Διερεύνηση Αξιοποίησης Στερεού Υπολείμματος του Νερού Έκπλυσης Οχημάτων Μεταφοράς Έτοιμου Σκυροδέματος

Abstract

Στόχο της συγκεκριμένης μελέτης αποτελεί η αξιοποίηση της λάσπης που προκύπτει από την ανακύκλωση του νερού έκπλυσης των οχημάτων μεταφοράς νωπού σκυροδέματος σε μία μονάδα παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος. Σκοπός είναι η λάσπη (λούμη) αυτή να χρησιμοποιηθεί, είτε ως έχει, είτε μετά από ξήρανση, ως ασβεστολιθικό filler για την παραγωγή σκυροδέματος. Στo πλαίσιο των πειραμάτων, παρασκευάζονται τσιμεντοκονιάματα τα οποία διαφέρουν είτε ως προς την περιεκτικότητα σε ασβεστολιθική παιπάλη είτε ως προς την ποσότητα του νερού ανάμιξης. Το θεωρητικό μέρος αυτής της εργασίας χωρίζεται σε τρία κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μία αναφορά στο Ευρωπαϊκό πρότυπο βάσει του οποίου ορίζονται οι σχετικές με το σκυρόδεμα έννοιες, καταγράφονται οι πρώτες ύλες για την παρασκευή του , αναλύεται η επίδραση του λόγου w/c σε μία σειρά από ιδιότητες και προσδιορίζεται η σημασία της εργασιμότητας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύεται η χρήση και η σημασία του ασβεστολιθικού πληρωτικού υλικού (limestone filler) και καταγράφονται τα πρότυπα τα οποία διέπουν τη χρήση του στη παρασκευή σκυροδέματος. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο περιβαλλοντικό πρόβλημα που προκύπτει από την απόρριψη στο περιβάλλον του νερού έκπλυσης των μηχανημάτων παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος (διεθνώς αλλά και στον ελλαδικό χώρο), καταγράφονται οι προσπάθειες ανακύκλωσης του νερού έκπλυσης από της μονάδες παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος και τέλος γίνεται ανασκόπηση των πειραματικών ερευνών που έχουν γίνει γύρω από το θέμα. Το πειραματικό μέρος χωρίζεται σε τέσσερα κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία προσπάθεια εξήγησης των λόγων που οδήγησαν στην πραγματοποίηση αυτής της μελέτης, όπως επίσης αναφέρονται με συνοπτικό τρόπο όλα τα στάδια της πειραματικής διαδικασίας (προεργασία, προκαταρτικές αναλύσεις, συνθέσεις κονιαμάτων). Στο δεύτερο κεφάλαιο καταγράφεται ο χαρακτηρισμός των πρώτων υλών που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή των τσιμεντοκονιαμάτων. Ο χαρακτηρισμός της λούμης έγινε με χημική (XRF), ορυκτολογική (XRD), θερμική (TG-DTG) και οπτική (SEM) ανάλυση. Το τσιμέντο που χρησιμοποιήθηκε, τύπου CEM I 42,5, χαρακτηρίστηκε με χημική ανάλυση (XRF). Η άμμος που χρησιμοποιήθηκε για τις συνθέσεις υποβλήθηκε στη δοκιμή ‘ισοδύναμο άμμου’. Επίσης γίνεται καταγραφή της προεργασίας που έγινε στη λούμη ώστε να χρησιμοποιηθεί στα πειράματα (ξήρανση, αποσυσσωμάτωση) καθώς και στην προεργασία που έγινε στην άμμο που χρησιμοποιήθηκε (υγρή κοσκίνιση). Το τρίτο κεφάλαιο του πειραματικού αφορά στην κύρια πειραματική διαδικασία. Αρχικά αναφέρονται συνοπτικά τα στάδια διεξαγωγής των πειραμάτων (ζύγιση, ανάμιξη, μέτρηση εξάπλωσης, μέτρηση αντοχών). Στη συνέχεια γίνεται η ομαδοποίηση των πειραμάτων σε 2 σειρές. Η πρώτη σειρά πειραμάτων αφορά συνθέσεις οι οποίες παρασκευάστηκαν ώστε να έχουν τον ίδιο λόγο w/c, και διαφέρουν μόνο ως προς την περιεκτικότητα σε ασβεστολιθική παιπάλη (filler άμμου και λούμη). Στη δεύτερη σειρά επαναλήφθηκαν τα πιο χαρακτηριστικά πειράματα της πρώτης με τη διαφορά ότι ο λόγος w/c άλλαζε από σύνθεση σε σύνθεση ώστε να παραμείνει σταθερή η εξάπλωση. Και για τις δύο σειρές πειραμάτων δίδονται: i)αναλυτικοί πίνακες όπου καταγράφονται οι περιεκτικότητες αλλά και οι ακριβείς ποσότητες των πρώτων υλών σε κάθε σύνθεσης, ii) πίνακες αποτελεσμάτων όπου καταγράφονται η εξάπλωση και οι θλιπτικές και καμπτικές αντοχές για κάθε σύνθεση, iii) διαγράμματα για κάθε σειρά και iv)συγκριτικά διαγράμματα των δύο σειρών καθώς επίσης ακολουθεί και σχολιασμός αυτών. Τέλος, με χρήση της στατιστικής μεθόδου Taguchi γίνεται μία προσπάθεια ποσοτικοποίησης των ποιοτικών συμπερασμάτων που εξήχθησαν παραπάνω. Το τελευταίο κεφάλαιο αναφέρεται στα συμπεράσματα της παρούσας μελέτης. Αποδείχθηκε, πως η περιεκτικότητα της λούμης γενικά δεν επηρεάζει τις θλιπτικές αντοχές, εάν και περιέχεται σε μικρές ποσότητες στις συνθέσεις αλλά αρκετά μεγάλες ως αιωρούμενο στερεό στο νερό (10000 και 50000 ppm). Με την αύξηση της περιεκτικότητας του filler, παρατηρούνται αυξομειώσεις των θλιπτικών αντοχών οι οποίες ερμηνεύονται εκτενώς στα αντίστοιχα κεφάλαια. Για περιεκτικότητα 20% σε filler και 10000 ppm σε λούμη παρατηρούνται οι βέλτιστες θλιπτικές αντοχές. Επίσης με αύξηση του λόγου w/c παρατηρείται μείωση των θλιπτικών αντοχών. Τέλος, οι εξαπλώσεις μειώνονται με την αύξηση της ασβεστολιθικής παιπάλης και τη μείωση του λόγου w/c.

