Σκυροδέματα με Ανακυκλωμένα Αδρανή
Μηχανικές ιδιότητες και ανθεκτικότητα σε Cl-
Α.Ε. Σάββα, Επίκουρος Καθηγήτρια. Εργαστήριο Δομικών Υλικών ΔΠΘ
Ε. Β. Σκαρλάτος, Αρχιτέκτων Μηχανικός, Εταιρεία ΤΕΚΤΩΝ
Λέξεις κλειδιά: Ανακυκλωμένα αδρανή, ανακυκλωμένα σκυροδέματα, θλιπτική αντοχή, εφελκυστική αντοχή, ανθεκτικότητα, χλωριόντα, δυναμικό διάβρωσης, απώλεια οπλισμού
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Παρασκευάζονται σκυροδέματα με αδρανή παλιά σκυροδέματα κατηγορίας C12/15, C16/20 και C20/25, με τσιμέντο 142.5Ν. Τα ανακυκλωμένα αδρανή αντικαθιστούν τα συνήθη, εξ ολοκλήρου ή μόνο τα χονδρόκοκκο εξ αυτών. Προσδιορίζεται η θλιπτική και η εφελκυστική αντοχή μέχρι την ηλικία του ενός έτους. Δοκίμια από τα σκυροδέματα αυτά οπλίζονται και προσδιορίζεται η ανθεκτικότητα σε χλωριόντα ως απώλεια βάρους οπλισμού, ως δυναμικό διάβρωσης και ως προφίλ χλωριόντων, για δύο διαφορετικές συντηρήσεις και σε τέσσερα βάθη. Γίνεται σύγκριση όλων των παραπάνω ιδιοτήτων με τις αντίστοιχες σκυροδεμάτων με συνήθη πυριτικά αδρανή.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Το σκυρόδεμα είναι το 2° πιο διαδεδομένο δομικό υλικό παγκοσμίως, με παραγωγή πάνω από 6.5 δις m3 ετησίως σε όλο τον κόσμο. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί περίπου σε 2.5 τόνους σκυρόδεμα ανά άτομο ανά έτος, με μόνο το νερό να χρησιμοποιείται περισσότερο και αυτό γιατί ξεπλένεται (Aitcin 2000). Ενώ όμως είναι το σπουδαιότερο δομικό υλικό, δεν μπορεί να χαρακτηριστεί σαν φιλικό προς το περιβάλλον, αφού για την παρασκευή του καταναλώνονται μη ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι. Το 40% της παγκόσμιας κατανάλωσης σε ανόργανα υλικά (άμμος, χαλίκια, ασβέστης) διατίθενται στην κατασκευή κτιρίων (Μπούρα 1999). Επειδή δε τα αδρανή καταλαμβάνουν το 60 με 80% του όγκου του σκυροδέματος, υπολογίζεται ότι μετά το 2010, η βιομηχανία σκυροδέματος, διεθνώς, θα αναλώνει 8-12 δις τόνους φυσικών αδρανών ετησίως (Tu, 2006). Αυτή η μεγάλη κατανάλωση θα προκαλέσει μεγάλες καταστροφές στο περιβάλλον. Επιπλέον, τα περισσότερα αδρανή λαμβάνονται με εξορύξεις, οι οποίες δημιουργούν περιβαλλοντικά προβλήματα καθώς και αλλοιώνουν το φυσικό περιβάλλον και δημιουργούν σκόνη και θόρυβο. Επομένως η εξεύρεση κατάλληλων υλικών προς αντικατάσταση των φυσικών αδρανών είναι επείγουσα.
