Μεθοδολογία για βέλτιστη χρήση ανακυκλωμένου σκυροδέματος από κτίρια στον Ελλαδικό χώρο με στόχο την αειφορία

Abstract

Nowadays, it is obvious that natural resources are not inexhaustible elements of the environment, so their use should be managed in such a way that all productive activities leave them intact for future generations. Particularly, concrete continues to be the dominant material in constructions. Concrete has the great advantage of using domestic raw materials and as a result it is economical while being durable, efficient and reliable. However, it is often presented as an outdated material with a huge environmental impact that is not consistent to modern design requirements. Yet, the reality is that the concrete production industry is very demanding in terms of raw material sources, energy consumption and pollutants’ production, but at the same time there are ways of improvement. An alternative solution for reserving the natural resources and diminishing the waste disposal sites, is the reuse of construction and demolition waste. Although, in order to certify the alternative utilization of waste as recycled aggregate in civil engineering, research programs regarding their use in concrete mixtures need to be carried out. Towards this purpose the present research was directed, aiming to develop an integrated and multifaceted methodology for evaluating the use of recycled concrete in Greece in order to protect the environment and the sustainability of constructions. To achieve this goal, construction and demolition waste was used as recycled aggregates for concrete composition. Firstly, the properties of recycled aggregates were determined; their geometrical, physical and chemical properties in particular. Furthermore, due to their unknown origin and great disparity that these aggregates present, a statistical analysis was performed, determining the percentage rate of each different material. In a following phase, concrete composition using recycled aggregates was studied. Initially, it was determined whether a treatment of recycled aggregates is required in order to remove impurities that are attached to them. Then, the properties of fresh and hardened concrete were calculated for different replacement rates of recycled aggregates. In this way, the effect of recycled aggregates’ use on concrete properties was determined, while the optimal replacement rate, which is the percentage whose negative effects on concrete properties are offset by economic and environmental benefits. Finally, a methodology for modifying recycled aggregates was developed so as to improve their properties and the effect of this modification on the properties of fresh and hardened concrete was determined. Completing this research has led to significant conclusions regarding the possibility of recycled aggregates use for creating sustainable and durable structures. At the same time, it recommends a holistic approach to alternative waste management in Greece, which is studied worldwide in order to introduce methods for optimizing manufacturing processes.

Τα τελευταία χρόνια, έχει γίνει αντιληπτό ότι η φύση και οι φυσικοί πόροι, δεν αποτελούν ανεξάντλητα στοιχεία του περιβάλλοντος, για το λόγο αυτό, ο άνθρωπος θα πρέπει να τα διαχειρίζεται με τέτοιο τρόπο, ώστε να αφήνεται η ουσία τους ακέραια και για τις μελλοντικές γενεές. Ειδικότερα, στον τομέα των κατασκευών το σκυρόδεμα συνεχίζει να είναι σήμερα το κυρίαρχο υλικό, το οποίο έχει το μεγάλο πλεονέκτημα να χρησιμοποιεί εγχώριες πρώτες ύλες με αποτέλεσμα να είναι οικονομικό ενώ παράλληλα είναι ανθεκτικό, αποτελεσματικό και αξιόπιστο. Ωστόσο, συχνά παρουσιάζεται σαν ένα ξεπερασμένο υλικό με μεγάλο περιβαλλοντικό φορτίο που δεν συνάδει με τις σύγχρονες απαιτήσεις του σχεδιασμού. Μια εναλλακτική λύση τόσο για τους φυσικούς πόρους, όσο και για τους χώρους εναπόθεσης των δομικών απορριμμάτων είναι η επαναχρησιμοποίηση των προϊόντων, που προκύπτουν από οικοδομικά απορρίμματα και κατεδαφίσεις. Ωστόσο, για την πιστοποίηση της εναλλακτικής αξιοποίησης στερεών αποβλήτων ως ανακυκλωμένα αδρανή σε έργα πολιτικού μηχανικού, απαιτείται η πραγματοποίηση ερευνητικών προγραμμάτων αναφορικά με τη χρήση τους σε μίγματα σκυροδέματος. Στην κατεύθυνση κινήθηκε η παρούσα έρευνα, στοχεύοντας στην ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης και πολύπλευρης μεθοδολογίας για την αξιολόγηση της χρήσης ανακυκλωμένου σκυροδέματος στη χώρα μας με απώτερο στόχο την προστασία του περιβάλλοντος και τη βιωσιμότητα των κατασκευών. Για την επίτευξη του συγκεκριμένου στόχου χρησιμοποιήθηκαν απόβλητα εκσκαφών κατασκευών και κατεδαφίσεων ως ανακυκλωμένα αδρανή για τη σύνθεση σκυροδέματος. Προσδιορίστηκαν καταρχήν οι ιδιότητες των ανακυκλωμένων αδρανών και συγκεκριμένα οι γεωμετρικές, φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. Επιπλέον, λόγω της άγνωστης προέλευσης και της μεγάλης ανομοιομορφίας που παρουσιάζουν τα αδρανή αυτά ως υλικά, πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση του ποσοστού εμφάνισης κάθε διαφορετικού υλικού. Σε επόμενη φάση, μελετήθηκε η σύνθεση σκυροδέματος με τη χρήση ανακυκλωμένων αδρανών. Αρχικά, προσδιορίστηκε η αναγκαιότητα ή μη της επεξεργασίας των ανακυκλωμένων αδρανών με σκοπό την απομάκρυνση ξένων υλών τα οποία βρίσκονται προσκολλημένα σε αυτά. Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε έλεγχος των ιδιοτήτων νωπού και σκληρυμένου σκυροδέματος σε διαφορετικά ποσοστά αντικατάστασης θραυστών από ανακυκλωμένα αδρανή. Με τον τρόπο αυτό προσδιορίστηκε η επίδραση που έχει η χρήση των ανακυκλωμένων αδρανών στις ιδιότητες του σκυροδέματος ενώ παράλληλα προσδιορίστηκε το βέλτιστο ποσοστό αντικατάστασης, δηλαδή το ποσοστό εκείνο, στο οποίο η τυχούσα αρνητική επίδραση των ανακυκλωμένων αδρανών στις ιδιότητες του σκυροδέματος αντισταθμίζονται από τα οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη της χρήσης τους. Τέλος, αναπτύχθηκε μία μεθοδολογία τροποποίησης των ανακυκλωμένων αδρανών για την βελτίωση των ιδιοτήτων τους και προσδιορίστηκε η επίδραση αυτής της τροποποίησης στις ιδιότητες νωπού και σκληρυμένου σκυροδέματος. Η ολοκλήρωση της παρούσας έρευνας οδήγησε σε σημαντικά συμπεράσματα αναφορικά με τη δυνατότητα χρήσης των ανακυκλωμένων αδρανών για τη δημιουργία βιώσιμων και ανθεκτικών κατασκευών. Παράλληλα, συνιστά μια ολιστική προσέγγιση στο θέμα της εναλλακτικής διαχείρισης των στερεών αποβλήτων στη χώρα μας, που αποτελεί αντικείμενο μελέτης παγκοσμίως για την εισαγωγή μεθόδων βελτιστοποίησης των κατασκευαστικών διαδικασιών.