Ανάλυση κόστους χρόνου ζωής κατασκευών...

Ανάλυση κόστους χρόνου ζωής κατασκευών οπλισµένουσκυροδέµατος µε αυτοσυµπυκνούµενο και συµβατικό

σκυρόδεµα

Life cycle cost analysis of reinforced concrete structurescasted with self-compacting concrete and normally vibrated

concrete.

Κοσµάς Κ. ΣΙ∆ΕΡΗΣ1-Άγγελος Σ. ΓΕΩΡΓΙΑ∆ΗΣ

2, Νικόλαος Σ.ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΠΟΥΛΟΣ

2, Παναγιώτα Α. ΜΑΝΙΤΑ3, Ευάγγελος

Β.ΣΚΑΡΛΑΤΟΣ4

Λέξεις Κλειδιά: αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα, ανθεκτικότητα, ενανθράκωση,διείσδυση χλωριόντων, χρόνος ζωής κατασκευών.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Το ΑΣΣ θεωρείται µια από τις σηµαντικότερες πρωτοτυπίες στοχώρο της τεχνολογίας του σκυροδέµατος τις τελευταίες δεκαετίες. Η ικανότηταπου εµφανίζει το υλικό για αυτοσυµπύκνωση, η εξάπλωση που παρουσιάζειδιαπερνώντας πυκνό οπλισµό και πληρώνοντας τύπους χωρίς περαιτέρωκαθυστέρηση για µηχανική συµπύκνωση, επιφέρει διάφορα οφέλη οικονοµικά,περιβαλλοντικά κλπ. Γεγονός όµως παραµένει ότι το ΑΣΣ παραµένει έναακριβότερο σε σχέση µε το συµβατικό σκυρόδεµα υλικό, σε ότι αφορά το αρχικόκόστος παραγωγής ανά κυβικό µέτρο. Αυτή η διαφορά κόστους, η οποία ανάλογαµε τις διαθέσιµες πρώτες ύλες και την απαιτούµενη κατηγορία αντοχής µπορεί νακυµανθεί από 5 έως και 25%, αποτελεί έναν από τους σηµαντικότερουςανασταλτικούς παράγοντες που εµποδίζουν την ευρεία χρήση του.Στην παρούσα εργασία πραγµατοποιείται µία µελέτη του συνολικού κόστουςζωής κατασκευών οπλισµένου σκυροδέµατος που έχουν σκυροδετηθεί µεσυµβατικά και αυτοσυµπυκνούµενα σκυροδέµατα κατηγορίας αντοχής C25/30και C30/37. Με βάση τα αποτελέσµατα των δοκιµών ανθεκτικότητας έγιναν οιυπολογισµοί τόσο του συνολικού χρόνου ζωής όσο και του ανηγµένου κόστους

1 Λέκτορας, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, ∆ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης,email: [email protected] Υποψήφιος ∆ιδάκτορας, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, ∆ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης3 ∆ρ. Πολ. Μηχανικός, Επιστηµονικός Συνεργάτης Εργαστηρίου ∆οµικών Υλικών ∆ΠΘ4 Αρχιτέκτων Μηχανικός, Αντιπρόεδρος ΤΕΚΤΩΝ ΑΕ

16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 1

χρήσης για το συνολικό χρόνο ζωής των κατασκευών. Από τα αποτελέσµατααυτά προκύπτει ότι το αυτοσυµπυκνούµενο σκυρόδεµα παρουσιάζει συχνά τοίδιο κόστος µε το αντίστοιχο συµβατικό στο σύνολο του χρόνου ζωής τηςκατασκευής ενώ ανάλογα µε τη σύνθεση του µείγµατος και το περιβάλλονέκθεσης της κατασκευής µπορεί να αποβεί έως και 65% οικονοµικότερο.

