Η ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Ο ΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ : ΕΝΑ ΒΗΜΑ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΕΙΦΟΡΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗ

Transcript

1 Η ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Ο ΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ : ΕΝΑ ΒΗΜΑ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΕΙΦΟΡΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Κεχαγιά Φωτεινή*, Τσώχος Γεώργιος** * Πολιτικός Μηχανικός, Υπ. ιδ., Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., 54124, Θεσσαλονίκη fotini@hermes.civil.auth.gr ** Καθηγητής, Τµ. Πολιτικών Μηχανικών, ΑΠΘ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η αειφόρος ή βιώσιµη διαχείριση των φυσικών πόρων απαιτεί την αποσύνδεση της οικονοµικής ανάπτυξης, της χρήσης των πόρων και της δηµιουργίας των αποβλήτων. Η κατασκευή των οδικών έργων χαρακτηρίζεται από τη χρήση µεγάλης ποσότητας πρώτων υλών (αδρανών, τσιµέντου και ασφάλτου), που η παραγωγική τους διαδικασία είναι συνδυασµένη µε την κατανάλωση ενέργειας και παραγωγής σηµαντικών ποσοτήτων αέριων ρύπων. Από την άλλη πλευρά, στις ανεπτυγµένες και αναπτυσσόµενες χώρες, η παραγωγή βιοµηχανικών αποβλήτων ή παραπροϊόντων είναι σηµαντική. Η ανακύκλωση και επαναχρησιµοποίηση των υλικών αυτών, κάτω από ένα συγκεκριµένο πλαίσιο µελέτης και αξιολόγησης, µπορεί να µειώσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την εξόρυξη και επεξεργασία των πρώτων υλών. Στην παρούσα µελέτη, εξετάζεται η προοπτική χρήσης των βιοµηχανικών παραπροϊόντων και αποβλήτων στην κατασκευή των οδικών έργων, συγκρίνονται τα προσδοκώµενα αποτελέσµατα σε σχέση µε τα συµβατικά υλικά, ελέγχοντας διαφορετικές παραµέτρους όπως την τεχνική, περιβαλλοντική, οικονοµική και κοινωνική παράµετρο. ίνονται επίσης συνοπτικά αποτελέσµατα από επιστηµονικές έρευνες του Εργαστηρίου Οδοποιίας του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ., για τη χρήση των εναλλακτικών υλικών σε κατασκευές οδικών έργων. Η εφαρµογή της αειφόρου ανάπτυξης και διαχείρισης των φυσικών πόρων οδηγεί σε ένα ολοκληρωµένο πλαίσιο µελέτης, λαµβάνοντας υπόψη, εκτός από το τεχνικό κόστος, και το κοινωνικό και περιβαλλοντικό κόστος των επιλογών. ABSTRACT The implementation of strategy on the sustainable use of natural resources demands a decoupling of economic growth from natural use and environmental degradation. The characteristic of road construction is the consumption and the utilization huge amount of raw-materials as aggregates, cement, asphalt, which their production process produces significant environment burdens. On the other hand, most developed and developing countries stockpile industrial by-products and other waste materials. Applications of recycling and re-use techniques present noticeable advantages. In the last decade, the Laboratory of Road Engineering of The Aristotle University of Thessaloniki has undertaken research tasks to examine the probable use of industrial by-products in road construction. In the present paper, the concise results of the above research tasks are presented. The benefits, the obstacles and perspectives to a wide use of these waste materials are also set out.

