ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ»

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ» ΔΡΑΣΗ «Ενίσχυση της απασχόλησης των ερευνητών σε επιχειρήσεις» ΚΩΔΙΚΟΣ ΕΡΓΟΥ 1564 ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΟΥ Διαχείριση των υπολειμμάτων ανακύκλωσης προς δημιουργία δομικού υλικού. (ακρωνύμιο: ΔΥΑΔΔΥ) ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΣ ECORAP A.E. ΕΝΟΤΗΤΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ (Ε.Ε.) 3: ΕΞΑΓΩΓΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΩΝ Παραδοτέο Π3.1: Προτεινόμενες Χρήσεις Ανακυκλώσιμων Υλικών Στόχων & Υπολείμματος ως Δομικών Υλικών Υλικών 1

Περίληψη Στο πλαίσιο της 2 ης Ενότητας Εργασίας: Δειγματοληψία, Μετρήσεις & Ανάλυση Αποτελεσμάτων, πραγματοποιήθηκε αφενός πλήρης ανάλυση των επιμέρους κατηγοριών υπολείμματος που παράγεται από την παραγωγική διαδικασία του Κέντρου Διαλογής Ανακυκλώσιμων Υλικών της ECORAP AE, αφετέρου, διερευνήθηκαν οι μηχανικές, θερμικές και περιβαλλοντικές ιδιότητες των αντίστοιχων υλικών υπό το πρίσμα σχεδιασμού πρότυπων δομικών στοιχείων, τα οποία θα μπορούσαν δυνητικά να αποτελέσουν εναλλακτικά δομικά υλικά σε κτιριακές εφαρμογές. Η εξαγωγή των σχετικών συμπερασμάτων, που αποτελεί αντικείμενο της 3 ης Ενότητας Εργασίας, περιλαμβάνει κατ αρχήν, ανάλυση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν κατά τη διεξαγωγή των δοκιμών και εν συνεχεία, βάσει των σχετικών διαπιστώσεων, σχεδιασμό πρότυπων δοκιμών στοιχείων με συνθετικό υλικό στερεοποιημένο μίγμα από θρυμματισμένο υπόλειμμα και κολλητική ουσία. Στο πλαίσιο αυτό, η ανάλυση των μετρήσεων επιμερίζεται στις δύο κατηγορίες υπολείμματος και ειδικότερα, σε μίγμα από εποξειδική κόλλα δύο συστατικών (βινυλικής βάσης PVA και σκληρυντή ρητίνης) και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και αντίστοιχα, σε μίγμα από εποξειδική κόλλα δύο συστατικών (βινυλικής βάσης PVA και σκληρυντή ρητίνης) και θρυμματισμένο υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Για κάθε δοκιμή μηχανικής, θερμικής και περιβαλλοντικής αντοχής, τα αποτελέσματα των μετρήσεων συσχετίζονται με εκείνα τα συνθετικά υλικά στόχους, με τα οποία εμφανίζουν παραπλήσια συμπεριφορά. Εξάλλου, η σχετική ανάλυση περιλαμβάνει και συγκριτικά στοιχεία μεταξύ των δύο κατηγοριών υπολείμματος, προκειμένου, σε επόμενο στάδιο, οι σχετικές διαφοροποιήσεις να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό πρότυπων δομικών στοιχείων, ενώ η σύγκριση επεκτείνεται προκειμένου να συμπεριλάβει και τα πλέον συνήθη δομικά υλικά (άοπλο σκυρόδεμα, δομική ξυλεία, κεραμικά και χάλυβα). Ο προσδιορισμός της συμπεριφοράς των δοκιμίων για τις δύο κατηγορίες πρότυπων δομικών υλικών, όπως αυτός μετρήθηκε κατά τις δοκιμές μηχανικής, θερμικής και περιβαλλοντικής δοκιμής, θα αποτελέσει το υπόβαθρο για τη διαμόρφωση των γενικών κατευθύνσεων που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διαδικασία σχεδιασμού. Επί της ουσίας, ο σχεδιασμός πρότυπων δομικών στοιχείων συνιστά τις προτεινόμενες χρήσεις για την αξιοποίηση του υπολείμματος, ως υλικού βάσης για τη διαμόρφωση πρότυπων δομικών στοιχείων. Κατόπιν, για κάθε μια από τις ανωτέρω κατηγορίες μελετώμενων υλικών, πραγματοποιείται σχεδιασμός πρότυπων δομικών στοιχείων και ειδικότερα, πλακιδίων δαπέδου, στοιχείων φέρουσας τοιχοποιίας και υποστηρικτικών δοκών. Για κάθε κατηγορία πρότυπου δομικού στοιχείου, παρατίθεται πλήρης κατάλογος της σύστασης και λοιπών φυσικών χαρακτηριστικών, φύλλα υπολογισμού ροπών αδράνειας, προοπτικές απεικονίσεις σε όλες τις απαραίτητες όψεις και τομές, καθώς επίσης και διαστασιολογημένα σχέδια. Η σκοπιμότητα σχεδιασμού κάθε πρότυπου δομικού στοιχείου ανά κατηγορία υπολείμματος (χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost, αντίστοιχα), έγκειται στη συνένωση αυτών με σκοπό το σχεδιασμό πρότυπης κτιριακής εφαρμογής. Υλικών 2

Πίνακας Περιεχομένων Εισαγωγή... 9 Συμπεράσματα Αντοχής Πρότυπων Υλικών σε Μηχανικές Καταπονήσεις... 10 Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Εφελκυσμό... 11 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 11 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 13 Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Θλίψη... 14 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 14 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 16 Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Κάμψη... 17 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 17 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 19 Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Διάτμηση... 20 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 20 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 21 Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Στρέψη... 22 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 22 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 23 Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Λυγισμό... 24 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 24 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 25 Αποτελέσματα Μετρήσεων Επιφανειακής Σκληρότητας... 26 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 26 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 27 Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Κρούση... 27 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 27 Συμπεράσματα Αντοχής Πρότυπων Υλικών σε Θερμικές Καταπονήσεις... 29 Αποτελέσματα Υπολογισμού Σημείου Υαλώδους Μετάπτωσης... 29 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 29 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 31 Αποτελέσματα Μέτρησης Συντελεστή Θερμικής Αγωγιμότητας... 31 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 31 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 32 Αποτελέσματα Μέτρησης Συντελεστή Κυβικής & Γραμμικής Θερμικής Διαστολής... 33 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 33 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 36 Συμπεράσματα Αντοχής Πρότυπων Υλικών σε Περιβαλλοντικές Καταπονήσεις... 36 Αποτελέσματα Μέτρησης Υγροσκοπικότητας... 37 Υλικών 3

Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 37 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 38 Αποτελέσματα Μέτρησης Υδροαπορροφητικότητας... 39 Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων... 39 Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών... 40 Σύνοψη Συμπερασμάτων Κατευθύνσεις Σχεδιασμού Πρότυπων Δομικών Στοιχείων... 41 Σχεδιασμός Πρότυπων Δομικών Στοιχείων... 43 Σχεδιαστικό Περιβάλλον... 43 Σχεδιασμός Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας... 46 Προοπτικές Απεικονίσεις... 48 Διαστασιολογημένο Σχέδιο... 51 Εκθετήρια Αναφορά... 53 Σχεδιασμός Δοκού Υποστήριξης Στατικότητας Φέρουσας Τοιχοποιίας... 54 Προοπτικές Απεικονίσεις... 54 Διαστασιολογημένο Σχέδιο... 56 Εκθετήρια Αναφορά... 57 Σχεδιασμός Πλακιδίου Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 58 Προοπτικές Απεικονίσεις... 60 Διαστασιολογημένο Σχέδιο... 62 Εκθετήρια Αναφορά... 64 Σχεδιασμός Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εσωτερικής Τοιχοποιίας Μονωτικού Panel... 65 Προοπτικές Απεικονίσεις... 66 Διαστασιολογημένο Σχέδιο... 73 Εκθετήρια Αναφορά... 75 Επίλογος... 77 Υλικών 4

