Αξιολόγηση της διαµόρφωσης της πορώδους µικροδοµής τσιµεντοκονιαµάτων από τετραµερή σύνθετα τσιµέντα και της επίδρασής της στην ανθεκτικότητα

Αξιολόγηση της διαµόρφωσης της πορώδους µικροδοµής τσιµεντοκονιαµάτων από τετραµερή σύνθετα τσιµέντα και της επίδρασής της στην ανθεκτικότητα Assessment of the evolution of porous microstructure of quaternary blended cement mortars and its influence on durability Παναγιώτα ΠΙΠΙΛΙΚΑΚΗ 1, Μανώλης ΧΑΝΙΩΤΑΚΗΣ 2, Αντωνία ΜΟΡΟΠΟΥΛΟΥ 3, Γεώργιος ΜΠΑΤΗΣ 4, Μαργαρίτα ΚΑΤΣΙΩΤΗ 5 Λέξεις κλειδιά: πορώδες, κατανοµή µεγέθους πόρων, ανθεκτικότητα, τετραµερή τσιµέντα ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα εργασία αξιολογήθηκε η επίδραση της πορώδους δοµής στην θλιπτική αντοχή και την ανθεκτικότητα κονιαµάτων και σκυροδεµάτων από τετραµερή σύνθετα τσιµέντα. Στο πειραµατικό µέρος της εργασίας παρασκευάστηκαν σύνθετα τσιµέντα µε διαφορετικά ποσοστά ιπτάµενης τέφρας Μεγαλόπολης, µηλαϊκής γης και ασβεστόλιθου (συνολικό ποσοστό 40% κ.β.). Παρασκευάστηκαν κονιάµατα στα οποία µετρήθηκε η αντοχή σε θλίψη, το πορώδες και η κρίσιµη ακτίνα πόρων µε τη χρήση ποροσιµετρίας υδραργύρου. Σε αντίστοιχα κονιάµατα προσδιορίστηκε η διόγκωση λόγω προσβολής από θειικά ιόντα ενώ σε σκυροδέµατα εξακριβώθηκε το βάθος ενανθράκωσης και η διείσδυση χλωριόντων. Η θλιπτική αντοχή είναι αντιστρόφως ανάλογη του πορώδους των κονιαµάτων και σκυροδεµάτων ενώ η ενανθράκωση είναι ανάλογη του πορώδους. Στην ανθεκτικότητα έναντι χλωριόντων συµβάλλει η δεσµευτική ικανότητα των συστατικών του τσιµέντου. Τέλος, µικρότερη διόγκωση σε περιβάλλον θειικών ιόντων παρουσιάζουν τα κονιάµατα µε µικρή κρίσιµη ακτίνα. ABSTRACT: This study aims at evaluating the influence of porous microstructure on quaternary blended cements mortars compressive strength and concrete durability. Therefore, blended cements having different amounts of fly ash Megalopolis, Milos s island pozzolana and limestone were produced. Compressive strength, critical radius and porosity as well as expansion due to sulfate attack were determined in mortars while carbonation and chloride penetration was measured in concrete. Compressive strength is conversely proportional to porous microstructure while carbonation is proportional. On the other hand durability against chloride penetration depends also on binding capacity of cement components. Finally expansion due to sulfate attack is lower in mortars having lower critical radius. 1 ρ.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 Καθηγήτρια, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email:amoropul@central.ntua.gr 4 Καθηγητής, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: batis@chemeng.ntua.gr 5 Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email:katsioti@central.ntua.gr 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το σκυρόδεµα είναι το πιο διαδεδοµένο δοµικό υλικό και η παραγωγή του αποτελεί έναν από τους σηµαντικότερους δείκτες ευηµερίας µιας