Προστασία του οπλισμού από τη διάβρωση
Σύμφωνα με τους σημερινούς Ευρωκώδικες, προβλέπεται το ελάχιστο πάχος της επικάλυψης σκυροδέματος (cnom). Το πάχος ενός τέτοιου στρώματος σκυροδέματος είναι η ελάχιστη απόσταση από την εξωτερική επιφάνεια του στοιχείου από οπλισμένο σκυρόδεμα έως τον πρώτο οπλισμό. Στα γραμμικά στοιχεία αυτό είναι ο συνδετήρας, ενώ στα επιφανειακά στοιχεία είναι ο κάτω διαμήκης οπλισμός. Η ονομαστική επικάλυψη ορίζεται ως: cnom = cmin + Δcdev
Το cmin είναι η ελάχιστη προβλεπόμενη προστατευτική επικάλυψη, της οποίας η τιμή εξαρτάται από τις συνθήκες συνάφειας του σκυροδέματος και του οπλισμού, τις περιβαλλοντικές συνθήκες, τις επιστρώσεις στον οπλισμό κ.λπ. Το Δcdev είναι η τιμή που αντιπροσωπεύει την απόκλιση στην κατασκευή. Ανάλογα με την κατηγορία έκθεσης του οπλισμένου σκυροδέματος, υπάρχουν διαφορετικές τιμές ονομαστικής προστατευτικής επικάλυψης· συνήθως κυμαίνεται από 2,5 cm έως 3,5 cm. Για τα θεμέλια θεωρείται ότι είναι 5cm.
Η συμπεριφορά του τσιμεντοκονιάματος και του σκυροδέματος κατά τη συχνή θέρμανση και ψύξη
Η αντοχή του νωπού σκυροδέματος μπορεί να αυξηθεί γρήγορα με σταδιακή θέρμανση με ατμό ή με διατήρηση σε σταδιακά θερμαινόμενο νερό και κατόπιν με αργή ψύξη. Με αυτόν τον τρόπο, μετά από διαδικασία μίας ημέρας, εμφανίζονται αντοχές που με τη συνηθισμένη διαδικασία επιτυγχάνονται μετά από αρκετές εβδομάδες. Ο βαθμός δράσης εξαρτάται από το τσιμέντο και τον τύπο του αδρανούς, ενώ με άπαχο σκυρόδεμα επιτυγχάνονται πολύ καλύτερα αποτελέσματα απ’ ό,τι με πλούσιο σκυρόδεμα.
Σε περίπτωση που οι θερμάνσεις και οι ψύξεις γίνονται σε ευρείες διακυμάνσεις, στο σκυροδετημένο στοιχείο θα εμφανιστούν σημαντικές τάσεις, αν οι θερμάνσεις και οι ψύξεις πραγματοποιούνται γρήγορα. Σε μια τέτοια περίπτωση, και ιδίως σε συχνή επανάληψη, πρέπει να υπολογίζεται η εμφάνιση ρωγμών που διεισδύουν από έξω προς το εσωτερικό, επηρεάζοντας τα μηχανικά χαρακτηριστικά του σκυροδέματος. Παράλληλα, τα διάφορα τσιμέντα συμπεριφέρονται διαφορετικά, γι’ αυτό και για πρακτική εφαρμογή συνιστάται προσεκτική επιλογή του τσιμέντου.
Θερμική διαπερατότητα του σκυροδέματος
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του σκυροδέματος εξαρτάται από την ιδιότητα των αδρανών και του τσιμέντου, από την ποσότητα του τσιμέντου, την ποσότητα του νερού παρασκευής, την υγρασία του σκυροδέματος, καθώς και από το ύψος της θερμοκρασίας. Με δοκιμές με πλάκες πάχους 10 cm και από έντονα ξηραμένο σκυρόδεμα, διαπιστώθηκε ότι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ είναι 1,163 W/mK σε 10 oC, ενώ με πλάκες από σκυρόδεμα που είχε παραμείνει στο νερό είναι έως 2,326 W/mK. Οι παχύτερες πλάκες έδιναν μεγαλύτερους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας· η μέγιστη τιμή ήταν 2,38 W/mK.
Διαστολή του σκυροδέματος λόγω θερμότητας
Η διαστολή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα αδρανή, έπειτα από την υγρασία του σκυροδέματος, καθώς και από το ίδιο το τσιμέντο. Οι μέχρι τώρα γνωστές οριακές τιμές στους 0 έως 40 oC ανέρχονται περίπου σε 6 έως 13*10-6 m/m για κάθε βαθμό.
