Διπλωματική εργασία by Konstantinos Zografos

ΑΡΙ΢ΣΟΣΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙ΢ΣΗΜΙΟ ΘΕ΢΢ΑΛΟΝΙΚΗ΢ ΠΟΛΤΣΕΧΝΙΚΗ ΢ΧΟΛΗ ΣΜΗΜΑ ΠΟΛΙΣΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

2009

Βελτιςτοποίηςη ςύνθεςησ ςκυροδέματοσ για δύςκαμπτα οδοςτρώματα και δάπεδα

Επιβλέπων καθηγητήσ: Ι. Παπαγιάννη

Ζωγράφοσ Κωνςταντίνοσ 10844 Στρατήσ Γεώργιοσ 10971

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΙ΢ΑΓΩΓΗ 1.1 Περιβαλλοντική Πολιτική ςτην ΕΕ 1.2 Οικολογικό Προφίλ Βιομηχανίασ ΢κυροδζματοσ 1.3 ΢κοπιμότητα τησ εργαςίασ 1.4 Κυλινδροφμενο ςκυρόδεμα 1.5 Δφςκαμπτα Οδοςτρϊματα ΑΔΡΑΝΗ ΤΛΙΚΑ 2.1 Αδρανή υλικά φυςικϊν αποθζςεων 2.2 Θραυςτά αδρανή πετρωμάτων 2.3 ΢κωρίεσ 2.3.1 Ιςτορικά ςτοιχεία 2.3.2 Οριςμόσ 2.3.3 Παραγωγή ςτην Ελλάδα 2.3.4 Διαδικαςία παραγωγήσ 2.3.5 Είδη Σκωρίασ 2.3.6 Ιδιότητεσ των αδρανϊν ςκωρίασ 2.3.7 Χρήςεισ ςκωριϊν

ΤΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ 3.1 Σςιμζντο 3.2 Νερό – Λόγοσ Νερό/Σςιμζντο 3.3 Χημικά πρόςθετα 3.4 Κνεσ οπλιςμοφ – Ινοπλιςμζνο ςκυρόδεμα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΟΚΚΟΜΕΣΡΙΚΕ΢ ΑΝΑΛΤ΢ΕΙ΢ - ΢ΤΝΘΕ΢ΕΙ΢ 4.1 Γενικά 4.2 Αςβεςτολιθικά αδρανή 4.2.1 Κοκκομετρική ανάλυςη αδρανϊν 4.2.2 Σφνθεςη μίγματοσ αςβεςτολιθικϊν 4.2.3 Υπολογιςμόσ ποςοςτοφ κενϊν - Packing factor 4.3 Αδρανή ςκωρίασ 4.3.1 Κοκκομετρική ανάλυςη αδρανϊν ςκωρίασ 4.3.2 Σφνθεςη μίγματοσ αδρανϊν ςκωρίασ 4.3.3 Υπολογιςμόσ ποςοςτοφ κενϊν - Packing factor 4.4 Σςιμζντο 4.5 Ρευςτοποιητήσ 4.6 Κνεσ οπλιςμοφ 5.1 Περιγραφή διαδικαςίασ 5.2 Ζλεγχοι νωποφ ςκυροδζματοσ 5.2.1 Δοκιμή Vebe 5.3 ΢υντήρηςη δοκιμίων 5.4 ΢υνθζςεισ

ΖΛΕΓΧΟΙ ΢ΚΛΗΡΤΜΖΝΟΤ ΢ΚΤΡΟΔΖΜΑΣΟ΢ 6.1 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε θλίψη 6.1.1 Αποτελζςματα κυλινδρικϊν δοκιμίων 6.1.2 Αποτελζςματα κυβικϊν δοκιμίων 6.2 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε διάρρηξη 6.2.1 Αποτελζςματα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 6.3 Κάμψη 6.3.1 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε κάμψη βάςει JSCE 6.3.2 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε κάμψη βάςει ASTM C1018 – 94b 6.3.3 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε κάμψη βάςει RILEM FMC (Fracture Mechanics of Concrete) TC 50 6.3.4 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε κάμψη βάςει RILEM FMC (Fracture Mechanics of Concrete) TC 89 6.4 ΢τατικό μζτρο ελαςτικότητασ 6.5 Δυναμικό μζτρο ελαςτικότητασ 6.6 Αξιολόγηςη αποτελεςμάτων

ΒΕΛΣΙ΢ΣΟΠΟΙΗ΢Η ΢ΤΝΘΕ΢ΕΩΝ 7.1 Επιλογή ςυνθζςεων για βελτιςτοποίηςη των ιδιοτήτων τουσ 7.2 Αποτελζςματα ελζγχων ςκληρυμζνου ςκυροδζματοσ των τροποποιημζνων ςυνθζςεων 7.2.1 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε θλίψη (Compressive Strength) 7.2.2 Μζτρο ελαςτικότητασ 7.2.2.1 Στατικό μζτρο ελαςτικότητασ 7.2.2.2 Δυναμικό μζτρο ελαςτικότητασ 7.2.3 Ζλεγχοσ αντοχήσ ςε απότριψη 7.2.3.1 Αποτελζςματα ελζγχου απότριψησ

΢ΤΜΠΕΡΑ΢ΜΑΣΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η εργαςία αυτή εντάςςεται ςτο πλαίςιο τησ ερευνητικήσ κατεφθυνςησ που ζχει αναπτυχθεί τόςο ςτο Εργαςτήριο Οδοποιίασ όςο και ςτο Εργαςτήριο Δομικϊν Τλικϊν του Α.Π.Θ. ςχετικά με τη χρήςη εναλλακτικϊν υλικϊν ςτην καταςκευή ζργων υποδομήσ. ΢την εργαςία αυτή προςδιορίςτηκαν πειραματικά τα μηχανικά χαρακτηριςτικά μιγμάτων ςκυροδζματοσ με χρήςη βιομηχανικϊν ςτερεϊν καταλοίπων ωσ αδρανή. Ωσ αδρανή χρηςιμοποιήθηκαν (εκτόσ από τα ςυνήθη αςβεςτολιθικά αδρανή), αποκαμινεφματα ςκωρίασ τησ εταιρίασ ΑΕΙΦΟΡΟΤ Α.Ε. ςε κλάςματα κοκκομετρίασ 0-4mm, 4-8mm, 8-16mm. Παράμετροι για τον ςχεδιαςμό των μιγμάτων ήταν:  Η χρήςη αδρανϊν ςκωρίασ (αποκαμινεφματα) ςε αντικατάςταςη των ςυμβατικϊν αδρανϊν.  Η χρήςη μεταλλικϊν ινϊν οπλιςμοφ ςτο ςκυρόδεμα για την αφξηςη τησ δυςθραυςτότητασ του. ΢τόχοσ είναι να διερευνηθεί, αν είναι δυνατή η χρήςη των ςκωριϊν για την παραςκευή ςκυροδεμάτων οδοςτρωςίασ ή άλλων δαπζδων (pavement) με την τεχνική του κυλινδροφμενου ςκυροδζματοσ. Ζγιναν 8 αρχικζσ δοκιμαςτικζσ ςυνθζςεισ και για κάθε μία ελζγχθηκε η αντοχή ςε θλίψη, η αντοχή ςε εφελκυςμό από διάρρηξη, η αντοχή ςε εφελκυςμό από κάμψη, το μζτρο ελαςτικότητασ και η αντοχή ςε απότριψη. Ζγιναν επιπλζον άλλεσ 4 ςυνθζςεισ βελτιςτοποίηςησ των προηγουμζνων. Προηγουμζνωσ ελζγχθηκαν τα αδρανή υλικά (φυςικά και ςκωρίεσ) ςφμφωνα με τισ προτεινόμενεσ από τουσ κανονιςμοφσ μεθοδολογίεσ και ζγινε επιςταμζνη κοκκομετρική ςφνθεςη αδρανϊν για κάθε ανάμιγμα. ΢υνολικά ελζγχθηκε ζνασ αριθμόσ 150 περίπου δοκιμίων που παράχθηκαν ςτα Εργαςτήρια του Α.Π.Θ. Σα αποτελζςματα ζδειξαν ότι είναι δυνατό να επιτευχθεί ςκυρόδεμα υψηλοφ οικολογικοφ προφίλ αντοχήσ 40 ΜPa με αντίςτοιχη, εφελκυςτική αντοχή ςε διάρρηξη 5 Mpa, ςε κάμψη 8 MPa και μζτρο ελαςτικότητασ 40GPa, που αποτελεί ζνα πολφ οικονομικό ςκυρόδεμα ικανοποιητικήσ αντοχήσ και τεχνικϊν χαρακτηριςτικϊν που μπορεί να χρηςιμοποιηθεί για μια ςειρά ζργων υποδομήσ όπωσ δάπεδα, οδοςτρϊματα, υποςτρϊςεισ τοφνελ, πίςτεσ αεροδρομίων κ.ά.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ This diploma work is part of the research direction that has grown in the Road Department and Laboratory of Materials AUTH on the use of alternative materials in construction of infrastructure projects. In this diploma work the mechanical characteristics of concrete mixtures with solid industrial waste as aggregates were defined experimentally. Steel slag provided by AEIFOROS A.E. were used (apart from the usual limestone aggregates) as aggregate in gradation 0-4mm, 4-8mm, 8-16mm, 16-31,5mm. The parameters for the designing of the mixtures were:  The use of slag aggregates in replacement of conventional aggregates.  The use of metal fiber in concrete to increase the flexural toughness The target was to investigate the suitability of slag (as aggregate) for the production of road-pavement concrete or other concrete pavement with the rollercompacted method. Eight different compositions were made and for each one the compressive strength, the split tensile strength, the flexural strength, the static modulus of elasticity and the abrasion resistance, were measured. Also 4 other compositions to optimize the characteristics of the previous ones were made. Before that, aggregates (natural and slag) were tested according to the regulation methodologies. A very careful granulometric analysis was made for each mixture. Totally a number of 150 specimens were examined which were produced at the Laboratories of Aristotle University of Thessaloniki. The results showed that it is possible to produce concrete of high ecological profile with the following characteristics: Compressive strength: 40Mpa, Split tensile strength: 5Mpa, Flexural strength: 8Mpa, Static modulus of elasticity: 40GPa.This means that a low-cost concrete of adequate strength level and good technical characteristics can be applied in many infrastructure projects as industrial pavements, road pavements, tunnel sub-bases, airport pavements etc.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Περιβαλλοντική Πολιτική ςτην ΕΕ Σισ τελευταίεσ δεκαετίεσ, με τθ γιγάντωςθ τθσ βιομθχανικισ παραγωγισ και τθν υπερεκμετάλλευςθ των φυςικϊν πόρων ζχει γίνει κοινι πεποίκθςθ ότι πρζπει να ακολουκθκεί ζνα διαφορετικό μοντζλο ανάπτυξθσ, ςτο οποίο πρωταρχικό ςτόχο κα αποτελεί θ προςταςία του περιβάλλοντοσ και των φυςικϊν πόρων. ΢ε αυτι τθν κατεφκυνςθ κινοφνται οι βαςικοί άξονεσ τθσ πολιτικισ μεγάλων διεκνϊν οργανιςμϊν. Η Ευρωπαϊκι Ζνωςθ (ΕΕ) με το 6ο πρόγραμμα δράςθσ για το περιβάλλον με τίτλο ‘’Περιβάλλον 2010 – Σο μζλλον μασ, θ επιλογι μασ’’ (1/1/2001 – 31/12/2010) κακορίηει τισ προτεραιότθτεσ και τουσ ςτόχουσ τθσ ευρωπαϊκισ πολιτικισ για το περιβάλλον και περιγράφει λεπτομερϊσ τα μζτρα που πρζπει να λθφκοφν ωσ ςυμβολι ςτθν υλοποίθςθ τθσ ςτρατθγικισ τθσ ςε κζματα αειφόρουσ ανάπτυξθσ. Η πρϊτθ κοινοτικι νομοκετικι πράξθ ζχει ωσ βαςικό ςτόχο, μεταξφ άλλων, τθν εφαρμογι τθσ αρχισ «ο ρυπαίνων πλθρϊνει». Η εν λόγω οδθγία κεςπίηει ζνα κοινό πλαίςιο ευκφνθσ για τθν πρόλθψθ και τθν αποκατάςταςθ των ηθμιϊν που προκαλοφνται. Σο κακεςτϊσ ευκφνθσ εφαρμόηεται, αφενόσ, ςε οριςμζνεσ επαγγελματικζσ δραςτθριότθτεσ οι οποίεσ απαρικμοφνται ρθτϊσ και, αφετζρου, ςτισ άλλεσ επαγγελματικζσ δραςτθριότθτεσ που ο φορζασ εκμετάλλευςθσ ενιργθςε εκ δόλου ι εξ αμελείασ. 1.2 Οικολογικό Προφίλ Βιομηχανίασ Σκυροδζματοσ ΢ε μια ςειρά ζργων υποδομισ, μαηικϊν κυρίωσ καταςκευϊν, χρθςιμοποιοφνται τεράςτιεσ ποςότθτεσ υλικϊν, τςιμζντου και φυςικϊν αδρανϊν, που οδθγοφν ςε αλόγιςτθ ςπατάλθ φυςικϊν πόρων και ενζργειασ. Είναι γνωςτό ότι για κάκε τόνο παραγόμενου τςιμζντου εκλφεται ζνασ τόνοσ CO2 ςτθν ατμόςφαιρα χωρίσ να υπολογιςτεί το ενεργειακό κόςτοσ για τθν παραγωγι του. Η οικολογικι προςζγγιςθ μπορεί να επιτευχτεί αν γίνει μια ςυςτθματικι προςπάκεια για πλιρθ χριςθ των τςιμεντοειδϊν και ποηολανικϊν παραπροϊόντων που παράγονται από ςτακμοφσ παραγωγισ ενζργειασ κακϊσ και από τισ μεταλλουργικζσ βιομθχανίεσ. Ενϊ είναι γνωςτά τα πλεονεκτιματα τθσ υποκατάςταςθσ μζρουσ του τςιμζντου από ποηολάνεσ, κυρίωσ από ιπτάμενθ τζφρα, τόςο ςτον οικονομικό όςο και ςτον περιβαλλοντικό τομζα, δεν είναι διαδεδομζνθ θ χριςθ τθσ. Η τρζχουςα ετιςια παραγωγι τθσ ιπτάμενθσ τζφρασ εκτιμάται ςε 650 εκατομμφρια τόνουσ από τουσ οποίουσ μόνο το 7% χρθςιμοποιείται από τθ βιομθχανία ςκυροδζματοσ. Αντίςτοιχα μικρι είναι και θ χριςθ ςκωριϊν που προκφπτουν από τισ μεταλλουργικζσ βιομθχανίεσ. Σο μεγαλφτερο ποςοςτό τθσ παραγωγισ ςκωρίασ και ιπτάμενθσ τζφρασ καταλιγει ςε χριςεισ μικρισ αξίασ, απορρίπτεται ςε ορφγματα ι χρθςιμοποιείται ωσ πλθρωτικό υλικό. Η απόρριψθ τουσ ςτθ φφςθ, εκτόσ από ςπατάλθ υλικοφ, είναι και επιηιμια για τθν υγεία. Σα 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ βαρζα μζταλλα που περιζχουν ςυμβάλλουν ςτθ μόλυνςθ του αζρα, του εδάφουσ και των υπόγειων υδάτων ενϊ με τθν ενςωμάτωςθ τουσ ςτο ςκυρόδεμα δεςμεφονται από τα παράγωγα τθσ ενυδάτωςθσ του τςιμζντου. 1.3 Σκοπιμότητα τησ εργαςίασ Η εργαςία αυτι εντάςςεται ςτο πλαίςιο τθσ ερευνθτικισ κατεφκυνςθσ που ζχει αναπτυχκεί τόςο ςτο Εργαςτιριο Οδοποιίασ όςο και ςτο Εργαςτιριο Δομικϊν Τλικϊν του Α.Π.Θ. ςχετικά με τθ χριςθ εναλλακτικϊν υλικϊν ςτθν καταςκευι ζργων υποδομισ. ΢υγκεκριμζνα μελετϊνται τα τεχνολογικά χαρακτθριςτικά και τα πλεονεκτιματα που παρουςιάηουν τα ςκυροδζματα με αδρανι ςκωρίασ ϊςτε να προκφψει υψθλισ ποιότθτασ ςκυρόδεμα δαπζδων με τεχνικό, οικονομικό και περιβαλλοντικό όφελοσ. ΢τθν ζρευνα αυτι μελετικθκε θ ςυμπεριφορά του άοπλου ςκυροδζματοσ με αδρανι ςκωρίασ (αποκαμινεφματα χαλυβουργείου ΢ΙΔΕΝΟΡ) και με προςκικθ ινϊν χάλυβα ςυγκριτικά με το ςυμβατικό ςκυρόδεμα από αςβεςτολικικά αδρανι για τθν καταςκευι δφςκαμπτων οδοςτρωμάτων ι δαπζδων γενικότερα. Είναι γνωςτό ότι τα υλικά αυτά (ςκωρίεσ) είναι βιομθχανικά παραπροϊόντα οχλθρά ςτο περιβάλλον και θ εκμετάλλευςι τουσ ςτο δομικό τομζα μπορεί με τθν ανάπτυξθ τθσ απαιτοφμενθσ τεχνογνωςίασ να επιφζρει τριπλά οφζλθ:   