χώρας. Από την άλλη πλευρά η παραγωγή τσιµέντου συνοδεύεται από την εκποµπή διοξειδίου του άνθρακα, που συµβάλλει στο φαινόµενο του θερµοκηπίου, την αλλαγή του κλίµατος της γης και από µεγάλη κατανάλωση ενέργειας. Η βιοµηχανία, µε σκοπό να ελαχιστοποιήσει τις αρνητικές αυτές επιπτώσεις της παραγωγής τσιµέντου, έχει στραφεί στα σύνθετα τσιµέντα όπου ένα µέρος του κλίνκερ υποκαθίσταται από άλλα υλικά όπως η σκωρία υψικαµίνων, η ιπτάµενη τέφρα, διάφορες φυσικές και τεχνητές ποζολάνες, ο ασβεστόλιθος και τέλος συνδυασµοί των παραπάνω. Ανθεκτικό θεωρείται το σκυρόδεµα το οποίο αντιστέκεται στην φθορά στην οποία µπορεί να εκτεθεί. Η φθορά αυτή µπορεί να προέρχεται είτε από εξωτερικούς παράγοντες είτε από εσωτερικούς παράγοντες. Η ανθεκτικότητα ενός σκυροδέµατος ως προς τους εξωτερικούς παράγοντες προσβολής επηρεάζεται από την διαπερατότητά του. Η διαπερατότητα του σκυροδέµατος εξαρτάται από το συνολικό πορώδες, το είδος των πόρων, ανοιχτοί ή κλειστοί, και το µέγεθος των πόρων που διαθέτει η ενυδατωµένη πάστα, καθώς τα αδρανή δεν συνεισφέρουν στην διαπερατότητα του σκυροδέµατος αφού αυτά διαθέτουν µόνο κλειστούς πόρους. (Neville, 1995) Προφανώς, εκτός όµως από την ανθεκτικότητα του σκυροδέµατος και οι φυσικές και µηχανικές ιδιότητες του επηρεάζονται από την κατανοµή µεγέθους πόρων που παρουσιάζει. Υλικά µε το ίδιο συνολικό πορώδες µπορεί να εµφανίζουν εντελώς διαφορετική συµπεριφορά όταν βρεθούν σε µηχανική και περιβαλλοντική καταπόνηση η οποία εξαρτάται από την κατανοµή πόρων και πιο συγκεκριµένα τη σχέση µεταξύ µικρών και µεγάλων πόρων.(theoulakis et al., (1997) και (1999), Moropoulou et al., (1993)) Η κρίσιµη ακτίνα των πόρων (dcr) αντιστοιχεί στην ακτίνα όπου η κλίση της αθροιστικής κατανοµής είναι πιο απότοµη. Η κρίσιµη ακτίνα των πόρων ελέγχει το πόσο διαπερατό είναι το υλικό και είναι η ακτίνα η οποία συναντάται πιο συχνά στους διασυνδεδεµένους πόρους και που επιτρέπει τη µέγιστη διάδοση χηµικών ειδών εντός της πορώδους πάστας.(winslow et al. 1970). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Στο πειραµατικό µέρος της εργασίας παρασκευάστηκαν σύνθετα τσιµέντα µε διαφορετικά ποσοστά ιπτάµενης τέφρας Μεγαλόπολης, µηλαϊκής γης και ασβεστόλιθου των οποίων το συνολικό ποσοστό ανερχόταν σε 40% κ.β. και το υπόλοιπο ήταν κλίνκερ και γύψος. 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 1,2,7,28,90 και 180 ηµέρες και στα ίδια κονιάµατα µετρήθηκε το πορώδες, η κρίσιµη ακτίνα πόρων µε τη χρήση ποροσιµετρίας υδραργύρου σε ηλικίες 28,90 και 180 ηµερών ταυτόχρονα παρασκευάστηκαν αντίστοιχα κονιάµατα στα οποία προσδιορίστηκε η διόγκωση, λόγω προσβολής από θειικά ιόντα, µε µέτρηση της µεταβολής µήκους µε χρήση συσκευής µικροµέτρου σε ηλικίες 28,56,90,120,150 και 180 ηµερών. Επιπλέον, παρασκευάστηκαν σκυροδέµατα στα οποία εξακριβώθηκε το βάθος ενανθράκωσης σύµφωνα µε την οδηγία Rilem CPC-18 σε ηλικίες 28,56,90,120 και 180 ηµερών και 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 2

