ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΝΕΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ ΣΤΟ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΕ ΤΣΙΜΕΝΤΩΝ ΤΙΤΑΝ Νικος Λίτινας Πολιτικος Μηχανικός ΕΜΠ Υπευθυνος ιαχείρισης Ποιότητας της ΑΕ Τσιµέντων ΤΙΤΑΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της εισήγησης είναι η παρουσίαση των θεµάτων Τεχνολογίας Σκυροδέµατος που αναπτύχθηκαν για να καλύψουν τις ειδικές απαιτήσεις του έργου κατασκευής του νέου περιστροφικού κλιβάνου και των νέων εγκαταστάσεων στο εργοστάσιο της ΑΕ Τσιµέντων ΤΙΤΑΝ στην Θεσσαλονίκη. Εισαγωγή Η κατασκευή µιας νέας γραµµής παραγωγής κλίνκερ είναι διεθνώς σηµαντικό έργο και απαιτεί για τα έργα Πολιτικού Μηχανικού ειδικές γνώσεις τόσο σε µελετητικό όσο και σε κατασκευαστικό επίπεδο. Για το συγκεκριµµένο έργο την µελέτη εκπόνησε το γραφείο µελετών της ΑΜΤΕ και την κατασκευή πραγµατοποίησαν οι κατασκευαστικές εταιρείες ΤΕΡΝΑ, ΑΚΤΩΡ, ΡΟΚΑΣ κ.α. Την επίβλεψη του έργου πραγµατοποίησε η Υπηρεσία Νέων Έργων της Εταιρείας µε προϊστάµενο στα έργα πολιτικού µηχανικού τον κ.ν.πανταζάρα. Το σκυρόδεµα που απαιτήθηκε για τις ανάγκες του έργου προµηθεύθηκε από τις Θυγατρικές εταιρείες του Οµίλου ΤΙΤΑΝ Ιντερµπετόν οµικά Υλικά και Εργοµπετόν ΑΕ και ήταν συνολικού όγκου 45000 m 3 Τα ειδικά έργα Πολιτικού Μηχανικού που είχαν αυξηµένες απαιτήσεις στην τεχνολογία του σκυροδέµατος ήταν: Α. Κτήριο προθερµαντήρα συνολικού ύψους 115 µέτρων (από οπλισµένο σκυρόδεµα µέχρι ύψους 26 m και 9m υπό το έδαφος) Η θεµελίωση του προθερµαντή διαστάσεων 35m x 35m x 4m ( όγκος σκυροδέµατος 4900 m 3 ) λόγω του µεγάλου όγκου σκυροδέµατος (mass concrete) και των υψηλων θερµοκρασιώνπεριβάλλοντος (37 o C) τον Αύγουστο του 2001 Β. Σιλό οµοιογένειας ύψους 70 m από οπλισµένο σκυρόδεµα και διαµέτρου 19m µε πάχος τοιχείων 40-60 cm µε πυκνό οπλισµό και θεµελίωση από οπλισµένο σκυρόδεµα όγκου 3000 m 3 Γ. Πλάκα οπλισµένου σκυροδέµατος στο κτήριο του προθερµαντή διαστάσεων 21,30m x 21,30m x 0,30m µε απαίτηση κατηγορίας αντοχής C40/50 και max κόκκο 16 mm,µε πυκνό οπλισµό και απαίτηση πολύ µεγάλης εργασιµότητας, λόγω της αγκύρωσης µεταλλικής κατασκευής.κτήριο µύλων στερεών καυσίµων από σκυρόδεµα πάχους 30cm σε απόσταση 4m από τον κλίβανο (θερµογόνος πηγή µε ακτινοβολία θερµότητας) µε απαίτηση αποφυγής ρηγµατώσεων στα πρώτα στάδια της σκλήρυνσης του σκυροδέµατος.
