文摘
环境收到数百万吨的垃圾,包括塑料和玻璃,混凝土建筑碎片导致一系列的环境问题。为了减少水泥和利用废玻璃和塑料等材料,本研究使用废玻璃创建压实混凝土样品粉末,浪费塑料粉末,micro-silica,粉煤灰,回收粉混凝土。对压实压、非线性行为和SEM测试标本显示,通过消除80%的水泥和替代20%再生混凝土粉末,micro-silica 15%, 15%粉煤灰、15%浪费塑料粉末,和15%的废玻璃粉末在80°C(20分钟),可持续混凝土抗压和抗弯强度几乎等于样本的抗压和抗弯强度。Micro-silica有几个缺点关于提高混凝土强度和建立一个合适的结合再生混凝土粉末。在极少量、玻璃粉末可用于取代水泥,在更大的数量,它可以代替聚合。最后,发现混凝土砂浆可以完全可持续利用回收材料如玻璃、塑料、再生混凝土,以及micro-silica和粉煤灰,可以使用只有20%的水泥的重量没有降低混凝土的抗压和抗弯强度。
1。介绍
与人口从农村转移到城市和全球消费品的增加,世界已经见证了建筑拆迁和塑料垃圾的速度增加生产。这些活动对环境的负面影响以及经济。对经济的不利影响表现为建筑材料成本的增加砂和石灰岩由于过度使用这些材料。大约80%的天然气和石油用于生产塑料年产量(1]。另一方面,世界石油产量下降(2]。石灰岩和砂的短缺是另一个问题,让此事至关重要(3,4]。此外,不恰当的处理的废物是另一个问题,消极地影响环境。2017年发布的一份报告由美国环境保护署说,总额的生产塑料在那个国家,只有8.3%是恢复和用于回收或焚烧5]。剩下的生产塑料沉积在垃圾填埋场等领域或非法倾倒。同时,产生的碎片作为结构的建设和拆迁的结果在美国在2018年达到24%的浪费在这个国家生产(6]。的不利影响减少垃圾填埋场的废物,可以提到占领土地资源已经不足和生成的有害污染物进入空气、土壤或地下水。水泥行业负责约85的全球公司2世界上一代,这速度预计将增加在未来7,8]。这些统计数据表明,当前利率的塑料和混凝土使用关于可持续发展对环境的负面影响。重用、减少和回收的三种R上述问题的建议对策[9]。每年消耗的塑料中,42%是用于包装准备或购物袋(10]。一个小塑料材料和产品的价值的主要原因再生塑料废弃物的低利率。此外,回收塑料主要是重用于生产低质量的产品。重用塑料制品在建筑行业是一个有前途的解决方案处理大量的塑料垃圾由于需求在这个部门,因为这种材料不恶化,不影响性能。它可以用作纤维或骨料取代其他材料如砂混凝土(11]。同时,重用这些材料补偿原材料的短缺的金额(3,4]。各种研究表明,在混凝土中使用再生塑料增加其抗拉强度与普通混凝土以及它有一个低体积密度(11- - - - - -14]。但值得注意的是使用高比率的塑料由于水泥混凝土降低其强度低的水化附近的塑料表面,疏水性,从而减少水泥矩阵之间的附着力和塑料(11,14]。研究Thorneycroft et al。14以10 wt %)透露,取代塑料砂,同时增加混凝土的抗拉和抗压强度t可以大大减少的速度再生混凝土工业所使用的塑料垃圾。因此,更大比例的塑料垃圾可用于混凝土生产,和旧的方法应该被修改。使用回收材料从建筑和拆迁实践在土木工程领域的重点是老运输的数量,和建筑结构,应该拆除增加(15,16]。使用再生骨料(RA)从建筑行业获得或拆除建筑物来取代原始骨料在混凝土设计和生产已经成为一个新的实践中回收方法(17- - - - - -21]。问题与使用再生骨料(RA)是高孔隙度以及较大的混凝土的吸水率标本,这是由于水化水泥浆与RA,进而减少抗压强度和耐久性混凝土混合(22]。然而,新方法被引入改善再生骨料的不足,减少水泥粘贴在RA (23,24]。但高能源消耗的RA大规模使用有限。同时删除附加水泥浆本身产量进一步增加了浪费。此外,细水泥砂浆生产谷物和固体碎屑颗粒破碎过程中拆除混凝土。而这些微粒聚集,他们处理创造了一个问题。废混凝土破碎产生的不可回收的粉的比例仍在垃圾填埋场虽然最近有前途的进步已经在利用废粉混凝土胶结材料在混凝土混合的形式25]。但需要混凝土粉末颗粒尺寸小于45μ米有一个适当的化学作用,限制了它的使用这种方法。酒井法子et al。22)引入了一个新颖的方法对混凝土废料回收,100%成功没有利用任何新的原材料,包括水泥。
