Καλώς ήλθατε

Συνδεθείτε ή εγγραφείτε ως Μέλη, προκειμένου να σχολιάσετε αναρτημένα άρθρα, slides κλπ ή/και να διατυπώσετε τις δικές σας απόψεις για οποιοδήποτε θέμα τεχνικού ενδιαφέροντος.

Κυριακή, 27 Σεπτεμβρίου 2020

Σειρά άρθρων για την ενανθράκωση του σκυροδέματος σε ενιαίο κείμενο (136 σελ). Εχει αναρτηθεί και σε μορφή FLIP (φυλλομετρούμενο περιοδικό) στην διεύθυνση http://bit.ly/1PiZHcj

Απο την Ενανθράκωση στις Επικαλύψεις ή απο το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1/XC στο ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-2 Βασικές Αρχές και Εξισώσεις που πρέπει να γνωρίζουμε Δρ. Χρ. Αλεξ. Ροδόπουλος MSc in Materials Science, Nottingham University, PhD in Stress Corrosion Fatigue, Sheffield University Δρ. Χρήστος ΡοδόπουλοςDipl-Ing, Patras University MSc in Materials Science, Nottingham University PhD in Stress Corrosion Fatigue, Sheffield University Author of 124 peer-review papers, Author of 4 books in fracture mechanics and fatigue. Editor in Chief of the International Journal of Structural Integrity CENg in UK, Eur-Ing, Member of ASME, IMEchE, ACI, NACE, ESIS, FEASI, ICRI Απο την Ενανθράκωση στις Επικαλύψεις ή απο το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1/XC στο ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-2 Βασικές Αρχές και Εξισώσεις που πρέπει να γνωρίζουµε Μέρος 1ο από 5: Ο … Ελέφαντας, το Τσιμέντο, ο Μάστορας και η Επίβλεψη 1.Εισαγωγή στον … ΕλέφανταΣτο µέρος Α του άρθρου θα προσπαθήσουµε χρησιµοποιώντας απλές έννοιες να καταλήξουµε στο συµπέρασµα ότι το φοβερό και τροµερό ΕΝ 206-1, στην περίπτωση της ενανθράκωσης δεν είναι τίποτα παραπάνω από µια απλοποιηµένη do it yourself (DIY) οδηγία για να φτιάξουµε µια τρύπια δεξαµενή που συγκρατεί έναν … ελέφαντα. Μπορεί από πλευράς µηχανικής, η έννοια µιας τρύπιας δεξαµενής να µην είναι το µεγαλύτερο όνειρο ενός µηχανικού, αλλά κάτω από την θεώρηση ότι δεν υπάρχουν στεγανές δεξαµενές, δηλαδή δεν υπάρχει σκυρόδεµα χωρίς πορώδες, η ιδέα της µικρότερης διαρροής αποτέλεσε τεράστιο πρόβληµα για πολλούς επιστήµονες και για πάνω από 45 χρόνια. Η ατµόσφαιρα περιέχει σηµαντικά ποσοστά διοξειδίου του άνθρακα (CO2). To CO2, σε αέρια φάση δεν µπορεί να αντιδράσει µε τα βασικά του συστατικά (υδρίδια/hydrates) του τσιµεντοπολτού. Τα βασικά υδρίδια που µας ενδιαφέρουν στην περίπτωση της ενανθράκωσης είναι το ένυδρο πυριτικό ασβέστιο (C-S-H), το υδροξείδιο του ασβεστίου (CH) και τα µονοθεϊικά άλατα (AFm)/ εντριγκίτης (AFt). Με ένα µικροσκόπιο σάρωσης θα δούµε ότι οι ένυδρες φάσεις έχουν δοµή όπως εµφανίζεται στην Εικόνα 1.Ένυδρο πυριτικό ασβέστιο (C-S-H)Υδροξείδιο του ασβεστίου (CH)1.1 Εντριγκίτης (AFt) Εικόνα 1Ένυδρες φάσεις σκυροδέµατος.Το αέριο CO2 (gas) για να αντιδράσει µε τα συστατικά του τσιµέντου πρέπει πρώτα να διαλυθεί σε νερό για να σχηµατισθούν ανθρακικά ιόντα. Ο τύπος των ανθρακικών ιόντων που πρόκειται να παραχθεί εξαρτάται από το pH του διαλύµατος. Στην περίπτωση του ουδέτερου pH, η αντίδραση θα παράγει διττανθρακικό ιόν (HCO3-), CO2 (gas) + H2O = HCO3- + H+ Στην ουσία η συγκέντρωση του CO2(gas) και η υγρασία (νερό) στο περιβάλλον λειτουργίας της κατασκευής ορίζουν τον ελέφαντα, ή πιο επιστηµονικά το φορτίο ενανθράκωσης (carbonation load), Εικόνα 2.+ Εικόνα 2=Η ζυγαριά του ελέφαντα.Αν και η συγκέντρωση του αερίου CO2 διαφέρει από περιοχή σε περιοχή, από τον εσωτερικό στον εξωτερικό χώρο, από το σπίτι στο εργοστάσιο και σίγουρα αυξάνεται µε τα χρόνια, το ΕΝ 206-1 το θεωρεί σταθερό. Στο δεύτερο µέρος του άρθρου, θα δούµε πιο αναλυτικά πως θα συµπεριλάβουµε τις διαβαθµίσεις αυτές. Για να καταλάβουµε το ρόλο της υγρασίας στην ζυγαριά του ελέφαντα, θα πρέπει να δούµε τι γίνεται µετά την παραγωγή του HCO3-. Στο εσωτερικό του τσιµεντοπολτού το pH είναι υψηλό µε τιµές > 12,0 και ως εκ τούτου τα διττανθρακικά ιόντα διασπώνται και σχηµατίζουν ιόντα ανθρακικού άλατος (CO32-), HCO3 - = CO32- + H+ Το ιόν ανθρακικού άλατος µε την σειρά του θα αντιδράσει µε τα ιόντα Ca στο διάλυµα του πόρου δηµιουργώντας ανθρακικό ασβέστιο, Ca 2+ + CO32- = CaCO3 1.2 Η διαδικασία µειώνει (καταναλώνει) σταδιακά την συγκέντρωση του Ca2+ το οποίο µε τη σειρά του θα οδηγήσει σε διάλυση του υδροξειδίου του ασβεστίου (CH) ενώ το ανθρακικό ασβέστιο θα καθιζάνει και θα σχηµατίζει κρυστάλλους. Η µείωση όµως της συγκέντρωσης Ca2+ στο CH, θα απελευθερώσει Ca2+ από την φάση του CSH σαν αντιστάθµιση. Η βασική αρχή είναι ότι οι υδρίτες βρίσκονται σε µια ισορροπία που εξαρτάται από την συγκέντρωση των Ca2+ και το pH. Η φάση C-S-H αποτελείται από κοντές πυριτικές αλυσίδες που συνδέονται µε Ca2+ και υδροξύλια ΟΗ-. Με την απελευθέρωση Ca2+ από το C-S-H, ο λόγος Ca/Si θα µειώνεται (θεωρητικά ξεκινάει απο Ca/Si=1,65) µέχρι να πέσει κάτω από την µονάδα (θεωρητικά σταµατάει όταν Ca/Si<=0,85). Στην περίπτωση αυτή και όταν το pH στο πόρο πλησιάζει την τιµή 10, το C-S-H θα µετατραπεί σε γέλη πυριτίου (silica gel). Όµοια, διαδικασία ακολουθούν και τα µονοθεϊικά άλατα που αποσυντίθενται σε εντριγκίτη και αργιλικές ενώσεις σε pH≈11,6. Ο εντριγκίτης µε την σειρά του αποσυντίθενται σε θειικά ιόντα και ενώσεις υδροξειδίου του αργιλίου σε pH<=10,6. Στην τιµή pH ≈ 9.2 (αλλαγή χρώµατος φαινολοφθαλεΐνης) καµία από τις φάσεις που περιείχαν (CH) ή παρείχαν (C-S-H) ιόντα Ca δεν υπάρχει (πλήρης κατανάλωση). Όπως δείχνεται στην Εικόνα 3, η διαδικασία της ενανθράκωσης είναι σταδιακή και στην ουσία µπορεί να εκφραστεί σαν µια διαδικασία µετατροπής του CH σε CaCO3.