ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΩΝ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΣΕ ΕΙΔΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ H ΑΣΦΑΛΤΟΥ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ.

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΩΝ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΣΕ ΕΙΔΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ H ΑΣΦΑΛΤΟΥ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ της ΣΟΦΙΑΣ Δ. ΜΑΥΡΙΔΟΥ MSc Γεωλόγου ΑΠΘ Πολιτικού Μηχανικού ΑΠΘ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Καθηγητής Νικόλαος Δ. Οικονόμου ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2010

2

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΟΦΙΑ Δ. ΜΑΥΡΙΔΟΥ MSc Γεωλόγος ΑΠΘ Πολιτικός Μηχανικός ΑΠΘ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΩΝ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΣΕ ΕΙΔΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Η ΑΣΦΑΛΤΟΥ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ τον Απρίλιο του 2010 Τριμελής Συμβουλευτική Επιτροπή Ν. Οικονόμου, Καθηγητής Πολυτεχνικής Σχολής Α.Π.Θ Ι. Παπαγιάννη Παπαδοπούλου, Καθηγήτρια Πολυτεχνικής Σχολής Α.Π.Θ Δ. Μπίκας, Καθηγητής Πολυτεχνικής Σχολής Α.Π.Θ

4 Σοφία Δ. Μαυρίδου Α.Π.Θ Αξιοποίηση ανακυκλωμένων ελαστικών αυτοκινήτων σε ειδικών εφαρμογών κονιάματα και σκυροδέματα τσιμέντου ή ασφάλτου ISBN Η έγκριση της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής από την Πολυτεχνική Σχολή του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει την αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως (Ν. 5343/32, άρθρο 202, παρ.2)

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Την παρούσα διδακτορική διατριβή εκπόνησα στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΤΠΜ) του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ), υπό την επίβλεψη των καθηγητών κ. Οικονόμου Νικολάου(κύριου επιβλέποντα) και των κας Παπαγιάννη Παπαδοπούλου Ιωάννας, Διευθύντριας του Εργαστηρίου Δομικών Υλικών του ΤΠΜ και κ. Μπίκα Δημητρίου (μέλη της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής). Η διδακτορική διατριβή ξεκίνησε τον Ιούνιο του 2003 και ολοκληρώθηκε τον Ιανουάριο του Το μεγαλύτερο μέρος αυτής εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Δομικών Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών (ΤΠΜ) ΑΠΘ. Oι πειραματικοί έλεγχοι πραγματοποιήθηκαν τόσο στο προαναφερθέν εργαστήριο, όσο και στο Εργαστήριο Πειραματικής Αντοχής των Υλικών και των Κατασκευών του ΤΠΜ, στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΤΧΜ) ΑΠΘ, στο Περιφερειακό Εργαστήριο Δημοσίων Έργων Κεντρικής Μακεδονίας, καθώς και στην εργοστασιακή μονάδα της ΕΕ Εμποροτεχνικής ΑΕ. Μέρος της στερεοσκοπικής και μικροσκοπικής παρατήρησης πραγματοποιήθηκε στο Τμήμα Γεωλογίας του ΑΠΘ. Τα περίπου 7 αυτά χρόνια αποτέλεσαν ταξίδι πολύτιμων εμπειριών για εμένα, καθώς ωφελήθηκα με ποικίλους τρόπους. Μου δόθηκε η δυνατότητα να συνεργαστώ με αξιόλογους επιστήμονες και μέλη ΔΕΠ τόσο του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών όσο και άλλων τμημάτων της Πολυτεχνικής Σχολής καθώς και του ευρύτερου χώρου του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου. Γνώρισα σημαντικούς ανθρώπους, οι οποίοι με βοήθησαν να εμβαθύνω τις γνώσεις μου στον τομέα των δομικών υλικών και γενικότερα της Επιστήμης του Πολιτικού Μηχανικού. Σημαντικό προσωπικό κέρδος αποτελεί η συνεργασία με ειδικούς επιστήμονες όχι μόνο της πανεπιστημιακής κοινότητας αλλά και του τεχνικού κόσμου. Συγκεκριμένα και από τη θέση αυτή θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου στον επιβλέποντα Καθηγητή μου κ. Οικονόμου Νικόλαο για την ανάθεση του θέματος της παρούσας διατριβής, για τη διαρκή επιστημονική καθοδήγηση αλλά και ηθική συμπαράσταση που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της διατριβής. Η συνεργασία μας ξεκίνησε το 2001 κατά την εισαγωγή μου στο ΤΠΜ του ΑΠΘ ως προπτυχιακή φοιτήτρια, συνεχίστηκε κατά την εκπόνηση της μεταπτυχιακής μου διατριβής στο Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «Διεργασίες και Τεχνολογία Προηγμένων Υλικών» της Πολυτεχνικής Σχολής του ΑΠΘ και επεκτάθηκε σε ερευνητικό επίπεδο μέσω της εκπόνησης της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Ταυτόχρονα ευχαριστώ την κα Παπαγιάννη Παπαδοπούλου Ιωάννα για τις ουσιαστικές υποδείξεις της σε πολλά σημεία της διατριβής. Η συμβολή της ήταν καταλυτική, μέσω διεξοδικών συζητήσεων και πολύτιμων συμβουλών. Ήταν μεγάλη χαρά και τιμή για εμένα να συνεργαστώ μαζί της και ευελπιστώ στο μέλλον η συνεργασία αυτή να συνεχισθεί. Επίσης, ευχαριστώ τον κ. Μπίκα Δημήτριο για τις χρήσιμες συζητήσεις και υποδείξεις σε αρκετά σημεία της διατριβής. Επιπρόσθετα, ευχαριστώ ιδιαίτερα τα υπόλοιπα μέλη της επταμελούς εξεταστικής επιτροπής (κ. Σικαλίδη Κωνσταντίνο, Αναπλ. Καθηγητή ΤΧΜ ΑΠΘ, κ. Κατσιφαράκη Κωνσταντίνο Καθηγητή ΤΠΜ ΑΠΘ, κα Στεφανίδου Μαρία, Λέκτορα ΤΠΜ ΑΠΘ και κ. Εσκίογλου Παναγιώτη, Καθηγητή και Διευθυντή Τομέα Δασοτεχνικών και Υδρονομικών Έργων του Τμήματος Δασολογίας και Φυσικού i

