ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ

1. Εισαγωγή

Είναι αναμφισβήτητο ότι το τσιμέντο και το σκυρόδεμα σφράγισαν τον τρόπο και τη μορφή της δόμησης τον εικοστό αιώνα. Οι τοξοτές/θολωτές κατασκευές που κυριαρχούσαν μαζί με τις μεταλλικές κατασκευές για την γεφύρωση ανοιγμάτων παραχώρησαν τη θέση τους σε ευθύγραμμες κατασκευές ή κατασκευές με καμπυλόγραμμες-κελυφωτές επιφάνειες με μεγάλη ποικιλία σχημάτων που βασίζονται στο οπλισμένο σκυρόδεμα και αργότερα στο προεντεταμένο σκυρόδεμα. Το σκυρόδεμα προσφέρει τη δυνατότητα στο μηχανικό να δώσει στη κατασκευή μια μεγάλη ποικιλία σχημάτων, χάρις στο πλεονέκτημα που έχει να μπορεί στη νωπή του κατάσταση να διαστρωθεί σε καλούπια με την επιθυμητή μορφή και σχήμα. Μετά μερικές ημέρες και την μερική σκλήρυνσή του, αφαιρούνται τα καλούπια και έχουμε μία κατασκευή με το επιθυμητό σχήμα, με λίθινη μορφή, ανθεκτική στη φωτιά και στις επιδράσεις του περιβάλλοντος. Συνδυάζοντας τη μεγάλη σχετικώς αντοχή του σκυροδέματος σε θλίψη με την αντοχή σε εφελκυσμό του χάλυβα, που ενσωματώνεται μέσα στη μάζα του σκυροδέματος σε κατάλληλες θέσεις υπό μορφή κυκλικών ράβδων (οπλισμένο σκυρόδεμα), ο μηχανικός μπορεί να γεφυρώσει μεγάλα ανοίγματα ή να δημιουργήσει κατασκευές μεγάλου ύψους που ήταν αδύνατο να επιτευχθούν με τα ως τότε υλικά (με εξαίρεση τον χάλυβα). Η εισαγωγή της προέντασης αργότερα έδωσε νέα ώθηση στο υλικό πολλαπλασιάζοντας τις δυνατότητές του. Σημαντική πρόοδος πρέπει να θεωρηθεί επίσης και η εισαγωγή της χρήσης των χημικών προσθέτων του σκυροδέματος και ειδικότερα των υπερ-ρευστοποιητικών (1980). Τα υλικά αυτά, έδωσαν τη δυνατότητα παρασκευής σκυροδεμάτων μεγάλης αντοχής και ανθεκτικότητας, γεγονός που δημιούργησε το σκυρόδεμα υψηλής επιτελεστικότητας.
Σήμερα οι εξελίξεις είναι ραγδαίες και πραγματικά είναι δύσκολο να προβλέψει κανείς το μέλλον. Στη συνέχεια θα γίνει μια σύντομη αναφορά για τις εξελίξεις στη χρήση του τσιμέντου με κριτήριο την προοπτική εφαρμογής τους στη χώρα μας. Παράλληλα με τις νέες εφαρμογές, θα αναφερθούν και εφαρμογές που ίσως σε ορισμένες χώρες έχουν αρκετά χρόνια επιτυχούς χρησιμοποίησης αλλά στην χώρα μας δεν έχουν ακόμη χρησιμοποιηθεί.

