Τεχνολογία Δομικών Υλικών

Η βάση των νέων και/ή υπό ανακαίνιση κατασκευών είναι τα δομήσιμα υλικά τα οποία καθορίζουν την αντοχή, αισθητική, ασφάλεια και άνεση των κτιρίων. Υπολογίζεται ότι στην Ευρώπη μόνο χρησιμοποιούνται ετησίως πάνω από δύο δισεκατομμύρια τόνοι δομικών υλικών. Οι ενεργειακές απαιτήσεις των κτιρίων καθορίζονται από τις ιδιότητες και το συνδυασμό των δομικών υλικών. Σε εθνικό επίπεδο, η βιομηχανία των δομικών υλικών αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους κλάδους. Η ανάπτυξη της βιομηχανίας των δομικών υλικών περιλαμβάνει: καινοτομικά προϊόντα για την κάλυψη των αναγκών της οικοδομής, ανάπτυξη προϊόντων με βάση τη γνώση και εφαρμογή υλικών με πολύ λειτουργικά χαρακτηριστικά, εξασφάλιση άνετου περιβάλλοντος διαβίωσης των ενοίκων, βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης. Ένα μεγάλο ποσοστό οικονομικού κόστους διατίθεται στην επισκευή των κτιρίων, καθ’ όσον χρησιμοποιούνται δομήσιμα υλικά προηγμένης τεχνολογίας.
Το σκυρόδεμα και άλλα υλικά δόμησης, που χρησιμοποιούν το τσιμέντο ως πρώτη ύλη, εφαρμόζονται κατά κόρον στην οικοδομική. Στην παγκόσμια αγορά διατίθενται ετησίως πλέον των δύο δις. τόνοι τσιμέντου που χρησιμοποιούνται για κατασκευές και υποδομές. Οι δομικοί χάλυβες που καλύπτουν τις απαιτήσεις των κατασκευών παράγονται από Ελληνικές εταιρείες καθώς τα προϊόντα αλουμινίου για την κατασκευή κουφωμάτων, είδη κιγκαλερίας, πόμολα, αίθρια κ.λ.π. Τα κεραμικά πλακίδια και οι φυσικοί λίθοι χρησιμοποιούνται ευρέως στην οικοδομική για τη επίστρωση πατωμάτων εσωτερικών και/ή εξωτερικών χώρων. Η ύαλος είναι ένα σημαντικό δομικό υλικό για την κατασκευή υαλοπινάκων και υαλοπετασμάτων. Η χρήση των κονιαμάτων έτοιμων ή συμβατικών είναι σημαντική για την επίχριση της εσωτερικής και εξωτερικής τοιχοποιίας των κατοικιών και δημοσίων κτιρίων.
Με βάση τον συνολικό κύκλο εργασιών στην Ελλάδα, οι βασικοί κλάδοι δομικών υλικών είναι: χάλυβα-σιδήρου, αλουμινίου, τσιμέντου, σκυροδέματος, κεραμοποιίας, χρωμάτων, παραγωγή ασβέστου, έτοιμων κονιαμάτων, πυρίμαχων και μη πυρίμαχων κεραμικών προϊόντων, δομικών προϊόντων από γύψο, θερμομονωτικών, κοπής και διαμόρφωσης λίθων, ξυλουργικών προϊόντων για οικοδομική χρήση και υαλοπινάκων. Η σήμανση CE διασφαλίζει ότι τα προϊόντα με τη σήμανση αυτή εκπληρούν ορισμένες προδιαγραφές, έχουν δηλαδή προκαθορισμένο επίπεδο ποιότητας. Η βελτίωση της ποιότητας των δομικών υλικών πραγματοποιείται με τη συνεχή επιστημονική έρευνα. Οι προοπτικές ανάπτυξης της βιομηχανίας παραγωγής δομικών προϊόντων βασίζονται στο τρίπτυχο: έρευνα-τεχνολογία-καινοτομία.