6 Περιβάλλοντος ΑΠΘ) για την ενεργή συμμετοχή τους στην υποστήριξη και κρίση της διατριβής αυτής αλλά και για την άψογη συνεργασία μας σε ερευνητικό επίπεδο. Παράλληλα θεωρώ υποχρέωσή μου να ευχαριστήσω όλα τα μέλη των Εργαστηρίων Δομικών Υλικών και Πειραματικής Αντοχής Υλικών και Κατασκευών του ΤΠΜ ΑΠΘ. Ειδικότερα ευχαριστώ τους κ. Αναστασίου Ελευθέριο, Δρ. Πολιτικό Μηχανικό ΑΠΘ, κ. Μπάτσιο Αλέξανδρο, ΕΕΔΙΠ ΑΠΘ, κ. Γούτσιο Ιωάννη, ΙΔΑΧ ΑΠΘ, οι οποίοι αποτελούν μόνιμα μέλη του επιστημονικού και τεχνικού προσωπικού του εργαστηρίου Δομικών Υλικών καθώς και τους κ. Παπαχριστοφόρου Μιχάλη και κα Καρκαντελίδου Φωτεινή, υποψήφιους Διδάκτορες του ΤΠΜ ΑΠΘ για τη συμβολή τους κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του πειραματικού μέρους της διατριβής. Επίσης, ευχαριστώ τους κ. Κουρτίδη Βλαδίμηρο, ΙΔΑΧ και κ. Κουκουφτόπουλο Μάκη, ΕΤΕΠ, μέλη του Εργαστηρίου Πειραματικής Αντοχής των Υλικών και Κατασκευών για τη βοήθειά τους κατά τη διάρκεια εκτέλεσης μέρους των πειραματικών ελέγχων μηχανικών αντοχών μιγμάτων σκυροδέματος τσιμέντου. Ευχαριστίες οφείλω και στην κα Μπέτσιου Μαρία, υποψήφια Διδάκτορα του ΤΧΜ ΑΠΘ για την ουσιαστική βοήθειά της στους εργαστηριακούς ελέγχους έκπλυσης βαρέων μετάλλων. Θεωρώ υποχρέωσή μου να ευχαριστήσω επίσης θερμά τους κ.κ Καζακόπουλο Απόστολο τέως Προϊστάμενο του Περιφερειακού Εργαστηρίου Δημοσίων Έργων Κεντρικής Μακεδονίας, Κοτσάκο Ευάγγελο, Δοσόπουλο Χρήστο, Ηλιάδη Ηλία και Τρύφωνα Κώστα, μέλη του τομέα ασφαλτικών του ιδίου Περιφερειακού Εργαστηρίου, τον κ. Καλοφωτιά Αθανάσιο, Προϊστάμενο του Περιφερειακού Εργαστηρίου Δημοσίων Έργων Στερεάς Ελλάδας και κ. Παναγιώτη Καλλιμάνη, Χημικό Μηχανικό για τις χρήσιμες συμβουλές αλλά και για την ουσιαστική βοήθειά τους σε εργαστηριακές δοκιμές ελέγχου ιδιοτήτων ασφαλτομιγμάτων. Επίσης θέλω να ευχαριστήσω τον κ. Δαλαμπίρα Λάζαρο, Γεωλόγο και υπεύθυνο έρευνας και ανάπτυξης της ΕΕ. Εμποροτεχνικής ΑΕ για την πολύτιμη συμβολή του στην παραγωγή των εργοστασιακών μιγμάτων σκυροδέματος. Ταυτόχρονα, ευχαριστώ τις μονάδες επεξεργασίας φθαρμένων ελαστικών ΚΑΡΑΜΠΑΣ ΑΕΒΕ και HELESI SA για την προμήθεια ανακυκλωμένου ελαστικού διαφόρων κοκκομετρικών διαβαθμίσεων καθώς και τις εταιρίες SIKA HELLAS ABEE, DEGUSSA HELLAS SA, BITOUMINA SA και VΙΜΑΤΕC N VIDALIS SA για τη χορήγηση ειδικών πρόσμικτων και βελτιωτικών σκυροδέματος. Τέλος σημαντική ήταν η συμβολή του κ. Χατζηγεωργίου Γεωργίου, Δρ Πολιτικού Μηχανικού ΑΠΘ, στο στάδιο της συγγραφής της διατριβής με υποδείξεις που στόχευαν στην παρουσίαση ενός κατά το δυνατόν πλήρους, από άποψη περιεχομένου και δομής, κειμένου. Αισθάνομαι ιδιαίτερα τυχερή που καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου αλλά και ειδικότερα κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας εργασίας είχα πολύτιμους υποστηρικτές τόσο ηθικά όσο και οικονομικά τη μητέρα μου και τον αδερφό μου, στους οποίους οφείλω απεριόριστη ευγνωμοσύνη. Δυστυχώς δεν είχα τον πατέρα μου, στη μνήμη του οποίου αφιερώνω την παρούσα διατριβή. Θεσσαλονίκη, Απρίλιος 2010 ΜΑΥΡΙΔΟΥ Δ. ΣΟΦΙΑ ii

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ 1 ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Κεφάλαιο 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά στοιχεία Σύσταση ελαστικών οχημάτων Επεξεργασία φθαρμενών ελαστικών μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους Στοιχεία σχετικά με τα φθαρμένα ελαστικά στην Ε.Ε Ελληνική νομοθεσία σχετικά με τα φθαρμένα ελαστικά οχημάτων Κρατικό σύστημα εναλλακτικής διαχείρισης φθαρμένων ελαστικών Στατιστικά στοιχεία ποσοτήτων και αξιοποίησης φθαρμένων ελαστικών στην Ελλάδα Μέθοδοι εναλλακτικής διαχείρισης φθαρμένων ελαστικών στην Ελλάδα Μονάδες επεξεργασίας αξιοποίησης φθαρμένων ελαστικών στην Ελλάδα Ανάλυση κύκλου ζωής ελαστικών οχημάτων Περιβαλλοντική θεώρηση και ανθρώπινη υγεία Χρήσεις φθαρμένων ελαστικών 28 Κεφάλαιο 2: ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΕΛΑΣΤΙΚΟΥ ΣΕ ΠΡΟΙΟΝΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΣΥΝΔΕΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ 2.1 Εισαγωγή Ιδιότητες νωπού σκυροδέματος τσιμέντου/ τσιμεντοκονιάματος Ιδιότητες σκληρυμένου σκυροδέματος/τσιμεντοκονιάματος Σύνδεση βιβλιογραφίας με το στόχο και τη μεθοδολογία έρευνας της παρούσας διατριβής 40 Κεφάλαιο 3: ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΕΛΑΣΤΙΚΟΥ ΣΕ ΠΡΟΙΟΝΤΑ ΑΣΦΑΛΤΟΥ ΣΥΝΔΕΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ 3.1 Eισαγωγή Yγρή μέθοδος (προσθήκη ανακυκλωμένου ελαστικού στην άσφαλτο) Ξηρή μέθοδος (προσθήκη ελαστικού στα αδρανή) Θερμά ασφαλτομίγματα Ψυχρά ασφαλτομίγματα Σύνδεση βιβλιογραφίας με το στόχο και τη μεθοδολογία έρευνας της παρούσας διατριβής 48 ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΝΟΤΗΤΑ ΠΡΩΤΗ : ΠΡΟΙΟΝΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Κεφάλαιο 4:ΤΣΙΜΕΝΤΟΠΟΛΤΟΙ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ (ΑΕ) 4.1 Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή τσιμεντοπολτών Πειραματικά αποτελέσματα Επίδραση του (ΑΕ) στην πορεία ενυδάτωσης του τσιμέντου Αποτελέσματα και συζήτηση 59

