Τεχνολογία Σύνθετων Δομικών Υλικών για νέα και υφιστάμενα δομικά έργα

Τα δομικά υλικά που είναι διαθέσιμα σήμερα στην κατασκευή νέων αλλά και στις επεμβάσεις/ενισχύσεις υφιστάμενων δομικών έργων μπορούν να καταταγούν σε δύο κατηγορίες: παραδοσιακά/συμβατικά και ινοπλισμένα. Ως συμβατικά ορίζονται τα κονιάματα, οι πλίνθοι/λίθοι, το ξύλο, το σκυρόδεμα και ο χάλυβας, με τα οποία έχει οικοδομηθεί η πλειονότητα των υφιστάμενων δομικών έργων. Η αναγνώριση των βλαβών στις υφιστάμενες κατασκευές επικεντρώνεται στην ευπάθεια των συμβατικών δομικών υλικών σε συνθήκες έκθεσης, τυχηματικής φόρτισης ή γήρανσης. Στην περίπτωση της επέμβασης και βάσει των ιδιαιτεροτήτων έκαστου παραδοσιακού δομικού υλικού, ο μηχανικός καλείται να επιλέξει τα νέα δομικά υλικά με κριτήριο την σκοπούμενη επιτελεστικότητα (συμβατότητα, γεωμετρικοί περιορισμοί, αντοχή, ικανότητα παραμόρφωσης, ανθεκτικότητα σε εχθρικό περιβάλλον, αύξηση του χρόνου ζωής του έργου). Έτσι, στην πρώτη ενότητα έμφαση δίδεται στα παραδοσιακά κονιάματα, στην συνεργασία τους με λίθους/πλίνθους/ξύλο  και στην συμβατότητα τους με την κυρίαρχη κονία τσιμέντου.

Ακολούθως, ορμώμενη από τις βασικές αρχές σχεδιασμού των παραδοσιακών κονιαμάτων, αναπτύσσεται η τεχνολογία των σύνθετων τσιμεντοειδών κονιαμάτων με πλαστικές ίνες (κοντές ίνες ως διάσπαρτος οπλισμός). Τα υλικά αυτά προσανατολίζονται είτε ως στοχευμένες επεμβάσεις σε περιοχές όπου ζητούμενο είναι η ανθεκτικότητα/ακεραιότητα (λόγω της αντίστασής τους έναντι ρηγμάτωσης,/διάβρωσης) είτε σε νέες κατασκευές χαμηλού βάρους (ως προς το συμβατικό οπλ. σκυρόδεμα), με οικολογικό χαρακτήρα (χρήση βιομηχανικών τεφρών σε πολλαπλάσιο του τσιμέντου μερίδιο), με πρωτότυπη αρχιτεκτονική αισθητική όπου τίθενται απαιτήσεις για μείωση γεωμετρίας των φερόντων δομικών στοιχείων.

Στην τρίτη ενότητα, παρουσιάζονται τα παραγόμενα σήμερα δομικά υλικά από ινοπλισμένα πολυμερή και οι προοπτικές εφαρμογής σε υφιστάμενα και νέα δομικά έργα. Έμφαση δίδεται στην αλληλεπίδρασή τους με ανερχόμενη υγρασία, διαπνοή και υπάρχουσα διάβρωση χάλυβα. Έτσι καθίσταται αναγκαία η διατύπωση μεθοδολογίας δύο αξόνων: α) στην αποτίμηση των επιπτώσεων της αποσάθρωσης των δομικών υλικών στην δομική κατάσταση του έργου και β) στο πλαίσιο ένταξης των σύνθετων τσιμεντοειδών κονιαμάτων και ινοπλισμένων πολυμερών στην αποκατάσταση/ενίσχυσή τους.

Ύλη μαθήματος 13 εβδομάδων

1^η εβδομάδα

Εισαγωγή στις βλάβες των δομικών υλικών και τις συνέπειες στην ακεραιότητα των δομικών μελών. 

 2^η - 3^η εβδομάδα

Προσθετικά συστατικά ενίσχυσης των παραδοσιακών κονιαμάτων (φυσικές ίνες, τέφρες). Η συμβατότητα των παραδοσιακών κονιαμάτων δόμησης με τα στοιχεία δόμησης (πλίνθοι, λίθοι, ξύλο). Συμπεριφορά δομής και έναντι σεισμού. Η συμβολή των ενεμάτων. Μελέτη εφαρμογής με κονιάματα και ενέματα.