Στην επιθεώρηση των μετάλλων, η μέθοδος του μη-καταστροφικού ελέγχου, είναι αποδεχτή πρακτική. Όπως για παράδειγμα, η ραδιογραφία και η τεχνική των υπερήχων χρησιμοποιούνται καθημερινά για την ανίχνευση φθορών σε μεταλλικές σωλήνες και η εφαρμογή τους ακολουθεί εθνικούς και διεθνής κανονισμούς. Στην επιθεώρηση του σκυροδέματος η εφαρμογή μη-καταστροφικών μεθόδων είναι σχετικά νέα. Η αργή ανάπτυξη των μη-καταστροφικού ελέγχου τεχνικών στο σκυρόδεμα οφείλεται, σε αντίθεση με τον χάλυβα, στο ότι το σκυρόδεμα είναι ανομοιογενές σύνθετο υλικό με μεταβλητή σύνθεση και διαφορετικά υλικά πρώτων υλών. Εκτός από τις προκατασκευασμένες μονάδες σκυροδέματος, όπως τα χαλύβδινα προϊόντα, οι οποίες κατασκευάζονται σε βιομηχανικές μονάδες, το σκυρόδεμα παρασκευάζεται σε σχετικά μικρού μεγέθους εργοστάσια έτοιμου σκυροδέματος και διατίθεται στα έργα. Η χύτευση, στερεοποίηση και η ωρίμανση του σκυροδέματος πραγματοποιείται επί του έργου, χρησιμοποιώντας εργατικό και τεχνικό προσωπικό που συνήθως δεν είναι εξειδικευμένο. Το τελικό προϊόν είναι, από τη φύση του και την τεχνική κατασκευής μεταβλητό και από μόνο του δεν οδηγεί στον εργαστηριακό έλεγχο από μεθόδους μη-καταστροφικού ελέγχου όπως τα προϊόντα από χάλυβα.
Πέραν από τα ανωτέρω μειονεκτήματα, έχει γίνει σημαντική πρόοδος στην ανάπτυξη μη-καταστροφικών μεθόδων για την εκτέλεση δοκιμών σε δοκίμια σκυροδέματος., και αρκετές μέθοδοι έχουν πιστοποιηθεί από τον Διεθνή Οργανισμό Πιστοποίησης (ISO/International Standard Organization), και άλλους οργανισμούς π.χ. ASTM, DIN, BS, CSA, EC (Ευρωπαϊκούς κώδικες). Ο άμεσος προσδιορισμός των μηχανικών και άλλων ιδιοτήτων απαιτεί τα δοκίμια από σκυρόδεμα να εξάγονται από το έργο με καταστροφικές δοκιμές, οπότε μη-καταστροφικές μέθοδοι μπορούν να παράγουν απόλυτες τιμές αυτών των ιδιοτήτων. Μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για να μετρήσουν άλλες ιδιότητες του σκυροδέματος από τις οποίες μπορούμε να προσδιορίσουμε τις μηχανικές ιδιότητες ή άλλα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την απόδοση μπορούν να εξαχθούν.
