλη περιεκτικότητα θειϊκών αλάτων, επειδή επηρεάζουν µε φυσικό και χηµικό τρόπο τις ιδιότητές τους. Η επίδραση των πουζολανών στη βελτίωση της ανθεκτικότητας έναντι των θειϊκών είναι αποτέλεσµα της ταυτόχρονης δράσης δύο µηχανισµών [1]. Ο πρώτος, ο οποίος ονοµάζεται και «µηχανισµός διάλυσης», έχει να κάνει µε τη µείωση του ποσοστού του C 3 A, όταν ένα µέρος του τσιµέντου αντικαθίσταται από ένα πουζολανικό υλικό. Αυτή η µείωση, η οποία έχει άµεση σχέση µε το ποσοστό κατά βάρος µε το οποίο η 1

πουζολάνη αντικαθιστά το τσιµέντο, µπορεί να φθάσει και το 30%. Ο δεύτερος µηχανισµός, που ονοµάζεται «πουζολανική επίδραση», σχετίζεται µε τη µείωση του εκλειόµενου Ca(OH) 2 λόγω της πουζολανικής αντίδρασης. Το Ca(OH) 2 του τσιµεντολιθώµατος, που εκλείεται από την ενυδάτωση των πυρριτικών φάσεων του C 3 S και του C 2 S, αντιδρά κατά ένα µεγάλο µέρος µε την πουζολάνη και σχηµατίζει ασβεστοπυριτικά ένυδρα. Το σκυρόδεµα γίνεται κατ αυτό τον τρόπο λιγότερο διαπερατό, ενώ µειώνεται και η ποσότητα του ασβεστίου που είναι διαθέσιµη για το σχηµατισµό εττρινγκίτη και γύψου [1-3]. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η ανθεκτικότητα έναντι διαλύµατος Na 2 SO 4, τσιµεντοκονιαµάτων που παρασκευάστηκαν µε τη χρήση 15 διαφορετικών τσιµέντων, από τα οποία τα 14 ήταν πουζολανικά και το τελευταίο ήταν καθαρό Πόρτλαντ. Ο έλεγχος της ανθεκτικότητας των κονιαµάτων γίνεται µε τη µέθοδο που προδιαγράφεται στον κανονισµό ASTM C1012-95 σύµφωνα µε τον οποίο η εµβάπτιση των δοκιµίων στο διάλυµα γίνεται µόνο όταν αυτά αποκτήσουν θλιπτική αντοχή ίση ή µεγαλύτερη των 20 MPa. Κατ αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η συγκριτική µελέτη της συµπεριφοράς των δοκιµίων ξεκινόντας από την βάση της ίσης αντοχής. ΥΛΙΚΑ Τα υλικά που χρησιµοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία ήταν δύο φυσικές πουζολάνες, η Μηλαϊκή γη (ΜΓ) και η Σκυδραϊκή γη (ΣΓ), καθώς και δύο ιπτάµενες τέφρες, η ιπτάµενη τέφρα Μεγαλόπολης (ΙΤΜ) και η κατεργασµένη τέφρα Πτολεµαίδας (ΚΤΠ). H Μηλαϊκή και η ΣκυδραΙκή γη είναι φυσικές πουζολάνες, ηφαιστειογενούς προελεύσεως, που προέρχονται από τη νήσο Μήλο η πρώτη και από την περιοχή της Σκύδρας η δεύτερη. Η ιπταµένη τέφρα Μεγαλόπολης και η κατεργασµένη ιπτάµενη τέφρα Πτολεµαίδας είναι λιγνιτικές ιπτάµενες τέφρες. Ειδικώτερα η κατεργασµένη τέφρα Πτολεµαίδας έχει υποστεί