της διείσδυσης χλωριόντων σύµφωνα µε το ASTM C 1202 σε ηλικίες 28, 90 και 180 ηµερών. Πίνακας 1: Συστάσεις σύνθετων τσιµέντων α/α Ασβεστόλιθος (%) Ιπτάµενη Τέφρα Μεγαλόπολης (%) Μηλαϊκή γη (%) 1 5 15 20 2 5 20 15 3 10 15 15 4 10 10 20 5 10 20 10 6 15 15 10 7 15 10 15 8 15 20 5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 1. Παράµετροι της πορώδους µικροδοµής κονιαµάτων Παρακάτω παρουσιάζονται και οι βασικές παράµετροι που εξάγονται από τις µετρήσεις ποροσιµετρίας δηλαδή η κρίσιµη ακτίνα (Πίνακας 2) και το ολικό πορώδες (Πίνακας 2) για όλες τις ηλικίες και τις συνθέσεις. Πίνακας 2 : Κρίσιµη ακτίνα πόρων των κονιαµάτων 28 Ηµέρες (nm) 90 Ηµέρες (nm) 180 Ηµέρες (nm) 35,17 18,54 18,21 62,73 36,74 18,94 43,41 36,60 21,83 35,42 25,72 21,13 36,08 17,67 17,05 49,08 22,05 20,18 38,11 20,37 19,28 15% LL-20% FA-5% POZ 41,57 23,05 18,26 Πίνακας 3 : Ολικό πορώδες των κονιαµάτων 28 Ηµέρες (nm) 90 Ηµέρες (nm) 180 Ηµέρες (nm) 13,29 12,52 12,34 13,03 12,52 11,84 13,40 12,70 12,30 13,22 12,66 12,00 12,00 11,08 11,00 13,00 12,34 11,00 12,00 11,90 11,80 15% LL-20% FA-5% POZ 12,67 11,90 11,89 Από τις παραπάνω µετρήσεις φαίνεται ότι η αύξηση του ποσοστού του ασβεστόλιθου στα σύνθετα τσιµέντα αυξάνει λίγο την κρίσιµη ακτίνα των πόρων σε µικρότερες ηλικίες ενώ στην ηλικία των 180 ηµερών δεν την επηρεάζει ιδιαίτερα. Από την άλλη πλευρά αύξηση του ποσοστού του ασβεστόλιθου στα σύνθετα τσιµέντα µειώνει το ολικό πορώδες των κονιαµάτων σε όλες τις ηλικίες στο ίδιο περίπου βαθµό. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην δράση του ασβεστόλιθου ως πληρωτικό υλικό. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 3

Όσον αφορά την ιπτάµενη τέφρα στην ηλικία των 28 ηµερών αυξάνει την κρίσιµη ακτίνα των πόρων αρκετά. Σε µεγαλύτερες ηλικίες (90 ηµέρες) αυτή η αύξηση είναι µικρότερη και στις 180 ηµέρες παρουσιάζεται µείωση της κρίσιµης ακτίνας των πόρων. Η συµπεριφορά αυτή οφείλεται στην ποζολανική δράση της ιπτάµενης τέφρας που µειώνει το µέγεθος των πόρων σε µεγαλύτερες ηλικίες. Επίσης, η αύξηση του ποσοστού της ιπτάµενης τέφρας στο σύνθετο τσιµέντο οδηγεί σε µείωση του ολικού πορώδους των κονιαµάτων κάτι που εκδηλώνεται σε όλες τις ηλικίες. Τέλος, η µηλαϊκή γη έχει την τάση να αυξάνει την κρίσιµη ακτίνα πόρων για ποσοστά ανάµεσα στο 5 και 15% ενώ παρουσιάζεται σηµαντική µείωση της κρίσιµης ακτίνας των πόρων για µεγαλύτερα ποσοστά µηλαϊκής γης στο τσιµέντο. Επίσης, φαίνεται ότι και για τα µικρότερα ποσοστά η αύξηση της κρίσιµης ακτίνας περιορίζεται σε µεγαλύτερες ηλικίες. Αυτό σηµαίνει ότι η µηλαϊκή γη δρα ως ποζολανικό υλικό µειώνοντας το µέγεθος των πόρων. Επίσης, η µηλαϊκή γη έχει την τάση να αυξάνει το ολικό πορώδες. Η αύξηση του ολικού πορώδους περιορίζεται σε µεγαλύτερες ηλικίες. Αυτό σηµαίνει ότι η µηλαϊκή γη δρα ως ποζολανικό υλικό µειώνοντας το πορώδες. 