Μελέτη για την παραγωγή καινοτόμων κυβόλιθων μέσω αντικατάστασης αδρανών με σκωρία ηλεκτροκαμίνων παραγωγής σιδηρονικελίου

Abstract

Η βιομηχανική δραστηριότητα, παρά τον αδιαμφισβήτητο θετικό αντίκτυπο της στην οικονομία, πρέπει να διέπεται από τις αρχές της αειφόρου ανάπτυξης και να συμβάλλει στην κοινωνική πρόοδο. Η βιομηχανική παραγωγή δημιουργεί μεγάλες ποσότητες παραπροϊόντων, τα οποία συσσωρεύονται τοπικά με την πάροδο του χρόνου και συντείνουν στη δημιουργία περιβαλλοντικών προβλημάτων. Επιπρόσθετα η πλειοψηφία των έργων από σκυρόδεμα στον ελλαδικό χώρο απαιτούν μεγάλες ποσότητες ετησίως σε αδρανή προερχόμενα από ασβεστολιθικά πετρώματα, με συνέπεια την αύξηση της λατομικής δραστηριότητας και της επακόλουθης παρέμβασης στο φυσικό περιβάλλον. Η υποκατάσταση των φυσικών πρώτων υλών από ένα εθνικό βιομηχανικό παραπροϊόν όπως η σκωρία ηλεκτροκαμίνων (Η/Κ) παραγωγής σιδηρονικελίου, θα είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης, προερχόμενης από την βιομηχανική δραστηριότητα, την εξοικονόμηση φυσικών πρώτων υλών, από τις ανάγκες της βιομηχανίας παραγωγής προϊόντων από σκυρόδεμα, την προώθηση της καινοτομίας στην παραγωγή και την βελτίωση του οικολογικού αποτυπώματος των έτοιμων προϊόντων από σκυρόδεμα. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η αξιοποίηση της σκωρίας Η/Κ ως υποκατάστατο αδρανών αντίστοιχης κοκκομετρίας στο σκυρόδεμα με την προϋπόθεση να μην επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Για τον έλεγχο αυτό επιλέχτηκε η παραγωγή κυβόλιθων οδοστρωσίας από σκυρόδεμα με υποκατάσταση της ασβεστολιθικής άμμου (συμβατικό ελληνικό λεπτόκοκκο αδρανές) από σκωρία Η/Κ (FeNi). Οι τρεις κατηγορίες συνθέσεων ήταν μία με μόνο συμβατικά αδρανή και δύο με χρήση σκωρίας Η/Κ σε ποσοστά 10% και 20% ως προς το σύνολο των αδρανών. Πραγματοποιήθηκαν πειραματικές διαδικασίες σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 1338 και καταγράφηκαν τα αποτελέσματα σχετικά με τις μηχανικές αντοχές (εφελκυσμός, τριβή) και την ανθεκτικότητα (υδατοαπορροφητικότητα). Επιπλέον ελέγχθηκε η αντοχή σε θλίψη, όπως απαιτείται από το αμερικάνικο πρότυπο ASTM C936-01. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων κατεγράφησαν και συγκρίθηκαν με αυτά των επιτρεπτών ορίων που απαιτούν τα Πρότυπα. Η σύνθεση με υποκατάσταση 10% σκωρίας Η/Κ ως αδρανές κάλυψε στο σύνολο τις απαιτήσεις του Ευρωπαϊκού Προτύπου ενώ στα αποτελέσματα όσο αφορά την αντοχή σε θλίψη έδειξε αξιοσημείωτη άνοδο. Τέλος η αξιοποίηση της σκωρίας Η/Κ δεν αποτέλεσε αρνητικό παράγοντα στο χρώμα του παραγόμενου καινοτόμου προϊόντος σκυροδέματος. Εν κατακλείδι, η αξιοποίηση της σκωρίας Η/Κ παραγωγής σιδηρονικελίου οποία θα μπορούσε να αποτελέσει σε πρωτόλειο βαθμό ένα παράδειγμα βιομηχανικής συμβίωσης στον ελλαδικό χώρο.

Industrial activity, besides its undoubtedly positive impact on the economy, should also follow the principles of sustainable development and contribute to social progress. The industrial production creates large quantities of by-products, which gradually accumulate locally and thus deteriorate the environmental problems. Additionally, the majority of works of concrete in Greece require large amounts of aggregates annually derived from limestone, thus increasing the quarrying activity and the subsequent intervention in the natural environment. The substitution of natural materials for a national industrial by-product, such as ferronickel electric arc furnace slag, would lead to the reduction of the environmental burden caused by the industrial activity. It would further result in saving raw materials, promotion of product innovation and improvement of the ecological footprint of the finished concrete products. This paper examines the use of ferronickel electric arc furnace slag (FeNi EAFS) as a substitute corresponding graded aggregates in concrete, provided that they do not adversely affect the quality of the final product. For this test, it was chosen to produce paving blocks of concrete with substitution of limestone sand (fine-grained aggregate conventional in Greece) for FeNi EAF Slag. The compositions were three categories: one conventional inert and two using the slag at 10% and 20% respectively of the total of the aggregates. Experiments were carried out in accordance with EN 1338 Standard and the results regarding the mechanical properties (tensile strength, abrasion) and durability (water absorption) were recorded. Moreover, the compressive strength as required by the American standard ASTM C936-01 was tested. The measurement results were recorded and compared with the permissible limits required by the Standards. The composition by substituting 10% slag as an inert completely satisfied the requirements of the European standard and with regard to the results concerning the compressive strength presented remarkable rise. Finally, the use of FeNi EAFS did not negatively impact the color of the produced innovative concrete products. In conclusion, the use of slag from the ferronickel production could be an example of industrial symbiosis in Greece.