Σκυρόδεμα με σκωρία χαλυβουργίας

Με ιστορία που αρχίζει από τα προϊστορικά σπήλαια μέχρι και τους σημερινούς ουρανοξύστες, οι κατασκευές από σκυρόδεμα είναι και θα συνεχίσουν να αποτελούν ζωτικά στοιχεία του σύγχρονου πολιτισμού, παρέχοντας μακροχρόνια, αξιόπιστη υποστήριξη για κτίρια, δρόμους, γέφυρες, σήραγγες και φράγματα.

Το σκυρόδεμα είναι το δεύτερο πιο ευρέως καταναλισκόμενο υλικό στη Γη, μετά το νερό, ενώ ο χάλυβας που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση του είναι μακράν το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μεταλλικό κράμα. Ωστόσο, αυτό συνοδεύεται από υψηλό περιβαλλοντικό κόστος: Το σκυρόδεμα ευθύνεται για το 8% των παγκόσμιων εκπομπών CO₂. Πολλές από αυτές τις εκπομπές οφείλονται στην εξόρυξη και τη μεταφορά αδρανών υλικών όπως άμμος, χαλίκι και θρυμματισμένη πέτρα.

Η οικοδόμηση βιώσιμων πόλεων απαιτεί ένα πιο βιώσιμο σκυρόδεμα το οποίο ωστόσο συνοδεύεται από πολλές προκλήσεις. Η διακοπή της παραγωγής σκυροδέματος δεν αποτελεί ρεαλιστική λύση και και η πλήρης αντικατάσταση του από άλλα υλικά είναι μάλλον περισσότερη θεωρητική και σίγουρα ανέφικτη, επί του παρόντος, λύση. Συνεπώς είναι απόλυτα αναγκαίο να επικεντρωθούμε στην εύρεση τρόπων μείωσης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του σκυροδέματος χωρίς να διακυβεύονται οι εξαιρετικές του επιδόσεις. Που υπάρχουν όμως τέτοιες ευκαιρίες;

Πρόσφατη έρευνα προτείνει ότι μια λύση μπορεί να αποτελούν τα ανακυκλωμένα βιομηχανικά απόβλητα και συγκεκριμένα ένα υποπροϊόν της χαλυβουργίας που είναι γνωστό ως σκωρία χαλυβουργίας. Η σκωρία αυτή φαίνεται να διαθέτει πολλά υποσχώμενες δυνατότητες για τον κλάδο της αρχιτεκτονικής και των κατασκευών.

Τα αδρανή είναι ένα από τα πιο βασικά συστατικά του σκυροδέματος. Περίπου τα τρία τέταρτα του όγκου του σκυροδέματος αποτελείται από λεπτόκοκκα και χονδρόκοκκα αδρανή τα οποία λειτουργούν ως συνδετικά υλικά για το τσιμέντο. Αυτό σημαίνει ότι όλες οι θεμελιώδεις ιδιότητες του σκυροδέματος – ανθεκτικότητα, μηχανική αντοχή, λειτουργικότητα κ.λπ.– εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα και τον τύπο των αδρανών.

Με διαρκή χρήση εδώ και δεκαετίες, τα περισσότερα από τα φυσικά αδρανή που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για μίγματα σκυροδέματος αρχίζουν να εμφανίζουν προβλήματα ελλείψεων, παρουσιάζουν προβλήματα αντοχής, και η εξόρυξή τους έχει προκαλέσει τεράστιες εκπομπές ρύπων.

Όπως αναφέρεται σε μελέτη του 2021: «Η ανεξέλεγκτη χρήση των φυσικών πόρων έχει ως αποτέλεσμα σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις εδώ και πολλά χρόνια. Για παράδειγμα, η άμμος και το χαλίκι που συλλέγονται χωρίς περιορισμούς από τις κοίτες των ρεμάτων έχουν προκαλέσει περιβαλλοντικές καταστροφές». Συνεπώς, η αντικατάσταση των φυσικών αδρανών οφείλει να αποτελεί μια εναλλακτική λύση για την εξασφάλιση της βιωσιμότητας του σκυροδέματος.

