Ανάπτυξη μεθοδολογίας για την εις βάθος συσσωμάτωση χαλαρών εδαφών

Abstract

A new environmental friendly method, for the stabilization of loose soils to be used as building sites and for the amelioration of the properties of concrete constructions suffering from water leaks or humidity has been developed. The novelty of the proposed method is lying on the in situ precipitation of calcium oxalate monohydrate (COM) within the porous structure of soil or on the pore walls of the construction material (concrete) in order to minimize water leakage. Calcium oxalate, encountered often in kidney stones in the form of COM, is notorious for the formation of hard, non-porous aggregates which adhere tenaciously onto substrates. Calcium oxalate in the form of a protective patina is often met as surface layer in marbles or limestones. Mechanistic information concerning the formation of COM in supersaturated solutions may be obtained in seeded growth experiments. In these experiments, supersaturated solutions are seeded either with seed crystals of the same under investigation salt or of any other insoluble solid material on which the heterogeneous formation of the salt of interest may take place. Among the objectives of the present work was to investigate the role of concrete grains on the nucleation and crystal growth of COM. The analysis of the kinetics data showed that the prevalent mechanism for COM precipitation was surface diffusion. In all cases the only crystalline phase forming in the supersaturated solutions was identified as COM. In the second part of the present work the in situ precipitation of COM into mortar samples was studied. SEM analysis showed that crystallization indeed took place within the pores of the concrete. Best results in terms of waterproofing of concrete material were obtained in the case of treating concrete surfaces with sodium oxalate solution at high temperature.

Μελετάται η ανάπτυξη μεθόδου για την εις βάθος συσσωμάτωση χαλαρών εδαφών που προορίζονται για οικοδόμηση καθώς και για εδάφη περιοχών που υποφέρουν από κατολισθήσεις. Με την ίδια κατά βάση μεθοδολογία, επιχειρείται η επίτευξη στεγανοποίησης κατασκευών σκυροδέματος που υποφέρουν από διαρροές ή από υγρασία και είναι αναγκαία η άμεση αποκατάσταση τους με χαμηλό κόστος. Και στις δύο περιπτώσεις η νέα μεθοδολογία αποτελεί καινοτομία φιλική στο περιβάλλον. Για το σκοπό αυτό προτάθηκε ένα σύστημα υδατοδιαλυτών χημικών με σκοπό την επί τόπου καταβύθιση ενός δυσδιάλυτου άλατος στα τοιχώματα των πόρων του σκυροδέματος και την μείωση της υδατοπερατότητας του υλικού. Το προτεινόμενο άλας ήταν το οξαλικό ασβέστιο (CaC₂O₄). Το οξαλικό ασβέστιο είναι το κύριο συστατικό των λίθων του ουροποιητικού. Το μονοένυδρο και διένυδρο οξαλικό ασβέστιο έχουν ανιχνευθεί στην πατίνα, το επιφανειακό επίστρωμα που έχει σχηματιστεί σε αρχαία μνημεία, αγάλματα και φυσικά σχηματισμένους βράχους. Μέχρι σήμερα θεωρείται ότι το στρώμα αυτό οξαλικού ασβεστίου στην επιφάνεια των αρχαίων μνημείων, παίζει σημαντικό προστατευτικό ρόλο για την επιφάνεια που καλύπτει. Αρχικά έγινε συστηματική μελέτη της αυθόρμητης καταβύθισης του οξαλικού ασβεστίου σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου. Οι πειραματικές συνθήκες ήταν τέτοιες που να προσομοιάζουν τις συνθήκες κατά την εφαρμογή των χημικών στο σκυρόδεμα (θερμοκρασία 25°C, pH=6.5 και 10). Μελετήθηκε η επίδραση συνθετικών κρυστάλλων μονοένυδρου οξαλικού ασβεστίου (COM) και κόκκων τσιμεντοκονιάματος. Σε όλες τις περιπτώσεις ανιχνεύθηκε το COM στην καταβυθιζόμενη φάση. Οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται πάνω στους κόκκους τους τσιμεντοκονιάματος και σχηματίζουν μεγάλα συσσωματώματα. Το μέγεθός τους (8-10 μm) και το σχήμα τους (εξαγωνικό πρισματικό) είναι χαρακτηριστικά που ευνοούν το οξαλικό ασβέστιο να παίξει το ρόλο συνδετικού υλικού σε πορώδη μέσα. Ο κύριος μηχανισμός κρυσταλλικής ανάπτυξης είναι η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων στην επιφάνεια του κρυστάλλου. Τέλος, μελετήθηκε η επί τόπου καταβύθιση του COM σε δοκίμια τσιμεντοκονιάματος. Τα διαλύματα εισέρχονταν στο εσωτερικό του δοκιμίου με τη βοήθεια της βαρύτητας. Στα δοκίμια τσιμεντοκονιάματος πραγματοποιήθηκαν πειράματα τριχοειδούς εισρόφησης νερού και μηχανικής επιφανειακής απότριψης. Κατεργασία του τσιμεντοκονιάματος με διάλυμα οξαλικού νατρίου σε υψηλές θερμοκρασίες, φαίνεται να μειώνει την εισρόφηση του νερού.