Διαπερατότητα αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος με μετακαολίνη

Abstract

Η συμπεριφορά του σκυροδέματος καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό τόσο από τις μηχανικές του ιδιότητες, όσο και από τις ιδιότητες ανθεκτικότητάς του. Η βελτίωση των ιδιοτήτων αυτών μπορεί να επιτευχθεί σε σημαντικό βαθμό μέσω της χρήσης πρόσθετων τσιμεντοειδών υλικών στο σκυρόδεμα. Τα υλικά αυτά, λόγω της ποζολανικής τους δράσης, αλλά και της λειτουργίας τους ως φυσικά πληρωτικά μέσα, συντελούν στην παρασκευή σκυροδέματος, με συμπαγή και συνεκτική δομή, μειωμένη διαπερατότητα και αυξημένη μηχανική αντοχή. Ανάμεσα στα ποικίλα τσιμεντοειδή υλικά που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή σκυροδέματος, όπως η πυριτική παιπάλη, η σκωρία υψικαμίνων και η ιπτάμενη τέφρα, ανήκει και ο μετακαολίνης, ένα υλικό με αυξανόμενη εφαρμογή στη βιομηχανία σκυροδέματος. Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία έχει ως αντικείμενο τη μελέτη των ιδιοτήτων ανθεκτικότητας μιγμάτων αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος, τα οποία περιέχουν μετακαολίνη. Συνολικά εξετάστηκαν 9 διαφορετικές συνθέσεις ΑΣΣ (4 στις οποίες έγινε αντικατάσταση τσιμέντου με μετακαολίνη σε διάφορα ποσοστά, 4 στις οποίες έγινε αντικατάσταση φίλλερ με μετακαολίνη σε διάφορα ποσοστά και 1 χωρίς την προσθήκη μετακαολίνη), καθώς και 2 συνθέσεις συμβατικού σκυροδέματος, σε δοκίμια ηλικίας 360 ημερών. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, πραγματοποιείται μια θεωρητική διερεύνηση της έννοιας της ανθεκτικότητας, των παραγόντων που την επηρεάζουν, καθώς και των βασικών μηχανισμών φθοράς και διείσδυσης των διαβρωτικών μέσων στο σκυρόδεμα. Εν συνεχεία παρουσιάζονται οι βασικές ιδιότητες του μετακαολίνη, η δράση του και η χρήση του στην παραγωγή σκυροδέματος. Τέλος, επιχειρείται μια ανασκόπηση στην υπάρχουσα βιβλιογραφία και έρευνα που έχει συντελεστεί μέχρι σήμερα, σε θέματα σχετικά με την παρούσα μεταπτυχιακή εργασία. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε για κάθε επιμέρους δοκιμή που πραγματοποιήθηκε, με σκοπό τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων ανθεκτικότητας, και ειδικότερα της διαπερατότητας, των μιγμάτων ΑΣΣ που εξετάζονται. Συγκεκριμένα, διερευνήθηκαν: η τριχοειδής απορρόφηση (S), το ανοικτό πορώδες (OP), η υδατοπερατότητα (wp120/wp500) και η διαπερατότητα σε αέρα (K), ενώ ακολούθησε και ο προσδιορισμός της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων κάθε επιμέρους σύνθεσης.Τέλος, επιχειρείται η συσχέτιση των παραγόντων ανθεκτικότητας που εξετάστηκαν μεταξύ τους, καθώς και η εξέταση της επίδρασης του χρόνου συντήρησης στις ιδιότητες της ανθεκτικότητας και στην θλιπτική αντοχή. Τα βασικά συμπεράσματα που πρόεκυψαν από την παρούσα μεταπτυχιακή εργασία είναι ότι η χρήση του ΜΚ, ως πρόσθετο συστατικό του ΑΣΣ, είχε ως αποτέλεσμα τη βελτίωση όλων των ιδιοτήτων που σχετίζονται με τη διαπερατότητα του ΑΣΣ και οι οποίες μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία. Μάλιστα καταγράφηκε βελτίωση των ιδιοτήτων, ανεξάρτητα του είδους αντικατάστασης (τσιμέντου ή φίλλερ) από ΜΚ, και για ποσοστά αντικατάστασης που κυμαίνονταν μέχρι 28%.

The performanceof concrete is determined to a great extent not only by its mechanical, but also by its durability properties. The improvement of these properties can be achieved by replacement of Portland cement by supplementary cementitious materials, which due to their pozzolanic behavior and filling effect, can lead to the production of a more consistent and compact concrete, which exhibits reduced permeability and enhanced mechanical properties. Among the various cementitious materials used for the production of concrete, such as silica fume, granulate blast-furnace slag and fly ash, belongs metakaolin (MK), a recent material with growing implementation in the concrete industry. The aim of this dissertation is to assess the durability properties of different Self-Compacting Concrete (SCC) mixtures, which contain metakaolin. In total, 9 different mixtures of SCC (4 mixtures in which cement has been substituted in various percentages with metakaolin, 4 mixtures in which limestone has been substituted in various percentages with metakaolin, as well as 1 mixture without the incorporation of metakaolin) were examined.Additionally, 2 typical Normally Vibrated Concrete (NVC) mixtures were examined too. The specimens used for the purposes of this research were water-cured for 360 days. In the first part of this dissertation, a theoretical study on the durability of concrete is performed, along with the presentation of the mostly influencing factors, as well as the governing deterioration mechanisms in concrete, as viewed through bibliographic research. Furthermore, the basic properties of metakaolin, its effect and also its use in concrete, are presented. Towards the end of this part, a literature review of the research conducted until recently, on topics related to the subject of this thesis, is attempted. In the second part of this dissertation, the experimental procedure implemented for each durability test, which was conducted in the SCC mixtures under examination, with respect to the permeability properties, is presented analytically. In more detail, the phenomena that were investigated are: the sorptivity (S), the open porosity (OP), the water permeability (wp120/wp500), as well as the air permeability (K) of the SCC mixtures, whereas the compressive strength (fc) of the specimens of each mixture, was also evaluated. Finally, the correlation between the various durability properties, which were examined, is considered, along with the study of the influence of the curing period of concrete specimens on the durability properties and the compressive strength. The main conclusions drawn in this dissertation are that, the incorporation of MK in SCC resulted in the improvement of all the properties related to the permeability of SCC, and which were examined in this study. More specifically, it can be said that, irrespective of the material (cement or limestone) replaced with MK, an improvement of these properties can be observed for replacement percentages ranging up to 28%.