Τεχνολογία Παραγωγής Τσιμέντου και Σκυροδέματος Διδάσκων: Κωνσταντίνος Γ. Τσακαλάκης Καθηγητής Ε.Μ.Π. Ενότητα 7 η Παραγωγή Έτοιμου Σκυροδέματος
Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
Παραγωγή Έτοιμου Σκυροδέματος (1/4) 3 Σχήμα 7.1 Κατά προσέγγιση συμμετοχή των πρώτων υλών στο σκυρόδεμα.
Παραγωγή Έτοιμου Σκυροδέματος (2/4) 4 Σχήμα 7.2 Διάταξη μηχανημάτων και αποθηκών πρώτων υλών κατά την υγρή μέθοδο παρασκευής έτοιμου σκυροδέματος.
Παραγωγή Έτοιμου Σκυροδέματος (3/4) 5 Σχήμα 7.3 Αυτοτελείς διεργασίες παρασκευής σκυροδέματος.
Παραγωγή Έτοιμου Σκυροδέματος (4/4) 6 Σχήμα 7.4 Διάγραμμα ροής διεργασιών σε μονάδα παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος.
Μέθοδοι προσδιορισμού της σύνθεσης του σκυροδέματος (1/3) 7 Οι δυο κύριες μέθοδοι προσδιορισμού της σύνθεσης του μίγματος για την παρασκευή του σκυροδέματος είναι: Η αυτοτελής μέθοδος δοκιμής και σφάλματος (trial-batch method). Η μέθοδος προσδιορισμού απολύτου όγκου των συστατικών του σκυροδέματος. Η επιλογή των συστατικών για την παρασκευή σκυροδέματος πρέπει να γίνεται πάντοτε με γνώμονα, τη με οικονομικό τρόπο χρήση των διαθέσιμων υλικών για την παραγωγή σκυροδέματος, τη μεγάλη αντοχή σε θλίψη (compressive strength), την ανθεκτικότητα στη διάρκεια του χρόνου με ταυτόχρονη όμως εξασφάλιση ικανοποιητικής εργασιμότητας κατά τη χρήση. Η χρήση των βασικών μαθηματικών σχέσεων και εργαστηριακές δοκιμές δίνουν τη δυνατότητα σύνθεσης σκυροδέματος ικανοποιητικών ιδιοτήτων.
Μέθοδοι προσδιορισμού της σύνθεσης του σκυροδέματος (2/3) 8 Από πολυάριθμες παρατηρήσεις έχει διαπιστωθεί ότι οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία αυτή είναι: Ο λόγος νερού / τσιμέντο (W/C). Ο τύπος, το μέγεθος και η ποσοστιαία % συμμετοχή των διαθέσιμων αδρανών υλικών. Η παραγωγή και χρήση σκυροδέματος με ή χωρίς αερακτικό. Η απαιτούμενη κάθιση (slump) ή εξάπλωση του παραγόμενου μείγματος. Για την παραγωγή σκυροδέματος πολύ καλής ποιότητας, ο ρόλος του νερού, που μετριέται μέσω του λόγου νερού προς τσιμέντο (W/C), είναι πολύ σημαντικός: (W/C, Water-Cement ratio) = Μάζα νερού / Μάζα τσιμέντου
Μέθοδοι προσδιορισμού της σύνθεσης του σκυροδέματος (3/3) 9 Ο λόγος νερού προς τσιμέντο (W/C) καθορίζεται από διάφορους παράγοντες που εξαρτώνται από την απαιτούμενη αντοχή του σκυροδέματος, από το είδος του σκυροδέματος που σχεδιάζεται να παραχθεί και από τις συνθήκες του περιβάλλοντος οι οποίες αναμένεται να επικρατήσουν μετά τη διάστρωσή του. Η διαμόρφωση της τιμής του (W/C) καθορίζεται με τη βοήθεια στοιχείων από Πίνακες. Η γενική αρχή που ισχύει στην παραγωγή σκυροδέματος είναι: Μεγάλος λόγος (W/C), δηλαδή περίσσεια νερού, προκαλεί παραγωγή ασθενούς σκυροδέματος, ενώ μικρός λόγος κάνει το σκυρόδεμα «μη εργάσιμο», δεν «δουλεύεται» ικανοποιητικά (έχει πολύ μεγάλο ιξώδες).
Τα αδρανή υλικά (1/2) 10 Τα αδρανή που χρησιμοποιούνται στην παρασκευή σκυροδεμάτων κατατάσσονται σε τρεις κύριες ομάδες μεγεθών τεμαχίων: Χονδρομερή αδρανή με τεμάχια μεγαλύτερα από 9.5 mm (3/8 in.) Ενδιάμεσου μεγέθους αδρανή με τεμάχια από 2.36 9.5 mm mm (8 mesh-3/8 in.) και τα Λεπτομερή αδρανή με τεμάχια μικρότερα από 2.36 mm (8 mesh). Το κοκκομετρικό κλάσμα με μεγέθη τεμαχίων (-5+0,075) mm χαρακτηρίζεται και ως «άμμος» (sand), ενώ τα τεμάχια μεγέθους 0.075 mm (200 mesh) ονομάζονται «παιπάλη» (fines). Σε κάθε περίπτωση, για την παραγωγή σκυροδέματος υψηλών προδιαγραφών, απαιτούνται τουλάχιστον δύο στενές κοκκομετρικές ομάδες τεμαχίων (π.χ. λεπτομερή 5 mm ή άμμος και χονδρομερή 5 mm).