The aim of this study is to examine the potential uses of sludge obtained from the water used to wash out vehicles transporting fresh concrete in a ready-mix concrete plant. The purpose is to utilize the sludge, either as it is or dried, as limestone filler for concrete production. As part of the experiments, cement mortars have been produced, which differ either in content of limestone filler or in the amount of mixing water. The theoretical part of this work is divided into three chapters. In the first chapter includes the European standard which defines the relevant concepts concrete, the raw materials for concrete production, the effect of w/c ratio on a set of properties and the determination of workability. In the second chapter, the use and the importance of the limestone filler are discussed and the standards governing its use in making concrete are recorded. The third chapter refers to the environmental problem resulting from the waste water from the washing of concrete mix equipment discharge into the environment (internationally and in Greece) and to the efforts made concerning the recycling of this water. In addition, in the same chapter the experimental investigations that have been concluded on this subject are recorded. The experimental part is divided into four chapters. The first chapter explains the reasons for conducting this study and all stages of the experimental procedure are reported in summary form. In the second chapter the characterization of raw materials used in the manufacture of cement mortars is recorded. The characterization of sludge was chemical (XRF), mineralogical (XRD), thermal (TG-DTG) and optical (SEM). The cement used was type CEM I 42,5 and it was characterized by chemical analysis. The sand used in the compositions was submitted to the test sand equivalent. In this chapter the preparation done for sludge to be used in the experiments (drying, disaggregation) was also recorded as well as the preparation of the sand (wet sieving). The third chapter of the experimental part deals with the main experiments. Initially, all stages of the experiments are summarized (weighing, mixing, flow table tests, measurements of strength). Then, experiments are grouped in 2 sets. The first set concerns compositions which were designed to have the same w/c ratio and differ only as to the content of limestone materials (limestone filler and sludge). At the second set the most notable experiments of the first set are repeated, the difference is that in this set every composition has different w/c ratio but the same spread. For both sets of experiments this study provides: i) detailed tables which are listing the contents and the exact amount of raw materials in each composition, ii) result tables which are listing the spread and compressive and bending strengths for each composition, iii) schematic diagrams for each set and iv) comparative diagrams of the two sets as well as comments on them. Lastly, the statistical method Taguchi was applied on the results in order to quantify the qualitative results of the research. In the last section the conclusions of this studied are given, which demonstrated that the content of sludge generally does not affect the compressive strength. With increasing content of filler, there are variations of compressive strength which can largely be explained. 8 However, for 20% filler content and 10000 ppm in sludge the best set of compressive strength has been observed. Also with increase in the w/c ratio the compressive strength is decreasing. The spread decreased with increasing of limestone filler or decreased w/c ratio.