Αντοχή σε επαναλαμβανόμενη φόρτιση
1. Θλιπτική αντοχή σε κόπωση. Ο όρος αντοχή σε κόπωση χρησιμοποιείται εδώ με τη γενική του σημασία· για τεχνική εφαρμογή πρέπει πάντοτε να αναφέρονται οι αντοχές σε κόπωση (θλίψη, εφελκυσμός, εναλλασσόμενη θλίψη και εφελκυσμός, κάμψη, διάτμηση, καθαρή διάτμηση, λυγισμός) καθώς και ο τρόπος επιφόρτισης (μόνο σταθερή, μόνο επαναλαμβανόμενη, εν μέρει σταθερή και εν μέρει μεταβαλλόμενη).
Αντοχή σε θλίψη υπό κόπωση λόγω σταθερής φόρτισης: πρέπει να αναμένεται ότι η αντοχή σε μακροχρόνια φόρτιση ανέρχεται τουλάχιστον στα ¾ της αντοχής που εμφανίζεται κατά τη συνήθη δοκιμή θλίψης.
Αντοχή σε θλίψη υπό κόπωση λόγω συχνών φορτίσεων (βασική δυναμική αντοχή): η βασική δυναμική θλιπτική αντοχή σκυροδεματικών στύλων διαφορετικής σύνθεσης, και ιδίως με διαφορετικές ποσότητες τσιμέντου και διαφορετικές κοκκομετρίες, αποδείχθηκε ότι είναι τουλάχιστον 0,5 της αντοχής πρίσματος υπό συνηθισμένη φόρτιση μέχρι θραύσης. Στην περίπτωση αυτή πραγματοποιήθηκαν 260 κύκλοι φόρτισης ανά λεπτό· ο συνολικός αριθμός κύκλων για τους οποίους προσδιορίστηκε αυτή η βασική δυναμική αντοχή ήταν δύο εκατομμύρια. Με την αύξηση του αριθμού των κύκλων ανά λεπτό (δοκιμάστηκε με 10 έως 450 κύκλους ανά λεπτό), αυξήθηκε και ο αριθμός των επαναλήψεων που οδηγούσε σε θραύση.
Αντοχή σε θλίψη υπό κόπωση λόγω ταυτόχρονης δράσης στατικών και επαναλαμβανόμενων φορτίσεων: Όταν στις επαναλαμβανόμενες φορτίσεις προστέθηκαν στατικά φορτία, με την αύξηση των στατικών φορτίσεων μειώνονταν οι τιμές των αμπλιτουδών των επαναλαμβανόμενων φορτίσεων, οι οποίες κατά τα άλλα επαναλαμβάνονταν δύο εκατομμύρια φορές. Για παράδειγμα, η σχ. 1 δείχνει ότι οι αμπλιτούδες των επαναλαμβανόμενων φορτίσεων S ήταν:
- σε ήρεμη φόρτιση για σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
- σε ήρεμη φόρτιση για σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
- σε ήρεμη φόρτιση για σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2
Σχ. 1
Εικ. 2
2. Καμπτική αντοχή του σκυροδέματος σε κόπωση. Οι δοκιμές που φαίνονται στο σχήμα 2 για δοκούς που συντηρούνταν μόνιμα σε υγρή κατάσταση έδειξαν, υπό βασικό δυναμικό φορτίο, ότι η καμπτική αντοχή σε κόπωση ανέρχεται σε 28 kg/cm2, ενώ η συνήθης καμπτική αντοχή ήταν 53 kg/cm2, πράγμα που αντιστοιχεί στον λόγο 0,53.
Ελαφρύ σκυρόδεμα
Ελαφροσκυρόδεμα (σκυρόδεμα με βάρος κάτω από 18 kN/m3) παράγεται με τη χρήση ελαφρών, πορωδών αδρανών όπως: ελαφρόπετρα, υψικαμίνου σκωρία, λεβητοσκωρία, επιπλέον με τη χρήση κονιαμάτων από φυσική ή τεχνητή άμμο και άλευρο με πρόσμεικτα τα οποία κατά την παρασκευή του κονιάματος αναπτύσσουν αέρια (αερόσκυροδεμα) ή προκαλούν αφρισμό στο κονίαμα (αφρώδες σκυρόδεμα).
Το ελαφρό σκυρόδεμα, μεταξύ άλλων, χρησιμοποιείται πολύ για την κατασκευή δομικών μπλοκ και πλακών από ελαφρόπετρα για τοίχους και στέγες· σε ξηρή κατάσταση είναι κακός αγωγός της θερμότητας· η αντοχή του είναι μέτρια, αλλά ρυθμίζεται εύκολα, έτσι ώστε να μπορούν με ασφάλεια να κατασκευάζονται ελαφρά μπλοκ για φέροντες τοίχους κατοικιών.
