Προσδιορισμός φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων δομικών υλικών Chemical and Radiological Risk in the Indoor Environment (CheRRIE) Προσδιορισμός φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων δομικών υλικών Θεοδόσιος Παπαλιάγκας Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών ΤΕ Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλονίκης

CheRRIE και Φυσικές - Μηχανικές ιδιότητες Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των δομικών υλικών είναι απαραίτητες για την υλοποίηση του έργου CheRRIE τόσο για λόγους χαρακτηρισμού και κοστολόγησης των υλικών (π.χ. σκυρόδεμα C20/25), όσο και για τη συσχέτιση ορισμένων από αυτές με τη φυσική ραδιενέργεια. Τα δομικά υλικά έχουν κυρίως γεωλογική προέλευση είτε εξ ολοκλήρου (μάρμαρα, γρανίτες) ή ως συστατικά π.χ. του σκυροδέματος (άμμος, σκύρα), των οπτοπλίνθων (άργιλος), κ.α. και η φυσική τους ραδιενέργεια προέρχεται από το γεωλογικό περιβάλλον από ραδιενεργά στοιχεία σε γεωλογικά υλικά (πετρώματα/εδάφη) Κάποιες φυσικές ιδιότητες όπως η πυκνότητα και το πορώδες σχετίζονται με τη φυσική ραδιενέργεια των υλικών.

CheRRIE και Φυσικές - Μηχανικές ιδιότητες Λόγω της μεγάλης διαπερατότητας μερικοί ψαμμίτες συχνά περιέχουν ραδιενεργά ορυκτά που έχουν εναποτεθεί από το υπόγειο νερό. Η ορυκτολογία ενός υλικού συνδέεται άμεσα με τη φυσική ραδιενέργεια. Χαλαζιακά πετρώματα όπως ο γρανίτης με κύρια ορυκτολογικά συστατικά χαλαζία, άστριους και μαρμαρυγία, συνήθως περιέχουν τουλάχιστο πενταπλάσιο ουράνιο και θόριο από τα μάρμαρα (που αποτελούνται σχεδόν αποκλειστικά από ασβεστίτη). Παρόμοια επίπεδα φυσικής ραδιενέργειας με αυτή του γρανίτη παρατηρούνται και σε άλλους αργιλοπυρικής σύστασης πετρώματα , όπως σχιστόλιθοι, μερικά ηφαιστειακά, πυριτικοί ψαμμίτες και μερικά αργιλικά εδάφη Η επιλογή ενός δομικού υλικού βασίζεται σε λόγους οικονομικούς, που με τη σειρά τους εξαρτώνται κυρίως από τις φυσικές και μηχανικές τους ιδιότητες.

Συγκεντρώσεις ουρανίου σε διάφορα πετρώματα Radioactive Elements in Coal and Fly Ash: Abundance, Forms, and Environmental Significance. (U.S. Geological Survey Fact Sheet FS-163-97)

Ραδιενεργά ορυκτά πυριγενών πετρωμάτων Κύρια Σπάνια Μεταλλικά ορυκτά ζιρκόνιο ουρανιοθορίτης ιλμενίτης αλλανίτης θοριανίτης σιδηροπυρίτης ξενότιμο ευξενίτης αιματίτης μοναζίτης θορίτης ρουτίλιο τιτανίτης πυρόχλωρο κολουμπίτης απατίτης σεβκινίτης μπαστναεζίτης νταβιδίτης

Φυσικά ραδιενεργά στοιχεία σε εδάφη K: ιλλίτης Th: άργιλοι U: ιζήματα πλούσια σε C

Εργαστηριακές δοκιμές The Εργαστήριο Γεωμηχανικής του Αλεξάνδρειου ΤΕΙΘ είχε την ευθύνη για την επιλογή των δομικών υλικών για δοκιμές Δυο κατηγορίες υλικών επελέγησαν από την ευρύτερη επιλέξιμη περιοχή : Φυσικά υλικά (βραχώδη – εδαφικά) Τεχνητά υλικά (προϊόντα) Βραχώδη δείγματα Εδαφικά δείγματα

