Διερεύνηση παραμέτρων που διαμορφώνουν την ενσωμάτωση χαρακτηριστικών αυτο-ίασης στα τσιμεντοειδή υλικά
Authors: Ασπιώτης Κωνσταντίνος 
Published: February 2022

H παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τη διερεύνηση των παραμέτρων που διαμορφώνουν την ενσωμάτωση των χαρακτηριστικών αυτοΐασης στα τσιμεντοειδή υλικά. Οι σύγχρονες απαιτήσεις για την εκπλήρωση του σχεδιασμένου χρόνου ζωής των κατασκευών, έχουν ως αποτέλεσμα τη διάθεση σημαντικών πόρων για τη συντήρηση και την επισκευή αυτών. Δομικά στοιχεία με δυνατότητες αυτοΐασης έχουν θετική επίδραση στο κόστος, στην ποιότητα και διάρκεια ζωής των δομικών έργων, ενώ θα πρέπει να συνεκτιμώνται και τα αναμενόμενα περιβαλλοντικά οφέλη.Στα πλαίσια των πειραματικών μετρήσεων, σχεδιάστηκαν 6 διαφορετικές συνθέσεις τσιμεντοειδών υλικών οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή δοκιμίων παστών, τσιμεντοκονιαμάτων και σκυροδέματος. Από αυτές τις συνθέσεις, μία λειτούργησε ως σύνθεση αναφοράς. Ως βάση χρησιμοποιήθηκε τσιμέντο Πόρτλαντ τύπου Ι, ενώ ανά σύνθεση προστέθηκαν διαφορετικά ποσοστά καρβοξυλικών οξέων, ανθρακικού νατρίου και διογκωτικού παράγοντα CSA. Ο λόγος νερού προς τσιμεντοειδή υλικά, ανά περίπτωση, προσαρμόστηκε σε 0.26 για τις πάστες, 0.40 για τις συνθέσεις τσιμεντοκονιαμάτων και 0.45 για τα δοκίμια σκυροδέματος. Για την επίτευξη ικανοποιητικής εργασιμότητας χρησιμοποιήθηκε κατάλληλη ποσότητα υπερρευστοποιητή ανά περίπτωση και σύνθεση. Στις συνθέσεις πάστας, πραγματοποιήθηκε μελέτη ενυδάτωσης ανά μείγμα, ενώ σε εκείνες των τσιμεντοκονιαμάτων και σκυροδέματος, η εξέλιξη της ενυδάτωσης ελέγχθηκε έμμεσα μέσω δοκιμών μονοαξονικής θλίψης. Μετά τη συντήρηση των δοκιμίων για 28 ημέρες στο νερό, αυτά υποβλήθηκαν σε τεχνητή διάρρηξη προς σχηματισμό διαμπερών ρωγμών, ενώ ακολούθως δέθηκαν με μεταλλικούς σφιγκτήρες. Στη συνέχεια τα δοκίμια εμβαπτίστηκαν εκ νέου στο νερό και ελέγχονταν ανά τακτά χρονικά διαστήματα (0, 10, 20, 30, 40 και 200 ημέρες για δείγματα πάστας / 0, 30, 40 και 200 ημέρες για δείγματα τσιμεντοκονιαμάτων / 0, 40, 50 και 60 ημέρες για δείγματα σκυροδέματος) για να παρατηρηθεί η πρόοδος της αυτοΐασης, μέσω στερεοσκοπικής μικροσκοπίας. Η αποτελεσματικότητα των συνθέσεων, καθώς και ο μηχανισμός ίασης αξιολογήθηκαν μέσω ενόργανων μεθόδων ανάλυσης (X.R.D., T.G.A., A.A.S, micro-Raman, S.E.M., 3D X-ray micro-CT, 3D microscopy), αλλά και μέσω δοκιμών ανθεκτικότητας (υδατοαπορροφητικότητα, ανοικτό πορώδες, κύκλοι ψύξης-απόψυξης και υγρού-ξηρού, διείσδυση και διάχυση χλωριόντων).Στο σύνολο των δειγμάτων, παρατηρήθηκε σημαντική μείωση του πλάτους των ρωγμών, ενώ σε ορισμένες συνθέσεις η αυτοΐαση ήταν σχεδόν πλήρης. Τα δοκίμια που περιείχαν στη σύνθεση τους προσθήκη δικαρβοξυλικών οξέων και το διογκωτικό πρόσθετο CSA παρουσίασαν την καλύτερη συμπεριφορά, με εκείνο της πέμπτης σύνθεσης (CSA/2DCA*) να φέρει στο σύνολο των δοκιμών τα καλύτερα αποτελέσματα σε όλες τις κατηγορίες δειγμάτων, κλείνοντας ρωγμές μέγιστου πλάτους έως και 400 μm. Χρήσιμο και αξιοποιήσιμο στοιχείο ήταν η οπτική επιθεώρηση μέσω της στερεοσκοπικής μικροσκοπίας αλλά και της τεχνικής S.E.M.. Ο προσδιορισμός του pH αλλά και της αγωγιμότητας των δοκιμίων κατά το στάδιο της ενυδάτωσης μπορεί να λειτουργήσει ως προγνωστικός παράγοντας για την εύρεση της βέλτιστης σύνθεσης, ενώ οι μέθοδοι της υδατοαπορροφητικότητας και του ανοικτού πορώδους μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως τεχνικές γρήγορης αξιολόγησης.Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής έδειξαν ότι αναλόγως της ποσότητας προσθήκης των προσθέτων διαμορφώνεται και ο βαθμός αυτοΐασης, όπως αυτό φαίνεται από τις συνθέσεις που δοκιμάστηκαν. Ο συνδυασμός δικαρβοξυλικών οξέων/διογκωτικού πρόσθετου αποδίδει καλύτερα, συντηρώντας μη ενυδατωμένους κόκκους κλίνκερ, οι οποίοι ενδέχεται να ενυδατωθούν σε μεταγενέστερα στάδια. Τέλος, σημειώνεται πως η ενανθράκωση του πορτλαντίτη οδήγησε με τη σειρά της σε καταβύθιση κρυστάλλων ανθρακικού ασβεστίου, είτε απευθείας στο χώρο της ρωγμής (χρησιμοποιώντας τις πολυμερικές ίνες ως θέσεις δημιουργίας πυρήνων κρυστάλλωσης), είτε στην επιφάνεια των παρυφών αυτής.