Ως μέσο δημιουργίας αερίων στο αεριώδες σκυρόδεμα χρησιμοποιείται σκόνη αλουμινίου. Ανάλογα με την ποσότητα των προσμείξεων καθώς και με άλλες συνθήκες, προκύπτει υλικό περισσότερο ή λιγότερο πορώδες, με ξηρό βάρος περίπου 3 kN/m3 και άνω.
1. Φαινόμενο ειδικό βάρος ελαφρού σκυροδέματος. Με φυσική ελαφρόπετρα μπορούν να εξασφαλιστούν φαινόμενα ειδικά βάρη – θεωρούμενα σε κατάσταση ξηρανθείσα στους 105 oC – από 7 kN/m3 και άνω, με θλιπτικές αντοχές 2 MPa. Το φαινόμενο ειδικό βάρος που μπορεί να αναμένεται ισούται περίπου με το άθροισμα αδρανών και τσιμέντου σε χαλαρή κατάσταση. Το αεροσκυρόδεμα με φαινόμενα ειδικά βάρη άνω των 8 kN/m3 είναι κατά κανόνα τεχνικά ακατάλληλο.
2. Αντοχή σε θλίψη ελαφροσκυροδέματος. Για ελαφροσκυρόδεμα επίχωσης μπορούν, χωρίς κάποια ιδιαίτερα μέτρα, να επιτευχθούν αντοχές 8 MPa, ενώ με χαλίκι ακόμη και έως 12 MPa. Απαιτούνται συνεχείς δοκιμές καταλληλότητας. Το πορώδες σκυρόδεμα (αεροσκυρόδεμα και αφρώδες σκυρόδεμα) είναι κατάλληλο για φέροντες τοίχους μόνο μετά τη σκλήρυνση υπό πίεση ατμού. Με κατάλληλες πρώτες ύλες μπορούν να εξασφαλιστούν φαινόμενα ειδικά βάρη 6 kN/m3 και αντοχές σε θλίψη 5 MPa.
3. Αντοχή σε κάμψη του ελαφρού σκυροδέματος. Η σχέση μεταξύ αντοχής σε κάμψη και θλιπτικής αντοχής αποδείχθηκε, για τις πρακτικές ανάγκες, σχετικά μεγάλη και όσο οι αντοχές αυξάνονται τόσο η σχέση αυτή μειώνεται.
4. Βαθμός συρρίκνωσης του ελαφροσκυροδέματος. Ο βαθμός συρρίκνωσης εξαρτάται κυρίως από την ελαστικότητα του αδρανούς, καθώς και από την ποσότητα του σκληρυμένου τσιμέντου στο μίγμα· η συρρίκνωση του ελαφροσκυροδέματος είναι μεγαλύτερη από τη συρρίκνωση του σκυροδέματος με χαλίκι. Το σκυρόδεμα από θραυσμένα τούβλα έδειξε μέσα σε ένα έτος συνολικό βαθμό συρρίκνωσης περίπου 0,65 mm/m. Τα πρόσφατα παραδοθέντα στοιχεία από φυσική ελαφρόπετρα, σε 14 m μήνες, συρρικνώθηκαν κατά περίπου 0,8 mm/m. Τα δοκίμια από κυψελωτό σκυρόδεμα και αφρώδες σκυρόδεμα που σκληρύνονταν στον αέρα έδειξαν ακόμη πολύ μεγαλύτερες συρρικνώσεις, ακόμη και πάνω από 2 mm/m. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι κάθε σκυρόδεμα, όταν διαβρέχεται από τη βροχή και το λιωμένο χιόνι, διογκώνεται, ενώ κατά τη μεταγενέστερη ξήρανση συρρικνώνεται ξανά.
Σχ. 3
5. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας μειώνεται με το φαινόμενο βάρος και, υπό κατά τα άλλα ίδιες συνθήκες, γίνεται τόσο μικρότερος όσο οι αεροπόροι του είναι μικρότεροι και πιο ομοιόμορφα κατανεμημένοι. Για αεροστεγνό ελαφρομπετόν οι τιμές ήταν (λ = 0,4625 για 9 kN/m3; λ = 0,58 – 0,7 για 12 kN/m3; λ = 0,81 – 1,05 για 16 kN/m3). Για αεροστεγνό κυψελοειδές σκυρόδεμα τα στοιχεία δίνονται στο σχήμα 3.
ΣΗΜΕΙΩΣΗ:
- 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
- 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3