Aktualne wydanie

ss 11 2018 okladka

20180813-BANNER-160X600-V1-PL-GLASSTECEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 konferencja 2018 banner

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

 

konferencja 2018 banner

 

 lisec SS FastLAne

 

 windoor tech550x120

 

 

Zastosowanie stłuczki szklanej i popiołów fluidalnych do produkcji spoiw
Data dodania: 23.06.13

 

W pracy przedstawiono wyniki badań zaczynów sporządzonych ze spoiw będących mieszaninami popiołów fluidalnych „Pątnów” i „Turów” oraz mielonej stłuczki szklanej. Badano możliwość użycia tych popiołów jako źródła wapna do aktywacji mielonej stłuczki szklanej. Do testów użyto spoiw zawierających różne ilości popiołów i stłuczki szklanej. Ze spoiw wykonano zaczyny, dla których określono cechy wytrzymałościowe. Próbki dojrzewały w temperaturze otoczenia oraz w warunkach autoklawizacji w temperaturze 185°C przez 24 godziny. Uzyskane wyniki wytrzymałościowe wykazały że mieszaniny popiołów z mieloną stłuczką szklaną hydratyzują i wykazują przyrosty wytrzymałości. Wykazano, że spoiwa zawierające dużą ilość stłuczki szklanej są bardzo obiecującym rozwiązaniem, w szczególności w przypadku materiałów autoklawizowanych.

 

Wprowadzenie

Szkło, obok betonu i stali, jest w obecnych czasach materiałem najczęściej stosowanym w budownictwie, przemyśle, nauce oraz w życiu codziennym. Powszechne zastosowanie szkła w tak wielu dziedzinach odbija się na powstawaniu znacznej ilości odpadów zawierające różnego rodzaju szkła, często bardzo trudnych w utylizacji. Szybki rozwój gospodarczy Polski i innych krajów Europejskich jeszcze bardziej zintensyfikował nagromadzenie odpadów szklanych. Chociaż w Polsce bezbarwne szkło przeźroczyste jest ponownie wykorzystywane w procesie produkcyjnym wytwarzania szkieł, to szkło kolorowe (w tym zanieczyszczone metalami ciężkimi) stanowi narastający problem utylizacji odpadów.

Zagospodarowanie stłuczki szklanej to również palący problem w wielu krajach całego świata. Przykładowo, w roku 2005 w USA wyprodukowano ok. 12,15 milionów Mg szkła z czego tylko 2,18 milionów Mg pochodziło w recyklingu [1]. Obecnie w Polsce statystycznie powstaje 18 kg stłuczki szklanej na mieszkańca rocznie i ilość ta stale rośnie. Ilość stłuczki szklanej ocenia się na około 900 000 Mg rocznie, jednak w roku 2004 odzyskano tylko 300 000 Mg [2]. Większość stłuczki szklanej jest usuwana na składowiska. Może to spowodować zablokowanie możliwości składowania stłuczki szklanej w przeciągu najbliższych dziesięciu lat.

W Polsce, jak również w wielu innych krajach odzyskiwane odpady szklane po procesie uzdatniania wykorzystywane są powtórnie w procesie topienia szkieł. Efektywność tego procesu zależy od techniki segregowania odpadów szklanych a także ograniczeń jej ponownego wykorzystania ze względu na wiele czynników – np. zanieczyszczenie chemikaliami, metalami ciężkimi lub ze względu na zabarwienie, co eliminuje ich powtórne użycie jako pełnowartościowego surowca do produkcji szkła bezbarwnego.

Powyższe powody są istotnym bodźcem do poszukiwania możliwości zastosowania odpadowej stłuczki szklanej w przemyśle materiałów wiążących i budowlanych.

(...)