Σχεδιασµός και προετοιµασία Α Για την θεµελίωση του προθερµαντή και του σιλό οµοιογένειας Οι υψηλές θερµοκρασίες που αναπτύσσονται κατά την ενυδάτωση του τσιµέντου στα ογκώδη έργα από σκυρόδεµα δηµιουργούν προβλήµατα στην τελικη αντοχή του σκυροδέµατος λόγω της δηµιουργίας µικρορηγµατώσεων (thermal cracking) από την ανοµοιόµορφη κατανοµή της θερµότητας και τις ανοµοιόµορφες συστολοδιαστολές (διεθνώς συνιστάται oi θερµοκρασίες στη µάζα του σκυροδέµατος να µην υπερβαίνουν τους 70 o C) Η επί πλέον υψηλή θερµοκρασία του περιβάλλοντος επιδρά αυξητικά στην τελικη θερµοκρασία του σκυροδέµατος. Κατά τον σχεδιασµό αποφασίσθηκε η χρήση πάγου στο νερό για την µείωση της τελικής θερµοκρασίας του σκυροδέµατος, που υπολογίσθηκε µε τον τύπο T = 0,22(ΤαWa+TcWc)+Ww-Wi)Tw-79,6Wi 0,22(Wa+Wc)+Ww+Wi όπου Τ = Θερµοκρασία σκυροδέµατος Τα= Θερµοκρασία αδρανών Τc = Θερµοκρασία τσιµέντου Τw = Θερµοκρασία νερού Wa= βάρος αδρανών Wc = βάρος τσιµέντου Ww =βάρος νερού Wi =βάρος πάγου Στόχος του σχεδιασµού ήταν να µειωθούν οι παράγοντες που επιδρούν στην αύξηση της θερµότητας ενυδάτωσης στο τσιµέντο και η µείωση της θερµοκρασίας του σκυροδέµατος. Για το σκοπό αυτό µελετήθηκαν τα παρακάτω: 1. Επελέγη τσιµέντο τύπου ΙΙ και κατηγορίας αντοχής 42,5(αντοχές τσιµέντου 28 ηµ από 48,1-51,4Mpa) µε χαµηλή περιεκτικότητα σε αργιλικό τριασβέστιο, ώστε να µειωθεί η έκλυση υψηλής θερµότητας Πίνακας 1: Θερµότητα Ενυδάτωσης Επίσης ο σχεδιασµός έγινε για κατηγορία σκυροδέµατος C 30/37 µε µειωµένη περιεκτικότητα σε τσιµέντο (340Kg/ m 3 έναντι 410 που συνήθως χρησιµοποιούνται για αυτήν την κατηγορία ) και µε λόγο Ν/Τ=0,48 µε ταυτόχρονα χρήση υπερρευστοποιητού στο εργοστάσιο για αύξηση της εργασιµότητας του σκυροδέµατος.επίσης για την µείωση της θερµοκρασίας του τσιµέντου σχεδιάσθηκε η προµήθεια µόνο από αποθηκευµένα τσιµέντα που είχαν παραµείνει σε σιλό τουλάχιστον 1 ηµέρα, µε στόχο η θερµοκρασία του να µην υπερβαίνει τους 45 0 C. 2.Xρησιµοποιήθηκαν θραυστά αδρανή από το Λατοµείο ρυµού σε 3 κλάσµατα (άµµος 0-4mm, γαρµπίλι 8-16mm, χαλίκι 16-30 mm) και µειώθηκε στο ελάχιστο η χρήση Αµµου ποταµού Αξιού 2
(χρησιµοποιείται για το αντλήσιµο του σκυροδέµατος αλλά αυξάνει την εκλυόµενη θερµότητα σε σύγκριση µε τα ασβεστολιθικά πετρώµατα) Το διάγραµµα της κοκκοµετρικής σύνθεσης βρισκόταν στο κάτω ήµισυ της υποζώνης. Σχήµα 1 Τα αδρανή υλικά σχεδιάσθηκε να διαβρέχονται συνεχώς στους σωρούς όπου αποθηκεύονται µε στόχο την µείωση της θερµοκρασίας τους. 3. Το νερό της δεξαµενής που πρέρχεται από γεώτρηση έχει συνήθως θερµοκρασία 23-25 o C Aπποφασίσθηκε για τη µείωση της θερµοκρασίας η χρήση πάγου µε τοποθέτηση του στη δεξαµενή του νερού µε συνεχή τροφοδοσία ώστε να εξασφαλισθεί η σταθερή αναλογία του και η οµοιόµορφη πτώση της θερµοκρασίας του νερού. 