Μελέτη σκυροδεμάτων με σκωριοαδρανή για θωράκιση έναντι έκθεσης σε ακτινοβολία και υψηλές θερμοκρασίες

Abstract

The research objective of the present doctoral dissertation is to investigate the utilization ability of the Electric Arc Furnace (EAF) slag, a steel industry byproduct, as a high-density concrete production aggregate for special requirement applications. The special requirements analyzed originate from the respective applications of high-density concrete. More specifically, the analysis includes concrete which can provide increased radiation shielding, larger high-temperature durability, improved mechanical characteristics and increased toughness. Additionally, further improvement of the abilities of concrete with EAF slag aggregates through the incorporation of different-type fibers and/or special aggregates (olivine) is also studied. The research results prove that the use of EAF slag aggregates or the combination of EAF slag aggregates and olivine in unreinforced and fiber-reinforced high-density concrete is highly effective, greatly increasing its mechanical characteristics, as well as certain properties required for special applications. Such properties which are improved compared to conventional concrete are resistance to high temperatures, attenuation of ionized radiation, toughness, resistance to freezing-thawing cycles, and impact and abrasion strength. These properties, combined with the higher density of concrete with EAF slag aggregates favor its use for constructions such as radiation shielding walls, industrial pavements, and military defense and harbor construction projects.

Το ερευνητικό αντικείμενο της διατριβής είναι η διερεύνηση της δυνατότητας αξιοποίησης της σκωρίας ηλεκτροκλιβάνου, ενός παραπροϊόντος που προέρχεται από την βιομηχανία της χαλυβουργίας, ως αδρανές υλικό για την παρασκευή σκυροδέματος μεγάλης πυκνότητας για εφαρμογές ειδικών απαιτήσεων. Οι ειδικές απαιτήσεις που εξετάζονται προκύπτουν από τις αντίστοιχες εφαρμογές του σκυροδέματος μεγάλης πυκνότητας. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζονται σκυροδέματα που μπορούν να προσφέρουν αυξημένη θωράκιση έναντι ακτινοβολιών, μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, βελτιωμένα μηχανικά χαρακτηριστικά και αυξημένη δυσθραυστότητα. Επιπλέον, μελετάται και η περαιτέρω βελτίωση των ιδιοτήτων των σκυροδεμάτων με σκωριοαδρανή, μέσω της ενσωμάτωσης ινών διαφόρων τύπων ή/και ειδικών αδρανών (ολιβίνης). Τα αποτελέσματα της έρευνας καταδεικνύουν ότι η χρήση σκωριοαδρανών ή ο συνδυασμός σκωριοαδρανών και ολιβίνη σε άοπλα και ινοπλισμένα σκυροδέματα μεγάλης πυκνότητας αποδίδει, αυξάνοντας μάλιστα σημαντικά τα μηχανικά τους χαρακτηριστικά, αλλά και συγκεκριμένες ιδιότητες τους όπως η ανθεκτικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, η διαμέσου αυτών εξασθένηση ακτινοβολιών, η δυσθραυστότητα, η αντοχή σε κύκλους ψύξης-απόψυξης και η αντοχή σε κρούση και απότριψη, συγκριτικά με το συμβατικό σκυρόδεμα. Οι ιδιότητες αυτές σε συνδυασμό με τη σχετικά μεγάλη πυκνότητα του σκυροδέματος με σκωριοαδρανή, το καθιστούν μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική πρόταση αντί των βαρέων σκυροδεμάτων που έχουν ήδη αναπτυχθεί διεθνώς, σε κατασκευές όπως τοιχία θωράκισης από ακτινοβολίες, αμυντικά προστατευτικά κελύφη, βιομηχανικά δάπεδα ή λιμενικά έργα.