 

 

Prace badawcze nad możliwością wykorzystania stłuczki szklanej jako kruszywa do betonu prowadzono już w latach sześćdziesiątych XX w [3-5]. Stłuczka szklana jest z powodzeniem stosowana do budowy dróg, asfaltowych nawierzchni drogowych, produkcji dachówek, cegieł, paneli ściennych, włókien i wełny szklanej, materiałów ściernych, nawozów sztucznych, podłoża do stabilizacji gruntów i modelowania terenu [6]. Wysokie koszty utylizacji i składowania stłuczki szklanej spowodowały intensyfikację badań nad możliwościami ponownego jej wykorzystania w technologii materiałów budowlanych [5-18]. Rezultaty tych badań wskazują na możliwość otrzymania betonu ze 100% zawartością stłuczki szklanej jako kruszywa [12, 18]. Niemniej jednak zwiększenie ilości odpadowej stłuczki powodowało obniżenie wytrzymałości betonu [19, 20]. Zastosowanie szkła do produkcji betonu było ograniczone ze względu na znany, szkodliwy wpływ ekspansywnych produktów reakcji krzemionki z alkaliami ASR (reaktywność alkaliczna kruszyw). Niektóre badania wykazały, że ziarna szkła większe niż 1,2-1,5 mm sprzyjają reakcji ASR [14], natomiast mielenie szkła poniżej 300 μm zmniejsza wpływ niszczącego działania ekspansywnych produktów ASR [21]. Drobno zmielone szkło wykazuje również właściwości pucolanowe, w niektórych przypadkach silniejsze niż powszechnie stosowane dodatki pucolanowe [19, 20, 22]. Stosowanie innych odpadowych substancji, takich jak popioły lotne, czy granulowany żużel wielkopiecowy jako dodatków do betonu jest pozytywną przesłanką również dla stłuczki szklanej [23-25].

Niniejsza praca zawiera wyniki badań przeprowadzonych na zaczynach, wykonanych ze spoiw składających się z popiołów fluidalnych oraz mielonej stłuczki szklanej. Badano możliwość wykorzystania popiołów fluidalnych zawierających wolne wapno jako aktywatora popiołowo-szklistej mieszaniny spoiwowej.

 

 

SS-2013-05-42-1

 

 

Metodyka badawcza

W ramach badań wykonano zaczyny składające się z popiołów fluidalnych „Pątnów” i „Turów” oraz mielonej stłuczki szklanej (skład chemiczny w tabeli 1). Do badań użyto równego udziału wagowego bezbarwnej stłuczki opakowaniowej oraz stłuczki w kolorach zielonym i brązowym. Jak wynika z przeprowadzonych wcześniej badań, kolor stłuczki miał wpływ na aktywność badanych szkieł. Po oczyszczeniu i wysuszeniu w temperaturze ok. 105°C opakowania szklane mielono przez ok. 2,5 godziny w młynie kulowym do uzyskania powierzchni właściwej rzędu 4500 cm2/g (wg metody Blain’a). Poszczególne zaczyny różniły się rodzajem popiołu, frakcją i udziałem procentowym poszczególnych składników. Składy zaczynów oraz stosunek wodno/ spoiwowy przedstawiono w tabelach 2-4.

 

 

SS-2013-05-42-2

 

SS-2013-05-42-3

 

SS-2013-05-43-1

 

 

Surowce zastosowane w badaniach:

  • popiół fluidalny z elektrowni Turów niefrakcjonowany,
  • popiół fluidalny z elektrowni Pątnów niefrakcjonowany,
  • popiół fluidalny z elektrowni Pątnów o frakcji (0-30 μm),
  • popiół fluidalny z elektrowni Pątnów o frakcji (30- 100 μm),
  • mielona stłuczka szklana.

 

Następnie zaformowano beleczki o wymiarach 25×25×100 mm które dojrzewały w zamkniętym pojemniku, w temperaturze otoczenia, przez 7, 28, 90 dni.

Na stwardniałych zaczynach, dojrzewających w warunkach normalnych, wykonano badanie wytrzymałości na ściskanie.

Z powodu dużych różnic w wodożądnościach badanych popiołów i szkła konieczne było zastosowanie różnych stosunków wody do suchych składników (W/S) w badanych próbkach. Nie pozostaje to bez wpływu na wytrzymałość próbek, jednak i tak próbki o najniższym stosunku W/S wykazywały najniższe wytrzymałości.