2. Αντοχή σε θλίψη Στον Πίνακα 4 παρουσιάζονται οι τιµές που προέκυψαν από τις µετρήσεις αντοχής σε θλίψη των τσιµεντοκονιαµάτων. Πίνακας 4: Αντοχή σε θλίψη κονιαµάτων 1 Ηµέρα (MPa) 2 Ηµέρες (MPa) 7 Ηµέρες (MPa) 28 Ηµέρες (MPa) 90 Ηµέρες (MPa) 180 Ηµέρες (MPa) 5% LL 15%FA-20%POZ 9,1 15,9 26,4 45,7 54,7 57,6 5% LL 20%FA-15% POZ 9,5 15,6 26,8 46,7 54,9 57,7 10% LL 15% FA-15% POZ 9,8 15,4 25,4 41,3 51,8 53,2 10% LL 10% FA-20% POZ 7,8 13,1 22,8 40,8 44,9 50,9 10% LL 20% FA-10% POZ 8,2 14,9 25,9 43,6 51,1 53,5 15% LL 15% FA-10% POZ 7,4 13,6 24,0 39,2 46,6 49,4 15% LL 10% FA-15% POZ 7,1 13,3 23,2 39,4 42,5 47,9 15% LL-20%FA-5% POZ 6,7 13,7 26,0 44,1 49,1 52,6 Από τις παραπάνω τιµές φαίνεται ότι τα σύνθετα αυτά τσιµέντα ανήκουν στην κατηγορία 32.5. Επίσης είναι προφανές ότι υπερκαλύπτεται η προδιαγραφή του προτύπου ΕΛΟΤ-ΕΝ 197-1 σχετικά µε την τιµή αντοχής σε θλίψη στις 2 ηµέρες. 3. Μελέτη της ενανθράκωση Η πρώτη συνιστώσα της ανθεκτικότητας που µελετήθηκε ήταν η ενανθράκωση. Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων του βάθους ενανθράκωσης παρουσιάζονται στον Πίνακα 5. Πίνακας 5: Βάθος ενανθράκωσης σκυροδεµάτων που παρήχθησαν µε τα σύνθετα τσιµέντα 28 Ηµέρες (mm) 120 Ηµέρες (mm) 150 Ηµέρες (mm) 180 Ηµέρες (mm) 2,0 5,3 8,8 10,5 2,2 6,2 10,2 10,4 2,8 5,7 10,2 10,2 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 4

10% LL-10% FA-20%POZ 2,5 6,0 10,8 10,8 1,3 9,5 15,5 16,5 1,8 8,3 13,3 14,1 2,5 8,8 12,8 13,9 15% LL-20% FA- 5% POZ 2,3 8,7 11,0 11,7 Από τα δεδοµένα του παραπάνω πίνακα είναι προφανές ότι όσο προστίθεται ασβεστόλιθος και ιπτάµενη τέφρα στο σύνθετο τσιµέντο τόσο αυξάνεται η ενανθράκωση. 4. ιείσδυση χλωριόντων Η µελέτη της διείσδυσης χλωριόντων έγινε µε τη µέθοδο που αναφέρεται στο πειραµατικό µέρος και προκειµένου να εξακριβωθεί η επίδραση της ηλικίας του δοκιµίου στα αποτελέσµατα της δοκιµής εξετάστηκαν κύλινδροι σε τρεις διαφορετικές ηλικίες 28,90 και 180 ηµέρες. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών παρουσιάζονται στον Πίνακα 6. Παρατηρείται ότι οι διαφορετικές συστάσεις των σύνθετων τσιµέντων τα οποία έχουν χρησιµοποιηθεί για την παραγωγή των σκυροδεµάτων διαφοροποιούν σηµαντικά την συµπεριφορά του σκυροδέµατος έναντι της διείσδυσης χλωριόντων. Πίνακας 6: Μετρήσεις εισερχόµενου ηλεκτρικού φορτίου που έχουν παραχθεί από τσιµέντα της κατηγορίας 32.5 28 Ηµέρες(C) 90 Ηµέρες (C) 180 Ηµέρες (C) 1912 530 595 1818 448 372 2134 1001 619 2674 896 856 2295 609 442 1988 679 542 2093 450 128 15% LL-20% FA-5% POZ 546 642 182 5. Μελέτη της Προσβολής από Θειικά Ιόντα Για να εκτιµηθεί η ανθεκτικότητα των κονιαµάτων από τα σύνθετα τσιµέντα µετρήθηκε η διόγκωση που τους προκλήθηκε λόγω παραµονής τους σε διάλυµα 5% Na 2 SO 4 µε τον τρόπο που περιγράφεται στο πειραµατικό µέρος. Το διάγραµµα της διόγκωσης των κονιαµάτων ως προς την ηλικία τους παρουσιάζεται στην Εικόνα 1. ΙΟΓΚΩΣΗ (µm/m) 300 250 200 150 100 15% LL-20% FA-5% POZ 50 0 0 50 100 150 200 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 5