4^η εβδομάδα

Από τα παραδοσιακά κονιάματα στα σύγχρονα, σύνθετα τσιμεντοειδή κονιάματα (fibre-reinforced cementitious composites) που στην δομή τους εμπεριέχουν διάσπαρτες πλαστικές μικρο-ίνες. Σκοπούμενες επιτελεστικότητες: πρωτότυπη αρχιτεκτονική αισθητική, μείωση γεωμετρίας φερόντων δομικών,  στοχευμένη προστασία, αντοχή και ανθεκτικότητα σε παραμόρφωση.

 5^η εβδομάδα

Τεχνολογία σύνθετων τσιμεντοειδών κονιαμάτων: ποια τα συστατικά υλικά (τσιμέντο, βιομηχανικές τέφρες,  πολυμερικές μικροκάψουλες, σκληρά λεπτόκοκκα, πλαστικές μικρο-ίνες, υπερ-ρευστοποιητές), οι αναλογίες μίξης, οι μέθοδοι παρασκευής, η ρευστότητα, η συντήρηση.

6^η εβδομάδα

Η συμπεριφορά νωπής και σκληρυμένης κατάστασης του σύνθετου τσιμεντοειδούς κονιάματος συναρτήσει της μορφολογίας, ιδιοτήτων και αναλογιών των επί μέρους φάσεων. Η επιδιωκόμενη μορφή βλάβης και οι διαθέσιμες τεχνικές βελτιστοποίησης (επικάλυψη, εμβάπτιση, υβριδισμός ινών).

7^η εβδομάδα

Παραδείγματα μηχανικής συμπεριφοράς σύνθετων τσιμεντοειδών κονιαμάτων (βιβλιογραφία και επίδειξη υλικού που έχει μελετηθεί στο Εργαστήριο Δομικών Υλικών ΔΠΘ). Συμπεριφορά σύνθετων τσιμεντοειδών κονιαμάτων σε περιβαλλοντικές δράσεις, ακραίες συνθήκες (παγετός, πυρκαγιά) και σε συνδυασμό με ράβδους χάλυβα (με έμφαση στην διάβρωση). Εφαρμογές ως μέσο προστασίας σε στοχευμένες περιοχές έκθεσης υφιστάμενων έργων.

8^η εβδομάδα

Από τις διάσπαρτες μικρο-ίνες στα ινοπλέγματα σε τσιμεντοειδή μήτρα: Διαφοροποιήσεις λόγω γεωμετρίας, προσανατολισμού και συνάφειας των κλώνων του πλέγματος. Προοπτικές εφαρμογής σε δομικά έργα.

9^η εβδομάδα

Η συνεργασία σύνθετων τσιμεντοειδών κονιαμάτων με συμβατικό (σαφής διαρροή) και ανοξείδωτο (παραβολική συμπεριφορά) χάλυβα. Τα σύνθετα τσιμεντοειδή ως υλικό ενίσχυσης και ως υλικό δόμησης. Περιπτώσεις εφαρμογών σε πραγματικά έργα και στην τεχνολογία της προκατασκευής.

10^η εβδομάδα

Ινοπλισμένα πολυμερή: τα συστατικά (ίνες/ρητίνες), τα παραγόμενα δομικά υλικά, οι γεωμετρικές/μηχανικές ιδιότητές τους. Προοπτικές εφαρμογής ινοπλισμένων πολυμερών σε δομικά έργα. Η ευπάθειά τους έναντι θερμοκρασίας. Εναλλακτικές με αντικατάσταση του πολυμερούς συνδετικού με ανόργανο.

11^η εβδομάδα

Αλληλεπίδραση ινοπλισμένων πολυμερών με ανερχόμενη υγρασία, διαπνοή, διάβρωση χάλυβα σε κατασκευές τοιχοποιίας και οπλισμένου σκυροδέματος. Διάγνωση βλαβών συν τω χρόνω σε δομικά στοιχεία που φέρουν ινοπλισμένα πολυμερή.

12 και 13^η εβδομάδα

Η συνεργασία ανθεκτικών σε διάβρωση ελαστικών ράβδων ινοπλισμένων πολυμερών με σύνθετα τσιμεντοειδή, τοιχοποιία και σκυρόδεμα: οι μορφές αστοχίας και η διαθέσιμη ικανότητα παραμόρφωσης της ράβδου ανάλογα το περιβάλλον υλικό έμπηξης (ψαθυρή ή πλάστιμη μήτρα). Μελέτη εφαρμογής επέμβασης με σύνθετα τσιμεντοειδή κονιάματα και ινοπλισμένα πολυμερή σε διαβρωμένη κατασκευή.

Η τελική βαθμολογία των φοιτητών θα προκύψει κατόπιν συμψηφισμού προφορικής εξέτασης και μικρών ερευνητικών θεμάτων κατά την διάρκεια του εξαμήνου.