Αδρανή υλικά

Ως αδρανή υλικά καλούνται το σύνολο των διαβαθμισμένων κατά μέγεθος τεμαχίων υλικών ορυκτής (σκύρα, χαλίκια, άμμοι) ή βιομηχανικής προέλευσης, (σκωρίες, ανακυκλωμένο σκυρόδεμα κ.α.) και άλλων υλικών ανόργανης σύστασης, που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με κάποιο συγκολλητικό μέσο (τσιμέντο, άσφαλτος, κ.λπ.) για παραγωγή συνθέσεων όπως σκυροδέματα, ασφαλτικά μίγματα και σκυρωτά οδοστρώματα ή και αυτούσια (π.χ. ως έρμα σιδηροδρομικών γραμμών). Ονομάζονται αδρανή γιατί η πλειονότητα τους δεν αντιδρά χημικά με τις διάφορες «συγκολλητικές» ύλες.

Η μεγαλύτερη ποσότητα αδρανών υλικών προέρχεται από τη θραύση κατάλληλων εξορυγμένων πετρωμάτων (κυρίως ασβεστολιθικών) ή από περαιτέρω θραύση υλικών φυσικών αποθέσεων (μίγμα κυρίως ασβεστολιθικών, χαλαζιακών και γρανιτικών πετρωμάτων) ποταμών, χειμάρρων, θαλάσσης.

Καλύπτουν το 45-50%, περίπου, της εξορυκτικής δραστηριότητας στην Ελλάδα από πλευράς παραγόμενων ποσοτήτων. Μέχρι πριν από την έναρξη της οικονομικής κρίσης, τα ασβεστολιθικά αδρανή για τσιμέντο και σκυρόδεμα ανέρχονταν ετήσια σε 100-120 εκατομμύρια τόνους περίπου. Πρόκειται για μικρές έως μεσαίου μεγέθους εκμεταλλεύσεις. Το κύριο χαρακτηριστικό των αδρανών υλικών είναι η περιορισμένη ακτίνα εμπορίας, λόγω σημαντικής επιβάρυνσης από το κόστος μεταφοράς των ίδιων όπως και του σκυροδέματος, γεγονός που παλαιότερα είχε ως αποτέλεσμα να εμφανίζονται πολλές διάσπαρτες εκμεταλλεύσεις πολύ κοντά ή και μέσα στον αστικό ιστό, ενώ σήμερα αυτές είναι υποχρεωμένες να λειτουργούν μέσα σε θεσμοθετημένες λατομικές ζώνες για να μην προξενούν οχλήσεις σε κατοικημένες περιοχές, αρχαιολογικούς χώρους ή να έρχονται σε «σύγκρουση» άλλες οικονομικές δραστηριότητες. Είναι προφανές λοιπόν ότι, κρίσιμες παράμετροι αυτής της κατηγορίας εκμεταλλεύσεων θεωρούνται η ελαχιστοποίηση των οχλήσεων κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, η υποχρέωση αναμόρφωσης του λατομικού χώρου σύμφωνα με την άδεια λειτουργίας - εγκατάστασης και η πρόσδοση νέων χρήσεων στο χώρο μετά το πέρας των εξορυκτικών εργασιών.

Εκμετάλλευση

Εικόνα 1. Βαθμίδες λατομείου αδρανών υλικών.

Εικόνα 2. Άποψη λατομείου αδρανών υλικών (εργασίες κατά τη λειτουργία).

Οι εκμεταλλεύσεις των λατομείων αδρανών υλικών είναι υπαίθριες και πραγματοποιούνται με τη μέθοδο των ορθών βαθμίδων (Εικόνες 1 και 2). Τα χαρακτηριστικά (κλίση, πλάτος) των ορθών βαθμίδων εκσκαφής λατομείου αδρανών φαίνονται στην (Εικόνα 3). Οι τιμές της κλίσης των βαθμίδων όπως και η συνολική κλίση της εκσκαφής εξαρτώνται από τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά του πετρώματος που εξορύσσεται και των υπερκειμένων, ενώ οι διαστάσεις (πλάτος) βαθμίδων και οδών μεταφοράς από το μέγεθος του μηχανικού εξοπλισμού (διατρητικά, φορτηγά μεταφοράς, εξοπλισμός φόρτωσης κλπ.) που θα χρησιμοποιηθεί. Η ολοκληρωμένη αλληλουχία ενεργειών για τη διάνοιξη, τη λειτουργία ενός λατομείου εξόρυξης πετρώματος για την παραγωγή αδρανών υλικών δίνεται στην (Εικόνα 4), ενώ οι φάσεις διάτρηση-φόρτωση-μεταφορά στην Εικόνα 5.