Εικόνα 3∆ιεργασίες υπό µορφή ζωνών κατά την διάρκεια της ενανθράκωσης. Παρατηρούµε την µεταβολή του Ca(OH)2 σε σχέση µε το CaCO3. Η πλήρως ενανθρακωµένη ζώνη εµφανίζει pH<9, η περιορισµένη ενανθρακωµένη ζώνη 911.5.Το φαινόµενο αυτό µπορούµε να το δούµε εύκολα αν ψεκάσουµε µε διάλυµα φαινολοφθαλεΐνης. Θα παρατηρήσουµε ότι θα έχουµε το άχρωµο µέρος (pH<9), ελαφρύ φούξια (911.5). Η διαβάθµιση αυτή γίνεται καλύτερα αντιληπτή µε την ταυτόχρονη χρήση ψηφιακού µετρητή pH, Εικόνα 4 ή χρησιµοποιώντας τα µολυβάκια pH.1.3 Εικόνα 4Σηµειακές µετρήσεις του pH σκυροδέµατος αποκαλύπτουν τις ζώνες ενανθράκωσης.Απλοϊκά λοιπόν µπορούµε να πούµε ότι όσο περισσότερα Ca2+ υπάρχουν στο µίγµα του τσιµεντοπολτού τόσο περισσότερος χρόνος θα χρειαστεί ώστε να µετατραπούν σε CaCO3 ή καλύτερα η δεξαµενή που είπαµε παραπάνω είναι στην ουσία µια δεξαµενή που περιέχει Ca2+ . Το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 προσπαθεί να ορίσει αυτή την δεξαµενή στις στήλες ελάχιστη περιεκτικότητα σε τσιµέντο και ελάχιστη επικάλυψη, Εικόνα 5.Εικόνα 5Πίνακας οριακών τιµών σκυροδέµατος κατα ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1.Στην πραγµατικότητα το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 µέσω των οριακών τιµών τσιµέντου και επικάλυψης ορίζει την διάµετρο και το ύψος της δεξαµενής µας αντίστοιχα, Εικόνα 6α. Με λίγα λόγια για να έχουµε τον ίδιο αριθµό Ca2+ (την ίδια "αντοχή" έναντι ενανθράκωσης) είτε θα πρέπει να αυξήσουµε την διάµετρο (τα κιλά τσιµέντου στο κυβικό) είτε το ύψος (επικάλυψη) της δεξαµενής, Εικόνα 6β.1.4 α)β) Εικόνα 6α) Η λογική του οριακών τιµών του ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 και β) η λογική της ισοδύναµης δεξαµενής.Για καταλάβουµε αυτή την αντιστοιχία καλύτερα, θα χρειαστούµε να βάλουµε τον ελέφαντα επάνω στην δεξαµενή και να αρχίσουµε να µιλάµε για τάση. Στην περίπτωση αυτή θεωρήστε ότι τα κιλά τσιµέντου στο κυβικό είναι η διάσταση Χ και η επικάλυψη η διάσταση Υ (ορίζουµε την εγκάρσια επιφάνεια), Εικόνα 7.Εικόνα 7Ο ελέφαντας στην λογική της ισοδύναµης δεξαµενής.1.5 Για να καταλάβουµε γιατί το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 έφτασε στην εφαρµογή των οριακών τιµών, θα πρέπει να δούµε τι θα κάνει ο ελέφαντας αν δεν τις εφαρµόσουµε. Στα 0 χρόνια ο ελέφαντας θα κάτσει επάνω στην δεξαµενή και θα αρχίσει να την συµπιέζει. Στα 5 χρόνια κάποια Ca2+ θα καταναλωθούν (θα πηδήξουν έξω από την δεξαµενή) και άρα η πραγµατική/ωφέλιµη επικάλυψη µε pH >11.5 θα µειωθεί. Η διαδικασία θα συνεχιστεί µέχρι τα Τ=15 χρόνια. Στα 15 χρόνια ο ελέφαντας ετοιµάζεται να τραγουδήσει. Στα Τ=17 χρόνια δεν υπάρχει πλέον επικάλυψη µε pH>9 και ο ελέφαντας ξεκινάει το τραγούδι. Το τραγούδι έχει τίτλο, ξεκινάω να σας τρώω το σίδερο (διάβρωση οπλισµού), Εικόνα 8.Εικόνα 9 Το πρόβληµα του τραγουδιού του ελέφαντα που προσπαθεί να λύσει το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1.2Το Ελεφαντάκι, το Τσιµέντο, ο Μάστορας και η ΕπίβλεψηΠαρατηρώντας την εικόνα 5 θα διαπιστώσουµε ότι ενώ για την κατηγορία XS έχουµε οδηγίες και ως προς τον τύπου του τσιµέντου π.χ. CEM-II, III, IV εκτός Β-LL, κάτι αντίστοιχο δεν συµβαίνει µε την κατηγορία XC. Στην προηγούµενη παράγραφο επισηµάναµε ότι οι φάσεις CH και C-S-H είναι κατά κανόνα αυτές που παρέχουν τα Ca2+ που θα µας τα "φάει" ο ελέφαντας. Ο καθ. Βαγγέλης Παπαδάκης, σε µια πλειάδα δηµοσιεύσεων κατέληξε στο διάγραµµα της Εικόνας 10, για αρκετούς τύπους τσιµέντου και θεωρώντας ότι το ποσοστό του τσιµέντου (300 kg/m3), το Ν/Τ=0.45, το βάρος του ελέφαντα και η επικάλυψη των 30mm είναι όµοια για κάθε µείγµα. Η ανάλυση έγινε για Τ=50 χρόνια.1.6 Εικόνα 10Εκτίµηση βάθους ενανθράκωσης για τύπους τσιµέντου CEM I, II από το άρθρο S. Demis and V. Papadakis (2011) A Comparative Assessment of the Effect of Cement Type on Concrete Durability, 13th International Congress on the Chemistry of Cement.Στην εικόνα παρατηρούµε ότι κανένα από τα µείγµατα δεν θα ξεπεράσει την επικάλυψη των 30 mm. Εντούτοις, κάποιοι τύποι τσιµέντου εµφανίζονται να "αντέχουν" καλύτερα. Παραδείγµατος χάριν, το βάθος ενανθράκωσης για το CEM I, CEM-II/A-Q(6%), CEM II/A-S(6%) και CEM II/A-Τ(6%) είναι περίπου στα 15mm, ενώ για το CEM-II/Β-L (21%) στα 25mm. Οι κωδικοί των τύπων τσιµέντου και τα ποσοστά των Συµπληρωµατικών Τσιµεντοειδών Προσθέτων (Supplementary Cementitious MaterialSCM) δίνονται στο πρότυπο ΕΝ 197-1, Εικόνα 11.Εικόνα 11Οι τύποι τσιµέντου κατά το ΕΛΟΤ ΕΝ 197-1.