Βελτιστοποίηση σχεδιασμού, παραγωγής και χρήσης μειγμάτων αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος σε βιομηχανική κλίμακα στην Ελλάδα
Authors: Γεωργιάδης Άγγελος 
Published: January 2014

Συγκεκριμένοι τύποι σκυροδέματος που απαιτούν μικρή έως ελάχιστη δόνηση μετά την διαδικασία της χύτευσης στους ξυλότυπους χρησιμοποιούνταν στην Ευρώπη από τις αρχές της δεκαετίας του 70, υποδεικνύοντας την ανάγκη της εξέλιξης του σκυροδέματος ως δομικό υλικό. Το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα αναπτύχθηκε τελικά στα τέλη της δεκαετίας του 80 στην Ιαπωνία για να υιοθετηθεί στην συνέχεια από διάφορες Ευρωπαϊκές χώρες στα μέσα της δεκαετίας του 90. Ο όρος αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα (ΑΣΣ) αναφέρεται σε ένα νέο, ειδικό τύπο σκυροδέματος που χαρακτηρίζεται από υψηλή αντίσταση σε φαινόμενα απόμειξης και την δυνατότητα συμπύκνωσης χωρίς την απαίτηση ύπαρξης δονητών μάζας. Το ΑΣΣ διαφοροποιείται από το συμβατικό σκυρόδεμα καθώς χαρακτηρίζεται από αυξημένες ποσότητες υδραυλικών/ποζολανικών υλικών και συμπεριλαμβάνει ποσότητες ενός ή περισσοτέρων χημικών προσμίκτων στην σύνθεσή του (π.χ. ρευστοποιητή, επιβραδυντή, μειωτή νερού, ρυθμιστή ιξώδους). Οι ιδιαιτερότητες αυτές της σύνθεσης του ΑΣΣ εξασφαλίζουν στα αντίστοιχα μείγματα υψηλή ρευστότητα επιτρέποντας κατά περιπτώσεις την σκυροδέτηση πολύπλοκων και πυκνά οπλισμένων κατασκευών με βέλτιστα αποτελέσματα. Επιπρόσθετα οφέλη που προκύπτουν από την ικανότητα αυτοσυμπύκνωσης του ΑΣΣ αποτελούν, η μείωση του χρόνου εργασίας, η ελαχιστοποίηση της διαδικασίας σκυροδέτησης και διάστρωσης, και η εκμηδένιση του επιβλαβούς θορύβου που προκύπτει από την λειτουργία του μηχανισμού δόνησης του συμβατικού σκυροδέματος καθιστώντας τελικά την χρήση του ΑΣΣ επικερδή επένδυση. Παρ’ όλα αυτά η χρήση του ΑΣΣ στον Ελληνικό χώρο της τεχνολογίας σκυροδέματος δεν έχει ευρέως διαδοθεί καθώς το υλικό παρουσιάζει δυσκολίες στην παρασκευή του. Η διαπίστωση αυτή αφορά περισσότερο την μηδενική ανοχή του υλικού σε σχέση με παράγοντες, οι τιμές των οποίων παρουσιάζουν ευρεία διακύμανση στο πεδίο του έργου. Το γεγονός αυτό είναι ιδιαίτερης σημασίας καθώς αυτού του είδους η συμπεριφορά συνεπάγεται διαφοροποίηση των χαρακτηριστικών του νωπού σκυροδέματος με δυσμενείς συνέπειες για την μετέπειτα ποιότητα των κατασκευών. Για τον λόγο αυτό στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναπτύσσεται μια μεθοδολογία για τον σχεδιασμό, την παρασκευή αλλά και τον έλεγχο μειγμάτων ΑΣΣ, με βάση την οποία τα μείγματα σκυροδέματος σχεδιάζονται και παρασκευάζονται πρώτα σε κονίαμα. Η μέθοδος παρουσιάζει ιδιαίτερη ευελιξία στην εφαρμογή της και διαφοροποιείται από τις μέχρι στιγμής προτεινόμενες μεθόδους σε βασικά ζητήματα επιτρέποντας την παρασκευή αυτοσυμπυκνούμενων σκυροδεμάτων χαμηλότερων κατηγοριών αντοχής που ανταποκρίνεται στην ζήτηση του σύγχρονου κατασκευαστικού χώρου. Κατ’ αυτόν τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα της χρησιμοποίησης του ΑΣΣ κατόπιν σχεδιασμού σε συνήθη οικοδομικά έργα χωρίς το υλικό να αποτελεί λύση εξειδικευμένων μόνο εφαρμογών. Η επιτυχημένη εφαρμογή της μεθόδου οδήγησε στην συνέχεια της διατριβής στην παρασκευή δύο σειρών μειγμάτων ΑΣΣ με ικανοποιητικό βαθμό αξιοπιστίας. Τις σειρές των μειγμάτων ΑΣΣ διαχώριζαν τα διαφορετικά υλικά που τα συνέθεταν και πιο συγκεκριμένα ο τύπος και η ποσότητα του τσιμέντου, η προέλευση και η ποιότητα της άμμου και ο τύπος και η αποτελεσματικότητα των χημικών προσμίκτων. Κατά το στάδιο αυτό πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη των ιδιοτήτων του νωπού σκυροδέματος τόσο στο εργαστήριο Δομικών Υλικών του ΔΠΘ όσο και σε μονάδα παρασκευής έτοιμου σκυροδέματος (ΤΕΚΤΩΝ Α.