 

Wyniki badań

Próbki do badań wytrzymałościowych przygotowano z zaczynów, wg składów podanych w tabelach 1-4. Z zaczynów zaformowano beleczki o wymiarach 25×25×100 mm. Po rozformowaniu próbki przełożono do szczelnie zamkniętych pojemników nad powierzchnią wody, gdzie dojrzewały przez wymagany okres czasu. Na rysunkach 1-4 przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na ściskanie po różnych czasach dojrzewania.

Badania wytrzymałości na ściskanie wskazują na możliwość zastosowania popiołów fluidalnych jako aktywatora stłuczki szklanej, jednak po dłuższych okresach. Badane popioły zawierają znaczne ilości aktywnego wapna, który powoduje silną alkalizację środowiska i sprawia, że stłuczka szklana staje się aktywna. Najprawdopodobniej w takim układzie szkło zachowuje się jak pucolana w zaczynach cementowych, reagując z wolnym wodorotlenkiem wapnia co prowadzi do powstawania C-S-H. Wpływ stłuczki szklanej jest szczególnie widoczny po dłuższych czasach dojrzewania. Fakt ten wskazuje na istotny wpływ alkaliów zawartych w szkle na proces twardnienia, które uwalniają się do hydratyzującego układu w miarę postępu hydratacji ziaren szkła.

 

 

SS-2013-05-43-2

Rys. 1. Wytrzymałość na ściskanie zaczynów szkło + popiół niefrakcjonowany Turów.

 

 

SS-2013-05-43-3

Rys. 2. Wytrzymałość na ściskanie zaczynów szkło + popiół Pątnów f (0-30 μm).

 

 

SS-2013-05-43-4

Rys. 3. Wytrzymałość na ściskanie zaczynów szkło + popiół Pątnów f (30-100 μm).

 

 

SS-2013-05-44-1

Rys. 4. Zestawienie wyników dla zaczynów dojrzewających w warunkach laboratoryjnych. 

 

 

Wnioski

Celem pracy była ocena możliwości zastosowania mieszaniny szklano-popiołowej z wykorzystaniem popiołów fluidalnych jako surowców do wytworzenia spoiw hydraulicznych. Bazując na otrzymanych wynikach możliwe jest postawienie następujących wniosków:

  • mielona stłuczka szklana w obecności wapna (popiołów zawierających wolne wapno) wykazuje aktywność pucolanową, co przejawia się przyrostem wytrzymałości badanych zaczynów;
  • wytrzymałość zaczynów szklano-popiołowych po 28 i 90 dniach dojrzewania jest wystarczająca do zastosowania takich spoiw np. w technologii utwardzania gruntów.

 

 dr inż. Ł. Gołek, inż. E. Kapeluszna
AGH, Kraków – Wydział Inżynieri Materiałowej i Ceramiki,
Katedra
Technologii Materiałów Budowlanych

 

