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-
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 SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O
Tartalom, % 72,5 1,7 12,0 0,2 12,2 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” 36–50 µm-es, és a legdurvább „C-üveg” 50– 100 µm-es szemcséket tartalmazott. Minden esetben kereskedelmi, CEM II/A-L42,5R típusú, az EN197/1 európai szabványnak megfelelő portlandcementet használtak, amelynek a Blaine-finomsága 0,415 m2/g, sűrűsége pedig 3050 kg/m3 volt. A habarcsok készítéséhez töltőanyagként természetes homokot használtak, 50 mm-ig terjedő szemcsézettel, 2620 kg/m3 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; B30 és C-30 összetétellel. A habarcsok összetételét a 2. táblázat foglalja össze.
2. táblázat A keverékek arányai Keverék Víz/cement víz Ref A-70 B-70 C-70 A-30 B-30 C-30
0,56 1,00 1,00 1,00 0,67 0,67 0,67
Adagok, g cement semleges A-üveg
250 450 450 450 300 300 300
450 450 450 450 450 450 450
1350 405 405 405 945 945 945
– 945 – 405 – –
B-üveg
C-üveg
– – 945 – – 405 –
– – – 945 – – 405
A friss habarcs konzisztenciájának ellenőrzése folyási vizsgálattal (az EN 1015-3-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 196-1 jelű, Cementvizsgálati módszerek. A szilárdság meghatározása című szabvány szerinti nyomó- és hajlítószilárdsági vizsgálatokat hajtottak végre. Az eredmények az 1. ábrán láthatók.
mechanikai szilárdság, MPa
70 60 50 40 30 20 10 0 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-
zepes mérete jelentősen kisebb: a pórusok számottevő aránya 10 nmnél kisebb volt.
C-70
B-70
A-70
Ref
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
nyílt porozitás, % nanopórusok (d<10 nm) mezopórusok (100 nm
mikropórusok (10 nm
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. 2005. p. 197–201. 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. 2002. p. 223–226. Shao, Y.; Lefort, T. stb.: Studies on concrete containing ground waste glass. = Cement and Concrete Research, 30. k. 1. sz. 2000. p. 91–100.
