Μελέτη φυσικο-μηχανικών ιδιοτήτων λεπτόκοκκων αδρανών υλικών και διερεύνηση της επίδρασής τους στις ιδιότητες των κονιαμάτων και του σκυροδέματος

Abstract

Η κατασκευαστική βιομηχανία στην Κύπρο αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες δραστηριότητες στο νησί, με μεγάλη συνεισφορά στην οικονομία του τόπου. Τη μεγαλύτερη σε αναλογία πρώτη ύλη για την παρασκευή σκυροδέματος και κονιαμάτων αποτελούν τα αδρανή υλικά. Γι΄ αυτό, η ποιότητά τους ενδέχεται να επηρεάζει σημαντικά την ποιότητα και ανθεκτικότητα του τελικού προϊόντος. Η διατριβή αυτή είχε ως στόχο τον έλεγχο τοπικών, λεπτόκοκκων αδρανών υλικών, προκειμένου να γίνουν εισηγήσεις ως προς τη διατήρηση ή/και επανακαθορισμό των ορίων των εργαστηριακών ελέγχων που περιλαμβάνονται στην Κ.Δ.Π. 164/2011. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, έγινε επίσης προσπάθεια συσχέτισης της ποιότητας των λεπτόκοκκων αδρανών που εξετάστηκαν με την ποιότητα του σκυροδέματος και των κονιαμάτων. Για την εκπόνηση της διατριβής, χρησιμοποιήθηκαν διαβασικά, ασβεστολιθικά και ασβεσταρενιτικά λεπτόκοκκα αδρανή υλικά. Τα αδρανή υποβλήθηκαν στις εξής δοκιμές: ισοδύναμου άμμου (SE), μπλε του μεθυλενίου (MB), απορροφητικότητας σε νερό (WA) και πυκνότητας (ρb), αποσάθρωσης με θειικό μαγνήσιο (MS) και νάτριο (SS), και αντίστασης σε φθορά λόγω τριβής (MD). Πραγματοποιήθηκαν επίσης ορυκτολογικές και χημικές αναλύσεις σε όλα τα δείγματα. Ακολούθως, με σκοπό να διερευνηθεί η επίδραση των αδρανών στο τελικό προϊόν, παρασκευάστηκαν σκυροδέματα και κονιάματα, τα οποία ελέγχθηκαν ως προς τις φυσικομηχανικές τους ιδιότητες. Από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι η ποιότητα των λεπτόκοκκων αδρανών, όπως αυτή καθορίζεται από τις φυσικομηχανικές τους ιδιότητες και τα πετρογραφικά τους χαρακτηριστικά, όντως επηρεάζει τις ιδιότητες των κονιαμάτων και των σκυροδεμάτων. Ωστόσο, η επίδραση της ποιότητας των λεπτόκοκκων αδρανών είναι πιο εμφανής στην περίπτωση των κονιαμάτων. Όπως διαπιστώθηκε, κονιάματα που παρασκευάστηκαν με αδρανή ¨κακής¨ ποιότητας, παρουσίασαν χαμηλότερες τιμές μηχανικών και ψηλότερες τιμές φυσικών ιδιοτήτων, και το αντίστροφο. Οι δοκιμές MB και MD παρουσίασαν ισχυρές συσχετίσεις με το τελικό προϊόν. Η δοκιμή MB παρουσίασε πολύ ψηλές τιμές στα διαβασικά αδρανή, οι οποίες παρόλα αυτά δεν ξεπερνούν το ψηλό όριο που καταγράφεται στην Κ.Δ.Π. 164/2011. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, συστήνεται η μείωση των υφιστάμενων ορίων για MB στο 2.5 g/kg. Το ίδιο ισχύει και για τη δοκιμή WA, της οποίας επίσης το υφιστάμενο όριο (4%) κρίνεται υπερβολικά ψηλό για λεπτόκοκκα αδρανή, και άρα συστήνεται η αναθεώρησή του προς τα κάτω. Από τα αποτελέσματα, φαίνεται ξεκάθαρα ότι η δοκιμή MS οδηγεί σε πολύ ψηλά ποσοστά απώλειας μάζας στα λεπτά αδρανή, αφού περισσότερα από τα 2/3 των δειγμάτων ξεπερνούν την ανώτατη επιτρεπόμενη κατηγορία στις Ευρωπαϊκές Προδιαγραφές (35%). Τα δεδομένα αυτά καθιστούν τη δοκιμή MS ακατάλληλη για λεπτόκοκκα αδρανή υλικά. Ως πιθανότερος αντικαταστάτης της, θεωρείται η δοκιμή MD, αφού πέραν του ότι παρατηρήθηκε πολύ ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των δύο δοκιμών, η MD αποτελεί μια εύκολη, γρήγορη και με καλή επαναληψιμότητα ή/και αναπαραγωγιμότητα δοκιμή. Στις πλείστες δοκιμές προέκυψε διαφοροποίηση των αποτελεσμάτων ανάλογα με τη γεωλογική προέλευση των αδρανών. Γι’ αυτό, συστήνεται ο διαχωρισμός των αδρανών, και ο καθορισμός ανεξάρτητων ορίων, ανάλογα με το λιθότυπο τους. Επιπλέον, παρατηρήθηκε ανομοιογένεια στις ιδιότητες των τοπικών αδρανών υλικών που ελέγχθηκαν. Γι΄ αυτό, η ποιότητά τους δεν μπορεί να καθοριστεί από μια μόνο δοκιμή, ή από πολλές δοκιμές ανεξάρτητα, όπως συμβαίνει τώρα. Τέλος, επιβεβαιώθηκε ο σημαντικός ρόλος της πετρογραφικής εξέτασης τόσο στα αδρανή, όσο και στο τελικό προϊόν.

