ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΠΟΞΕΙΔΙΚΗΣ ΡΗΤΙΝΗΣ ΑΝΟΡΓΑΝΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΠΡΟΕΡΧΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ Ν. Κεφαλά, Α. Βασιλάκης, Λ. Ζουμπουλάκης Εργαστηριακή Μονάδα Προηγμένων και Συνθέτων Υλικών, Σχολή Χημικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., Ηρώων Πολυτεχνείου 9, 157 80 Αθήνα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Βασική αρχή της Ευρωπαϊκής Περιβαλλοντικής νομοθεσίας και στρατηγικής είναι η μείωση των αποβλήτων σε συνδυασμό με την επαναχρησιμοποίηση ανακύκλωση των. Τα απόβλητα προερχόμενα από κατασκευές και κατεδαφίσεις αποτελούν το 25% των συνολικών στερεών αποβλήτων εντός της Ευρωπαϊκής Ενώσεως. Η Ελλάδα οφείλει να αξιοποιήσει την υπάρχουσα τεχνογνωσία και εμπειρία των λοιπών κρατών μελών της Ευρωπαϊκής Ενώσεως με απώτερο σκοπό την αύξηση του ποσοστού ανακύκλωσης των αποβλήτων αυτών. Αντικείμενο της παρούσης μελέτης αποτελεί η παρασκευή σύνθετων υλικών εποξειδικής ς με την προσθήκη ανοργάνων συστατικών και την μελέτη των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Παρασκευάσθηκαν επίσης σύνθετα υλικά υλικών εποξειδικής ς με την προσθήκη σωματιδίων προερχόμενων από χρησιμοποιημένα δομικά υλικά με απώτερο σκοπό την επαναχρησιμοποίηση τους ως δομικά υλικά. Κατά την διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η συμπεριφορά της εποξειδικής ς ως μήτρας σε συνδυασμό με ανόργανα υλικά (CaO, MgO, SiO 2, Al 2 O 3 και τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών) ως πρόσθετα σε διάφορα ποσοστά (10,17 και 23%w/w). Τα δοκίμια των συνθέτων υλικών υποβλήθηκαν σε στατικά πειράματα κάμψης και διάτμησης τριών σημείων, για τον χαρακτηρισμό των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Στην συνέχεια όλα τα πρόσθετα και η μήτρα, χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR). Μέσω του χαρακτηρισμού με FTIR επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη στα σύνθετα υλικά με τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών, των ανόργανων ουσιών CaO, MgO, SiO 2, Al 2 O 3. Η ενσωμάτωση των παραπάνω ποσοστών στα δοκίμια των συνθέτων υλικών ήταν πολύ ικανοποιητική. Από τις μετρήσεις των μηχανικών ιδιοτήτων των δοκιμίων που κατασκευάσθηκαν, προέκυψε ότι αυξανομένου του περιεχόμενου ποσοστού ανόργανων σωματιδίων μειώνονται και οι αντοχές των δοκιμίων σε κάμψη και σε διάτμηση. Παρόλα αυτά ακόμη και τα δοκίμια με τα μεγαλύτερα ποσοστά προσθέτων, έχουν ικανοποιητικές τιμές μηχανικών ιδιοτήτων έτσι ώστε να μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ως δομικά υλικά. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο νόμος 2939/2001 και η Κοινή Υπουργική Απόφαση 69728/824/96 ορίζουν το πως πρέπει να είναι δομημένο το σχέδιο διαχείρισης για την ανακύκλωση αποβλήτων προερχομένων από κατεδάφιση κτιρίων (ΑΚΚ αποβλήτων). Συγκεκριμένα η διοίκηση θα πρέπει να υπακούει στις ακόλουθες αρχές: Πρόληψη και ελαχιστοποίηση των αποβλήτων.
