Μελέτη της ενσωμάτωσης θερμοπλαστικών απορριμμάτων στη σύνθεση διαφόρων τύπων σκυροδέματος

Abstract

The scope is the study of the incorporation of thermoplastic waste in concrete. The basic points as well as the indication of the most important results are described afterwards: Α) Stability of thermoplastics in the alkaline environment of concrete This stage includes the study of the stability of high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET) in solutions with pH 9, 11 and 12.5. The results showed that taking as a criterion the stability of thermoplastics that were studied in alkaline solutions alike the alkaline concrete environment, those can be exploited as a part of conventional aggregates in concrete. Β) Physicomechanical properties of concrete containing thermoplastics Μixes of concrete containing HDPE and PP 0, 7, 12 and 20% by volume of aggregates were made. Results showed that the substitution of a part of conventional aggregates by the polymers examined has as consequence the reduction of modulus of elasticity, which is beneficial in certain applications, as concrete pavements. Also, the partial substitution of limestone aggregates by thermoplastics has as a result the reduction of concrete strength. Because of the fact that the reduction of modulus of elasticity results in reduction of induced stresses, there is a safety margin that the strength can be reduced without problems in concrete behavior. C) Effect of thermoplastic waste on the rebars’ corrosion Results showed that reinforced concrete containing thermoplastics can be safely used as it concerns its corrosion behavior. D) Calculation of induced stresses at concrete pavement In this stage a roughly estimation of the behavior of pavements of concrete containing polymers was made, taking into account the values of the mechanical characteristics that already had been determined. Results showed that concrete containing plastic aggregates can be used in pavements. In these cases, and for the percentages of replacement that were studied, the thermal induced stresses are significantly reduced, and this is a fact that positively affects the pavement behavior. The load induced stresses are slightly lower and this does not compensate completely the reduction of strength that involves with the replacement of a part of conventional aggregates with polymers. Generally, it appears that the use of this type of concrete in pavements, will require a small increase of the slab thickness, to compensate the reduction of strength.

Αντικείμενο είναι η διερεύνηση της δυνατότητας ενσωμάτωσης θερμοπλαστικών απορριμμάτων στη σύνθεση σκυροδέματος. Τα βασικότερα σημεία περιγράφονται παρακάτω: Α) Σταθερότητα θερμοπλαστικών στο αλκαλικό περιβάλλον του σκυροδέματος: Περιλαμβάνεται η μελέτη της σταθερότητας πολυαιθυλένιου υψηλής πυκνότητας (HDPE), πολυπροπυλένιου (ΡΡ), και πολυτερεφθαλικού αιθυλεστέρα (PET) σε διαλύματα με pH 9, 11 και 12.5. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, λαμβάνοντας ως κριτήριο τη σταθερότητα που παρουσιάζουν τα θερμοπλαστικά απορρίμματα σε αλκαλικά διαλύματα που προσομοιώνουν το περιβάλλον του σκυροδέματος, μπορούν να αξιοποιηθούν ως μέρος των συμβατικών αδρανών. Β) Φυσικομηχανικές ιδιότητες σκυροδέματος που περιέχει θερμοπλαστικά πολυμερή Χρησιμοποιήθηκαν μίγματα σκυροδέματος που περιείχαν HDPE και ΡΡ σε ποσοστά 0, 7, 12 και 20% κ.ο. αδρανών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αντικατάσταση μέρους των συμβατικών αδρανών από τα εξετασθέντα πολυμερή έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του μέτρου ελαστικότητας, γεγονός το οποίο μπορεί να συμβάλει θετικά σε συγκεκριμένες εφαρμογές, όπως η κατασκευή δύσκαμπτων οδοστρωμάτων. Η αντικατάσταση μέρους των ασβεστολιθικών αδρανών από θερμοπλαστικά επιφέρει αντίστοιχη μείωση της αντοχής του σκυροδέματος. Επειδή όμως η δεδομένη μείωση του μέτρου ελαστικότητας επιφέρει μείωση των αναπτυσσομένων τάσεων υπάρχει περιθώριο μικρής μείωσης της αντοχής χωρίς να δημιουργείται πρόβλημα στη συμπεριφορά του σκυροδέματος. Γ) Επίδραση των θερμοπλαστικών απορριμμάτων στη διάβρωση του σιδηροπλισμού σκυροδέματος που τα περιέχει Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οπλισμένο σκυρόδεμα που περιέχει θερμοπλαστικά αδρανή μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια όσο αφορά την συμπεριφορά του σε διάβρωση του σιδηροπλισμού. Δ) Υπολογισμός αναπτυσσόμενων τάσεων σε δύσκαμπτο οδόστρωμα Στο στάδιο αυτό γίνεται προσπάθεια εκτίμησης της συμπεριφοράς των οδοστρωμάτων από σκυρόδεμα που περιέχει ανακυκλωμένα πολυμερή ως μέρος των συμβατικών αδρανών, με βάση τις τιμές των μηχανικών χαρακτηριστικών των εξετασθέντων σκυροδεμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα σκυροδέματα αυτά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή δύσκαμπτων οδοστρωμάτων. Στις περιπτώσεις αυτές οι αναπτυσσόμενες τάσεις από τις ημερήσιες θερμοκρασιακές μεταβολές μειώνονται σημαντικά, γεγονός που επηρεάζει θετικά την συμπεριφορά του οδοστρώματος. Οι αναπτυσσόμενες τάσεις από την κυκλοφορία των οχημάτων μειώνονται σε σχετικά μικρό βαθμό που δεν αντισταθμίζει πλήρως την μείωση των αντοχών που συνεπάγεται η αντικατάσταση μέρους των συμβατικών αδρανών με πολυμερή. Γενικά φαίνεται ότι η χρήση των σκυροδεμάτων αυτών στην κατασκευή οδοστρωμάτων, θα απαιτήσει μικρή αύξηση του πάχους της πλάκας, προς αντιστάθμιση της μείωσης των αντοχών ή χρήση διαφορετικών υλικών και συνθέσεων για την αύξηση των αντοχών.