Őrölt üveghulladék újrahasznosítása habarcsok töltőanyagaként

Átírás

1 EGYÉB HULLADÉKOK 6.1 Őrölt üveghulladék újrahasznosítása habarcsok töltőanyagaként Tárgyszavak: habarcs; hulladékhasznosítás; technológia; üveg-újrahasznosítás. A kutatás célja Olasz kutatók tanulmányozták a törött üvegekből és bontott épületekből származó üveghulladék újrahasznosításának lehetőségét habarcsok és beton töltőanyagaként. A cement alkálianyag-tartalma és a hulladéküveg szilícium-oxidja közötti reakció kockázata miatt az ilyen újrahasznosítás még szokatlan. Ez a reakció nagy repedezési problémákat okozhat, és rendkívül káros lehet a habarcs és a beton tartósságára. A szakirodalomban közölt adatok azonban azt mutatják, hogy az üveghulladék 75 µm-nél finomabbra őrlése esetén ez a hatás nem mutatkozik, és a habarcs tartóssága szavatolt. A mostani kutatásokban is igazolták az üveghulladék reaktivitását a habarcs cementpasztájával, az üvegőrlemény szemcseméretének változtatásával. A 100 µm-nél finomabb szemcseméretek tartományában a reakció nem volt kimutatható. Ez az üveghulladék habarcsok és betonok finom töltőanyagaként való újrahasznosításának megvalósíthatóságát jelezte. Az üveghulladék ezenkívül kedvezően hat a habarcs mikroszerkezeti tulajdonságaira, javítja mechanikai teljesítményét. A felhasznált anyagok A kísérletekhez Olaszország Toszkána régiójából, differenciált hulladékelhelyezésből származó nátrium-kalciumos üvegeket használtak. A valószínűleg törött üvegekből és épületek bontásából származó anyagokat már megmosták, megőrölték, és előkészítették üveggyárba szállításhoz, új üveg gyártásához. Eredetük pontos ismerete itt most nem érde-

2 kes, mert a nátrium-kalciumos ipari üvegek összetétele az üveglerakókban és palackokban, illetve a táblaüvegekben közel azonos. Ennek a feltételezésnek az igazolásához elemezték a használt üvegek összetételét. Az eredmények, amelyek az 1. táblázatban láthatók, megerősítették a hipotézist. 1. táblázat Az üveghulladék vegyi összetétele Oxidok Tartalom, % SiO 2 72,5 Al 2 O 3 1,7 CaO 12,0 MgO 0,2 Na 2 O 12,2 K 2 O 1,0 Az üveghulladék három különböző frakcióját vizsgálták. A legfinomabbat A-üvegnek jelölték, ennek a szemcsézete 36 µm-nél finomabb volt. A közepes B-üveg µm-es, és a legdurvább C-üveg µm-es szemcséket tartalmazott. Minden esetben kereskedelmi, CEM II/A-L42,5R típusú, az EN- 197/1 európai szabványnak megfelelő portlandcementet használtak, amelynek a Blaine-finomsága 0,415 m 2 /g, sűrűsége pedig 3050 kg/m 3 volt. A habarcsok készítéséhez töltőanyagként természetes homokot használtak, 50 mm-ig terjedő szemcsézettel, 2620 kg/m 3 fajlagos tömeggel és 3,0% vízfelvétellel. A keverék összetétele Hétféle habarcsot készítettek. Az egyik a referenciahabarcs volt, amelyet Ref -fel jelöltek, természetes homokot tartalmazott, a cementhez képest 3:1 arányban. Három habarcs üveghulladékkal készült, amellyel az összes töltőanyag 70%-át váltották fel. A különböző szemcse-összetételű frakciókkal készített keverékeket A-70, B-70 és C-70 jelöléssel látták el. Ezenkívül, 30%-os habarcsokat is készítettek, A-30; B- 30 és C-30 összetétellel. A habarcsok összetételét a 2. táblázat foglalja össze.

