Mηχανισμοί και παράμετροι βελτιστοποίησης του κύκλου ζωής των παραδοσιακών άσβεστο-κονιαμάτων

Abstract

Micro-cracking is an inherent characteristic of cement-based materials that leads to the reduction of their performance, thus increasing the need for external interventions. Self healing of cement based materials is a phenomenon that can take place autogenously in mortars and leads to the prolongation of their service-life, as it has also been linked with the longevity of historic mortars. The autogenous self-healing phenomenon can be described by the filling of cracks by healing phases formed by secondary reactions of the mortars own ingredients, without the addition of additional “healing” agents.In this study, the parameterization of the physicochemical mechanism underlying the occurrence of the autogenous self-healing phenomenon is examined in traditional hydraulic (natural hydraulic lime and lime-pozzolan) mortars and in historic mortar samples. The examination of historic mortars revealed that recurrent patterns exist and the crystal habits of the re-precipitated products depend, among other factors, on the moisture content and on the degree of carbonation of the mortar.Aiming at the optimization of traditional mortars processes such as decalcification and self-healing are studied, together with the factors associated with the development, the rate and duration of these procedures. At the same time, a separate methodology was developed to estimate the recovery of mechanical strengths due to the self-healing phenomenon. During leaching of NHL and LP specimens the successive dissolution of Ca(OH)2 and CSH was reported. The dissolution mechanism is strongly affected by the curing age of the specimen examined. It was found that the differences revealed during the leaching of NHL and LP mortars also affect the mechanism of the self-healing phenomenon. Secondary products formed inside cracks were produced by secondary precipitation of calcite or by continued hydration of the cement matrix. Both mechanisms were reported in both NHL and LP specimens, but in different extent. Carbonation is mainly observed in LP specimens whereas hydration is the main mechanism observed in NHL specimens. Prolonged healing period has a favorable impact on the evolution of the autogenous mechanism as higher crack closure was observed. Moreover, specimens subjected to water saturation – drying cycles exhibited higher healing potential, as expressed by the formation of secondary products inside the cracks. However the production of secondary phases was also evident in specimens cured at 75%RH but not in those cured at 45%RH, suggesting that the presence of humidity above 75%RH can be a sufficient condition for the occurrence of the phenomenon.Finally, both NHL and LP specimens exhibited a high strength recovery (>90%) after one month healing period, whereas prolonged healing period did not have a substantial impact. Overall, the parameterization of the autogenous phenomenon as it was performed in this study could lead to a more effective design and application of self-healing mortars incorporating tailor-made “healing additives”.

Η αυτοΐαση των κονιαμάτων είναι ένα φαινόμενο που πραγματοποιείται αυτογενώς στα κονιάματα και οδηγεί στην παράταση της διάρκειας ζωής τους. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να περιγραφεί από την επούλωση των ρηγματώσεων από δευτερογενή προϊόντα, αυξάνοντας έτσι την εσωτερική συνοχή του υλικού και επομένως την αντοχή του στη διάβρωση. Στη παρούσα μελέτη, η παραμετροποίηση του φυσικοχημικού μηχανισμού του φαινομένου της αυτογενούς αυτοΐασης εξετάζεται σε παραδοσιακά υδραυλικά κονιάματα (ασβέστη-ποζολανης και φυσικής υδραυλικής ασβέστου) καθώς και σε δείγματα ιστορικών κονιαμάτων. Στοχεύοντας στη βελτιστοποίηση των παραδοσιακών κονιαμάτων, μελετώνται μηχανισμοί όπως οι διαδικασίες έκπλυσης, και αυτοΐασης, καθώς και οι παράγοντες που σχετίζονται με την ανάπτυξη, το ρυθμό και τη διάρκεια αυτών των διαδικασιών.Παράλληλα, αναπτύχθηκε ξεχωριστή μεθοδολογία για την εκτίμηση της ανάκτησης των μηχανικών αντοχών λόγω του φαινομένου της αυτοΐασης.Διαπιστώθηκε ότι ο αυτογενής μηχανισμός λαμβάνει χώρα μέσω δύο μηχανισμών: της δευτερογενούς ενυδάτωσης και της κρυστάλλωσης δευτερογενούς ασβεστίτη. Η μέγιστη αποτελεσματικότητα του φαινομένου της αυτοΐασης παρατηρήθηκε όταν η ρηγμάτωση των κονιαμάτων πραγματοποιήθηκε σε μικρή ηλικία, που στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε κύκλους υδατοκορεσμού - ξήρανσης για παρατεταμένη περίοδο ίασης. Αντίστοιχα η εμφάνιση του φαινομένου επιβεβαιώθηκε και μέσω της ανάκτησης των μηχανικών αντοχών σε δείγματα που είχαν υποστεί ελεγχόμενη ρηγμάτωση. Τα συμπεράσματα που παράχθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της μελέτης μπορούν να συμβάλουν στην αποτελεσματικότερη σχεδίαση αυτοϊούμενων κονιαμάτων. Ειδικότερα, ο χημικός χαρακτηρισμός της κονίας συσχετίζεται με τον μηχανισμό της αυτοΐασης και τα χαρακτηριστικά των δευτερογενών προϊόντων που σχηματίζονται μέσα στη ρωγμή.Η μελέτη και η κατανόηση των παραπάνω παραμέτρων που επηρεάζουν το φαινόμενο της αυτογενούς αυτοΐασης, έχουν την δυνατότητα να αποτελέσουν τη βάση για έναν πιο αποτελεσματικό σχεδιασμό και εφαρμογή αυτοϊούμενων κονιαμάτων στις σύγχρονες κατασκευές.