ειδική κατεργασία µε σκοπό τη µείωση του ποσοστού του ελεύθερου CaO [4]. Και οι δύο παρουσιάζουν πουζολανικές ιδιότητες, η δεύτερη όµως παρουσιάζει και έντονες υδραυλικές ιδιότητες [4]. Στον πίνακα 1 δίνεται η χηµική σύσταση των τεσσάρων πουζολανών καθώς και του κλίνκερ Πόρτλαντ που χρησιµοποιήθηκε για την παρασκευή των τσιµέντων. Περιεκτικότητα σε οξείδια (%) κ.β. Κλίνκερ Πόρτλαντ Πίνακας 1: Χηµική σύσταση υλικών Τσιµέντο Π35ΙΙ ΜηλαΙκή γη ΣκυδραΙκή γη Ιπταµένη Τέφρα Μεγαλόπολης Κατεργασµένη Τέφρα Πτολεµαίδας SiO 2 22 28 65.9 61.7 47.08 45.15 Al 2 O 3 5.2 9 15.7 19.6 18.62 17.50 Fe 2 O 3 1.9 5.5 3.95 4.1 6.72 8.18 CaO 65.4 48.0 4.0 4.62 17.50 Συνολικό µη δεσµευµένο CaO 14.87 MgO 2.0 2.2 1.4 2.6 3.81 3.44 SO 3 1.3 3.2 - - 3.28 4.72 Na 2 O 0.5 0.5 5.65 5.9 0.68 - K 2 O 1.0 1.5 1.52-52.9 75 62.9 61.5 65.5 26 Λεπτότητα ( Συγκρατούµενα % R 45 ) 2

H ορυκτολογική σύσταση του κλίνκερ Πόρτλαντ, όπως υπολογίστηκε µε χρήση του τύπου του Bogue, δίνεται στον πίνακα 2: Πίνακας 2: Ορυκτολογική σύσταση του κλίνκερ Πόρτλαντ. Φάση Ποσοστό (%) C 3 S 57.68 C 2 S 19.56 C 3 A 10.56 C 4 AF 5.78 Τα τσιµέντα που χρησιµοποιήθηκαν στα πειράµατα της εργασίας αυτής, φαίνονται στον πίνακα 3. Όλα τα τσιµέντα παρασκευάσθηκαν στο σφαιρόµυλο του εργαστηρίου µε συνάλεση κλίνκερ, πουζολάνης και γύψου (CaSO 4.2H 2 O) για µισή ώρα. Χρησιµοποιήθηκαν κεραµικές σφαίρες µε σκοπό να µην µεταβληθεί η λεπτότητα των υλικών. Το ποσοστό της γύψου που προστίθετο ήταν διαφορετικό σε κάθε περίπτωση ούτως ώστε, το ποσοστό SO 3 του µείγµατος κλίνκερ+γύψος να παραµένει σταθερά ίσο µε 3.5%. Εξαίρεση από τον ανωτέρω κανόνα απετέλεσαν τα µείγµατα µε κατεργασµένη τέφρα Πτολεµαίδας σε ποσοστά άνω του 30%. Το υψηλό ποσοστό SO 3 της τέφρας αυτής ανέβασε τη συνολική ποσότητα του SO 3 του µείγµατος σε ποσοστά µεγαλύτερα του 3.5%, παρόλο που δεν προσετέθη καθόλου γύψος. Πίνακας 3: Τσιµέντα που παρασκευάστηκαν. Μείγµα Είδος τσιµέντου Ποσοστό SO 3 µείγµατος Κλίνκερ + γύψου Λεπτότητα ( Συγκρατούµενα % R 45 ) Πόρτλαντ 95.13% κλίνκερ + 4.87% γύψος 3.5% 54.87 καθαρό Π35ΙΙ Π35ΙΙ (εµπορίου) 3.5% 75 10% Μ.Γ. 10% ΜΓ+85.62% κλίνκερ+ 4.38% γύψος 3.5% 55.7 20% Μ.Γ. 20% ΜΓ+76.13% κλίνκερ+ 3.87% γύψος 3.5% 56.34 30% Μ.Γ. 30% ΜΓ+66.59% κλίνκερ+ 3.41% γύψος 3.5% 57.04 10% Σ.Γ. 10% ΣΓ+85.62% κλίνκερ + 4.38% γύψος 3.5% 55.61 20% Σ.Γ. 20% ΣΓ+76.13% κλίνκερ+ 3.87% γύψος 3.5% 56.25 30% Σ.