Mosty z kompozytów termoplastycznych powstałych z recyklingu tworzyw sztucznych

Technologia produkcji elementów z RTC polega na recyklingu mechanicznym OTS. Pierwszym etapem procesu produkcyjnego jest sortowanie i mycie odpadów. OTS są rozdzielane na dwie linie produkcyjne w zależności od rodzaju i tekstury, a następnie odpowiednio myte w celu usunięcia wszystkich zanieczyszczeń, takich jak etykiety i kleje. Drugim etapem procesu jest rozdrabnianie: OTS są redukowane do małych strzępów i granulek za pomocą specjalnych maszyn, dostosowanych do rodzaju odpadów. Do rozdrobnionych OTS dodaje się włókna i inne dodatki. Tak przygotowana mieszanka jest podgrzewana do temperatury 100/105°C, a następnie chłodzona wodą i umieszczana w oddzielnych zbiornikach, zawierających najczęściej osobno HDPE, LD PE oraz łącznie PET, PP i PS. To rozdzielenie jest konieczne, ponieważ każdy materiał zapewnia odpowiednie cechy produktu końcowego: na przykład LDPE zapewnia wysoką elastyczność i odporność na wilgoć oraz wysoką łatwość przetwarzania, HDPE gwarantuje sztywność i wytrzymałość mechaniczną, a PET zapewnia łatwość barwienia. W zależności od niezbędnych cech końcowego produktu jest opracowywana i badana odpowiednia mieszanka OTS. Najbardziej typowa mieszanka OTS stosowana do produkcji RTC zawiera w przybliżeniu ok.: 45% HDPE, 45% LDPE, 5% PET oraz 5% PP i PS.

Ostatnim etapem produkcji elementu z kompozytu RTC jest wytłaczanie (ekstruzja). Mieszanina OTS jest doprowadzana do temperatury 200°C, przepychana przez matrycę o wybranym przekroju poprzecznym i formowana w podłużny produkt końcowy o pożądanym kształcie. Gotowy, rozgrzany produkt jest chłodzony w wodzie przez 2-3 minuty, a następnie jest naturalnie chłodzony i suszony na regałach. W razie potrzeby przekrój poprzeczny końcowego produktu może być wzmocniony przez umieszczenie w rdzeniu przekroju rurowego elementu stalowego.

Kompozyt RTC był początkowo, tj. pod koniec lat 90. XX w., stosowany głównie do produkcji podkładów kolejowych, a także w postaci pali i desek w marinach, promenadach czy konstrukcjach oporowych, w przypadku których okazał się realną alternatywą dla bardziej tradycyjnych materiałów budowlanych, w tym drewna, stali i betonu. Na początku XXI w. jego zastosowanie zostało rozszerzone na obiekty mostowe [5], głównie za sprawą firmy Axion International, New Providence, New Jersey, USA (https://axionsi.com). Firma ta po wykupieniu licencji od Rutgers University opracowała w 2012 r. wraz z firmą konsultingową Parsons Brinckerhoff katalog Standard Design Guide for Thermoplastic Bridges. Zawiera on typowe projekty jednoprzęsłowych mostów drogowych o trzech zakresach rozpiętości: 3,0-4,5 m, 4,5-6,0 m oraz 6,0-7,60 m, wykonanych z elementów RTC tworzących Axion’s STRUXURE Construction System. System pozwala budować zarówno lekkie kładki dla pieszych, typowe mosty drogowe na pełne obciążeniowe wg norm amerykańskich, jak również mosty kolejowe o nośności nawet do 120 ton. W tab. 1 zestawiono podstawowe elementy systemu, z którego powstają zarówno przęsła, jak i podpory typowego mostu z RCT. Na fot. 1 pokazano główne elementy systemu.

Katalog zawiera również projektowe parametry materiałowe kompozytu RTC, które zaleca się uwzględniać przy projektowaniu mostów z elementów systemu. W tab. 2 podano główne materiałowe parametry projektowe kompozytu RTC wyznaczone wg specjalnych procedur ASTM. Należy zwrócić uwagę na fakt, że graniczna wytrzymałość, np. na rozciąganie kompozytu RTC, może osiągać ponad 30 MPa, ale tylko mały ułamek tej wytrzymałości (4,2 MPa) jest wykorzystywany w projektowaniu jako naprężenie dopuszczalne w elementach konstrukcji mostu. Wynika to z konieczności kontroli pełzania oraz z konserwatyzmu związanego z wynikami badań i niejednorodnością materiału. Dlatego przy projektowaniu mostów z kompozytu RTC konieczne jest dokładne zrozumienie właściwości materiału.

Galeria

Zobacz więcej