Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά τη μηχανοχημική ενεργοποίηση αποβλήτων οπτοπλινθοδομών με στόχο την παραγωγή συμπληρωματικών τσιμεντοειδών υλικών ικανών να υποκαταστήσουν μερικώς το τσιμέντο Portland σε κονιάματα και σκυρόδεμα. Η αξιοποίηση των υπολειμμάτων οπτόπλινθων εντάσσεται στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας και της απανθρακοποίησης του κατασκευαστικού κλάδου.

Η διεργασία αντιμετωπίζεται ως πλήρως ελεγχόμενη και ικανή να βελτιστοποιηθεί, και όχι ως απλή προ-επεξεργασία. Για τη συστηματική διερεύνηση των κρίσιμων παραμέτρων εφαρμόζεται μεθοδολογία Σχεδιασμού Πειραμάτων και συγκεκριμένα σχεδιασμός Box–Behnken (BBD) τριών παραγόντων σε τρία επίπεδα: του λόγου μάζας σφαιρών προς υλικό (B/P: 5–35), του χρόνου άλεσης (10–60 min) και της ταχύτητας περιστροφής του πλανητικού μύλου (200–600 rpm). Ως αποκρίσεις μετρήθηκαν η συνολική θερμική ενέργεια που εκλύεται σε 7 ημέρες, ακολουθώντας το πρότυπο ASTM C1897-20, ως δείκτης ποζολανικής δραστικότητας, και η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας κατά την άλεση. Η στατιστική επεξεργασία πραγματοποιήθηκε με τη μεθοδολογία επιφανειών απόκρισης στο λογισμικό Minitab.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ταχύτητα περιστροφής αποτελεί τη δεσπόζουσα παράμετρο για την απόκριση δραστικότητας (συνεισφορά ~61%), ακολουθούμενη από τον λόγο B/P και τον χρόνο άλεσης, ενώ η ενέργεια κατανάλωσης εξαρτάται κυρίως από την ταχύτητα και τον χρόνο άλεσης καθώς και τη μεταξύ τους αλληλεπίδραση. Από την πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση προέκυψε ως βέλτιστος συνδυασμός B/P ≈ 30, χρόνος ≈ 20 min και ταχύτητα ≈ 500 rpm, με αναμενόμενη δραστικότητα 362,66 J/g SCM και κατανάλωση 0,1776 kWh. Επιβεβαιώνεται ότι η βέλτιστη απόδοση δεν συμπίπτει με τη μέγιστη ενεργειακή εισροή και ότι η μηχανοχημική ενεργοποίηση αποβλήτων οπτόπλινθων αποτελεί τεχνικά εφικτή και περιβαλλοντικά συμφέρουσα λύση για την παραγωγή συμπληρωματικών τσιμεντοειδών υλικών.

This thesis investigates the mechanochemical activation (MCA) of brick masonry waste to produce Supplementary Cementitious Materials (SCMs) able to partially replace ordinary Portland cement (OPC) in mortars and concrete. The valorization of brick waste is framed within the broader context of circular economy and the decarbonization of the construction sector.

The activation process is treated as fully controllable, able to be optimized operation rather than a simple pre-treatment. A Design of Experiments (DOE) approach is adopted, specifically a three-factor, three-level Box–Behnken Design (BBD) with varying ball-to-powder mass ratio (B/P: 5–35), milling time (10–60 min) and rotation speed of the planetary ball mill (200–600 rpm). The selected responses are the 7-day cumulative heat release measured by isothermal calorimetry, according to ASTM C1897-20, used as an indication for pozzolanic reactivity, and the total electrical energy consumption recorded during milling. Statistical analysis is performed using Response Surface Methodology (RSM) using the Minitab software package.

The results show that rotation speed is the dominant factor controlling reactivity (~61% contribution), followed by the B/P ratio and the milling time, while energy consumption is governed primarily by speed and time and their interaction. Multi-response optimization yields an optimal operating point at B/P ≈ 30, milling time ≈ 20 min and speed ≈ 500 rpm, with a predicted reactivity of 362.66 J/g SCM and an energy consumption of 0.1776 kWh. The optimum is shown not to coincide with the maximum energy input, confirming that mechanochemical activation of brick masonry waste is a technically feasible and environmentally favorable route for SCM production.