Εικόνα 1: Εξέλιξη της διόγκωσης κονιαµάτων που έχουν παραχθεί από σύνθετα τσιµέντα Από το παραπάνω διάγραµµα είναι εµφανές ότι όλα τα τσιµέντα έχουν πολύ µικρή διόγκωση λόγω της έκθεσης τους η οποία διαφοροποιείται λίγο ανάλογα µε τα συστατικά του σύνθετου τσιµέντου. Είναι δε προφανής η εξάρτηση της ανθεκτικότητας σε θειικά ιόντα από τη σύσταση του σύνθετου τσιµέντου µε το οποίο έχει παρασκευαστεί το κάθε κονίαµα. 6. Συσχέτιση της θλιπτικής αντοχής µε το πορώδες και την κρίσιµη ακτίνα πόρων Η αντοχή σε θλίψη εξαρτάται από τη εσωτερική δοµή του κονιάµατος, από την άλλη πλευρά η εκτίµηση του ολικού πορώδους και της κρίσιµης ακτίνας πόρων δίνει µια εικόνα για την εσωτερική δοµή του κονιάµατος. Με σκοπό να προσδιοριστεί πόσο εξαρτώνται αυτά τα µεγέθη έχουν γίνει τα ακόλουθα διαγράµµατα αντοχής σε θλίψη ως προς την κρίσιµη ακτίνα πόρων (Εικόνα 2(α)) και ως προς το ολικό πορώδες (Εικόνα 2(β)). 60 60 ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΘΛΙΨΗ (MPa) 55 50 45 40 35 30 5% LL 15%FA-20%POZ 5% LL 20%FA-15% POZ 10% LL 15% FA-15% POZ 10% LL 10% FA-20% POZ 10% LL 20% FA-10% POZ 15% LL 15% FA-10% POZ 15% LL 10% FA-15% POZ 15% LL-20%FA-5% PO Z 0 10 20 30 40 50 60 70 ΚΡΙΣΙΜΗ ΑΚΤΙΝΑ ΠΟΡΩΝ (nm) ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΘΛΙΨΗ (MPa) 55 50 45 40 35 30 5% LL 15%FA-20%PO Z 5% LL 20%FA-15% POZ 10% LL 15% FA-15% PO Z 10% LL 10% FA-20% PO Z 10% LL 20% FA-10% PO Z 15% LL 15% FA-10% PO Z 15% LL 10% FA-15% PO Z 15% LL-20%FA-5% POZ 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 ΟΛΙΚΟ ΠΟΡΩ ΕΣ (%) Εικόνα 2: ιάγραµµα αντοχής σε θλίψη α)ως προς την κρίσιµη ακτίνα των πόρων των κονιαµάτων, β) ως προς το ολικό πορώδες των κονιαµάτων Από τα παραπάνω δύο διαγράµµατα φαίνεται ότι καθώς µειώνεται τόσο η κρίσιµη ακτίνα των πόρων όσο και το ολικό πορώδες αυξάνεται η αντοχή σε θλίψη. Ειδικότερα, για την περίπτωση του διαγράµµατος της Εικόνας 1(β) η προσαρµογή ευθείας στα πειραµατικά δεδοµένα είναι πολύ καλή και παρουσιάζεται στον Πίνακα 4. Η εξίσωση που έχει προσαρµοστεί στα πειραµατικά δεδοµένα είναι της µορφής : Y=AX+B (1) Από τις τιµές του Πίνακα 4 είναι προφανές ότι η αντοχή σε θλίψη είναι αντιστρόφως ανάλογη του ολικού πορώδους του κονιάµατος, συνδέοντας µε αυτόν τον τρόπο την ανάπτυξη της αντοχής σε θλίψη µε την µείωση του ποσοστού κενών χώρων στο 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 6

κονίαµα η οποία είναι απόρροια τόσο της αντίδρασης της ενυδάτωσης όσο και επιπλέον της ποζολανικής αντίδρασης. Τέλος, θα πρέπει να σηµειωθεί ότι στην περίπτωση της κρίσιµης ακτίνας των πόρων και παρότι υπάρχει η γενική εξάρτηση των δυο µεγεθών που δείχνει ότι όσο µειώνεται η κρίσιµη ακτίνα των πόρων αυξάνεται η αντοχή σε θλίψη εντούτοις δεν ισχύει η γραµµική εξάρτηση για όλες τις συνθέσεις. Πίνακας 4: Παράµετροι γραµµικής συσχέτισης ολικού πορώδους και αντοχής σε θλίψη A B R 2-12,28 208,79 1,00-8,97 164,85 0,90-11,29 193,28 0,93-8,30 150,37 1,00-9,17 153,58 0,97-4,66 101,51 0,90-42,5 549,02 0,98 15% LL-20% FA-5% POZ -8,75 154,97 0,90 7. Συσχέτιση της ενανθράκωσης µε το