The construction industry in Cyprus is the largest economic activity on the island, following tourism. Aggregates are among the primary raw materials used to produce concrete and mortar; therefore, their durability potentially affects the performance of the final product. This thesis aims at the testing of local, fine aggregates, in order to provide recommendations regarding the revision of the current norms and regulations controlling the quality of aggregates in Cyprus (i.e. Κ.Δ.Π. 164/2011). An attempt is also made to correlate the quality of fine aggregates to the quality of concrete and mortar. For the implementation of the thesis, diabasic, limestone and calcareous crushed local fine aggregates were used. These aggregates were subjected to the following tests: sand equivalent (SE), methylene blue (MB), water absorption (WA) and density (pb), magnesium sulphate (MS) and sodium sulphate (SS) soundness, resistance to degradation by abrasion (MD). Mineralogical and chemical analyses were also carried out. Subsequently, in order to investigate the effect of aggregates on the final product, concretes and mortars were prepared, and tested for their physical and mechanical properties. The results of the tests carried out on concrete and mortars provide evidence that the quality of fine aggregates, as determined by their physico-mechanical properties and their petrographic characteristics, indeed affects their properties. The effect of fine aggregate quality is more pronounced in the case of mortars. Samples prepared with “bad quality” aggregates exhibited lower mechanical and higher physical property values, and vice versa. MB and MD aggregate tests were successfully correlated with the final product properties. MB tests revealed very high values in the case of diabasic aggregates, which nevertheless did not exceed the high limits set in Κ.Δ.Π. 164/2011. Based on the experimental results, it is recommended to reduce the existing MB limits to 2.5 g/kg. The WA test, also revealed high values, again not exceeding the existing limit recorded in Κ.Δ.Π. 164/2011; this limit is also considered too high for fine aggregates, and therefore should be revised. From the results, it is also clear that the MS soundness test leads to very high mass losses. More than 2/3 of the samples tested exceeded the maximum allowable category in European Norms (35%). These data suggest that the MS soundness test is unsuitable for fine aggregate materials. The MD test could potentially be used as a substitute, since there appears to be a very strong correlation between the results of the two tests. The MD test is an easy, fast to execute test, with very good reproducibility and/or repeatability. Most tests revealed different results according to the geological origin of the aggregates. It is therefore recommended to separate the aggregates during quality control, and to establish independent limits depending on their lithology. In addition, noticeable heterogeneity was observed in the properties of local aggregates. Therefore, their quality cannot be determined by a single test, or by many tests independently, as it is the case now. Finally, the important role of petrographic testing in both the aggregates and the final products has been confirmed.