Σεχνικά οφζλθ (αυξθμζνθ αντοχι και ανκεκτικότθτα ςτο χρόνο) Οικονομικά οφζλθ (κόςτοσ ρφπανςθσ, αποφυγι κόςτουσ ςυντιρθςθσ) Οικολογικά οφζλθ (περιοριςμόσ ςπατάλθσ των φυςικϊν αποκεμάτων, αποφυγι εναπόκεςθσ ςτο περιβάλλον)

1.4 Κυλινδροφμενο ςκυρόδεμα (ROLLER COMPACTED CONCRETE – RCC) [1] Σο RCC, αν και γνωςτό από τθ δεκαετία του ’60, άρχιςε να χρθςιμοποιείται ςυςτθματικά διεκνϊσ από τθ δεκαετία του ’80. ΢ιμερα βρίςκει εφαρμογζσ ςε ζργα από ςκυρόδεμα μεγάλθσ κλίμακασ, όπωσ είναι τα φράγματα, οι πίςτεσ αεροδρομίων και γενικότερα ςτθν καταςκευι δαπζδων ςκυροδζματοσ. ΢τθν Ελλάδα ζχει καταςκευαςτεί από τθ ΔΕΗ το μεγαλφτερο ςτθν Ευρϊπθ RCC φράγμα, ςτθν Πλατανόβρυςθ (1995-96) με μεγάλο ποςοςτό τζφρασ (80% κατά βάροσ τθσ κονίασ και μόνο το 20% τςιμζντο Portland). Σο Κυλινδροφμενο ΢κυρόδεμα είναι ςκυρόδεμα με τζτοια ςφςταςθ, ϊςτε να είναι δυνατι θ ςυμπφκνωςι του μόνο με κυλινδροφόρο όχθμα ςτο εργοτάξιο και ςυνικωσ ςυμπυκνϊνεται με κυλινδροφόρο όχθμα 10 τόνων, όμοιο με αυτά που χρθςιμοποιοφνται ςτθν οδοςτρωςία. Σο RCC παραςκευάηεται ςε ςυνεχι διαδικαςία και όχι ςε τμιματα όπωσ το ςυμβατικό ςκυρόδεμα το υλικό, δθλαδι, διαςτρϊνεται και ςυμπυκνϊνεται ςε διαδοχικζσ ςτρϊςεισ, γεγονόσ που αυξάνει εντυπωςιακά τθν

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ταχφτθτα καταςκευισ του ζργου (π.χ. ςτθν καταςκευι φραγμάτων ςυνικωσ διαςτρϊνεται ςε ςτρϊςεισ 60cm). Βαςικό χαρακτθριςτικό του RCC είναι θ χαμθλι εργαςιμότθτά του, δθλαδι το ότι παρουςιάηει ςχεδόν μθδενικι κάκιςθ. Η εργαςιμότθτα ι θ ςυμπυκνωςιμότθτα του ςκυροδζματοσ μετριζται με τθ ςυςκευι Vebe και μάλιςτα με επιπλζον βάροσ 10 kg. Αυτό ςθμαίνει ότι μετριζται ο χρόνοσ (Vebe time) που χρειάηεται δόνθςθ το ςκυρόδεμα για να εξιδρϊςει. Εμφανιςιακά το φρζςκο RCC μοιάηει με υγρά αδρανι που προορίηονται για βάςεισ οδοςτρωμάτων, αν και κάποια μίγματα μοιάηουν περιςςότερο με ςυμβατικό ςκυρόδεμα μθδενικισ κάκιςθσ. Η εμφάνιςθ του ςκυροδζματοσ αλλάηει κατά τθ ςυμπφκνωςι του, όταν δθλαδι λαμβάνει χϊρα θ ενυδάτωςθ του τςιμζντου.

    

Σο ςκλθρυμζνο RCC παρουςιάηει τα παρακάτω χαρακτθριςτικά: Πολφ χαμηλή διαπερατότητα Χαμηλό λόγο νεροφ προσ τςιμζντο Μεγάλο ειδικό βάροσ (ζωσ 2,9 με χρηςιμοποίηςη αδρανών ςκωρίασ) Συμπφκνωςη ζωσ 97% Ποςοςτό κενών αζρα 0,5-1,5%

Σο RCC είναι γενικά ζνα φτωχό ςε ςυνδετικι κονία υλικό και είναι δυνατό να αντικαταςτακεί μεγάλο ποςοςτό του τςιμζντου με καλισ ποιότθτασ ποηολανικά υλικά, όπωσ θ ςκωρία κάδου (ggbs) και θ ιπτάμενθ τζφρα. Επίςθσ, αδρανι υλικά που κεωροφνται ακατάλλθλα για τθν παραγωγι ςυνθκιςμζνου ςκυροδζματοσ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν με επιτυχία ςτο RCC. Σα δφο χαρακτθριςτικά, ταχφτθτα διάςτρωςθσ και δυνατότθτα ενςωμάτωςθσ τεχνθτϊν ποηολανικϊν υλικϊν, κακιςτοφν το RCC ιδιαίτερα ελκυςτικό για καταςκευζσ μεγάλθσ κλίμακασ, λόγω τθσ ςθμαντικισ μείωςθσ του κόςτουσ και του χρόνου καταςκευισ. Ιδιαίτερα, αν ςαν αδρανι υλικά χρθςιμοποιθκοφν παραπροϊόντα τοπικϊν βιομθχανιϊν, μπορεί να επιτευχκεί εξοικονόμθςθ πάνω από 50% ςτο ςυνολικό κόςτοσ του ζργου. Επειδι μια βαςικι εφαρμογι του RCC είναι τα δφςκαμπτα οδοςτρϊματα παρατίκενται μερικά δεδομζνα που αφοροφν τα οδοςτρϊματα αυτά. Για περιςςότερεσ λεπτομζρειεσ παραπζμπουμε ςτθ βιβλιογραφία. *2+ *3]

ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.5 Δφςκαμπτα Οδοςτρώματα [2][3][4] Δφςκαμπτα οδοςτρϊματα είναι τα οδοςτρϊματα με μεγάλθ ακαμψία που κατά αποκλειςτικότθτα καταςκευάηονται από ςκυρόδεμα. Οι βαςικζσ δομικζσ ςτρϊςεισ ενόσ τυπικοφ δφςκαμπτου οδοςτρϊματοσ είναι δφο: θ υπόβαςθ, δθλαδι θ ςτρϊςθ πάνω ςτθν οποία κα εδράςει θ πλάκα του ςκυροδζματοσ και θ πλάκα από ςκυρόδεμα (άοπλο, οπλιςμζνο με μθ ςυνεχι οπλιςμό ι οπλιςμζνο με ςυνεχι οπλιςμό), θ οποία είναι και θ ςτρϊςθ κυκλοφορίασ. Απαραίτθτθ επίςθσ είναι θ καταςκευι διαμικων και εγκάρςιων αρμϊν διαςτολισ και ςυςτολισ, για τθν προςταςία του ςκυροδζματοσ από τισ κερμοκραςιακζσ μεταβολζσ. Η χριςθ οπλιςμοφ αυξάνει το κόςτοσ τθσ καταςκευισ, αλλά ταυτόχρονα μειϊνει ςθμαντικά τον αρικμό των απαιτοφμενων εγκάρςιων αρμϊν. Δφο ενδεικτικζσ τομζσ δφςκαμπτου οδοςτρϊματοσ (άοπλο και οπλιςμζνο με μθ ςυνεχι οπλιςμό) δίνονται ςτα ςχιματα 1 και 2. Η παροφςα διπλωματικι εργαςία εξετάηει τθ δυνατότθτα χριςθσ αδρανϊν ςκωρίασ για τθν καταςκευι τθσ πλάκασ ςκυροδζματοσ, δθλαδι τθσ ςτρϊςθσ κυκλοφορίασ δφςκαμπτου οδοςτρϊματοσ. ΢τθν Ελλάδα θ χριςθ των δφςκαμπτων οδοςτρωμάτων με τθν ζννοια που ζχουν χρθςιμοποιθκεί ςτο εξωτερικό είναι ανφπαρκτθ. Περιοριςμζνθ εφαρμογι άοπλου δφςκαμπτου οδοςτρϊματοσ γίνεται ςε ειδικζσ περιπτϊςεισ, όπωσ δάπεδα ςτάκμευςθσ αεροςκαφϊν, βιομθχανικά δάπεδα, χϊροι ςτάκμευςθσ φορτθγϊν εμπορευματοκιβωτίων, περιβάλλοντεσ χϊροι ςτακμϊν ανεφοδιαςμοφ και μικροί δρόμοι ςε ανωφζρειεσ όπου δεν είναι δυνατόν να διαςτρωκεί το κερμό αςφαλτόμιγμα ι ακριτικζσ περιοχζσ όπου δεν υπάρχουν ςυγκροτιματα παραγωγισ αςφαλτομιγμάτων. Αρμός διαστολής

Αρμός συστολής Άοπλο σκυρόδεμα

Υπόβαση

Σχ.1 Ενδεικτική τομή οδοστρώματος από άοπλο σκυρόδεμα

Αρμός διαστολής

Αρμός συστολής Οπλισμός

Υπόβαση

Σχ.2 Ενδεικτική τομή οδοστρώματος από οπλισμένο σκυρόδεμα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σο δφςκαμπτο οδόςτρωμα παρουςιάηει μεγαλφτερθ αντοχι ςε φορτία από το εφκαμπτο και μεγαλφτερθ ανκεκτικότθτα ςτο χρόνο, αλλά δεν χρθςιμοποιείται ευρζωσ επειδι το ςκυρόδεμα ζχει μεγαλφτερο κόςτοσ από τα αςφαλτομίγματα, παρόλο που το μακροπρόκεςμο κόςτοσ τθσ ςυντιρθςθσ είναι μικρότερο επειδι δεν απαιτείται ςυντιρθςθ τόςο ςυχνά όςο ςτα εφκαμπτα οδοςτρϊματα. ΢κοπόσ τθσ εργαςίασ είναι με τθ χριςθ των αδρανϊν ςκωρίασ, που είναι ζνα ιδιαίτερα φτθνό υλικό, να μπορεί να παραχκεί οικονομικό και ποιοτικό ςκυρόδεμα για τθν καταςκευι δφςκαμπτων οδοςτρωμάτων και δαπζδων γενικότερα. Σα δφςκαμπτα οδοςτρϊματα ςυνιςτϊνται ιδιαίτερα για δάπεδα κυκλοφορίασ βαρζων οχθμάτων που παρουςιάηουν κλίςεισ (λωρίδεσ ειςαγωγισ ςε ανιςόπεδεσ διαβάςεισ). Η κυκλοφορία βαρζων οχθμάτων ςε εφκαμπτα οδοςτρϊματα ιδιαίτερα όταν λόγω υψθλισ κερμοκραςίασ το αςφαλτικό μίγμα παραμορφϊνεται είναι αντιοικονομικι. Επιπλζον για τα δφςκαμπτα οδοςτρϊματα απαιτείται λιγότεροσ φωτιςμόσ και εκπζμπουν πολφ λιγότερθ κερμότθτα ακτινοβολίασ ςτο περιβάλλον ςε ςχζςθ με τα αςφαλτικά οδοςτρϊματα.

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ Σα αδρανι υλικά οφείλουν τθν ονομαςία τουσ ςτο γεγονόσ ότι παραμζνουν χθμικϊσ αδρανι αντίκετα από το τςιμζντο που αντιδρά με το νερό παρζχοντασ τθ ςυνδετικι τςιμεντοκονία. ΢υνδζονται και ςυγκολλοφνται μεταξφ τουσ με τθν κονία (τςιμζντο) και ςυμβάλλουν κυρίωσ μθχανικά με τον όγκο τουσ ςτθν αντοχι του ςκυροδζματοσ. Σα αδρανι υλικά αποτελοφνται από λίκινουσ κόκκουσ, είτε φυςικοφσ οπότε ονομάηονται "αδρανή φυςικϊν αποθζςεων ή ςυλλεκτά αδρανή’’, είτε από κόκκουσ που προκφπτουν από τθν κραφςθ όγκων πετρϊματοσ ι τθν κραφςθ φυςικϊν αδρανϊν οπότε ονομάηονται "Θραυςτά" αδρανι. *5] 2.1 Αδρανή υλικά φυςικϊν αποθζςεων Τλικά φυςικϊν αποκζςεων αποτελοφν τα χαλίκια, αμμοχάλικα και θ φυςικι άμμοσ που προζρχονται από φυςικό τεμαχιςμό ςτερεϊν πετρωμάτων και βρίςκονται ςε ελαφρϊσ αποςτακεροποιθμζνθ μορφι ςε κοίτεσ ι όχκεσ χειμάρρων, εκβολζσ ποταμϊν και καλάςςιεσ ακτζσ. Σα αδρανι αυτά είναι μίγμα διαφόρων πετρωμάτων κυρίωσ αςβεςτολικικϊν, ψαμμιτικϊν και γρανιτικϊν και λόγω τθσ φυςικισ απόκεςθσ τουσ θ επιφάνεια τουσ είναι λεία και ςτρογγυλεμζνθ, γι’ αυτό παρουςιάηουν μειωμζνθ πρόςφυςθ με τθ ςυνδετικι κονία. 2.2 Θραυςτά αδρανή πετρωμάτων ΢τθν Ελλάδα τα πιο διαδεδομζνα αδρανι είναι τα αςβεςτολικικά αδρανι, επειδι υπάρχουν ςε αφκονία, και αυτό γιατί το μεγαλφτερο μζροσ τθσ ελλθνικισ επικράτειασ δομείται από ανκρακικά πετρϊματα. Σα ανκρακικά πετρϊματα ςυγκαταλζγονται μεταξφ των πετρωμάτων που κεωροφνται ωσ τα πλζον κατάλλθλα για τθν παραγωγι ςκυροδζματοσ, αρκεί να μθν περιζχουν βλαπτικά ςυςτατικά. Ωσ βλαπτικά ςυςτατικά χαρακτθρίηονται οριςμζνα ορυκτά ι ουςίεσ τα οποία, ανάλογα με τθν ποςότθτα και τθν κατανομι τουσ, μποροφν να επθρεάςουν αρνθτικά τθν παραγωγι ενόσ καλοφ ςκυροδζματοσ, γιατί εμποδίηουν τθν ομαλι εξζλιξθ τθσ πιξθσ και τθσ ςκλιρυνςθσ, μειώνουν τθν πυκνότθτα, προκαλοφν διογκώςεισ, ρθγματώςεισ, αποκολλιςεισ, ι ευνοοφν τθ διάβρωςθ του οπλιςμοφ. 6

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ Οι κυριότερεσ ιδιότθτεσ των πετρωμάτων που χρθςιμοποιοφνται για αδρανι υλικά είναι θ πυκνότθτα, το φαινόμενο βάροσ, το πορϊδεσ, θ υδατοαπορροφθτικότθτα, θ αντοχι ςε κλίψθ και ςε τριβι κακϊσ και θ ςτακερότθτα που παρουςιάηουν ςε διαβρωτικό περιβάλλον (δοκιμι υγείασ).

Αντοχή ςε θλίψη: Η αντοχι του αδρανοφσ είναι αποφαςιςτικι για τθν αντοχι του ςκυροδζματοσ, γι' αυτό, ανάλογα με τισ απαιτιςεισ αντοχισ του, πρζπει να ςυλλζγεται ο κατάλλθλοσ τφποσ αδρανϊν. Για φζροντα ςτοιχεία υπό ςφνθκεσ ςκυρόδεμα, θ αντοχι των αδρανϊν πρζπει να είναι μεταξφ 800 - 4000 kp/cm². Ο προςδιοριςμόσ τθσ αντοχισ ςε κλίψθ, γίνεται εργαςτθριακά ςε δοκίμια από μθτρικό πζτρωμα, εφ' όςον πρόκειται για τεχνθτά αδρανι. ΢τα φυςικά αδρανι, υπάρχει δυςκολία εργαςτθριακισ δοκιμισ ςε κλίψθ, εξ’ αιτίασ τθσ ζλλειψθσ του μθτρικοφ πετρϊματοσ, γι’ αυτό ζχουν αναπτυχκεί άλλου τφπου δοκιμζσ όπωσ το crushing value θ το Los Angeles test που δίνουν ενδεικτικι τιμι τθσ αντοχισ των αδρανϊν. Σα φυςικά αδρανι, τα οποία αποτελοφνται κατά το μεγαλφτερο μζροσ από χαλαηιακό υλικό, ανταποκρίνονται γενικά ςτισ απαιτιςεισ των ςυνικων ςκυροδεμάτων. Σεχνθτά αδρανι (κραυςτά υλικά) για ςυνικθ ςκυροδζματα, πρζπει να προζρχονται από πετρϊματα με υψθλι κλιπτικι αντοχι ςε υγρι κατάςταςθ (>1000 kp/cm²). Αντοχή ςε τριβή: Η υψθλι αντοχι των αδρανϊν ςε τριβι, είναι απαραίτθτα για τθν καταςκευι ςκυροδεμάτων, τα οποία καταπονοφνται ςε τριβι. Η ςκλθρότθτα των κόκκων των αδρανϊν ενόσ ςκυροδζματοσ, είναι κακοριςτικι για τθν αντοχι του ςκυροδζματοσ ςε τριβι. Ο ζλεγχοσ τθσ αντοχισ ςε τριβι γίνεται ςφμφωνα με τουσ κανονιςμοφσ BS 812:1960, ASTM C 535-69, C 131-69, D 289-63. H μζκοδοσ που εφαρμόηεται κατά τουσ κανονιςμοφσ ASTM, είναι περιςςότερο διαδεδομζνθ (δοκιμι Los Angeles). Συςτολή και Διαςτολή: Σα φυςικά αμμοχάλικα και τα πυριγενι πετρϊματα δεν παρουςιάηουν γενικά ςυςτολι και διαςτολι λόγω υγραςίασ, ενϊ άλλα πετρϊματα, όπωσ π.χ. οι θφαίςτειοι τόφφοι, παρουςιάηουν μία ςυςτολι - διαςτολι μζχρι και 3 mm/m. Επίςθσ θ κίςςθρισ, παρουςιάηει μεγάλθ αυξομείωςθ του όγκου τθσ.