Literatura
1. EPA 2005, Environmental Protection Agnency (EPA). Minicipal solid waste generation, recycling, and disposal in the United States: Facts and figures for 2005. EPA-530-F06-039. October 2006.
2. EKO 2007,EKO-UNIA, 24.06.2007, Szkło jako surowiec wtórny [in Polish], Raport prepared by Ecological Association EKO-UNIA.
3. Pike RG, Hubbard D, Newman ES. Binary, 1960, Silicate glasses in the study of alkali aggregate reaction. High Res. Board Bull.; 275:39–44; 1960.
4. Schmidt A., Saia WHF. 1963, Alkali-aggregate reaction tests on glass used for exposedaggregate wall panel work. ACI Mater J; 60:1235–6; 1963.
5. Jonhnston C.D. 1974, Waste glass as coarse aggregate for concrete. J. Test Eval; 2(5):344–50; 1974.
6. Reindl J.,1998 Report by recycling manager. Dane County, Department of Public Works, Madison, USA, August 1998.
7. Guangren Qian, Darren Delai Sun, Joo Hwa Tay, 2003, Characterization of mercury- and zinc-doped alkali-activated slag matrix: Part I. Mercury, Cem. Conc. Res. 33; 1251–1256; 2003.
8. Minocha, Neeraj Jain, C.L. Verma, 2003, Effect of inorganic materials on the solidification of heavy metal sludge, Cem. Conc. Res. 33; 1695–1701; 2003.
9. Kuen-Sheng Wang, Kae-Long Lin, Zuh-Quia Huang, 2001, Hydraulic activity of municipal solid waste incinerator fly-ash-slag-blended eco-cement, Cem. Conc. Res. 31; 97–103; 2001.
10 . Cheryl E. Halim, Rose Amal, Donia Beydoun, Jason A. Scott, Gary Low, 2004, Implications of the structure of cementitious wastes containing Pb(II), Cd(II), As(V), and Cr(VI) on the leaching of metals, Cem. Conc. Res. 34; 1093– 1102; 2004.
11 . Deja 2004, Immobilization of Cr6+, Cd2+, Zn2+ and Pb2+ in alkali-activated slag binders, Cem. Conc. Res. ; vol. 32 s. 1971–1979; 2002.
12 . Meyer C, Baxter S. 1998 Use of recycled glass and fly ash for precast concrete. Rep. NYSERDA 98-18 (4292-IABR-IA-96) to New York State Energy Research and Development Authority, Dept of Civil Engrg and Engrg Mech. Columbia University, New York; 1998.
13 . Pollery C, Cramer SM, De La Cruz RV., 1998, Potential for using waste glass in Portland cement concrete. J Mater. Civil Eng.; 10(4):210–9; 1998.
14 . Bazant ZP, Zi G, Meyer C. 2000, Fracture mechanics of ASR in concretes with waste glass particles of different sizes. J. Eng. Mech.;126:226–32; 2000.
15 . Byars EA, Morales-Hernandez B, Zhu HY, 2004. Waste glass as concrete aggregate and pozzolan. Concrete;38(1):41–4; 2004.
16 . Topcu IB, Canbaz M, 2004 Properties of concrete containing waste glass. Cem. Conc. Res.; 34:267–74; 2004.
17 . Chen CH, Huang R, Wu JK, Yang CC., 2006 Waste E-glass particles used in cementitious mixtures. Cem. Conc. Res.;36:449–56; 2006.
18 . Meyer C, Baxter S. 1997, Use of recycled glass for concrete masonry blocks final report 97-15. Albany, New York: New York State Energy Research and Development Authority; 1997
19 . Shi C, Y. Wu, C. Riefler, H. Wang, 2005 Characteristics and pozzolanic reactivity of glass powders, Cem. Concr. Res. 35 987–993; 2005.
20 . Shayan A, Xu A, 2006 Performance of glass powder as a pozzolanic material a field trial on concrete slabs. Cem. Conc. Res;36(2):457–68; 2006.
21 . Meyer C., Baxter S., W. Jin, 1996 Alkali-silica reaction in concrete with waste glass as aggregate, in: K.P. Chong (Ed.), Materials for a New Millennium, Proceedings of ASCE Materials Engineering Conference, Washington, D.C., pp. 1388–1394; 1996.
22 . Shao Y, Lefort T, Moras S, Rodriguez D., 2000 Studies on concrete containing ground waste glass. Cem. Conc. Res.; 30(1): 91–100; 2000.
23 . Shao Yixin, Thibaut Lefort, Shylesh Moras, Damian Rodriguez, 2000, Studies on concrete containing ground waste glass, Cem. Conc. Res. 30; 91–100; 2000.
24 . Gołek Ł., Kołodziej Ł., Różycka A., Właściwości zaczynów na bazie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem szkieł przemysłowych, Dni Betonu, Wisła 2010.
25 . Deja J., Gołek Ł., Kołodziej Ł., Zastosowanie stłuczki szklanej w produkcji spoiw, Cement Wapno Beton, 2011 R. 16/78 nr 6 s. 349–354

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

Więcej informacj: Świat Szkła 05/2013

 

 

 

 

01 chik
01 chik