Διερεύνηση των οικολογικών ιδιοτήτων του σκυροδέματος

Abstract

Στην παρούσα διατριβή τεκμηριώνεται η ανάγκη για την αειφόρο κατασκευή στο σύνολό της αλλά και ειδικότερα η ανάγκη για παραγωγή οικολογικού σκυροδέματος και παρουσιάζονται οι τρόποι με τους οποίους αυτό μπορεί να επιτευχθεί. Συγκεκριμένα, εξετάζεται η εξέλιξη του σκυροδέματος όσον αφορά τόσο θέματα αντοχής / διάρκειας ζωής του, όσο και θέματα προστασίας του περιβάλλοντος και της ανθρώπινης υγείας. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στο σκυρόδεμα, στην οποία παρουσιάζονται η τεχνολογία παραγωγής του και η οικονομική σημασία της βιομηχανίας σκυροδέματος στην Ελλάδα, οι παράγοντες που καθορίζουν τη σύνθεσή του, οι ενεργειακές απαιτήσεις αλλά και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την παραγωγή του και τα ευρωπαϊκά πρότυπα που έχουν υιοθετηθεί και εφαρμόζονται στην Ελλάδα ως Ελληνικά Πρότυπα. Δίνεται τέλος, ιδιαίτερη έμφαση σε ό,τι αφορά τις εναλλακτικές μεθόδους βελτιστοποίησης της κατανομής μεγέθους σωματιδίων αδρανών καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους όσον αφορά τη βελτιστοποίηση του οικολογικού μίγματος σκυροδέματος. Ακολούθως, το επόμενο κεφάλαιο εστιάζει στα οικολογικά δομικά υλικά, παρουσιάζοντας τα κριτήρια αξιολόγησης περιβαλλοντικά φιλικών οικοδομικών τεχνικών και δομικών υλικών και εξετάζοντας θέματα τοξικότητας δομικών υλικών και προστασίας της ανθρώπινης υγείας από ακτινοβολία / ραδιενέργεια με έμφαση στο ραδόνιο. Παράλληλα παρατίθενται ορισμένα «εγγυημένα» οικολογικά δομικά υλικά και παρουσιάζεται το σκυρόδεμα ως προς τις οικολογικές και βιο-οικολογικές ιδιότητές του. Τέλος, περιγράφονται οι υπάρχουσες μέθοδοι περιβαλλοντικής αξιολόγησης δομικών υλικών που βασίζονται είτε στη μεθοδολογία της ανάλυσης κύκλου ζωής είτε στη μεθοδολογία της πολυκριτηριακής ανάλυσης. Συγκεκριμένα για το σκυρόδεμα εξετάζονται οι αδυναμίες της ανάλυσης κύκλου ζωής και παρουσιάζεται και ένα λογισμικό σύστημα περιβαλλοντικής διαχείρισης το οποίο φαίνεται να καλύπτει τις αδυναμίες αυτές. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι δυνατότητες βελτίωσης του σκυροδέματος ώστε αυτό να καταστεί οικολογικό ή «πράσινο» δομικό υλικό. Για το σκοπό αυτό, εξετάζονται α) τροποποιήσεις της παραγωγικής διαδικασίας, όπως η αξιοποίηση εναλλακτικών καυσίμων ή απορριμμάτων με υψηλή θερμογόνο δύναμη, β) οι δυνατότητες ανακύκλωσης ή επαναχρησιμοποίησης του σκυροδέματος, γ) ο σχεδιασμός σύνθετων τσιμέντων με την αξιοποίηση προσμίκτων και δ) ο περιορισμός της μεταφοράς ραδονίου διαμέσου του σκυροδέματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον σχεδιασμό οικολογικών σύνθετων τσιμέντων. Πιο συγκεκριμένα, αναφέρονται οι τρόποι αντικατάστασης του τσιμέντου Portland στο οικολογικό σκυρόδεμα και προτείνονται σχεδιαστικά μίγματα που στοχεύουν στη μείωση του περιεχόμενου τσιμέντου με την αντικατάστασή του με πληρωτικές ή συνδετικές ουσίες (fillers ή binders), αναλύεται η επίδραση της αντικατάστασης του τσιμέντου στις ιδιότητες του σκυροδέματος καθώς επίσης και οι σημαντικότεροι παράγοντες στον σχεδιασμό οικολογικού σκυροδέματος που βασίζεται στη θεωρία πακεταρίσματος των σωματιδίων των αδρανών (particle packing). Επιπρόσθετα, περιγράφονται αρκετά ενδιαφέροντα projects στον τομέα του οικολογικού σκυροδέματος παγκοσμίως. Τέλος στο κεφάλαιο 4 συνοψίζονται τα κύρια συμπεράσματα της διπλωματικής εργασίας ως προς τις δυνατότητες σχεδιασμού οικολογικότερου σκυροδέματος.

In the present study substantiates the need for sustainable construction as a whole and specifically the need for ecological production and presents concrete ways in which this can be achieved Specifically, we examine the evolution of the concrete issues regarding both durability / life, and environmental protection and human health The first chapter is an introduction to concrete, presenting the production technology and the economic importance of the concrete industry in Greece, the factors that determine its composition, energy requirements and environmental impact of energy production and European standards adopted and implemented in Greece as Greek Standards Finally, emphasis is placed on alternative optimization methods of particle size distribution of aggregates and the pros and cons regarding the optimization of eco-concrete mix Then, the next chapter focuses on ecological building materials, presenting the evaluation criteria of environmentally friendly building techniques and construction materials, and addressing toxicity building materials and protection of human health from radiation / radioactivity with emphasis on radon also some "guaranteed" materials are listed and concrete is presented as far as its ecological and bio-ecological properties are concerned Finally, the existing environmental assessment methods of construction materials, are described, based on either the methodology of life cycle analysis or the methodology of MCA specifically for concrete, weaknesses of life cycle analysis are examined and a software environmental management system which seems to cover these weaknesses is presented In the third chapter, the potential improvement of the concrete so that it can be ecological or "green" building material are examined for this purpose, the following aspects are examined a) the changes in the production process, such as the use of alternative fuels or waste with a high calorific value, b) recycling or reuse potential of concrete, c) the design of composite cements with admixtures and utilization d) limiting the transport of radon through concrete Particular emphasis is given to design eco-composite cements. More specifically, the ways of replacement of Portland cement in ecological concrete are indicated and design blends designed to reduce the cement content by replacing it with fillers or binders , are proposed the effect of cement replacement in concrete properties is analysed, as well as important factors in designing eco-concrete based on the particle packing theory of aggregates Additionally, it discusses several interesting projects concerning eco-concrete worldwide Finally, Chapter 4 summarizes the main conclusions of the thesis as far as the possibilities of designing greener concrete are concerned