ABSTRACT: Self Compacting Concrete (SCC), expresses different durabilitycharacteristics as compared with Normaly vibrated Concrete (NC) of the samestrength class mainly due to its advanced internal structure.The main purpose of this research is to study the carbonation and chloride inducedcorrosion resistance of different SCC of the strength classes C25/30 and C30/37.Based on the experimental results, the life cycle cost of reinforced concretestructures was estimated. It was found that SCC results to lower total life cyclecost as compared with the NC of the same strength class, especially when thecarbonation resistance of the structure is of main concern.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Το ΑΣΣ, θεωρείται µια από τις σηµαντικότερες πρωτοτυπίες στο χώρο τηςτεχνολογίας του σκυροδέµατος τις τελευταίες δεκαετίες. Η ικανότητα πουεµφανίζει το υλικό για αυτοσυµπύκνωση, η εξάπλωση που παρουσιάζειδιαπερνώντας πυκνό οπλισµό και πληρώνοντας τύπους χωρίς περαιτέρωκαθυστέρηση για µηχανική συµπύκνωση, επιφέρει διάφορα οφέλη οικονοµικά,περιβαλλοντικά, ασφαλείας προσωπικού και αισθητικά. Γεγονός όµως παραµένειότι το ΑΣΣ παραµένει ένα ακριβότερο σε σχέση µε το συµβατικό σκυρόδεµαυλικό, σε ότι αφορά το αρχικό κόστος παραγωγής ανά κυβικό µέτρο. Αυτή ηαρχική διαφορά κόστους, η οποία ανάλογα µε τις διαθέσιµες πρώτες ύλες και τηναπαιτούµενη κατηγορία αντοχής µπορεί να κυµανθεί από 5 έως και 25%,αποτελεί έναν από τους σηµαντικότερους ανασταλτικούς παράγοντες πουεµποδίζουν την ευρεία χρήση του.

Το ΑΣΣ όµως επιφέρει σαφή βελτίωση της ποιότητας των κατασκευών, µε άµεσοαποτέλεσµα την αύξηση της ανθεκτικότητας αυτών (Σίδερης κ.α. 2003, RILEMTC205 2007). Το γεγονός αυτό οδηγεί σε αύξηση του ωφέλιµου χρόνου ζωής τωνκατασκευών οπλισµένου σκυροδέµατος που κατασκευάζονται µε ΑΣΣ, µεαποτέλεσµα την µείωση των απαιτούµενων επισκευών για την επίτευξη τουαρχικά ορισµένου χρόνου ζωής του έργου και τελικά περιορίζει το πραγµατικόκόστος του ΑΣΣ.


Στην παρούσα εργασία πραγµατοποιείται µελέτη του συνολικού κόστους ζωήςκατασκευών οπλισµένου σκυροδέµατος που έχουν σκυροδετηθεί µε συµβατικάκαι αυτοσυµπυκνούµενα σκυροδέµατα κατηγορίας αντοχής C25/30 και C30/37.

ΥΛΙΚΑ – ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ∆ΙΑ∆ΙΚΑΣΙΑ

Οι βασικές λειτουργικές ιδιότητες του νωπού αυτοσυµπυκνούµενου

σκυροδέµατος είναι η ικανότητα πλήρωσης (filling ability), η αντίσταση στοδιαχωρισµό των υλικών-απόµειξη (segregation resistance) καθώς και η ικανότηταεισχώρησης µεταξύ των οπλισµών (passing ability). Προκειµένου να

ικανοποιηθούν και οι τρεις ανωτέρω απαιτήσεις, δίνεται ιδιαίτερη σηµασία στηρεολογία της τσιµεντόπαστας κατά το σχεδιασµό του µείγµατος. Βασικό στοιχείογια τη βελτιστοποίηση των ανωτέρω ιδιοτήτων είναι η περιεκτικότητά τουµείγµατος σε λεπτά υλικά. Με τον όρο αυτό αναφέρονται όλα τα υλικά –τσιµέντο,ποζολανικά πρόσθετα, παιπάλη της άµµου- τα οποία διέρχονται από το κόσκινοτων 0,125mm.

Σύµφωνα µε τον Ευρωπαϊκό Κανονισµό Αυτοσυµπυκνούµενου Σκυροδέµατος(EFNARC, 2005) η ποσότητα των λεπτών υλικών πρέπει να κυµαίνεται µεταξύ400-600 κιλών στο κυβικό µέτρο, προκειµένου το νωπό σκυρόδεµα να έχει τιςαπαιτούµενες ιδιότητες. Όταν παρά την προσθήκη των πολύ λεπτών υλικώνεξακολουθεί να υπάρχει κίνδυνος απόµειξης, προστίθεται και µία µικρή ποσότηταπροσθέτου ρυθµιστικού του ιξώδους (viscosity modifying agent, VMA)προκειµένου να επιτευχθεί µεγαλύτερη αντίσταση του µείγµατος σε απόµειξη. Ηποσότητα του απαιτούµενου προσθέτου για τη ρύθµιση του ιξώδους αυξάνεται,όσο µειώνεται η ποσότητα των λεπτών υλικών.

Στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν συνολικά 6 µείγµατα σκυροδέµατος (4µείγµατα αυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος και 2 µείγµατα αναφοράς) πουανήκαν στις κατηγορίες αντοχής C25/30 και C30/37. Λόγω της δυσκολίαςπροµήθειας του ασβεστολιθικού φίλλερ καθώς και του υψηλού σχετικά κόστουςτου, κατεβλήθησαν προσπάθειες µείωσης της απαιτούµενης ποσότητας τουτελευταίου. Για το σκοπό αυτό εξετάστηκε η δυνατότητα παρασκευήςαυτοσυµπυκνούµενου σκυροδέµατος αποκλειστικά µε χρήση ρυθµιστού τουιξώδους (VMA).

Για την παρασκευή όλων των µειγµάτων χρησιµοποιήθηκε σύνθετο τσιµέντοπόρτλαντ CEMIΙ/A-M 42.5N και CEMII/A-M 32.5N. Τα χονδρόκοκκα αδρανή -γαρµπίλι µε µέγιστο κόκκο 16mm- ήταν πυριτικής προελεύσεως. Για τηνπαρασκευή των συµβατικών σκυροδεµάτων χρησιµοποιήθηκε πυριτική άµµοςφυσικής προελεύσεως, ενώ για την παρασκευή των αυτοσυµπυκνούµενων


σκυροδεµάτων χρησιµοποιήθηκε θραυστή ασβεστολιθική άµµος λατοµείου. Ωςλεπτόκοκκο υλικό χρησιµοποιήθηκε ασβεστολιθικό φίλλερ. Σε ορισµέναµείγµατα χρησιµοποιήθηκε ρυθµιστής του ιξώδους, προκειµένου να µειωθεί τοαπαιτούµενο ποσοστό των λεπτόκοκκων υλικών. Ο σχεδιασµός όλων τωναυτοσυµπυκνούµενων σκυροδεµάτων έγινε µε χρήση της µεθόδου Σχ.Ε.∆ι.Π.Υ.που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο ∆οµικών Υλικών του ∆ΠΘ. Οι αναλογίεςµείξεως καθώς και τα ρεολογικά χαρακτηριστικά όλων των µειγµάτωνπαρουσιάζονται στον Πίνακα 1.

Πίνακας 1: Αναλογίες µείξεως (Kg/m3) και ρεολογικά χαρακτηριστικά νωπούσκυροδέµατος.

NCC 25/30 SCC25/30-1 SCC25/30-2 NCC30/37 SCC30/37-1 SCC25/30-2

CEM II42.5 50 51 51 130 130 130CEM II32.5 300 305 304 305 305 305Filler ---- 101 50 --- 50 ---Άµµος θρ.ασβεστολ.

---- 882 945 880 945

Άµµος

θραυστή650 ---- ----- 460 ----- ----

Άµµος

φυσική330 ----- ----- 550 ----- ----

Γαρµπίλι 850 800 800 760 800 800Νερό 191 193 189 187 188 182Υπερ/της 0.7% 1.60 %

(5.7Kg)1.64%

(5.81 Kg)1.1% 1.55%

(6.74 Kg)2.3%

(10Kg)Επιβρ/της --- 0.45%

(1.60 Kg)0.30%

(1.06 Kg)--- 0.30%

(1.31 Kg)0.30%

(1.31Kg)VMA --- --- 0.30%

(1.06Kg)--- --- 0.45%

(1.96Kg)w/c 0.54 0.53 0.43 0.43 0.42w/p 0.54 0.47 0.43 0.39 0.42Κάθιση (cm) 18 16Εξάπλωση

(cm)75 77 75 77

L-box(H2/H1)

0.80 0.95 1 1

V-funnel(sec)

17 7

*** Υπερ /τής: lt/100 Kg τσιµέντου

Από κάθε µείγµα παρασκευάστηκαν κυβικά δοκίµια ακµής 150 mm για τηµέτρηση της θλιπτικής αντοχής. Τα δοκίµια ξεκαλουπώθηκαν µία ηµέρα µετά τηνπαρασκευή τους και στην συνέχεια συντηρήθηκαν στο θάλαµο υγρής συντήρησηςτου εργαστηρίου µέχρι την ηλικία της δοκιµής.