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Από τον 19ο αιώνα η οικονοµική σκέψη είχε στραφεί στη σωστή διαχείριση των φυσικών πόρων. Ξεχωρίζει η θεωρία του οικονοµολόγου Mill, περί σταθερής οικονοµίας, δηλαδή στην ανάπτυξη µίας οικονοµίας που βρίσκεται σε σταθερή και ισόρροπη σχέση µε τη διαχείριση των φυσικών πόρων [7]. Στον 20ο αιώνα η έννοια της σταθερής οικονοµίας περιλαµβάνει και την έννοια της ρύπανσης. Η έννοια της βιώσιµης ανάπτυξης στη διαχείριση των πόρων είναι καθοριστική. Η οικονοµική ανάπτυξη των βιοµηχανικών κρατών έχει οδηγήσει σε µία υπερεκµετάλλευση των φυσικών πόρων, η οποία συνοδεύεται από σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις και σηµαντική κατανάλωση ενέργειας. Σύµφωνα µε την στρατηγική της Ε.Ε. για την αειφόρο διαχείριση των φυσικών πόρων απαιτείται: η διασφάλιση της διαθεσιµότητας των πόρων η διαχείριση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της χρήσης των πόρων Βασικός στόχος της Ε.Ε., όπως αυτός αναπτύσσεται στο 6ο Πρόγραµµα ράσης της Ε.Ε. για το Περιβάλλον, είναι η αποσύνδεση της χρήσης των πόρων και της παραγωγής των αποβλήτων από τον ρυθµό της οικονοµικής µεγέθυνσης. Σύµφωνα µε το Σχήµα 1, η ανάπτυξη της οικονοµίας µε ρυθµό ταχύτερο από τη χρήση των πόρων οδηγεί σε µία σχετική αποσύνδεση (relative decoupling), ενώ η ανάπτυξη της οικονοµίας σε συνδυασµό µε την µείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων οδηγεί στην απόλυτη αποσύνδεση (absolute decoupling). Σχήµα 1: Αποσύνδεση της οικονοµικής ανάπτυξης από τη χρήση των πόρων και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων [1]

3 2. Η ΑΝΑΓΚΑΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΣΤΕΡΕΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ Η εκµετάλλευση φυσικών πόρων σε ορισµένες βιοµηχανικές χώρες έχει πάρει τροµακτικές διαστάσεις. Η ραγδαία οικονοµική αύξηση συνοδεύεται από µία υπερβολική αύξηση αναγκών για χρήση αδρανών υλικών. Για παράδειγµα, σε χώρες όπως η Γαλλία και η Μ.Βρετανία παρατηρήθηκε, από πρόσφατες στατιστικές, τετραπλασιασµός των αναγκών µέσα σε µία δεκαετία. Από την άλλη πλευρά στις βιοµηχανικές χώρες οι συνολικές ποσότητες των διαφόρων στερεών αποβλήτων και παραπροϊόντων παρουσιάζονται ιδιαίτερα αυξηµένες. Η ανακύκλωση και επαναχρησιµοποίηση των στερεών αποβλήτων και των βιοµηχανικών παραπροϊόντων στη δοµική βιοµηχανία και σε κατασκευές έργων αποτελεί µία σηµαντική πρακτική ορθής διαχείρισης φυσικών πόρων. Πιο συγκεκριµένα τα πλεονεκτήµατα της ανακύκλωσης και επαναχρησιµοποίησης είναι : µείωση της ανάγκης για χρήση και εκµετάλλευση φυσικού µη ανανεώσιµου κεφαλαίου αποφεύγονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις και η κατανάλωση ενέργειας από την εξόρυξη των πρωτογενών πρώτων υλών, καθώς και από τη µεταποίηση των πρώτων υλών κατά την παραγωγική διαδικασία µείωση της ποσότητας των απορριπτόµενων υλικών και κατά συνέπεια περιορισµός των αναγκαίων χώρων εναπόθεσής των και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που συνεπάγονται. µείωση του κόστους κατασκευής λόγω χαµηλού ή µηδενικού κόστους των στερεών αποβλήτων βελτίωση της ποιότητας παραγωγής λόγω ευεργετικής δράσης των αποβλήτων 3. Η ΧΡΗΣΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ Ο ΟΠΟΙΙΑ Η κατασκευή των οδικών έργων χαρακτηρίζεται από τη χρήση µεγάλης ποσότητας αδρανών υλικών. Η αγορά των αδρανών παίζει σηµαντικό ρόλο στην Ελληνική οικονοµία, καθώς αποτελεί το 45% της συνολικής εξόρυξης των ορυκτών, εκτιµώντας την σε περίπου 58 Μt ετησίως. Η παραγωγή τους στηρίζει την ελληνική οικονοµία, όµως ο τρόπος εξόρυξης και παραγωγής των προκαλεί σηµαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις (αέριοι ρύποι, θόρυβος, σκόνη, αισθητική ενόχληση). Η χρήση των εναλλακτικών, φιλικών προς το περιβάλλον, υλικών ως αντικατάσταση των φυσικών αδρανών στην κατασκευή οδικών έργων, θα πρέπει να ικανοποιεί στόχους µέσα σε πλαίσια περιβαλλοντικών, τεχνικών και οικονοµικών κριτηρίων, όπως είναι : οι φυσικές και χηµικές ιδιότητες των νέων υλικών να είναι συµβατές µε το περιβάλλον (να µην εµφανίζονται προβλήµατα τοξικότητας ή υψηλής διαλυτότητας στο νερό) οι µηχανικές ιδιότητες των υλικών να είναι συµβατές µε τις ιδιότητες των αδρανών η ποσότητα των υλικών να είναι επαρκής και ο ρυθµός παραγωγής των σταθερός (ένας ρυθµός παραγωγής του παραπροϊόντος τουλάχιστον της τάξεως του τόννοι/έτος εξασφαλίζει µία ποσότητα για ευρείας κλίµακας τεχνική εφαρµογή). το κόστος επεξεργασίας και µεταφοράς των υλικών στον τόπο κατασκευής, να είναι οικονοµικά αποδεκτό.