Εικόνα 3. Διαγραμματική απεικόνιση χαρακτηριστικών ορθών βαθμίδων εκσκαφής. Εικόνα 4. Αλληλουχία διεργασιών (απαραίτητες εργασίες) για την παραγωγή αδρανών υλικών σε υπαίθριο λατομείο. Εικόνα 5. Απεικόνιση των λατομικών εργασιών (διάτρηση, φόρτωση, μεταφορά).

Χρήσεις

Η κύρια χρήση των αδρανών αφορά στην παραγωγή σκυροδέματος (οπλισμένου ή άοπλου. Οι κόκκοι των αδρανών, λόγω γωνιώδους και ακανόνιστου σχήματος (Εικόνα 6) συνδέονται μεταξύ τους και συγκρατούνται στο σκυρόδεμα με τη βοήθεια της τσιμεντόπαστας (μείγμα τσιμέντου + νερού), η οποία έχει «συγκολλητική» δράση. Όμως, επειδή το τσιμέντο έχει πολύ μεγάλη συμμετοχή στο κόστος των πρώτων υλών του σκυροδέματος, η περιεχόμενη ποσότητά του στο σκυρόδεμα πρέπει να ελαχιστοποιείται υπό την προϋπόθεση βέβαια διατήρησης ικανοποιητικής της αντοχής του.

Το 70-80% κατά βάρος του σκυροδέματος αποτελείται από αδρανή, γεγονός που συμβάλλει στο να διατηρείται χαμηλό το κόστος του σκυροδέματος (σε €/m³), επειδή τα αδρανή είναι σχετικώς φθηνά υλικά, τόσο ως πρώτη ύλη όσο και ως διαδικασία παραγωγής. Τα αδρανή δρουν κατά κύριο λόγο ως «πληρωτικά» στο σκυρόδεμα.

Εικόνα 6. Χαρακτηριστικές εικόνες κοκκομετρικών κλασμάτων (διαβαθμίσεων) αδρανών υλικών.

Όμως, αυτό δεν είναι το μοναδικό πλεονέκτημα από τη χρήση αδρανών. Τα αδρανή, εκτός των άλλων, προσφέρουν αξιόλογα πλεονεκτήματα και από τεχνικής άποψης στο σκυρόδεμα. Επηρεάζουν θετικά τη στατική συμπεριφορά των κατασκευών από σκυρόδεμα, εξασφαλίζουν μεγάλη “σταθερότητα όγκου” και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής των κατασκευών σε σχέση με την περίπτωση χρήσης μόνο τσιμεντοκονιάματος.

Τα αδρανή του σκυροδέματος πρέπει να είναι καθαρά, χωρίς επιφανειακή σκόνη, άργιλο και οργανικές ύλες (συνήθως πλυμένα), σκληρά, μεγάλης αντοχής και κατάλληλης επιφανειακής υφής και πορώδους. Σημαντικό ρόλο παίζει το σχήμα τους, το οποίο πρέπει να είναι γωνιώδες και τα τεμάχια να έχουν σχετική ομοιογένεια στις τρεις διαστάσεις.

Τα αδρανή που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή σκυροδέματος έχουν διάφορα μεγέθη και ακανόνιστο σχήμα. Κατατάσσονται σε 4 βασικές κατηγορίες:

Άμμος (0-4 mm )
Ρυζάκι (4- 8 mm)
Γαρμπίλι (8-16 mm) και
Χαλίκι (16-31,5 mm).

Παράγονται με τις γνωστές διαδικασίες, δηλαδή πρωτογενή, δευτερογενή, τριτογενή θραύση και ταξινόμηση των προϊόντων κάθε φάσης θραύσης σε δονούμενα κόσκινα (πολλαπλών καταστρωμάτων) για την παραγωγή των διαφόρων κοκκομετρικών κλασμάτων («διαβαθμίσεων»), (Εικόνα 10).