3 A keverékek arányai 2. táblázat Keverék Víz/cement Adagok, g víz cement semleges A-üveg B-üveg C-üveg Ref 0, A-70 1, B-70 1, C-70 1, A-30 0, B-30 0, C-30 0, A friss habarcs konzisztenciájának ellenőrzése folyási vizsgálattal (az EN nak megfelelően) lehetővé tette a vízadagolás beállítását az egyes habarcsokhoz úgy, hogy friss feldolgozhatóságuk szintje azonos legyen. Általában az őrölt üveghulladék nagyobb aránya nagyobb vízmennyiséget igényel azonos folyékonysághoz. A próbatestek vizsgálata A 2. táblázat szerinti habarcskeverékből hasáb alakú (40x40x160 mm-es) próbatesteket készítettek. Ezeket öntötték, nedvesen kezelték 24 órán át majd 20 C-os levegőn további 27 napon át, azt követően pedig vízbe merítették 100 napra. Végül a próbatesteket négy órán át forró vízben kezelték, majd vízben hűtötték. A bemerítés alatt ellenőrizték a munkatestek hosszát, és morfológiai megfigyeléseket végeztek. A méretváltozások gyakorlatilag elhanyagolhatók voltak, az észlelt ingadozások az elkerülhetetlen kísérleti hibáknak (±0,02 mm) tulajdoníthatók. Vegyi károsodást, repedezést vagy üveges lerakódásokat nem észleltek. A habarcsok mechanikai szilárdsága A habarcsok mechanikai vizsgálatait 180 napos kötés után végezték. Az EN jelű, Cementvizsgálati módszerek. A szilárdság meghatározása című szabvány szerinti nyomó- és hajlítószilárdsági vizsgálatokat hajtottak végre. Az eredmények az 1. ábrán láthatók.

4 70 mechanikai szilárdság, MPa Ref A-70 B-70 C-70 A-30 B-30 C-30 habarcstípus hajlítószilárdság 180 nap után nyomószilárdság 180 nap után 1. ábra A habarcsok nyomó- és hajlítószilárdsága 180 napos kötés után Meglepő, hogy bár az őrölt üveghulladékot tartalmazó habarcsok víz/cement aránya nagyobb volt, mint a referenciahabarcsé, szilárdabbnak bizonyultak mind a nyomó-, mind a hajlítóvizsgálatokban, függetlenül a keverékhez adott üvegőrlemény típusától és arányától. Pásztázó elektronmikroszkópos megfigyelések és a pórusszerkezet jellemzése A vizsgálatok során nyert 5000-szeres nagyítású képek azt mutatták, hogy az üvegőrleményt tartalmazó habarcsok mikroszerkezete számottevően tömörebb, mint a referenciahabarcsé. 180 napos kötés után higanyintrúziós módszerrel vizsgálták a pórusszerkezetet. A teljes nyílt porozitásra vonatkozó eredményeket a 2. ábra foglalja össze. Az eredmények értékelése A B-70 jelű habarcs nyomószilárdsága volt a legnagyobb, és ebben volt a legkisebb a makro- és mezopórusok (azaz 100 nm-nél nagyobb pórusok) aránya. Az üvegőrleményt tartalmazó habarcsokat általában nagyobb teljes nyílt porozitás jellemezte, mint a referenciahabarcsot, de a pórusok kö-

5 zepes mérete jelentősen kisebb: a pórusok számottevő aránya 10 nmnél kisebb volt. C-70 B-70 A-70 Ref nyílt porozitás, % nanopórusok (d<10 nm) mezopórusok (100 nm<d<1000 nm) mikropórusok (10 nm<d<100 nm) makropórusok (d>1000 nm) 2. ábra A vizsgált habarcsok pórusszerkezete 180 napos szilárdulás után Egy korábbi, hasonló kísérlet kapcsán arra a következtetésre lehet jutni, hogy a finom üvegőrlemény jelenlétében végbemegy bizonyos reakció a cement alkáli anyagai és az üveg szilícium-oxidja között, de az ezzel összefüggő tágulásnak nincsenek káros következményei makroszkópos szinten, sőt a mikroszerkezet kedvező finomodása vehető észre. Összeállította: Szende György Corinaldesi, V.; Gnappi, G. stb.: Reuse of ground waste glass as aggregate for mortars. = Waste Management, 25. k. 2. sz p Ducman, V.; Mladenovič, A.; Ŝuput, J. S.: Lightweight aggregate based on waste glass and its alkali-silica reactivity. Cement and Concrete Research, 32. k. 2. sz p Shao, Y.; Lefort, T. stb.: Studies on concrete containing ground waste glass. = Cement and Concrete Research, 30. k. 1. sz p