4 Τα απορριπτόµενα υλικά που χρησιµοποιούνται σε έργα οδοποιίας διαφέρουν από χώρα σε χώρα, ανάλογα µε κριτήρια διαθεσιµότητας, επάρκειας και κόστους. Στον Πίνακα 1 που ακολουθεί περιλαµβάνονται εναλλακτικά υλικά και παραπροϊόντα που χρησιµοποιούνται σε κατασκευές οδικών έργων, αντλώντας πηγές από τη βιβλιογραφία [10]. Πίνακας 1 : Εναλλακτικά υλικά και παραπροϊόντα που χρησιµοποιούνται σε οδικά έργα α/ α Εναλλακτικά υλικά Πεδίο εφαρµογής 1 Σκωρίες (υψικαµίνων, µεταλλουργικές) 2 Τέφρες θερµοηλεκτρικών εγκαταστάσεων 3 Υπόλειµµα εγκαταστάσεων παραγωγής τσιµέντου 4 Παραπροϊόντα χηµικής βιοµηχανίας Α. Παραπροϊόντα (by-products) Επιχώµατα, αγροτική οδοποιία, υποβάσεις και βάσεις σταθεροποιηµένες και µη, αντιπαγετική στρώση, επιφανειακές ασφαλτικές στρώσεις Επιχώµατα, επιφανειακές στρώσεις βάσεις + υποβάσεις, ασφαλτοσκυρόδεµα Υποβάσεις, βάσεις Ασφαλτοµίγµατα (αντικαθιστώντας το φίλερ) 5 Παραπροϊόντα ορυχείων Επιχώµατα, αγροτική οδοποιία, σταθεροποιηµένες και µη βάσεις, ασφαλτοµίγµατα 6 Απορρίµµατα + τέφρα καύσης τους B. Προς απόρριψη (waste materials) Ασφαλτοµίγµατα (µε πλαστικό υλικό), επιχώµατα, σταθεροποιηµένες βάσεις (το πλαστικό υλικό) 7 Ελαστικά οχηµάτων Επιφανειακές στρώσεις + υποβάσεις 8 Γυαλί Ασφαλτικές στρώσεις 9 Προϊόντα κατεδαφίσεων κτιρίων + οδοστρωµάτων (τούβλα, σκυρόδεµα, κ.λ.π.) Χωµατουργικά, υποβάσεις, βάσεις

5 4. ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ ΕΛΛΑ ΙΚΟΥ ΧΩΡΟΥ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α Στον Ελλαδικό χώρο υπάρχει πλήθος υλικών, τα οποία παρουσιάζουν ενδιαφέρον για χρήση σε κατασκευές και ειδικότερα στην Οδοποιία. Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει τα εναλλακτικά και παραπροϊόντα τα οποία έχουν τύχει χρήσης µεγαλύτερης ή µικρότερης [10]. Πίνακας 2: Εναλλακτικά υλικά και παραπροϊόντα στον ελλαδικό χώρο α/ α Υλικό Πεδίο Εφαρµογής 1 Ιπτάµενη τέφρα Επιχώµατα, βάσεις υποβάσεις, ασφαλτοσκυρόδεµα, παραγωγή τσιµέντου 2 Σκωρίες Βάσεις υποβάσεις, παραγωγή τσιµέντου, αντιολισθηρές επιφάνειες οδοστρωµάτων 3 Παραπροϊόντα εξόρυξης βωξίτη (στείρα) Επιχώµατα, στεγανοποιητική στρώση, χώρων απόθεσης απορριµµάτων 4 Παραπροϊόντα λευκόλιθου Βάσεις υποβάσεις, άµµος κονιαµάτων ή σκυροδέµατος 5 Ελαστικά οχηµάτων Ασφαλτοµίγµατα

6 5. ΕΡΕΥΝΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ Ο ΟΠΟΙΙΑΣ Α.Π.Θ. Το Εργαστήριο Οδοποιίας του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. διεξάγει επιστηµονική έρευνα για τη χρήση των εναλλακτικών υλικών σε κατασκευές οδικών έργων για περισσότερο από 15 χρόνια. Οι έρευνες είχαν άλλοτε έναν εργαστηριακό χαρακτήρα και άλλοτε αφορούσαν έργα επίδειξης πιλοτικού χαρακτήρα. Πίνακας 3. Το ερευνητικό ενδιαφέρον εστιάστηκε στα υλικά: ιπτάµενη τέφρα, σκωρίες, ερυθρά ιλύς. Πίνακας 3: Έρευνες Εργαστηρίου Οδοποιίας Α.Π.Θ. α/ α ΥΛΙΚΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΥΛΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΑ 1. ΙΠΤΑΜΕΝΗ ΤΕΦΡΑ Υδραυλική κονία , , , ΕΡΥΘΡΑ ΙΛΥΣ Σταθεροποίηση οδοστρωµάτων 3. ΣΚΩΡΙΕΣ ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΑΣ Σκληρά αδρανή σε αντιολισθηρούς τάπητες 4. ΣΤΕΙΡΑ ΒΩΞΙΤΗ Κατασκευή βάσεων και υποβάσεων , , ΦΩΣΦΟΓΥΨΟΣ Υδραυλική κονία 2004

7 Τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών ερευνών του Εργαστηρίου Οδοποιίας του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ., έδειξαν ότι τα προαναφερόµενα υλικά έχουν ευρεία εφαρµογή σε κατασκευές οδικών έργων. Πίνακας 4: Αποτελέσµατα εργαστηριακών ερευνών για την εφαρµογή των εναλλακτικών υλικών σε κατασκευές οδικών έργων. ΥΛΙΚΑ ΙΠΤΑΜΕΝΗ ΤΕΦΡΑ ΕΡΥΘΡΑ ΙΛΥΣ ΣΚΩΡΙΕΣ ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΑΣ ΤΡΟΠΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Προσθήκη στο σκυρόδεµα, ως υποκατάστατο του τσιµέντου. Βελτιώνει τις ιδιότητες του σκυροδέµατος δίνοντας µεγαλύτερες συν τω χρόνω τελικές αντοχές. Σταθεροποίηση στρώσεων οδοστρωσίας (βάσης και υπόβασης). Ηανάµειξη Ι.Τ. σε ποσοστό 5-10% µε θραυστά αδρανή και άσβεστο CaO (3-5%) δίνει προϊόν µε ποσοστά αντοχής 50-70% της αντίστοιχης αντοχής στρώσεων οδοστρωσίας σταθεροποιηµένες µε τσιµέντο. Σταθεροποίηση εδαφών. Κατασκευή σταθεροποιηµένων µε ιπτάµενη τέφρα οδικά επιχώµατα. Αύξηση της θλιπτικής και της διατµητικής αντοχής του εδάφους. Οδικές κατασκευές. Κατασκευή οδικού επιχώµατος. Αύξηση της φέρουσας ικανότητας των εδαφικών υλικών σε µίγµατα µε ποσοστά ερυθράς ιλύος 20-50%. Αύξηση διατµητικής αντοχής. Χρήση ως σκληρά αδρανή σε αντιολισθηρούς τάπητες. Βελτίωση της συµπεριφοράς του οδοστρώµατος ως προς τους συντελεστές αντίστασης. Σταθεροποίηση βάσεων και υποβάσεων ΣΤΕΙΡΑ ΒΩΞΙΤΗ Κατασκευή στρώσεων βάσης υπόβασης. Ικανοποιητική συµπεριφορά σε δευτερεύουσες οδούς ΦΩΣΦΟΓΥΨΟΣ Υδραυλική κονία σταθεροποίησης. Έλεγχοι φυσικών και µηχανικών ιδιοτήτων