Γ. 30% ΣΓ+66.59% κλίνκερ+ 3.41% γύψος 3.5% 56.95 10% Ι.Τ.Μ. 10% ΙΤΜ+86.35% κλίνκερ+3.65% γύψος 3.5% 55.7 20% Ι.Τ.Μ. 20% ΙΤΜ+77.57% κλίνκερ+2.43% γύψος 3.5% 56.45 30% Ι.Τ.Μ. 30% ΙΤΜ+ 68.78% κλίνκερ+1.22%γύψος 3.5% 0.5671 30% Κ.Τ.Π. 30% ΚΤΠ+69.73% κλίνκερ+0.27%γύψος 3.5% 44.95 40% Κ.Τ.Π. 60% κλίνκερ + 40% ΚΤΠ 4.45% 42.18 50% Κ.Τ.Π. 50% κλίνκερ + 50% ΚΤΠ 6.02% 39.45 60% Κ.Τ.Π. 40% κλίνκερ + 60% ΚΤΠ 8.38% 36.76 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Τα τσιµέντα του πίνακα 3 χρησιµοποιήθηκαν για την παρασκευή τσιµεντοκονιαµάτων µε αναλογία τσιµέντου:αδρανή ίση µε 1:3. Η άµµος που χρησιµοποιήθηκε ήταν πρότυπη πυριτική άµµος, προελεύσεως Γερµανίας, που ήταν διαβαθµισµένη σε τρία κλάσµατα, ενώ ο µέγιστος κόκκος ήταν διαµέτρου 2 mm. Το νερό που 3

χρησιµοποιήθηκε στην παρασκευή κάθε µείγµατος ήταν διαφορετικό, ούτως ώστε να επιτευχθεί το ίδιο περίπου µέτρο εξάπλωσης. Ο λόγος νερού/τσιµέντου καθώς επίσης και η εξάπλωση που επετεύχθη σε κάθε περίπτωση, παρουσιάζονται στον πίνακα 4. Για τη µέτρηση της διαστολής εξ αιτίας της επίδρασης του Na 2 SO 4 παρασκευάστηκαν πρισµατικά δοκίµια 4Χ4Χ16 (cm). Τα δοκίµια αυτά εµβαπτίσθηκαν σε διάλυµα περιεκτικότητας 5% σε Na 2 SO 4 σύµφωνα µε τον κανονισµό ASTM C-1012. Παράλληλα παρασκευάσθηκαν και κυβικά δοκίµια τσιµεντοκονιάµατος 5Χ5Χ5 (σε cm). Όλα τα δοκίµια, αµέσως µετά την παρασκευή τους συντηρήθηκαν για 23,5±1/2 ώρες σε θάλαµο µε σχετική υγρασία 95-98% και θερµοκρασία 35 C προκειµένου να αποκτήσουν θλιπτική αντοχή µεγαλύτερη ή ίση των 20 ΜΡa. Στη συνέχεια τα δοκίµια εµβαπτίσθηκαν στο διάλυµα, σε θερµοκρασία 23 C, και παρέµειναν σε αυτό µέχρι την τελική θραύση τους. Οι µετρήσεις της µεταβολής του µήκους τους λαµβάνονταν στις ηλικίες των 1,2, 3, 4, 8, 12, 15, 24, 32 και 52 εβδοµάδων µετά την εµβάπτισή τους στο διάλυµα. Σε κάθε µία από τις ανωτέρω ηµεροµηνίες το διάλυµα ανανεωνόταν. Πίνακας 4. Λόγος νερού/τσιµέντο και µέτρο εξαπλώσεως των παρασκευασθέντων µειγµάτων. Mείγµα Λόγος w/c Εξάπλωση ( % ) Πόρτλαντ καθαρό 0.456 114.75 Π35ΙΙ (εµπορίου) 0.53 114.5 10% Μ.Γ. 0.48 111.5 20% Μ.Γ. 0.50 120.5 30% Μ.Γ. 0.52 113.5 10% Σ.Γ. 0.468 117 20% Σ.Γ. 0.48 107 30% Σ.Γ. 0.50 113.5 10% Ι.Τ.Μ. 0.48 105 20% Ι.Τ.Μ. 0.52 113.5 30% Ι.Τ.Μ. 0.567 110 30% Κ.Τ.Π. 0.50 79.75 40% Κ.Τ.Π. 0.55 94.25 50% Κ.Τ.Π. 0.58 100 60% Κ.Τ.