πορώδες και την κρίσιµη ακτίνα πόρων Το διάγραµµα που συσχετίζει το βάθος ενανθράκωσης των σκυροδεµάτων µε το ολικό πορώδες παρουσιάζεται στην Εικόνα 3 ενώ το διάγραµµα που συσχετίζει το βάθος ενανθράκωσης του σκυροδέµατος µε την κρίσιµη ακτίνα των πόρων παρουσιάζεται στην Εικόνα 4. Από την πρώτη εικόνα είναι προφανές ότι καθώς το ολικό πορώδες µειώνεται ο ρυθµός της ενανθράκωσης επίσης µειώνεται, γεγονός που υποδηλώνεται από την αλλαγή της κλίσης από τις 28 στις 90 ηµέρες. Αυτό σηµαίνει ότι η ενανθράκωση είναι ένα φαινόµενο που αλλάζει ρυθµό και συγκεκριµένα καθυστερεί καθώς µειώνεται το ολικό πορώδες. Επειδή το ολικό πορώδες εξαρτάται από τα συστατικά του τσιµέντου αυτό σηµαίνει ότι και η εξέλιξη της ενανθράκωσης εξαρτάται και αυτή από τα συστατικά του τσιµέντου. Ένα δεύτερο συµπέρασµα που προκύπτει από την πρώτη εικόνα είναι ότι παρόλο που το ολικό πορώδες διαφέρει από σύνθεση σε σύνθεση το πρώτο σηµείο όσον αφορά το βάθος ενανθράκωσης είναι περίπου το ίδιο γεγονός που υποδηλώνει ότι η ενανθράκωση αυτή είναι ανεξάρτητη του διαφορετικού ολικού πορώδους και ότι η διαδικασία της ενανθράκωσης ουσιαστικά δεν έχει ξεκινήσει στην ηλικία των 28 ηµερών. Τα παραπάνω συµπεράσµατα ισχύουν και για την συσχέτιση του βάθους ενανθράκωσης µε την κρίσιµη ακτίνα των πόρων οδηγώντας έτσι στο γενικότερο συµπέρασµα ότι η ενανθράκωση εξαρτάται πράγµατι από τη µικροδοµή του σκυροδέµατος και συγκεκριµένα όσο µικρότερο ολικό πορώδες και κρίσιµη ακτίνα πόρων έχει το σκυρόδεµα τόσο µικρότερος είναι ο ρυθµός ενανθράκωσης. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 7

8. Συσχέτιση της διαπερατότητας χλωριόντων µε το πορώδες και την κρίσιµη ακτίνα πόρων Τα διαγράµµατα που συσχετίζουν την διαπερατότητα του σκυροδέµατος από χλωριόντα µε το ολικό πορώδες παρουσιάζονται στην Εικόνα 5 ενώ τα αντίστοιχα που συσχετίζουν την διαπερατότητα του σκυροδέµατος από χλωριόντα µε την κρίσιµη ακτίνα των πόρων παρουσιάζονται στην Εικόνα 6. ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ (% (% (% (%) 14,0 13,5 13,0 15% LL-20% FA- 5% POZ 12,5 12,0 11,5 11,0 10,5 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2 200 4 6 8 16 14 12 10 ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) 0,050 0,045 0,040 0,035 15% LL-20% FA- 5% POZ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ ΠΟΡΩΝ ΠΟΡΩΝ ΠΟΡΩΝ ΠΟΡΩΝ (µ (µ (µ (µm) 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 20 40 60 80 100 120140 160 4 180 2 200 6 8 10 16 14 12 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 8 ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm)(