Τα συγκροτήματα παραγωγής αδρανών υλικών είναι εγκατεστημένα μέσα ή πολύ κοντά στο λατομείο και είναι σταθερά ή μετακινούμενα (Εικόνες 7, 8 και 9). Πολλές φορές, όταν οι απαιτήσεις του έργου είναι αυστηρές, επιβάλλεται και η διενέργεια έκπλυσης των αδρανών για την απομάκρυνση της επιφανειακής σκόνης, οπότε είναι αναγκαία η εξασφάλιση τροφοδοσίας νερού στο λατομείο αδρανών.

Εικόνα 7. Μονάδα παραγωγής αδρανών υλικών σε λατομείο (σταθερό συγκρότημα). Εικόνα 8. Μονάδα παραγωγής αδρανών υλικών σε λατομείο (σταθερό συγκρότημα). Εικόνα 9. Κινητή (μετακινούμενη) μονάδα παραγωγής αδρανών υλικών.

Εικόνα 10. Διάγραμμα ροής κυκλώματος παραγωγής κατάλληλων κοκκομετρικών κλασμάτων (διαβαθμίσεων) αδρανών υλικών.

Στην (Εικόνα 10) δίνεται χαρακτηριστικό διάγραμμα ροής κυκλώματος (δυναμικότητα 500 t/h) παραγωγής τεσσάρων (-4-) κοκκομετρικών κλασμάτων («διαβαθμίσεων») αδρανών υλικών και του προϊόντος προδιαλογής (υλικό 3Α) του κυκλώματος.

Στο συγκεκριμένο κύκλωμα παραγωγής των αδρανών χρησιμοποιούνται τρεις (-3-) θραυστήρες (1 θραυστήρας σιαγόνων, 2 κωνικοί θραυστήρες) και δύο (-2-) κόσκινα διπλού καταστρώματος, τα οποία εξασφαλίζουν τη βέλτιστη αξιοποίηση του εξορυσσόμενου πετρώματος.

Τα αδρανή υλικά έχουν μεγάλο εύρος εφαρμογής, όμως ο κύριος όγκος τους χρησιμοποιείται:

Στην παρασκευή του σκυροδέματος (Εικόνα 11), όπου τα φυσικά ή τεχνητά αδρανή υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν πρέπει να έχουν επαρκή αντοχή και πρόσφυση και χημική ανεκτικότητα ως προς το τσιμέντο. Τέτοια υλικά μπορεί να είναι προϊόντα θραύσης κυρίως ασβεστολιθικών πετρωμάτων, γρανίτη, μαγνητίτη,βαρύτη(για την παρασκευή βαρέων σκυροδεμάτων που απορροφούν τις ακτινοβολίες) και βιομηχανικών παραπροϊόντων (σκωρία υψικαμίνων κ.α.).
Ακόμη, τα αδρανή χρησιμοποιούνται για την παρασκευή άλλων δομικών υλών (τσιμεντόλιθων ή άλλων μορφοποιημένων προϊόντων από σκυρόδεμα), Εικόνα 12.
Στην οδοποιία, όπου τα αδρανή υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των εύκαμπτων οδοστρωμάτων (περίπου το 90% αποτελείται από αδρανή) προέρχονται, κυρίως, από τη θραύση κατάλληλων πετρωμάτων ή άλλων υλικών φυσικών αποθέσεων (ποταμών ή χειμάρρων, θαλάσσιων). Καταλληλότερα πετρώματα για αδρανή οδοστρωμάτων είναι οι γρανίτες, γνεύσιοι, αμφιβολίτες, ανδεσίτες, πορφύρες, ψαμμίτες, χαλαζίτες και ορισμένοι σχιστόλιθοι, λόγω της αντοχής τους σε απότριψη (φθορά σε τριβή). Επιπλέον, για την ίδια χρήση μπορεί να χρησιμοποιηθούν και προϊόντα θραύσης σκωριών ή και από επεξεργασία απορριμμάτων ορυχείων (με θραύση και ταξινόμηση), εφόσον όμως πληρούνται οι απαιτούμενες φυσικομηχανικές ιδιότητες (αντοχή, επιφανειακή υφή, πορώδες κ.λπ.). Επιπρόσθετα, στην κατασκευή οδοστρωμάτων, για ορισμένα όμως μόνο στρώματα (βάσεις, υποβάσεις), μπορούν να χρησιμοποιηθούν και τεχνητά αδρανή ή θραυσμένα υλικά παλαιών οδοστρωμάτων κατασκευασμένων από ασφαλτόμιγμα ή ανακυκλούμενο σκυρόδεμα.
Στη σιδηροδρομική, όπου χρησιμοποιούνται πολύ χονδρόκοκκα (50-65 mm) αδρανή στο υποσύστημα της επιδομής, η οποία αποτελείται από τις σιδηροτροχιές και τους στρωτήρες, για να εξασφαλίζουν την απαραίτητη κλίση και απόσταση μεταξύ τους. Η επιδομή εδράζεται σε στρώμα σκύρων, γνωστό ως έρμα (ballast), το οποίο πρέπει να έχει αντοχή σε θραύση και κρούση, να μην αποσαθρώνεται από τους κύκλους ψύξης απόψυξης (χαμηλό επιφανειακό πορώδες) και να μην επηρεάζεται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Καταλληλότερα υλικά είναι οι χαλαζίτες, μικροκρυσταλλικά εκρηξιγενή και γρανιτικά πετρώματα, δηλαδή συνήθως μεταμορφωμένα πετρώματα, ενώ τα ιζηματογενή συνήθως πρέπει να αποφεύγονται.
Σε άλλες βιομηχανικές εφαρμογές, με πιο διαδεδομένη την τσιμεντοβιομηχανία, όπου απαιτούνται περίπου 1.5-1.6 τόνοι αδρανών ανά τόνο τσιμέντου. Άλλες χρήσεις επίσης αποτελούν η παρασκευή υδράσβεστου [Ca(OH)₂], η χρήση ως συλλίπασμα στη μεταλλουργία, στην υαλουργία, η χρήση στη γεωργία, στις ζωοτροφές, στη φαρμακοβιομηχανία κ.λπ.