Αρχικά µπορεί κάποιος να σκεφτεί, Αφού κανένα µείγµα δεν θα ξεπεράσει τα 30mm επικάλυψης είµαι ΟΚ1.7 ή και ακόµα, Αν µάλιστα εφαρµόζω το γράµµα του νόµου (ΕΝ 1990-2), που µου λέει να προσθέσω στην ελάχιστη επικάλυψη από το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 και ∆Cdev=1 mm είµαι SUPER, ασχέτως τύπου τσιµέντου. Η πραγµατικότητα, δυστυχώς, είναι κάπως διαφορετική από αυτή που "θεωρούµε" ότι µας δίνει ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1. Θεωρώντας κανονική κατανοµή για το πάχος επικάλυψης και πρωτοβάθµιο σύστηµα αξιοπιστίας (First Order Reliability Method), µπορούµε να εκφράσουµε την τιµή β ως β=µ/σ όπου σ είναι η τυπική απόκλιση και µ η µέση τιµή. Στην ουσία ο δείκτης αξιοπιστίας µας δίνει µια ένδειξη ποιότητας κατασκευής. Για να καταλάβουµε καλύτερα την σύνδεση µε την ποιότητα "κατασκευασιµότητας" ή αν θέλετε µε τον µάστορα που σιδερώνει και τον µηχανικό που επιβλέπει και τον τύπο του τσιµέντου θα πρέπει να ξεκινήσουµε να φτιάχνουµε κάποια σενάρια. Στο πρώτο σενάριο θεωρούµε ότι η µέση επικάλυψη είναι 30 mm και η τυπική απόκλιση 5 mm. Στο σενάριο αυτό β = 30/5 = 6 και θεωρούµε ότι ο συνδυασµός του µάστορα και του επιβλέποντα είναι ο καλύτερος (καλύτερη ποιότητα). Στο δεύτερο σενάριο θεωρούµε ότι η µέση επικάλυψη είναι 30 mm και η τυπική απόκλιση 10 mm (β=3) ας το ονοµάσουµε µέση ποιότητα. Στο τρίτο σενάριο θεωρούµε ότι η µέση επικάλυψη είναι 30 mm και η τυπική απόκλιση 15 mm (β=2) ας το ονοµάσουµε ανεκτή ποιότητα. Στο τελευταίο σενάριο θεωρούµε ότι η µέση επικάλυψη είναι 30 mm και η τυπική απόκλιση 25 mm (β=1,2) και ας το ονοµάσουµε "κου-κου-ρού-κου ποιότητα". Όλα τα σενάρια δίνονται στην Εικόνα 12. 0.09 β=6.0 β=3.0 β=2.0 β=1.20.08Probability Density0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 -60 -50 -40 -30 -20 -10 010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Επικάλυψη (mm) Εικόνα 12Ποιότητα "κατασκευασιµότητας" και επικάλυψη. Τα αρνητικά νούµερα στον άξονα Χ µπορούµε να θεωρήσουµε ότι δηλώνουν φωλιές σκυροδέτησης.1.8 Έχοντας τις κατανοµές της Εικόνας 12, µπορούµε τώρα να βρούµε την πιθανότητα αστοχίας για κάποιους από τους συνδυασµούς της Εικόνας 10. Τα αποτελέσµατα δίνονται στον Πίνακα 1α. Στους υπολογισµούς δεν έχουµε α) υπολογίσει την πιθανότητα ύπαρξης φωλιών ή αρνητική επικάλυψη και β) θεωρούµε ότι το βάθος ενανθράκωσης σαν απόλυτη τιµή (χωρίς κατανοµή). Πίνακας 1αΗ σχέση της ποιότητας "κατασκευασιµότητας", του τύπου του τσιµέντου και της πιθανότητας ενανθράκωσης. ΤΥΠΟΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ CEM- CEMCEMCEM- CEMCEMCEMCEMII/A-D II/AII/B-V II/A-P II/B-P II/A-Q II/B-Q II/A-M 6% V 6% 21% 6% 21% 6% 21% 6% ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΟ ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) στο τέλος των 50 ετών 16.38 16.00 21.42 16.76 22.43 15.63 21.05 16.26 ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (%) 0.32 0.26 4.31 0.40 6.50 0.20 3.67 0.30 8.66 8.08 19.54 9.28 22.45 7.54 18.54 8.47 18.19 17.53 28.37 18.87 30.69 16.90 27.54 17.98 29.29 28.77 36.57 29.82 38.10 28.27 36.02 29.13CEM -I15.25 β=6,0 β=3,0 β=2,0 β=1,20.16 7.01 16.27 27.76CEMII/Β-M 21% 20.67 3.10 20.67 26.70 35.45Αν τώρα θέσουµε σαν µέγιστη πιθανότητα την τιµή πχ 10%, η ενανθράκωση να ξεπεράσει την επικάλυψη, ο Πίνακας 1α µετατρέπεται στον Πίνακα 1β. Πίνακας 1βΗ σχέση της ποιότητας "κατασκευασιµότητας", του τύπου του τσιµέντου και µέγιστης πιθανότητας ενανθράκωσης 10%.CEM -I15.25 β=6,0 β=3,0 β=2,0 β=1,20.16 7.01ΤΥΠΟΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ CEM- CEM CEMCEM- CEMCEMCEMCEMII/A-D -II/AII/B-V II/A-P II/B-P II/A-Q II/B-Q II/A-M 6% V 6% 21% 6% 21% 6% 21% 6% ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΟ ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) στο τέλος των 50 ετών 16.38 16.00 21.42 16.76 22.43 15.63 21.05 16.26 ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (%) 0.32 0.26 4.31 0.40 6.50 0.20 3.67 0.30 8.66 8.08 9.28 7.54 8.47CEMII/Β-M 21% 20.67 3.10Με λίγα λόγια καταλήγουµε στο εξής συµπέρασµα, α) τα τσιµέντα CEM-II/B-V 21%, CEM-II/B-P 21%, CEM-II/B-Q 21%, CEM-II/Β-M 21% θα πρέπει να δουλεύονται µόνο κάτω από την καλύτερη δυνατή επίβλεψη και µε τεχνική επάρκεια, ή β) όλα τα τσιµέντα µας κάνουν (όπως διατυπώνεται στο ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1) αν και εφόσον δουλεύονται µόνο κάτω από την καλύτερη δυνατή επίβλεψη και µε τεχνική επάρκεια. και άρα η σκέψη "Αφού κανένα µείγµα δεν θα ξεπεράσει τα 30 mm επικάλυψης είµαι ΟΚ" έχει µεγάλη πιθανότητα να είναι λάθος. Με την ίδια λογική ας εξετάσουµε την δεύτερη σκέψη: "Αν µάλιστα εφαρµόζω το γράµµα του νόµου (ΕΝ 1990-2), που µου λέει να προσθέσω στην ελάχιστη επικάλυψη από το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 και ∆Cdev=10mm είµαι SUPER ασχέτως τύπου τσιµέντου". 1.9 Τα παραπάνω 4 σενάρια που κάναµε, κρατώντας τους ίδιους δείκτες αξιοπιστίας µετατρέπονται σε: Σενάριο 1ο ή β=6: Μέση επικάλυψη 40 mm και τυπική απόκλιση 6,66 mmΣενάριο 2ο ή β=3: Μέση επικάλυψη 40 mm και τυπική απόκλιση 13,33 mmοΣενάριο 3 ή β=2: Μέση επικάλυψη 40 mm και τυπική απόκλιση 20 mmοΣενάριο 4 ή β=1.2 : Μέση επικάλυψη 40 mm και τυπική απόκλιση 33,33 mm Όµοια µε παραπάνω καταλήγουµε στον Πίνακα 2α, ενω για επιτρεπόµενη πιθανότητα αστοχίας 10% στον Πίνακα 2β. Πίνακας 2αΗ σχέση της ποιότητας "κατασκευασιµότητας", του τύπου του τσιµέντου και της πιθανότητας ενανθράκωσης για την περίπτωση οριακή επικάλυψης +∆Cdev=10mm. ΤΥΠΟΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥCEMICEMCEMCEMCEMCEMCEMCEMCEMII/A-D II/A-V II/B-V II/A-P II/B-P II/A-Q II/B-Q II/A-M 6% 6% 21% 6% 21% 6% 21% 6% ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΟ ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) στο τέλος των 50 ετών15.2516.3816.00β=6,00.010.020.02β=3,03.173.823.598.174.069.373.387.76β=2,015.2516.3811.5117.6412.2618.9811.15β=1,222.8923.9323.5728.8624.2829.9023.23Πίνακας 2β21.4216.7622.4315.63CEMII/Β-M 21%21.0516.2620.67ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (%) 0.26 0.02 0.42 0.01 0.220.020.193.757.3517.1711.7616.6928.4823.8128.10Η σχέση της ποιότητας "κατασκευασιµότητας", του τύπου του τσιµέντου και της πιθανότητας ενανθράκωσης για την περίπτωση οριακή επικάλυψης +∆Cdev=10mm και πιθανότητα αστοχίας ≤10%. Τα γκρίζα κελιά ορίζουν "µη εφαρµογή". ΤΥΠΟΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥCEMICEMCEMCEMCEMCEMCEMCEMCEMII/A-D II/A-V II/B-V II/A-P II/B-P II/A-Q II/B-Q II/A-M 6% 6% 21% 6% 21% 6% 21% 6% ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΟ ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) στο τέλος των 50 ετών15.2516.3816.00β=6,00.010.020.02β=3,03.173.823.5921.4221.0516.2620.67ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (%) 0.26 0.02 0.42 0.01 0.220.020.193.757.358.1716.764.0622.439.3715.63CEMII/Β-M 21%3.387.76β=2,0 β=1,2Συγκρίνοντας τον Πίνακα 1β µε τον Πίνακα 2β παρατηρούµε ότι η ποιότητα "κατασκευασιµότητας" γίνεται πιο ανεκτική για το σύνολο των τσιµέντων ή αν θέλετε, όσο αυξάνουµε την επικάλυψη µπορούµε να γίνουµε λιγότερο απαιτητικοί όσον αφορά την ποιότητα "κατασκευασιµότητας" και τον τύπο του τσιµέντου. Στην πραγµατικότητα βέβαια το παραπάνω συµπέρασµα είναι παντελώς "παράνοµο" ή "αυθαίρετο". Η παρανοµία/αυθαιρεσία βρίσκεται στο ποσοστό αστοχίας 10% που ορίσαµε. Το ΕΝ 1990 (Ευρωκώδικας) για την ενανθράκωση ορίζει ένα δείκτη αξιοπιστίας β≥1,5 ή πιθανότητα αστοχίας ≤0,0668 (6.66%). Κάτω από αυτή την οριακή τιµή, ο Πίνακας 1β µετατρέπεται σε 1.10 ΤΥΠΟΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ CEMI15.25 β=6,0CEMCEMCEMCEMCEMCEMCEMCEMII/A-D II/A-V II/B-V II/A-P II/B-P II/A-Q II/B-Q II/A-M 6% 6% 21% 6% 21% 6% 21% 6% ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΟ ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) στο τέλος των 50 ετών 16.3816.000.160.320.2621.4216.7622.4315.63CEMII/Β-M 21%21.0516.2620.67ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (%) 4.31 0.40 0.20 3.670.303.10β=3,0 β=2,0 β=1,2και ο Πίνακας 2β σεCEM -I15.25 β=6,0 β=3,0 β=2,0 β=1,20.01 3.17ΤΥΠΟΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ CEM- CEMCEMCEM CEM- CEM- CEMCEMCEMII/A-D II/A-V II/B-V -II/A- II/B-P II/A-Q II/B-Q II/A-M II/Β-M 6% 6% 21% P 6% 21% 6% 21% 6% 21% ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΟ ΒΑΘΟΣ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (mm) στο τέλος των 50 ετών 16.38 16.00 21.42 16.76 22.43 15.63 21.05 16.26 20.67 0.02 3.820.02 3.59ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΝΘΡΑΚΩΣΗΣ (%) 0.26 0.02 0.42 0.01 0.22 4.06 3.380.02 3.750.19Με λίγα λόγια η θεώρηση, "κάθε τσιµέντο µας κάνει", βρίσκεται κάτω από την ανυπέρβλητη προϋπόθεση ότι η ποιότητα "κατασκευασιµότητας" είναι η καλύτερη δυνατή (β=6) και ότι τηρείται ευλαβικά το άθροισµα οριακή επικάλυψη +∆Cdev=10 mm. Για τους παραπάνω λόγους, σε ορισµένες χώρες όπως στην Σκωτία για παράδειγµα Εικόνα 13, το Εθνικό Παράρτηµα προτρέπει στην χρήση συγκεκριµένων τύπων τσιµέντου.Εικόνα 13Προτεινόµενη σύσταση τύπου τσιµέντου στο Σκωτσέζικο ΕΝ 206-1.1.11 Το µεγάλο ερώτηµα είναι τι συµβολίζει ή τι περιέχει το ρηµάδι το ∆Cdev=10 mm; Τα συστατικά του είναι, α)Ανοχές της διαµέτρου οπλισµού,β)Ανοχές των αποστατήρων,γ)Το γεγονός ότι η διάβρωση δεν θα ξεκινήσει στο pH ≤ 9,0 (πλήρη απώλεια των Ca2+ ) αλλά ξεκινάει απο το pH ≤ 10,5 (θα το δούµε στο δεύτερο µέρος),δ)Οτι το βάθος ενανθράκωσης δεν είναι οµοιόµορφο κατά το βάθος της επικάλυψης αλλά έχει και αυτό µια κατανοµή,ε)Οτι κάτι τρυπούλες αέρα και ρωγµούλες (Εικόνα 14) στην επιφάνεια δηλώνουν προβλεπόµενη απώλεια επικάλυψης. Αν η τρυπούλα ή η ρωγµούλα είναι µεγαλύτερη σε βάθος από 10 mm τα έχουµε κάνει µαντάρα και δεν µας "πιάνει" κανένας κανονισµός. Εκτός συναγωνισµού είµαστε επίσης αν βγάλουµε φωλιές ή µας καεί ο µοναδικός δονητής στο έργο, Εικόνα 15.ζ)Τα περιστέρια δεν µετράνε στην επικάλυψη. ∆εν υπάρχει διαβάθµιση κατά το ΕΛΟΤ ΕΝ 197-1, Εικόνα 16.Εικόνα 14Τα όρια του ∆Cdev=10 mm.Εικόνα 15Έχετε γεια βρυσούλες, λόγγοι, βουνά, ραχούλες...1.12 Εικόνα 163.Τα περιστέρια και η φωλιά τους δεν µετράνε στην επικάλυψη.Συµπεράσµατα 1ου Μέρους α)Το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 (ο ποιητής) προσπαθεί να µας δώσει τις διαστάσεις µιας δεξαµενής Ca2+ που θα µας φάει ο ελέφαντας (η ενανθράκωση).β)Ο ποιητής καταλαβαίνει την ενανθράκωση σαν δυναµική απώλεια ωφέλιµης επικάλυψης ή επικάλυψης µε pH > 11.5.γ)Ο ποιητής στην γραµµή 4 της Εικόνας 5, δεν µιλάει για ελάχιστη επικάλυψη της κατασκευής αλλά για ελάχιστη επικάλυψη του υλικού. Η ελάχιστη επικάλυψη της κατασκευής είναι η ελάχιστη του υλικού + 10 mm.δ)Ο ποιητής αδιαφορεί για την ποιότητα "κατασκευασιµότητας" και την θεωρεί ότι είναι πάντα η καλύτερη/ιδανική. Αν δεν µπορούµε να ακολουθήσουµε την θεώρηση αυτή, καλό είναι να διαλέξουµε ένα τσιµέντο που θα είναι πιο forgiving.ε)Αν τα παραπάνω τα βρήκατε αρκετά ενδιαφέροντα, το 2ο µέρος θα σας αρέσει περισσότερο. Αν δεν τα βρήκατε καθόλου ενδιαφέροντα (αδιάφορα) τότε µην διαβάσετε το 2ο µέρος.1.13 4.Βιβλιογραφία 1ου ΜέρουςPr- EN 1992-1-1. 