废玻璃已经大量的无定形二氧化硅,这是必要的火山灰反应活性,许多研究工作已经完成使用玻璃粉末或颗粒生产地质聚合物混凝土。这是通过部分取代水泥等原材料,骨料,或scm(补充胶结材料)和废玻璃粉末。这种新技术降低了混凝土的生产成本,降低公司的数量2排放及其对环境的不利影响在生产水泥或其他用于混凝土骨料。这种技术可以减少废玻璃的数量,否则应该处理。与硅、高浓度的碱金属氧化物存在于玻璃的成分(主要是钙氧化或氧化钠)的形式有助于提高混凝土的性能,其中包含废玻璃因为alkali-silica反应(ASR)的潜力。一般来说,增加玻璃颗粒的细度提高了火山灰反应和预防ASR的扩张26- - - - - -28]。ASR和火山灰反应大大提高了耐用性和使用废玻璃胶结材料的属性。胶结材料的机械特性,包含废玻璃,如抗弯、抗压,和分裂拉伸优势,全面研究。有各种类型的眼镜不同成分和粒子大小、矛盾的结果已报告有关相关的优点和缺点在胶结材料使用废玻璃。例如,Borhan [29日)说,大量的减少了分割抗拉和抗压强度混凝土玻璃作为细骨料时更换。同时,Aliet艾尔。30.)报告了类似的结果,减少弯曲,用废玻璃分割抗拉和抗压强度。但有研究与矛盾的结果,废玻璃提高了抗拉和抗压强度与普通混凝土相比(31日,32]。同时,其他研究显示,使用最优比例的废玻璃在胶结材料可能导致最大值为力学性能(33]。此外,众所周知,养护年龄大大影响包含混凝土的强度发展玻璃粉末。glass-containing混凝土的力学性能可能会低于普通混凝土在很短的时间内。然而,长期抗压强度增加由于火山灰反应性与使用玻璃粉末(34]。此外,一些研究工作揭示了相当大的改善耐久性和其他属性的胶结材料包含玻璃粉末,即使在新浇混凝土样本(31日,35- - - - - -37]。在下面几节中,提出了一些研究工作的细节。许多评论文章报道,利用废玻璃胶结复合材料提高了混凝土的特点。黄等。9];回顾,讨论了利用固体废物回收的废玻璃等路面的沥青。不过,他们尚未包括在胶结材料废玻璃的应用和对耐久性的影响包含废玻璃和混凝土的力学性能。史和郑16]讨论了利用废玻璃混凝土骨料代替或水泥,但还没有办理相关的属性这种类型的混凝土的长期性能。在他们的评论,费德里科•和m [38]讨论了ASR,火山灰反应性和方法申请减少使用废玻璃作为SSCM混凝土ASR膨胀。拉施德[39)回顾了耐久性和其他力学性能的玻璃粉末含有胶结材料。然而,他没有处理废玻璃的使用代替粗骨料或水泥。在他们的评论,贾尼和Hogland [40热物性参数和力学性能参数主要集中在具体的使用不同比例的玻璃更换。然而,其他耐久性因素被排除在他们的评论。刘的审查等。18]包括废玻璃的性能作为前体催化剂和聚合alkali-activated材料。梅塔和阿施施41]提供了一个总结评估混凝土的力学性能、可加工性、水和氯离子渗透利用废玻璃和硅灰作为骨料。在他们的评论,汗et al。42)收缩处理,吸收,ASR膨胀,硫酸盐和氯攻击,和机械特征包含废玻璃的胶结材料。过去的研究(43- - - - - -46]表明,利用废玻璃粉末,micro-silica和纤维可以提高混凝土的行为。Mohajerani et al。47)扩展他们的审查通过考虑实际使用的废玻璃底基层和基础的道路、沥青混凝土,ultra-weight混凝土。在许多研究中使用废玻璃粉末形式提高了抗拉强度,但许多研究者也报道他们减少使用废玻璃在胶结材料力学性能。在浪费glass-containing混凝土的早期养护样本,抗拉强度是远远低于普通混凝土,但随着混凝土的养护年龄的增加,不良反应减少,控制混凝土的抗拉强度接近样品(34]。研究过去(48,49)表明,使用再生混凝土等废料生产可以减少二氧化碳。
