Self-healing of cementitious materials

89 σ.Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”Αντικείμενο της εργασίας, είναι η διερεύνηση της αυτο-ίασης (self-healing) τεχνητών ρωγμών σε κονιάματα τσιμέντου, τα οποία παρασκευάσθηκαν με χρήση εμπορικών προσθέτων. Οι σύγχρονες απαιτήσεις για την εκπλήρωση του σχεδιασμένου χρόνου ζωής των κατασκευών, έχουν ως αποτέλεσμα τη διάθεση σημαντικών πόρων για τη συντήρηση και την επισκευή αυτών. Δομικά στοιχεία με δυνατότητες αυτο-ίασης έχουν θετική επίδραση στο κόστος, στην ποιότητα και στη διάρκεια ζωής των δομικών έργων, ενώ θα πρέπει οπωσδήποτε να συνεκτιμούνται και τα αναμενόμενα περιβαλλοντικά οφέλη. Παρασκευάσθηκαν 7 διαφορετικές συνθέσεις κονιαμάτων με χρήση, τσιμέντου τύπου Ι, ασβεστολιθικής άμμου, ινών και δυο διαφορετικών εμπορικών προσθέτων. Ο λόγος νερού προς τσιμεντοειδή υλικά (W/B) και η ποσότητα του υπερρευστοποιητή βελτιστοποιήθηκαν με δοκιμαστικά αναμίγματα. Μετά τη συντήρηση των δοκιμίων για 28 ημέρες, γίνονται τεχνητές ρωγμές (μέσω δοκιμής σε διάρρηξη) και τα δοκίμια συντηρούνται σε νερό για κατάλληλο χρονικό διάστημα. Σε τακτά χρονικά διαστήματα (10, 20, 40 ημέρες) ελέγχεται η πρόοδος της αυτο-ίασης (κλείσιμο) των ρωγμών με στερεοσκόπιο. Ακόμη, με την τεχνική SEM προσδιορίζεται η φύση των ορυκτολογικών φάσεων που αναπτύσσονται στις ρωγμές και τελικά αξιολογούνται οι συνθέσεις που μελετήθηκαν. Παρατηρήθηκε σημαντική μείωση του πλάτους των ρωγμών, ενώ σε κάποιες συνθέσεις η αυτο-ίαση ήταν σχεδόν πλήρης. Χρήσιμο και αξιοποιήσιμο ακόμη στοιχείο είναι η χρονική εξέλιξη του φαινόμενου της αυτο-ίασης στις διάφορες συνθέσεις, ενώ η ηλεκτρονική μικροσκοπία SEM αξιοποιήθηκε ιδιαίτερα στην ερμηνεία του μηχανισμού δράσης των χρησιμοποιηθέντων προσθέτων. Τέλος, από τις πειραματικές μετρήσεις διευκρινίστηκε η συμβολή καθενός από τα πρόσθετα που χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία της αυτο-ίασης των κο-νιαμάτων.The subject of this thesis is the self-healing of cementitious materials. Seven mortars (W/B=0.38) were prepared using cement type I, calcareous sand, polypropylene fibers, superplasticizer and two commercial additives. The first one was a crystalline waterproofing admixture (Penetron® Admix), while the second one was a special expansive hydraulic binder (DENKA CSA#20). Specimens were water cured for 28 days and then artificially cracked (crack width up to 120 μm) in order to clarify the self-healing process. After cracking, the specimens were water-cured and the residual crack width was measured after 10, 20 and 40 days using a stereomicroscope. In addition, the mineral phases that precipitated in the cracks were examined by SEM-EDS. Significant reduction of crack width was observed, while in some mixes the cracks were completely sealed. The mix containing 10% CSA and 1.5% Penetron showed the best self-healing behavior.Κωνσταντίνος Μ. Ασπιώτη