2003. Euro code 2: Design of concrete structures. Part 1.1: General rules and rules for buildings Papadakis V G. Estimation of Concrete Service Life – The Theoretical Background, Patras Science Park, Patras, 2005 Papadakis, V.G. (2000), “Effect of supplementary cementing materials on concrete resistance against carbonation and chloride ingress”, Cement Concrete Res., 30(2), 291-299. Papadakis, V.G., Fardis, M.N. and Vayenas, C.G. (1991), “Fundamental modeling and experimental investigation of concrete carbonation”, ACI Mater. J., 88(4), 363-373. Richardson, M.G., Fundamentals of Durable Reinforced Concrete, Spon Press, London (2002). H. F.W. Taylor, Cement Chemistry, Tomas Telford Services, London, UK, 2nd edition, 1998. S. Kosmatka & W. Panarese (1988): Design and Control of Concrete Mixes, Portland Cement Association. M. Mamlouk & J. Zaniewski (1999): Materials for Civil and Construction Engineers, Addison Wesley Longman, Inc. ACI Committee 222, Protection of Metals in Concrete against Corrosion, ACI 222R-01, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, 2001. CEN EN 197-1, 2000. European Standard for Cement - Part 1: Composition, Specifications and ConformityCriteria for Common Cements, Brussels. Swamy, R.N., Holistic design: Key to sustainability in concrete construction, Structures & Buildings, 146, No.4, pp. 371-379. Mehta, P.K., Concrete Durability – 50 Years of Progress?, American Concrete Institute, Special Publication SP-126, pp. 1-31. Saetta, A.V., Schrefler, B.A., and Vitaliani, R.V., The carbonation of concrete and the mechanisms of moisture, heat and carbon dioxide flow through porous materials, Cement and Concrete Research Vol.23, pp.761-772, 1993.1.14 Απο την Ενανθράκωση στις Επικαλύψεις ή απο το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1/XC στο ΕΛΟΤ ΕΝ 1504-2 Βασικές Αρχές και Εξισώσεις που πρέπει να γνωρίζουµε Μέρος 1ο από 5: Η Ζυγαριά του Ελέφαντα1.Από το τσιµέντο, στα CH, C-S-H του σκυροδέµατος και στην διάµετρο της δεξαµενήςΓια να καταλάβουµε τον ρόλο των ένυδρων φάσεων CH, C-S-H ας ξεκινήσουµε από την εξίσωση του Βαγγέλη Παπαδάκη που εκτιµά το βάθος ενανθράκωσης,:(1) όπου XC [CO2] [CH] [CSH] De,CO2 tείναι το βάθος της ενανθράκωσης σε meters είναι η µοριακή συγκέντρωση του CO2 στον αέρα σε (mol/m3). είναι η συγκέντρωση του CH στο µείγµα του σκυροδέµατος σε (kg/m3). είναι η συγκέντρωση του C-S-H στο µείγµα του σκυροδέµατος σε (kg/m3). είναι η διαχυτότητα της ενανθρακωµένης φάσης του µείγµατος σε (m2/s) είναι ο χρόνος έκθεσης της ενανθράκωσης σε seconds (χρόνος ωφέλιµης ζωής µιας κατασκευής).H εξίσωση 1 µπορεί επίσης να γραφτεί υπό την µορφή:(2)όπου tc είναι ο χρόνος για να φτάσει η ενανθράκωση στο οπλισµό που απέχει απόσταση C (πάχος επικάλυψης). Μπορούµε να παρατηρήσουµε ότι ο αριθµητής της εξίσωσης 2, είναι στην ουσία οι διαστάσεις της δεξαµενής µας µε το C να παίζει τον ρόλο του ύψους της δεξαµενής και το ([CH]+3[C-S-H]) την διάµετρο. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι η επικάλυψη (ύψος δεξαµενής) είναι υψωµένη στο τετράγωνο ορίζοντας µε τον τρόπο αυτό την µεγάλη βαρύτητα της επικάλυψης στο θέµα. 2.1 Καθαρά εγκυκλοπαιδικά και χωρίς να µπούµε σε λεπτοµέρειες, µπορούµε να υπολογίσουµε τα ποσοστά CH, C-S-H. Ξεκινάµε λοιπόν από τα ποσοστά οξειδίων που έχουµε για να φτιάξουµε το τσιµέντο µας στο καµίνι. Τα ποσοστά αυτά δεν είναι κανένα top secret και δίνονται υποχρεωτικά από τους παραγωγούς τσιµέντου, εικόνα 1. Τα όρια των οξειδίων ορίζονται από το ΕΝ 197-1.(α)(β)2.2 (γ) Εικόνα 1Χηµική σύσταση οξειδίων για τον τύπο (α) CEM-I, (β) και (γ) CEM-II, CEM III. Τα όρια min, max συνδέονται µε τα όρια που δίνονται στο ΕΝ 197-1.Μέσα στο καµίνι (kiln), τα οξείδια αντιδρούν και καταλήγουν στην δηµιουργία τεσσάρων βασικών ορυκτολογικών συστατικών (γνωστές και σαν Φάσεις Bogue): πυριτικό τριασβέστιο, πυριτικό διασβέστιο, αργιλικό τριάσβέστιο και αργιλοσιδηρικό τετρασβέστιο. Συντοµογραφικά αυτά γράφονται κατά αντιστοιχία, C3S, C2S, C3A και C4AF. Σε µια απλοποιηµένη διατύπωση το οξείδιο τρισθενούς σιδήρου (Fe2O3) αντιδρά µε το οξείδιο του αλουµινίου (Al2O3) και το οξείδιο του ασβεστίου (CaO) για να σχηµατίσει αργιλοσιδηρικό τετρασβέστιο. Το υπόλοιπο οξείδιο του αλουµινίου αντιδρά µε το οξείδιο του ασβεστίου για να σχηµατίσει αργιλικό τριάσβέστιο. Το οξείδιο του ασβεστίου (CaO) αντιδρά µε το οξείδιο του πυριτίου (SiO2) και σχηµατίζει δύο φάσεις πυριτικού ασβεστίου (πυριτικό τριασβέστιο και πυριτικό διασβέστιο). Οι βασικές ιδιότητες των τεσσάρων φάσεων είναι οι εξής:: Πυριτικό Τριασβέστιο - C3S Το C3S ενυδατώνεται και σκληραίνει πολύ γρήγορα και είναι υπεύθυνο για την αρχική πήξη και την ανάπτυξη πρώιµων αντοχών. Τα κύρια χαρακτηριστικά της φάσης είναι, • Το κυριότερο συστατικό του clinker στο τσιµέντο, συνήθως περισσότερο από 50% κ.β. • Ανθεκτική ένωση σε παρουσία θείου • Το 25% του προστιθέµενου νερού στο σκυρόδεµα ενώνεται και αντιδρά κατά τη διεργασία ενυδάτωσης του C3S. • Ταχεία ανάπτυξη αντοχής (C3S αντιδρά ταχύτερα από το C2S) • Μεγάλη συνεισφορά στην τελική αντοχή2.3 Πυριτικό ∆ιασβέστιο - C2S • Το δεύτερο από πλευράς περιεκτικότητας συστατικό του clinker, που κυµαίνεται από 10-60% • Αργή ανάπτυξη αντοχής – Το C2S αντιδρά πιο αργά από το C3S • Το C2S ενυδατώνεται και σκληραίνει πολύ αργά και συµβάλλει κατά κύριο λόγο στην αύξηση της αντοχής µετά την πάροδο µιας εβδοµάδας περίπου από την έναρξη της ενυδάτωσης. • Συµµετέχει σηµαντικά στην τελική αντοχή • Το 20% του προστιθέµενου νερού ενώνεται και αντιδρά κατά τη διεργασία ενυδάτωσης του C2S Αργιλικό Τριασβέστιο - C3A • Η περιεκτικότητά του στο clinker κυµαίνεται µεταξύ 3-10% • Έχει µικρή συνεισφορά στην ανάπτυξη αρχικής αντοχής (early strength) • Χαµηλή συµβολή στην τελική αντοχή • 40-210% του βάρους του προστιθέµενου