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ Αντοχή ςτον παγετό: Η καταλλθλότθτα ενόσ αδρανοφσ για ςκυρόδεμα εξωτερικϊν δομικϊν ςτοιχείων, κακορίηεται μεταξφ των άλλων και από τθν αντοχι ςτον παγετό. Αδρανι που παρουςιάηουν υδατοαπορροφθτικότθτα υπό ατμοςφαιρικι πίεςθ, από 0 - 0,5% κ.β., κεωροφνται ωσ ανκεκτικά ςτον παγετό και δεν απαιτείται θ δοκιμι ελζγχου τθσ αντοχισ ςτον παγετό. [6]

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ 2.3 Σκωρίεσ 2.3.1 Ιςτορικά ςτοιχεία Η χριςθ τθσ ςκωρίασ, ωσ υλικό παράγωγο τθσ βιομθχανικισ κατεργαςίασ του ςιδιρου, χρονολογείται από τα τζλθ του 19ου αιϊνα, μολονότι θ πρϊτθ ιςτορικι αναφορά για ςκωρίεσ ανάγεται ςτο 350 π.χ. όταν ο Αριςτοτζλθσ αναφζρεται ςε ςκωρίεσ ςιδιρου για κεραπευτικοφσ ςκοποφσ. Σο 1862 ο Emil Langen ανακάλυψε τισ υδραυλικζσ ιδιότθτεσ των ςκωριϊν ενϊ από το 1880 οι ςκωρίεσ χρθςιμοποιοφνται ωσ λίπαςμα για τθν ενίςχυςθ των ιδιοτιτων των εδαφϊν. Σο 1909 δθμιουργικθκαν οι πρϊτεσ γερμανικζσ προδιαγραφζσ για τον ποιοτικό ζλεγχο τθσ χριςθσ των ςκωριϊν ςτθν τςιμεντοβιομθχανία. Από τθ ςτιγμι εκείνθ θ ζρευνα για τθ χριςθ των ςκωριϊν ζλαβε ςυνεχϊσ και μεγαλφτερθ ζκταςθ, με ςυνζπεια ςιμερα να κεωρείται ζνα πολφτιμο υλικό, γενικά ςε καταςκευζσ και ειδικότερα ςτα ζργα τθσ οδοποιίασ με ταυτόχρονα ςθμαντικά περιβαλλοντικά και οικονομικά οφζλθ. 2.3.2 Οριςμόσ Η ςκωρία είναι ζνα παραπροϊόν τθσ μεταλλουργικισ βιομθχανίασ. Προκφπτει από τθν τιξθ ςε κατάλλθλο κλίβανο ακατζργαςτων υλικϊν, τα οποία χρθςιμοποιοφνται για τθν παραγωγι οικοδομικοφ χάλυβα. ΢φμφωνα με τθν American Society for Testing Materials(ASTM), θ ςκωρία ορίηεται ωσ ζνα μθ μεταλλικό προϊόν που αποτελείται κυρίωσ από πυριτικζσ ενϊςεισ του αςβεςτίου ενωμζνεσ με τθγμζνα οξείδια ςιδιρου, αλουμινίου, μαγγανίου, αςβεςτίου και μαγνθςίου και παράγεται ταυτόχρονα με τον χάλυβα μζςα ςε κλίβανο. 2.3.3 Παραγωγή ςτην Ελλάδα Η παραγωγι ςκωριϊν ςτον ελλαδικό χϊρο γίνεται ςε μεγάλεσ βιομθχανικζσ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ ςιδιρου και παραγωγισ χάλυβα. Σα εργοςτάςια χαλυβουργίασ είναι ςυγκεντρωμζνα ςτισ περιοχζσ Αττικισ, Θεςςαλονίκθσ και Μαγνθςίασ. Παραγωγόσ ΢ΙΔΕΝΟΡ

Ηλεκτροκαμίνου 0,17

Κάδου 0,05

Φίλτρου 0,03

Ελλθνικι Χαλυβουργεία

0,016

0,025

0,036

Χαλυβουργία Θεςςαλίασ Χαλυβουργικι

0,012 0,03

0,05 0,015

0,01 0,028

Μζςθ ετιςια παραγωγι ςκωριϊν (tx10^6) (1995)

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ 2.3.4 Διαδικαςία παραγωγήσ Οι πρϊτεσ φλεσ που χρθςιμοποιοφνται για τθν παραγωγι του χάλυβα προζρχονται από τθν ανακφκλωςθ υλικϊν. Σο υλικό αυτό ονομάηεται scrap και προζρχεται τόςο από τθν εγχϊρια αγορά όςο και από ειςαγωγζσ από άλλα κράτθ όπωσ θ Ρωςία, θ Κφπροσ, ο Λίβανοσ κ.ά. Αρχικά διαχωρίηονται με μθχανικό τρόπο, κυρίωσ με τθ χριςθ μαγνθτϊν, ςε διάφορεσ ποιότθτεσ (υλικά όπωσ το αλουμίνιο και ο χαλκόσ ςυγκεντρϊνονται και διατίκενται ςε άλλεσ βιομθχανίεσ). ΢τθ ςυνεχεία διαμορφϊνεται θ ςφνκεςθ του καλακιοφ με ςυγκεκριμζνθσ ποιότθτασ scrap και οδθγείται ςτον κλίβανο. Εκεί προςτίκενται μικρζσ ποςότθτεσ άςβεςτου και ςιδθροκραμάτων που κα βοθκιςουν ςτθν ανάπτυξθ υψθλότερων κερμοκραςιϊν και ςτο διαχωριςμό του κακαροφ υλικοφ από τισ ανεπικφμθτεσ προςμίξεισ. ΢τον κλίβανο τρία μεγάλα θλεκτρόδια δθμιουργοφν βολταϊκό τόξο ανεβάηοντασ τθ κερμοκραςία ςτουσ 1640-1670 ºC προκαλϊντασ τθν τιξθ του υλικοφ. ΢τθ κερμοκραςία αυτι με τθ βοικεια των πρόςκετων και λόγω του ειδικοφ τουσ βάρουσ τα ανεπικφμθτα προϊόντα ανεβαίνουν ςτα υψθλότερα ςτρϊματα του κλίβανου από όπου και απομακρφνονται. Για τθν επίτευξθ του διαχωριςμοφ απαιτείται ςυνεχισ ανάδευςθ του υλικοφ με τθν προςκικθ οξυγόνου από το κάτω μζροσ του κλίβανου. Οι ςκωρίεσ που παράγονται ςε αυτι τθ φάςθ ονομάηονται Αποκαμινεφματα Χαλυβουργείου(ςκωρία θλεκτρικοφ κλιβάνου) και παράγονται ςε ποςοςτό 80-110 κιλά ανά τόνο χάλυβα. Μετά τθν απομάκρυνςθ των παραπροϊόντων του πρϊτου ςταδίου ςυνεχίηεται θ επεξεργαςία του περιεχομζνου του κλιβάνου για τθν παραςκευι χάλυβα. Κατά τα υπόλοιπα ςτάδια τθσ επεξεργαςίασ παράγονται και άλλεσ ςκωρίεσ. Σα αποκαμινεφματα χαλυβουργείου, που είναι θ ςκωρία που χρθςιμοποιείται ςε αυτι τθν εργαςία, ζχουν χρϊμα γκρίηο-μαφρο και μζγεκοσ κόκκων 0–31,5 mm. 10

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ 2.3.5 Είδη Σκωρίασ Η χθμικι τθσ ςφςταςθ, θ δομι και οι ιδιότθτεσ τθσ παρουςιάηουν μεγάλθ ποικιλία. Η ποικιλία αυτι εξαρτάται από τθν προζλευςθ τθσ ςκωρίασ, από το αν αυτι είναι ςιδθροφχα ι μθ-ςιδθροφχα. Η κερμοκραςία τθσ μζςα ςτον κλίβανο είναι, όπωσ και του ςιδιρου, ανάμεςα ςτουσ 1400ºC και 1600ºC. Η λιωμζνθ ςκωρία επιπλζει πάνω ςτο λιωμζνο ςίδθρο. Η αργι ψφξθ τθσ λιωμζνθσ ςκωρίασ ζχει ωσ αποτζλεςμα τον ςχθματιςμό κρυςταλλικϊν ανόργανων μειγμάτων τα οποία τθν κακιςτοφν υλικό μικρισ τςιμεντοειδοφσ αξίασ. Αν όμωσ θ ψφξθ είναι ταχεία, οι κοκκοποιθμζνεσ ςκωρίεσ ςυγκρατοφν τθν αποδιοργανωμζνθ τουσ άμορφθ δομι και παραμζνουν ςε ζνα χθμικά ςτακερό, άμορφο και υαλϊδθ ςτάδιο, ζχοντασ υπολανκάνουςεσ υδραυλικζσ ιδιότθτεσ. Οι ςκωρίεσ που ζχουν υποςτεί αργι ψφξθ, ςυνικωσ με τθν εναπόκεςι τουσ ςε ανοιχτό αεριηόμενο μζροσ, είναι υδραυλικά αδρανείσ, όπωσ προαναφζρκθκε. Σζτοιεσ κρυςταλλικζσ ςκωρίεσ ζχουν μθχανικζσ ιδιότθτεσ παρόμοιεσ μ' αυτζσ του βαςάλτθ και χρθςιμοποιοφνται ωσ αδρανι. Η απότομθ ψφξθ των ςκωριϊν είναι επιβεβλθμζνθ για να αποκτιςει θ ςκωρία τθν υαλοειδι δομι. Η πιο ςυνθκιςμζνθ μζκοδοσ απότομθσ ψφξθσ είναι με καταιονιςμό νεροφ. ΢τθ βιομθχανία του χάλυβα παράγονται 4 είδθ ςκωρίασ : Steel Slag, Ελαςματουργείου, Φίλτρου και Ladle Furnace slag. 1.Steel Slag. Παράγεται με δυο διαφορετικοφσ τρόπουσ ανάλογα με το είδοσ του κλιβάνου που χρθςιμοποιείται για το λιϊςιμο του ςιδιρου. 2.Ελαςματουργείου. ΢υλλζγονται ςτο ςτάδιο μορφοποίθςθσ του χάλυβα. Είναι ςε ποςότθτα πολφ μικρότερεσ από τισ προθγοφμενεσ και παράγονται ςε μορφι πεταλίων ι φίλλερ. 3.Φίλτρου. ΢υλλζγονται ςτα φίλτρα τθσ μονάδασ κακαριςμοφ των αερίων αποβλιτων κατά τθν παραγωγικι διαδικαςία και παράγονται ςε μικρζσ ποςότθτεσ. 4. Ladle Furnace Slag: Η ςκωρία κάδου είναι ζνα παραπροϊόν τθσ βιομθχανίασ χάλυβα που προκφπτει κατά το δεφτερο ςτάδιο επεξεργαςίασ του ακατζργαςτου υλικοφ και παρουςιάηει τςιμεντοειδείσ ιδιότθτεσ, κυρίωσ λόγω τθσ υψθλισ του περιεκτικότθτασ ςε CaO.