Ευρετήριο Πινάκων Πίνακας 1: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης Δοκιμής Εφελκυσμού ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 12 Πίνακας 2: Μέση Τιμή Εφελκυστικής Τάσης, Μέτρου Ελαστικότητας & Ελαστικής Ενέργειας Ανάπλασης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 12 Πίνακας 3: Μέσες Τιμές Κρίσιμων Παραμέτρων Αντοχής Έναντι Εφελκυσμού για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 14 Πίνακας 4: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης Δοκιμής Θλίψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού 15 Πίνακας 5: Μέση Τιμή Θλιπτικής Τάσης Ελαστικότητας, Διαρροής & Αστοχίας ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 15 Πίνακας 6: Μέσες Τιμές Τάσης Αστοχίας Έναντι Θλίψης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 17 Πίνακας 7: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης Δοκιμής Κάμψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 17 Πίνακας 8: Μέση Τιμή Καμπτικής Τάσης Ελαστικότητας, Διαρροής & Θραύσης Βέλους Κάμψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 18 Πίνακας 9: Μέση Τιμή Τάσης Θραύσης σε Δοκιμή Αντοχής Έναντι Κάμψης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 19 Πίνακας 10: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης, Επιβαλλόμενου Φορτίου, Τάσης Θραύσης, Μέτρου Διάτμησης & Λόγου Poisson Απλής Διάτμησης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 20 Πίνακας 11: Μέσες Τιμές Κρίσιμων Παραμέτρων Αντοχής Έναντι Διάτμησης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 21 Πίνακας 12: Μέση Τιμή Στρεπτικής Τάσης Ελαστικότητας, Διαρροής & Θραύσης Ροπής & Γωνίας Θραύσης λόγω Στρέψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 22 Πίνακας 13: Μέσες Τιμές Κρίσιμων Παραμέτρων Αντοχής Έναντι Στρέψης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 23 Πίνακας 14: Μέση Τιμή Φορτίου Διαρροής & Κρίσιμου Φορτίου Λυγισμού ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 24 Πίνακας 15: Μέση Τιμή Τάσης Διαρροής, Κρίσιμης Τάσης Λυγισμού & Λυγηρότητας ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 24 Πίνακας 16: Μέσες Τιμές Κρίσιμων Παραμέτρων Αντοχής Έναντι Λυγισμού για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 26 Πίνακας 17: Μέση Τιμή Μετρήσεων Στατικής Σκληρομέτρησης κατά Rockwell B ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 26 Πίνακας 18: Μέσες Τιμές Στατικής Σκληρομέτρησης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 27 Πίνακας 19: Μέση Τιμή Μέγιστης Ανύψωσης Σφύρας, Ενέργειας Θραύσης & Μέγιστης Αντοχή σε Κρούση ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 28 Πίνακας 21: Μέση Τιμή Θερμοκρασίας Υαλώδους Μετάπτωσης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Πριν & Μετά την Προσθήκη Κολλητικής Ουσίας... 30 Υλικών 5

Πίνακας 22: Θερμοκρασία Υαλώδους Μετάπτωσης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 31 Πίνακας 23: Μέση Τιμή Ροής Θερμικής Ενέργειας & Συντελεστή Θερμικής Αγωγιμότητας ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 32 Πίνακας 24: Μέση Τιμή Συντελεστών Θερμικής Αγωγιμότητας για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά33 Πίνακας 25: Μέση Τιμή Συντελεστή Κυβικής & Γραμμικής Θερμικής Διαστολής στους 50oC ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 34 Πίνακας 26: Μέση Τιμή Συντελεστή Κυβικής & Γραμμικής Θερμικής Διαστολής στους 60oC ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 34 Πίνακας 27: Μέση Τιμή Συντελεστή Κυβικής & Γραμμικής Θερμικής Διαστολής στους 70oC ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού... 35 Πίνακας 28: Μέση Τιμή Συντελεστών Γραμμικής Θερμικής Διαστολής για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 36 Πίνακας 29: Μέση Τιμή Υγροσκοπικότητας 10 ης Ημέρας ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Πριν & Μετά την Προσθήκη Κολλητικής Ουσίας... 37 Πίνακας 30: Μέσες Τιμές Υγροσκοπικότητας για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 38 Πίνακας 31: Μέση Τιμή Υδροαπορροφητικότητας 1 ου Σταδίου ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Πριν & Μετά την Προσθήκη Κολλητικής Ουσίας... 39 Πίνακας 32: Μέση Τιμή Υδροαπορροφητικότητας 2 ου Σταδίου ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Πριν & Μετά την Προσθήκη Κολλητικής Ουσίας... 39 Πίνακας 33: Μέσες Τιμές Υδροαπορροφητικότητας για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά... 40 Πίνακας 33: Φυσικές, Μηχανικές & Θερμικές Ιδιότητες Χημικά Χαρακτηριστικά Προ-Συμπιεσμένου Μίγματος Θρυμματισμένου Υπολείμματος Εξευγενισμού Compost & Εποξειδικής Κόλλας Δύο Συστατικών... 46 Πίνακας 34: Φυσικές, Μηχανικές & Θερμικές Ιδιότητες Χημικά Χαρακτηριστικά Προ-Συμπιεσμένου Μίγματος Θρυμματισμένου Υπολείμματος Χειροδιαλογής & Εποξειδικής Κόλλας Δύο Συστατικών. 58 Υλικών 6

Ευρετήριο Εικόνων Εικόνα 1: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας Εσωτερική Όψη... 48 Εικόνα 2: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας Εξωτερική Όψη... 48 Εικόνα 3: Κάτωθεν Προοπτική Απεικόνιση Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας Εσωτερική Όψη... 49 Εικόνα 4: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Διαμήκους Τομής Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας... 49 Εικόνα 5: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Εγκάρσιας Τομής Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας Γωνιακό Δομικό Στοιχείο Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας... 50 Εικόνα 6: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Συναρμογής Πρότυπων Δομικών Στοιχείων Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας Εσωτερική Όψη... 50 Εικόνα 7: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Συναρμογής Πρότυπων Δομικών Στοιχείων Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας Εσωτερική Όψη... 51 Εικόνα 8: Διαστασιολογημένο Σχέδιο Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εξωτερικής Τοιχοποιίας... 52 Εικόνα 9: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Δοκού Υποστήριξης Στατικότητας Φέρουσας Τοιχοποιίας... 54 Εικόνα 10: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Διαμήκους Τομής Δοκού Υποστήριξης Στατικότητας Φέρουσας Τοιχοποιίας... 55 Εικόνα 11: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Συναρμογής Στοιχείου Εξωτερικής Τοιχοποιίας & Δοκού Υποστήριξης Στατικότητας Φέρουσας Τοιχοποιίας... 55 Εικόνα 12: Διαστασιολογημένο Σχέδιο Δοκού Υποστήριξης Στατικότητας Φέρουσας Τοιχοποιίας... 56 Εικόνα 13: Διαστασιολογημένο Σχέδιο Συναρμογής Στοιχείου Εξωτερικής Τοιχοποιίας & Δοκού Υποστήριξης Στατικότητας Φέρουσας Τοιχοποιίας... 57 Εικόνα 14: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Πρότυπου Πλακιδίου Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 60 Εικόνα 15: Κάτωθεν Προοπτική Απεικόνιση Πρότυπου Πλακιδίου Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 60 Εικόνα 16: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Διαμήκους Τομής Πρότυπου Πλακιδίου Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 61 Εικόνα 17: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Εγκάρσιας Τομής Πρότυπου Πλακιδίου Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 61 Εικόνα 18: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Συναρμογής Πρότυπων Πλακιδίων Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 62 Εικόνα 19: Διαστασιολογημένο Σχέδιο Πρότυπου Πλακιδίου Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 63 Εικόνα 20: Διαστασιολογημένο Σχέδιο Συναρμογής 16 Πλακιδίων Δαπέδου Εσωτερικών Χώρων... 64 Εικόνα 21: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εσωτερικής Τοιχοποιίας / Μονωτικού Panel Εξωτερική Όψη... 66 Υλικών 7

Εικόνα 22: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εσωτερικής Τοιχοποιίας / Μονωτικού Panel Εσωτερική Όψη... 66 Εικόνα 23: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Διαμήκους Τομής Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εσωτερικής Τοιχοποιίας / Μονωτικού Panel... 67 Εικόνα 24: Άνωθεν Προοπτική Απεικόνιση Εγκάρσιας Τομής Πρότυπου Δομικού Στοιχείου Φέρουσας Εσωτερικής Τοιχοποιίας / Μονωτικού Panel... 67 Συντομογραφίες ΑΕ: Ανώνυμη Εταιρεία ΑΣΑ: Αστικά Στερεά Απόβλητα ΑΣΥΣ: Απόβλητα Συσκευασιών ΒΑΑ: Βιοαποδομήσιμα Αστικά Απόβλητα ΚΔΑΥ: Κέντρο Διαλογής Ανακυκλώσιμων Υλικών ΚΥΑ: Κοινή Υπουργική Απόφαση ΧΥΤΑ: Χώρος Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων ΧΥΤΥ: Χώρος Υγειονομικής Ταφής Υπολειμμάτων RDF: Refuse Derived Fuel Υλικών 8

Εισαγωγή Σκοπός του παρόντος ερευνητικού έργου είναι κατ αρχήν η διερεύνηση για το κατά πόσο μπορεί το υπόλειμμα από μονάδες επεξεργασίας προ-διαλεγμένων ρευμάτων Αστικών Στερεών Αποβλήτων (ΑΣΑ) και ειδικότερα, Κέντρων Διαλογής Ανακυκλώσιμων Υλικών (ΚΔΑΥ), να αξιοποιηθεί ως δομικό υλικό είτε αυτοτελώς, είτε ως πρόσθετο σε κάποιο άλλο υλικό που θα χρησιμοποιηθεί ως μήτρα. Εν συνεχεία, η σχετική έρευνα επεκτείνεται προκειμένου να συμπεριλάβει ζητήματα σχεδιασμού πρότυπων δομικών στοιχείων, από τα μελετώμενα υλικά. Στο πλαίσιο αυτό, τα σχετικά αποτελέσματα κατέδειξαν ότι, η μεταβολή των φυσικών χαρακτηριστικών για ποσότητες υπολείμματος χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost μέσω θρυμματισμού, καθώς επίσης και η επεξεργασία αυτών μέσω συμπίεσης, δε μπορεί να οδηγήσει σε ανάπτυξη δομικών στοιχείων. Βασικότερη αιτία της διαπίστωσης αυτής αποτελεί το γεγονός ότι, τα κυλινδρικά και ορθογωνικά δοκίμια που αρχικώς μορφοποιήθηκαν προκειμένου να υποβληθούν σε δοκιμές αντοχής, χαρακτηρίζονταν από δομική αστάθεια λόγω της ψαθυρότητας αυτών. Επιπλέον, λόγω της σημαντικής τους περιεκτικότητας σε ποσότητες θρυμματισμένου χαρτιού χαρτονιού (κυρίως στο υπόλειμμα χειροδιαλογής), εμφάνιζαν έντονη υγροσκοπική συμπεριφορά γεγονός που καθιστούσε απαγορευτική την όποια χρήση αυτών σε συνθήκες εξωτερικού περιβάλλοντος. Στο πλαίσιο αυτό, κρίθηκε απαραίτητη η επιλογή και προσθήκη συνεκτικού υλικού και ειδικότερα, κολλητικής ουσίας η οποία θα μπορούσε να μειώσει ή/και να εξαλείψει τα φαινόμενα ψαθυρότητας και παράλληλα, να ελαχιστοποιήσει την υγροσκοπική συμπεριφορά. Η διαδικασία μορφοποίησης των σχετικών ορθογωνικών δοκιμίων, έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε, η κολλητική ουσία να επεκταθεί χωρικά στο σύνολο του όγκου που σχημάτιζαν τα θρυμματισμένα συμπιεσμένα τεμαχίδια των υλικών στόχων που συνέθεταν κάθε κατηγορία υπολείμματος. Ουσιαστικά, κατά τη μορφοποίηση των δοκιμίων, επιδιώχθηκε η πλήρης εξάλειψη του πορώδους έτσι ώστε, το τελικό υλικό να αποτελεί ένα πλήρως συμπαγές και στερεοποιημένο μίγμα συνεκτικού υλικού και κοκκοποιημένων υλικών στόχων. Έχοντας προσδιορίσει τον τύπο της κολλητικής ουσίας κα κατόπιν της μορφοποίησης των δοκιμίων, κάθε κατηγορία υπολείμματος, υποβλήθηκε σε μια σειρά δοκιμών μηχανικής, θερμικής και περιβαλλοντικής αντοχής προκειμένου να μετρηθούν εκείνες οι παράμετροι που λαμβάνονται υπόψη κατά τον προσδιορισμό ενός συμβατικού δομικού υλικού σε αντίστοιχες κτιριακές εφαρμογές. Κατόπιν τούτου, το αντικείμενο της διερεύνησης επικεντρώνεται όχι στο εάν οι ποσότητες υπολείμματος (κατόπιν επεξεργασίας) μπορούν να αξιοποιηθούν ως δομικό υλικό, αλλά στο ποία μορφή μπορούν να έχουν τα αντίστοιχα πρότυπα δομικά στοιχεία και πώς μπορούν να προσαρμοστούν μεταξύ τους προκειμένου να αναπτύξουν μια πρότυπη κατασκευή. Προς την κατεύθυνση αυτή, οι βασικές αρχές σχεδιασμού θα προκύψουν από την επισκόπηση των αποτελεσμάτων μέτρησης των αντοχών κάθε κατηγορίας πρότυπου υλικού (κολλητική ουσία και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost), όπως αυτά προέκυψαν κατά την υποβολή αντίστοιχων δοκιμίων σε μηχανικές, θερμικές και περιβαλλοντικές καταπονήσεις. Υλικών 9

Συμπεράσματα Αντοχής Πρότυπων Υλικών σε Μηχανικές Καταπονήσεις Ακολούθως, παρατίθεται μια ανάλυση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν κατά την υποβολή δοκιμίων πρότυπων υλικών σε μια σειρά μηχανικών καταπονήσεων. Διευκρινίζεται ότι, ως κατηγορίες πρότυπων υλικών ορίζεται το στερεοποιημένο και σύμπαγές μίγμα που έχει ως βασικά συστατικά: Θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εποξειδική κόλλα δύο συστατικών (βινυλικής βάσης PVA και σκληρυντή ρητίνης) ως συνεκτικό υλικό και Θρυμματισμένο υπόλειμμα εξευγενισμού compost και εποξειδική κόλλα δύο συστατικών (βινυλικής βάσης PVA και σκληρυντή ρητίνης) ως συνεκτικό υλικό. Η σκοπιμότητα διάκρισης των ανωτέρω πρότυπων υλικών έγκειται στο ότι, αυτά παράγονται από διαφορετικά στάδια της συνδυασμένης παραγωγικής δραστηριότητας ΚΔΑΥ και μονάδας κομποστοποίησης. Το κοινό τους χαρακτηριστικό αφορά στο ότι, οι αντίστοιχες ποσότητες και στις δύο περιπτώσεις, συνιστούν υπόλειμμα για το οποίο απαιτείται περιβαλλοντικά ορθή και βιώσιμη διαχείριση. Στην παρούσα φάση και σύμφωνα με τη σχετική εμπειρία, οι εναλλακτικές επιλογές διαχείρισης του υπολείμματος από μονάδες επεξεργασίας ΑΣΑ περιλαμβάνουν: Τελική διάθεση σε αδειοδοτημένο χώρο υγειονομικής ταφής απορριμμάτων ή υπολειμμάτων (ΧΥΤΑ ή ΧΥΤΥ). Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να υπάρχει σχετική σύμβαση με τον χώρο διάθεσης για την απόθεση του υπολείμματος και σε περίπτωση που υπάρξει διαπεριφερειακή μεταφορά απαιτείται η έκδοση σχετικής Κοινής Υπουργικής Απόφασης ΚΥΑ, αποφάσεις συλλογικών οργάνων κ.λπ.. Στην περίπτωση αυτή η συνολική δαπάνη περιλαμβάνει: o o το κόστος φόρτωσης και μεταφοράς του υπολείμματος προς τον χώρο ταφής το τέλος εισόδου (τιμή πόρτας ) το οποίο ποικίλει ανάλογα με τον χώρο διάθεσης όπου, προκειμένου για τελική διάθεση υπολείμματος επεξεργασίας σε αδειοδοτημένο ΧΥΤΑ ή ΧΥΤΥ, ενδεικτικά αναφέρονται τα ακόλουθα τρέχοντα τέλη εισόδου (μη περιλαμβανομένου ΦΠΑ): i) ΧΥΤΑ Δυτικής Αττικής (Φυλή, θέση Σκαλιστήρι ) 45 ανά τόνο, ii) ΧΥΤΑ Γιαννιτσών 42 ανά τόνο, iii) ΧΥΤΑ Αμαρίου Κρήτη 37 ανά τόνο, iv) ΧΥΤΑ Σητείας 34 ανά τόνο και v) ΧΥΤΑ Κοζάνης 36 ανά τόνο. Σημειώνεται ότι, στα ανωτέρω κόστη δεν περιλαμβάνεται το κόστος μεταφοράς και επίσης, στην εν λόγω εναλλακτική λύση δεν περιλαμβάνεται το ειδικό τέλος ταφής 35,00 ανά τόνο (έναρξη ισχύος 1/1/2016, Νόμος 4257/2014) καθώς αφορά σε υπόλειμμα από την επεξεργασία ΑΣΑ. Παράδοση σε αδειοδοτημένη μονάδα επεξεργασίας για παραγωγή απορριμματογενούς καυσίμου (Refuse Derived Fuel: RDF) προς ενεργειακή αξιοποίηση σε βιομηχανίες παραγωγής τσιμέντου, ασβέστη, ή σε μονάδες αποτέφρωσης. Στην περίπτωση αυτή πρέπει επίσης να προσυπολογιστεί το κόστος φόρτωσης και μεταφοράς προς την μονάδα καθώς και το κόστος επεξεργασίας. Στην περίπτωση αυτή η ενδεικτική τιμή επεξεργασίας ανά τόνο βαίνει κυμαινόμενη μεταξύ 40,00 με 45,00 (προ ΦΠΑ). αποβλήτου Υλικών 10

Εκτέλεση θαλάσσιας ή χερσαίας διασυνοριακής μεταφοράς προς χώρες της ΕΕ ή τρίτες χώρες προς περαιτέρω διαχείριση και αξιοποίηση (στη περίπτωση αυτή απαιτούνται πολύ μεγάλες ποσότητες υπολείμματος ώστε να καταστεί κατά το δυνατόν οικονομικότερη η διασυνοριακή μεταφορά η οποία και συνιστά το μείζον κόστος). Στο πλαίσιο αυτό, το παρόν ερευνητικό έργο προτείνει μια εναλλακτική χρήση του υπολείμματος, ως πρόσθετο για τη δημιουργία πρότυπων δομικών στοιχείων τα οποία θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν σε κτιριακές εφαρμογές. Προς αυτή την κατεύθυνση, μορφοποιήθηκαν πρότυπα δοκίμια και διενεργήθηκαν δοκιμές μηχανικής αντοχής προκειμένου να προσδιοριστούν οι μηχανικές ιδιότητες κάθε κατηγορίας πρότυπου υλικού. Αναλυτικότερα, ακολούθως, παρατίθεται επισκόπηση των αποτελεσμάτων για τις μετρήσεις δοκιμών μηχανικής αντοχής που περιελάμβαναν δοκιμές: Εφελκυσμού, Θλίψης, Κάμψης, Διάτμησης, Στρέψης, Λυγισμού, Σκληρομέτρησης και Κρούσης. Κατά τη διατύπωση των σχετικών συμπερασμάτων, θα γίνει κατ αρχήν συγκριτική ανάλυση των μετρήσεων μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπων υλικών και εν συνεχεία, οι αντίστοιχες τιμές θα συγκριθούν με τα πλέον συνήθη συμβατικά υλικά και συγκεκριμένα, άοπλου σκυροδέματος, δομικής ξυλείας, κεραμικών και χάλυβα. Η σχετική σύγκριση θα προσδιορίσει την ευρύτητα χρήσης των πρότυπων υλικών, ως προς τη διαμόρφωση αντίστοιχων δομικών στοιχείων. Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Εφελκυσμό Τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων αντοχής των πρότυπων υλικών σε εφελκυστική καταπόνηση περιλαμβάνουν κατ αρχήν σύγκριση μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού και εν συνεχεία, σύγκριση των αντίστοιχων τιμών με τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά. Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων Λαμβάνοντας υπόψη τις μέσες τιμές που προέκυψαν ως αποτέλεσμα των σχετικών πειραματικών μετρήσεων, η συμπεριφορά των πρότυπων υλικών που αποτελούνται από μίγμα εποξειδικής κόλλας δύο συστατικών και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost, αντίστοιχα, παρατίθεται στους ακόλουθους Πίνακες. Υλικών 11

Πίνακας 1: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης Δοκιμής Εφελκυσμού ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Κατηγορία Ανηγμένη Παραμόρφωση (%) Πρότυπου Υλικού Όριο Ελαστικότητας Όριο Διαρροής Όριο Θραύσης Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & 3,84% 32,87% 67,80% Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 3,32% 23,30% 48,31% Πίνακας 2: Μέση Τιμή Εφελκυστικής Τάσης, Μέτρου Ελαστικότητας & Ελαστικής Ενέργειας Ανάπλασης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Εφελκυστικές Τάσεις (σε MPa) Ελαστική Κατηγορία Μέτρο Ενέργεια Πρότυπου Όριο Όριο Όριο Ελαστικότητα Ανάπλασης Υλικού Ελαστικότητας Διαρροής Θραύσης ς (σε GPa) (σε MPa) Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & Κολλητική 5,16 11,31 14,97 4,67 0,00101 Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 4,67 9,86 12,46 6,18 0,00080 Με παρατήρηση των ανωτέρω Πινάκων, κατ αρχήν διαπιστώνεται ότι, το υπόλειμμα χειροδιαλογής, ως συστατικό του μίγματος με την κολλητική ουσία έχει υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό έναντι του πρότυπου υλικού με συστατικό ποσότητες θρυμματισμένου υπολείμματος εξευγενισμού compost. Συγκεκριμένα, το μίγμα κολλητικής ουσίας και υπολείμματος χειροδιαλογής εμφανίζει υψηλότερες τιμές ως προς τις εφελκυστικές τάσεις τόσο στο όριο ελαστικότητας, όσο και στα αντίστοιχα όρια διαρροής και θραύσης. Ανάλογα ισχύουν και για τις ανηγμένες παραμορφώσεις όπου, ειδικότερα στα όρια διαρροής και θραύσης, το πρότυπο υλικό με υπόλειμμα χειροδιαλογής είναι περισσότερο ελαστικό και πλαστικό από το αντίστοιχο με υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Γενικότερα, η ύπαρξη της Υλικών 12

κολλητικής ουσίας, λόγω των υψηλών ορίων ελαστικότητας και διαρροής, προσδίδει σημαντικές ανηγμένες παραμορφώσεις σε κάθε δοκίμιο, έως την επίτευξη της θραύσης. Μία από τις αιτίες όπου, το μίγμα υπολείμματος χειροδιαλογής υπερτερεί έναντι του μίγματος υπολείμματος εξευγενισμού compost ως προς την αντοχή σε εφελκυσμό, έγκειται στο γεγονός ότι, το μίγμα υπολείμματος χειροδιαλογής έχει αναλογικά μεγαλύτερη ποσοστιαία περιεκτικότητα σε κολλητική ουσία από το αντίστοιχο με υπόλειμμα εξευγενισμού compost (43,38% έναντι 37,40%). Η εν λόγω διαφορά προσδίδει στο μίγμα μεγαλύτερη ελαστικότητα και κυρίως, μεγαλύτερη πλαστικότητα με μεγαλύτερα περιθώρια μείωσης της διατομής έως το όριο θραύσης. Ωστόσο, η βασικότερη αιτία όπου, οι αντοχές του μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής είναι μεγαλύτερες έγκειται στη σύσταση κάθε πρότυπου υλικού και συγκεκριμένα, στην ελεύθερη επιφάνεια επί της οποίας επενεργεί η κολλητική ουσία. Συγκεκριμένα, ενώ το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, αποτελείται κυρίως από αδρανή υλικά (κατά μέση τιμή σε ποσοστό 68,29%), το μίγμα υπολείμματος χειροδιαλογής συντίθεται από τεμαχίδια χαρτιού χαρτονιού σε ποσοστό περίπου 81,74%. Οι εν λόγω ποσότητες χαρτοπολτού έχουν σαφώς μεγαλύτερη ελεύθερη επιφάνεια ανά μονάδα όγκου και ως εκ τούτου, η ενεργότητα της κολλητικής ουσίας είναι μεγαλύτερη. Στον αντίποδα, οι ποσότητες θρυμματισμένων αδρανών υλικών και κυρίως γυαλιού, έχουν ως αποτέλεσμα, εκτός από τη σχετικά μικρότερη ελεύθερη επιφάνεια, την ευκολότερη αποκόλληση της κολλητικής ουσίας κατά την εφαρμογή εφελκυστικών τάσεων. Μάλιστα, προκειμένου για μέση διάσταση τεμαχιδίων αδρανών τα 3mm, οι αιχμηρές ακμές των τεμαχιδίων δημιουργούν ρηγμάτωση στο πορώδες της κολλητικής ουσίας με αποτέλεσμα τη διακοπή της συνοχής μεταξύ των θρυμματισμένων υλικών. Λαμβάνοντας υπόψη ότι και για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, η τιμή των κρίσιμων παραμέτρων αντοχής έναντι εφελκυσμού κυμαίνεται: Μεταξύ 44,89 και 69,54% για την ανηγμένη παραμόρφωση στο όριο θραύσης, Μεταξύ 10,40 και 13,24MPa για την τάση θραύσης και Μεταξύ 3,35 και 7,76GPa για το μέτρο ελαστικότητας, η συμπεριφορά των εν λόγω πρότυπων υλικών προσομοιάζει με αυτή των πλέον ελαστικών πλαστικών, στοιχείο αναμενόμενο καθώς η κολλητική ουσία αφορά σε θερμοσκληρυνόμενο πολυμερές. Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών Οι επιδόσεις για τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά, ως προς τις κρίσιμες παραμέτρους που προσδιορίζουν την αντοχή τους σε εφελκυστικές καταπονήσεις, παρατίθενται στον ακόλουθο Πίνακα 1, 2, 3, 4. 1 I. Kokcharov, (2012), Mechanical Properties of Structural Materials 2 Ferro-Ceramic Grinding, Inc., Wakefield, Mass., www.ferroceramic.com [Προσπελάστηκε 10-02-2014] 3 D. E. Kretschmann, Mechanical Properties of Wood, Research General Engineering Υλικών 13

Πίνακας 3: Μέσες Τιμές Κρίσιμων Παραμέτρων Αντοχής Έναντι Εφελκυσμού για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Ανηγμένη Συνήθη Συμβατικά Τάση Θραύσης Μέτρο Παραμόρφωση Δομικά Υλικά (MPa) Ελαστικότητας (GPa) Θραύσης (%) Άοπλο Σκυρόδεμα C16/20 1 5 25 Δομική Ξυλεία 2 40 15 Κεραμικά 0,5 180 40 Δομικός Χάλυβας 4 900 205 Με παρατήρηση του ανωτέρω Πίνακα διαπιστώνεται ότι, οι δύο κατηγορίες μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost εμφανίζουν σχετικά χαμηλή αντοχή σε εφελκυστικές καταπονήσεις. Παράλληλα, λόγω της ύπαρξης κολλητικής ουσίας ως συνεκτικό υλικό, χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή ολκιμότητα, στοιχείο που αποδεικνύεται από τη χαμηλή τιμή του μέτρου ελαστικότητας, αλλά και τη σχετικά μεγάλη παραμόρφωση θραύσης. Ωστόσο, το στοιχείο αυτό είναι ανεπιθύμητο κατά για περιπτώσεις κτιριακών εφαρμογών καθώς οδηγεί σε παραμορφώσεις οι οποίες με την πάροδο του χρόνου αναμένεται να οδηγήσουν σε θραύση και αστοχία της αντίστοιχης κατασκευής. Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Θλίψη Τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων αντοχής των πρότυπων υλικών σε θλιπτική καταπόνηση περιλαμβάνουν κατ αρχήν σύγκριση μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού και εν συνεχεία, σύγκριση των αντίστοιχων τιμών με τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά. Σημειώνεται ότι, η συγκριτική ανάλυση αποτελεσμάτων αφορά σε δοκίμια που υποβλήθηκαν σε θλίψη μετά την προσθήκη κολλητικής ουσίας, ως συνθετικό υλικό. Στο πλαίσιο αυτό, μολονότι η δοκιμή σε θλίψη υπήρξε η μοναδική δοκιμή μηχανικής αντοχής όπου, κατέστη εφικτή η μορφοποίηση δοκιμίων χωρίς χρήση συνεκτικού υλικού, εντούτοις, λόγω της έντονης υγροσκοπικότητας του θρυμματισμένου υπολείμματος χωρίς προσθήκη κολλητική ουσίας, δε συμπεριλαμβάνεται στη σχετική ανάλυση αποτελεσμάτων. Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων Λαμβάνοντας υπόψη τις μέσες τιμές που προέκυψαν ως αποτέλεσμα των σχετικών πειραματικών μετρήσεων, η συμπεριφορά των πρότυπων υλικών που αποτελούνται από μίγμα εποξειδικής κόλλας δύο συστατικών και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost, αντίστοιχα, παρατίθεται στους ακόλουθους Πίνακες. 4 http://www.engineeringtoolbox.com/ [Προσπελάστηκε 15-02-2014] Υλικών 14

Πίνακας 4: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης Δοκιμής Θλίψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία Ανηγμένη Παραμόρφωση (%) Όριο Ελαστικότητας Όριο Διαρροής Όριο Αστοχίας 3,15% 5,42% 11,53% 2,78% 5,12% 11,02% Πίνακας 5: Μέση Τιμή Θλιπτικής Τάσης Ελαστικότητας, Διαρροής & Αστοχίας ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Κατηγορία Θλιπτικές Τάσεις (MPα) Πρότυπου Υλικού Όριο Ελαστικότητας Όριο Διαρροής Όριο Αστοχίας Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & 117,48 130,61 142,89 Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 114,00 126,02 158,54 Πριν την ανά λυση των σχετικών αποτελεσμάτων, υπενθυμίζεται ότι, τα δοκίμια των δύο κατηγοριών μελετώμενων υλικών αφορούν σε προ-συμπιεσμένο μίγμα εντός μήτρας ορθογωνικής διατομής. Συγκεκριμένα, προκειμένου να επιτευχθεί απόλυτη πλήρωση των αεριοθυλάκων πορώδους του θρυμματισμένου υπολείμματος με ποσότητες κολλητικής ουσίας, πραγματοποιήθηκε συμπίεση του αντίστοιχου μίγματος με επιβαλλόμενο φορτίο που προσέγγισε τα 90MPa. Ως εκ τούτου, η δοκιμή σε θλιπτική καταπόνηση, αφορούσε με υποβολή των αντίστοιχων δοκιμίων σε τάσεις υψηλότερες από τη μέγιστη τάση προ-συμπίεσης. Στο πλαίσιο αυτό, από τους ανωτέρω Πίνακες διαπιστώνεται ότι, το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, εμφανίζει υψηλότερες αντοχές έναντι του μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής. Ως προς τις ανηγμένες παραμορφώσεις, αυτές κυμαίνονται στα ίδια επίπεδα μεταξύ των δύο κατηγοριών υλικού, γεγονός αναμενόμενο λόγω του ότι, κάθε δοκίμιο ήταν προσυμπιεσμένο. Στο σημείο αυτό, πρέπει να αναφερθεί ότι, ως τάση αστοχίας κάθε δοκιμίου κατά την υποβολή σε θλιπτική καταπόνηση, ορίστηκε η τάση εκείνη όπου το μήκος του δοκιμίου μειώθηκε κατά περίπου 30%. Στο πλαίσιο αυτό, το μίγμα με υπόλειμα χειροδιαλογής προσέγγισε το όριο αυτό για Υλικών 15

μικρότερες τάσεις καθώς, λόγω της σχετικά υχηλότερης περιεκτικότητας αυτού σε κολλητική ουσία, έχει μεγαλύτερο συναμικό συπίεσης θλίψης. Επίσης, με δεδομένο ότι, το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής, ως προς το θρυμματισμένο υλικό, αποτελείται κυρίως από χαρτοπολτό, οι εφαρμοζόμενες θλιπτικές τάσεις, μολονότι δεν οδηγούσαν σε αποκόλληση των τεμαχιδίων, εντούτοις δε συναμτούσαν ιδιαίτερη αντίσταση από τις ίνες χαρτιου - χαρτονιού. Στον αντίποδα, το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, αποτελούμενο κατά πλειονότητα από τεμαχίδια αδρανών υλικών και κυρίως γυαλιού, κατά τη θλίψη οδήγησε σε συσσωμάτωση των εν λόγω τεμαχιδίων και κατ επέκταση, σε μεγαλύτερη αντίσταση λόγω του χαμηλού βαθμού συμπιεσιμότητας των αδρανών. Με τον τρόπο αυτό, η μείωση του ύψους του δοκιμίου κατά περίπου στο 1/3 του αρχικού του ύψους επήλθε για υψηλότερες τιμές θλιπτικής τάσης. Επιπλέον, ενώ κατά τον εφελκυσμό, η τοπική διάρρηξη της κολλητικής ουσίας λόγω των αιχμών των θραυσμάτων αδρανών οδήγησε σε θραύση του δοκιμίου, κατά τη θλίψη, τα φαινόμενα αποκόλλησης οδήγησαν σε περαιτέρω συμπίεση συσσωμάτωση των τεμαχιδίων θρυμματισμένου υλικού του μίγματος με υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Προκειμένου για τα όρια ελαστικότητας και διαρροής, ο αυξημένος βαθμός συμπιεσιμότητας του μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής έδωσε μεγαλύτερα όρια έναντι του μίγματος με υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Για το λόγο αυτό, οι ανηγμένες παραμορφώσεις, μολονότι κυμαίνονται περίπου στα ίδια επίπεδα για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, στο μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής εμφανίζονται ελαφρώς υψηλότερες. Λαμβάνοντας υπόψη ότι και για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, η τιμή των κρίσιμων παραμέτρων αντοχής έναντι θλίψης κυμαίνεται: Μεταξύ 9,36 και 12,54% για την ανηγμένη παραμόρφωση στο όριο αστοχίας και Μεταξύ 141,09 και 161,24MPa για την τάση αστοχίας, η συμπεριφορά των εν λόγω πρότυπων υλικών εμφανίζει αξιοσημείωτη αντοχή έναντι θλίψης η οποία, σε συνδυασμό με την προ-συμπίεση που έγινε για μορφοποίηση κάθε δοκιμίου, καθιστά τις σχετικές επιδόσεις και των δύο κατηγοριών πρότυπων υλικών υψηλότερες από αυτές της δομικής ξυλείας. Επίσης, αξίζει να αναφερθεί ότι, μολονότι η ποσοστιαία περιεκτικότητα των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού σε κολλητική ουσία κυμαίνεται μεταξύ 37 και 44%, η αντοχή σε θλίψη των δοκιμίων είναι τουλάχιστον δεκαπλάσια από αυτή της κολλητικής ουσίας σε στερεοποιημένη μορφή (~150 έναντι 14,71MPa). Το στοιχείο αυτό καταδεικνύει ότι, η προσθήκη κοκκώδους υλικού εντός θερμοσκληρυνόμενου πολυμερούς ενισχύει τις ιδιότητες του μίγματος τουλάχιστον ως προς τη θλίψη. Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών Οι επιδόσεις για τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά, ως προς τις κρίσιμες παραμέτρους που προσδιορίζουν την αντοχή τους σε θλιπτικές καταπονήσεις, παρατίθενται στον ακόλουθο Πίνακα 5, 6, 7. 5 D. E. Kretschmann, Mechanical Properties of Wood, Research General Engineering 6 http://www.engineeringtoolbox.com/ [Προσπελάστηκε 15-02-2014] 7 Ferro-Ceramic Grinding, Inc., Wakefield, Mass., www.ferroceramic.com [Προσπελάστηκε 10-02-2014] Υλικών 16

Πίνακας 6: Μέσες Τιμές Τάσης Αστοχίας Έναντι Θλίψης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Τάση Αστοχίας (MPa) Άοπλο Σκυρόδεμα C16/20 30 Δομική Ξυλεία 60 Κεραμικά 80 Δομικός Χάλυβας 500 Με παρατήρηση του ανωτέρω Πίνακα διαπιστώνεται ότι, οι δύο κατηγορίες μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost εμφανίζουν εξαιρετικά υψηλή αντοχή σε θλιπτική καταπόνηση, δεδομένου ότι, το μίγμα έχει υποστεί προ-συμπίεση πριν την κυρίως δοκιμή θλίψης. Ειδικότερα, από τα πλέον συνήθη δομικά υλικά, μόνο ο χάλυβας παρουσιάζει καλύτερες επιδόσεις. Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Κάμψη Τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων αντοχής των πρότυπων υλικών σε καμπτική καταπόνηση περιλαμβάνουν κατ αρχήν σύγκριση μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού και εν συνεχεία, σύγκριση των αντίστοιχων τιμών με τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά. Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων Λαμβάνοντας υπόψη τις μέσες τιμές που προέκυψαν ως αποτέλεσμα των σχετικών πειραματικών μετρήσεων, η συμπεριφορά των πρότυπων υλικών που αποτελούνται από μίγμα εποξειδικής κόλλας δύο συστατικών και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost, αντίστοιχα, παρατίθεται στους ακόλουθους Πίνακες. Πίνακας 7: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης Δοκιμής Κάμψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία Ανηγμένη Παραμόρφωση (%) Όριο Διαρροής Όριο Ελαστικότητας Πλαστικής Παραμόρφωσης Όριο Θραύσης 2,05% 3,97% 5,23% 1,08% 2,52% 3,91% Υλικών 17

Πίνακας 8: Μέση Τιμή Καμπτικής Τάσης Ελαστικότητας, Διαρροής & Θραύσης Βέλους Κάμψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Καμπτικές Τάσεις (MPa) Κατηγορία Ροπή Βέλος Όριο Διαρροής Πρότυπου Όριο Όριο Διαρροής Κάμψης Πλαστικής Υλικού Ελαστικότητας Θραύσης (Nt*m) (mm) Παραμόρφωσης Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & 3,00 4,00 4,76 13,99 0,23 Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 1,68 2,61 3,49 9,12 0,10 Η δοκιμή σε αντοχή έναντι καμπτικής καταπόνησης αποτελεί ένα συνδυασμό εφαρμογής εφελκυστικών και καμπτικών φορτίων επί της διατομής του υλικού. Η υπέρθεση των σχετικών τάσεων έχει ως αποτέλεσμα την εφαρμογή εφελκυστικών καταπονήσεων στην κατώτερη πλευρά του αντίστοιχου δοκιμίου και την εφαρμογή θλιπτικών καταπονήσεων στην ανώτερη πλευρά αυτού. Βάσει της εν λόγω αρχής, διαπιστώνεται ότι, το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής έχει μεγαλύτερη αντοχή έναντι καμπτικής καταπόνησης συγκριτικά με το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Συγκεκριμένα, κατά την εφαρμογή των καμπτικών φορτίων, περί το μέσο κάθε δοκιμίου, η κάτω πλευρά εφελκύεται. Ως εκ τούτου, λόγω της υψηλής περιεκτικότητας του μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής σε υλικό το οποίο (τεμαχίδια από χαρτί χαρτόνι), κατά τη μετατόπισή του δεν επιδρά δυσμενώς επί της συνεκτικότητας της κολλητικής ουσίας, η καμπότμενη ράβδος διατηρει αρχικά την ελαστικότητά της κα εν συνεχεία, παραμορφώνεται πλαστικά έως τη θραύση με ανηγμένες παραμορφώσεις σαφώς μεγαλύτερες ένατι των αντίστοιχων του μίγματος με υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Στον αντίποδα, η εφελκυόμενη πλευρά του δοκιμίου από μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, λόγω της σχετικά γρήγορης αποκόλλησης του συνεκτικού υλικού, οδηγείται σε θραύση ταχύτερα. Η διαπίστωση αυτή αποτυπώνεται και στις μέσες τιμές του βέλους κάμψης όπου, το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής εμφανίζει υψηλότερη τιμή. Η διαφορετικήσυμπεριφορά των δοκιμίων ανά κατηγορία υπολε μματος έναντι κάμψης αποτυπώνεται και κατά τη μελέτη της διατομής θραύσης. Συγκεκριμένα, προκειμένου για μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής, η διατομή θραύσης αφενός δεν επέρχεται επί του κεντρικού τμήματος του δοκιμίου (περιοχή επιβολής φορτίου), αφετέρου, το επίπεδο της θραυόμενης διατομής σχηματίζει γωνία περίπου 45 μοιρών με τον άξονα επιβολής φορτίου, γεγονός που καταδεικνύει ότι, η θραύση του δοκιμίου επέρχεται κατά τη διεύθυνση των τεμαχιδίων χαρτοπολτού, κατ ανάλογο τρόπο με τη διεύθυνση ινών σρα πολυμερή. Στον αντίποδα, η διατομή θραύσης για δοκίμια με μίγμα υπολείμματος εξευγενισμού compost, σχηματίζει πολύ μικρή γωνία (< 15 μοίρες) με τον άξονα επιβολής φορτίου δεδομένου ότι, Υλικών 18

κατά την αποκόλληση τους, τα τεμαχίδια αδρανών, λόγω του μεγέθους τους δεν είναι διατεταγμένα σε ινώδη μορφή. Λαμβάνοντας υπόψη ότι και για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, η τιμή των κρίσιμων παραμέτρων αντοχής έναντι κάμψης κυμαίνεται: Μεταξύ 3,10 και 5,98% για την ανηγμένη παραμόρφωση στο όριο θραύσης, Μεταξύ 3,13 και 5,02MPa για την τάση θραύσης και Μεταξύ 0,07 και 0,31mm για το βέλος κάμψης, η συμπεριφορά των εν λόγω πρότυπων υλικών προσεγγίζει αλλά υπολείπεται αυτής της δομικής ξυλείας. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη τη μέση αντοχή σε κάμψη για στερεοποιημένη κολλητική ουσία χωρίς προσθήκη θρυμματισμένου υλικού (~5,10MPa), διαπιστώνεται ότι, η αύξηση προσθήκης θρυμματισμένου υλικού επιδρά αρνητικά έναντι καμπτικών καταπονήσεων, κατ αναλογία με τη δημιουργία μικρότερου μήκους λαιμού στο μίγμα υπολείμματος εξευγενισμού compost κατά τον εφελκυσμό. Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών Οι επιδόσεις για τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά, ως προς τις κρίσιμες παραμέτρους που προσδιορίζουν την αντοχή τους σε καμπτικές καταπονήσεις, παρατίθενται στον ακόλουθο Πίνακα 8, 9, 10. Πίνακας 9: Μέση Τιμή Τάσης Θραύσης σε Δοκιμή Αντοχής Έναντι Κάμψης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Τάση Θραύσης (MPa) Άοπλο Σκυρόδεμα C16/20 4 Δομική Ξυλεία 9 Κεραμικά 345 Δομικός Χάλυβας 800 Με παρατήρηση του ανωτέρω Πίνακα διαπιστώνεται ότι, οι δύο κατηγορίες μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost εμφανίζουν ιδιαίτερα χαμηλή αντοχή σε καμπτικές καταπονήσεις. Η ύπαρξη κολλητικής ουσίας ως συνεκτικό υλικό, δε βελτιώνει τις σχετικές επιδόσεις. Σημειώνεται ότι, η μέγιστη αντοχή σε κάμψης είναι μικρότερη ακόμη και από αυτή της δομικής ξυλείας. 8 D. E. Kretschmann, Mechanical Properties of Wood, Research General Engineering 9 http://www.engineeringtoolbox.com/ [Προσπελάστηκε 15-02-2014] 10 Ferro-Ceramic Grinding, Inc., Wakefield, Mass., www.ferroceramic.com [Προσπελάστηκε 10-02-2014] Υλικών 19

Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Διάτμηση Τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων αντοχής των πρότυπων υλικών σε διατμητική καταπόνηση περιλαμβάνουν κατ αρχήν σύγκριση μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού και εν συνεχεία, σύγκριση των αντίστοιχων τιμών με τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά. Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων Λαμβάνοντας υπόψη τις μέσες τιμές που προέκυψαν ως αποτέλεσμα των σχετικών πειραματικών μετρήσεων, η συμπεριφορά των πρότυπων υλικών που αποτελούνται από μίγμα εποξειδικής κόλλας δύο συστατικών και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost, αντίστοιχα, παρατίθεται στον ακόλουθο Πίνακα. Πίνακας 10: Μέση Τιμή Ανηγμένης Παραμόρφωσης, Επιβαλλόμενου Φορτίου, Τάσης Θραύσης, Μέτρου Διάτμησης & Λόγου Poisson Απλής Διάτμησης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Κατηγορία Ανηγμένη Φορτίο Τάση Μέτρο Λόγος Πρότυπου Παραμόρφωση Θραύσης Θραύσης Διάτμησης Poisson Υλικού Θραύσης (%) (knt) (MPa) (GPa) Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & 20,68% 457,08 182,83 1,85 0,26 Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 15,74% 464,46 185,79 2,42 0,28 Κατ αρχήν, διαπιστώνεται ότι, ανεξάρτητα από την κατηγορία πρότυπου υλικού, η μηχανική αντοχή σε διάτμηση είναι κατά πολύ υψηλότερη των αντοχών σε κάμψη και εφελκυσμό (>180MPa έναντι 4,76 και 14,87MPa, αντίστοιχα) και επιπλέον, εμφανίζεται υψηλότερη της αντοχής σε θλίψη (~150MPa). Μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού, το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost εμφανίζει ελαφρώς υψηλότερη αντοχή έναντι του μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής. Η σχετικά υψηλή αντοχή σε διάτμηση οφείλεται κυρίως στον υψηλό βαθμό συμπίεσης των ορθογωνικών δοκιμίων και για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, αλλά και στον τρόπο φόρτισης όπου, προκειμένου για απλή διάτμηση, το επιβαλλόμενο φορτίο αφορά σε δύο αντίρροπές δυνάμεις που εφαρμόζονται αμφίπλευρα της διατομής κάθε δοκιμίου. Συγκεκριμένα, προκειμένου για το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής και με δεδομένη την εφαρμογή απλής διάτμησης, η ανάμιξη των ποσοτήτων θρυμματισμένου χαρτιού χαρτονιού τείνουν να λάβουν ινώδη μορφή σε διευθύνσεις που σχηματίζουν γωνία μεταξύ 30 και 90 μοιρών με τον άξονα επιβολής του αμφίπλευρα επιβαλλόμενου διατμητικού φορτίου. Κατά τη διάτμηση, η διατομή που υφίσταται το επιβαλλόμενο φορτίο, συμπιέζεται με αποτέλεσμα οι ίνες του χαρτοπολτού να λαμβάνουν κοινό και υπό γωνία προσανατολισμό με τον άξονα Υλικών 20

του επιβαλλόμενου φορτίου. Ταυτόχρονα, οι ίνες της κολλητικής ουσίας συμπιέζονται μαζί με τις ποσότητες χαρτοπολτού λαμβάνοντας τον ίδιο προσανατολισμό. Η διαπίστωση αυτή επιβεβαιώνεται και από παρατήρηση της διατομής αστοχίας θραύσης των αντίστοιχων δοκιμίων καθώς, αυτή δεν εμφανίζεται στο επίπεδο επιβολής του διατμητικού φορτίου, αλλά σχηματίζει γωνία με αυτό, ίση με τη γωνία προσανατολισμού των ινών. Σε ότι αφορά στο μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, οι αντίρροπες διατμητικές τάσεις συμπιέζουν τοπικά (επίπεδο επιβολής φορτίου) τα τεμαχίδια αδρανών με τρόπο τέτοιο όπου αφενός αυτά σχηματίζουν συσσωμάτωμα, αφετέρου, η περιεχόμενη κολλητική ουσία δεν αποκολλάται αλλά συμπιέζεται μεταξύ των τεμαχιδίων μέχρι την τάση αστοχίας θραύσης. Σε αντίθεση με το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής, η διατομή θραύσης για το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost είναι είτε παράλληλη με τον άξονα επιβολής φορτίου, είτε σχηματίζει μικρή γωνία με αυτόν. Λαμβάνοντας υπόψη ότι και για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, η τιμή των κρίσιμων παραμέτρων αντοχής έναντι διάτμησης κυμαίνεται: Μεταξύ 11,88 και 26,98% για την ανηγμένη παραμόρφωση στο όριο αστοχίας θραύσης, Μεταξύ 145,30 και 190,05MPa για την τάση αστοχίας θραύσης, Μεταξύ 1,29 και 3,18GPa για το μέτρο διάτμησης και Μεταξύ 0,19 και 0,35 για το λόγο Poisson, η συμπεριφορά των εν λόγω πρότυπων υλικών προσεγγίζει τις ιδιότητες της δομικής ξυλείας και υπολείπεται των ιδιοτήτων των πλαστικών. Ως προς την προσθήκη θρυμματισμένου υλικού εντός μήτρας από κολλητική ουσία, το μίγμα έχει σαφώς αναβαθμισμένες ιδιότητες έναντι των αντίστοιχων της κολλητικής ουσίας χωρίς την προσθήκη υλικού. Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών Οι επιδόσεις για τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά, ως προς τις κρίσιμες παραμέτρους που προσδιορίζουν την αντοχή τους σε διατμητικές καταπονήσεις, παρατίθενται στον ακόλουθο Πίνακα 11, 12, 13. Πίνακας 11: Μέσες Τιμές Κρίσιμων Παραμέτρων Αντοχής Έναντι Διάτμησης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Τάση Θραύσης (MPa) Μέτρο Διάτμησης (GPa) Λόγος Poisson Άοπλο Σκυρόδεμα C16/20 80 21 0,20 Δομική Ξυλεία 150 5 0,34 Κεραμικά 400 155 0,27 Δομικός Χάλυβας 700 80 0,30 11 D. E. Kretschmann, Mechanical Properties of Wood, Research General Engineering 12 http://www.engineeringtoolbox.com/ [Προσπελάστηκε 15-02-2014] 13 Ferro-Ceramic Grinding, Inc., Wakefield, Mass., www.ferroceramic.com [Προσπελάστηκε 10-02-2014] Υλικών 21

Με παρατήρηση του ανωτέρω Πίνακα διαπιστώνεται ότι, οι δύο κατηγορίες μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost εμφανίζουν ικανοποιητική αντοχή σε διατμητική καταπόνηση, δεδομένου ότι, το μίγμα έχει υποστεί προ-συμπίεση πριν τη δοκιμή διάτμησης. Κατ αναλογία με τη δοκιμή θλίψης, από τα πλέον συνήθη δομικά υλικά, μόνο ο χάλυβας και τα κεραμικά παρουσιάζουν σημαντικά καλύτερες επιδόσεις. Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Στρέψη Τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων αντοχής των πρότυπων υλικών σε στρεπτική καταπόνηση περιλαμβάνουν κατ αρχήν σύγκριση μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού και εν συνεχεία, σύγκριση των αντίστοιχων τιμών με τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά. Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων Λαμβάνοντας υπόψη τις μέσες τιμές που προέκυψαν ως αποτέλεσμα των σχετικών πειραματικών μετρήσεων, η συμπεριφορά των πρότυπων υλικών που αποτελούνται από μίγμα εποξειδικής κόλλας δύο συστατικών και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost, αντίστοιχα, παρατίθεται στον ακόλουθο Πίνακα. Πίνακας 12: Μέση Τιμή Στρεπτικής Τάσης Ελαστικότητας, Διαρροής & Θραύσης Ροπής & Γωνίας Θραύσης λόγω Στρέψης ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Στρεπτικές Τάσεις (MPa) Γωνία Κατηγορία Ροπή Θραύσης ανά Όριο Διαρροής Πρότυπου Όριο Όριο Θραύσης Μονάδα Πλαστικής Υλικού Ελαστικότητας Θραύσης (Nt*m) Μήκους Παραμόρφωσης (μοίρες/m) Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & Κολλητική 2,58 5,65 7,49 424,77 18,21 Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 2,34 4,93 6,29 356,60 11,26 Το όριο θραύσης για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών κυμαίνεται μεταξύ των αντίστοιχων ορίων θραύσης για την κάμψη (~4MPa) και για τον εφελκυσμό (~13,75MPa). Το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής, εμφανίζει σχετικά υψηλότερη αντοχή σε στρέψη έναντι του μίγματος με υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Η βασικότερη εξήγηση για αυτό έγκειται στο γεγονός ότι, τα τεμαχίδια Υλικών 22

