title: Μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς μιγμάτων υδρασβέστου, με τη προσθήκη φυσικών ποζολανών από τις Νήσους Κίμωλο, Μήλο και Νίσυρο

Creators: name: Κουρτακη Γεωργια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: Οι φυσικές ποζολάνες αποτελούν υλικά, η χρήση των οποίων απαντάται σε ένα πλήθος εφαρμογών στον κλάδο των κατασκευών. Σαν πρόσθετα υλικά σε υδραυλικές κονίες όπως το τσιμέντο ή/ και αερικές κονίες όπως η άσβεστος στις διάφορες μορφές της, καλούνται να βελτιώσουν τις ιδιότητες κονιαμάτων και μιγμάτων ως προς χαρακτηριστικά που αφορούν τις μηχανικές, τις θερμομονωτικές άλλα και άλλες ιδιότητές τους και να ενισχύσουν τη φιλοσοφία μιας τεχνολογίας δόμησης που στοχεύει στην αειφόρο ανάπτυξη Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως κύριο στόχο τη μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς μιγμάτων υδρασβέστου με τη προσθήκη φυσικών ποζολανών, χωρίς την προσθήκη αδρανών υλικών ή άλλων προσθέτων (π.χ. ρευστοποιητών). Οι ποζολάνες που χρησιμοποιήθηκαν απεστάλησαν για ανάλυση από εταιρείες που δραστηριοποιούνται στον κλάδο της εκμετάλλευσης βιομηχανικών ορυκτών πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται και ως δομικά υλικά και είχαν προέλευση την Κίμωλο, τη Μήλο και τη Νίσυρο, νησιά που αποτελούν τμήμα του λεγόμενου “Ηφαιστειακού τόξου του Νοτίου Αιγαίου” . Αρχικά, πραγματοποιήθηκε λειοτρίβηση των ποζολανικών υλικών, ώστε να επιτευχθεί κοκκομετρία μικρότερη των 90μm και τα υλικά να αποκτήσουν μορφή πούδρας. Στη συνέχεια, διεξήχθη ποιοτική και ποσοτική ορυκτολογική ανάλυση με περιθλασιμετρία ακτίνων-Χ (XRD) και χημική ανάλυση με φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων-Χ (XRF). Η «δραστικότητα-ενεργότητα» των φυσικών ποζολανών εξετάστηκε με φυσικοχημικές μεθόδους ανάλυσης, που περιελάμβαναν αρχικά δοκιμή μεταβολής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κορεσμένων διαλυμάτων υδρασβέστου μετά την προσθήκη ποσότητας ποζολανικού υλικού, για χρονικό διάστημα 15 ημερών. Εν συνέχεια, το ποσοστό του Ca(OH)2 που δεσμεύεται χημικά από κάθε ποζολανικό υλικό κατά τη διάρκεια εξέλιξης της ποζολανικής αντίδρασης, προσδιορίστηκε και με τη βοήθεια της δοκιμής Chappelle. Αφότου ολοκληρώθηκε το πρώτο μέρος με τις παραπάνω εργαστηριακές μεθόδους αξιολόγησης των πρώτων υλών, ακολούθησε το δεύτερο στάδιο το οποίο περιλάμβανε την παρασκευή μιγμάτων ποζολάνης- υδρασβέστου, για την αξιολόγηση των μηχανικών τους ιδιοτήτων μετά την πάροδο διαφορετικών χρόνων ωρίμανσης (7, 14, 28 και 120 ημέρες). Έμφαση δόθηκε στην πληρέστερη ομογενοποίηση του μίγματος των υλικών και για το λόγο αυτό πριν την παρασκευή των μιγμάτων πραγματοποιήθηκε συνάλεση τους, σε 1:1 αναλογία κατά βάρος. Αφού προσδιορίστηκε η απαιτούμενη ποσότητα νερού που έπρεπε να προστεθεί σε κάθε διαφορετικό μίγμα, παρασκευάστηκαν κυβικά δοκίμια διαστάσεων 5x5x5, τα οποία μετά το πέρας των διαφορετικών ημερών ωρίμανσης υποβλήθηκαν σε δοκιμές ανεμπόδιστης μονοαξονικής θλίψης για τον προσδιορισμό των μηχανικών τους αντοχών. Επιπρόσθετα, αξιολογήθηκε και η πορεία της ενανθράκωσης της περιεχόμενης ποσότητας υδροξειδίου του ασβεστίου στα διαφορετικά μίγματα, μέσω μελέτης περιθλασιμετρίας ακτίνων-Χ (XRD) σε μέρος των δοκιμίων μετά τη δοκιμή μονοαξονικής θλίψης. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων έδειξαν πως οι τρεις φυσικές ποζολάνες εμφανίζουν διαφορετική ορυκτολογική σύσταση και χημισμό. Τα ποσοστά σε περιεχόμενο άμορφο υλικό (διαφορετικό για κάθε δείγμα ποζολάνης και με τιμές που κυμαίνονται από 68,74 έως 93,36 % κ.β.), σχετίζονται με τη δραστικότητα που παρουσίασαν τα υλικά αυτά στις εργαστηριακές αναλύσεις ελέγχου της ποζολανικής τους δράσης, μέσω των φυσικοχημικών μεθόδων ανάλυσης που πραγματοποιήθηκαν. Η εξέλιξη και η βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς των μιγμάτων στους διαφορετικούς χρόνους ωρίμανσης, δεν υπήρξε ίδια για τα τρία δείγματα. Μετά το πέρας των 28 ημερών ωρίμανσης, η προσθήκη ποζολανικού υλικού με προέλευση τη Νίσυρο και σε μεγαλύτερο ποσοστό εκείνο της Κιμώλου, αυξάνουν σημαντικά την μηχανική συμπεριφορά των μιγμάτων, με τις τιμές σε μονοαξονική θλίψη να φτάνουν στις 120 ημέρες ωρίμανσης τα 2,10 και 3,12 MPa, αντίστοιχα. Η αναντιστοιχία που παρατηρήθηκε στο δείγμα της ποζολάνης από τη Μήλο, σχετίζεται με τη σύσταση της συγκεκριμένης πρώτης ύλης και πιο συγκεκριμένα την ύπαρξη προσμίξεων στη σύστασή της (ανθρακικά άλλα ορυκτολογικά συστατικά), αλλά και το μικρότερο συγκριτικά περιεχόμενο σε άμορφο υλικό, που την καθιστούν λιγότερη δραστική. Η πορεία και η τάση ανάπτυξης των προϊόντων της αντίδρασης ενανθράκωσης του περιεχόμενου ποσοστού υδροξειδίου του ασβεστίου στα μίγματα υδρασβέστου-ποζολάνης, είναι αντιστρόφως ανάλογη με εκείνη της ανάπτυξης των μηχανικών αντοχών. Τέλος, πιστοποιήθηκε η επίδραση της καλύτερης ομογενοποίησης των υλικών στη βελτίωση της μηχανικής συμπεριφορά των μιγμάτων υδρασβέστου-ποζολάνης.