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ 2.3.6 Ιδιότητεσ των αδρανϊν ςκωρίασ [7][8][9] Φυςικζσ ιδιότητεσ Σα αδρανι ςκωρίασ είναι αρκετά γωνιϊδθ και ζχουν τραχειά επιφανειακι υφι. Επίςθσ διακζτουν υψθλι πυκνότθτα μονάδασ όγκου και παρουςιάηουν περιοριςμζνθ απορροφθτικότθτα.

Χημικζσ ιδιότητεσ Από χθμικισ άποψθσ θ ςκωρία είναι ζνα μίγμα άςβεςτου, πυριτίου και αλουμίνασ, δθλαδι τα ίδια οξείδια που αποτελοφν το τςιμζντο Πόρτλαντ, αλλά με διαφορετικζσ αναλογίεσ. Όπωσ αναφζρκθκε οι ςκωρίεσ διαφζρουν ςθμαντικά μεταξφ τουσ ανάλογα με τθ διαδικαςία παραγωγισ και τθ μζκοδο ψφξθσ τουσ. ΢τον πίνακα 2.1 δίνεται θ χθμικι ςφςταςθ τθσ ςκωρίασ που χρθςιμοποιικθκε ςτθν εργαςία (αποκαμινεφματα χαλυβουργείου) και ςυγκρίνεται με άλλεσ ςκωρίεσ.

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ Μηχανικζσ ιδιότητεσ ΢τατικά, δυναμικά φορτία και περιβαλλοντικζσ επιδράςεισ που προκαλοφν ςυςτολοδιαςτολζσ επιδροφν ςτισ καταςκευζσ και αποςτακεροποιοφν το ςκυρόδεμα. Γι’ αυτό το λόγο τα μθχανικά χαρακτθριςτικά και θ ποιότθτα των αδρανϊν που χρθςιμοποιοφνται για τισ καταςκευζσ αυτζσ είναι ςθμαντικζσ παράμετροι. Η ςκωρία θλεκτρικοφ κλιβάνου παρουςιάηει επαρκι μθχανικά χαρακτθριςτικά για χριςθ ωσ αδρανζσ όπωσ καλι αντοχι ςε τριβι και κροφςθ, ςτακερότθτα, καλά ακουςτικά χαρακτθριςτικά, υψθλι αντοχι και ανκεκτικότθτα.

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ Θερμικζσ ιδιότητεσ Λόγω τθσ υψθλισ κερμοχωρθτικότθτασ τουσ, τα αδρανι ςκωρίασ διατθροφν τθν κερμότθτα για ςθμαντικά μεγαλφτερο χρονικό διάςτθμα ςε ςφγκριςθ με τα ςυμβατικά φυςικά αδρανι. Η ιδιότθτα τουσ αυτι τα κακιςτά καταλλθλότερα για επιςκευι αςφαλτικϊν μιγμάτων κερμισ ανάμιξθσ ςε χαμθλι κερμοκραςία περιβάλλοντοσ.

2.3.7 Χρήςεισ ςκωριϊν ΢το χϊρο των ζργων και των καταςκευϊν, οι ςκωρίεσ χρθςιμοποιοφνται υπό δυο διαφορετικζσ και διακριτζσ ιδιότθτεσ που κακορίηουν αντίςτοιχα και τον ρόλο τουσ, ωσ υλικϊν, ςτθ δομικι βιομθχανία και επακόλουκα ςε εφαρμογζσ δομικϊν ζργων. Οριςμζνα είδθ ςκωριϊν ςυνικωσ υπό μορφι λεπτόκοκκου κλάςματοσ χρθςιμοποιοφνται ωσ πρόςκετα υλικά ςτο τςιμζντο, ςτο ςκυρόδεμα κακϊσ και ςε μίγματα με αργιλικά και πθλϊδθ υλικά με ςτόχο τθ βελτίωςθ των χαρακτθριςτικϊν του πρωτογενοφσ υλικοφ. Παράλλθλα, ςτθν οδοποιία αλλά και ςε παρεμφερείσ εφαρμογζσ (παραςκευι κυβόλικων, πλακϊν πεηοδρομίου), χονδρόκοκκα αδρανι ςκωρίασ είναι δυνατό να χρθςιμοποιθκοφν λόγω τθσ ςκλθρότθτάσ τουσ και τθσ ςθμαντικισ αντοχισ τουσ ςε φκορά ζναντι τριβισ και κροφςθσ. Για τον ίδιο λόγο, αδρανι ςκωρίασ χρθςιμοποιοφνται για τθν παραςκευι ςκυροδζματοσ υψθλισ αντοχισ. ΢ε χϊρεσ με γενικευμζνθ ζλλειψθ αδρανϊν, όπωσ το Βζλγιο, θ Ολλανδία αλλά και ςε περιοχζσ τθσ Γερμανίασ, τθσ Γαλλίασ, τθσ Δανίασ θ χριςθ αδρανϊν ςκωρίασ αποτελεί μια ικανοποιθτικι λφςθ για πολλζσ εφαρμογζσ. Ακόμθ ςε χϊρεσ όπου τα φυςικά ςκλθρά αδρανι είναι ςπάνια (Η.Π.Α.), οι ςκωρίεσ χρθςιμοποιοφνται ςε αντιολιςκθροφσ τάπθτεσ. Εντυπωςιακό είναι το παράδειγμα τθσ Μεγάλθσ Βρετανίασ, μιασ χϊρασ με αφκονία ςκλθρϊν αδρανϊν, όπου θ χριςθ των αδρανϊν ςκωρίασ ςε αντιολιςκθροφσ τάπθτεσ αποτελεί κοινι πρακτικι. ΢τθν Ελλάδα τεχνικοί, οικονομικοί και οικολογικοί λόγοι ζχουν προκαλζςει ζνα αυξθμζνο ενδιαφζρον για εφαρμογι των ςκωριϊν ςε διάφορα ζργα. Σο ηιτθμα τθσ χριςθσ των αδρανϊν ςκωρίασ ςε αντιολιςκθροφσ τάπθτεσ, που είναι μια από τισ ςυνθκζςτερεσ εφαρμογζσ, ςυνιςτά ζνα κζμα ξεχωριςτισ ςθμαςίασ για τθν Ελλάδα, όπου βρίςκεται ςε εξζλιξθ το πρόγραμμα υλοποίθςθσ οδικϊν αξόνων.

ΑΔΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ ΢το πεδίο των υδραυλικϊν καταςκευϊν τα αδρανι ςκωρίασ χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ λόγω τθσ αδιαπερατότθτασ τουσ από το νερό ςε : 1.Φράγματα και αναχϊματα 2.΢τακεροποίθςθ κοίτθσ ποταμϊν 3.΢τακεροποίθςθ όχκθσ ποταμϊν 4.Πλιρωςθ διαβρωμζνων τμθμάτων ςε κοίτεσ ποταμϊν Κυρίωσ θ υψθλι πυκνότθτα και θ υψθλι αντοχι ςε ςυνδυαςμό με τθν τραχειά υφι των ςκωριϊν διαςφαλίηουν μακροπρόκεςμθ αντίςταςθ ςτθ δυναμικι ζνταςθ που προζρχεται από τθ ροι ποταμοφ και κυμάτων.

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ 3.1 Τςιμζντο [10] Σο τςιμζντο είναι θ ςυνδετικι φλθ που χρθςιμοποιείται για τθν παραγωγι ςκυροδζματοσ, κονιαμάτων, υλικϊν ςυναρμολόγθςθσ κτλ. ςε κάκε είδοσ καταςκευισ. Οι ρίηεσ του τςιμζντου μπορεί να ανιχνευτοφν ςτουσ αρχαίουσ Ελλθνικοφσ και Ρωμαϊκοφσ χρόνουσ, αλλά το ςφγχρονο τςιμζντο ουςιαςτικά εφευρζκθκε το 1824 από τον Άγγλο J. Aspdin που ςυνζκεςε τεχνθτά μια ςυνδετικι κονία, που είχε τισ ίδιεσ ιδιότθτεσ με τθ γνωςτι τότε κονία των ορυχείων Portland ςτθν Αγγλία. Ζτςι επικράτθςε ο όροσ Portland τςιμζντο που είναι υδραυλικι κονία, δθλαδι πιηει και ςκλθραίνει με τθν παρουςία νεροφ. ΢φμφωνα με τθ Βρετανικι προδιαγραφι BS 12:1991, το τςιμζντο είναι μια υδραυλικι κονία θ οποία είναι λεπτά διαμεριςμζνο ανόργανο υλικό που ςε ανάμιξθ με νερό ςχθματίηει μια πάςτα θ οποία πιηει και ςκλθραίνει μζςω αντιδράςεων και διεργαςιϊν ενυδάτωςθσ και μετά τθ ςκλιρυνςθ επανακτά τθν αντοχι και τθ ςτακερότθτα ακόμα και μζςα ςτο νερό. Σο Portland τςιμζντο παράγεται βαςικά από αςβεςτολικικά και αργιλικά πετρϊματα των οποίων τα κφρια ςυςτατικά είναι οξείδια του αςβεςτίου και πυριτίου που όταν κερμανκοφν ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, ςχθματίηουν τισ υδραυλικζσ πυριτικζσ ενϊςεισ του αςβεςτίου που είναι δραςτικά ςτοιχεία του τςιμζντου.

Διαδικαςία παραγωγισ τςιμζντου

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ ΢φμφωνα με τον ελλθνικό κανονιςμό τςιμζντων EN 197 χωρίηονται ςτουσ εξισ τφπουσ: I Portland cement II

Portland-composite cement

Comprising Portland cement and up to 5% of minor additional constituents Portland cement and up to 35% of other single constituents

III Blastfurnace cement

Portland cement and higher percentages of blastfurnace slag

IV Pozzolanic cement

Portland cement and up to 55% of pozzolanic constituents

V Composite cement

Portland cement, blastfurnace slag and pozzolana or fly ash

Από άποψθ αντοχισ ςτισ εξισ κατθγορίεσ: Κατηγορία 35 (με αντοχι ςε κλίψθ 28θμερϊν από 25-45 Mpa) Κατηγορία 45 (με αντοχι ςε κλίψθ 28θμερϊν από 35-55 Mpa) Κατηγορία 55 (με αντοχι ςε κλίψθ 28θμερϊν άνω των 45 Mpa) Θεωρθτικά οι τφποι των τςιμζντων είναι 27. Οι παραγόμενοι όμωσ τφποι ςτθν Ελλάδα είναι λιγότεροι γιατί είτε δεν είναι όλοι οι ςυνδυαςμοί πρακτικά εφικτοί, είτε δεν είναι απαραίτθτοι ςτθν πράξθ. Ζτςι π.χ. ζνα ποηολανικό τςιμζντο (τφποσ III), για να επιτφχει αντοχι 55 ι και 45 ΜΡa κα χρειαηόταν υπερβολικι λεπτότθτα. 3.2 Νερό – Λόγοσ Νερό/Τςιμζντο [7] Σο νερό αποτελεί ζνα πολφ ςθμαντικό παράγοντα για το ςκυρόδεμα. Σο άνυδρο τςιμζντο δε μπορεί να ςυνδεκεί με τθν άμμο και τα αδρανι, αποκτά τθ ςυνδετικι του ικανότθτα μόνο όταν αναμιχκεί με το νερό. Αυτό ςυμβαίνει γιατί θ χθμικι αντίδραςθ του τςιμζντου με το νερό παράγει προϊόντα που ζχουν χαρακτθριςτικά πιξθσ και ςκλιρυνςθσ. Η αναλογία του νεροφ ςτο μίγμα είναι κακοριςτικόσ παράγοντασ επίτευξθσ των επικυμθτϊν αντοχϊν ςτο ςκυρόδεμα, και πρζπει να διατθρείται αυςτθρά ςτα όρια που κακορίηει θ μελζτθ 18

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ ςφνκεςθσ. Εν γζνει, λιγότερο νερό ςυνεπάγεται μεγαλφ-τερεσ αντοχζσ και περιςςότερο νερό ςθμαίνει υψθλότερθ εργαςιμότθτα.

3.3 Χημικά πρόςθετα Πρόςκετο ι βελτιωτικό ςκυροδζματοσ ονομάηεται κάκε πρόςμικτο υλικό, ςε μορφι ςκόνθσ ι υγροφ, που όταν ενςωματωκεί ςτθ μάηα του ςκυροδζματοσ κατά τθν διαδικαςία παραγωγισ του, βελτιϊνει τισ ιδιότθτεσ του νωποφ ι του ςκλθρυκζντοσ ςκυροδζματοσ. Σα πρόςκετα υλικά χωρίηονται ςε δφο βαςικζσ κατθγορίεσ, ανάλογα με τον τρόπο δράςθσ τουσ ςτο ςκυρόδεμα: α+ ΢τα κυρίωσ πρόςκετα υλικά όπου θ λειτουργία τουσ είναι χθμικι και είναι ςυνικωσ υγρισ μορφισ. Προςτίκενται ςε μικρι ποςότθτα αναλογικά (από 0,2-2,0% επί τθσ ποςότθτασ του τςιμζντου+ χωρίσ να επθρεάηουν τθν ςφνκεςθ του ςκυροδζματοσ και β+ ΢τισ προςκικεσ, οι οποίεσ είναι ςυνικωσ ξθράσ μορφισ, τοποκετοφνται δε ςε τζτοια ποςότθτα ϊςτε, τισ περιςςότερεσ φορζσ, να γίνεται επζμβαςθ ςτθ μελζτθ ςφνκεςθσ του ςκυροδζματοσ, κακϊσ τα πρόςμικτα αυτά ςυμβάλουν ςτθν τροποποίθςθ τθσ.

Εκτόσ όμωσ από τισ παραπάνω κατθγορίεσ υπάρχουν πρόςκετα υλικά τα οποία δεν προςτίκενται ςτθν μάηα του ςκυροδζματοσ, κατά τθν παραγωγι του, αλλά εφαρμόηονται κυρίωσ επιφανειακά, πριν ι μετά τθ διαδικαςία διάςτρωςθσ του: α+ επιφανειακά, για τθν περίπτωςθ εξαςφάλιςθσ τθσ ομαλισ ενυδάτωςθσ, μειϊνοντασ τθν πρόωρθ απϊλεια του νεροφ ανάμιξθσ, χωρίσ τθν διαταραχι τθσ πιξθσ του ςκυροδζματοσ β+ με τθν χριςθ ειδικοφ λεπτόρρευςτου ςυνκετικοφ υγροφ *λάδι+ για τθ βελτίωςθ τθσ τελικισ εμφάνιςθσ του ςκυροδζματοσ και τθσ εξαςφάλιςθσ ευκολίασ αποκόλλθςθσ του από τουσ ξυλότυπουσ, μεταλλότυπουσ ι πλαςτικότυπουσ ι γ+ με τον ψεκαςμό υδατικοφ διαλφματοσ με ςκοπό τθν επιβράδυνςθ τθσ ςκλιρυνςθσ τθσ επιφάνειασ του ςκυροδζματοσ, επιτυγχάνοντασ καλφτερθ πρόςφυςθ *ςυνάφεια+ με τισ επόμενεσ ςκυροδετιςεισ ι για κακαρά αιςκθτικοφσαρχιτεκτονικοφσ λόγουσ. Με τθν προςκικθ προςμίκτων ςτο ςκυρόδεμα επιδιϊκεται θ βελτίωςθ μιασ ι περιςςοτζρων από τισ παρακάτω ιδιότθτεσ όπωσ: 19

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ -Ρευςτότθτα ι πλαςτικότθτα και ςυνεπϊσ το εργάςιμο του νωποφ ςκυροδζματοσ. -Χρόνοσ πιξθσ και ςκλιρυνςθσ του ςκυροδζματοσ με επιβράδυνςθ ι επιτάχυνςθ αυτοφ. -Μείωςθ τθσ ςυςτολισ κατά τθν πιξθ και ςυνεπϊσ τθσ εμφάνιςθσ ρωγμϊν ι φαινομζνων τριχοειδϊν -Μείωςθ του κινδφνου απόμιξθσ του ςκυροδζματοσ. -Πρόςφυςθ του νωποφ ςκυροδζματοσ ςε παλαιό ςκυρόδεμα και χάλυβα. -΢υμπφκνωςθ ςκυροδζματοσ και θ μείωςθ υδατοπερατότθτασ αυτοφ. -Αντοχι ςε παγετό. -Αυξθμζνθ ανκεκτικότθτα ςε φκορά και ςε χθμικι προςβολι. -Προςταςία του χάλυβα από τθ διάβρωςθ. -Εμφάνιςθ και θ ομοιομορφία χρωματιςμοφ. -Δυνατότθτα ςκυροδζτθςθσ ακόμα και ςε κερμοκραςίεσ. -Βελτίωςθ του αντλιςιμου. Δυνατότθτα ςκυροδζτθςθσ ςε νερό. -Μείωςθ ενανκράκωςθσ και δυνατότθτασ διείςδυςθσ χλωριόντων. Η χρθςιμοποίθςθ ενόσ προςκζτου ι ςκυροδζματοσ, δεν ςυνίςταται παρά μόνο κατόπιν εφαρμογισ ςτο εργαςτιριο ι ςτθ μονάδα ςκυροδζματοσ ι ςτο εργοτάξιο, όπου κα θ αναμενόμενθ βελτίωςθ. Επίςθσ, πρζπει να λαμβάνονται ςοβαρά υπ' όψιν οριςμζνεσ παράμετροι πριν τθ χριςθ των προςκζτων: Η προτεινόμενθ δοςολογία από τον καταςκευαςτι, Ο τρόποσ εφαρμογισ, Ο χρόνοσ προςκικθσ ςτο μίγμα, Ο χρόνοσ και το είδοσ ανάμιξθσ, Ενδεχόμενθ περιεκτικότθτα ςε χλωριοφχα ι άλλεσ βλαπτικζσ ουςίεσ, Ο ΢υνδυαςμόσ με άλλα πρόςκετα, Οι ςυνκικεσ φφλαξθσ, αποκικευςθσ και διατιρθςθσ. Σα πρόςκετα υλικά κατατάςςονται, ανάλογα με τθ δράςθ τουσ, ςτισ ακόλουκεσ κφριεσ κατθγορίεσ: Επιβραδυντικά Ρευςτοποιθτικά Τπερρευςτοποιθτικά Επιταχυντικά ΢τεγανοποιθτικά Αντιπαγετικά Αντιδιαβρωτικά Αερακτικά

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ 3.4 Ίνεσ οπλιςμοφ – Ινοπλιςμζνο ςκυρόδεμα *11] [12] Η ανάγκθ βελτίωςθσ των μθχανικϊν ιδιοτιτων του ςυμβατικοφ ςκυροδζματοσ και ιδιαίτερα τθσ παραμορφωςιμότθτασ οδιγθςαν τθν ζρευνα ςε ζνα νζο είδοσ ςκυροδζματοσ, το ινοπλιςμζνο ςκυρόδεμα (ΙΟΠ, FRC). Σο ΙΟΠ μπορεί να περιζχει ίνεσ από χάλυβα και ίνεσ από πλαςτικά υλικά, όπωσ αμίαντο, γυαλί, άνκρακα. Οι ίνεσ αυτζσ είναι ομοιόμορφα διάςπαρτεσ με τυχαίο προςανατολιςμό. Η ενςωμάτωςθ των ινϊν ςτο ςκυρόδεμα του προςδίδει υψθλι αντοχι ςε εφελκυςμό, γι’ αυτό και χρθςιμοποιείται ευρζωσ ςτισ επιςκευζσ και ενιςχφςεισ των καταςκευϊν και το πεδίο εφαρμογϊν διευρφνεται διαρκϊσ. Σο πρότυπο ASTM A 820 προδιαγράφει για τισ ίνεσ ελάχιςτθ αντοχι 345 MPa, μικοσ ινϊν από 12,5~63,5mm και ο λόγοσ μικοσ ίνασ προσ διάμετρο από 30~100 (για κυκλικι διατομι φκάνει τθ τιμι 50). Επίςθσ οι ίνεσ πρζπει να είναι κακαρζσ και να μθν ζχουν ςκουριάςει. Οι τυπικζσ ιδιότθτεσ των ινϊν από χάλυβα φαίνονται ςτον παρακάτω πίνακα:

Τυπικζσ ιδιότητεσ ινών από χάλυβα ΢θμαντικό είναι να επιτευχκεί θ απαραίτθτθ υψθλι ςυνάφεια γι’ αυτό και χρθςιμοποιοφνται ίνεσ όχι λείεσ και ευκφγραμμεσ αλλά με διάφορα γεωμετρικά ςχιματα, τα οποία αυξάνουν τθν αγκφρωςθ των άκρων τουσ. Επιπλζον για τθν προςταςία του χάλυβα των ινϊν από τθ διάβρωςθ προτιμοφνται ίνεσ γαλβανιςμζνεσ ι από ανοξείδωτο χάλυβα.

Καμπφλεσ φορτίου-παραμόρφωςθσ άοπλου και ινοπλιςμζνου ςκυροδζματοσ

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ • Σο ΙΟΠ λόγω τθσ ςταδιακισ ενεργοποίθςθσ των ινϊν αποκτά πλάςτιμθ ςυμπεριφορά ζναντι τθσ ψακυρισ ςυμπεριφοράσ του ςυνικουσ ςκυροδζματοσ, με αποτζλεςμα τθν απορρόφθςθ ενζργειασ πριν τθν αςτοχία. Η αφξθςθ τθσ δοςολογίασ των ινϊν μπορεί να βελτιϊςει τθ πλαςτιμότθτα μζχρι και 20%. Οι μικρότεροι διάμετροι (τθσ τάξθσ των 0.5mm) και οι μεγαλφτεροι λόγοι μικουσ/διάμετρο (τθσ τάξθσ των 60) δίνουν καλφτερα αποτελζςματα ενϊ ίνεσ με διαφορετικι μορφι, είτε κυματοειδι είτε με άγκιςτρα ςτα άκρα, μπορεί να αυξιςει ι να μειϊςει τθ πλαςτιμότθτα κατά 15%. Συπικό διάγραμμα φορτίου-παραμόρφωςθσ για ςκυρόδεμα με μεταλλικζσ ίνεσ

Οι ίνεσ εμποδίηουν τθ διεφρυνςθ των ρωγμϊν λόγω τθσ πρόςφυςθσ μεταξφ των ινϊν και του ςκυροδζματοσ και τθσ πυκνότθτασ των ινϊν. Λειτουργοφν ςαν ‘‘γζφυρεσ’’ και μεταβιβάηουν τισ εφελκυςτικζσ τάςεισ από επιφάνεια ςε επιφάνεια τθσ ρωγμισ. Κατά τθ μεταβίβαςθ αυτι μπορεί να μεςολαβιςει αυτοίανςθ ι επιφανειακζσ επεμβάςεισ. Ζτςι προςτατεφεται ο οπλιςμόσ από διάβρωςθ. Η πλάςτιμθ ςυμπεριφορά του ινοπλιςμζνου ςκυροδζματοσ του προςδίδει αφξθςθ αντοχισ ςε εφελκυςμό και κάμψθ. ΢θμαντικι επίςθσ ιδιότθτα είναι θ βελτιωμζνθ ςυμπεριφορά του μετά τθν πρϊτθ ρθγμάτωςθ κακϊσ μετά τθν επιβολι του μζγιςτου φορτίου το φορτίο μειϊνεται με τθν αφξθςθ τθσ παραμόρφωςθσ. Επίδραςθ ινϊν ςτθ ςυμπεριφορά ςε κάμψθ