Ψαμμίτες, Ιλυόλιθοι, Σχιστόλιθοι Κυψελωτές πλίνθοι (Ytong) Κατάλογος υλικών ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΧΡΗΣΗ ΟΓΚΟΥ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ A1. ΠΥΡΙΓΕΝΗ Γρανίτες 5   A2. ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ Ψαμμίτες, Ιλυόλιθοι, Σχιστόλιθοι A3. ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΙΓΕΝΗ Μάρμαρα ΦΥΣΙΚΑ ΕΔΑΦΗ B1. Αργιλικά B2. Αμμώδη 3 6 ΠΡΟΪΟΝΤΑ C1. ΠΛΙΝΘΟΙ Συμπαγή Διάτρητα Πυρότουβλα Πλίνθοι τσιμέντου Κυψελωτές πλίνθοι (Ytong) 4 2 1 13 D1. ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ Αρμο-κονιάματα Κάλυψης τοίχων Γυψοσανίδες 9 E1. ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ I II III IV V  3 15 F1. ΠΛΑΚΙΔΙΑ Κεραμικά Πορσελάνης 12 G1. ΞΥΛΟ Πεύκο /Έλατο (floor) Οξυά (floor) Καρυδιά (floor) H1. ΧΑΛΥΒΑΣ Σκυροδέματος Δομικός I1. ΧΗΜΙΚΑ Plastic PVC Paintings  Other Other  3   Θερμομονωτικά Υαλοπίνακες 40 60

Φυσικά υλικά (βραχώδη και εδαφικά) Μάρμαρα

Artificial materials Concrete Bricks Tiles YTONG

Εργαστηριακές δοκιμές – Πετρώματα Φυσικές ιδιότητες Φαινόμενο βάρος(kN/m3) Πυκνότητα(kg/m3) Πορώδες(%) Συντελεστής διαπερατότητας Ταχύτητα υπερήχων Σκληρότητα (Rockwell) Σκληρότητα Schmidt (SHV)

Εργαστηριακές δοκιμές – Πετρώματα Μηχανικές ιδιότητες Αντοχή σε μονοαξονική θλίψη Μέτρο ελαστικότητας Αντοχή σε εφελκυσμό Έμεσος εφελκυσμός (Brazilian test) Κάμψη-Bending strength - Rupture modulus Σημειακή φόρτιση Αντοχή σε τριαξονική θλίψη

Εργαστηριακές δοκιμές – Πετρώματα Προετοιμασία δοκιμίων Initially, the samples (rocks and cements) were shaped into prismatic form with the use of electrical saw cuts.

Εργαστηριακές δοκιμές – Πετρώματα Προετοιμασία δοκιμίων Rock specimens were cut off and shaped at cylindrical form in order to be tested under uniaxial compressive strength.

I. Μέθοδος κορεσμού και μέτρησης όγκου Προσδιορισμός πυκνότητας - πορώδους Vacuum desiccator

II. Δοκιμή διαπερατότητας For the determination of the water permeability of the materials Hydraulic pressure pumps Permeability cell

III. Δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης Σκυρόδεμα YTONG Γνεύσιος Οπτόπλινθος

IV. Δοκιμή σημειακής φόρτισης For the determination of the point load strength index

V. Δοκιμή Κρούσης (Schmidt hammer) For the determination of the surface’s hardness and penetration resistance. Schmidt Hammer

VI. Μέτρηση ταχύτητας υπερήχων This test is intended to determine the velocity of propagation of elastic waves. PUNDIT Oscilloscope Transducers

VII. Δοκιμή έμμεσου εφελκυσμού (Brazilian test) This test is intended to measure indirectly the uniaxial tensile strength of rock specimen. Several series of rock specimens have been cut and prepared for testing.

Εργαστηριακές δοκιμές – Εδαφικά υλικά Κοκκομετρική ανάλυση Όρια Atterberg Δείκτης πλαστικότητας Ειδικό βάρος στερεών συστατικών

Εργαστηριακές δοκιμές εδαφικών υλικών Soil samples oven-dried at a temperature of 110oC, in order to be prepared for the various tests.

Κοκκομετρική ανάλυση Sieves test for the determination of the particle size distribution of fine and coarse aggregates, according to ASTM, have been performed. A proper quantity of soil (1000-1500 gr) was placed in the stack of sieves. The quantity retained on any sieve, weighed and recorded.

2. Όρια Atterberg Όριο πλαστικότητας Όριο υδαρότητας

ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ kind offer of IMC-BAS !!! Μάρμαρο Ψαμμίτης Οπτόπλινθος Γρανίτης kind offer of IMC-BAS !!!