Ανάλογα κυλινδρικά δοκίµια διαστάσεων 60x100mm χρησιµοποιήθηκαν για τηνµέτρηση της ενανθράκωσης. Τα δοκίµια συντηρήθηκαν στο θάλαµο υγρήςσυντήρησης για 3 ηµέρες και κατόπιν τοποθετήθηκαν σε περιβάλλον εργαστηρίου(T=20±°C, R.H.=55-65%) µέχρι την ηλικία των 28 ηµερών. Έπειτα από τηνηλικία αυτή τοποθετήθηκαν στο θάλαµο επιταχυνόµενης ενανθράκωσης (µεCO2= 10%, T=20±°C, R.H.=65-72%) όπου και παρέµειναν για έξι εβδοµάδες.Ανάλογα κυλινδρικά δοκίµια διαστάσεων 100x50mm χρησιµοποιήθηκαν για τηνµέτρηση της διείσδυσης των χλωριόντων. Τα δοκίµια συντηρήθηκαν στο θάλαµουγρής συντήρησης για 3 ηµέρες και µετά τοποθετήθηκαν σε περιβάλλονεργαστηρίου (T=20±°C, R.H.=55-65%) έως την ηλικία των 28 ηµερών. Μετάτοποθετήθηκαν στη συσκευή του Σχήµατος 2 προκειµένου να υπολογιστεί οσυντελεστής διαπερατότητας χλωριόντων De (NΤ Built 492, 1999).

Σχήµα 2: Πειραµατική διάταξη µέτρησης της αντίστασης των δοκιµίων έναντιδιείσδυσης χλωριόντων (NΤ Built 492).

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Α) Θλιπτική αντοχήΗ θλιπτική αντοχή µετρήθηκε για κάθε µείγµα στην ηλικία των 7 και 28 ηµερών.Οι τιµές των θλιπτικών αντοχών όλων των παρασκευασθέντων µειγµάτωνπαρουσιάζονται κατωτέρω στον Πίνακα 2.


Πίνακας 2: Θλιπτική αντοχή (MPa) παρασκευασθέντων συµβατικών και

αυτοσυµπυκνούµενων σκυροδεµάτων.NCC 25/30 SCC25/30-1 SCC25/30-2 NCC30/37 SCC30/37-1 SCC30/37-2

fc7 37.20 42.70 39.80 45.42 50.16 46.62fc28 40.91 45.10 44.00 50.22 58.36 60.80

Β) ΕνανθράκωσηΗ αντίδραση της ενανθράκωσης στο σκυρόδεµα (µε το CO2 της ατµόσφαιρας)µειώνει την αλκαλικότητά του, η οποία προστατεύει τον οπλισµό. Έτσιπροκαλείται η αποπαθητικοποίηση του οπλισµού, οδηγώντας σε κίνδυνοδιάβρωσής του.Μετά την έξοδό τους από το θάλαµο, τα δοκίµια θραύστηκαν και προσδιορίστηκετο βάθος στο οποίο είχε προχωρήσει η ενανθράκωση. Η διαδικασίαπραγµατοποιήθηκε µε βάση το πρότυπο ΕΝ 14630. Τα αποτελέσµατα τουσχετικού βάθους ενανθράκωσης d=di/dref παρουσιάζονται στο Σχήµα 1.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Σχετικό Βάθος Ενανθράκωσης

NC25/30

SCC25/30-1

SCC25/30-2

NC30/37

SCC30/37-1

SCC30/37-2

Σχήµα 1: Σχετικό βάθος ενανθράκωσης συµβατικών και αυτοσυµπυκνούµενωνσκυροδεµάτων.

Γ) ∆ιείσδυση χλωριόντωνΗ προσβολή του χάλυβα από ιόντα χλωρίου (προερχόµενα από το εσωτερικό τουσκυροδέµατος, την ατµόσφαιρα ή αντιπαγωτικά άλατα) οδηγεί στην τοπικήδιάτρηση της προστατευτικής στρώσης του µε τελικό αποτέλεσµα τη διάβρωσήτου. Οι συντελεστές διαπερατότητας χλωριόντων υπολογίστηκαν για όλα ταµείγµατα και παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.

Πίνακας 3: Συντελεστής διαπερατότητας χλωριόντων De (10–12 m2/s) συµβατικών καιαυτοσυµπυκνούµενων σκυροδεµάτων.

NCC 25/30 SCC25/30-1 SCC25/30-2 NCC30/37 SCC30/37-1 SCC30/37-2

De 44,53 35,88 52,39 28,3 22,10 32,79(x10-12m2/s)


ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

Από τον Πίνακα 2 παρατηρούµε ότι η θλιπτική αντοχή των αυτοσυµπυκνούµενωνµειγµάτων ήταν σε κάθε περίπτωση υψηλότερη από την αντίστοιχη τιµή πουµετρήθηκε στα συµβατικά σκυροδέµατα της ιδίας κατηγορίας αντοχής. Ηδιαφορά αυτή, η οποία στην ηλικία των 28 ηµερών έφτασε έως και 20%(SCC30/37-2), οφείλεται κυρίως στην καλύτερη συµπύκνωση η οποίαεπιτυγχάνεται στην περίπτωση των αυτοσυµπυκνούµενων σκυροδεµάτων καθώςκαι στην βελτιωµένη διεπιφάνεια αδρανών-τσιµεντόπαστας που αναπτύσσεταιστα µείγµατα αυτά.

