Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε αποτίμηση των δυναμικών παραμέτρων βραχωδών υλικών μαργαϊκού ασβεστόλιθου από την περιοχή Κύμης Ευβοίας. Οι εργαστηριακές δοκιμές έγιναν στα πλαίσια μελέτης καταπτώσεων βράχων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εκτέλεση των δοκιμών βραχομηχανικής για να επιτύχουμε: 1. την απόκτηση της βασικής πληροφόρησης σχετικά με τη μηχανική συμπεριφορά του ακέραιου πετρώματος. 2. τη γεωτεχνική ταξινόμηση και το χαρακτηρισμό του βραχώδους υλικού με βάση τους διάφορους δείκτες ταξινόμησης. 3. την εκτίμηση των παραμέτρων εκείνων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα στο σχεδιασμό των διάφορων τεχνικών έργων στο πέτρωμα. / --

Στην διάρκεια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε η ικανότητα ρόφησης CΟ2 καθώς και η απομείωση (attrition) δώδεκα υλικών (8 ασβεστίτες και 4 δολομίτες) τόσο πριν όσο και αφού είχαν υποστεί θερμική διάσπαση-ενανθράκωση. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα τα μη θερμικά κατεργασμένα υλικά επέδειξαν μικρότερα ποσοστά απομείωσης συγκριτικά με τα θερμικά κατεργασμένα. Το ποσοστό απομείωσης των υλικών χωρίς θερμική κατεργασία δεν αποτελεί μέτρο πρόβλεψης του ποσοστού απομείωσης του υλικού μετά από θερμική κατεργασία. Στην συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση των συνθηκών θερμικής διάσπασης (θερμοκρασία και διάρκεια) του υλικού Α1 με αρχικό μέγεθος κόκκων 0.71mm<d<1.4mm τόσο στην ικανότητα ρόφησης διοξειδίου του άνθρακα όσο και στον ποσοστό απομείωσης (attrition). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όταν τα υλικά διασπόνται έντονα θερμικά (Τ>900οC και t>2h) παρουσιάζουν μειωμένη ικανότητα ρόφησης CΟ2 . Αναφορικά με την απομείωση, θερμική κατεργασία σε υψηλή θερμοκρασία και για παρατεταμένη χρονική περίοδο, οδηγεί σε υψηλά ποσοστά λεπτόκοκκου υλικού μετά την ενανθράκωση. Πιθανοί λόγοι είναι η θραύση των κόκκων λόγω της ανισότροπης δομής των υλικών η ή πυροσυσσωμάτωση (sintering). Τέλος μελετήθηκε η επίδραση υλικών επικάλυψης όπως η αλούμινα και η σίλικα στην ικανότητα ρόφησης CΟ2 καθώς και στο ποσοστό απομείωσης του υλικού Α1 για αρχικό μέγεθος κόκκων 0.5mm<d<0.6mm και 0.71mm<d<1.4mm. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι και στις δύο μελετηθείσες κοκκομετρίες η διεργασία της επικάλυψης δεν έδωσε θετικά αποτελέσματα στο ποσοστό απομείωσης του υλικού. Μικρότερο ποσοστό απομείωσης παρουσίασε το υλικό Α1 όταν επικαλύφθηκε με 0,5% Al2O3 . Κανένα θετικό αποτέλεσμα σχετικά με το ποσοστό απομείωσης του υλικού Α1 και στις δύο κοκκομετρίες δεν επιτεύχθηκε ούτε όταν την διεργασία της επικάλυψης ακολουθούσε και διεργασία έντονης θερμικής κατεργασίας. Η ικανότητα ρόφησης διοξειδίου του άνθρακα του υλικού δεν επηρεάζεται από την διεργασία της επικάλυψης ούτε και από τον συνδυασμό επικάλυψης έντονης θερμικής κατεργασίας. / Testing of the attrition resistance and CO2 absorption capacity were done for twelve raw and calcined/recarbonated materials. Attrition performance was tested with a simple method employing a small scale fluidized bed at room temperature. Eight materials were characterized as calcites and four as dolomites with XRD technique. Calcined-recarbonated materials showed higher attrition than raw ones. Excellent attrition performance of a raw material does not mean same performance after calcination and recarbonation. Investigation of the effect of calcination condition (temperature, time) on the absorptive and mechanical properties of materials A1, A7, A8, Δ1, Δ2, Δ3 and Δ4 was carried out. It was found that the conditions of calcination do not have an important effect on attrition behavior. On the other hand the severity of calcination has a clear negative effect on CO2 absorption capacity for all materials tested. This is a direct consequence of the sintering and densification that takes place at high temperatures and long calcination times. In order to improve attrition performance some coating experiments were performed with A1 material for initial particle size fraction of 0.5mm<d<0.6mm and 0.71mm<d<1.4mm. Commercially available silica (two types) and alumina (one type) in the form of aqueous colloidal solutions with neutral/basic pH in the case of silica and acidic in the case of alumina were used in coating experiments. Coating with silica (two types) did not prove to have either positive or negative effect on both CO2 absorption capacity and attrition performance for A1 material with initial particle size fraction of either 0.5mm<d<0.6mm or 0.71mm<d<1.4mm. A small positive effect on attrition performance for A1 material was noticed when it was coated with 0.5% alumina. Combination of coating with intense calcination conditions (950οC for 6h) did not have any positive effect on attrition performance for A1 material with initial particle size fraction of either 0.5mm<d<0.6mm or 0.71mm<d<1.4mm.