Επιβολή προστίμων στους παραβάτες ρυπαντές. Ελαχιστοποίηση των επικίνδυνων χαρακτηριστικών των αποβλήτων. Ελαχιστοποίηση της ποσότητας των αποβλήτων που αποθηκεύονται προσωρινά. Προώθηση περιβαλλοντικών επενδύσεων. Αύξηση ποσοτήτων προς διαδικασία ανακύκλωσης. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να αναδείξει ένα τρόπο ανακύκλωσης δομικών υλικών από κατασκευές και κατεδαφίσεις. Τα δομικά υλικά αυτά αντί να πετάγονται στα Χ.Υ.Τ.Α. και να αποτελούν εστία μολύνσεως για το περιβάλλον μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν προς σχηματισμού νέων συνθέτων υλικών. Τα νέα αυτά σύνθετα υλικά που θα κατασκευάσουμε με μήτρα εποξειδική και πρόσθετα ανακυκλώσιμα δομικά υλικά μπορεί να μην αποτελούν την πιο οικονομική εναλλακτική λύση σε σχέση με τα παραδοσιακά υλικά, λόγω της αυξημένης εμπορικής τιμής της εποξειδικής ς, αλλά εμφανίζουν ικανοποιητικές μηχανικές αντοχές που χρειάζονται για την επαναχρησιμοποίηση τους σε εφαρμογές οικοδομικής και όχι μόνο (π.χ. θερμομονωτικά ή ηχομονωτικά υλικά). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Πρώτες ύλες Για την παραγωγή των σύνθετων υλικών χρησιμοποιήθηκαν ως πρόσθετα οι ακόλουθες ανόργανες χημικές ουσίες: CaO, MgO, SiO 2, Al 2 O 3, επίσης χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτες ύλες δομικά υλικά που ελήφθησαν από κατεδαφιστέα κτίρια (κομμάτια από σοβά, κεραμίδι και χρώμα) και ως μήτρα εποξειδική. Η εποξειδική που χρησιμοποιήθηκε είναι η Epoxol 2004 A Fluid (λεπτόρευστη) κατάλληλη για χρήση με οπλισμούς ινών υάλου, ανθρακονημάτων και αραμιδίου. Έχει ως βάση της την επιχλωριδίνη και την διφαινόλη Α σε ποσοστό μεγαλύτερο του 50%. Ο σκληρυντής που χρησιμοποιήθηκε είναι ο Epoxol 2004 B Fast. Πρόκειται για μια τροποποιημένη κυκλοαλειφατική αμίνη, χαμηλού ιξώδους, με διαλυτή βενζυλική αλκοόλη. Πειραματική διαδικασία Κατά τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας στην παρούσα εργασία, μελετήθηκε η συμπεριφορά της εποξειδικής ς ως μήτρας σε συνδυασμό με ανόργανα υλικά (CaO, MgO, SiO 2, Al 2 O 3 και τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών) ως πρόσθετα σε διάφορα ποσοστά (10, 17 και 23 % w/w). Τα δοκίμια των συνθέτων υλικών υποβλήθηκαν σε στατικά πειράματα κάμψης και διάτμησης τριών σημείων, για τον χαρακτηρισμό των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Στην συνέχεια όλα τα πρόσθετα και η μήτρα, χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR). Μέσω του χαρακτηρισμού με FTIR, επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη των ανόργανων ουσιών CaO, MgO, SiO 2, Al 2 O 3 στα σύνθετα υλικά με τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Αποτελέσματα Φασματοσκοπίας FTIR Στο Σχήμα 1 φαίνεται το φάσμα FTIR της εποξειδικής ς εμπορίου που χρησιμοποιήθηκε και στον Πίνακα 1 φαίνονται οι αντίστοιχες κορυφές του φάσματος και οι κυματαριθμοί που εμφανίζονται. Σχήμα 1. Χαρακτηρισμός FTIR ς Ρητίνης. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικές κορυφές φάσματος FTIR και κυματαριθμοί τους. Χαρακτηριστική ομάδα Κυμματαριθμός απορρόφησης (cm -1 ) Πειραματικές τιμές κυμματαριθμού απορρόφησης (cm -1 ) -ΟΗ 3600-3200 3510 >CH2-CH3 Δονήσεις τάσης 2980-2950 2970 >C=O 1736-1726 1744
CH2-CH3 Δονήσεις κάμψης -OH Δονήσεις κάμψης 1450±20 1436 1410-1260 1271 Csp3-O 1330-1200 1255 Csp3-OH Δονήσεις τάσης (αλκοόλης) 876 840 (a) MgO (b) SiO 2 (c) CaO (d) Al 2 O 3 Σχήμα 2. Χαρακτηρισμός FTIR ανόργανων οξειδίων.