Η ςυμπεριφορά του ινοπλιςμζνου ςκυροδζματοσ ςε κλίψθ ζχει παρόμοια χαρακτθριςτικά με αυτι του άοπλου. Οι ίνεσ λειτουργοφν ωσ κινθματικόσ περιοριςμόσ ζναντι τθσ διόγκωςθσ του ςκυροδζματοσ. Η ιςοδφναμθ τάςθ περιςφίγξεωσ του ςκυροδζματοσ λόγων των ινϊν ιςοφται με τθν αφξθςθ κλιπτικισ αντοχισ. Προςομοίωςθ λειτουργίασ των ινϊν

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢ Η ενςωμάτωςθ ινϊν ςτο ςκυρόδεμα βελτιϊνει τθν ικανότθτα του να αναλαμβάνει τθν επιφανειακι τζμνουςα. Με τθν αφξθςθ του ποςοςτοφ των ινϊν βελτιϊνεται ανάλογα και θ μζγιςτθ ςτρεπτικι αντοχι του, ενϊ εξαρτάται και από το λόγο των διαςτάςεων τθσ ίνασ. Ινοπλιςμζνα ςκυροδζματα Σα ινοπλιςμζνα ςκυροδζματα διακρίνονται ςε διάφορουσ τφπουσ ανάλογα με το υλικό καταςκευισ των ινϊν:  Φυςικζσ ίνεσ (NFRC): Πρόκειται για άχυρα, τρίχεσ ηϊων, μαλακι ξυλεία.  Συνθετικζσ ίνεσ (SNFRC): Κνεσ από άνκρακα, νάιλον, πολυεςτζρα, πολυαικυλενίου, πολυπροπυλενίου και ακρυλικζσ.  Ορυκτζσ ίνεσ: Η ίνα γυαλιοφ (GFRC) είναι θ κυρίαρχα χρθςιμοποιοφμενθ ορυκτι ίνα.  Μεταλλικζσ ίνεσ (SFRC): Σο μικοσ των ινϊν από χάλυβα, ποικίλλει από 6,4-76 mm και θ διάμετροσ τουσ από 0,25-1 mm. Οι ςυνικεισ περιεκτικότθτεσ αυτϊν των ινϊν ςτο ςκυρόδεμα, είναι από 0.25% κ.ο. (20 kg/m³) ζωσ 2% κ.ο. (157 kg/m³). Οι ίνεσ μπορεί να ζχουν διάφορα ςχιματα. Η διατομι τουσ μπορεί να είναι κυκλικι, ορκογωνικι, θμικυκλικι ι άλλθ. Μπορεί να είναι ευκφγραμμεσ ι με λυγιςμζνα άκρα, ςε διάφορα μικθ.

Παραμόρφως θ κραφςθσ %

ΓΤΑΛΙ

Μζτρο ελαςτικότθτασ GPa 70~88

ΑΡΑΜΙΔΗ΢

65~125

2.1~4

ΑΝΘΡΑΚΑ

230~380

0.6~1.3

ΧΑΛΤΒΑ΢

200

10 (0.2)*

3~5

Εφελκυςτικι αντοχι MPa 2500~4600 (40%)** 3500 (50%)** 2100~2700 (85%)** 400~1700

Μθχανικά χαρακτθριςτικά πλαςτικϊν υλικϊν

* όριο διαρροισ του χάλυβα. ** ποςοςτό μείωςθσ τθσ εφελκυςτικισ αντοχισ για μακροχρόνια φόρτιςθ.

Διάγραμμα τάςθσ παραμόρφωςθσ για πλαςτικά υλικά και χάλυβα

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ΢

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 4.1 Γενικά Η ςφνκεςθ ςκυροδεμάτων για επιςτρϊςεισ (οδοςτρϊματα, δάπεδα) με τθν τεχνικι του κυλινδροφμενου ςκυροδζματοσ απαιτεί ιδιαίτερθ προςοχι προκειμζνου να ανταποκρικεί το ςκυρόδεμα ςτισ λειτουργικζσ του ζργου. Γενικά, τα ςκυροδζματα αυτά είναι φτωχά ςε τςιμζντο και βαςίηονται ςτθν πολφ καλι κοκκομετρικι ςφνκεςθ των αδρανϊν υλικϊν ϊςτε να επιτευχκεί θ μζγιςτθ δυνατι πυκνότθτα όγκου ςτο ανάμιγμα, πράγμα που οδθγεί ςε δομι χωρίσ κενά (μικρό πορϊδεσ) και κατ’ επζκταςθ ςε ςκυροδζματα μικρισ διαπερατότθτασ. Για το ςκοπό αυτό δόκθκε ιδιαίτερθ βαρφτθτα ςτο ςχεδιαςμό τθσ ςφνκεςθσ των κλαςμάτων των εκάςτοτε αδρανϊν που χρθςιμοποιικθκαν ζτςι ϊςτε να προκφπτει ομαλι κοκκομετρικι καμπφλθ.

4.2 Αςβεςτολιθικά αδρανή

Σα αδρανι που χρθςιμοποιικθκαν είναι αςβεςτολικικά με ειδικό βάροσ 2,68 t/m3. Σο ειδικό βάροσ των αδρανϊν που χρθςιμοποιικθκαν μετρικθκε με τθ μζκοδο του πυκνόμετρου: Λαμβάνονται 100 gr υλικοφ και τοποκετοφνται ςε ογκομετρικό ςωλινα. Παράλλθλα παρόμοιοσ ςωλινασ ςυμπλθρϊνεται με νερό μζχρι τα 500 ml. ΢τθ ςυνζχεια το περιεχόμενο του ςωλινα 2 αδειάηεται ςτο ςωλινα 1 ζωσ να ςυμπλθρωκοφν τα 500 ml. Ο όγκοσ του νεροφ που ζχει περιςςζψει ςτον ςωλινα 2 δίνει τον όγκο των αδρανϊν. Ειδικό Βάρος (t/m³) Αζβεζηολιθικά Αδρανή Άμμος

2,68

Γαρμπίλι

2,68

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 4.2.1 Κοκκομετρική ανάλυςη αςβεςτολιθικών [7] Η κοκκομετρικι διαβάκμιςθ του αδρανοφσ είναι θ ποςοςτιαία κατανομι των διαςτάςεων των κόκκων του εκφραςμζνθ ςε ποςοςτά που ςυγκρατοφνται (ι διζρχονται αντίςτοιχα) από μια ςειρά κοςκίνων ειδικϊν διαςτάςεων. Σα πρότυπα κόςκινα και οι απαιτιςεισ για τισ κοκκομετρικζσ διαβακμίςεισ των αδρανϊν που χρθςιμοποιοφνται για παραγωγι ςκυροδζματοσ ι υλικϊν οδοποιίασ υπάρχουν ςτισ ςχετικζσ προδιαγραφζσ. Σο ποςοςτό κενϊν ενόσ μίγματοσ αδρανϊν υλικϊν για τθν παραςκευι ενόσ καλοφ από απόψεωσ αντοχισ ςκυροδζματοσ, αποτελεί δείκτθ τθσ ποιότθτασ του. Όςο λιγότερα είναι τα κενά των αδρανϊν, τόςο οικονομικότερο είναι το ςκυρόδεμα, γιατί απαιτείται λιγότερο τςιμζντο για τθν αντοχι αυτι. Για να ζχει το μίγμα των αδρανϊν τα λιγότερα κενά, κα πρζπει να αποτελείται από όλα τα μεγζκθ των κόκκων κατά μια οριςμζνθ αναλογία. Η καμπφλθ του μίγματοσ που παρουςιάηει τα λιγότερα δυνατά κενά, ονομάηεται κοκκομετρικι καμπφλθ.

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 4.2.2 ΢φνθεςη μίγματοσ αςβεςτολιθικών Άμμοσ: 45% κ.β. Ρφηι: 25% κ.β. Γαρμπίλι: 30% κ.β

άνω όριο

κάτω όριο

μέση τιμή

σύνθεση

100

99,6

90 80 75,0 αθροιζηικό διερχόμενο (%)

70 60 50

49,3

40 32,6

30 20

19,3 11,6

10 3,7 0 0

0,25

0,5

1 2 κόζκινο (mm)

4.2.3 Τπολογιςμόσ ποςοςτοφ κενών - Packing factor

Μιτρα 5lt

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ

΢τάδιο 1ο Δθμιουργία ςφνκεςθσ

΢τάδιο 2ο Ζφγιςμα τθσ μιτρασ

΢τάδιο 3ο Προςκικθ νεροφ

΢τάδιο 4ο Ζφγιςμα μιτρασ

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ

Χαλαρι μζκοδοσ

Με ςυμπφκνωςθ (25 κτφποι)

Βάροσ δοκιμίου

13.6 Kg

14.6 Kg

Βάροσ δοκιμίου μετά τθν προςκικθ νεροφ

15.3 Kg

16 Kg

Βάροσ νεροφ

1.7 Kg

1.4 Kg

Ποςοςτό κενϊν

34%

28%

4.3 Αδρανή ςκωρίασ Η ςκωρία που χρθςιμοποιικθκε προζρχεται από τθν εταιρία ΑΕΙΦΟΡΟ΢ Α.Ε. θ οποία προμθκεφεται τθν ακατζργαςτθ ςκωρία από τθν εταιρία βιομθχανίασ κατεργαςίασ ςιδιρου ΢ΙΔΕΝΟΡ.

Ειδικό Βάρος (t/m³) Αδρανή ζκωρίας Άμμος 3,33 Γαρμπίλι 3,33

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 4.3.1 Κοκκομετρική ανάλυςη αδρανών ςκωρίασ

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ

4.3.2 ΢φνθεςη μίγματοσ ςκωριών Άμμοσ (αςβεςτολικικι): Άμμοσ (ςκωρίασ): Ρφηι (ςκωρίασ) : Γαρμπίλι (ςκωρίασ): άνω όριο

35% κ.β. 10% κ.β. 28% κ.β. 27% κ.β κάτω όριο

μέση τιμή

σύνθεση

100,0

100 90 80 74,5 αθροιζηικό διερχόμενο (%)

70 60 50

46,7

40 30

30,1

16,6

9,5 2,9

0 0

0,25

0,5

κόζκινο (mm)

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ ΢τθ ςφνκεςθ μίγματοσ ςκωριϊν χρθςιμοποιικθκε αςβεςτολικικι άμμοσ ςε ποςοςτό 35%. Η αςβεςτολικικι άμμοσ περιζχει μικρότερα κλάςματα ςε ςχζςθ με τθν άμμο ςκωρίασ και για το λόγο αυτό είναι απαραίτθτθ ϊςτε θ κοκκομετρικι καμπφλθ τθσ ςφνκεςθσ να πλθςιάηει τθν ιδανικι καμπφλθ για δάπεδα.

4.3.3 Τπολογιςμόσ ποςοςτοφ κενών - Packing factor

Χαλαρι μζκοδοσ

Με ςυμπφκνωςθ (25 κτφποι)

Βάροσ δοκιμίου

14.2 Kg

15.5 Kg

Βάροσ δοκιμίου μετά τθν προςκικθ νεροφ

16.0 Kg

17.0 Kg

Βάροσ νεροφ

1.8 Kg

1.5 Kg

Ποςοςτό κενϊν

36%

30%

4.4 Σςιμζντο ΢τθν παροφςα μελζτθ χρθςιμοποιικθκε τςιμζντο τφπου CEM ΙV32,5 N. Σςιμζντο "CEM I V32,5 Ν" *ευρωπαϊκό πρότυπο EN 197-1:2000] είναι ζνα τεχνθτό τςιμζντο Portland τφπου ΙV, χωρίσ πρόςκετεσ φλεσ, που προζρχονται από τθ λεπτι άλεςθ μείγμα:

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 4.5 Ρευςτοποιητήσ Ο ρευςτοποιθτισ που χρθςιμοποιικθκε είναι ο Glenium 21. Η προτεινόμενθ από τον καταςκευαςτι, δοςολογία είναι 0.42 – 1.26Kg ανά 100Kg τςιμζντου.