Ε.) στην ευρύτερη περιοχή της Ξάνθης. Η συγκεκριμένη έρευνα κατέληξε τελικά στη θέσπιση νέων μεθοδολογιών που αφορούν πλέον την διατήρηση των ρεολογικών χαρακτηριστικών των μειγμάτων και την μεταφορά αυτών στο πεδίο του έργου με επιτυχία. Το γεγονός αυτό είναι θεμελιώδους σημασίας αν αναλογιστεί κανείς ότι το κόστος που προκύπτει από την απόρριψη ενός μείγματος λόγω της απόκλισης που αυτό παρουσιάζει όσον αφορά την εργασιμότητα σχεδιασμού του, θέτει τον οικονομικό προϋπολογισμό αλλά και τον χρονικό προγραμματισμό εκτός ορίων με δυσμενείς συνέπειες για το συνολικό προγραμματισμό του έργου. Το αντικείμενο της έρευνας στην συνέχεια καθορίστηκε από τον έντονο προβληματισμό σχετικά με την σκυροδέτηση κατακόρυφων δομικών στοιχείων. Το ΑΣΣ χαρακτηρίζεται όπως έχει ήδη ειπωθεί από υψηλή ρευστότητα με συνέπεια να προσεγγίζει την υδροστατική πίεση του σκυροδέματος κατά την διαδικασία της χύτευσης και υπό δεδομένες συνθήκες να την υπερβαίνει. Αυτή η συμπεριφορά του υλικού οδηγεί εξ’ ορισμού σε αυξημένες πιέσεις κατά την σκυροδέτηση κατακόρυφων δομικών στοιχείων εφόσον η υδροστατική πίεση είναι εξαρτώμενη από το ύψος και μόνον. Η μελέτη του φαινομένου πραγματοποιήθηκε σε εργαστηριακό και εργοστασιακό επίπεδο με την χρήση εξειδικευμένου εξοπλισμού καταγραφής της πίεσης καθ΄ύψος του ξυλοτύπου, για διαφορετικές συνθέσεις αυτοσυμπυκνούμενων και συμβατικών σκυροδεμάτων. Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης έρευνας διαφοροποιούνται σε αρκετές περιπτώσεις από τα αντίστοιχα δεδομένα που συναντά κανείς στην βιβλιογραφία, εξετάζοντας την εξέλιξη της κατανομής της πίεσης έναντι ξυλοτύπου σε σχέση με παραμέτρους όπως η ρεολογία των μειγμάτων ΑΣΣ, ο ρυθμός σκυροδέτησης και το ποσοστό οπλισμού των κατακόρυφων δομικών στοιχείων. Τα παραπάνω δεδομένα συμπληρώθηκαν ιδανικά από σχετική πυρηνοληψία που διεξήχθη στα εργαστηριακά υποστυλώματα και στο σύνολο των εργοστασιακών υποστυλωμάτων τα οποία αριθμούσαν τα δεκαέξι στοιχεία. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τους αποκτώμενους πυρήνες συνάδουν με τα όσα συμπεράθηκαν από την μελέτη των αναπτυσσόμενων πιέσεων και έδωσαν σαφή εικόνα για την κατανομή των μηχανικών χαρακτηριστικών και την ανθεκτικότητα των μειγμάτων ΑΣΣ σε σχέση με παραμέτρους όπως κατηγορία αντοχής, ρεολογία και ρυθμός σκυροδέτησης. Τον επίλογο του συνόλου της έρευνας που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η επιτυχής ενσωμάτωση των βέλτιστων μειγμάτων ΑΣΣ για δύο κατηγορίες αντοχής (SCC 25/30 και SCC 30/37) στην μονάδα παρασκευής έτοιμου σκυροδέματος ΤΕΚΤΩΝ Α.Ε. Τα συγκεκριμένα μείγματα χρησιμοποιήθηκαν σε εφαρμογές ενίσχυσης υφιστάμενων κατασκευών στις περιοχές της Ξάνθης και της Καβάλας αντίστοιχα με απόλυτη επιτυχία. Η επιτυχής έκβαση των παραπάνω εγχειρημάτων πιστοποιεί την πρόοδο που σημειώθηκε στον χώρο της τεχνολογίας σκυροδέματος στην Ελλάδα σε σχέση με το ΑΣΣ και δίνει ελπιδοφόρο μήνυμα για την μελλοντική ίσως αντικατάσταση του συμβατικού σκυροδέματος από το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα σε σχέση με την σκυροδέτηση ειδικών εφαρμογών.