2. ΤΟ ΠΑΡΟΝ

2.1 Σκυροδέματα υψηλής αντοχής ή υψηλής πρώιμης αντοχής

Σήμερα σε πολλές χώρες χρησιμοποιείται συχνά σκυρόδεμα με θλιπτική αντοχή 140 ΜΡa ενώ σε ιδιαίτερες περιπτώσεις έχουν παρασκευαστεί και χρησιμοποιηθεί σκυροδέματα με πολύ υψηλότερη αντοχή. Τα σκυροδέματα αυτά χρησιμοποιούνται στη κατασκευή υψηλών κτιρίων, γεφυρών μεγάλων ανοιγμάτων και ειδικών κατασκευών (π.χ. πλατφόρμες αντλήσεως πετρελαίου). Για την επισκευή οδοστρωμάτων οδών ή αεροδρομίων, όπου απαιτείται άμεση παράδοση στην κυκλοφορία (6-12 ώρες) χρησιμοποιείται σκυρόδεμα με υψηλές απαιτήσεις στις πρώιμες ηλικίες. Το μειωμένο ίδιο βάρος σε σχέση με τη φέρουσα ικανότητα των φορέων από το σκυρόδεμα αυτό, η ταχύτητα της κατασκευής, η μειωμένη χρήση αδρανών και επομένως η μειωμένη περιβαλλοντική επιβάρυνση, είναι μερικά από τα πλεονεκτήματά του, που συνδυάζονται με την βελτιωμένη ανθεκτικότητα και συχνά καταλήγουν σε μικρότερο τελικό κόστος. Σε έρευνα του Εργαστηρίου της Ένωσης Τσιμεντοβιομηχανιών Ελλάδας η οποία έγινε σε συνεργασία με το ΕΜΠ και αφορούσε μελέτη σύνθεσης παρασκευής σκυροδέματος πολύ υψηλής αντοχής, με κοινά ασβεστολιθικά αδρανή Αττικής, βρέθηκε αντοχή σε 28 ημέρες 100ΜΡa χωρίς πρόσμικτα, 110ΜΡa με πρόσμικτο τριμένη φυσική ποζολάνη και 120 ΜΡa με πρόσμικτο πυριτική παιπάλη. Σε άλλη εργασία αναφέρθηκε πρώιμη αντοχή σε 12 ώρες 55 ΜΡa.

2.2 Σκυρόδεμα υψηλής επιτελεστικότητας 1

Με τον όρο αυτό νοείται το σκυρόδεμα εκείνο το οποίο "επιτελεί" πλήρως τον σκοπό για τον οποίο κατασκευάστηκε. Σήμερα, οι απαιτήσεις που υπάρχουν για το σκυρόδεμα έχουν αλλάξει από «σκυρόδεμα υψηλών αντοχών» σε «σκυρόδεμα υψηλής ανθεκτικότητας και καλύτερης συμπεριφοράς στο χρόνο». Το σκυρόδεμα επομένως υψηλής επιτελεστικότητας πρέπει να συνδυάζει υψηλή αντοχή και υψηλή ανθεκτικότητα σε διαβρωτικό περιβάλλον αλλά και να διατηρεί τις ιδιότητες αυτές. Ο όρος επομένως μπορεί με την έννοια αυτή να είναι παραπλανητικός γιατί ένα τέτοιο σκυρόδεμα έπρεπε να απαιτείται και στο παρελθόν, όπως και πράγματι απαιτείτο, αλλά μόνο που οι απαιτήσεις γενικά ήταν μικρότερες και ιδιαίτερα εκείνη της αντοχής. Οι απαιτήσεις σήμερα είναι σε πολλές περιπτώσεις ιδιαίτερα υψηλές. Αξίζει να αναφερθεί για παράδειγμα ότι στις πλατφόρμες άντλησης πετρελαίου της Β. Θάλασσας απαιτείται ανθεκτικότητα: σε παγετό, σε χλωριόντα και σε κυματισμούς ύψους 31m. Στο μέλλον προβλέπεται ότι τα παραγόμενα σκυροδέματα θα τείνουν προς την κατηγορία των σκυροδεμάτων υψηλών απαιτήσεων με σημαντική μείωση του λόγου νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ < 0.45) και χρήση σύνθετου τσιμέντου με σημαντικά ποσοστά χημικών προσθέτων.
________________________________
1 High Performance Concrete

2.3 Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα

Βασικό χαρακτηριστικό του αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος είναι η αυξημένη ρευστότητα, χαρακτηριστικό που διευκολύνει την διάστρωση και συμπύκνωση του υλικού. Οι δύο αυτές εργασίες γίνονται χωρίς καμία παρέμβαση του ανθρώπινου παράγοντα (ονομάζεται και αυτοεπιπεδούμενο ).
Με το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα εξασφαλίζεται η μη απόμιξη των υλικών πράγμα που επιτυγχάνεται με την:

1) κατάλληλη επιλογή των αδρανών
2) την χρήση λεπτόκοκκων (μεγέθους παιπάλης) αδρανών υλικών
3) την χρήση ειδικών προσθέτων


Το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα έχει χαμηλό λόγο Ν/Τ και υψηλή ανθεκτικότητα συνιστάται για τις κατασκευές με πυκνή διάταξη οπλισμού όπως οι σύγχρονες αντισεισμικές κατασκευές.
Το αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα, που ξεκίνησε από την Ιαπωνία την περασμένη δεκαετία και επεκτάθηκε σε όλο τον κόσμο, αλλάζει τα δεδομένα στον κατασκευαστικό τομέα καθώς συμβάλλει σε:

• ταχύτερη εφαρμογή
• μεγαλύτερες αποδόσεις
• μείωση του κόστους εφαρμογής
• βελτίωση των συνθηκών εργασίας
• μείωση της περιβαλλοντικής όχλησης

2.4 Αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα μικρής αντοχής

Είναι αυτοσυμπυκνούμενα σκυροδέματα με πολύ μικρή περιεκτικότητα σε τσιμέντο και θλιπτική αντοχή που κυμαίνεται 2-8 MPa και αναλόγως μπορούν να έχουν περισσότερες από μία τυπικές εφαρμογές. Οι πιο διαδεδομένες εφαρμογές είναι η χρήση ως υλικό επιχώσεως, υλικό έδρασης, επίχωσης οχετών, υλικό στρώσεων οδοστρωμάτων πλατειών και πεζόδρομων. Η χαρακτηριστική ιδιότητα του σκυροδέματος αυτού είναι ότι μπορεί να αποξηλώνεται εύκολα και γρήγορα χωρίς ιδιαίτερα εργαλεία (αεροσυμπιεστές, εκσκαπτικά μηχανήματα κ.α.).


2.5 Λεπτοσκυροδέματα με αντιδρώσες κονίες 2



Είναι μία επαναστατική χρήση του τσιμέντου που δημιουργεί μία νέα γενιά σκυροδεμάτων με απεριόριστες χρήσεις στο μέλλον. Οι αντοχές του υλικού αυτού κυμαίνονται σε θλίψη από 200 MPa μέχρι 800 MPa , σε κάμψη από 25 MPa μέχρι 150 MPa , η ενέργεια θραύσης ανέρχεται σε 30.000 J/m2 και οι πυκνότητες 2.500-3.000kg/m3 . Στηρίζεται στην δημιουργία ενός πολύ ομοιογενούς μίγματος με χρήση πολύ λεπτών υλικών και χρήση ασυνεχούς διαβάθμισης κατάλληλης σύνθεσης έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη δυνατή πυκνότητα (ο λόγος της διαμέτρου των διαφόρων κλασμάτων είναι περίπου 7). Ο λόγος του νερού προς το τσιμέντο, Ν/Τ, είναι 0.15 περίπου και η εργασιμότητα των μιγμάτων αυτών ρυθμίζεται με υψηλά ποσοστά υπερ-ρευστοποιητικών ενώ χρησιμοποιείται πίεση κατά την διάρκεια της σκλήρυνσης. Για να αυξηθεί η παραμορφωσιμότητα πριν την θραύση χρησιμοποιούνται χαλύβδινες ίνες ή ίνες από άνθρακα. Λόγω του πολύ μικρού λόγου Ν/Τ ένα σημαντικό ποσοστό του τσιμέντου δεν ενυδατώνεται και χρησιμεύει ως αδρανές.

Στο Σχήμα 1 συγκρίνονται διατομές από το νέο αυτό υλικό με αντίστοιχες διατομές από χάλυβα, συμβατικό οπλισμένο σκυρόδεμα και προεντεταμένο σκυρόδεμα. Η πιο γνωστή και πιο εντυπωσιακή χρήση του υλικού αυτού μέχρι σήμερα είναι η ανοίγματος 6 μέτρων προεντεταμένη πεζογέφυρα στο Sherbrooke , Καναδά, με αντοχή υλικού 200 MPa .


______________________________________
2 Reactive Powder Concretes



2.6 Ινοπλισμένο σκυρόδεμα

Η παραμορφωσιμότητα πριν από τη θραύση και η αντίστοιχη καταναλώμενη ενέργεια αυξάνουν σημαντικά με τη χρήση χαλύβδινων ινών. Λόγω των ιδιοτήτων αυτών επεκτείνεται σημαντικά το πεδίο χρήσεως του σκυροδέματος και στο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα.