Το βάθος ενανθράκωσης των ΑΣΣ µετρήθηκε σε κάθε περίπτωση ίσο ήµικρότερο από το αντίστοιχο των συµβατικών σκυροδεµάτων. Η βελτιωµένησυµπεριφορά των µειγµάτων ΑΣΣ έναντι ενανθράκωσης έχει επισηµανθεί και απόάλλους ερευνητές (Trägardh: 1999, De Schutter et al 2003, Heirman et al 2006).Το φαινόµενο αυτό αποδίδεται στη διαφορετική κατανοµή των πόρων πουαναπτύσσονται στα ΑΣΣ σε σχέση µε τα συµβατικά σκυροδέµατα (Boel et al,2007) και είναι εντονότερο στα µείγµατα µε τον υψηλότερο λόγο νερού/τσιµέντο,όπως σε αυτή την εργασία.

Με βάση τα πειραµατικά αποτελέσµατα καταστρώθηκαν οι εξισώσεις τουβάθους ενανθράκωσης για όλα τα µείγµατα. Οι γραφικές παραστάσεις αυτώνπαρουσιάζονται κατωτέρω στο Σχήµα 3:

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Χρόνος (SQRT(t))

Βάθος ενανθράκωσης (

mm

)

NC25/30

SCC25/30-1

SCC25/30-2

NC30/37

SCC30/37-1

SCC30/37-2

Σχήµα 3: Βάθος ενανθράκωσης αυτοσυµπυκνούµενων και συµβατικών σκυροδεµάτων.


Με τη βοήθεια των ανωτέρω εξισώσεων υπολογίστηκε ο χρόνος ζωής τωνδοµικών στοιχείων οπλισµένου σκυροδέµατος που παρασκευάζονται µε τασυγκεκριµένα σκυροδέµατα. Ο χρόνος αυτός παρουσιάζεται στον Πίνακα 4.

Πίνακας 4: Χρόνος ζωής δοµικών στοιχείων λόγω προσβολής τους από ενανθράκωση.NC25/30 SCC25/30-

1SCC25/30-

2NC30/37 SCC30/37-

1SCC30/37-

2Χρόνος

ζωής

(έτη)

27 41 26 130 204 170

Αύξηση

(%)--- 52 -0,5 --- 56 30

Για τον υπολογισµό του χρόνου ζωής έγιναν οι ακόλουθες παραδοχές:Πάχος επικάλυψης συνδετήρων υποστυλωµάτων: 30 mmΚατηγορία έκθεσης κατασκευών: XC3 κατά EN206-1.Συνολικός χρόνος ζωής = χρόνος αποπαθητικοποίησης οπλισµού + χρόνοςεξέλιξης της διάβρωσηςΧρόνος εξέλιξης της διάβρωσης = 10 έτη.

Από τον ανωτέρω Πίνακα γίνεται φανερή η επίδραση της χρήσης των ΑΣΣ στηναύξηση του χρόνου ζωής των κατασκευών. Η εναλλακτική χρήση ΑΣΣ αντί γιασυµβατικό σκυρόδεµα της ιδίας κατηγορίας αντοχής προκαλεί αύξηση έως και56% του συνολικού χρόνου ζωής των κατασκευών έναντι ενανθράκωσης ότανχρησιµοποιείται µείγµα µε ασβεστολιθικό φίλλερ ως υλικό πλήρωσης. Αντίθετα,η χρήση προσµείκτου ρύθµισης του ιξώδους δεν επιφέρει ανάλογα

αποτελέσµατα: η αντίστοιχη αύξηση περιορίζεται στο 30% και αυτό µόνο για τοµείγµα της κατηγορίας C30/37. Για τη χαµηλότερη κατηγορία C25/30 ηενανθράκωση του ΑΣΣ C25/30-2 είναι η ίδια µε αυτήν του συµβατικούσκυροδέµατος της ιδίας κατηγορίας αντοχής. Αυτό οφείλεται στην έλλειψηικανής ποσότητας λεπτοαλεσµένου υλικού πλήρωσης.