Αν και η δυναμική και αξιοπιστία της σκωρίας χαλυβουργίας για έργα μεγάλης κλίμακας που χρησιμοποιούν σκυρόδεμα βρίσκεται υπό συνεχή μελέτη και δοκιμή, η σκωρία θα μπορούσε να έχει ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον στον κατασκευαστικό κλάδο ως μερικό υποκατάστατο του τσιμέντου ή των αδρανών υλικών.

Πολλές έρευνες έχουν ασχοληθεί με το αντικείμενο αυτό εδώ και χρόνια, και πολλοί ερευνητές και μηχανικοί έχουν ήδη διαπιστώσει ότι είναι δυνατή η χρήση της σκωρίας χαλυβουργιας ως αδρανές σκυροδέματος με καλή απόδοση. Θεωρούμενη ως ένα από τα πιο υποσχόμενα για δευτερογενή χρήση απόβλητα, η σκωρία χαλυβουργίας είναι ένα υποπροϊόν της παραγωγής χάλυβα. Παράγεται σε μεγάλες ποσότητες κατά το διαχωρισμό του τηγμένου χάλυβα από τις ακαθαρσίες σε χαλυβουργικές καμίνους. Η σκωρία έχει τη μορφή υγρού τήγματος και είναι ένα σύνθετο διάλυμα πυριτικών ενώσεων και οξειδίων που στερεοποιείται κατά την ψύξη της, με αποτέλεσμα ένα υαλώδες, κοκκώδες υλικό που στη συνέχεια θρυμματίζεται στο κατάλληλο μέγεθος για χρήση ως αδρανές στο σκυρόδεμα (ή τυγχάνει περαιτέρω επεξεργασίας για την παραγωγή άλλων προϊόντων).

Η σκωρία παράγεται σε μεγάλες ποσότητες και είναι δυνητικά πολύτιμη. «Η παγκόσμια βιομηχανία παραγωγής χάλυβα παράγει πάνω από 130 εκατ. τόνους σκωρίας χαλυβουργίας κάθε χρόνο», λέει ο Biplob Pramanik, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο RMIT της Μελβούρνης. Σύμφωνα με στοιχεία του World Steel Association, 15,7 εκατομμύρια τόνοι σκωρίας χαλυβουργίας παράγονται ως υποπροϊόν μόνο στην Ευρώπη, εκ των οποίων 11,5 εκατομμύρια τόνοι ανακυκλώνονται. Η τεράστια ποσότητα σκωρίας χαλυβουργίας που παράγεται από χαλυβουργεία σε όλο τον κόσμο είναι ένα σημαντικό κίνητρο για την ανακύκλωση του υλικού, ακόμη περισσότερο γνωρίζοντας ότι η μη αξιοποίηση του ως δευτεροενή πρώτη ύλη θα οδηγήσει σε σημαντικό όγκο αποβλήτων προς απόρριψη.

Η χρήση σκωρίας χαλυβουργίας στο σκυρόδεμα μειώνει την ποσότητα των αποβλήτων που παράγονται από τη βιομηχανία χάλυβα, υποστηρίζει την κυκλική οικονομία και τη βιομηχανική συμβίωση. Ταυτόχρονα, το σκυρόδεμα με σκωρία χαλυβουργίας μειώνει την ανάγκη για πρωτογενή αδρανή υλικά, αποτρέποντας την εξόρυξη περιορισμένων φυσικών πόρων και μειώνοντας τις εκπομπές CO₂, διατηρώντας παράλληλα τις εξαιρετικές φυσικές ιδιότητες του σκυροδέματος.

Ένας άλλος λόγος που το σκυρόδεμα με σκωρία χαλυβουργίας έχει συγκεντρώσει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια είναι ότι παρέχει μια σειρά από οφέλη πέρα ​​από την περιβαλλοντική του βιωσιμότητα. Όταν το σκυρόδεμα εγχυθεί και ωριμάσει, τα σωματίδια της σκωρίας γίνονται αναπόσπαστο μέρος της μήτρας του σκυροδέματος, λειτουργώντας ως πληρωτικό και βελτιώνοντας την πυκνότητα του σκυροδέματος, παράγοντας που με τη σειρά του βελτιώνει την αντοχή και την ανθεκτικότητά του.