2.7 Τσιμέντο στην οδοποιία και τις μεταφορές





Η συμβολή του τσιμέντου στις μεταφορές και ειδικότερα στην οδοποιία είναι σημαντική. Οι γέφυρες, οι σήραγγες, τα στηθαία ασφαλείας, οι δρόμοι από σκυρόδεμα και τα ηχοπετάσματα από σκυρόδεμα είναι μερικά παραδείγματα επιτυχούς χρήσης του τσιμέντου. Χαρακτηριστικό της χρήσης του τσιμέντου στις παραπάνω εφαρμογές, είναι το μικρό κόστος συντήρησης. Στην οδοποιία το τσιμέντο χρησιμοποιείται επίσης για την κατεργασία των αδρανών υλικών και την σταθεροποίηση των εδαφών. Με την παραγωγή των τσιμεντόδετων μιγμάτων, γίνεται αναβάθμιση της φέρουσας ικανότητας των στρώσεων έδρασης αλλά και αύξηση της φέρουσας ικανότητας των στρώσεων οδοστρωμάτων. Η αυξημένη αυτή φέρουσα ικανότητα παρέχει την δυνατότητα κατασκευής οδοστρωμάτων μικρότερου πάχους και επομένως σημαντικά μικρότερου κόστους.

Θα αναφερθούν παρακάτω με συντομία οι χρήσεις εκείνες οι οποίες δεν έχουν ακόμα σημαντική εφαρμογή στη χώρα μας.







2.7.1 Οδοστρώματα από σκυρόδεμα



Λόγω της μεγάλης φέρουσας ικανότητάς τους και της χαρακτηριστικής ιδιότητάς τους να μη παραμορφώνονται κάτω από μεγάλα μόνιμα φορτία, τα οδοστρώματα από σκυρόδεμα χρησιμοποιούνται για:

• δάπεδα στάθμευσης και κατώφλια απογείωσης αεροπλάνων στα αεροδρόμια
• δάπεδα στάθμευσης οχημάτων μεγάλου φορτίου
• δάπεδα εμπορευματοκιβωτίων στα λιμάνια
• βιομηχανικά δάπεδα με σημαντικές απαιτήσεις επιπεδότητας και ανθεκτικότητας σε απότριψη
• οδοστρώματα σηράγγων μεγάλου μήκους για λόγους πυρασφάλειας
• δάπεδα των σταθμών διοδίων

Τα οδοστρώματα από σκυρόδεμα αποτελούν ένα απαράμιλλο είδος οδοστρώματος για αυτοκινητοδρόμους, δρόμους με βαριά κυκλοφορία και απλούς αγροτικούς δρόμους. Τα οδοστρώματα αυτά εκτός της ικανότητας να μην υφίστανται μόνιμες παραμορφώσεις και της μεγάλης φέρουσας ικανότητας, έχουν και άλλα πλεονεκτήματα που τα καθιστούν ελκυστικά στην εφαρμογή τους:
(στο site εμφανίζεται η παρακάτω παράγραφος και στα αγγλικά - παρακαλώ να διαγραφεί)

• μεγαλύτερη ασφάλεια στην οδήγηση λόγω καλύτερης ορατότητας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα εμπόδια είναι πιο ευδιάκριτα στα οδοστρώματα από σκυρόδεμα λόγω του ανοικτού χρώματος της επιφάνειας σε σύγκριση με τα ασφαλτικά οδοστρώματα
• μικρό έως ασήμαντο κόστος συντήρησης
• μεγάλη ανθεκτικότητα στο χρόνο
• μικρότερο συνολικό κόστος οδοστρώματος (ανάλυση κόστους ζωής)
• αμελητέο θόρυβο κύλισης
• μικρή φθορά ελαστικών
• μικρότερη συνολική κατανάλωση ενέργειας

2.7.2 Σταθεροποίηση στρώσεων έδρασης οδοστρωμάτων με τσιμέντο ή με τσιμέντο και υδράσβεστο ή με τσιμέντο και ιπτάμενη τέφρα

Το τσιμέντο μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης στην κατασκευή των στρώσεων έδρασης οδοστρωμάτων για την σταθεροποίηση εδαφικών υλικών με μέτρια ή μικρή πλαστικότητα.

Σε περιπτώσεις εδαφικών υλικών με μεγαλύτερη από μέτρια πλαστικότητα ή σε περιπτώσεις διογκούμενων εδαφικών υλικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνδυασμός τσιμέντου και υδρασβέστου ή τσιμέντου και ακατέργαστης τέφρας με εντυπωσιακά αποτελέσματα ως προς τη βελτίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών των εδαφών αυτών.

Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις η ανθεκτικότητα των σταθεροποιημένων υλικών στις περιβαλλοντικές επιδράσεις είναι σημαντικά ανώτερη εκείνης του μη σταθεροποιημένου υλικού. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται σημαντική οικονομία λόγω μειωμένου πάχους οδοστρώματος και εφαρμόζεται λύση με σημαντικά περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα, αφού δεν χρησιμοποιούνται υλικά μεταφερόμενα από άλλες περιοχές ή υλικά λατομείων. Οι κατασκευές αυτού του τύπου βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή σε χώρες του εξωτερικού ενώ στη χώρα μας δεν έχουν ακόμη βρει ανάλογη εφαρμογή.

