Κατά την παρασκευή του τσιμέντου, η παραγωγή κλίνκερ απαιτεί μεγάλα ποσοστά
κατανάλωσης ενέργειας και εκπέμπονται σημαντικά ποσά διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) στην
ατμόσφαιρα. Σύμφωνα με την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος (IPCC), η
παραγωγή τσιμέντου το 2005 συνεισέφερε στην συνολική εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα κατά
7%. Αν συμπεριληφθεί το γεγονός ότι η ετήσια παραγωγή τσιμέντου αυξάνεται κάθε χρόνο κατά
μέσο όρο 2.1%, μεταξύ των ετών 2005 και 2030 φτάνει σε ένα επίπεδο αύξησης παραγωγής κατά
1.7 φορές σε σχέση με το 2005. Η αύξηση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα οδηγεί στο φαινόμενο
του θερμοκηπίου και στην αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη.
Ο περιβαλλοντικός αντίκτυπος της παραγωγής τσιμέντου πρέπει να περιοριστεί, μειώνοντας
την παραγωγή κανονικού τσιμέντου Portland. Για τη μείωση των περιβαλλοντικών προβλημάτων
αυτών χρησιμοποιούνται ως προσμίξεις υλικά όπως ιπτάμενη τέφρα και τέφρα αγροτικών
παραπροϊόντων, μειώνοντας ταυτόχρονα τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και τις ενεργειακές
απαιτήσεις. Η λύση αυτή χαρακτηρίζεται περιβαλλοντικά φιλική και επιπρόσθετα, οι προσμίξεις στο
τσιμέντο και στο σκυρόδεμα μπορούν να βελτιώσουν τις μηχανικές ιδιότητες και την αντοχή του.
Αν ένα παραπροϊόν από φυτά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν υποκατάστατο του τσιμέντου,
συμβάλλει στη μείωση κατανάλωσης ενέργειας κατά την παραγωγή του τσιμέντου καθώς και στη
μείωση του όγκου απόθεσης του φυτικού παραπροϊόντος στους χώρους διάθεσης αυτού.
Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία, μετά την περιγραφή της παραγωγής του τσιμέντου και
των προτύπων που την διέπουν, έγινε μια προσπάθεια υποκατάστασης του τσιμέντου σε διάφορα
ποσοστά με τέφρα πυθμένα (bottom ash) ελιάς. Για τον λόγο αυτό δημιουργήθηκαν πέντε δείγματα
με μίγματα τσιμέντου- τέφρας ελιάς με υποκατάσταση τσιμέντα σε ποσοστά 2, 3, 5, 7 και 10%.
Η τέφρα πυθμένα ελιάς παράχθηκε με φυσική καύση σε εξωτερικό χώρο και
χρησιμοποιήθηκε ως υποκατάστατο στο τσιμέντο. Αρχικά έλαβαν χώρα οι απαραίτητες μετρήσεις
και αναλύσεις για τον όσο το δυνατόν συνολικότερο προσδιορισμό της τέφρας όσον αφορά την
κοκκομετρία, τη χημική σύνθεσή, την δομή και τα απαραίτητα χαρακτηριστικά της με σκοπό τον
βέλτιστο σχεδιασμό της πειραματικής σειράς υποκατάστασης του τσιμέντου.
Στη συνέχεια, κατασκευάστηκαν τα δείγματα και υποβλήθηκαν σε δοκιμές αντοχών,
σύμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα. Μετρήθηκε ο χρόνος πήξης και η απορρόφηση νερού καθώς
και άλλα ποιοτικά χαρακτηριστικά ούτως ώστε να βρεθεί το καταλληλότερο ποσοστό
υποκατάστασης. Επιπλέον, η επιστημονική διερεύνηση συμπεριέλαβε την μελέτη διαδικασίας σε
μεγαλύτερη κλίμακα μέσω της διεξαγωγής περιβαλλοντικής μελέτης επιπτώσεων (από την
αξιοποίηση τέφρας πυθμένα ελιάς ως υποκατάστατο τσιμέντου σε ποσοστό 5%) μέσω του
υπολογιστικού προγράμματος ανάλυσης κύκλου ζωής “OpenLCA” της GreenDeltaGmbH. Όπως
προκύπτει από την ανάλυση κύκλου ζωής παρουσιάζεται μείωση στις εκπομπές διοξειδίου του
άνθρακα σε ποσοστό περίπου 10%, όταν το τσιμέντο υποκαθίσταται απο 5% τέφρα πυθμένα ελιάς.
Συμπερασματικά, η τέφρα πυθμένα ελιάς κρίθηκε κατάλληλη να λειτουργήσει ως
υποκατάστατο του τσιμέντου, με σημαντικά ενεργειακά οφέλη και παρουσιάζει εξαιρετικά
ενδιαφέρουσα συμπεριφορά στη μεταβολή των ιδιοτήτων των παραγόμενων προϊόντων.
(EL)
During the manufacture of cement, the clinker production process requires a great amount of
energy and emits large amounts of carbon dioxide (CO2) into the atmosphere. According to the
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), the production of cement in 2005 accounted for
approximately 7% of the CO2 emissions worldwide. Global cement production will increase by an
average of 2.1% every year between 2005 and 2030, reaching a level that is 1.7 times greater than
that of 2005 due to the growth of developing countries. The increase of CO2 emissions has led to the
greenhouse effect and an increase to the Earth’s temperature.
The environmental impact of cement production must be lessened by means of ordinary
Portland cement production’s reduction. To address the environmental issues, materials such as fly
ash, silica fume and agro-waste ashes, are utilized as mineral admixtures in order to reduce the
production of cement; thus reducing CO2 emissions and energy expenditure. This solution is
characterized as environmentally friendly. In addition, the incorporation of mineral admixtures in
concrete can also improve the mechanical properties and durability of the concrete.
If a by-product material from biomass plants can be used as a cement replacement, it will
help to lessen energy requirements by reducing both the required production of cement clinker as
well as the volume of waste disposed to landfills.
The objective of this study is to use bottom ash deriving from olive oil trees as a partial
substitute (in different proportions) of cement having first detailed the cement production process
and the Εuropean standards governing it. Thus, five samples of cement/bottom ash were created with
2, 3, 5, 7 and 10% levels of substitution. The bottom ash is a product of open air incineration and
was used as cement filler. At first, the samples was measured and further analyzed in order to
characterize them concerning granulometric, chemical and structural characteristics; this analysis
leading to more precise experimental design.
In addition, the samples of cement/bottom ash, were tested according to the relevant
Εuropean standards (EN) regarding strength, setting time and other characteristics, as to propose the
proper percentage of cement substitution.
In account of the whole estimation of the production process and the effect on the environment, an
LCA analysis was conducted on the sample of cement and 5% substitution using OpenLCA software
by GreenDelta GmbH. As a result, the substitution of cement with 5% waste bottom ass leads to 10%
reduction of the CO2 amount emitted.
In conclusion, bottom ash derived from olive oil trees can contributstitue as a substitute of
cement, gaining both energy profits as well as providing interesting results concerning the material
properties of the final products.
(EN)
National Technical University of Athens