Εικόνα 3:Συσχέτιση βάθους ενανθράκωσης σκυροδεµάτων µε το ολικό πορώδες Εικόνα 4: Συσχέτιση βάθους ενανθράκωσης σκυροδέµατος µε την κρίσιµη ακτίνα των πόρων Τα διαγράµµατα της Εικόνας 6 επιβεβαιώνουν τα παραπάνω συµπεράσµατα υποστηρίζοντας έτσι την άποψη ότι η αντίσταση στην διάχυση χλωριόντων δεν εξαρτάται µόνο από το πορώδες. Επίσης, σε αυτό το διάγραµµα φαίνεται περισσότερο ότι µικρότερη κρίσιµη ακτίνα των πόρων δεν οδηγεί απαραίτητα σε µικρότερες τιµές διαπερατότητας από χλωριόντα υποδεικνύοντας ότι εκτός από το µέγεθος των πόρων στο συγκεκριµένο φαινόµενο επιδρούν και άλλοι παράγοντες. ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ (% (% (% (%) 14,0 13,5 13,0 15% LL-20% FA- 5% POZ 12,5 12,0 11,5 3000 11,0 20 2500 40 60 2000 80 100 1500 120140 1000 160 180 500 200 ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΧΛΩΡΙΟΝΤΩΝ (C) 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 9

Εικόνα 5: Συσχέτιση διαπερατότητας χλωριόντων µε το ολικό πορώδες 0,050 0,045 0,040 0,035 15% LL-20% FA- 5% POZ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ (µ (µ (µ (µm) 0,030 0,025 0,020 0,015 3000 0,010 20 2500 40 60 2000 80 100 1500 120140 1000 160 180 500 200 ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΧΛΩΡΙΟΝΤΩΝ (C) Εικόνα 6: Συσχέτιση διαπερατότητας από χλωριόντα µε την κρίσιµη ακτίνα των πόρων 9. Συσχέτιση της διόγκωσης λόγω προσβολής από θειικά ιόντα µε το πορώδες και την κρίσιµη ακτίνα πόρων Τα διαγράµµατα που συσχετίζουν τη διόγκωση λόγω της προσβολής από θειικά ιόντα παρουσιάζονται στην Εικόνα 7 και τα αντίστοιχα που συσχετίζουν τη διόγκωση λόγω της ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ ΠΟΡΩ ΕΣ (%) (%) (%) (%) 14,0 13,5 13,0 15% LL-20% FA- 5% POZ 12,5 12,0 11,5 11,0 20 40 60 80 100 120140 160 180 200 0 25 50 75 125 150 100 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 10 ΙΟΓΚΩΣΗ (µm/m)

προσβολής από θειικά ιόντα παρουσιάζονται στην Εικόνα 8. Από τα πρώτα διαγράµµατα συµπεραίνεται ότι µικρές τιµές ολικού πορώδους δηµιουργούν µεγαλύτερη διόγκωση λόγω προσβολής από θειικά ιόντα γεγονός που δικαιολογείται από το γεγονός ότι όταν υπάρχει µεγαλύτερο πορώδες τα προϊόντα αποσύνθεσης έχουν περισσότερο χώρο για να αναπτυχθούν χωρίς να χρειαστεί να διογκωθεί σηµαντικά το κονίαµα. Η συσχέτιση αυτή µπορεί να γενικευτεί σε όλες τις ηλικίες. Από τα διαγράµµατα της Εικόνας 7 είναι εµφανές ότι η κρίσιµη ακτίνα επιδρά στην διόγκωση των κονιαµάτων. Έτσι, φαίνεται ότι πολύ µικρές κρίσιµες ακτίνες µειώνουν σηµαντικά την διόγκωση λόγω προσβολής από θειικά ιόντα ενώ µετά από κάποιο µέγεθος κρίσιµης ακτίνας και πάνω δεν φαίνεται να υπάρχει ιδιαίτερη επίδραση, το γεγονός αυτό, µπορεί να συσχετιστεί µε την ευκολία εισαγωγής των εξωτερικών θειικών ιόντων στο κονίαµα και τελικά να δηµιουργήσει την διόγκωση. Επίσης φαίνεται ότι µε µείωση της κρίσιµης ακτίνας ουσιαστικά µειώνεται και ο ρυθµός διόγκωσης λόγω προσβολής από θειικά ιόντα γεγονός που υποδηλώνεται από την αλλαγή. Εικόνα 7: Συσχέτιση διόγκωσης λόγω προσβολής από θεϊκά ιόντα µε το ολικό πορώδες ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ ΑΚΤΙΝΑ (µ (µ (µ (µm) 0,050 0,045 0,040 0,035 15% LL-20% FA- 5% POZ 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 20 40 60 80 100 120140 160 25 180 200 0 50 75 125 150 100 ΙΟΓΚΩΣΗ (µm/m) Εικόνα 8: Συσχέτιση διόγκωσης λόγω προσβολής από θεϊκά ιόντα µε την κρίσιµη ακτίνα πόρων ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 11