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. Κεφάλαιο 5: ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑΜΑΤΑ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ (ΑΕ) ΩΣ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΤΟ ΜΕΡΟΥΣ ΤΗΣ ΑΜΜΟΥ 5.1 Εισαγωγή Στάδια παρασκευής και ελέγχου τσιμεντοκονιαμάτων Πειραματικό μέρος βασικών ιδιοτήτων Επίδραση του ποσοστού και της κοκκομετρικής διαβάθμισης του AE Επίδραση του τρόπου εισαγωγής του ΑΕ Επίδραση της ύπαρξης ή μη υφασμάτινων ινών στο AE Επίδραση του είδους του αδρανούς (άμμου ποταμού ή πρότυπης) Επίδραση της επεξεργασίας (με φυσικά ή με χημικά μέσα) του AE Επίδραση της προσθήκης πρόσμικτων Πειραματικό μέρος ειδικών ιδιοτήτων Αποτελέσματα και συζήτηση 131 Κεφάλαιο 6:ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑΜΑΤΑ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ (ΑΕ) ΩΣ ΠΡΟΣΘΕΤΟ ΥΛΙΚΟ 6.1 Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή τσιμεντοκονιαμάτων Πειραματικά αποτελέσματα Αποτελέσματα και συζήτηση 155 Κεφάλαιο 7: ΜΙΓΜΑΤΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ(AE) ΩΣ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΤΟ ΜΕΡΟΥΣ ΤΩΝ ΑΔΡΑΝΩΝ 7.1 Εισαγωγή Έλεγχοι μιγμάτων σκυροδέματος(νωπή κατάσταση) Έλεγχοι μιγμάτων σκυροδέματος(σκληρυμένη κατάσταση) Πειραματικό μέρος Αποτελέσματα και συζήτηση 169 Κεφάλαιο 8: ΜΙΓΜΑΤΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ (AE) ΩΣ ΠΡΟΣΘΕΤΟ ΥΛΙΚΟ 8.1 Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή μιγμάτων σκυροδέματος Πειραματικά αποτελέσματα Αποτελέσματα και συζήτηση 179 Κεφάλαιο 9: ΕΙΔΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ME ΑΕ 9.1 ΜΙΓΜΑΤΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ ΓΙΑ ΚΡΑΣΠΕΔΑ Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή μιγμάτων σκυροδέματος για κράσπεδα Πειραματικά αποτελέσματα Αποτελέσματα και συζήτηση ΜΙΓΜΑΤΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ ΓΙΑ ΚΥΒΟΛΙΘΟΥΣ Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή μιγμάτων σκυροδέματος για κυβόλιθους Πειραματικά αποτελέσματα Αποτελέσματα και συζήτηση 194

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. 9.3 ΜΙΓΜΑΤΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ ΓΙΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΛΙΘΟΥΣ Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή μιγμάτων σκυροδέματος για τσιμεντόλιθους Πειραματικά αποτελέσματα Οικονομικά στοιχεία Αποτελέσματα και συζήτηση 202 ΕΝΟΤΗΤΑ ΔΕΥΤΕΡΗ : ΠΡΟΙΟΝΤΑ ΑΣΦΑΛΤΟΥ Κεφάλαιο 10: ΨΥΧΡΑ ΑΣΦΑΛΤΟΜΙΓΜΑΤΑ ΛΕΠΤΩΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΣΤΡΩΣΕΩΝ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ 10.1 Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή ψυχρών ασφαλτομιγμάτων επιφανειακών στρώσεων Πειραματικά αποτελέσματα Αποτελέσματα και συζήτηση 212 Κεφάλαιο 11: ΕΠΙΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑΜΑΤΑ ΜΕ ΑΣΦΑΛΤΙΚΟ ΓΑΛΑΚΤΩΜΑ ΚΑΙ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ 11.1 Εισαγωγή Υλικά και παρασκευή επισκευαστικών ασφαλτοκονιαμάτων με ΑΕ Πειραματικά αποτελέσματα Αποτελέσματα και συζήτηση 217 Κεφάλαιο 12: ΘΕΡΜΑ ΑΣΦΑΛΤΟΜΙΓΜΑΤΑ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΜΕΝΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟ 12.1 Eισαγωγή Υλικά και παρασκευή ασφαλτομιγμάτων με χρήση της ξηρής μεθόδου Πειραματικά αποτελέσματα Αποτελέσματα και συζήτηση 227 ΕΝΟΤΗΤΑ ΤΡΙΤΗ : ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ Κεφάλαιο 13: ΕΚΠΛΥΣΗ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ 13.1 Εισαγωγή Έκπλυση βαρέων μετάλλων από τεμάχια ανακυκλωμένου ελαστικού (AE) και από προϊόντα τσιμέντου ή ασφάλτου με ανακυκλωμένο ελαστικό Αποτελέσματα και συζήτηση 234 ΜΕΡΟΣ ΤΡΙΤΟ: ΚΥΡΙΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΡΩΤΟΤΥΠΙΑΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Κύρια συμπεράσματα 235 Στοιχεία πρωτοτυπίας της διατριβής 237 Προτάσεις για μελλοντική έρευνα 239 ΑΝΑΦΟΡΕΣ 241 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ Ν0ΜΟΘΕΣΙΑ 257 SUMMARY 259