Για το σκυρόδεμα υπάρχουν, εν γένει, δύο κατηγορίες μεθόδων μη-καταστροφικού ελέγχου. Η πρώτη κατηγορία συνίσταται από εκείνες τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για να προσδιορίσουν την αντοχή. Σ’ αυτή την κατηγορία ανήκουν :η επιφανειακή σκληρότητα, αντίσταση σε διείσδυση, εξαγωγή ήλου, ράγισμα, τεχνικές ωρίμανσης. Μερικές από αυτές τις τεχνικές δεν είναι τελείως μη-καταστροφικές αλλά διότι προκαλούν μερική καταστροφή στην επιφάνεια, η οποία είναι ασήμαντες συγκρινόμενες με εκείνες που εξάγουν πυρήνες «καρότα». Η δεύτερη κατηγορία συμπεριλαμβάνει εκείνες τις τεχνικές οι οποίες μετρούν άλλα χαρακτηριστικά του σκυροδέματος, π.χ. το ποσοστό υγρασίας, την πυκνότητα, το πάχος, την αντίσταση και τη διαπερατότητα. Επίσης στη δεύτερη κατηγορία, συμπεριλαμβάνονται μεθόδους, π.χ. διάδοση των τασικών κυμάτων, την τεχνική θερμογραφίας υπεριώδους η οποία χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό μηχανισμών αποκολλήσεων, μικρορωγμές, και διάκενα στο σκυρόδεμα. Επί πλέον υπάρχουν μέθοδοι, οι οποίες παρέχουν πληροφορίες για τον χάλυβα ενίσχυσης καθώς τη θέση και το μέγεθος των σιδηροπλισμών, και εάν οι ράβδοι ενίσχυσης είναι διαβρωμένοι.
Το παρόν εγχειρίδιο, παρέχει εκτενή αντιμετώπιση των μη-καταστροφικών μεθόδων οι οποίες χρησιμοποιούνται για να εκτιμήσουν την κατάσταση μιας κατασκευής από σκυρόδεμα. Απευθύνεται κυρίως σε μηχανικούς που ασχολούνται με τον ποιοτικό έλεγχο των υλικών και κατασκευών. Μερικές από τις μεθόδους που περιγράφονται στο εγχειρίδιο βασίζονται σε απλές αρχές της Φυσικής και Μηχανικής των υλικών, ενώ άλλες βασίζονται σε πολύπλοκες αρχές και απαιτεί εκλεπτυσμένες συσκευές και εξειδικευμένο χειριστή για την εκτέλεση του πειράματος δοκιμής. Ανεξάρτητα από ποία μέθοδο χρησιμοποιούμε, συστήνουμε ότι η ανάλυση των αποτελεσμάτων να εκτελείται από εξειδικευμένους μηχανικούς οι οποίοι είναι γνώστες των αρχών και περιορισμών των δοκιμών. Η επεξήγηση των αποτελεσμάτων δεν πρέπει, σε καμία περίπτωση, να γίνεται από μη εξειδικευμένους τεχνικούς.
Το πρώτο κεφάλαιο περιγράφει μερικά από τα συμβατικά δομικά υλικά που χρησιμοποιούνται στις ανακαινίσεις κτιρίων, ενώ στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εκτενή αναφορά των κυριοτέρων πειραματικών, μη-καταστροφικών μεθόδων, που εφαρμόζονται για την επί τόπου πιστοποίηση των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των υφιστάμενων δομικών στοιχείων.
Ελπίζουμε ότι το βιβλίο αυτό θα αποτελέσει απαραίτητο εργαλείο, στους μηχανικούς διαπίστευσης ποιότητας δομικών υλικών και κατασκευών με μη-καταστροφικές μεθόδους ελέγχου. Οι φοιτητές που ασχολούνται με την τεχνολογία σκυροδέματος και ανακαινίσεις κτιρίων θα βρουν το βιβλίο χρήσιμο για τη μελλοντική τους σταδιοδρομία στον τομέα εξειδίκευσή τους.