χαρτοπολτού, συνδεόμενα κατά στρώσεις με την κολλητική ουσία, σχηματίζουν ίνες με τυχαίες διευθύνσεις όπου, κατά τη στρεπτική καταπόνηση, αποκτούν προσανατολισμό, σχεδόν παράλληλο με τον άξονα της επιβαλλόμενης ροπής. Ως αποτέλεσμα, η θραύση επέρχεται έπειτα από διαρροή του δοκιμίου, ενώ η διατομή θραύσης καταδεικνύει και τον προσανατολισμό των ινών. Ειδικότερα, η διατομή θραύσης σχηματίζει γωνία με τον άξονα επιβολής της στρεπτικής ροπής, η οποία κυμαίνεται μεταξύ 10 και 30 μοιρών. Στον αντίποδα, στο μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, τα τεμαχίδια αδρανών, αρχικά συμπιέζονται σχηματίζοντας συσσωμάτωμα και εν συνεχεία, κατά τη φάση διαρροής, αποκολλώνται από την κολλητική ουσία και λόγω της μη συμπαγούς μορφής, οδηγούν το δοκίμιο σε θραύση. Στην περίπτωση αυτή, η διατομή θραύσης είναι σχεδόν κάθετη με τον άξονα επιβολής της στρεπτικής ροπής. Η αυξημένη δυνατότητα παραμόρφωσης του μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής, έναντι του μίγματος με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, καταδεικνύεται και από τις σχετικές διαφορές στη γωνία θραύσης λόγω στρεπτικής καταπόνησης, όπου η γωνία στρέψης του μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής είναι σημαντικά υψηλότερη. Λαμβάνοντας υπόψη ότι και για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, η τιμή των κρίσιμων παραμέτρων αντοχής έναντι στρέψης κυμαίνεται: Μεταξύ 5,43 και 8,51MPa για την τάση θραύσης και Μεταξύ 7,98 και 26,30 μοίρες/m για τη γωνία θραύσης λόγω στρέψης, η συμπεριφορά των εν λόγω πρότυπων υλικών προσεγγίζει τις σχετικές ιδιότητες των πλαστικών, καθώς το υλικό εμφανίζεται περισσότερο ελαστικό και πλαστικό έναντι αντίστοιχων υλικών με συνθετικό υλικό τη δομική ξυλεία. Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών Οι επιδόσεις για τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά, ως προς τις κρίσιμες παραμέτρους που προσδιορίζουν την αντοχή τους σε στρεπτικές καταπονήσεις, παρατίθενται στον ακόλουθο Πίνακα. Πίνακας 13: Μέσες Τιμές Κρίσιμων Παραμέτρων Αντοχής Έναντι Στρέψης για Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Συνήθη Συμβατικά Δομικά Υλικά Τάση Θραύσης (MPa) Άοπλο Σκυρόδεμα C16/20 3,80 Δομική Ξυλεία 8 Κεραμικά 2,58 Δομικός Χάλυβας 15 Με παρατήρηση του ανωτέρω Πίνακα διαπιστώνεται ότι, οι δύο κατηγορίες μίγματος με υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost εμφανίζουν αντοχή σε στρεπτική καταπόνηση ανάλογη με αυτή της δομικής ξυλείας. Συνολικά, λόγω της παρουσίας της κολλητικής ουσίας ως συνεκτικό υλικό, η Υλικών 23

συμπεριφορά των πρότυπων δομικών υλικών κρίνεται ικανοποιητική συγκριτικά με τα συνήθη συμβατικά δομικά υλικά. Αποτελέσματα Μετρήσεων Αντοχής σε Λυγισμό Τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων αντοχής των πρότυπων υλικών σε λυγισμό περιλαμβάνουν κατ αρχήν σύγκριση μεταξύ των δύο κατηγοριών πρότυπου υλικού και εν συνεχεία, σύγκριση των αντίστοιχων τιμών με τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά. Συγκριτική Ανάλυση Αποτελεσμάτων Λαμβάνοντας υπόψη τις μέσες τιμές που προέκυψαν ως αποτέλεσμα των σχετικών πειραματικών μετρήσεων, η συμπεριφορά των πρότυπων υλικών που αποτελούνται από μίγμα εποξειδικής κόλλας δύο συστατικών και θρυμματισμένο υπόλειμμα χειροδιαλογής και εξευγενισμού compost, αντίστοιχα, παρατίθεται στους ακόλουθους Πίνακες. Πίνακας 14: Μέση Τιμή Φορτίου Διαρροής & Κρίσιμου Φορτίου Λυγισμού ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Κατηγορία Επιβαλλόμενο Φορτίο (Nt) Πρότυπου Υλικού Φορτίο Διαρροής Φορτίο Αστοχίας Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & 516,40 1.497,30 Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 467,30 1.248,63 Πίνακας 15: Μέση Τιμή Τάσης Διαρροής, Κρίσιμης Τάσης Λυγισμού & Λυγηρότητας ανά Κατηγορία Πρότυπου Υλικού Κατηγορία Τάσεις Λυγισμού (σε MPa) Λυγηρότητα Λυγηρότητα Πρότυπου Υλικού Όριο Διαρροής Όριο Αστοχίας Αναλογίας Αστοχίας Υπόλειμμα Χειροδιαλογής & 5,16 14,97 2,98 3,45 Κολλητική Ουσία Υπόλειμμα Εξευγενισμού Compost & Κολλητική Ουσία 4,67 12,49 3,64 3,98 Υλικών 24

Τα όρια αστοχίας των δύο κατηγοριών πρότυπων υλικών για καταπονήσεις σε λυγισμό, είναι αντίστοιχα των ορίων αντοχής σε εφελκυστική καταπόνηση. Το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής, εμφανίζει υψηλότερες αντοχές έναντι του μίγματος με υπόλειμμα εξευγενισμού compost καθώς, αφενός η σχετικά υψηλότερη περιεκτικότητα σε κολλητική ουσία, αφετέρου, η δυνατότητα διατήρησης της ενεργότητας της κολλητικής ουσίας κατά την εφαρμογή του επιβαλλόμενου φορτίου, προσδίδουν μεγαλύτερη αντοχή σε εφαρμογή έκκεντρων θλιπτικών φορτίων. Στον αντίποδα, παρά το γεγονός ότι, το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost έχει μεγαλύτερη αντοχή έναντι μονοαξονικής θλίψης, κατά την εφαρμογή έκκεντρου θλιπτικού φορτίου και την καταπόνηση σε λυγισμό, οι καμπτικές τάσεις που αναπτύσσονται έχουν ως αποτέλεσμα την σχετικά γρηγορότερη ρηγμάτωση του δοκιμίου, συγκριτικά με το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής. Η διαπίστωση αυτής επιβεβαιώνεται και από τη μορφή κάθε δοκιμίου μετά την αστοχία λόγω λυγισμού. Για τα μεν δοκίμια από μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής, κατά την αστοχία των δοκιμίων παρατηρείται μεγάλη καμπυλότητα χωρίς ρηγμάτωση ενώ, για τα δε δοκίμια από μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost, τα αντίστοιχα δοκίμια αστοχούν έχοντας υποστεί εσωτερική θραύση, δηλαδή, ρηγμάτωση με διεύθυνση σχεδόν παράλληλη στο άξονα επιβολής του έκκεντρου θλιπτικού φορτίου. Μάλιστα, σε ορισμένες περιπτώσεις, η εν λόγω ρηγμάτωση ήταν τόσο έντονη ώστε, επήλθε σχάση των δοκιμίων, από το κέντρο προς τα άκρα αυτών. Ως προς το μέγεθος της λυγηρότητας, κατ αναλογία με το μέτρο ελαστικότητας, το μίγμα με υπόλειμμα χειροδιαλογής είναι περισσότερο έυκαμπτο συγκριτικά με το μίγμα με υπόλειμμα εξευγενισμού compost. Λαμβάνοντας υπόψη ότι και για τις δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών, η τιμή των κρίσιμων παραμέτρων αντοχής έναντι λυγισμού κυμαίνεται: Μεταξύ 1.050,20 και 1.602Nt για το επιβαλλόμενο φορτίο λυγισμού, Μεταξύ 10,50 και 17,02MPa για την τάση θραύσης αστοχίας λόγω λυγισμού και Μεταξύ 2,79 και 4,73 για τη λυγηρότητα αστοχίας, η συμπεριφορά των εν λόγω πρότυπων υλικών προσεγγίζει τις σχετικές ιδιότητες των θερμοσκληρυνόμενων πλαστικών, καθώς το υλικό εμφανίζεται περισσότερο ελαστικό και πλαστικό. Επίσης, λόγω το τυχαίου προσανατολισμού των κόκκων θρυμματισμένων υλικών, κατά το λυγισμό, οι δύο κατηγορίες πρότυπων υλικών υπολείπονται ελαφρώς των αντίστοιχων ιδιοτήτων της δομικής ξυλείας. Σύγκριση Αποτελεσμάτων με Επιδόσεις Συμβατικών Δομικών Υλικών Οι επιδόσεις για τα πλέον συνήθη συμβατικά δομικά υλικά, ως προς τις κρίσιμες παραμέτρους που προσδιορίζουν την αντοχή τους σε λυγισμό, παρατίθενται στον ακόλουθο Πίνακα. Υλικών 25