Από την άλλη μεριά, οι κατασκευές δεν είναι αιώνιες. Αλλά και από τις φυσικές καταστροφές παράγονται εκατομμύρια τόνοι κατεδαφισμένου υλικού. Καθώς λοιπόν το σκυρόδεμα αποτελεί σχεδόν το 75% του βάρους όλων των δομικών υλικών είναι το σημαντικότερο ποσοστό των κατεδαφισμένων αποβλήτων. Στις ΗΠΑ, η ετήσια ποσότητα μπαζών που προκύπτουν από κατεδάφιση κτιρίων είναι ίση με αυτή των αστικών απορριμμάτων (Μπούρα 1999), ενώ στην Ευρώπη, η ετήσια αντιστοιχία οικοδομικών ορυκτών μπαζών είναι 500 kg ανά κάτοικο, από τα οποία το σημαντικότερο τμήμα ανήκει στα μπάζα σκυροδέματος (Οικονόμου 1999). Ταυτόχρονα, η ικανότητα των χώρων απορριμμάτων έχει μειωθεί δραματικά τα τελευταία χρόνια, ενώ ή ζήτηση τους έχει αυξηθεί, με αποτέλεσμα την αύξηση του κόστους εναπόθεσης των μπαζών. Τα υλικά κατεδάφισης όμως μπορούν να ανακυκλωθούν και μια τέτοια ανακύκλωση έχει το πλεονέκτημα και να μειώνει τις εναποθέσεις των υλικών κατεδάφισης και να διασώζει τις φυσικές πηγές και το περιβάλλον. Σε πολλές χώρες λοιπόν αντιμετωπίζονται με εντελώς διαφορετική φιλοσοφία από ότι τα υπόλοιπα απορρίμματα, προσφέροντας φοροαπαλλαγές στις κατασκευαστικές εταιρείες που χρησιμοποιούν ανακυκλωμένα υλικά και έχοντας εκπαιδευτικά προγράμματα για ανακύκλωση των υλικών κατεδαφίσεων. Στη Βρετανία, τα πρωτογενή οικοδομικά υλικά κοστίζουν ακριβότερα από τα δευτερογενή - αυτά που προέρχονται από ανακύκλωση - με στόχο την προώθηση των δευτέρων. Στην Ολλανδία οι εργολάβοι που χρησιμοποιούν ανακυκλωμένα υλικά έχουν σημαντικές φοροαπαλλαγές, με στόχο το 90% των οικοδομικών υλικών να επαναχρησιμοποιούνται (αδρανή, μπάζα, μέταλλα κλπ), έχουν δε την υποχρέωση να κάνουν τον διαχωρισμό των υλικών στους χώρους κατεδάφισης, όπου και διαχωρίζονται τα ρυπογόνα μπάζα. Στη Σουηδία, όπου παράγονται ετησίως 1.5 εκ τόνοι υλικά κατεδαφίσεων, κυρίως σκυρόδεμα και τούβλα (Karlsson 1998), το Συμβούλιο Περιβάλλοντος έχει δώσει οδηγία για τη μείωση στο 50% των ποσοτήτων που σήμερα οδηγούνται για διάθεση (ΧΥΤΑ), ενώ υπάρχει ειδικό τέλος για τη χρήση φυσικών πόρων (π.χ. χαλίκι λατομείων). Λειτουργούν κινητές σταθερές μονάδες ανακύκλωσης και πολλές μονάδες διαλογής, ενώ έμφαση δίνεται στην ανάπτυξη νέων προτύπων για χρήση ανακυκλωμένου σκυροδέματος και ασφάλτου, σε νέες κατασκευές. Στην Ιρλανδία η διάθεση των οικοδομικών υλικών γίνεται μόνο σε χώρους που έχουν πάρει τη σχετική άδεια και στόχος του Δουβλίνου είναι να ανακυκλώνεται το 82% των υλικών εκσκαφών και κατεδαφίσεων (CMRA 2003, EDP 2003, Duran 2006). Στη Δανία, από το 1996, υπάρχει εθελοντική συμφωνία μεταξύ του υπουργείου Περιβάλλοντος και της Ένωσης Εταιρειών Κατεδαφίσεων για ανακύκλωση οικοδομικών υλικών. Λειτουργούν ειδικά πανεπιστημιακά τμήματα που παρέχουν θεωρητική και πρακτική εκπαίδευση σχετικά με τη διαχείριση αυτών των υλικών και ειδικά προγράμματα κατάρτισης εργαζομένων. Την ίδια στιγμή, στην Ελλάδα τα υλικά που προέρχονται από τις εκσκαφές οικοδομών και κατεδαφίσεις κτιρίων και που υπολογίζονται πάνω από 2 εκ τόνοι τον χρόνο (Οικονόμου 2003), για λόγους ευκολίας και με την ανοχή όλων καταλήγουν σε παράνομες χωματερές, σε διάφορες βουνοπλαγιές, ακόμα και στην παραλία και στην καλύτερη των περιπτώσεων στα σκουπίδια γεμίζοντας πιο γρήγορα τους χώρους υγειονομικής ταφής. Λίγα υλικά ανακυκλώνονται και οι περιορισμένες προσπάθειες είναι αποσπασματικές και οφείλονται στην θέληση κάποιων κατασκευαστών (Fatta 2003).