Τα αδρανή υλικά (2/2) 11 Σχήμα 7.5 Διάγραμμα ταξινόμησης αδρανών σκυροδέματος κατά μέγεθος.
Επίδραση της κοκκομετρικής σύνθεσης των αδρανών στον όγκο των κενών 12 Σχήμα 7.6 Επίδραση της κοκκομετρικής σύνθεσης των αδρανών στον όγκο των κενών.
Κενά συνθέσεων αδρανών υλικών 13 Σχήμα 7.7 Περιπτώσεις κοκκομετρικών διαβαθμίσεων αδρανών σκυροδέματος.
Χονδρομερή αδρανή (περιορισμοί επιλογής μεγέθους) 14 Στην παραγωγή σκυροδέματος πρέπει να χρησιμοποιείται η χονδρομερέστερη κατα το δυνατόν σύνθεση (κοκκομετρικά κλάσματα) αδρανών, που εξασφαλίζει τη μέγιστη αντοχή στο παραγόμενο σκυρόδεμα και την ανάγκη χρήσης της μικρότερης ποσότητας τσιμεντόπαστας με προφανή μείωση του κόστους του σκυροδέματος. Όμως, το μέγιστο μέγεθος αδρανών εξαρτάται από την «πηγή» των αδρανών, που επηρεάζει, μέσω της μεθόδου παραγωγής του, τόσο το σχήμα όσο και τη διαβάθμισή του. Επίσης, το μέγιστο μέγεθος τεμαχίου αδρανών δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1/3 της ελάχιστης διάστασης (π.χ. Πάχους) του δομικού στοιχείου που θα κατασκευαστεί και τα ¾ της απόστασης μεταξύ των διαδοχικών ράβδων σιδηροπλισμού του σκυροδέματος. Για δρόμους και πλάκες δαπέδου (επίπεδες επιφάνειες) από μη οπλισμένο σκυρόδεμα, το μέγιστο μέγεθος τεμαχίου αδρανούς δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1/3 του πάχους της κατασκευής.
Λεπτομερή αδρανή 15 Όπως προαναφέρθηκε, τα λεπτομερή αδρανή (fine aggregates) χρησιμοποιούνται για την πλήρωση των κενών μεταξύ των χονδρομερών αδρανών (coarse aggregates), με στόχο να αυξήσουν την εργασιμότητα του μίγματος του σκυροδέματος και να ελαττώσουν τον όγκο των κενών που καλύπτεται από την τσιμεντόπαστα, γεγονός πού έχει προφανώς θετικό οικονομικό αποτέλεσμα στο κόστος παραγωγής του σκυροδέματος. Η μεθοδολογία προσδιορισμού του συντελεστή ή δείκτη λεπτότητας λεπτομερών αδρανών δίνεται στον Πίνακα 7.1.
Προσδιορισμός του δείκτη λεπτότητας λεπτομερών αδρανών 16 Πίνακας 7.1 Προσδιορισμός του δείκτη λεπτότητας λεπτομερών αδρανών.
Χαρακτηρισμός των λεπτομερών αδρανών συναρτήσει της τιμής του συντελεστή λεπτότητάς 17 Πίνακας 7.2 Χαρακτηρισμός λεπτομερών αδρανών ως συνάρτηση του συντελεστή λεπτότητάς τους.
Κατάλογος Αναφορών Σχημάτων 18 Σχήμα 7.1 Κατά προσέγγιση συμμετοχή των πρώτων υλών στο σκυρόδεμα, Chapter 3 Fundamentals of Materials Used for Concrete Pavements, http://www.cptechcenter.org/technicallibrary/documents/imcp/imcp_manual_october2007.pdf Σχήμα 7.2 Διάταξη μηχανημάτων και αποθηκών πρώτων υλών κατά την υγρή μέθοδο παρασκευής έτοιμου σκυροδέματος, Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας. Σχήμα 7.3 Αυτοτελείς διεργασίες (υγρή-ξηρή) παρασκευής σκυροδέματος, ermco_environmental_practices_1996, http://www.sustainableconcrete.org.uk/pdf/ermco_environmental_practices_1996.pdf Σχήμα 7.4 Διάγραμμα ροής διεργασιών σε μονάδα παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος, Concrete production-technical Pollution prevention guide for ready-mixed concrete operations, http://research.rem.sfu.ca/frap/9713.pdf Σχήμα 7.5 Διάγραμμα ταξινόμησης αδρανών σκυροδέματος κατά μέγεθος, AGGREGATES FOR CONCRETE - ACI Education Bulletin E1-99, http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/tecnologia_hormigon/fe1-99.pdf Σχήμα 7.6 Επίδραση της κοκκομετρικής σύνθεσης των αδρανών στον όγκο των κενών, Design and Control of concrete mixtures, Chapter 5, http://www.ce.memphis.edu/1101/notes/concrete/pca_manual/chap05.pdf Σχήμα 7.7 Περιπτώσεις κοκκομετρικών διαβαθμίσεων αδρανών σκυροδέματος, The role of aggregate in concrete countertop mix formulas, http://www.concretecountertopinstitute.com/blog/2011/03/the-role-of-aggregate-in-concretecountertop-mix-formulas/
Κατάλογος Αναφορών Πινάκων 19 Πίνακας 7.1 Προσδιορισμός του δείκτη λεπτότητας λεπτομερών αδρανών, Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Πίνακας 7.2 Χαρακτηρισμός λεπτομερών αδρανών ως συνάρτηση του συντελεστή λεπτότητάς τους, Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο).
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.