Π. 0.60 102.75 Παράλληλα παρασκευάστηκαν πρισµατικά δοκίµια τσιµεντοκονιάµατος (4χ4χ16 cm) µε σκοπό τη µελέτη της ανάπτυξης των αντοχών κάθε µείγµατος. Τα δοκίµια αυτά παρασκευάστηκαν ακριβώς µε τις ίδιες αναλογίες συνθέσεως που παρασκευάστηκαν και τα δοκίµια που εµβαπτίσθηκαν στο διάλυµα, αλλά αµέσως µετά την παρασκευή τους τοποθετήθηκαν σε θάλαµο υγρασίας και σε θερµοκρασία 21 C, όπου και παρέµειναν µέχρι τις ηµεροµηνίες των µετρήσεων. Η θλιπτική αντοχή κάθε µείγµατος µετρήθηκε στις ηλικίες των 3, 5, 7, 14, 21, 28 και 60 ηµερών. Η τιµή της αντοχής σε κάθε ηλικία προέκυψε ώς ο µέσος όρος έξι πειραµατικών τιµών. Η εξέλιξη της θλιπτικής αντοχής κάθε µείγµατος σε συνάρτηση µε την ηλικία παρουσιάζεται στον πίνακα 5. 4

Πίνακας 5: Εξέλιξη της θλιπτικής αντοχής των παρασκευασθέντων µειγµάτων σε συνάρτηση µε την ηλικία. Μείγµα Ηλικία ενυδάτωσης (σε ηµέρες) 3 5 7 14 21 28 60 Ι 45 23.54 28.25 32.8 37.00 41.58 43.90 50.52 ΙΙ 35 18.25 24.50 28.00 36.10 39.20 42.18 47.05 10% Μ.Γ. 15.00-24.8 36.2 36.6 39.60 42.60 20% Μ.Γ. - 22.1 22.8 27.3 28.7 31.60 34.00 30% Μ.Γ. 10.9-17.3 22.7 23.7 26.30 31.01 10% Σ.Γ. 21.0-31.50 37.4-41.50 44.80 20% Σ.Γ. 21.72 23.35-24.0 29.6 33.00 42.50 30% Σ.Γ. 9.97 15.60-22.9 25.1 26.20 29.70 10% Ι.Τ.Μ. 25.83 30.0 30.93 31.5 37.4 41.70 52.00 20% Ι.Τ.Μ. 20.5 21.7 26.8 31.0 33.4 35.40 41.04 30% Ι.Τ.Μ. 15.10 18.90-24.84 25.80 28.75 34.32 30% Κ.Τ.Π. 23.15 25.27 31.06 38.00 46.03 47.81 51.00 40% Κ.Τ.Π. 22.89-31.92 38.77 40.28 43.50 47.53 50% Κ.Τ.Π. 19.12-31.21 38.30-40.20 42.75 60% Κ.Τ.Π. 14.43 21.73 23.90 30.62-34.17 36.66 Η διαστολή που παρουσίασαν τα παρασκευασθέντα µείγµατα σε διάφορες ηλικίες παρουσιάζεται στα σχήµατα 1 έως 5. 10% ΜΓ 20%ΜΓ 30% ΜΓ 10% ΣΓ 20%ΣΓ 30%ΣΓ 45Ι Π35ΙΙ 1.4 1.2 1 0.8 l (%) 0.6 0.4 0.2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400-0.2 Ηµέρες στο διάλυµα Σχήµα 1: Μεταβολή µήκους δοκιµίων µε τσιµέντο Πόρτλαντ, τσιµέντο Π35ΙΙ και πουζολανικά τσιµέντα µε Μηλαϊκή και Σκυδραϊκή γη. 5

45Ι Π35ΙΙ 10% ΙΤΜ 20%ΙΤΜ 30%ΙΤΜ 1.4 1.2 1 0.8 l (%) 0.6 0.4 0.2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400-0.2 Ηµέρες στο διάλυµα Σχήµα 2: Μεταβολή µήκους δοκιµίων µε τσιµέντο Πόρτλαντ, τσιµέντο Π35ΙΙ και πουζολανικό τσιµέντο µε ιπταµένη τέφρα Μεγαλόπολης. 1.4 30% ΚΤΠ 40% ΚΤΠ 50% ΚΤΠ 60% ΚΤΠ 45Ι Π35ΙΙ 1.2 1 0.8 l (%) 0.6 0.4 0.2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400-0.2 Ηµέρες στο διάλυµα Σχήµα 3: Μεταβολή µήκους δοκιµίων µε τσιµέντο Πόρτλαντ, τσιµέντο Π35ΙΙ και πουζολανικό τσιµέντο µε κατεργασµένη τέφρα Πτολεµαίδας. 6