νερού χρησιµοποιείται κατά την ενυδάτωση του C3Α Αργιλοσιδηρικό Τετρασβέστιο - C4AF • Κυµαίνεται µεταξύ 5-10% στο τσιµέντο • Έχει µικρή συµµετοχή στην ανάπτυξη αντοχής • 37-70 του βάρους % του προστιθέµενου νερού καταναλώνεται κατά την ενυδάτωσή του Για να βρούµε τα θεωρητικά τα ποσοστά των βασικών συστατικών κάνουµε χρήση των εξισώσεων Bogue, α) για την περίπτωση που %Al2O3 / %Fe2O3 ή Α/F >=0,64 %C3S = 4.0710 %CaO -7.6024 %SiO2 -1.4297 %Fe2O3 - 6.7187 %Al2O3-2,852% SO3 %C2S = 2,867 SiO2 - 0,7544 C3S %C3A = 2,6504 Al2O3 - 1,6920 Fe2O3 %C4AF = 3,0432Fe2O3 και β) για την περίπτωση που Al2O3 / Fe2O3 ή Α/F <0,64 %C3S = 4,0710 %CaO -7,6024 %SiO2 - 2,859 %Fe2O3 - 4,479 %Al2O3 - 2,852 SO3 %C2S = 2,867 %SiO2 - 0,7544 %C3S %C3A = 0 %C4AF = 2,10 %Al2O3 + 1,702 %Fe2O3 Όταν λοιπόν έχουµε την χηµική σύσταση του τσιµέντου από τον παραγωγό, π.χ. Εικόνα 2, µπορούµε να εκτιµήσουµε τις φάσεις Bogue. 2.4 Εικόνα 2Χηµική σύσταση ενός CEM II/A-P 42.5 R.Με τις εξισώσεις Bogue µπορούµε εύκολα να κατατάξουµε της κατηγορίες των τσιµέντων που αναφέρονται στο ΕΝ 197-1 σε σχέση µε τις φάσεις Bogue, Πίνακας 2. Κατηγορία Τσιµέντου CEM -I CEM-II CEM -III CEM - IV CEM-VC3S (%) 50-65 45-65 55-65 35-45 40-65C2S(%) 10-30 7-30 5-25 28-35 15-30C3A(%) 6-14 2-8 5-12 3-4 1-5C4AF(%) 7-10 10-12 5-12 11-18 10-17Για να συνδέσουµε τις ορυκτολογικές φάσεις µε τα ποσοστά CH, C-S-H, θα πρέπει να δούµε τις εξισώσεις ενυδάτωσης των φάσεων που µας ενδιαφέρουν στην ενανθράκωση (δεξαµενή Ca2+). Αυτές είναι: 2C3S+6H → C3S2H3 (C-S-H) + 3CH 2C2S+4H → C3S2H3 (C-S-H) + CH 2.5 Η διαδικασία της ενυδάτωσης σε σχέση µε τον χρόνο της ενυδάτωσης για τσιµέντο τύπου CEM-I δίνεται ενδεικτικά στην εικόνα 3. Πολύ απλοποιηµένα µπορούµε να θεωρήσουµε ότι κατά την ενυδάτωση του τσιµέντου Portland (CEM-I) το ποσοστό C-S-H θα είναι 50-60% και το CH θα είναι το 20-25% του όγκου του ξηραµένου τσιµεντοπολτού.Εικόνα 3νδεικτική δυναµική δηµιουργία φάσεων ενυδάτωσης για CEM-I.Ο υπολογισµός των ένυδρων φάσεων σε ποσοστά ή και kg/m3 είναι µια αρκετά πολύπλοκη διαδικασία. Υπάρχουν κάποιες αναλυτικές εξισώσεις καθώς και πολύπλοκα υπολογιστικά µοντέλα πχ. Virtual Cement and Concrete Testing Laboratory (VCCTL) απο την NIST. Στο άρθρο αυτό θα δούµε κάποιες πολύ απλές αναλυτικές εξισώσεις για την κατηγορία CEM II που συνήθως χρησιµοποιούνται στα έργα. Για τα τσιµέντα τύπου CEM II/A-D (πυριτικής παιπάλης) CH = 0.29C - 1.62SF CSH= 0.57C + 2.49SF όπου C= κιλά τσιµέντο στο κυβικό και SF= κιλά πυριτικής παιπάλης στο κυβικό. ∆ηλαδή όταν έχουµε, πχ 300 kg/m3 τσιµέντο CEM II/A-D-6% στην ουσία έχουµε 282 kg/m3 κλίνκερ και 18 kg/m3 πυριτική παιπάλη και άρα στο σκληρυµένο σκυρόδεµα θα έχουµε: CH= 0.29C - 1.62SF = 0.29 (282) - 1.62 (18) = 110,9 kg/m3 Υδροξείδιο του ασβεστίου CSH=0.57C + 2.49SF = 0.57 (282) +2.49 (18) = 205,5 lgr/m3 Ένυδρο πυριτικό ασβέστιο και άρα η δεξαµενή µας θα έχει διάµετρο: 0.33[CH] + 0.214[C-S-H] = 0.33(110.9) + 0.214(205.5) = 80,57 kg/m3 Για τα τσιµέντα τύπου CEM II/A-P/B-P/A-Q/B-Q (ποζολανικά): CH = 0.30C - 1.30FL CSH = 0.57C + 1.25FL 2.6 όπου C= κιλά τσιµέντο στο κυβικό και FL= κιλά της ποζολάνης στο κυβικό. ∆ηλαδή όταν έχουµε, πχ 300 kg/m3 τσιµέντο CEM II/B-P 21% στην ουσία έχουµε 237 kg/m3 κλίνκερ και 63 kg/m3 ποζολάνη και άρα στο σκληρυµένο σκυρόδεµα θα έχουµε, CH = 0.30C - 1.30FL = 0.30(237) -1.30(63) = -10.80 kg/m3 Υδροξείδιο του ασβεστίου CSH = 0.57C + 1.25FL = 0.57(237)+1.25(63) = 213.84 kg/m3 Ένυδρο πυριτικό ασβέστιο και άρα η δεξαµενή µας θα έχει διάµετρο: 0.33[CH] + 0.214[C-S-H] = 0.33(-10.8) + 0.214(213.54 )= 42.13 kg/m3 Για τα τσιµέντα τύπου CEM II/A-V/B-V/A-W/B-W (ιπτάµενης τέφρας): CH = 0,29C - 0.50 FH CSH = 0,57C + 0.79 FH FH = κιλά της ιπτάµενης τέφρας στο κυβικό. ∆ηλαδή, η εικόνα 10 του πρώτου µέρους, χονδρικά µπορεί να αποδοθεί όπως φαίνεται στην εικόνα 4.Εικόνα 4∆ιαβάθµιση των τύπων τσιµέντου υπό µορφή διαµέτρου δεξαµενής Ca2+.Σχεδόν µπακαλίστικα µπορούµε να πούµε ότι αν έχουµε διάµετρο δεξαµενής µεγαλύτερη από 55 kg/m3 είµαστε o.k. (θυµηθείτε εδώ το µέρος Α που µιλάγαµε για ποιότητας "κατασκευασιµότητας"). Αυτό που εύκολα παρατηρούµε είναι ότι στις παραπάνω εξισώσεις για τα CH, C-S-H, λείπει η ποσόστωση του νερού στο µείγµα. Η απάντηση είναι ότι η ενυδάτωση του τσιµέντου στο µείγµα είναι πλήρης για τιµές που υπολείπονται σηµαντικά των ποσοστών που συνήθως χρησιµοποιούνται, π.χ. Ν/Τα > 0,45. Μπορούµε κάλλιστα να δούµε στην εικόνα 2 ότι το water demand του τσιµέντου CEM II/A-P 42.5 R είναι µόλις 27,84%. Το εύλογο ερώτηµα είναι: αφού µε τα 55 kg/m3 γιατί το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 µας δίνει ελάχιστες ποσότητες τσιµέντου; Π.χ. στην κατηγορία ΧC2 ζητάει ≥ 300 kg/m3 ενώ µπορούµε µε 270 kg/m3 CEM II/A-D-6% να πάρουµε δεξαµενή 55 kg/m3.2.7 Η απάντηση είναι απλή. Το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 "δεν βλέπει" την επίδραση του τσιµέντου στην διάµετρο της δεξαµενής. Λαϊκά θα µπορούσαµε να πούµε ότι για την κατηγορία XC τα βάζει όλα στο ίδιο σακούλι ή, ακόµα καλύτερα, στην κατηγορία XC είναι περισσότερο περιγραφικό (descriptive). Μια άλλη απάντηση είναι ότι δεν είναι όλοι οι τύποι τσιµέντου εµπορικά διαθέσιµοι σε κάθε χώρα. Στην Ελλάδα για παράδειγµα έχουµε CEM II/B-M (P-W-L) 42,5 N CEM II/A-P 42,5 N CEM II/B-P 32,5 N CEM II/B-M (P-L) 32,5 N CEM II/A-L 42,5 N CEM I 42,5 R CEM I 52,5 N Προσοχή: Το ότι δεν είναι όλοι οι τύποι διαθέσιµοι δεν σηµαίνει ότι δεν µπορούµε να φτιάξουµε τα πάντα! Το κάθε παρασκευαστήριο µπορεί να φτιάξει την δική του "σαλάτα" οξειδίων και άρα CH, C-S-H και άρα δεξαµενή χρησιµοποιώντας συνδυασµούς από τους διαθέσιµους τύπους. Το "γιατί δεν το κάνει;" είναι µια άλλη συζήτηση που περιέχει σωρεία οικονοµικών, ιστορικών, ψυχολογικών και ψυχοσωµατικών παραγόντων.2.