Przykłady zastosowania proszków i kruszyw odpadowych w składzie kompozytów cementowych

Przykłady wykorzystania materiałów w postaci proszków odpadowych

Oprócz klasycznych dodatków do zapraw i betonów cementowych, takich jak: granulowany żużel wielkopiecowy [1, 2], popioły lotne [3] i pył krzemionkowy [4], w ostatnich latach można zaobserwować wzrastającą liczbę publikacji prezentujących wyniki badań kompozytów mineralnych z udziałem odpadowych proszków (fot. 1) pozyskanych z odpadów betonowych i ceramicznych, ze stłuczki szklanej czy też z osadów ściekowych.

Ł. Gołek i E. Kapeluszna w swojej publikacji [5] przedstawili wyniki badań, których celem była ocena możliwości zastosowania mieszaniny szklano-popiołowej z wykorzystaniem popiołów fluidalnych „Pątnów” i „Turów” w technologii wytwarzania spoiw hydraulicznych. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że mielona stłuczka szklana w obecności popiołów zawierających wolne wapno wykazuje aktywność pucolanową. Świadczyć o tym możę przyrost wytrzymałości zaczynów sporządzonych ze spoiw zawierających zróżnicowane ilości popiołów i stłuczki szklanej.

Natomiast R.M. Termino et al. [6] badali efekty trwałości mikrostruktury po 1500 dniach dojrzewania zapraw, w których zastosowano proszek szklany jako zamiennik klinkieru. Na podstawie badań mikrostrukturalnych wykazali, że obecność proszku szklanego wpłynęła na rozproszenie większych porów, dzięki temu powstały pory w przeważającej ilości o średnicy poniżej 10 nm. Było to także odczuwalne podczas analizy odporności na działanie chlorków, które miały większą trudność migracji do wnętrza tak małych porów. Generalnie stwierdzono, że dodanie do 20% proszku szklanego jako zamiennik klinkieru nie pogarsza właściwości zaprawy. Nawet wpływa korzystnie na mikrostrukturę, co pozytywnie przekłada się na poprawę ich trwałości.

L. Gautam et al. [7] przeprowadzili eksperymentalne badania betonów samozagęszczalnych (SSC), wykorzystując jako drobne kruszywo ceramiczny proszek odpadowy z chińskiej porcelany stołowej. W składzie mieszanki betonowej piasek zastąpiono wagowo ceramicznym proszkiem odpadowym w ilości: 0%, 10%, 20%, 30%, 40% i 50%. Podobnie S. Subasi at al. [8] zastosowali granulowany odpad ceramiczny o uziarnieniu mniejszym niż 0,125 mm jako wypełniacz w betonie samozagęszczalnym (SCC). W fazie świeżej i stwardniałej określono właściwości betonów samozagęszczalnych o zawartości cementu 550 kg/m³, przy czym ilość wypełniacza odpadowego dozowano pod względem masy cementu w ilościach: 5%, 10%, 15% i 20%. W rezultacie ustalono, że zastosowanie wypełniacza ceramicznego ma pozytywny wpływ na lepkość mieszanek, jednak nastąpił nieznaczny spadek wartości wytrzymałości. Stwierdzono więc, że drobno zmielony odpad ceramiczny można dodawać do 15%, jeśli parametry mieszanki betonowej i wytrzymałość oceniane są łącznie.

Także A.S. El-Dieb et al. [9], wstępnie oceniając cechy odpadowego proszku ceramicznego, takie jak: skład, morfologia i aktywność, zaplanowali zastosowanie odpadowego proszku ceramicznego jako częściowego zamiennika cementu w betonach trzech klas wytrzymałości (25 MPa, 50 MPa i 75 MPa). Udział odpadowego proszku ceramicznego jako zamiennika cementu był różny i wynosił: 10%, 20%, 30% i 40%. Autorzy wykonali szereg badań zarówno mieszanki, jak i betonu, również z zakresu trwałości tego kompozytu. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano, że mieszanki betonowe z ceramicznym proszkiem odpadowym charakteryzowały się zmienną wydajnością mierzonych właściwości w zależności od zastosowanego poziomu zastąpienia.

W celu zoptymalizowania specyficznych właściwości mieszanki i betonu z udziałem ceramicznego proszku odpadowego opracowano indeks wydajności (PI). Uwzględnia urabialność, wytrzymałość na ściskanie i trwałość jako mierniki wydajności przy wyborze najbardziej odpowiedniego poziomu zastąpienia cementu ceramicznym proszkiem odpadowym. Autorzy zasugerowali także, że PI można rozszerzyć o dodatkowe kryteria. W takim ujęciu problemu cement można zastąpić ceramicznym proszkiem odpadowym nawet do 40%.

L.G. Li et al. [10] wykonali eksperymentalne badania dotyczące wykorzystania ceramicznych odpadów polerskich, które powstają w trakcie polerowania ceramiki, jako zamiennik zaczynu cementowego. Wykonano szereg mieszanek zaprawy o różnej zawartości cementu, wody i ceramicznych odpadów polerskich. W ramach badań sprawdzano urabialność mieszanki, a także oznaczono wytrzymałość i przeprowadzono analizę SEM struktury stwardniałej zapraw. Stwierdzono, że dodając do 20% objętościowo ceramicznego odpadu polerskiego jako zamiennik zaczynu. Zawartość cementu można zmniejszyć o 33%, wytrzymałość na ściskanie zwiększyć o co najmniej 85%, a mikrostruktura zaprawy jest bardziej zagęszczona.

L. Gautam et al. [11] natomiast przedstawili potencjalne wykorzystanie odpadów granitowych jako zamiennika cementu i kruszyw naturalnych. W swoich badaniach wykorzystali odpady granitowe powstające jako produkt uboczny w procesie cięcia i szlifowania kamienia granitowego w przemyśle kamieniarskim. Zakres badań obejmował oznaczenie właściwości betonu takich jak: urabialność, wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie, wytrzymałość na rozciąganie, skurcz przy wysychaniu, prędkość impulsu ultradźwiękowego (UPV), przepuszczalność, nasiąkliwość, porowatość i oddziaływanie siarczanów. Porównując wyniki badań z betonem referencyjnym, ustalono optymalny udział procentowy odpadów granitowych, a ich różnorodność zapewnia skuteczne rozwiązanie wykorzystania odpadów granitowych w betonie jako materiału zastępczego w określonym procencie.