Η ύπαρξη λεπτοαλεσµένου υλικού πλήρωσης είναι η αιτία της διαφοροποίησηςτων αποτελεσµάτων και στην περίπτωση που εξετάζουµε το συντελεστήδιαπερατότητας έναντι χλωριόντων. Λόγω του διαφορετικού διαβρωτικούµηχανισµού που λαµβάνει χώρα όµως σε αυτήν την περίπτωση, τα αποτελέσµαταδεν είναι τόσο ευνοϊκά όσο όταν εξετάζουµε την αντίσταση των µειγµάτων έναντιενανθράκωσης. Όπως έχει άλλωστε επισηµανθεί και από άλλους ερευνητές(Rougeau et al 1999, Trägardh 1999) ο συντελεστής διαπερατότητας έναντιχλωριόντων δεν διαφοροποιείται σηµαντικά µεταξύ ΑΣΣ και συµβατικώνσκυροδεµάτων, όταν αυτά έχουν παρασκευαστεί µε την ίδια δοσολογία τσιµέντου


και περίπου τον ίδιο λόγο Ν/Τ. Άλλοι ερευνητές (Zhu and Bartos, 2003)δηµοσίευσαν αποτελέσµατα σχετικά µε το συντελεστή διαπερατότητας έναντιχλωριόντων µειγµάτων ΑΣΣ και ΣΣ δύο διαφορετικών κατηγοριών αντοχής(fck=40 και 60 MPa). Παρασκεύασαν µείγµατα ΑΣΣ µε διαφορετικά υλικάπλήρωσης (ασβεστολιθικό φίλλερ ή ιπτάµενη τέφρα) και µείγµατα ΑΣΣ µόνο µεπροσθήκη VMA. Παρατήρησαν ότι ο συντελεστής διαπερατότητας έναντιχλωριόντων των ΑΣΣ µε VMA ήταν κατά πολύ µεγαλύτερος της τιµής τωνσυµβατικών σκυροδεµάτων.

Ο συντελεστής διαπερατότητας έναντι χλωριόντων των µειγµάτων της παρούσαςέρευνας παρουσιάζεται στον Πίνακα 3. Με βάση τις τιµές αυτές υπολογίστηκε οχρόνος ζωής των κατασκευών οπλισµένου σκυροδέµατος οι οποίες βρίσκονται σεεπαφή µε θαλασσινό νερό. Οι χρόνοι αυτοί παρουσιάζονται στον Πίνακα 5:

Πίνακας 5: Χρόνος ζωής δοµικών στοιχείων λόγω προσβολής τους από χλωριόντα.NC25/30 SCC25/30-

1SCC25/30-

2NC30/37 SCC30/37-

1SCC30/37-

2Χρόνος

ζωής

(έτη)

34 36 33 37 40 36

Αύξηση

(%)--- 5,9 -2,9 --- 8,1 -2,7

Σε κάθε περίπτωση έγιναν οι ακόλουθες παραδοχές:Πάχος επικάλυψης οπλισµών (συνδετήρες): 45 mm.Συνολικός χρόνος ζωής = χρόνος αποπαθητικοποίησης οπλισµού + χρόνοςεξέλιξης της διάβρωσηςΧρόνος εξέλιξης της διάβρωσης = 10 έτη.Κρίσιµη συγκέντρωση χλωριόντων: 0,5% κ.β. του σκυροδέµατοςΠεριβάλλον έκθεσης: Θαλάσσιο περιβάλλον, κατηγορία XS3 κατά ΕΝ206-1.

Με βάση τα αποτελέσµατα των αναλύσεων των Πινάκων 4 και 5, υπολογίστηκετο ανηγµένο κόστος των αυτοσυµπυκνούµενων σκυροδεµάτων ως προς το κόστοςτου αντίστοιχου συµβατικού µείγµατος ανά κυβικό µέτρο υλικού αλλά και ανάέτος ζωής της κατασκευής. Τα αποτελέσµατα αυτά παρουσιάζονται στον Πίνακα6.


Πίνακας 6: Ανηγµένο κόστος παραγωγής και χρήσης ΑΣΣ (SCC) και ΣΣ (NC)SCC25/30-

1SCC25/30-

2SCC30/37-

1SCC30/37-

2∆ιαφορά κόστους (%του συµβατικού,Ευρώ/m3)

17 10 4 8

∆ιαφορά κόστουςχρήσης (% τουσυµβατικού- CO2)

-23.17 14.23 -65 -63

∆ιαφορά κόστουςχρήσης (% τουσυµβατικού- Cl)