Από την διάµετρο της δεξαµενής στις κατηγορίες XCΟι περισσότεροι γνωρίζουµε ότι υπάρχουν τέσσερις διαβαθµίσεις της κατηγορίας XC για το οπλισµένο σκυρόδεµα. Για κάποιο λόγο έχει επικρατήσει η λογική να αναφερόµαστε σε στοιχεία κατασκευών ως εξής: XC1 - Σκυρόδεµα εσωτερικών χώρων µε χαµηλή υγρασία αέρα, σκυρόδεµα µόνιµα βυθισµένο σε νερό XC2 - Επιφάνειες σκυροδέµατος εκτεθειµένες σε µακροχρόνια επαφή µε νερό, πολλές θεµελιώσεις XC3 - Σκυρόδεµα εσωτερικών χώρων µε µέτρια ή υψηλή υγρασία αέρα, σκυρόδεµα εξωτερικών χώρων προφυλαγµένο από την βροχή XC4 - Επιφάνειες σκυροδέµατος εκτεθειµένες σε επαφή µε νερό, εκτός κατηγορίας έκθεσης XC2 Ας δούµε τι σηµαίνει κάθε διαβάθµιση χωριστά σε σχέση µε την υγρασία, XC1 - Σκυρόδεµα εσωτερικών χώρων µε χαµηλή υγρασία αέρα: 45% ≤ RH < 65%. XC1 - Σκυρόδεµα µόνιµα βυθισµένο σε νερό: RH ≥98% XC2 - Σκυρόδεµα εκτεθειµένο σε µακροχρόνια επαφή µε νερό: 90% ≤ RH < 98% XC3- Σκυρόδεµα εσωτερικών χώρων µε µέτρια ή υψηλή υγρασία αέρα:- 65% ≤ RH < 85% XC3- Σκυρόδεµα εξωτερικών χώρων προφυλαγµένο από την βροχή: 65% ≤ RH < 85% XC4 - Σκυρόδεµα εκτεθειµένο σε κυκλική επαφή µε νερό: 75% ≤ RH < 90%2.8 Ας ξεχάσουµε για λίγο τους εσωτερικούς/εξωτερικούς χώρους,, τους κύκλους, αν είναι πυλωτή, τον υδροφόρο κλπ και ας συγκεντρωθούµε στα ποσοστά υγρασίας ανά διαβάθµιση. Για να το κάνουµε αυτό χρησιµοποιούµε την παράµετρο της διαχυτότητας που είδαµε στην εξίσωση 1 και που εκφράζεται: µε βάση την σχέση:(3) Για να καταλάβουµε την εξίσωση 3 σταδιακά και να µην τα µπλέξουµε στο µυαλό µας, θα την γράψουµε υπό την µορφή:(4) όπου Α είµαι µια σταθερά ίσον µε την µονάδα και RH είναι η σχετική υγρασία. Στην εικόνα 5 µπορούµε να δούµε πλέον την επίδραση των διαβαθµίσεων στην διαχυτότητα.Η ∆ιαβάθµιση του ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 για XC 0.30 XC3XC1-AXC2Απλοιποιηµένη ∆ιαχυτότητα0.25 XC1-B XC4 0.200.150.100.050.00 40Εικονα 54550556065707580859095100105Ποσοστό Σχετικής Υγρασίας (%) ∆ιαβάθµιση κατηγοριών XC µε την σχετική υγρασία.Στην εξίσωση 2 έχουµε την διαχυτότητα στον παρανοµαστή. Με λίγα λόγια όσο µεγαλύτερη τιµή έχει η διαχυτότητα τόσο µικρότερο χρόνο έχουµε για να φάει ο ελέφαντας τα Ca 2+. Θυµάστε τι είπαµε στο πρώτο µέρος; 2.9 Το αέριο CO2 (gas) για να αντιδράσει µε τα συστατικά του τσιµέντου πρέπει πρώτα να διαλυθεί σε νερό για να σχηµατίσουν ανθρακικά ιόντα. Το πόσο όµως αέριο CO2 (gas) θα περάσει στον πόρο του σκυροδέµατος για να αντιδράσει εξαρτάται και από την υγρασία στον πόρο. Η υγρασία µε λίγα λόγια έχει διπλό ρόλο. Από την µια βοηθάει στην διάλυση του CO2 (gas) και από την άλλη "µπλοκάρει" το CO2 (gas) να περάσει στον πόρο. Ας ξεκινήσουµε από τα βασικά,Το µόριο του CO2(gas) µόριο του νερούέχει διαστάσειςπου έχει διαστάσειςκαι είναι πιο µεγάλο (χονδρό) από το.Ας φέρουµε στο µυαλό µας τα club που έχουν πόρτα (face control). Το δικό µας club έχει την φωτεινή επιγραφήΕικόνα 6Το club µας. By the way, το club αυτό υπάρχει στην πραγµατικότητα και είναι στην ∆ιεύθυνση Boulevard 1, 33613 Bielefeld στην Γερµανία και γίνεται της κακοµοίρας.Στο club αυτό, µερικά από τα κορίτσια (H2O) είναι ήδη µέσα (υγρασία στους πόρους) και τα υπόλοιπα (υγρασία περιβάλλοντος) µαζί µε τους µαντραχαλάδες (CO2) κάνουν ουρά έξω από την πόρτα, εικόνα 7α. Το face control αφήνει να περάσουν όσοι χωράνε, εικόνα 7β. Αφού γίνουν οι σχετικές "συστάσεις" ξεκινάει αυτό που συνήθως οι ειδικοί στις σχέσεις ονοµάζουν "χηµεία" ή επιστηµονικότερα η "ζευγαροποίηση" εικόνα 7γ. Το συγκεκριµένο club έχει ένα επίπεδο και το άσµα "µια γυναίκα 2 άντρες κοµπολόι δίχως χάντρες" δεν παίζει ή CO2 (gas) + H2O. Η "σχέση" θα συνεχιστεί και µετά τα "σχετικά" θα βγούνε τα ...... κουτσούβελα (HCO3-) Τα κουτσούβελα για να µεγαλώσουν θα φάνε τα Ca2+ εικόνα 7δ..2.10 Εικόνα 7αΆνοιξε πέτρα (σκυρόδεµα) να κλειστώ (στο club) ήλιος να µη, ήλιος να µη µε βλέπει (διότι άµα µε δει θα µου πάρει τα κορίτσια/εξάτµιση). Μετατροπή του γνωστού άσµατος του Λευτέρη Παπαδόπουλου και του Μίµη Πλέσσα. Η περιοχή µε το κίτρινο χρώµα είναι το τοίχωµα του πόρου που περιέχει τα Ca 2+. Μερικά κορίτσια (υγρασία) πόρου κάθονται ακριβώς στο τοίχωµα.Εικόνα 7β∆ιάλογος. Πόρτα. Αφεντικό δεν χωράνε όλοι είναι και πολλοί και χονδροί, µπούκωσε το µαγαζί. Αφεντικό. Άσε τους άλλους απέξω......Εικόνα 7γΤα ζευγαράκια της .....Αγίας Παρασκευής.2.11 Εικόνα 7δΤα κουτσούβελα.Εικόνα 7εΤα κουτσούβελα ξεκινάνε την µάσα.Την ∆ευτέρα το club δεν έχει πολλά κορίτσια αλλά το στρατόπεδο στην περιοχή έδωσε βραδινή έξοδο στους φαντάρους, εικόνα 8. Οι χρήση των φαντάρων εξηγείται λίγο παρακάτω. Εφόσον το club είναι σχεδόν άδειο θα µπούνε πολλά αγοράκια και θα ζευγαρώσουν µε όλα σχεδόν τα κοριτσάκια, θα κάνουνε πολλά κουτσουβελάκια που θα φάνε πολλά ιοντάκια. Η ∆ευτέρα λοιπόν είναι η διαβάθµιση XC1 - Σκυρόδεµα εσωτερικών χώρων µε χαµηλή υγρασία αέρα - 45%≤RH<65%.(α) ( β)2.12 (γ) Εικόνα 8( δ)Οι φαντάροι έχουν βραδινή έξοδο αλλά τα κορίτσια της υγρασίας περιβάλλοντος λίγα.