Περιεχόμενα

Μέρος Α’: Θεωρητικό Μέρος

Κεφάλαιο 1: Υλικά για Αποκατάσταση & Ανακαίνιση Κτιρίων

1. Κονιάματα
   1. Είδη κονιαμάτων
   2. Ασβεστοκονιάματα
   3. Αδρανή κονιάματα
   4. Επισκευαστικά κονιάματα
   5. Έτοιμα κονιάματα
   6. Είδη έτοιμων κονιαμάτων
   7. Χρωμοκονιάματα
   8. Υποστρώματα επιχρισμάτων
   9. Βελτιωτικά κονιαμάτων
   10. Είδη επιχρισμάτων
   11. Οδηγίες εφαρμογής των επιχρισμάτων
   12. Κριτήρια επιλογής των κονιαμάτων
   13. Συνήθεις φθορές των επιχρισμάτων
2. Γύψος
   1. Ιδιότητες του γύψου
   2. Γύψος και γυψοσανίδες
   3. Ιδιότητες των γυψοσανίδων
3. Στεγανωτικά και Μονωτικά Υλικά
   1. Εισαγωγικά
   2. Δομικά υλικά και υγρασία
   3. Υδρατμοπερατότητα
   4. Στεγανωτικά υλικά
   5. Διάφορα μονωτικά υλικά
   6. Πλαστικά μονωτικά υλικά
   7. Σύνθετες στεγανωτικές μεμβράνες και ασφαλτόπανα

Κεφάλαιο 2: Μέθοδοι Αποτίμησης των Δομικών Στοιχείων

1. Πίνακας μεθόδων ελέγχου δομικών στοιχείων
   1. Οπτικός έλεγχος
   2. Πυρηνοληψία
   3. Η μέθοδος των υπερήχων
   4. Κρουσίμετρο
   5. Εξόλκευση ήλου
   6. Μαγνητικές μέθοδοι
   7. Ηλεκτρικές μέθοδοι
   8. Διαπερατότητα
   9. Προσδιορισμός ενανθράκωσης σκυροδέματος
   10. Έμπηξη ήλου
   11. Μέτρηση της σκληρότητας ενός δομικού στοιχείου
2. Οι μέθοδοι ελέγχου δομικών στοιχείων
   1. Οπτικός έλεγχος
   2. Πυρηνοληψία
   3. Η Μέθοδος των Υπερήχων
   4. Κρουσίμετρο
   5. Εξόλκευσης Ήλου
   6. Μαγνητικές Μέθοδοι
   7. Ηλεκτρικές Μέθοδοι
   8. Μέτρηση του εύρους των ρωγμών

Μέρος Β’: Εργαστηριακές Ασκήσεις

• Εισαγωγή – Γενικές οδηγίες για τις εργαστηριακές ασκήσεις
• Γενικοί κανόνες οργάνωσης και λειτουργίας των εργαστηρίων
• Ασφάλεια των Εργαστηρίων
• Τρόπος γραφής της εργαστηριακής αναφοράς

Πειράματα

1. Μέτρηση της πυκνότητας δομικών υλικών
2. Μέτρηση του pH διαφόρων δομικών υλικών με φορητό πεχάμετρο
3. Σχήμα και επιφανειακή υφή των κόκκων της άμμου
4. Πειραματικός προσδιορισμός ιδιοτήτων αφρώδους δομικής πολυουρεθάνης
5. Προσδιορισμός της αντοχής του σκυροδέματος με υπέρηχους
6. Προσδιορισμός της αντοχής του σκυροδέματος με εφαρμογή της μεθόδου των ταλαντώσεων
7. Υπολογισμός του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας δομικών υλικών
8. Προσδιορισμός του συντελεστή διόγκωσης της δομικής γύψου
9. Πειραματικός προσδιορισμός του σημείου πήξης τσιμεντοκονιάματος με τη συσκευή VICAT
10. Πειραματικός προσδιορισμός της αντοχής του σκυροδέματος με πρέσα
11. Προσδιορισμός της σκληρότητας πετρωμάτων
12. Προσδιορισμός υγρασίας σε εδάφη, άμμο και λεπτόκοκκα αδρανή
13. Μέτρηση της συνάφειας Τσιμέντου – Ασβέστη – Πλαστικών
14. Μελέτη διείσδυσης ήλου στο σκυρόδεμα με το σύστημα αισθητήρα Windsor Hp

Παραρτήματα

1. Στατιστική ανάλυση πειραματικών μετρήσεων και γραφικές παραστάσεις
2. Μονάδες και μετατροπές μονάδων φυσικών μεγεθών
3. Τιμές του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας δομικών και μονωτικών υλικών