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΟΚΙΜΩΝ Material Apar. Weight Density Porosity UCS Young's modulus UTS PLT SHN V-P   (kN/m3) (kg/m3) (%) (MPa) (GPa) m/s Basalt 26 2594 0,6 113 8 30 6750 Chestnut tree 5,25 1959 Clayey soils LL=46% PL= 32.5% LL=27% PL=23.5% Concrete 23,2 2081 14,8 44 1,7 39 4870 24,2 2277 13,4 37 1,2 31 5396 24 2088 15,2 21 1,1 4808 24,5 2370 1,5 47 4,5 2,15 42 5618 fir 4,31 1650 4,51 2324 Fire clay brick 21,6 2031 20,2 1,88 2,27 2758 21,7 2080 20,4 2,78 4,28 3157 20,8 2029 15,9 2 1,66 27 1619 22,16 2166 10 5,45 3,63 22 4762 19,7 1952 17,7 2,96 2,31 2321 gneiss 28,5 2863 0,9 59 7,5 7,44 51 7042 granite 28 2813 1,9 48 7 2,7 34 4280 26,2 2549 1,65 116 4370 granodiorite 26,9 2533 89 10,25 9,5 5497 25,7 2605 3,1 99 14,05 4,74 40 Limestone 22,5 2238 14,1 30,7 4113 25,2 2685 0,22 80,5 16,7 6916 25,9 2457 4,14 65,5 11,25 5798 26,5 2671 0,5 72,5 6950 marble 2866 1,8 110 3,41 52 6284 2656 0,4 6 3,94 3108 29 2769 0,8 17,6 4,16 55 5647 2634 64 11 2,11 4962 2777 2,3 77 2,29 53 3107

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΟΚΙΜΩΝ Material Apar. Weight Density Porosity UCS Young's modulus UTS PLT SHN V-P   (kN/m3) (kg/m3) (%) (MPa) (GPa) m/s mortar 19,07 1758 27,8 9,5 1,5 1,21 1,13 19 3529 19,51 1828 25,7 11,98 1,9 1,55 1,15 21 3588 19,46 1872 25,3 9,9 1,8 0,89 18 3997 18,22 1849 25 12,55 1,86 1,6 20 4020 19,12 1820 24,4 8,9 1,1 1,16 0,46 16 3283 18,11 1791 10,11 0,9 1,2 0,78 3295 Peridotitis 25,4 2394 3,7 27,15 3,33 37 6129 pine 4,73 2,6 2212 5,03 34,5 3,2 1654 5,08 1961 Plasterboard 6,96 2050 Red-clay bricks 9,3 1887 30,9 10,7 1,33 8,35 1802 24 8,68 10,28 1876 21,1 7,05 0,8 8,64 1863 25,2 5,05 0,65 Ryolite 2,2 1,45 Sandstone 20,8 2063 20,2 42,3 7,7 38 2179 sandstone 24,1 2389 12 22 1320 2474 6,8 3,75 2,74 32 2478 24,73 2529 7,5 14,18 2,24 3752 26,25 2596 2,9 77,5 18,8 45 3841 Sandy soil schist 27 2644 0,96 34 3232 27,1 2722 50 8,1 9,46 40 5652 26,5 2743 10,04 3,05 35 2823 White Cement 20,05 2000 3516 YTONG 3,85 390 64,5 2,1 0,4 0,3 0,2 1917

ΦΥΣΙΚΩΝ – ΡΑΔΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ – ΡΑΔΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ Πυκνότητα 2689 kg/m3, CACO3 >95% Μεγάλη διαπερατότητα Ορυκτά της αργίλου Πυκνότητα 2581 kg/m3 CACO3 ~ 0% Q+Pl+Mica >50%

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Περισσότεροι από 20 τύποι διαφορετικών δοκιμών προσδιορισμού φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων βραχωδών και εδαφικών δειγμάτων πραγματοποιήθηκαν σε πάνω από 80 διαφορετικά δομικά υλικά, στα οποία συμπεριλαμβάνονται γρανίτες, μάρμαρα, ψαμμίτες, άργιλοι, πλίνθοι, σκυροδέματα, ξύλα και χάλυβες. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι αποτελούν χρήσιμα στοιχεία όχι μόνο για το χαρακτηρισμό αλλά και την εκτίμηση και ερμηνεία των αναμενόμενων εκπομπών ραδιενέργειας.

Σας ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας