Μεθοδολογία διαχείρισης ποιότητας τεχνικών έργων σκυροδέματος σε ακραία περιβάλλοντα
Authors: Παπαδημητρόπουλος Βασίλειος 
Published: April 2024

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, διερευνήθηκαν επιλογές προκειμένου για τη διαχείριση της ποιότητας των κατασκευών που αφορούν κυρίως σε έργα πολιτικού μηχανικού με βάση το σκυρόδεμα. Η πρωταρχική εστίαση αφορούσε κυρίως στα χαρακτηριστικά του σκυροδέματος και με γνώμονα πως αυτά μπορούν να βελτιωθούν με τη προσθήκη νέων σύγχρονων νάνο-υλικών, όσο και στη διαχείριση της σκυροδέτησης στη φάση της υλοποίησης της κατασκευής προκειμένου για τη διασφάλιση της ποιότητας της σκυροδέτησης τόσο στην αρχική φάση όσο και μακροσκοπικά σε όλο το κύκλο ζωής του έργου. Ειδικότερα και σε ότι αφορά την αρχική φάση, η στόχευση αφορά την αποφυγή αστοχιών μικρής κλίμακας π.χ. ρηγματώσεις επιφανείας, βάθους ή μεγάλης κλίμακας όπως πιθανή καθαίρεση και επανασκυροδέτηση, ενώ μακροσκοπικά και σε συνάρτηση με την απαιτούμενη αρχική συντήρηση (εντός του προβλεπόμενου διαστήματος), τη διασφάλιση επίτευξης της μέγιστης δυνατής αντοχής, ποιότητας και ανθεκτικότητας της κατασκευής. Το αποτέλεσμα της έρευνας συνέργησε στην εισφορά και πρωτοτυπιών αφού αναπτύχθηκαν καμπύλες ωριμότητας ευρέως τύπου χρησιμοποιούμενου σκυροδέματος στην Ελλάδα, σχεδιάστηκαν, αναπτύχθηκαν και δοκιμάστηκαν σκυροδέματα με πρόσθετα νάνο-υλικά τα οποία παρασκευάστηκαν αποκλειστικά στην Ελλάδα, ενώ μελετήθηκε και αναπτύχθηκε για πρώτη φορά μοντέλο το οποίο ελέγχει και προτείνει τη βέλτιστη ημέρα έναρξης μίας σκυροδέτησης ενσωματώνοντας συγχρόνως και μοντέλο για τον υπολογισμό του ρυθμού εξάτμισης υγρασίας (EVR) στην επιφάνεια του σκυροδέματος. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για τη διεξαγωγή της έρευνας και σε ότι αφορά τα πρωτογενή δεδομένα, είναι κατά βάση πειραματική. Αρχικά έλαβε μέρος εκτενής βιβλιογραφική ανασκόπηση προκειμένου κατανοηθεί σε βάθος η μέθοδος ωριμότητας (maturity method). Στη συνέχεια, αναζητήθηκε και προσδιορίστηκε ο τύπος του νάνο-υλικού που θα προστίθετο στο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο σκυρόδεμα – C25/30, Interbeton) στην Ελλάδα, με απώτερο σκοπό τη βελτίωση των μηχανικών του ιδιοτήτων. Κατόπιν, οργανώθηκε πλήθος πειραμάτων σε δοκίμια τσιμεντοκονιάματος στις εγκαταστάσεις του Εργοστασίου Τσιμέντου ΤΙΤΑΝ A.E (www.titan.gr) στο Δρέπανο Πατρών καθώς και σε δοκίμια σκυροδέματος στις εγκαταστάσεις του Εργαστηρίου Ποιοτικού Ελέγχου του εργοστασίου σκυροδέματος της INTERBETON A.E (www.interbeton.gr) επίσης στο Δρέπανο Πατρών. Τα πειράματα σε τσιμεντοκονιάματα ξεπέρασαν τα 380 δοκίμια ενώ σε σκυροδέματα τα δοκίμια ήταν πάνω από 500. Σκοπός των πειραμάτων αρχικά ήταν να αναπτυχθούν οι καμπύλες ωριμότητας τόσο για το “control” μείγμα σκυροδέματος δηλαδή το standard C25/30, όσο και αυτού που προέκυψε μετά την ενσωμάτωση του πρόσθετου νάνο-υλικού - το οποίο στη συγκεκριμένη έρευνα ήταν το νάνο-πυρίτιο (nano-SiO2) - και στη συνέχεια να γίνει σύγκριση και αντιπαραβολή των αποτελεσμάτων. Το νάνο-πυρίτιο (nano-SiO2 ή nS) που χρησιμοποιήθηκε, παράχθηκε και προετοιμάστηκε για ενσωμάτωση τόσο στα δοκίμια τσιμεντοκονιάματος όσο και στα δοκίμια σκυροδέματος, στο Εργαστήριο Πλάσματος του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου της Πάτρας. Ταυτόχρονα και παράλληλα με τα πειράματα, αναπτύχθηκε μοντέλο το οποίο υπολογίζει το ρυθμό εξάτμισης υγρασίας (EVR) στην επιφάνεια του σκυροδέματος καθιστώντας το χρήσιμο και εύχρηστο εργαλείο για το μηχανικό πεδίου συγκρινόμενο με το ευρέως χρησιμοποιούμενο νομογράφημα του ACR 305 R το οποίο λόγω της υποκειμενικότητας του χρήστη στους υπολογισμούς του, είναι επιρρεπές σε σφάλματα και αποκλίσεις. Στη συνέχεια, το μοντέλο υπολογισμού του EVR ενσωματώθηκε στο τελικό και πιο ευρύ μοντέλο προκειμένου για την ανάλυση πιθανών ημέρων έναρξης σκυροδέτησης. Το εύρος των πιθανών ημερών είναι επτά (7) από το σημείο απόφασης βάση των οποίων το μοντέλο τελικά προσδιορίζει τη βέλτιστη, λαμβάνοντας υπόψιν ανεξάρτητους παραμέτρους όπως το EVR και τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες. Για την ανάπτυξη του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκε πλήθος δεδομένων (input data) - όπως θερμοκρασία περιβάλλοντος, θερμοκρασία σκυροδέματος, υγρασία, ταχύτητα ανέμου - σε βάθος χρόνου δύο (2) ετών (2020 – 2021) από δύο διαφορετικές χώρες (Ελλάδα & Ισραήλ) οι οποίες σημειώνουν χαρακτηριστικά «δυσμενή» συνδυασμό περιβαλλοντικών συνθηκών καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους και ιδιαίτερα στο διάστημα από Απρίλιο έως Οκτώβριο όπου λαμβάνει χώρα και η πλειοψηφία των σκυροδετήσεων. Το μοντέλο αναπτύχθηκε και ολοκληρώθηκε δια μέσου 3 φάσεων, ήτοι: ανάπτυξη, επικύρωση & δοκιμή (development, validation & testing). Με βάση τα αποτελέσματα της έρευνας, αναπτύχθηκαν επιτυχώς οι καμπύλες ωριμότητας για το κοινό (standard) σκυρόδεμα C25/30 όσο και για το νάνο ενισχυμένο, ενώ από την ανάλυση των καμπυλών, αναγνωρίστηκε αξιοσημείωτη αύξηση της μηχανικής αντοχής του σκυροδέματος στο οποίο ενσωματώθηκε το νάνο-πυρίτιο. Επίσης, το τελικό μοντέλο προκειμένου για την επιλογή της βέλτιστης ημέρας σκυροδέτησης, δοκιμάστηκε και επαληθεύτηκε.