2.7.3 Ανακύκλωση οδοστρωμάτων με τσιμέντο

Είναι μία πρόσφατη επιτυχής εξέλιξη με την οποία επιτυγχάνεται αποκατάσταση και συχνά αναβάθμιση φθαρμένων από την κυκλοφορία δρόμων με την μικρότερη δυνατή περιβαλλοντική επιβάρυνση και με πολύ χαμηλό κόστος. Στις περιπτώσεις αυτές το υλικό των φθαρμένων οδοστρωμάτων σε ένα πάχος από την επιφάνεια ίσο με 20-35 cm (συμπεριλαμβανομένων και ως ασφαλτικών στρώσεων) θρυμματίζεται και αναμοχλεύεται με ειδικά μηχανήματα μαζί με νερό και τσιμέντο. Τα παραπάνω υλικά αναμειγνύονται πλήρως, διαστρώνονται και δημιουργούν μια σταθεροποιημένη με τσιμέντο στρώση στην επιφάνεια της οποίας προστίθεται μία ή δύο ασφαλτικές στρώσεις. Με το νέο ανακυκλωμένο οδόστρωμα αποκαθίστανται τα λειτουργικά χαρακτηριστικά και η φέρουσα ικανότητά του είναι πολλαπλά μεγαλύτερη εκείνης του παλαιού. Με την μέθοδο αυτή χρησιμοποιείται επιτόπου το υλικό που υπάρχει στο οδόστρωμα χωρίς αυτό να μεταφερθεί σε παρακείμενες εγκαταστάσεις ή χώρους απόθεσης και χωρίς να μεταφερθεί νέο υλικό. Οι περιβαλλοντικές ωφέλειες είναι προφανείς.

3. ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ

3.1 Αυτοσυντηρούμενο σκυρόδεμα

Η συντήρηση του σκυροδέματος είναι μια πολύ σημαντική και αναγκαία εργασία η οποία πολλές φορές παραμελείται παρά τις γνωστές παρενέργειες που έχει στην αντοχή και κυρίως στην ανθεκτικότητα του σκυροδέματος. Στις περιπτώσεις αυτές πρέπει να τίθεται το ερώτημα σε τι ωφελεί η αντοχή ή η καλή μελέτη όταν το υλικό που ενσωματώθηκε στη κατασκευή δεν είναι ανθεκτικό; Για τον λόγο αυτό έχει από καιρό αρχίσει η προσπάθεια παραγωγής "αυτοσυντηρούμενου" σκυροδέματος το οποίο δεν θα έχει ανάγκη συντήρησης διότι είτε θα εμποδίζεται η εξάτμιση του περιεχόμενου νερού, είτε από μόνο του θα παρέχει στη μάζα του το επιπλέον νερό που χρειάζεται κατά την ενυδάτωση. Πρόοδοι έχουν σημειωθεί και στους δύο παραπάνω δυνατούς τρόπους παραγωγής σκυροδέματος χωρίς ανάγκη συντήρησης και αναμένεται ότι σύντομα θα επιλυθεί αυτό το θέμα.

3.2 Μη συρρικνούμενο σκυρόδεμα

Ήδη έχει αρχίσει η χρήση τσιμέντου το οποίο παρουσιάζει μετά την πήξη του μικρή διόγκωση που αντισταθμίζει μέχρι ενός ορίου την συστολή ξήρανσης. Η χρήση αυτών των τσιμέντων για παραγωγή μη συρρικνούμενων σκυροδεμάτων είναι για την ώρα περιορισμένη αλλά πιστεύεται ότι στο μέλλον θα αυξηθεί αισθητά.

3.3 Τσιμέντα Υψηλής Τεχνολογίας

Η τεχνολογική έρευνα στην παραγωγή του τσιμέντου συνεχίζεται καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα παραγόντων που περιλαμβάνουν μεταξύ των άλλων, αύξηση της αντοχής, μείωση της συστολής ξήρανσης με την δημιουργία ελεγχόμενης διόγκωσης, αύξηση της ανθεκτικότητας σε χημικές προσβολές, μείωση των εκπομπών, αύξηση της απαιτούμενης ενέργειας κατά τη θραύση κ.α.