10

11 ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Η τεχνολογική ανάπτυξη προκαλεί αύξηση των απαραίτητων ποσοτήτων φυσικών αδρανών που χρησιμοποιούνται στον τομέα της κατασκευής. Η καταστροφή του περιβάλλοντος που προκαλείται από τη διαρκή εξόρυξη αυτών οδηγεί στην επιτακτική ανάγκη εύρεσης εναλλακτικών υλικών που είναι δυνατό να τα αντικαταστήσουν. Τέτοια υλικά προέρχονται είτε από βιομηχανική επεξεργασία διαφόρων υλικών όπως πχ του χάλυβα σκωρίες χαλυβουργίας είτε από στερεά απόβλητα από εκσκαφές, κατασκευές και κατεδαφίσεις όπως είναι παλαιά μίγματα σκυροδέματος και οδοστρώματος, γυαλί, πλαστικό είτε από άλλες κατηγορίες στερεών αποβλήτων όπως είναι η ιπτάμενη τέφρα και τα ελαστικά οχημάτων μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους. Το Εργαστήριο Δομικών Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δραστηριοποιείται τα τελευταία χρόνια στον τομέα της εναλλακτικής αξιοποίησης στερεών αποβλήτων και παραπροϊόντων ενώ αποτελεί έδρα της ΕΒΙΠΑΡ, μιας αστικής εταιρείας μη κερδοσκοπικού χαρακτήρα, σκοπός της οποίας είναι η προώθηση χρήσης βιομηχανικών παραπροϊόντων και ειδικότερα η σύνδεση της έρευνας με την πρακτική εφαρμογή. Μέρος του ερευνητικού αυτού πεδίου και συγκεκριμένα η αξιοποίηση του ανακυκλωμένου ελαστικού μέρους των φθαρμένων ελαστικών σε εφαρμογές Πολιτικού Μηχανικού αποτελεί αντικείμενο μελέτης στην παρούσα διατριβή. Σημαντική προϋπόθεση για την αξιοποίηση των ανακυκλωμένων ελαστικών αποτελεί η οργανωμένη συλλογή, μεταφορά, αποθήκευση και επεξεργασία τους σε ειδικούς χώρους και μονάδες επεξεργασίας. Ποσοτικά, στην Ελλάδα αποσύρονται ετησίως περίπου τόνοι μεταχειρισμένων ελαστικών που αντιστοιχούν σε περισσότερα από 6,5 εκ. τεμάχια. Υπάρχει ήδη νομοθεσία για την εναλλακτική διαχείριση αυτών (ΠΔ 109, ΦΕΚ Α75 5/3/2004), με σαφείς ποσοτικούς και χρονικούς στόχους όσον αφορά στην αξιοποίησή τους. Σύμφωνα με το Προεδρικό Διάταγμα 109/75/2004 οι παραγωγοί όφειλαν να διασφαλίσουν ότι από την 31 η Ιουλίου 2006, η αξιοποίηση των μεταχειρισμένων ελαστικών οχημάτων θα ανερχόταν τουλάχιστον στο 65% των αποσυρόμενων ελαστικών ενώ ποσότητα αυτών ίση με το 10% θα ανακυκλωνόταν. Μέχρι στιγμής στη χώρα μας αξιοποίηση φθαρμένων ελαστικών πραγματοποιείται πρωτίστως στη τσιμεντοβιομηχανία μέσω της χρήσης τους ως εναλλακτικό καύσιμο ή για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και δευτερευόντως στην κατασκευή γηπέδων 5x5, στην παραγωγή διαφόρων ελαστικών προϊόντων καθώς και σε δάπεδα παιδότοπων ή αθλοπαιδιών. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης, ενοποιώντας τεχνικές, περιβαλλοντικέςοικονομικές και κοινωνικές δράσεις, θέμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη σχετικά με την πιθανή ενσωμάτωση ανακυκλωμένων ελαστικών, ως αδρανή, σε έργα Πολιτικού Μηχανικού και κυρίως στην παραγωγή προϊόντων τσιμέντου ή ασφάλτου για ειδικές εφαρμογές. 1

12 ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Η διατριβή χωρίζεται σε 3 μέρη και 13 κεφάλαια. ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Το πρώτο μέρος (κεφ. 1 3) αποτελεί διερεύνηση του προβλήματος της αξιοποίησης των φθαρμένων ελαστικών ενώ περιλαμβάνει και τη σχετική βιβλιογραφική ανασκόπηση της επίδρασης της προσθήκης ανακυκλωμένου ελαστικού σε ιδιότητες προϊόντων τσιμέντου και ασφάλτου. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται εισαγωγικά στοιχεία σχετικά με τα ελαστικά αυτοκινήτων, την υπάρχουσα νομοθεσία καθώς και με τον μοναδικό εγκεκριμένο κρατικό ελληνικό φορέα εναλλακτικής διαχείρισης μεταχειρισμένων ελαστικών. Ακολουθεί παράθεση στοιχείων σχετικών με την ανάλυση κύκλου ζωής των ελαστικών καθώς και στοιχείων σχετικών με τις πιθανές επιπτώσεις τους στο περιβάλλον και στην ανθρώπινη υγεία. Στη συνέχεια παρατίθενται δυνατές χρήσεις των μεταχειρισμένων ελαστικών σε διάφορους τομείς και ιδιαίτερα σε έργα Πολιτικού Μηχανικού. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιέχεται ενδελεχής βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με την επίδραση του ανακυκλωμένου ελαστικού(αε) σε βασικές και ειδικές ιδιότητες προϊόντων με βάση το τσιμέντο (κονιάματα και μίγματα σκυροδέματος). Παράλληλα πραγματοποιείται σύνδεση της υπάρχουσας βιβλιογραφίας με το αντικείμενο της διατριβής. Στο τρίτο κεφάλαιο περιέχεται ενδελεχής βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με την επίδραση του ανακυκλωμένου ελαστικού(αε) σε βασικές και ειδικές ιδιότητες προϊόντων με βάση την άσφαλτο (θερμά ασφαλτομίγματα). Παράλληλα πραγματοποιείται σύνδεση της υπάρχουσας βιβλιογραφίας με το αντικείμενο της διατριβής. ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Το δεύτερο μέρος (κεφ.4 13), το οποίο αποτελεί το πειραματικό κομμάτι του κειμένου χωρίζεται σε 3 επιμέρους ενότητες. Η πρώτη ενότητα (κεφ.4 9) πραγματεύεται την προσθήκη ανακυκλωμένου ελαστικού σε κονιάματα και σκυροδέματα τσιμέντου ενώ η δεύτερη ενότητα (κεφ.10 12) εξετάζει την επίδραση της προσθήκης ανακυκλωμένου ελαστικού σε κονιάματα και σκυροδέματα ασφάλτου. Η τρίτη ενότητα (κεφ.13) περιλαμβάνει στοιχεία περιβαλλοντικής επίπτωσης τόσο των ανακυκλωμένου ελαστικού όσο και προϊόντων τσιμέντου και ασφάλτου με ΑΕ όσον αφορά στην έκπλυση βαρέων μετάλλων από αυτά. Στο τέλος κάθε ενότητας παρατίθενται τα αντίστοιχα συμπεράσματα που προκύπτουν από τους πειραματικούς ελέγχους. Α. ΕΝΟΤΗΤΑ: ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ Συνοπτικά η πρώτη ενότητα (κεφ.4 9) περιέχει πειραματικά αποτελέσματα ελέγχων ιδιοτήτων τσιμεντοπολτών, τσιμεντοκονιαμάτων και μιγμάτων σκυροδέματος με ΑΕ. Στο τέταρτο κεφάλαιο, το οποίο έχει ως σκοπό τη μελέτη της επίδρασης του ανακυκλωμένου ελαστικού, ως αδρανές, σε τσιμεντοπολτούς, εξετάζεται η προσθήκη ανακυκλωμένου ελαστικού διαφόρων ποσοστών σε τέτοια μίγματα. Τα παραγόμενα μίγματα ελέγχονται ως προς βασικά και ειδικά χαρακτηριστικά τους με ταυτόχρονη μελέτη της έμμεσης επίδρασης του ανακυκλωμένου ελαστικού στην 2