11 13 -2.7 12

Τα αυτοσυµπυκνούµενα σκυροδέµατα είναι σε κάθε περίπτωση ακριβότερα σεσχέση µε τα συµβατικά σκυροδέµατα της ιδίας κατηγορίας αντοχής όσον αφοράτο αρχικό κόστος ανά κυβικό µέτρο υλικού. Τα στοιχεία που διαφοροποιούν τοκόστος των µειγµάτων είναι η επιπλέον ποσότητα χηµικών προσµείκτων –υπερρευστοποιητής και ρυθµιστικής του ιξώδους- καθώς και η ποσότητα και τοείδος των υλικών πλήρωσης. Το ποσοστό της αύξησης του κόστους ανά κυβικόδεν είναι σταθερό, αλλά εξαρτάται από τον τύπο του αυτοσυµπυκνούµενουµείγµατος (ΑΣΣ κονίας, ΑΣΣ µε ρυθµιστή του ιξώδους ή µεικτός τύπος ΑΣΣ)καθώς και από την κατηγορία αντοχής. Μάλιστα διακρίνεται σαφώς η τάση τηςµείωσης του επιπλέον κόστους όσο αυξάνει η κατηγορία αντοχής, γεγονός πουεξηγείται από την αντίστοιχη αύξηση της δοσολογίας του τσιµέντου και τηςαπαραίτητης ποσότητας υπερρευστοποιητή και στα συµβατικά µείγµατα.

Λαµβάνοντας υπόψη το κόστος χρήσης των αυτοσυµπυκνούµενων

σκυροδεµάτων εκφρασµένο σε Ευρώ/ έτος ζωής των κατασκευών, παρατηρείταιµία σαφής µείωση του ανηγµένου κόστους συγκριτικά µε τα συµβατικά µείγµατααναφοράς. Η αύξηση του χρόνου ζωής λόγω ενανθράκωσης των ΑΣΣ πουυπολογίστηκε στον Πίνακα 4 είναι σαφώς µεγαλύτερη από το επιπλέον κόστοςπαραγωγής των µειγµάτων αυτών, γεγονός που τελικά οδηγεί σε µείωση τουκόστους χρήσης των τελευταίων έως και 65%. Το συµπέρασµα αυτό φυσικά δενµπορεί να γενικευτεί, µιας και εξαρτάται τόσο από την κατηγορία αντοχής όσοκαι από τον τρόπο παραγωγής του ΑΣΣ (ΑΣΣ κονίας ή µεικτού τύπου).Ανάλογη διαφοροποίηση επέρχεται και στην περίπτωση υπολογισµού τουκόστους χρήσης ανά έτος µε βάση τους χρόνους ζωής των ΑΣΣ λόγω διείσδυσηςχλωριόντων, όπως υπολογίστηκαν στον Πίνακα 5. Λόγω της λιγότερο ευνοϊκήςεπίδρασης των ΑΣΣ στην αύξηση του χρόνου ζωής, τα αποτελέσµατα δενδιαφοροποιούνται τόσο έντονα. Και πάλι όµως παρατηρείται µείωση τηςδιαφοράς κόστους χρήσης των ΑΣΣ τύπου κονίας σε σχέση µε τη διαφοράκόστους παραγωγής. Στην περίπτωση µάλιστα του µείγµατος SCC30/37-1 το


κόστος χρήσης ανά έτος είναι µικρότερο από το αντίστοιχο του συµβατικούµείγµατος αναφοράς.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Το αρχικό κόστος παραγωγής των αυτοσυµπυκνούµενων σκυροδεµάτων είναιαυξηµένο σε σχέση µε αυτό των αντίστοιχων συµβατικών µειγµάτων της ιδίαςκατηγορίας αντοχής, λόγω των αυξηµένων απαιτήσεων των πρώτων σελεπτοαλεσµένα υλικά πλήρωσης και χηµικά πρόσµεικτα. Η διαφορά αυτήεξαρτάται από την κατηγορία αντοχής καθώς και από τον τύπο του ΑΣΣ (ΑΣΣτύπου κονίας, ΑΣΣ µε ρυθµιστή ιξώδους ή µεικτού τύπου ΑΣΣ).

Τα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας στο χρόνο των αυτοσυµπυκνούµενωνσκυροδεµάτων διαφοροποιούνται σε σχέση µε τα αντίστοιχα των συµβατικώνµειγµάτων αναφοράς. Ιδιαίτερα σηµαντική είναι η βελτίωση της συµπεριφοράςέναντι ενανθράκωσης, η οποία µπορεί να οδηγήσει σε θεαµατική αύξηση τουχρόνου ζωής των κατασκευών. Υπεύθυνη για το φαινόµενο αυτό είναι ηπυκνότερη εσωτερική δοµή των ΑΣΣ, η οποία αναπτύσσεται λόγω καλύτερηςσυµπύκνωσης και της ύπαρξης λεπτοαλεσµένου υλικού πλήρωσης.

