Παραγωγή και χαρακτηρισμός συμπιεσμένων ωμοπλίνθων

Abstract

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται τη μελέτη συμπιεσμένων ωμοπλίνθων που παράγονται στην Κύπρο με τοπικές πρώτες ύλες. Για τους σκοπούς της μελέτης, μεταφέρθηκαν στο εργαστήριο Δομικών Υλικών του Πανεπιστημίου Κύπρου πρώτες ύλες (εδάφη) από τις περιοχές Αλάμπρας, Δελίκηπου, Ποταμιάς (λατομείο Λατούρου) και Τσερίου. Οι εν λόγω πρώτες ύλες εξετάστηκαν ενδελεχώς, πριν την χρησιμοποίησή τους για την παραγωγή συμπιεσμένων ωμόπλινθων, με απώτερο σκοπό τον χαρακτηρισμό τους και τη συσχέτιση των ιδιοτήτων τους με τα παραγόμενα τελικά προϊόντα. Συγκεκριμένα, έγινε κοκκομετρική ανάλυση, από την οποία εξήχθη η κοκκομετρική καμπύλη των εδαφών. Στη συνέχεια, έγινε προσδιορισμός των ορίων συνεκτικότητας και της συμπιεστότητας. Ο χαρακτηρισμός ολοκληρώθηκε με τον προσδιορισμό της ορυκτολογικής σύστασης των εδαφών και τη συσχέτιση αυτής με την περιοχή προέλευσης της κάθε εδαφικής πρώτης ύλης. Τα αποτελέσματα της ορυκτολογικής ανάλυσης κατέδειξαν επίσης την παρουσία ενεργών αργιλικών ορυκτών σε κάποια από τα εδάφη που εξετάστηκαν. Τα ενεργά αργιλικά ορυκτά αντιδρούν στην παρουσία νερού και άρα η παρουσία τους μπορεί, δυνητικά, να οδηγήσει σε ογκομετρικές μεταβολές του τελικού προϊόντος. Η μελέτη της δομής των συμπιεσμένων ωμόπλινθων που παρήχθησαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής έγινε με εξέταση υπό διάφορες κλίμακες. Αρχικά, τα δοκίμια εξετάστηκαν μακροσκοπικά. Στη συνέχεια, έγινε παρατήρηση σε στερεομικρόσκοπιο, όπου παρατηρήθηκαν τα επιφανειακά χαρακτηριστικά των συμπιεσμένων ωμοπλίνθων σε μεγαλύτερη μεγέθυνση. Τέλος, η παρατήρηση συνεχίστηκε σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, όπου παρατηρήθηκε η μικροδομή των υλικών. Από τις πιο πάνω παρατηρήσεις, διαφάνηκε ότι οι ΣΩ με χώμα από τις περιοχές Αλάμπρας και Τσερίου είχαν την πυκνότερη δομή, ενώ οι ΣΩ με χώμα από το λατομείο Λατούρου την πιο χαλαρή δομή. Οι συμπιεσμένοι ωμόπλινθοι που παρήχθησαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής υποβλήθηκαν, επίσης, σε μια σειρά από δοκιμές με σκοπό τον προσδιορισμό των φυσικών, θερμομονωτικών και μηχανικών χαρακτηριστικών τους. Οι φυσικο-μηχανικές ιδιότητες που προσδιορίστηκαν ήταν η πυκνότητα, η θλιπτική και η καμπτική αντοχή. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι, όλοι οι ωμόπλινθοι που εξετάστηκαν είχαν αρκετά καλές ιδιότητες, σύμφωνα και με τους διεθνείς κανονισμούς. Αύξηση της πυκνότητας σε κάθε περίπτωση οδηγούσε σε αύξηση της θλιπτικής αντοχής. Τα κυριότερα θερμομονωτικά χαρακτηριστικά που προσδιορίστηκαν ήταν ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας και η ογκομετρική/ειδική θερμοχωρητικότητα. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας ήταν αρκετά υψηλός, ώστε οι συμπιεσμένοι ωμόπλινθοι που εξετάστηκαν να μπορούν να ικανοποιήσουν τις τρέχουσες απαιτήσεις των σχετικών τοπικών κανονισμών. Ωστόσο, η τιμή της θερμοχωρητικότητάς τους ήταν ιδιαίτερα υψηλή. Τέλος, οι συμπιεσμένοι ωμόπλινθοι υποβλήθηκαν σε δοκιμές προσδιορισμού της ανθεκτικότητάς τους στο χρόνο, με έμφαση στην καταστρεπτική δράση του νερού. Οι δοκιμές που έγιναν ήταν ο προσδιορισμός του συντελεστή τριχοειδούς απορροφητικότητας, οι εναλλασσόμενοι κύκλοι ύγρανσης/ξήρανσης, η δοκιμή ψεκασμού υπό πίεση και η δοκιμή της σταγόνας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μη-σταθεροποιημένοι συμπιεσμένοι ωμόπλινθοι δύσκολα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για δόμηση όταν είναι εκτεθειμένοι στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Η πειραματική διερεύνηση που έγινε στην παρούσα εργασία συνεισφέρει στην υπάρχουσα γνώση και βοηθά στην κατανόηση της συμπεριφοράς μη-σταθεροποιημένων συμπιεσμένων ωμοπλίνθων που παράγονται με τοπικές πρώτες ύλες. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν αναμένεται να βοηθήσουν στην προσπάθεια που γίνεται για εισαγωγή των συμπιεσμένων ωμοπλίνθων στη σύγχρονη οικοδομική βιομηχανία της Κύπρου.