Η σκωρία χαλυβουργίας, ως ένα πολύ πυκνό και σκληρό υλικό, είναι ανθεκτική στις καιρικές συνθήκες και στη φθορά και μπορεί να αντέξει μεγαλύτερο φορτίο και πίεση σε σχέση με τα παραδοσιακά αδρανή όπως το χαλίκι και ο θρυμματισμένος ασβεστόλιθος. Προς απόδειξη αυτού, Αυστραλοί επιστήμονες παρασκεύασαν νέο σκυρόδεμα με σκωρία χαλυβουργίας του οποίου η αντοχή ήταν κατά 17% μεγαλύτερη. Άλλες μελέτες αναφέρουν ότι δείγματα με σκωρία χαλυβουργίας ως αδρανές είχαν σημαντικά υψηλότερη αντοχή σε θλίψη από τα δείγματα με θρυμματισμένο ασβεστόλιθο και ότι ο όγκος των διαπερατών πόρων μειώθηκε με την αύξηση του ποσοστού σκωρίας, χαρακτηριστικό που παρέχει καλύτερη κατεργασιμότητα και διευκολύνει την έγχυση και το φινίρισμα του σκυροδέματος. Η σκωρία έχει επίσης χαμηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής σε σχέση με τα παραδοσιακά αδρανή, γεγονός που σημαίνει ότι μπορεί να μειώσει τη ρωγμάτωση λόγω συρρίκνωσης σε κατασκευές από σκυρόδεμα.

Λόγω της μηχανικής της αντοχής, του πορώδους, της αντοχής στη φθορά και της απορρόφησης νερού, η σκωρία χαλυβουργίας χρησιμοποιείται ήδη ως λεπτόκοκκο και χονδρόκοκκο αδρανές για έργα οδοποϊίας , καθώς και ως πρώτη ύλη για κλίνκερ, ως έρμα για σιδηροδρόμους και ως υλικό πλήρωσης σε διάφορες εκσκαφές. Χάρη στην προηγμένη έρευνα και τις ενδελεχείς δοκιμές, η χρήση της σκωρίας στο σκυρόδεμα αναγνωρίζεται όλο και περισσότερο για τις περιβαλλοντικές και φυσικές της ιδιότητες, πράγμα που πιθανότατα σημαίνει ότι θα μπορούσε σύντομα να επεκταθεί και σε άλλες χρήσεις. Για παράδειγμα, ως κατάλληλο υλικό για κατασκευές από σκυρόδεμα υψηλής αντοχής, όπως καταστρώματα γεφυρών και ουρανοξύστες, ή για οποιαδήποτε άλλη κατασκευή που παραδοσιακά θα χτιζόταν από κανονικό σκυρόδεμα και θα μπορούσε να επωφεληθεί από την επιπλέον ανθεκτικότητα και βιωσιμότητα. Οι μηχανικοί, οι αρχιτέκτονες και οι σχεδιαστές μπορούν να επωφεληθούν από αυτές τις πολλά υποσχόμενες ιδιότητες της σκωρίας και να αξιοποιήσουν σωστά το υλικό καθώς στοχεύουν σε πιο υγιή, καλύτερα κτίρια.

Είναι σημαντικό, ωστόσο, να σημειωθεί ότι το σκυρόδεμα με σκωρία χαλυβουργίας δεν έχει μελετηθεί τόσο καλά όσο το παραδοσιακό σκυρόδεμα, και ο τρόπος που παράγεται σήμερα εξακολουθεί να έχει ορισμένους περιορισμούς. Μεταξύ αυτών, η πιθανότητα διαστολής λόγω της παρουσίας μεταλλικού σιδήρου στη σκωρία και άλλες αντιδράσεις με συστατικά του σκυροδέματος που μπορεί να είναι ανεπιθύμητες μακροπρόθεσμα. Αλλά ως καινοτόμο υλικό, το σκυρόδεμα με σκωρία χαλυβουργίας έχει εξαιρετικές δυνατότητες. Και καθώς η κλιματική αλλαγή γίνεται όλο και πιο πιεστική, η χρήση εναλλακτικών και δευτερογενών υλικών προς περιορισμό των εκπομπών άνθρακα θα αποτελεί πάντα αντικείμενο έρευνας.

Με πληροφορίες από archdaily.com