13 ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ πορεία ενυδάτωσης του τσιμέντου των υπό εξέταση μιγμάτων μέσω μέτρησης της αναπτυσσόμενης θερμοκρασίας στο εσωτερικό των μιγμάτων. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα προσθήκη ανακυκλωμένου ελαστικού προκαλεί επιμήκυνση του χρόνου πήξης των μιγμάτων, η οποία αυξάνεται με αύξηση του ποσοστού του περιεχόμενου ελαστικού. Παράλληλα, για ποσοστά ελαστικού έως 10%κβ του τσιμέντου, η υδατοαπορρόφηση υπό κενό αέρος μειώνεται ενώ για μεγαλύτερα ποσοστά αυξάνεται. Η ύπαρξη ανακυκλωμένου ελαστικού παρέχει μίγματα χαμηλότερου ειδικού βάρους λόγω του χαμηλού βάρους του ίδιου του ελαστικού. Τέλος, η ενυδάτωση του τσιμέντου ελέγχθηκε μέσω της αναπτυσσόμενης θερμοκρασίας στο εσωτερικό των μιγμάτων. Η προσθήκη του ανακυκλωμένου ελαστικού προκαλεί επιβράδυνση του ρυθμού ενυδάτωσης του τσιμέντου γεγονός στο οποίο μπορεί να αποδοθεί η πτώση στα μηχανικά χαρακτηριστικά των μιγμάτων με ανακυκλωμένο ελαστικό. Το πέμπτο κεφάλαιο στοχεύει στη μελέτη της επίδρασης του ανακυκλωμένου ελαστικού σε διάφορες φυσικομηχανικές και άλλες ιδιότητες τσιμεντοκονιαμάτων, κατά τη χρήση αυτού ως αντικατάστατο μέρους του αδρανούς του κονιάματος της άμμου. Ελέγχονται διάφορες παράμετροι, όπως η κοκκομετρική διαβάθμιση του ΑΕ, ο τρόπος εισαγωγής του ΑΕ στο μίγμα, η ύπαρξη ή μη ινών στη δομή του, η έκπλυση με διάφορα φυσικά και χημικά μέσα καθώς και η προσθήκη ειδικών πρόσμικτων. Παράλληλα ελέγχεται η ανθεκτικότητα των μιγμάτων σε άλατα καθώς και η αντίσταση ενδεικτικών μιγμάτων έναντι διείσδυσης χλωριοϊόντων. Ο έλεγχος ολοκληρώνεται με εξέταση της μικροδομής χαρακτηριστικών μιγμάτων. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα η προσθήκη του ανακυκλωμένου ελαστικού σε ποσοστά αντικατάστασης της άμμου μέχρι 10%κο οδηγεί σε μίγματα με σχετικά μικρή πτώση μηχανικών χαρακτηριστικών και περισσότερο υδατοστεγανά. Ο τρόπος εισαγωγής του ελαστικού στο μίγμα (προσθήκη αυτού στο νερό ή προσθήκη του με τα αδρανή) φαίνεται να μην επηρεάζει σημαντικά τα χαρακτηριστικά των τσιμεντοκονιαμάτων. Παράλληλα, η ύπαρξη ινών στους κόκκους ελαστικού επιδρά αρνητικά στο σύνολο των ιδιοτήτων των μιγμάτων και γι αυτό προτείνεται απομάκρυνση αυτών μέσω κοσκίνισης. Επεξεργασία των κόκκων του ελαστικού με διάφορα μέσα(έκπλυση με νερό, με διαλύτη και ιδιαίτερα με διάλυμα NaOH) επηρεάζει θετικά τα χαρακτηριστικά των μιγμάτων. Ειδικότερα έκπλυση με NaOH ενισχύει τη συνάφεια των κόκκων του ελαστικού με το υπόλοιπο μίγμα παρέχοντας συνεκτικότερη δομή και υψηλότερες μηχανικές αντοχές, γεγονός που επιβεβαιώνεται με μελέτη της μικροδομής των μιγμάτων αυτών. Η χρήση διαφόρων πρόσμικτων (υπερρευστοποιιητής, ασφαλτικό γαλάκτωμα, γύψος,latex, τροποποιητής ιξώδους κα) αυξάνουν τη συνάφεια ελαστικού τσιμεντομίγματος όπως πιστοποιείται μικροσκοπικά με αποτέλεσμα μίγματα με αυξημένα μηχανικά χαρακτηριστικά, βελτιωμένες φυσικές ιδιότητες, όπως υδατοστεγανότητα και περισσότερο ανθεκτικά σε διαβρωτικά περιβάλλοντα. Ειδικότερα, χρήση υπερρευστοποιητή και ασφαλτικού γαλακτώματος παρέχει μίγματα με την καλύτερη συμπεριφορά στο σύνολο των ιδιοτήτων τους. Τέλος, με βάση τις αντίστοιχες μετρήσεις, η προσθήκη του ανακυκλωμένου ελαστικού προκαλεί αύξηση της αντίστασης έναντι διείσδυσης χλωριοϊόντων των παραγόμενων μιγμάτων. 3