10% ΜΓ 20%ΜΓ 30% ΜΓ 10% ΣΓ 20%ΣΓ 30%ΣΓ 0.5 0.4 0.3 l (%) 0.2 0.1 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400-0.1 Ηµέρες στο διάλυµα Σχήµα 4: Μεταβολή µήκους δοκιµίων µε Μηλαϊκή και Σκυδραϊκή γη. 30% ΚΤΠ 40% ΚΤΠ 50% ΚΤΠ 60% ΚΤΠ 0.06 0.04 0.02 l (%) 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400-0.02-0.04-0.06 Ηµέρες στο διάλυµα Σχήµα 5: Μεταβολή µήκους δοκιµίων µε κατεργασµένη τέφρα Πτολεµαίδας. 7

ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Όπως φαίνεται και από τον πίνακα 6, τα δοκίµια που παρασκευάστηκαν µε 10% ΙΤΜ και 30 και 40% ΚΤΠ παρουσιάζουν καλύτερη θλιπτική αντοχή από το Πόρτλαντ ήδη από την ηλικία των 28 ηµερών. Μάλιστα, η αύξηση της θλιπτικής αντοχής συνεχίζεται µε έντονο ρυθµό και µετά την ηλικία αυτή, γεγονός που αποτελεί χαρακτηριστικό γνώρισµα της πουζολανικής αντίδρασης. Οι ΜΓ και ΣΓ δεν κατορθώνουν να προσδώσουν στα µείγµατα ιδιαίτερα υψηλές θλιπτικές αντοχές. Μεταξύ των δύο φυσικών πουζολανών, καλύτερη συµπεριφορά από απόψεως ανάπτυξης αντοχών φαίνεται να έχει η ΣΓ, γεγονός που επισηµάνθηκε και στην εργασία [12]. Επίσης, πρέπει να τονιστεί ότι η ΚΤΠ χρειάστηκε πολύ µεγαλύτερη ποσότητα νερού για την παρασκευή των µειγµάτων, γεγονός όµως που δεν εµπόδισε την ανάπτυξη σχετικά υψηλών αντοχών ήδη από µικρές ηλικίες. Μάλιστα από την ηλικία των 14 ηµερών τα µείγµατα µε 30% και 40% ΚΤΠ αναπτύσουν τις υψηλότερες αντοχές µεταξύ όλων των µειγµάτων µε πουζολανικά τσιµέντα (µε εξαίρεση την αντοχή του µείγµατος µε 10% ΙΤΜ στις 60 ηµέρες), ενώ ειδικότερα το µείγµα µε 30% ΚΤΠ έχει από την ηλικία αυτή υψηλότερη αντοχή από το µείγµα αναφοράς. Στην επισήµανση αυτή έχουν καταλήξει και άλλοι ερευνητές [1, 5, 6] και αποδίδουν το φαινόµενο στην ανάπτυξη πόρων µικρότερης διαµέτρου αλλά και στo µεγαλύτερo ποσοστό των ασβεστοπυριτικών ενύδρων CSH- που σχηµατίζονται [7]. Η εικόνα όµως αλλάζει στην περίπτωση που εξετάζουµε τη συµπεριφορά των µειγµάτων έναντι της διάβρωσης εξ αιτίας θειϊκών. Όπως φαίνεται από τα σχήµατα 1 έως 3, το µείγµα µε 10% ΙΤΜ εµφανίζει από πολύ νωρίς µεγάλες διαστολές, ενώ όλα τα µείγµατα µε ΙΤΜ καταστράφηκαν στο διάστηµα µεταξύ 16 και 24 εβδοµάδων (4 και 6 µηνών). Αξίζει να αναφερθεί