Οι ποσότητες που απαιτούνται για τις χρήσεις αυτές είναι αρκετά σημαντικές (Εικόνα 13). Πιο συγκεκριμένα, η διεθνής εμπειρία λέει ότι για κάθε m³ σκυροδέματος που παράγεται (Εικόνα 12), απαιτούνται περίπου 2 τόνους αδρανών υλικών, για κάθε km αυτοκινητόδρομου που κατασκευάζεται καταναλώνονται περίπου 30.000 τόνους αδρανών, ενώ για κάθε km σιδηρόδρομου απαιτούνται 16.000 tn αδρανών. Η κατασκευή ενός σχολείου ή νοσοκομείου απαιτεί τουλάχιστον 4.000 τόνους αδρανών υλικών, ενώ για ένα σπίτι 100 m² απαιτούνται από 100 έως 300 τόνοι αδρανών, ανάλογα με τον τύπο της κατασκευής (όγκος οπλισμένου και άοπλου σκυροδέματος).

Τα αδρανή υλικά με βάση την προέλευσή τους διακρίνονται σε:

Φυσικής προέλευσης (θραυστά πετρώματα, ποταμίσιες λιμναίες ή θαλάσσιες αποθέσεις, λάβα, ηφαιστειακοί τόφφοι, λατομικά προϊόντα κ.λ.π.).
Τεχνητά ή βιομηχανικά είναι τα αδρανή που έχουν προκύψει ως προϊόντα ή παραπροϊόντα βιομηχανικής δραστηριότητας από χημική ή θερμική επεξεργασία πρώτων υλών ορυκτής ή άλλης προέλευσης (π.χ. τέφρες, σκωρίες, περλίτης, βερμικουλίτης κλπ).
Ανακυκλωμένα είναι τα αδρανή που προκύπτουν από την επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση δομικών υλικών από υφιστάμενες κατασκευές (υλικά κατεδαφίσεων σκυροδέματος, τοιχοποιίας, ασφαλτικών έργων κ.λ.π.).

Σήμερα (2013), λόγω της παρατεταμένης οικονομικής κρίσης που έχει επηρεάσει αρνητικότατα τον οικοδομικό και κατασκευαστικό τομέα, η εθνική παραγωγή δεν υπερβαίνει τους 30.000.000 τόνους.