Την Τρίτη αποφάσισαν όλα τα κορίτσια να κάνουν Ladies Night Out, εικόνα 9. Το στρατόπεδο δεν δίνει έξοδο. Πολύ λίγα αγόρια περνάνε την είσοδο, ζευγαρώνουν και κάνουν φαγανά κουτσουβελάκια, XC1 - Σκυρόδεµα µόνιµα βυθισµένο σε νερό - RH ≥ 98%, εικόνα 9.((α)(γ) Εικόνα 9β)(δ)Ladies Night OutΤην Τετάρτη έχουµε πάλι Ladies Night Out αλλά µε ηλικίες +30 ετών. Το στρατόπεδο δεν δίνει έξοδο. Σε σχέση µε την διαβάθµιση XC1- Σκυρόδεµα µόνιµα βυθισµένο σε νερό - RH ≥ 98% λίγα περισσότερα αγοράκια θα περάσουν, κλπ. Σκυρόδεµα εκτεθειµένο σε µακροχρόνια επαφή µε νερό 90% ≤ RH < 98%. Με τον παραπάνω τρόπο µπορούµε να αποτυπώσουµε κάθε διαβάθµιση στο ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1. Στη ουσία δηλαδή από την µία τα κορίτσια βοηθάνε (υγρασία στου πόρους) και από την άλλη τα κορίτσια (υγρασία περιβάλλοντος) περιορίζουν την ενανθράκωση κοινώς, "της γυναίκας η καρδιά είναι µια άβυσσος πότε κόλαση και πότε ο παράδεισος". Ο περιορισµός δίνεται στην εικόνα 10 (δηλαδή η δυνατότητα να περάσουν τα αγοράκια στο club είναι σταθερή µέχρι 52% RH και από εκεί και πέρα πέφτει όσο αυξάνονται τα κοριτσάκια στο περιβάλλον.2.13 Εικόνα 10Ο ρόλος των κοριτσιών στην διαχυτότητα του CO2.Είναι προφανές ότι σε κάθε έργο µπορεί κάποιος να καταλήξει και στις 4 διαβαθµίσεις XC. To να προδιαγράψεις όµως για την θεµελίωση την δεξαµενή Α, για τα περιµετρικά υποστυλώµατα την δεξαµενή Β και για τις εσωτερικές πλάκες την δεξαµενή Γ, αυτόµατα µετατρέπει την διαδικασία σε γρίφο/παρωδία. Η παρωδία οφείλεται στο γεγονός ότι το ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1 µαζί µε τις στήλες διαµέτρου και ύψους δεξαµενής βάζει και κατηγορία θλιπτικής αντοχής σκυροδέµατος, εικόνα 11.Μια εξήγηση του γρίφου µπορεί να είναι η λογική κάτσε να τα κάνω ακόµα πιο απλά ή κάτσε να βάλω µια ασφαλιστική δικλείδα ασφάλειας ώστε να ελέγξω και λίγο τα παρασκευαστήρια. Μια άλλη εξήγηση µπορεί να είναι πιθανολογική, δηλαδή αν βάλεις ελάχιστο τσιµέντο Χ και µέγιστο νερό Ψ δύσκολα θα πάρεις θλιπτική αντοχή µικρότερη από την ελάχιστη. Όπως και να έχουν τα πράγµατα στο µυαλό µας δεν θα πρέπει να συνδέονται.2.14 3.Το µέγεθος του Club ElephantΠροφανώς υπάρχουν club µικρά, µέτρια και µεγάλα σε µέγεθος. Το µέγεθος του club δεν είναι τίποτα άλλο από το µέγεθος του πορώδους του σκυροδέµατος (η τρύπια δεξαµενή που είπαµε στο πρώτο µέρος). Ας ξαναπιάσουµε λίγο την εξίσωση 3:εδώ έχουµε τις παραµέτρους: ecπορώδες ενανθρακωµένης ζώνης υπό µορφή κυβικών αέρα στο κυβικό του σκληρυµένου σκυροδέµατος (air m3/m3),eairποσοστό αέρα που έχουµε εγκλωβίσει στο µείγµα συνήθως επίτηδες (entrapped air m3/m3),Αο όγκος των αδρανών µας (kg/m3)dAη πυκνότητα των αδρανών (kg/m3).Άρα το πρώτο µέρος της εξίσωσης 3 γίνεται:και µας δίνει το µέγεθος του Club Elephant. Θα αναρωτηθείτε γιατί χρησιµοποιούµε την παράµετρο πορώδες ενανθρακωµένης ζώνης. Η απάντηση είναι απλή. Θεωρούµε ότι η πρώτη εξωτερική φέτα της επικάλυψης ελάχιστου πάχους (dC) ενανθρακώνεται αµέσως πχ σε µία εβδοµάδα, άρα οι κρύσταλλοι που σχηµατίζονται µειώνουν το πορώδες και άρα τα αγόρια και τα κορίτσια για να µπουν club θα περάσουν αναγκαστικά από αυτή την πόρτα. Το µέγεθος της πόρτας αυτής εξαρτάται από τα κιλά τσιµέντου, το τύπο του τσιµέντου και το νεράκι: . Για τα τσιµέντα τύπου CEM II/A-D (πυριτικής παιπάλης):(5)πχ 300 kg/m3 CEM II/A-D-6% και W=150 kg/m3 (δηλαδή λόγο νερού προς τσιµέντο =0.5) µας δίνει (150 kg/m3 - 0,267(282 kg/m3) - 0,0278 (18 kg/m3))/1000 = 0,074 kg/m3 Αν βάζαµε π.χ. 300 kg/m3 CEM II/A-D-6% και W=170 kg/m3 (δηλαδή λόγο νερού προς τσιµέντο =0,56) θα είχαµε 0.094 kg/m3.2.15 Για τα τσιµέντα τύπου CEM II/A-P/B-P/A-Q/B-Q (ποζολανικά) η εξίσωση αλλάζει και έχουµε:(6) πχ 300 kg/m3 CEM II/B-P 21% και W=150 kg/m3 (δηλαδή λόγο νερού προς τσιµέντο =0.5) µας δίνει 0.075 kg/m3. Για τα τσιµέντα τύπου CEM II/A-V/B-V/A-W/B-W (ιπτάµενης τέφρας): (7) Για τις παραµέτρους Α, dA ας τις κρατήσουµε στο µυαλό µας καθαρά αλγεβρικά και δεν θα µπούµε σε µεγαλύτερη ανάλυση στο άρθρο αυτό. Να θυµάστε µόνο ότι το πορώδες ορίζεται κατά βάση από τα κιλά του τσιµέντου και το Ν/Τ. Αφού µάθαµε πως να εκτιµούµε το πορώδες ας δούµε τώρα και τι είναι πορώδες. Το σκυρόδεµα περιέχει σκληρυµένο τσιµεντοπολτό, τα αδρανή µας και αέρα κοπανιστό. Ο κοπανιστός αέρας είναι διαβαθµισµένος σε πέντε µεγέθη, εικόνα 12.Εικόνα 12Τα 5 µεγέθη του πορώδους.Το να τα µετρήσουµε και να τα υπολογίζουµε αναλυτικά τα ποσοστά κάθε διαβάθµισης γίνεται µε χρήση µικροσκοπίων, ξεκινώντας από τα οπτικά και καταλήγοντας στα ατοµικά (AFM). Ενδεικτικά η διαβάθµιση των πόρων δίνεται στην Εικόνα 13.2.16 (α)(β)(δ) (γ)(ε) Εικόνα 13∆ιαβάθµιση των πόρων.Courtesy of Prof. Dr. M. Setzer, UGE - IBPMΚαι τα 5 είδη των πόρων συνδέονται µεταξύ τους µέσω ενός δικτύου (porosity network), όπως ενδεικτικά φαίνεται στην εικόνα 14.2.17 Εικόνα 14Το δίκτυο των πόρων.Φανταστείτ
Εισάγετε το όνομά σας. *
Εισάγετε το e-mail σας. *
Μήνυμα
Κάντε ένα σχόλιο για το άρθρο. Το μήνυμα σχολίου σας θα δημοσιοποιηθεί μετά από έγκριση από την αρμόδια Επιτροπή.
*

Σφάλμα

Εισάγετε το όνομά σας.

Σφάλμα

Εισάγετε το e-mail σας.

Σφάλμα

Εισάγετε μήνυμα σχολίου.

Σφάλμα

Προέκυψε ένα λάθος κατά την αποστολή του σχολίου σας, παρακαλώ δοκιμάστε ξανά αργότερα.

Μήνυμα

Το μήνυμα σχολίου απεστάλη επιτυχώς. Θα δημοσιευτεί το συντομότερο δυνατό μετά την έγκριση του από την αρμόδια Επιτροπή.