14 ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Στο έκτο κεφάλαιο, εξετάζεται η επίδραση της προσθήκης του ανακυκλωμένου ελαστικού σε τσιμεντοκονιάματα ως πρόσθετο υλικό. Σκοπός της πραγματοποίησης αυτής της σειράς πειραμάτων είναι η επίτευξη υψηλότερων μηχανικών αντοχών των παραγόμενων μιγμάτων σε σύγκριση με τις αντοχές αντίστοιχων συνθέσεων όπου το ελαστικό αντικατέστησε μέρος του αδρανούς υλικού. Οι μηχανικές αντοχές των μιγμάτων εμφανίζονται ελαφρώς καλύτερες σε σύγκριση με τις αντίστοιχες μιγμάτων στις οποίες το ελαστικό χρησιμοποιείται ως αντικατάστατο μέρους των αδρανών ωστόσο η μείωση αυτή είναι ελάχιστη. Στην ενότητα αυτή έγινε χρήση διαφόρων πρόσμικτων όπως ασφαλτικό γαλάκτωμα και στεγανωτικό μάζας. Τα μίγματα με τα πρόσμικτα αυτά εμφάνισαν πολύ καλή συμπεριφορά όσον αφορά σε μηχανικά χαρακτηριστικά, υδατοαστεγανότητα και αντίσταση σε τριχοειδή ανύψωση χλωριοϊόντων. Η ανθεκτικότητά τους σε κύκλους ψύξης απόψυξης σε διαλύματα NaCl κυμάνθηκε σε ίδια ή ελαφρώς υψηλότερα επίπεδα για τις συνθέσεις με ελαστικό. Όσον αφορά στη συστολή ξήρανσης των μιγμάτων, η προσθήκη του ελαστικού δεν φαίνεται να την επηρεάζει. Στο έβδομο κεφάλαιο εξετάζεται η χρήση ανακυκλωμένου ελαστικού διαφόρων κοκκομετρικών διαβαθμίσεων και ποσοστών, ως αντικατάστατο μέρους των φυσικών αδρανών, σε βασικές και ειδικές ιδιότητες μιγμάτων σκυροδέματος. Παράλληλα, τα μίγματα υποβάλλονται σε υψηλές θερμοκρασίες προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση των θερμοκρασιών αυτών στη θλιπτική τους αντοχή. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, η προσθήκη ελαστικού προκαλεί μείωση των μηχανικών αντοχών των μιγμάτων, η οποία είναι μεγαλύτερη με αύξηση του περιεχόμενου ποσοστού ελαστικού. Χρήση χονδρόκοκκου ελαστικού οδηγεί σε μίγματα με αυξημένη υδατοαπορρόφηση, η οποία ελαττώνεται με χρήση λεπτόκοκκου κλάσματος ελαστικού. Όσον αφορά στην ανθεκτικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες και συγκεκριμένα για θερμοκρασίες 200 και 400 o C, το σύνολο των μιγμάτων εμφανίζει μεγαλύτερη πτώση της αντοχής τους συγκριτικά με το πρότυπο μίγμα αναφοράς. Στο όγδοο κεφάλαιο εξετάζεται η χρήση του ανακυκλωμένου ελαστικού ως πρόσθετου υλικού σε μίγματα σκυροδέματος. Σκοπός της πραγματοποίησης αυτής της σειράς πειραμάτων είναι η επίτευξη υψηλότερων μηχανικών αντοχών των παραγόμενων μιγμάτων σε σύγκριση με τις αντοχές αντίστοιχων συνθέσεων όπου το ελαστικό αντικατέστησε μέρος των φυσικών αδρανών. Οι έλεγχοι περιλαμβάνουν βασικές και ειδικές ιδιότητες, οι οποίες εξετάσθηκαν και στο κεφάλαιο 7. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, χρήση λεπτόκοκκου ελαστικού προκαλεί μικρότερη μείωση συγκριτικά με χρήση χονδρότερου κλάσματος ελαστικού. Η υδατοαπορρόφηση των μιγμάτων με πούδρα ελαστικού παρατηρείται μειωμένη παρέχοντας περισσότερο στεγνά μίγματα. Παράλληλα, προσθήκη ελαστικού έως 10%κο λεπτόκοκκου αδρανούς δίνει μίγματα με μικρή πτώση μηχανικών χαρακτηριστικών, αυξημένη στεγανότητα και σχετικά ικανοποιητική συμπεριφορά έναντι υψηλών θερμοκρασιακών δράσεων. Στο ένατο κεφάλαιο( ) επιχειρείται εργοστασιακή εφαρμογή της έρευνας μέσω ενσωμάτωσης του ανακυκλωμένου ελαστικού σε ειδικά προϊόντα όπως μίγματα σκυροδέματος για την παραγωγή κρασπέδων, κυβόλιθων και τσιμεντόλιθων. Τα προϊόντα αυτά παρασκευάστηκαν τόσο σε εργοστασιακή 4

15 ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ μονάδα του ευρύτερου Πολεοδομικού Συγκροτήματος της Θεσσαλονίκης και αποτελούν προϊόν άμεσης κατανάλωσης και εφαρμογής όσο και εργαστηριακά στο Εργαστήριο Δομικών Υλικών, ΤΠΜ, ΑΠΘ. Μελετώνται διάφορες βασικές και ειδικές ιδιότητες των μιγμάτων ενώ για την εφαρμογή των τσιμεντόλιθων, η οποία κρίνεται ως πλέον κατάλληλη περιβαλλοντικά, κατασκευαστικά και οικονομικά, παρατίθεται ανάλυση κόστους μιγμάτων. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, η προσθήκη του ελαστικού περιορίζεται σε ποσοστά <2.5% κβ των φυσικών αδρανών προκειμένου να ληφθούν μίγματα με ικανοποιητικές αντοχές, βελτιωμένη υδατοστεγανότητα και αυξημένη αντίσταση σε ολίσθηση. Όσον αφορά στα μίγματα σκυροδέματος για κυβόλιθους, η προσθήκη του ασφαλτικού γαλακτώματος παρέχει μίγματα με βελτιωμένα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά. Και στην περίπτωση αυτή, το προτεινόμενο ποσοστό ελαστικού ανέρχεται στο 2.5% κβ των φυσικών αδρανών. Η παραγωγή μιγμάτων σκυροδέματος για τσιμεντόλιθους κρίνεται ως η πλέον κατάλληλη δεδομένης της πολύ μικρής πτώσης των μηχανικών αντοχών, της σχετικά μειωμένης συστολής ξήρανσης, της βελτιωμένης υδατοστεγανότητας και της ανταγωνιστικής τιμής των παραγόμενων προϊόντων. Επίσης, δοκίμια εργοστασιακής παρασκευής εμφάνισαν ακόμα καλύτερη συμπεριφορά συγκριτικά με αντίστοιχα εργαστηριακής παρασκευής ως προς το σύνολο των ιδιοτήτων που μελετήθηκαν ενισχύοντας την εφαρμογή αυτή. Για την εφαρμογή αυτή αποδεκτό ποσοστό ελαστικού ανέρχεται στο 5%κο του λεπτόκοκκου κλάσματος φυσικών αδρανών. Τα αποτελέσματα των εργοστασιακά παραγόμενων μιγμάτων σκυροδέματος έδειξαν ότι είναι εφικτή η αξιοποίηση ανακυκλωμένου ελαστικού σε προϊόντα τσιμέντου, γεγονός που επιβεβαιώνει τα εργαστηριακά αποτελέσματα. Β. ΕΝΟΤΗΤΑ: ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΑΣΦΑΛΤΟΥ Συνοπτικά η δεύτερη ενότητα (κεφ.10 12) περιέχει πειραματικά αποτελέσματα ελέγχων ιδιοτήτων ψυχρών και θερμών ασφαλτομιγμάτων (ψυχρά ασφαλτομίγματα λεπτών επιφανειακών στρώσεων, επισκευαστικά τσιμεντοκονιάματα με ασφαλτικό γαλάκτωμα καθώς και θερμά ασφαλτοσκυροδέματα). Τα ασφαλτομίγματα παρασκευάσθηκαν με χρήση της ξηρής μεθόδου, δηλαδή το ελαστικό τοποθετήθηκε ως αδρανές. Στο δέκατο κεφάλαιο ανακυκλωμένο ελαστικό προστίθεται σε ψυχρά ασφαλτομίγματα επιφανειακών στρώσεων. Στόχος είναι ο έλεγχος δυνατής προσθήκης του ελαστικού σε τέτοιου είδους μίγματα ενώ μελετώνται ιδιότητες όπως χρόνος ανάμιξης, πήξης καθώς και αντίσταση σε υγρή απότριψη. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, η προσθήκη του ανακυκλωμένου ελαστικού προκαλεί οριακή μείωση του χρόνου πήξης των μιγμάτων καθώς και του χρόνου ανάμιξης αυτών. Η μείωση είναι εντονότερη στην περίπτωση χρήσης ιπτάμενης τέφρας ως φίλλερ. Η απώλεια βάρους λόγω υγρής απότριψης αυξάνει είτε στην περίπτωση που χρησιμοποιείται τσιμέντο είτε στην περίπτωση που χρησιμοποιείται ιπτάμενη τέφρα ως φίλλερ. Το επιτρεπτό ποσοστό ελαστικού, ώστε οι ιδιότητες των μιγμάτων στο σύνολό τους να καλύπτουν τις σχετικές προδιαγραφές ανέρχεται στο 1% κβ των αδρανών. 5