8 6. ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Τα πλεονεκτήµατα της ανακύκλωσης και επαναχρησιµοποίησης βιοµηχανικών παραπροϊόντων στην κατασκευή οδικών έργων είναι πολλά. Παρόλ αυτά σηµαντικά είναι τα προβλήµατα που εµποδίζουν την ευρεία χρήση και εφαρµογή τους. Πιο συγκεκριµένα είναι: Απουσία ή αδυναµία εφαρµογής ενός ολοκληρωµένου σχεδιασµού διαχείρισης αποβλήτων ή παραπροϊόντων. Ανυπαρξία ενός συστήµατος ελέγχου για την παρακολούθηση της εφαρµογής του σχεδιασµού. Έλλειψη πληροφόρησης των ενδιαφεροµένων για τις νέες µεθόδους και πρακτικές ανακύκλωσης. Έλλειψη καθορισµού προδιαγραφών των υλικών, µε στόχο την διαρκή και απρόσκοπτη τροφοδοσία της αγοράς µε κατεργασµένο και οµογενοποιηµένο προϊόν µε σταθερές ιδιότητες. Αύξηση του κόστους εφαρµογής στις περιπτώσεις που οι αποστάσεις µεταξύ του τόπου παραγωγής του υλικού και του τόπου κατασκευής είναι µεγάλες. Έλλειψη πρωτοβουλιών για συνέχιση της εργαστηριακής έρευνας µε στόχο τη βελτιστοποίηση των χαρακτηριστικών των υλικών. 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα των εργαστηριακών ερευνών του Ευρωπαϊκού προγράµµατος ALT-MAT, για την καταλληλότητα εφαρµογής εναλλακτικών υλικών στην κατασκευή οδικών έργων ήταν πολύ θετικά. Τα υλικά αυτά είχαν πολύ ικανοποιητική συµπεριφορά σε διάφορους εργαστηριακούς ελέγχους.[7] Τα έργα οδοποιίας, λόγω των ποσοτήτων υλικών που είναι σε θέση να απορροφήσουν, παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την εφαρµογή πολιτικών ανακύκλωσης. Οι προοπτικές έρευνας και εξέλιξης, στον τοµέα αυτό, είναι σηµαντικές, µε πολλά τεχνικά, οικονοµικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Απαιτείται διαµόρφωση νέων πολιτικών και ολοκληρωµένες µελέτες λήψης αποφάσεων λαµβάνοντας υπόψη διάφορες παραµέτρους όπως περιβαλλοντικές, τεχνικές, οικονοµικές, κοινωνικές, πολιτικές.

9 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Ε.Ε., 6 ο Πρόγραµµα ράσης για το Περιβάλλον της Ευρωπαϊκής Κοινότητας, Περιβάλλον 2010: Το µέλλον µας η επιλογή µας 2. Εργαστήριο Οδοποιίας ΑΠΘ, Χρήση Εναλλακτικών Υλικών στην Οδοποιία, Τελική Έκθεση, Κεχαγιά Φ., Χρήση Σκωριών Χαλυβουργίας σε Κατασκευές Οδοστρωµάτων, Ηµερίδα Εργαστηρίου Οδοποιίας, Μάϊος Μουρατίδης Αν., Σταθεροποίηση Οδοστρωµάτων µε Ιπτάµενη Τέφρα, Ηµερίδα Εργαστηρίου Οδοποιίας, Μάϊος Μουρατίδης Αν., Χρήση Στερεών Αποβλήτων σε Έργα Πολιτικού Μηχανικού και σε Κατασκευές Οδοποιίας, Ηµερίδα ΤΕΕ, Mroueh Ulla-Maija, Life-cycle impacts of the use of industrial by-products in road and earth construction, Waste Management 21 (2001), pp Reid M., The use of alternative materials in road construction, TRL, Reijnders L., A normative strategy for sustainable resource choice and recycling, Recources, Conservation and Recycling 28 (2000), pp Sherwood P., Alternative materials in road construction, Thomas Telford, London, Τσώχος Γ., Χρήση Βιοµηχανικών Παραπροϊόντων και Εναλλακτικών Υλικών στην Οδοποιία, Ηµερίδα Εργαστηρίου Οδοποιίας, Μάϊος 2004 KEYWORDS: βιοµηχανικά παραπροϊόντα, εναλλακτικά υλικά, οδικά έργα