其他研究人员报道,添加细玻璃骨料比例不到20%不影响混凝土的力学性能,但增加的废玻璃内容,混凝土的抗弯和抗压强度降低。同样,马利克et al。50)取代40%的玻璃粉末细骨料混凝土样本,发现抗拉和抗压强度降低废玻璃比从0增加到40%。
过去的研究表明,回收的材料可用于混凝土今天,包括废玻璃和回收塑料。本文旨在替代全部或部分与可持续的材料,如micro-silica水泥,粉煤灰、废玻璃粉末,浪费塑料粉末,最重要的是,所有再生混凝土粉末。
为此,具体标本进行了抗压和抗弯测试来测试是否可以移除,水泥和取代可持续的材料可以使用。由于塑料和玻璃的存在,样品应该被压缩在水化过程的开始,同时暴露在高温中以便回收塑料进入水化过程更快。标本形成所需的压力在这种方法中大约是100 Mpa,没有意识到在正常情况下,需要大量的能量。因此,需要新方法来减少所需的压力形成的样品。同时,回收大量的塑料垃圾和废玻璃在土木工程学科是一个应该考虑的问题。介绍了一种新的方法来克服上述问题,利用塑料和玻璃混凝土回收过程中通过压缩高温。
使用粉末的影响再生混凝土抗压强度、抗弯强度和SEM测试和分子分析的价值一直在探索以下。
2。实验程序
本研究旨在利用玻璃和废塑料在具体的一种新形式,消除许多水泥部分。在这项研究中使用的所有材料是绿色材料已经提到。实验的流程图如图1。
2.1。使用材料的规格
2.1.1。水泥
在这项研究中,水泥的类型我德黑兰水泥厂,和水泥的物理和化学特性表中列出1和2,分别。此外,使用水泥符合ASTM c114 - 85标准。
2.1.2。再生混凝土粉(RCP)
再生混凝土是使用颚式破碎机粉碎然后地面大小为200µm渗。再生混凝土使用包括普通建筑混凝土。
2.1.3。粉煤灰
根据过去的研究,使用粉煤灰代替水泥的最佳比例为15% (52),在这个研究中,15%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰(图2)使用提供了从POZZOCRETE 63 (DIRK印度)。
2.1.4。强塑剂
由于使用的材料和提高混凝土和易性、权力PLAST-ES强塑剂由Abadgaran公司成立与polycarboxylate化学基础根据ASTM C1017和ASTM C494标准。这样可以减少水的消耗,提高了混凝土的强度及和易性。使用材料的数量是0.3水泥重量的-0.4%。强塑剂规格如表所示3。
2.1.5节讨论。浪费塑料粉(WPP)
塑料瓶垃圾被用于制造塑料粉、碎在工业工厂的帮助下,渗到200米的大小。根据先前的研究,对压实混凝土最优的影响。使用再生塑料粉的水泥重量的15%。根据以往的研究,对混凝土的强度最好的影响(53]。
2.1.6。废玻璃粉末(生产总值)
浪费玻璃瓶被用来制造玻璃粉末。废玻璃粉末(表4和5)分为3大小。大小0到125µm用作混凝土胶结材料。尺寸300 - 500µm作为填料用于混凝土、和大小500 - 700µm用作混凝土骨料。图3显示废玻璃粉末。废玻璃粉末在0到125微米的尺寸已经取代水泥15%,和25%的玻璃粉末已经被骨料取代。先前的研究(Orouji et al .)表明,使用25%的废玻璃粉末作为细骨料有最好的替代对提高混凝土的力学性能的影响。
(一)
(b)
(c)
2.1.7。Micro-Silica
因为大部分的水泥被在这项研究中,micro-silica(表6和7)中扮演一个重要的函数创建粒子之间的附着力和混凝土的抗压和抗弯强度。过度的使用会增加混凝土的吸水率,因为micro-silica粒子的小尺寸;因此,micro-silica已经取代水泥的15%。
2.1.8。总
在这项研究中,细骨料(分级表8),和延续的相关特征进行了综述。应该注意的是,必须符合ASTM C33的要求有高质量的混凝土。