16 ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Στο ενδέκατο κεφάλαιο εξετάζεται η προσθήκη ανακυκλωμένου ελαστικού σε επισκευαστικά τσιμεντοκονιάματα με ασφαλτικό γαλάκτωμα. Τα παραγόμενα μίγματα εξετάζονται ως προς φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά με ταυτόχρονη μέτρηση της αντίστασης σε ολίσθηση, ιδιότητα που παίζει πρωτεύοντα ρόλο στην επιλογή επισκευαστικού ασφαλτικού κονιάματος. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, η προσθήκη του ανακυκλωμένου ελαστικού σε συνδυασμό με το ασφαλτικό γαλάκτωμα επιφέρει αύξηση της αντίστασης σε ολίσθηση ενώ ποσότητα ελαστικού έως 2.5%κβ των αδρανών των μιγμάτων παρέχει μίγματα με αυξημένη αντίσταση σε ολίσθηση, μειωμένη υδατοαπορρόφηση υπό κενό αέρος και ικανοποιητικές μηχανικές αντοχές. Στο δωδέκατο κεφάλαιο παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα από συνθέσεις θερμών ασφαλτομιγμάτων με προσθήκη ανακυκλωμένου ελαστικού με χρήση της ξηρής μεθόδου. Μελετώνται ιδιότητες Marshall ευστάθεια, παραμόρφωση κα, πραγματοποιείται στερεοσκοπική μελέτη χαρακτηριστικών μιγμάτων ενώ ελέγχεται η συμπεριφορά τους σε κύκλους ψύξης θέρμανσης. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, οι παραγόμενες συνθέσεις με προσθήκη ανακυκλωμένου ελαστικού σε ποσοστά άνω του 1% έδωσαν μίγματα, οι ιδιότητες των οποίων απέκλιναν από τα όρια των ελληνικών προδιαγραφών Α265 για τάπητα βαρειάς κυκλοφορίας. Έλεγχος θερμού ασφαλτομίγματος με 4,75% κβ αδρανών άσφαλτο και προσθήκη 1%κβ των αδρανών ανακυκλωμένο ελαστικό έδωσε αποτελέσματα που ικανοποιούν τις απαιτήσεις της εν λόγω προδιαγραφής. Παράλληλα, σύμφωνα με στερεοσκοπική παρατήρηση των μιγμάτων το ελαστικό συνεργάζεται ικανοποιητικά με το υπόλοιπο ασφαλτόμιγμα. Τέλος, η δομή τροποποιημένων με ανακυκλωμένο ελαστικό μιγμάτων δεν επηρεάζεται όταν αυτά υποβληθούν σε κύκλους ψύξης θέρμανσης καθώς δεν παρατηρούνται σε αυτά αποκολλήσεις ή ρηγματώσεις. Γ. ΕΝΟΤΗΤΑ: ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ Συνοπτικά η τρίτη ενότητα (κεφ.13) περιέχει αποτελέσματα πειραματικών μετρήσεων έκπλυσης βαρέων μετάλλων από ανακυκλωμένο ελαστικό, καθώς και από μίγματα τσιμέντου και ασφάλτου με ανακυκλωμένο ελαστικό. Σύμφωνα με τις μετρήσεις προκύπτει ότι τόσο σε υγρά έκπλυσης μιγμάτων τσιμέντου όσο και σε αντίστοιχα ασφάλτου με ανακυκλωμένο ελαστικό δεν ανιχνεύονται σημαντικές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων ενώ όταν ανιχνευθούν οι τιμές αυτές βρίσκονται εντός των ορίων που τίθενται από τις σχετικές προδιαγραφές. Παράλληλα, το ασφαλτικό γαλάκτωμα, που υπήρχε σε συνθέσεις τσιμεντοκονιαμάτων εμφανίζεται να δεσμεύει βαρέα μέταλλα και συστατικά του ελαστικού όπως Zn και Fe. ΜΕΡΟΣ ΤΡΙΤΟ: ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΡΩΤΟΤΥΠΙΑΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Στο τρίτο μέρος παρουσιάζονται τα κύρια συμπεράσματα, τα στοιχεία πρωτοτυπίας όπως προέκυψαν από την ολοκληρωμένη θεώρηση του αντικειμένου της διατριβής ενώ προτείνονται τομείς περαιτέρω έρευνας. Η διατριβή ολοκληρώνεται με την παράθεση των βιβλιογραφικών αναφορών, των χρησιμοποιούμενων προδιαγραφών καθώς και της σχετικής νομοθεσίας. 6