FT-IR εποξειδική με 23% w/w MgO FT-IR εποξειδική με 23% w/w SiO 2 FT-IR εποξειδική με 23% w/w CaO FT-IR εποξειδική με 23% w/w Al 2O 3 Σχήμα 3. Χαρακτηρισμός FTIR συνθέτων υλικών εποξειδικής ς με πρόσθετα ανόργανα οξείδια (23 % w/w). Σχήμα 4. Χαρακτηρισμός FTIR συνθέτων υλικών εποξειδικής ς με πρόσθετα τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών (23 % w/w). Αποτελέσματα μηχανικών ιδιοτήτων των συνθέτων υλικών Πίνακας 2. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο SiO 2. SiO 2 1 100-68.78 10.38 2 90 10 39.68 8.26 3 83 17 34.38 6.51 4 77 23 31.75 6.16
Σχήμα 5. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο SiO 2. Πίνακας 3. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο Al 2 O 3. Al 2 O 3 1 100-68.78 10.83 2 90 10 58.20 8.61 3 83 17 55.55 4.53 4 77 23 52.92 4.18 Σχήμα 6. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο Al 2 O 3. Πίνακας 4. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο CaO. CaO 1 100-68.78 10.83 2 90 10 58.20 5.70 3 83 17 49.79 4.53 4 77 23 37.03 3.60 Σχήμα 7. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο CaO.
Πίνακας 5. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο MgO. MgO 1 100-68.78 10.83 2 90 10 56.02 4.76 3 83 17 46.69 4.30 4 77 23 43.57 3.83 Σχήμα 8. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο MgO. Πίνακας 6. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών εποξειδικής ς με πρόσθετα τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών. τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών 1 100-68.78 10.83 2 90 10 50.27 6.28 3 83 17 42.02 5.35 4 77 23 35.79 4.53 Σχήμα 9. κάμψη και διάτμηση συνθέτων υλικών με πρόσθετο τμήματα ανακυκλώσιμων δομικών υλικών. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Κατά την μέτρηση των μηχανικών ιδιοτήτων των δοκιμίων των συνθέτων υλικών που παρασκευάσθηκαν, οι μηχανικές ιδιότητες επηρεασθήκαν αυξανομένης της προστιθέμενης ποσότητας των ανόργανων οξειδίων. Πιο συγκεκριμένα, αυξανομένου του ποσοστού του προσθέτου, μειώνονται οι αντοχές των δοκιμίων σε κάμψη και διάτμηση. Η σειρά αυξανομένης αντοχής σε κάμψη που παρουσιάζουν τα δοκίμια είναι: SiO 2 < μίγμα οικοδομής < CaO < MgO < Al 2 O 3
Η σειρά αυξανομένης αντοχής σε διάτμηση που παρουσιάζουν τα δοκίμια είναι: MgO < CaO < Al 2 O 3 < μίγμα οικοδομής < SiO 2 Παρόλα αυτά, ακόμη και τα δοκίμια με το μεγαλύτερο ποσοστό προσθέτων εμφανίζουν ικανοποιητικές τιμές μηχανικών ιδιοτήτων, έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομικά υλικά. Στις μελλοντικές προτάσεις εντάσσονται η χρησιμοποίηση περισσοτέρων ανόργανων υλικών, καθώς επίσης και μεγαλύτερο εύρος δοκιμών, όπως δοκιμές αντοχής στην υγρασία, στην θερμομόνωση και στην ηχομόνωση των νέων συνθέτων υλικών. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Ελληνική Εταιρεία Διαχείρισης Στερεών Αποβλήτων, «Απόβλητα από Εκσκαφές, Κατασκευές και Κατεδαφίσεις», http://www.eedsa.gr (2007). [2] European Environmental Agency (EEA) (ed.) Review of Selected Waste Streams. Technical Report N.69, European Environmental Agency, Copenhagen, Denmark (2002). [3] Montecinos, W., Holda, A., Construction and Demolition waste management in Denmark. Example of brick, wood, treated wood and PVC management, COWAM Project Report (2006). [4] Tam V., Tam C., A review on the viable technology for construction waste recycling, Resources, Conservation and Recycling 47, pp. 209-221 (2006). [5] Poon, C.S., Yu, A.T.W.& Ng, L.H, On-site sorting of construction and demolition waste in Hong Kong Resources, Conservation and Recycling, 32, pp. 157-172 (2001).