Η αντοχή σε θλίψη των κονιαµάτων είναι αντιστρόφως ανάλογη µε το ολικό πορώδες. Αυτό σηµαίνει ότι η ανάπτυξη της αντοχής σε θλίψη είναι συνέπεια της µείωσης των κενών χώρων λόγω της ενυδάτωσης και της ποζολανικής αντίδρασης. Η ενανθράκωση εξαρτάται από τη µικροδοµή του σκυροδέµατος και συγκεκριµένα όσο µικρότερο ολικό πορώδες και κρίσιµη ακτίνα πόρων έχει το σκυρόδεµα τόσο µικρότερος είναι ο ρυθµός ενανθράκωσης. Εκτός από αυτή καθαυτή τη µείωση του µεγέθους των πόρων για να θεωρηθεί ένα σκυρόδεµα ανθεκτικό έναντι προσβολής από χλωριόντα είναι απαραίτητο να έχει στη σύνθεσή του συστατικά τα οποία να δεσµεύουν χλωριόντα. Μικρές τιµές ολικού πορώδους δηµιουργεί µεγαλύτερη διόγκωση λόγω προσβολής από θειικά ιόντα κάτι που δικαιολογείται από το γεγονός ότι όταν υπάρχει µεγαλύτερο πορώδες τα προϊόντα αποσύνθεσης έχουν περισσότερο χώρο για να αναπτυχθούν χωρίς να χρειαστεί να διογκωθεί σηµαντικά το κονίαµα. Πολύ µικρές κρίσιµες ακτίνες µειώνουν σηµαντικά την διόγκωση λόγω προσβολής από θειικά ιόντα ενώ µετά από κάποιο µέγεθος κρίσιµης ακτίνας και πάνω δεν φαίνεται να υπάρχει ιδιαίτερη επίδραση, το γεγονός αυτό, µπορεί να συσχετιστεί µε την ευκολία εισαγωγής των εξωτερικών θειικών ιόντων στο κονίαµα και τελικά να δηµιουργήσει την διόγκωση. Τέλος, φαίνεται ότι µε µείωση της κρίσιµης ακτίνας ουσιαστικά µειώνεται και ο ρυθµός διόγκωσης λόγω προσβολής από θειικά ιόντα γεγονός που υποδηλώνεται από την αλλαγή στην κλίση. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Brown P.W., Shi D. Porosity/permeability relationships, in Materials Science of Concrete II, J.Scalny, S. Mindess (eds), The American Ceramic Society, Westerville, OH,(1991), p. 83-109 Hearn N., Hooton R.D., Mills R.H Pore structure and permeability, in Significance of Tests and Properties of Concrete and Concrete Making Materials, 4th edition, P.Klieger, J.F. Lamond (eds), ASTM STP 169C, American Society for Testing and Materials, West Conshohochen,PA, (1994), p.240-262 Moropoulou, A., Batis, G., Chronopoulos, M., Spanos, Ch., Investigation of the marine atmosphere - Concrete structures interaction and its impact to the reinforcements, Scienza e Beni Culturali IX, ed. G. Biscontin, D. Mietto, Publ. Libreria Progetto Editore Padova (1993) p. 389-402. Neville, A.M, Properties of concrete, 4rth edition, Prentice Hall, Edinburgh Gate, Harlow, England, (1995), p.490-495 Theoulakis, P., Moropoulou, A., Microstructural and mechanical parameters determining the susceptibility of porous building stones to salt decay, Construction and Building Materials, 11, No. 1 (1997) p. 65-71. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 12

Winslow D.N., Diamond S. A mercury porosimetry study of the evolution of porosity in Portland Cement, Journal of Materials, Vol.5 No.3, (1970), p. 564-585 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 13