2.2。混凝土混合料配合比设计
使压缩样本,在混合器混合的材料后,将样品放置在模具,他们压缩了20分钟在80°C, 24小时后,他们的模具,在28天。混凝土标本后暴露在压力和热量,塑料开始融化,进入水化过程。然后进行了抗压和抗弯强度测试。抗压强度进行了基于ASTM C109和挠曲强度进行基于ASTM C348表9,具体的标本都提到过。每个提到的混合设计,三个抗压和抗弯样本,和呈现结果结果的平均值。水灰比(W / C)和强塑剂一直保持稳定的维持在35%左右。抗压强度样本的大小是5×5厘米,挠曲强度样本的大小是4×4×16厘米。
3所示。测试结果
在样品上执行的测试分为两部分:机械测试和测试相关的微观结构。在机械测试部分,两个测试的抗压强度和抗弯强度测试样品,为了检查样品的微观结构,SEM测试执行。
3.1。抗压强度测试结果
28天之后,根据ASTM C109立方标本进行测试(图4),平均3标本的抗压强度结果为每个混合设计如表所示10。
(一)
(b)
表6和图5表明,控制样本与普通水泥的抗压强度为51.34 MPa。样品含有40%的水泥,粉煤灰15%,15%的废玻璃粉末,和15%的再生塑料,抗压强度为56.41 MPa,高于其他样本。
使用再生混凝土粉越高,越低的水泥和混凝土的抗压强度越低。然而,使用20%的再生混凝土和20%的水泥,混凝土的抗压强度为49.36 MPa,约等于控制样品的抗压强度。
3.2。抗弯强度测试结果
和样品的尺寸16×4×4厘米测试按照标准(图6),如表所示11和图7。
(一)
(b)
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
抗弯强度测试的结果都是相同的抗压强度。最好的结果是第一个样本,利用20%的水泥,取而代之的绿色材料,混凝土的抗弯强度几乎等于控制样品的强度。试样的抗弯强度C40R0是8.74。较低的水泥、样品的抗弯强度越低。通过完全省略了水泥,代之以浪费混凝土粉、挠曲强度将4.27 KN,另一份样品中是最低的。
3.3。SEM测试和IDFix报告
由于形态的相关性分析和研究micro-silica行为,以及废玻璃粉末,浪费塑料粉、粉煤灰,SEM分析已经应用。SEM分析数据所示8和9。
如图9再生混凝土粉颗粒随着水泥水化过程中也参加了。
4所示。结论
获得以下研究结果后生产实验样品和执行抗压强度测试,弯曲强度测试和SEM测试样品。可持续的混凝土可以通过结合废玻璃与再生混凝土,粉粉和浪费塑料粉具有良好的抗压和抗弯强度(1,4,23,42,54- - - - - -58]:(1)当混凝土压缩在80°C 20分钟,塑料和玻璃粒子立即进入水合凝胶并参与水化过程。完整的水泥消除明显降低了混凝土的抗压和抗弯强度。样品有最大的结果当它包含40%水泥和粉煤灰15%,15% micro-silica,废玻璃粉15%,15%浪费塑料粉末。(2)通过消除80%的水泥,代之以20%再生混凝土粉、可持续混凝土抗压和抗弯强度几乎相当于准备样品的抗压和抗弯强度为100%水泥可能产生。Micro-silica有许多缺陷在提高混凝土强度和形成一个适当的结合再生混凝土粉末。(3)在很小的尺寸,玻璃粉末是一个合适的替代水泥,在更大的尺寸,这是一个很好的替代聚合。最后,他们发现通过使用回收材料如玻璃瓶、塑料瓶、再生混凝土,以及micro-silica和粉煤灰、混凝土砂浆可以完全可持续,只能使用20%的水泥的重量没有减少混凝土的抗压和抗弯强度。
数据可用性
部分或全部数据、模型或代码支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者欣赏的结构和建筑材料实验室Tarbiat Modares工程学院里,Tarbiat Modares大学里(本校)和Shahid Beheshti说大学(单位)的援助在实验工作。