Η αντίσταση των ΑΣΣ έναντι της διείσδυσης χλωριόντων δεν διαφοροποιείταισηµαντικά, τουλάχιστον στα µείγµατα που εξετάστηκαν στα πλαίσια τηςπαρούσας έρευνας. Σηµειώνεται όµως ότι, οι όποιες διαφορές εξαρτώνται από τοντύπο του ΑΣΣ.

Τα βελτιωµένα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας των ΑΣΣ επιφέρουν σηµαντικέςδιαφοροποιήσεις στο κόστος χρήσης των µειγµάτων αυτών. Το ανηγµένο κόστοςχρήσης των ΑΣΣ µειώνεται σηµαντικά σε σχέση µε το αντίστοιχο τωνσυµβατικών µειγµάτων αναφοράς όταν εξετάζεται ο συνολικός χρόνος ζωής τωνκατασκευών λόγω προσβολής τους από ενανθράκωση. ∆ιαφοροποίηση επέρχεταικαι στην περίπτωση υπολογισµού του κόστους χρήσης των ΑΣΣ όταν εξετάζεταιο συνολικός χρόνος ζωής των κατασκευών λόγω διείσδυσης χλωριόντων. Στηνπερίπτωση αυτή όµως, το κόστος χρήσης των ΑΣΣ παραµένει υψηλότερο από τοαντίστοιχο των συµβατικών µειγµάτων αναφοράς.

ΑΝΑΦΟΡΕΣΣίδερης Κ. Κ., Κυριτσάς Σ. και Χανιωτάκης Ε.: "Μηχανικά Χαρακτηριστικά και

Ανθεκτικότητα Αυτοσυµπυκνούµενων Σκυροδεµάτων παρασκευασθέντων µε ΕλληνικάΥλικά ", Πρακτικά 14ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέµατος, Κως, 15-17 Οκτωβρίου2003, Τόµος Β΄, σελ. 187-193.


BIBM, CEMBUREAU, EFCA, EFNARC, ERMCO: European Guidelines for Self-Compacting Concrete: Specification, Production and Use, May 2005, downloadable fromwww.efnarc.org.

Boel V., Audenaert K., De Schutter G., Heirman G., Vanderwalle L., Desmer B.,Bantomme J.: “Transport properties of self-compacting concrete with limestone filler orfly ash”, Materials and Structures, Vol. 40 (5), (2007), pp. 507-516.

Comite Européenne de Normalisation : « Concrete - Part 1: Specification,Performance, Production and Conformity », ΕΝ 206-1, (2000).

De Schutter, G., Audenaert, K., Boel, V., Vandewalle L., Dupont, D., Heirman, G.,Vantomme, J., D’Hemricourt, J: (2003). “Transport properties in self consolidatingconcrete and relation with durability: Overview of a Belgian research project”, Proc.,Third Int. Symp. on SCC, RILEM, Reycjavik, Iceland, (Eds Wallenik O. and Nielsson I),(2003), pp. 799-807

EN 14630: Comité Européenne de Normalisation EN14630: Products and systems forthe protection and repair of concrete structures — Test methods —Determination ofcarbonation depth in hardened concrete by the phenolphthalein method, (2006).

Heirman G., Vandewalle L., Boel V., Audernaert K., De Schutter G., D’HemricourtJ., Desmet B., Vantomme J.: ”Chloride penetration and carbonation in self-compactingconcrete”, International RILEM-JCI Seminar on Concrete Durability and Service LifePlanning, March 14-16, (2006), Dead-Sea, Israel, pp. 13-23.

NT Built 492: Concrete, Mortar and Cement-based Repair Materials: ChlorideMigration Coefficient from Non-Steady Migration Experiments, NTBuild, (1999).

RILEM TC205 Durability of self-compacting concrete, State of the Art Report,RILEM Publications S.A.R.L., Report 38, ISBN978-2-35158-048-6, (2007).

Rougeau P., Maillard J.L. and Mary-Dippe C.: “Comparative study on properties ofself-compacting and high-performance concrete used in precast construction”, in Proc. 1stInternational RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, (1999), pp. 251-261.

Trägardh: “Microstructural features and related properties of self-compactingconcretes”, Proceedings of the First International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, (Eds. Skarendahl A. and Petersson Ö), Sweden, (1999), pp. 175-186.

Zhu M. and Bartos P.J.M.: “Permeation properties of self-compacting concrete”,Cement and Concrete Research, Vol. 33, 6, (2003), pp. 921-926.


Ανάλυση κόστους χρόνου ζωής κατασκευών...

Documents

Transcript of Ανάλυση κόστους χρόνου ζωής κατασκευών...