This thesis deals with the study of compressed earth blocks (CEBs) produced in Cyprus with local raw materials. For the purposes of this study, raw materials (soil) from Alambra, Delikipos, Potamia (Latouros quarry) and Tseri were delivered to the Laboratory of Building Materials of the University of Cyprus. The aforementioned raw materials were thoroughly examined, before being used to produce CEBs, in order to characterize them and correlate their properties with the properties of the final products. Particle-size analysis, Atterberg limits determination and Proctor tests were conducted. Mineralogical analyses were also carried and the results were correlated to the the geological origin of each soil. The results of the mineralogical analyses further provided useful information regarding the participation of active clay minerals in each soil; the latter are susceptible to variations in water content and may thus lead to volumetric changes of the end-product. In order to study the (micro)structure of the CEBs produced in the framework of this study, macroscopic and stereomicroscopic observations took place. Furthermore, scanning electron microscopy observations were carried out. The study of CEBs (micro)structure showed that CEBs produced with soil from the areas of Alambra and Tseri had the denser structure, while CEBs produced with soil from Latouros quarry (Potamia) had a less packed structure. The CEBs produced in the framework of this study were also examined in order to determine their physico-mechanical and thermal properties. The physico-mechanical properties determined were density, compressive and bending strength. The results suggested that all CEBs examined had high compressive and bending strength, in line with international normative document recommendations, and that increases in the density of CEBs led to increases in their compressive strength. The main thermal properties determined were thermal conductivity and volumetric/specific thermal capacity. The results showed that all CEBs examined had high thermal conductivity and thus could not satisfy current regulations. Nevertheless, their thermal capacity was also high. Finally, the CEBs produced were subjected to durability tests in order to assess their behaviour against the presence of water. Capillary absorption, wetting/drying cycles, spray erosion and drip tests were conducted. The results suggested that non stabilized CEBs can not be used in the construction of buildings, when the latter are subjected to environmental conditions. The experimental investigation carried out in the present thesis contributes to existing knowledge and helps in understanding the behaviour of non stabilized compressed earth blocks produced with local raw materials. The conclusions emerging from this study are anticipated to help towards the introduction of compressed earth blocks in the contemporary construction industry of Cyprus.