4.6 Ίνεσ οπλιςμοφ Οι ίνεσ που χρθςιμοποιικθκαν ζχουν μικοσ 3cm και λόγο μορφισ 40. Χρθςιμοποιικθκαν επίςθσ χαλφβδινεσ ίνεσ τφπου ‘’ςκουλικι’’, μικουσ 2.5cm με λόγο μορφισ 25.

L=2.5cm, d=1mm L=3cm, d=0.8mm L=6cm, d=1mm

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 5.1 Περιγραφή διαδικαςίασ -Ζφγιςθ των υλικϊν που κα χρθςιμοποιθκοφν ςφμφωνα με τον ςχεδιαςμό τθσ ςφνκεςθσ.

-Σοποκζτθςι των αδρανϊν υλικϊν και τθσ κονίασ ςτθ μπετονιζρα. -Ανάμιξθ των υλικϊν με ςταδιακι πρόςκεςθ νεροφ και ρευςτοποιθτι.

-Πριν τθν διαδικαςία ανάμιξθσ και ελζγχου του νωποφ ςκυροδζματοσ προθγικθκε ο κακαριςμόσ και το λάδωμα των καλουπιϊν.

-Πρϊτθ ενζργεια μετά τθν παραςκευι του μίγματοσ είναι θ δοκιμι Vebe ι θ δοκιμι κάκιςθσ. Ανάλογα με τα αποτελζςματα των δοκιμϊν αυτϊν (απαιτοφμενοσ χρόνοσ Vebe ι κάκιςθ ςε εκατοςτά) αποφαςίηεται τθν ϊρα εκείνθ αν είναι ςκόπιμθ θ προςκικθ κι άλλου νεροφ. Αν όχι, θ παραςκευι τθσ ςφνκεςθσ ζχει τελειϊςει και ξεκινά θ παραςκευι των δοκιμίων. Αν πάλι πρζπει να προςτεκεί νερό οι ζλεγχοι Vebe ι θ δοκιμι κάκιςθσ επαναλαμβάνονται.

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ -Ακολουκεί θ ζγχυςθ του μίγματοσ ςτα δοκίμια και θ ςυμπφκνωςθ του θ οποία πραγματοποιικθκε ςτθ ςυςκευι δονοφμενθσ τράπεηασ, με ςκοπό τθν επίτευξθ μζγιςτθσ πυκνότθτασ όγκου και χαμθλότερου πορϊδουσ. Η τελικι επιφάνεια του κάκε δοκιμίου λειάνκθκε με τθ χρθςιμοποίθςθ μυςτριοφ για τθν καλφτερθ εφαρμογι τουσ ςτισ ςυςκευζσ που χρθςιμοποιικθκαν για τισ διάφορεσ δοκιμζσ.

Οι μιτρεσ είναι καταςκευαςμζνεσ από πλαςτικό και χάλυβα. Χρθςιμοποιικθκαν μιτρεσ διαφόρων διαςτάςεων, αναλόγωσ με τισ προγραμματιςμζνεσ δοκιμζσ. Για τθ δοκιμι αντοχισ ςε κλίψθ χρθςιμοποιικθκαν πλαςτικζσ κυλινδρικζσ μιτρεσ διαμζτρου 15cm και φψουσ 30cm και κυβικζσ με διάςταςθ 15cm. Για τθ δοκιμι αντοχισ ςε διάρρθξθ χρθςιμοποιικθκαν οι ίδιεσ κυλινδρικζσ μιτρεσ που περιγράφθκαν παραπάνω.

Για τθ δοκιμι αντοχισ ςε κάμψθ χρθςιμοποιικθκαν πριςματικζσ μιτρεσ διαςτάςεων 40x10x10 cm. Για τθν περίπτωςθ άοπλου μίγματοσ: -Προςκζτουμε το νερό ςτο μίγμα και μετά από ανάδευςθ ρίχνουμε το ρευςτοποιθτι. Η ανάδευςθ ςυνεχίηεται μζχρι να επιτευχκεί θ επικυμθτι εργαςιμότθτα του μίγματοσ θ οποία προςδιορίηεται μζςω τθσ δοκιμισ Vebe. Για τθν περίπτωςθ του ινοπλιςμζνου μίγματοσ:

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ -Η διαφοροποίθςθ ςε ςχζςθ με τθν προθγοφμενθ διαδικαςία ζγκειται ςτο ότι προςκζτουμε τισ ίνεσ μαηί με τθν ποςότθτα του νεροφ. 5.2 Έλεγχοι νωποφ ςκυροδζματοσ Η χριςθ ινϊν ςτο ςκυρόδεμα επιφζρει εργαςιμότθτασ, που είναι ανάλογθ του ποςοςτοφ ινϊν. Η ςθμαντικι μείωςθ τθσ ρευςτότθτασ του νωποφ ςκυροδζματοσ ακόμα και για μικρά ποςοςτά ινϊν είναι χαρακτθριςτικι, χωρίσ όμωσ να μειϊνεται αναλογικά και θ ευκολία διάςτρωςθσ θ ςυμπφκνωςθσ. Γι’ αυτό θ δόκιμθ κάκιςθσ κεωρείται ακατάλλθλθ για τθ μζτρθςθ τθσ εργαςιμότθτασ του ςκυροδζματοσ, ενϊ πιο κατάλλθλθ κεωρείται θ δόκιμθ Vebe.

γενικά

μείωςθ

τθσ

΢υςκευι Vebe

5.2.1 Δοκιμή Vebe [13] Η δοκιμι Vebe χρθςιμοποιείται για τθν μζτρθςθ τθσ εργαςιμότθτασ ςκυροδζματοσ ςτο εργαςτιριο και πιρε το όνομά τθσ από τα αρχικά του ΢ουθδοφ V.Bährner, που διαμόρφωςε τθ δοκιμι. Η ςυςκευι Vebe, όπωσ προδιαγράφεται από τθν BS 1881:Part 104:1983, αποτελείται από ζναν κφλινδρο διαμζτρου 305mm, φψουσ 203mm και βάρουσ 13,025kg που εδράηεται επάνω ςε δονθτικι τράπεηα με μζγιςτθ επιτάχυνςθ από 3g ζωσ 4g. Ο κφλινδροσ γεμίηει με υλικό μζςα από τον ειδικό κϊνο και κατόπιν επάνω ςτο ςκυρόδεμα τοποκετείται κυκλικόσ δίςκοσ διαμζτρου 300mm και βάρουσ 1,9kg. Θεωρείται ότι θ απαιτοφμενθ ενζργεια για τθ ςυμπφκνωςθ αποτελεί μζτρο τθσ εργαςιμότθτασ του μίγματοσ και αυτό εκφράηεται με το χρόνο ςε δευτερόλεπτα – χρόνοσ Vebe – που απαιτείται για να ςυμπυκνωκεί το δείγμα. Η ςυμπφκνωςθ κεωρείται ότι ολοκλθρϊκθκε όταν ο δίςκοσ ζχει καλυφκεί με ςκυρόδεμα ςε όλο το μικοσ τθσ περιφζρειάσ του. Αυτό προςδιορίηεται οπτικά και θ δυςκολία ςτον προςδιοριςμό του τζλουσ τθσ δοκιμισ μπορεί να προκαλζςει λάκθ. Η δοκιμι είναι κατάλλθλθ για μίγματα με χρόνουσ Vebe μεταξφ 3 και 30 δευτερολζπτων (ςτεγνά μίγματα) και γι’ αυτό κρίκθκε θ καταλλθλότερθ για τισ ςυνκζςεισ τθσ παροφςασ εργαςίασ, που γενικά παρουςιάηουν χαμθλι εργαςιμότθτα. 37

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 5.3 ΢υντήρηςη δοκιμίων [5] [13] Μετά τθ ςκυροδζτθςθ, τα δοκίμια τοποκετοφνται ςε ειδικό κάλαμο ςυντιρθςθσ. Η ςυντιρθςθ παίηει ςθμαντικό ρόλο ςτισ ιδιότθτεσ του νωποφ και ςκλθρυμζνου ςκυροδζματοσ γι’ αυτό και τα δοκίμια πρζπει να ςυντθροφνται ςε χϊρο με ςυγκεκριμζνεσ ςυνκικεσ κερμοκραςίασ και υγραςίασ που κα επιτρζψουν να ενυδατωκεί το μεγαλφτερο ποςοςτό τςιμζντου του μίγματοσ. Με τθ πάροδο του χρόνου θ αντοχι του ςκυροδζματοσ αυξάνεται κακϊσ τα προϊόντα ενυδάτωςθσ πλθροφν τον χϊρο των πόρων. ΢τθ παροφςα εργαςία οι μιτρεσ με το νωπό ςκυρόδεμα τοποκετικθκαν ςε κάλαμο ςυντιρθςθσ με ςυγκεκριμζνεσ ςυνκικεσ υγραςίασ και κερμοκραςίασ (20ºC, 95% υγραςία, Κ.Σ.΢.-97). Μετά από 24 ϊρεσ πραγματοποιικθκε το ξεκαλοφπωμα και τα δοκίμια παρζμειναν ςτο κάλαμο μζχρι να ςυμπλθρωκοφν 28 θμζρεσ από τθ ςκυροδζτθςθ τουσ προκειμζνου να αποκτιςουν τθν απαιτοφμενθ αντοχι.

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ 5.4 ΢υνθζςεισ

ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ - ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ

ΕΛΕΓΧΟΙ ΣΚΛΗΡΥΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 6.1 Έλεγχοσ αντοχήσ ςε θλίψη (Compressive Strength) Είναι ο πιο ςυνθκιςμζνοσ ζλεγχοσ ςκλθρυμζνου ςκυροδζματοσ κυρίωσ γιατί τα υπόλοιπα μθχανικά χαρακτθριςτικά ςυνδζονται ποςοτικά με τθν αντοχι του αλλά και λόγω τθσ μεγάλθσ ςθμαςίασ τθσ κλιπτικισ αντοχισ του ςκυροδζματοσ ςε όλα τα δομικά ζργα.

Σε ζλεγχο αντοχισ ςε κλίψθ υποβλικθκαν κυλινδρικά και κυβικά δοκίμια όλων των ςυνκζςεων. Ο ζλεγχοσ γίνεται ςε πρζςα του Εργαςτθρίου Δομικϊν Υλικϊν του Α.Π.Θ. Το δοκίμιο τοποκετείται ανάμεςα ςτισ πλάκεσ κραφςεωσ, ζτςι ϊςτε να ζχουμε κεντρικι αξονικι κλίψθ και το φορτίο εφαρμόηεται με αργό ρυκμό, για να αποφευχκεί θ δυναμικι φόρτιςθ του δοκιμίου. Το κλιπτικό φορτίο καταγράφεται ςτθν ειδικι διάταξθ τθσ πρζςασ με ακρίβεια 0,5 MPa. Για τα κυλινδρικά δοκίμια, θ αντοχι ςε κλίψθ δίνεται από τον τφπο: M=P/(πr2) όπου P το κλιπτικό φορτίο κραφςθσ και r θ ακτίνα του κυλίνδρου. Για τα κυβικά δοκίμια θ αντοχι ςε κλίψθ δίνεται από τον τφπο: M=P/a2 όπου P το κλιπτικό φορτίο κραφςθσ και a θ ακμι του κφβου.

ΕΛΕΓΧΟΙ ΣΚΛΗΡΥΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 6.1.1 Αποτελζςματα κυλινδρικϊν δοκιμίων