17 ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ

18

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ένα βασικό πρόβλημα, το οποίο απαιτεί άμεση επίλυση είναι η εγκατάλειψη στο περιβάλλον τόσο των οχημάτων όσο και των επιμέρους τμημάτων τους που ολοκληρώνουν τον κύκλο ζωής τους και τίθενται σε αχρηστία προτού αποσυρθεί το όχημα στο σύνολό του. Δυστυχώς τα τμήματα από τα οποία αποτελείται ένα όχημα είναι πολλά και το πρόβλημα ανάκτησης, διάθεσης, αξιοποίησης, κατάλληλης επεξεργασίας και ανακύκλωσης δεν είναι απλή υπόθεση. Ένα τμήμα που προκαλεί αρνητικές συνέπειες στο περιβάλλον κυρίως όταν αποτίθεται ανεξέλεγκτα είτε σε χωματερές είτε σε χαράδρες είναι τα ελαστικά μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους. Φωτογραφία 1.1 Σωροί ελαστικών μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους ανεξέλεγκτα απορριπτόμενων σε χαράδρα Τα ελαστικά χαρακτηρίζονται από ιδιότητες που διασφαλίζουν την ομαλή και ασφαλή λειτουργία του οχήματος όπως είναι η απορρόφηση κραδασμών στις ανωμαλίες του οδοστρώματος, η αντοχή και η ανθεκτικότητα σε μεγάλες θερμοκρασίες που αναπτύσσονται λόγω της τριβής του ελαστικού με το οδόστρωμα καθώς και η καλή χιλιομετρική απόδοση. Συνεπώς, όταν τα ελαστικά πάψουν να εμφανίζουν τις παραπάνω ιδιότητες πρέπει να αντικαθίστανται είτε ολοκληρωτικά είτε μερικώς μέσω της διαδικασίας της αναγόμωσης. Πρακτικά, όπως και με τα περισσότερα βιομηχανικά παραπροϊόντα, η μη οργάνωση της «τύχης» τους μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους σε συνδυασμό με την έλλειψη μέριμνας και πολιτικής για τη μετέπειτα τύχη των ελαστικών έχει ως αποτέλεσμα τη διόγκωση του προβλήματος της διάθεσής τους. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των ελαστικών μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους, όταν αποτίθενται στο περιβάλλον, είναι ο πολύ μεγάλος χρόνος πλήρους αφομοίωσής τους από τη φύση, ο οποίος υπολογίζεται σε μερικές εκατοντάδες χρόνια. Αποτελούν υλικά που δεν αποικοδομούνται γρήγορα υποβαθμίζοντας αισθητικά το χώρο στον οποίο αποτίθενται, αποτελώντας μόνιμη εστία μολύνσεων από τα στάσιμα νερά που είναι δυνατόν να εγκλωβιστούν στα κοίλα τους. Παράλληλα, είναι πιθανοί δημιουργοί πυρκαγιών συχνά μη ελεγχόμενων με τεράστιες περιβαλλοντικές συνέπειες [Σκουπίδια και Ανακύκλωση, (1996)]. 7

20 Κεφάλαιο 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι συνέπειες πιθανής εκδήλωσης πυρκαγιάς περιλαμβάνουν [Norquay, (2004)]: Μόλυνση του αέρα: μαύρος καπνός και άλλα συστατικά όπως οργανικά στοιχεία, διοξίνες και πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα Μόλυνση του ύδατος: η έντονη θέρμανση προκαλεί πυρόλυση του ελαστικού, η οποία οδηγεί στη δημιουργία ενός πετρελαϊκής σύστασης προϊόντος. Το προϊόν αυτό μπορεί να μετακινηθεί μέσω του νερού, το οποίο χρησιμοποιείται για την κατάσβεση της φωτιάς. Άλλα υπολείμματα όπως ψευδάργυρος, κάδμιο και μόλυβδος μπορούν να μετακινηθούν μέσω του νερού κατάσβεσης μακριά από τον χώρο εκδήλωσης της φωτιάς. Μόλυνση του εδάφους: υπολείμματα φωτιάς ελαστικών είναι δυνατόν να δημιουργήσουν δύο είδη μόλυνσης: το πρώτο καλύπτει την άμεση μόλυνση μέσω των υγρών προϊόντων αποσύνθεσης που διεισδύουν στο έδαφος και το δεύτερο τη σταδιακή μόλυνση από την έκπλυση της στάχτης και των μη θαμμένων υπολειμμάτων μετά από βροχή. Με βάση τα παραπάνω, γίνεται κατανοητό ότι υπάρχει άμεση ανάγκη για εύρεση οικονομικά εφικτών και περιβαλλοντικά συνετών εναλλακτικών χρήσεων των ελαστικών μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους, με την ανακύκλωση να αποτελεί μονόδρομο για την αειφόρο ανάπτυξη και την προστασία του περιβάλλοντος. 1.2 ΣΥΣΤΑΣΗ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ Όσον αφορά στη σύσταση των ελαστικών οχημάτων, τα επιμέρους συστατικά τους τόσο για επιβατικά οχήματα όσο και για φορτηγά δίνονται στον πίνακα 1.1. Πίνακας 1.1 Ποσοστά επιμέρους συστατικών που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ελαστικών οχημάτων Υλικό Επιβατικά Φορτηγά Φυσικό ή συνθετικό 47% 45% καουτσούκ Άνθρακας 21,5% 22% Μέταλλα 16,5% 25% Υφάσματα 5,5% Οξείδιο ψευδαργύρου 1% 2% θείο 1% 1% Πρόσθετα 7,5% 5% Πηγή: End of Life Tyre Management: Storage Options, final report for the Ministry of Environment of New Zealand, July 2004, p 10 Με τον όρο καουτσούκ εννοούνται διάφορα πολυμερή, μεταξύ των οποίων και το φυσικό καουτσούκ. Το λάδι και τα ειδικά μαλακτικά κάνουν τη γόμα πιο μαλακή, ενώ όλα τα υπόλοιπα συστατικά τη σκληραίνουν. Πολύ σημαντικός είναι εδώ ο ρόλος που παίζουν δύο υλικά, ο άνθρακας και το πυρίτιο, τα οποία βελτιώνουν δραστικά την αντοχή στη φθορά. Ο πρώτος, εκτός από το να σκληραίνει τη γόμα, φροντίζει να αυξάνει την αντοχή της σε όλων των ειδών τις καταπονήσεις και κυρίως στην αντίσταση σε ολίσθηση ενώ το πυρίτιο μειώνει την τριβή ολίσθησης, η οποία επηρεάζει σημαντικά την κατανάλωση ενός αυτοκινήτου, και ταυτόχρονα 8