4. Χρήση επιβραδυντού σε αυξηµένη αναλογία (0,4% επί του τσµέντου) καθώς και χρήση υπερρευστοποιητή στην µονάδα παραγωγής (0,6%) µε στόχο την επιβράδυνση του χρόνου αρχής πήξης και την αύξηση της εργασιµότητας Μετά από δοκιµές διαφόρων αναµιγµάτων που έγιναν στο εργαστήριο σκυροδέµατος της Ιντερµπετόν στην Θεσσαλονίκη καταλήξαµε στην σύνθεση που χρησιµοποιήθηκε C 30737 (Kg/ m 3 ) Άµµος Λατοµείου 830 Άµµος Ποταµού 100 Γαρµπίλι 270 Χαλίκι 700 Νερό 120 Ν/Τ=0.48 Πάγος 40 Επιβραδυντής 1,22 (0,4%) Υπερρευστοποιητης 2,00 (ο,6%) Επίσης αποφασίσθηκε η µέτρηση των θερµοκρασιών ανά ώρα του περιβάλλοντος, του νερού, του τσιµέντου και του σκυροδέµατος τόσο κατά την παραγωγή του όσο και µε ειδικά θερµόµετρα τοποθετηµένα µέσα στη µάζα του σκυροδέµατος στην κατασκευή σε δάφορα βάθη όπως ενδεικτικά φαίνεται στο παρακάτω σχήµα. 3
Σχήµα 2 Επίσης για τη µείωση της έκλυσης θερµότητας από την σκυροδέτηση συνολικά σε συνεχή βάση των 4900 m 3, αποφασίσθηκε να γίνουν 3 σκυροδετήσεις πάχους σκυροδέµατος 1,30-1,50 m, µε χρόνο διακοπής µεταξύ τους 3-4 ηµερών, εκτιµώντας ότι οι αρµοί που θα δηµιουργηθούν δεν θα επηρρέαζαν την κατασκευή,φροντίζοντας την συντήρηση της επιφάνειας τους µε σύστηµα αυτόµατης διαβροχής µε περιστροφικούς εκτοξευτήρες.. Β Για την πλάκα έδρασης της µεταλλικής κατασκευής στον προθερµαντή Η απαίτηση σε αντοχές ήταν υψηλή και έγιναν µελέτες συνθέσεων για κατηγορία σκυροδέµατος C40/50, µε χρήση τσιµέντου κατηγορίας Ι 52,5. Eπίσης λόγω των ειδικών απαιτήσεων για ενσωµάτωση στο σκυρόδεµα των µεταλλικών εδράνων πάνω στα οποία στηρίζεται µεταλλικη κατασκευή ύψους 90 m, απαιτήθηκε η χρήση σκυροδέµατος µε max κόκκο 16mm(γαρµπιλοµπετόν)του οποίου η εργασιµότητα έπρεπε να είναι πολύ µεγάλη (κατάρρευση σε δοκιµή κάθισης) και να διατηρείται πέραν της 1 ώρας.. Έγιναν δοκιµαστικές συνθέσεις στο εργαστήριο της Ιντερµπετόν στη Θεσσαλονίκη, µε διάφορα πρόσθετα υλικά και καταλήξαµε στην παρακάτω σύνθεση που εφαρµόστηκε. C40/50 Γ (kg/ m 3 ) Άµµος λατoµείου 765 Γαρµπίλι 900 Τσιµέντο 445 Νερό 175 Ν/Τ= 0,39 Επιβραδυντή ς 1,33 ( 0,3%) Υπερρευστοποιητής 7,12 (1,6%) Οι δοκιµές φαίνονται στα παρακάτω σχήµατα. 4
Σχήµα 3 5
Σχήµα 4 6
Γ. Κτήριο Μύλου άνθρακα Η απαίτηση για το κτήριο του µύλου άνθρακα λόγω γειτνίασης του (απόσταση 4m) µε ιδιαίτερα υψηλή πηγή θερµότητας, τον κλίβανο έψησης του κλίνκερ που σε 24 ωρο βάση λειτουργεί και διατηρεί υψηλή την θερµοκρασία του περιβάλλοντος (µετρήθηκε 70 0 C) απαίτησε την χρήση ινών πολυπροπαινίου(πλαστικών ) για την αποφυγή ρηγµατώσεων λόγω της υψηλης θερµοκρασίας που αναπτύσσεται στο σκυρόδεµα κατά τις πρώτες ηµέρες που απαιτείται να αφαιρεθούν οι ξυλότυποι. Στάδιο κατασκευής Α. Θεµελιώσεις Οι σκυροδετήσεις έγιναν σε 3 φάσεις στις 4/8 στις 8/8 και 11/8/2001 Στην πρώτη σκυροδέτηση ο όγκος σκυροδέµατος ήταν 1705 m 3 