Η χρήση του ανακυκλωμένου σκυροδέματος θα βελτιώσει το περιβάλλον και θα βρει λύση για τα 200 εκ. τόνους το χρόνο των κατασκευαστικών μπαζών της Ευρώπης (Hansen 1992). Όμως αν και η χρήση ανακυκλωμένων αδρανών γίνεται στις αναπτυγμένες χώρες εδώ και αρκετά χρόνια, η προώθηση αυτού του ανακυκλωμένου υλικού σαν εναλλακτικό αδρανές δεν είναι εύκολη. Έχει ήδη χρησιμοποιηθεί, λόγω της υψηλής απορροφητικότητας και του γωνιώδους σχήματός του, σε οδοστρώματα και υποστρώματα (Arm 2001, Hansen 1992, Cheung 2003, Poon 2003), σε υπόγειες κατασκευές και σκυροδέματα μάζας (Yoda 1988), αλλά η εφαρμογή σε σκυροδέματα υψηλότερης αντοχής δεν είναι συνηθισμένη (Tu, 2006) καθώς υπάρχουν ακόμα πολλά άλυτα προβλήματα. Τα ανακυκλωμένα αδρανή παρουσιάζουν χαμηλή αντοχή, υψηλότερο πορώδες, μεγάλη διακύμανση ποιότητας, υψηλή συστολή ξήρανσης, μεγάλο ερπυσμό και χαμηλό μέτρο ελαστικότητας (Nogchi 2001, Tomosawa 2000, Ravindrarajah 1988), που κάνουν δύσκολη την εφαρμογή τους.
Έχει γίνει πολύ έρευνα, διεθνώς, πάνω στα σκυροδέματα με ανακυκλωμένα αδρανή, που αφορά όμως τις μηχανικές τους ιδιότητες - κυρίως την αντοχή τους- και λιγότερο την ανθεκτικότητά τους - κυρίως την υδατοπερατότητά / υδατοαπορροφητικότητα, την ενανθράκωση, τη συστολή ξήρανσης καθώς και την αντοχή σε ψύξη απόψυξη (Levy 2004, Sagoe-Crentsil 2001, Οικονόμου 1999, Zaharieva 2004). Υπάρχουν πολύ λίγες εργασίες πάνω στην διείσδυση των χλωριόντων και τη διάβρωση του σιδηρού οπλισμού. Στα ανακυκλωμένα υπάρχουν διεπιφάνειες αδρανών -τσιμέντου διαφορετικές από εκείνες των συμβατικών σκυροδεμάτων. Διεπιφάνεια υπάρχει τόσο μεταξύ των ανακυκλωμένων αδρανών και της προσκολλημένης παλιάς τσιμεντοκονίας όσο και μεταξύ της προσκολλημένης και της νέας τσιμεντοκονίας (Ryu 2002α, Ryu 2002β). Η τσιμεντόπαστα που παραμένει στην διεπιφάνεια των ανακυκλωμένων αδρανών δίνει αδύνατα σημεία στα ανακυκλωμένα σκυροδέματα, αφού αποτελείται από πολύ μικρούς πόρους και ρωγμές και επηρεάζει την αντοχή. Αυτοί οι πόροι και οι ρωγμές απορροφούν νερό και οδηγούν σε λιγότερο νερό για ενυδάτωση στην διεπιφάνεια των ανακυκλωμένων σκυροδεμάτων. Η τσιμεντόπαστα αυτή επιπλέον έχει υποστεί και ενανθράκωση, η οποία αυξάνει το πορώδες της (Tam 2005). Επομένως η αντοχή αλλά και η είσοδος των χλωριόντων πρέπει να εξαρτάται από το είδος του αρχικού σκυροδέματος. Έτσι στην εργασία αυτή μελετάται κατά πόσο η ποιότητα του αρχικού σκυροδέματος επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες και την ανθεκτικότητα έναντι χλωριόντων των ανακυκλωμένων σκυροδεμάτων που προκύπτουν από αυτά και γίνεται η σύγκριση με σκυροδέματα παρασκευασμένα με παρθένα, καθαρά αμμοχάλικα.