ότι µόνο το µείγµα µε 20% ΙΤΜ παρουσίασε ρωγµές από την ηλικία των 8 εβδοµάδων. Το µείγµα µε καθαρό Πόρτλαντ διαλύθηκε µεταξύ 6 και 8 µηνών, ενώ παρουσίασε ρωγµές από τους 6 µήνες. Το µείγµα µε τσιµέντο εµπορίου (Π35ΙΙ) δεν παρουσίασε κανένα πρόβληµα διαστολής αλλά ούτε και ρωγµές µέχρι την ηλικία του ενός έτους. Η τελική εικόνα των µειγµάτων µε τσιµέντα Πόρτλαντ, 10% ΙΤΜ, 20% ΙΤΜ και 30% ΙΤΜ παρουσιάζεται στα σχήµατα 6, 7, 8 και 9 αντίστοιχα. Καλύτερη ήταν η συµπεριφορά των µειγµάτων που περιείχαν φυσικές πουζολάνες. Όπως φαίνεται και από το σχήµα 1, µόνο το µείγµα µε 10% ΣΓ διαλύθηκε µεταξύ 6 και 8 µηνών (Σχήµα 12), χωρίς προηγουµένως να εµφανιστούν ρωγµές. Παρουσίασε όµως έντονα φαινόµενα διαστολής από την ηλικία των 6 µηνών. Λιγότερο έντονη ήταν, από την ίδια ηλικία, η διαστολή του µείγµατος µε 10% ΜΓ. Το µείγµα αυτό όµως δεν καταστράφηκε µέχρι και την ηλικία του ενός έτους, ενώ ελαφριές ρωγµές άρχισαν να εµφανίζονται µόλις από την ηλικία των 8 µηνών. Τα υπόλοιπα µείγµατα δεν παρουσίασαν φαινόµενα διαστολής καθ όλη τη διάρκεια αυτής της έρευνας. Ρωγµές άρχισαν να εµφανίζονται από την ηλικία του 1 έτους στα µείγµατα µε 20% ΜΓ και 30% ΣΓ και από την ηλικία των 8 µηνών στο µείγµα µε 20% ΣΓ. Το µείγµα µε 30% ΜΓ δεν παρουσίασε καθόλου ρωγµές. 8

Εντελώς ικανοποιητική ήταν η συµπεριφορά των µειγµάτων µε κατεργασµένη τέφρα Πτολεµαίδας. Τα µείγµατα αυτά, δεν παρουσίασαν έντονες διαστολές (Σχήµα 3) αλλά ούτε και ρηγµατώσεις καθόλη τη διάρκεια του ενός έτους. Σε νεαρές ηλικίες, τα µείγµατα µε 30% και 60% ΚΤΠ παρουσίασαν κάποια αρχική συστολή (σχήµα 5) αλλά αυτή ήταν σχεδόν αµελητέα. Αξίζει να σηµειωθεί ότι τα µείγµατα αυτά παρουσίασαν εξαιρετική συµπεριφορά έναντι της διάβρωσης των θειϊκών, ενώ κάποια από αυτά παρουσίασαν και αρκετά υψηλές θλιπτικές αντοχές (πίνακας 5), παρά το γεγονός ότι παρασκευάστηκαν µε τον υψηλότερο λόγο Ν/Τ (Πίνακας 4), ενώ παράλληλα είχαν και την υψηλότερη τιµή SO 3 (Πίνακας 3). Τα αποτελέσµατα αυτά συµφωνούν µε τα συµπεράσµατα άλλων ερευνητών [8] oι οποίοι παρατήρησαν ότι µείγµατα µε αυξηµένο ποσοστό SO 3, παρουσιάζουν καλύτερη συµπεριφορά έναντι της διάβρωσης θειϊκών διαλυµάτων. Παρά το γεγονός ότι ο λόγος Ν/Τ (και εποµένως και το συνολικό πορώδες) ήταν µεγαλύτερος σε όλα τα µείγµατα που παρασκευάστηκαν µε πουζολανικά υλικά (Πίνκακας 4), η αντίσταση έναντι θειϊκών ήταν µεγαλύτερη στα µείγµατα αυτά. Μάλιστα φαίνεται ότι η αντίσταση αυτή είναι ανάλογη του ποσοστού αντικατάστασης του κλίνκερ από τα πουζολανικά υλικά. Η διαπίστωση αυτή, µε την οποία συµφωνούν και άλλοι ερευνητές [8, 9, 10], δείχνει ότι δεν είναι τόσο το πορώδες που παίζει ρόλο στην αντίσταση των µειγµάτων έναντι θειϊκών, όσο η µείωση του συνολικού ποσοστού του C 3 A του µείγµατος η οποία επιτυγχάνεται µε την αντικατάσταση µέρους του κλίνκερ από µία πουζολάνη. Πράγµατι, τόσο το µείγµα µε καθαρό τσιµέντο Πόρτλαντ, όσο και τα µείγµατα µε ποσοστό πουζολάνης 10%, παρουσίασαν τη µικρότερη ανθεκτικότητα έναντι των θειϊκών διαλυµάτων. Τα µείγµατα αυτά περιείχαν και το µεγαλύτερο ποσοστό C 3 A. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η χρήση πουζολανικών τσιµέντων αυξάνει γενικά την ανθεκτικότητα έναντι θειϊκών διαλυµάτων. Όσο µεγαλύτερο είναι το κατά βάρος ποσοστό µε το οποίο η πουζολάνη αντικαθιστά το κλίνκερ, τόσο µεγαλύτερη είναι και η ανθεκτικότητα έναντι θειϊκών του µείγµατος που παρασκευάζεται µε το συγκεκριµένο πουζολανικό τσιµέντο. Εξαίρεση αποτελούν τα πουζολανικά τσιµέντα που παρασκευάστηκαν µε χρήση ιπταµένης τέφρας Μεγαλόπολης. Η τέφρα αυτή, παρόλο που βοηθάει στην ανάπτυξη σχετικά υψηλών θλιπτικών αντοχών το µείγµα µε 10% ΙΤΜ παρουσιάζει στις 60 ηµέρες την υψηλότερη τιµή απ όλα τα µείγµατα δεν αυξάνει την ανθεκτικότητα έναντι θειϊκών αντίθετα οδηγεί σε µεγαλύτερες διαστολές λόγω διόγκωσης και ταχύτερη καταστροφή. Σε αντίθεση µε την τέφρα Μεγαλόπολης, η κατεργασµένη τέφρα Πτολεµαίδας συνεισφέρει σηµαντικά στη µείωση της διαστολής των µειγµάτων που παρασκευάστηκαν µε αυτή. Τα µείγµατα αυτά είχαν την καλύτερη συµπεριφορά 9

έναντι θειϊκών σε σχέση µε όλα τα µείγµατα που παρασκευάστηκαν στα πλαίσια αυτής της έρευνας, ενώ κάποια από αυτά ανέπτυξαν θλιπτικές αντοχές ίσες ή και υψηλότερες των µειγµάτων µε καθαρό τσιµέντο Πόρτλαντ και τσιµέντο εµπορίου. Και οι δύο φυσικές πουζολάνες που χρησιµοποιήθηκαν φαίνεται ότι βελτιώνουν την ανθεκτικότητα των µειγµάτων όταν αντικαθιστούν το κλίνκερ σε ποσοστά 20 και 30%. Τα µείγµατα όµως µε Σκυδραϊκή γη αναπτύσσουν υψηλότερες θλιπτικές αντοχές σε σχέση µε τα µείγµατα µε Μηλαϊκή γη. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Tikalsky J. k., Carrasquillo R. L.: Ιnfluence of Fly Ash on the Sulfate Resistance of Concrete, ACI Materials Journal, Vol. 89, No 1, January February 1992, pp. 69-75. 2. Παπαγιάννη-Παπαδοπούλου Ι.: Ερευνα για τη δυνατότητα αξιοποιήσεως της Ιπταµένης Τέφρας Πτολεµαίδας στην παραγωγή σκυροδέµατος, ιδακτορική ιατριβή, Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη 1981. 3. Mehta P.K. Studies on Blended Portland Cements Containg Santorinian Earth, Cement and Concrete Research, Vol. 11, 1981, pp. 507-518. 4. Παπαγιάννη Ι: Κανονισµοί για τη χρήση Ιπταµένων Τεφρών στο Σκυρόδεµα και Ελληνικές Ιπτάµενες Τέφρες, Πρακτικά 12ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέµατος, 26-28 Οκτωβρίου 1996, Λεµεσός, Κύπρος, Τόµος Ι, σελ. 146-155. 5. Τάσιος Θ., Οικονόµου Χ.: Ελληνικές Ιπτάµενες Τέφρες στο τσιµέντο και στο σκυρόδεµα, ιηµερίδα ΕΗ, Πτολεµαίδα 1983. 6. Mehta P. K.: Effect of Fly Ash Composition on Sulfate Resistance of cements, ACI Materials Journal, Vol. 83, No 6, November December 1986, pp.994-1000. 7. Lea F.M.: The chemistry of Cement and Concrete, Third Edition, 1970. 8. Sercale R., Gioffi R., de Vito B., Frigione G., Zenone F.: Sulphate Attack on Carbonated and Uncarbonatted Portlant and Blended Cement Mortars, Proceedings of the 10 th International Congress on the Chemistry of Cements, Gotemburg, Sweeden, 1997, paper 4iv017. 9. Mangat P.S., El-Khatib J.M.: Influence of Initial Curing on Sulfate Resistance of Blended Cement Mortars, Cement and Concrete Research, Vol. 22, 1992, No 6, pp. 1089-1100. 10. Irassar E.F.: Sulphate Resistance of Blended Cements: Prediction and Relation with Flexural Strength, Cement and Concrete Research, Vol. 20, 1990, No 1, pp. 209-218. 11. Papadakis V. G., Fardis M. N., Vayenas C. G.: Hydration and Carbonation of Pozzolanic Cements, ACI Materials Journal, Vol. 89, No 2, March-April 1992, pp. 119-130. 12. Σίδερης Κ.Κ.: Επίδραση της Φυσικής Πουζολάνης στη Θλιπτική Αντοχή και στο Πορώδες του Τσιµεντολιθώµατος και του Σκυροδέµατος, ιδακτορική ιατριβή,.π.θ., Ξάνθη 1996. 13. ηµογιάννης Ι., Καρακίτσος Α., Μαλογιάννης.: Θλιπτική Αντοχή και ανθεκτικότητα τσιµεντοκονιαµάτων µε καθαρό τσιµέντο Πόρτλαντ, τσιµέντο εµπορίου και πουζολανικό τσιµέντο (10%, 20%, 30% ΙΤΜ), ιπλωµατική εργασία,.π.θ., Ξάνθη, 1998. 14. Σάββα Α.Ε.: Επίδραση της Σκυδραϊκής γης στη Θλιπτική Αντοχή και στο Πορώδες του Τσιµεντολιθώµατος, ιδακτορική ιατριβή,.π.θ., Ξάνθη 1991. 10

11

12