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη ανθρακικών πετρωμάτων του Νομού Ηλείας προκειμένου να εξαχθούν συμπεράσματα σχετικά με την καταλληλότητα των υλικών αυτών για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Η εργασία αυτή περιλαμβάνει αφενός γεωλογική, πετρογραφική, γεωχημική έρευνα και αφετέρου προσδιορισμό και αξιολόγηση των δοκιμών των φυσικών ιδιοτήτων, του οργανικού υλικού και του αδιάλυτου υπολείμματος των πετρωμάτων. Για την διερεύνηση της καταλληλότητάς τους στις διάφορες περιβαλλοντικές εφαρμογές, έγινε συνδυασμένη αξιολόγηση όλων των αποτελεσμάτων από αυτές τις μελέτες και δοκιμές. Τέλος πραγματοποιήθηκε περιγραφή των περιβαλλοντικών εφαρμογών και εντοπισμός εκείνων των χαρακτηριστικών των υπό μελέτη ανθρακικών πετρωμάτων που τα καθιστούν κατάλληλα για την κάθε περιβαλλοντική εφαρμογή. / This thesis aims to study some of the calcareous rocks of Hleia County (Western Greece) in order to reach conclusion about their suitability for several environmental uses. It involves geological, petrographical and geochemical description and analysis, as well as laboratory testing of physical and mechanical properties, organic matter and insoluble residue. Along with the assessment of data and laboratory results every relevant environmental use is described and each one of the analyzed samples was classified according to its suitability of the specific use.

Η κρυστάλλωση και η διάλυση αλάτων αποτελούν σημαντικές διεργασίες οι οποίες συνεισφέρουν στην φθορά των μνημείων της πολιτιστικής μας κληρονομιάς, τα οποία έχουν κατά κύριο λόγο κατασκευασθεί από δομικά υλικά όπως ο ασβεστόλιθoς και το μάρμαρο. Η κρυστάλλωση ευδιάλυτων αλάτων (π.χ. θειϊκό νάτριο, θειϊκό μαγνήσιο, χλωριούχο νάτριο) σε πορώδη υλικά έχει καταστροφικές επιπτώσεις τόσο στις ιστορικές όσο και στις σύγχρονες κατασκευές από σκυρόδεμα. Το πιο κατεστρεπτικό άλας για την ακεραιότητα των κατασκευών έχει αποδειχθεί, ότι είναι το θειίκό νάτριο. Η κατανόηση του μηχανισμού κρυστάλλωσης του άλατος αυτού είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τον περιορισμό ή τον έλεγχο του σχηματισμού του σε ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για τον σκοπό αυτό, έγινε συστηματική μελέτη της κρυσταλλικής ανάπτυξης του δεκαένυδρου θειϊκού νατρίου (Μιραμπιλίτης) σε υπέρκορα διαλύματά του. Αναπτύχθηκε μεθοδολογία βασισμένη στον εξώθερμο χαρακτήρα της κρυσταλλικής ανάπτυξης του μιραμπιλίτη. Η πειραματική μελέτη περιορίσθηκε στην ετερογενή κρυσταλλική ανάπτυξη τόσο σε φύτρα Μιραμπιλίτη, όσο και σε ξένα υποστρώματα. Τα υποστρώματα τα οποία μελετήθηκαν περιλάμβαναν ασβεστόλιθο από την Γρανάδα (ασβεστιτικός κυρίως) καθώς και ψαμμόλιθο (Πράγα, Τσεχίας) πυριτικής κατά κύριο λόγο σύστασης. Η μελέτη της κινητικής της κρυσταλλικής ανάπτυξης του Μιραμπιλίτη, έδειξε ότι το καθορίζον την ταχύτητα στάδιο είναι η διάχυση των δομικών μονάδων στην επιφάνεια των κρυσταλλικών φύτρων του Μιραμπιλίτη. Το συμπέρασμα αυτό οδήγησε στην δοκιμή οργανοφωσφορικών ενώσεων, ως προς την επίδρασή τους στην κινητική της κρυσταλλικής ανάπτυξης του μιραμπιλίτη. Οι ενώσεις αυτές ιονίζονται και αλληλεπιδρούν αποτελεσματικά με την κρυσταλλική επιφάνεια δηλητηριάζοντας τα ενεργά κέντρα κρυστάλλωσης. Ο βαθμός ιονισμού βρέθηκε ότι είναι καθοριστικός για την ανασταλτική τους δράση. Πειράματα ταχείας καταβύθισης ευδιάλυτων αλάτων ηλεκτρολυτών σε ασβεστολιθικά και ψαμμιτικά δοκίμια τα οποία έγιναν τόσο με εμβάπτιση, όσο και με έκθεση σε θάλαμο αλατονέφωσης επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματα της μελέτης της κινητικής της κρυστάλλωσης του Μιραμπιλίτη και της σχετικής αποτελεσματικότητος των αναστολέων που χρησιμοποιήθηκαν. Πλην της κρυσταλλικής ανάπτυξης ευδιάλυτων αλάτων, σημαντική συνεισφορά στην αποδόμηση των δομικών υλικών παίζει και η διάλυση του ανθρακικού ασβεστίου, το οποίο και αποτελεί τη βασική συστατική τους ένωση. Για τη μελέτη της διεργασίας της κρυσταλλικής ανάπτυξης και διάλυσης του ανθρακικού ασβεστίου τόσο απουσία όσο και παρουσία ανιόντων όπως τα θειϊκά και τα ανιόντα φθορίου χρησιμοποιήθηκε η μικροσκοπία ατομικής δύναμης,η οποία έδωσε την δυνατότητα in situ μέτρησης του ρυθμού κρυσταλλικής ανάπτυξης και διάλυσης σε συνθήκες σταθερού κορεσμού. Η παρουσία θειϊκών ανιόντων έδειξε ότι η κρυσταλλική ανάπτυξη του ανθρακικού ασβεστίου αναστέλλεται ενώ η παρουσία φθορίου επιταχύνει τη διάλυση. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων της κινητικής των διεργασιών έδειξαν ότι οι επιμολύνσεις στα υπέρκορα διαλύματα δρούν στην κινητική λόγω προσρόφησης και δέσμευσης των ενεργών κέντρων κρυσταλλικής ανάπτυξης διάλυσης. / The research made in the present PhD Thesis entitled “Crystallization and dissolution study of electrolyte salts”. The objective of the dissertation concerned both crystallization and dissolution processes of soluble sodium sulfate and insoluble calcium carbonate electrolyte salts approached by different experimental aspects but directly connected to environmental and scientific issues. Salt crystallization is an important cause for the weathering and damage of historical and cultural heritage artifacts and ornamental stones. Soluble salts (i.e. sodium sulfate, magnesium sulfate, sodium chloride) have also a damaging and fateful impact on civil engineering structures of roads and building foundations. Most damaging salt for such built frameworks is proven to be sodium sulfate salt. Only when we have a better understanding of sodium sulfate crystallization in an unconstrained fluid medium can we progress to a study of sodium sulfate crystallization in porous building materials. At the beginning of this study batch crystallization experiments of sodium sulfate salt were conducted. Additionally potential organic inhibitors (i.e. organophosphonate, polyacrylates) were tested in the same batch experimental system. Popular and applicable limestone building material is of uniform composition consisting mainly calcium (calcitic material). Granada’s calcarenite has been selected as one of the target material to study. This natural stone is representative of the building material utilized in construction material monuments and susceptible to salt crystallization. In situ AFM experiments of both calcite crystal growth and dissolution were performed in the presence of different electrolyte solutions (i.e. sodium sulfate and sodium fluoride). Nanoscale phenomena during the growth of solid solutions on calcite surfaces were performed in the presence of sodium sulfate electrolyte solutions. Further molecular-scale surface processes during both growth and dissolution of calcite in the presence of sodium fluoride electrolyte solutions were carried out. In all cases significant kinetic data and reaction mechanisms were extracted. Accelerated degradation of Granada’s limestone and Czech sandstone experiments were executed. Tested materials were exposed and impregnated in concentrated solutions of soluble salts (i.e. sodium sulfate, magnesium sulfate and sodium chloride). Immersed limestone type material showed susceptibility to sodium sulfate and sandstone type material to sodium chloride salt solution. Different pre-treatments of limestone specimens with organophosphonate compounds resulted in limiting material damage from sodium sulfate influence. The use of such organic compounds may direct towards a potential implication of conserving building frameworks. Finally suspended limestone rods were subjected to sodium sulfate spray chamber. Pre-treatment of limestone rods with organophosphonate compounds were completed. Again applications of organophosphonate compounds to exposure of limestone material in salt spray chamber may work towards a case of preventing porous material from salt damage and protect building stones.