Στην δεύτερη ήταν 2110 m 3 και στην τριτη 1042 m 3 Φωτογραφία 1 Οι θερµοκρασίες που καταγράφηκαν ήταν (σε o C) Ηµερα Σκυροδετησης 4/8 8/8 11/8 Περιβάλλοντος min (7.00 ) 24 26 27 max (16.00) 35 37 36 Nερού min 8 10 8 (Με πάγο) max 13 14 12 Τσιµέντου 45 45 45 Σκυροδέµατος max 27 29 28 (εργοστάσιο) Σκυροδέµατος min 32 34 59 (στο έργο) max 5/8 60 9/8 68 12/8 66 min 47 66 58 max 6/8 54 10/8 68 13/8 64 min 47 64 55 max 7/8/03 48 11/8 66 14/8 58 7
Οι µετρήσεις των θερµοκρασιών συνεχίστηγκαν και µετά τις 14/8 µέχρι τις 26/8 2003 όπου σταδικά έπεσαν στους 42 0 C. Φωτογραφία 2 Αξιοσηµείωτες ήταν οι διαφορές µεταξύ των θερµοκρασιών που µετρήθηκαν σε διαφορετικά βάθη µε διαφορές που κυµαίνονταν έως και 15 o C και που παρουσιαζόταν σε διάφορα βάθη µετρήσεων στην ίδια ηµέρα και φάση σκυροδέτησης µε τάση µε την πάροδο του χρόνου οι µεγαλύτερες θερµοκρασίες να εµφανίζονται στα µεγαλύτερα βάθη. 8
9
Πίνακας 2 Μετά την παρέλευση 2 ωρών από το τέλος κάθε σκυροδέτησης ένα σύστηµα αυτόµατηςδιαβροχής µε περιστρεφόµενους εκτοξευτήρες εξασφάλιζε την µείωση των θερµοκρασιών στην επιφάνεια και ταυτόχρονα εξασφάλιζε την συντήρηση του σκυροδέµατος και την αποφυγή ρηγµατώσεων Τα αποτελέσµατα των αντοχών σε θραύση των δοκιµίων που πάρθηκαν στο έργο φαίνονται στο πίνακα 3. 10
Πίνακας 3 Με τον ίδιο τρόπο έγινε η σκυροδέτηση για τη βάση του σιλό οµογένειας συνολικού όγκου 3000 m 3 που έγινε σε 2 φάσεις (1200m 3 στις 6/9 και 1800 m 3 στις 8/9) χωρίς να χρησιµοποιηθεί πάγος λόγω των χαµηλών θερµοκρασιών περιβάλλοντος (20-28 o C και 23-25 o C για το σκυρόδεµα αντίστοιχα. Οι αντοχές των δοκιµίων φαίνονται στον ίδιο πίνακα. Φωτογραφία 3 11
Β. Πλάκα προθερµαντή Η σκυροδέτηση έγινε σε 2 φάσεις στις 2/2 και στις 16/2/2002 Τα αποτελέσµατα των αντοχών σε θλίψη και της εργασιµότητας του σκυροδέµατος φαίνονται στον πίνακα 4 Πίνακας 4 12
Φωτογραφία 4 Φωτογραφία 5 13
Γ. Μύλος άνθρακα Εγιναν 4 σκυροδετήσεις το καλοκαίρι του 2002. Μετρήθηκαν οι θερµοκρασίες του νωπού σκυροδέµατος 25και 27 o C ενώ µετά από 2 ώρες στην κατασκευή οι θερµοκρασίες κυµαίνονταν από 33 εως 35 o C.Mετά το ξεκαλούπωµα που έγινε σε 2 ηµέρες στο τοιχείο πάχους 30cm οι θερµοκρασίες από την πλευρά του κλιβάνου στην επιφάνεια του σκυροδέµατος µετρήθηκαν και ήταν 60 o C ενώ στην εσωτερική επιφάνεια αντίστοιχα ήταν 58 o C. Σε επιφάνειες που σκυροδετήθηκαν τις ίδιες ηµεροµηνίες, και βρισκόταν σε απόσταση 30m από τον κλίβανο οι θερµοκρασίες µετρήθηκαν στους 30-32 o C Φωτογραφία 6 Οι µετρήσεις µεταξύ των δοκιµίων αντοχών σε θραύση πριν και µετά την χρήση των ινών δεν έδειξαν διαφορές στα αποτελέσµατα των αντοχών τους σε θλίψη ενώ παρουσίασαν µείωση της εργασιµότητας.. Το έργο βρίσκεται στη φάση ολοκλήρωσης του και υπολογίζεται να λειτουργήσει από τις αρχές Αυγούστου του 2003. Φωτογραφία 7 14