Zastosowanie mielonej stłuczki szklanej w przemysłowej produkcji betonowych elementów prefabrykowanych

Gołek, Łukasz; Szudek, Wojciech; Łój, Grzegorz

doi:10.32047/cwb.2021.26.2.6

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zastosowanie mielonej stłuczki szklanej w przemysłowej produkcji betonowych elementów prefabrykowanych

Autorzy

Gołek Łukasz , Szudek Wojciech , Łój Grzegorz

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.cementwapnobeton.pl/

Identyfikatory

DOI

10.32047/cwb.2021.26.2.6

Warianty tytułu

Utilization of ground waste glass cullet in the industrial production of precast concrete elements

Języki publikacji

PL EN

Abstrakty

W pracy zweryfikowano w warunkach przemysłowych możliwość zastosowania mielonej stłuczki szklanej jako składnika spoiwa do produkcji betonowych elementów prefabrykowanych. Wpływ stłuczki na właściwości świeżych i stwardniałych betonów porównano do popiołu lotnego krzemionkowego. Ponadto zbadano możliwość zamiany części kruszywa naturalnego kruszywem betonowym z recyklingu oraz keramzytem. Wytrzymałość na ściskanie betonów, w których 25% cementu zastąpiono mieloną odpadową stłuczką szklaną była nawet o 20% większa od elementów, w których zastosowano analogiczne zastąpienie cementu popiołem lotnym krzemionkowym. W trakcie trwającego 56 dni badania nie stwierdzono spadków wytrzymałości, które mogłyby świadczyć o wystąpieniu szkodliwych efektów reakcji krzemionki z wodorotlenkami sodu i potasu. Zastąpienie połowy naturalnego kruszywa gruzem betonowym z recyklingu pozwoliło zmniejszyć współczynnik przewodzenia ciepła ścian o około 10%, nie wpływając przy tym negatywnie na wytrzymałość na ściskanie gotowych elementów prefabrykowanych. Zanotowano jednak pogorszenie konsystencji betonu po 30 minutach od zmieszania z wodą. Zastąpienie żwiru o uziarnieniu 2÷8 mm analogiczną frakcją keramzytu spowodowało zmniejszenie współczynnika przewodzenia ciepła o około 18%, przy zadowalającej wytrzymałości. Stwierdzono, że mielona stłuczka szklana może z powodzeniem zastępować popiół lotny krzemionkowy, w produkcji betonowych elementów prefabrykowanych.

In the study, a field trial was carried out to evaluate the applicability of ground waste glass cullet as a binder component, in the industrial production of precast concrete elements. The influence of glass cullet addition on the properties of fresh and hardened concretes was compared to siliceous fly ash. Moreover, the effects of a partial substitution of the natural aggregate with recycled concrete and expanded clay aggregate were determined. The compressive strength of concretes, in which 25% of cement was substituted with ground waste glass cullet, was even 20% higher compared to elements with an analogous addition of siliceous fly ash. Over 56 days, no drops in strength related to the harmful effects of the alkali-silica reaction were observed. Replacing half of the natural aggregate with graded recycled concrete aggregate, allowed to lower the thermal conductivity of the walls by approx. 10%, with no negative impact on the compressive strength of precast elements. However, a decrease in the consistency of fresh mix was observed after 30 minutes. Replacing the 2÷8 mm gravel with the same fraction of expanded clay resulted in an approx. 18% decrease in thermal conductivity, while maintaining satisfactory mechanical properties. It was concluded that ground waste glass cullet can be successfully used as a fly ash replacement in the production of precast concrete elements.

Słowa kluczowe

prefabrykat betonowy stłuczka szklana popiół lotny kruszywo recyklingowe keramzyt

precast concrete waste glass fly ash recycled aggregate expanded clay

Wydawca

Fundacja Cement, Wapno, Beton

Czasopismo

Cement Wapno Beton

Rocznik

2021

Tom

R. 26, nr 2

Strony

118--133

Opis fizyczny

Bibliogr. 64 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Gołek Łukasz

golek@agh.edu.pl

AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland

autor

Szudek Wojciech

AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland

autor

Łój Grzegorz

AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

1. Statistical bulletin 12/2020, Statistics Poland, Warsaw (2021).
2. P. Piestrzyński, Przemysł cementowy – rozwijamy polską gospodarkę. Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, 3, 66-8 (2018).
3. A clean planet for all. A European strategic long-term vision for a prosperous, modern, competitive and climate neutral economy, COM(2018)773, European Commission, 2018.
4. https://ember-climate.org/data/carbon-price-viewer/ (accessed: 20.03.2021).
5. Statistical Yearbook of Industry – Poland 2020, Statistics Poland, 2020.
6. Przemysł Cementowy w Liczbach – Informator SPC – 2020, Polish Cement Association, 2020.
7. W. Kurdowski, Chemistry of Cement and Concrete, Springer, 2014.
8. https://www.pb.pl/jedni-sa-eko-innym-brakuje-popiolu-1002885 (accessed: 20.03.2021).
9. https://poland.arcelormittal.com/media/artykul/news/arcelormittal-poland-na-stale-zamknie-czesc-surowcowa-krakowskiej-huty/ (accessed: 20.03.2021).
10. E. Kapeluszna, Ł. Kotwica, G. Malata, P. Murzyn, W. Nocuń-Wczelik, The effect of highly reactive pozzolanic material on the early hydration of alite – C3A – gypsum synthetic cement systems. Constr. Build. Mater. 251, 118879 (2020). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118879
11. E. Kapeluszna, Ł. Kotwica, W. Pichór, W. Nocuń-Wczelik, Cement-based composites with waste expanded perlite - Structure, mechanical properties and durability in chloride and sulphate environments. Sust. Mater. Techn. 24, e00160 (2020). https://doi.org/10.1016/j.susmat.2020.e00160
12. L. Zagorodnyuk, D. Sumskoy, V. Lesovik, R. Fediuk, Modified heatinsulating binder using jet-grinded waste of expanded perlite sand. Constr. Build. Mater. 260, 120440 (2020). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120440
13. W. Pichór, M. Barna, E. Kapeluszna, A. Łagosz, Ł. Kotwica, The influence of waste expanded perlite on chemical durability of mortars. Sol. State Phenom. 227, 194-198 (2015). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.227.194
14. Ł. Kotwica, W. Pichór, E. Kapeluszna, A. Różycka, Utilization of waste expanded perlite as new effective supplementary cementitious material. J. Clean. Prod. 140, 1344-1352 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.10.018
15. E. Kapeluszna, Ł. Kotwica, W. Pichór, W. Nocuń-Wczelik, Study of expanded perlite by-product as the mineral addition to Portland cement. Cem. Wapno Beton 20(1), 38-44 (2015).
16. W.-J. Long, X.-W. Tan, B.-X. Xiao, N.-X. Han, F. Xing, Effective use of ground waste expanded perlite as green supplementary cementitious material in eco-friendly alkali activated slag composites. J. Cleaner Prod. 213, 406-414 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.12.118
17. A. Łagosz, D. Olszowski, W. Pichór, Ł. Kotwica, Quantitative determination of processed waste expanded perlite performance as a supplementary cementitious material in low emission blended cement composites. J. Build. Eng., 40, 102335 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102335
18. H.Y. Ghorab, M. Rizk, A.S. Meawad, M. El Sayed, Reporting the performance of the rice straw ash as cement replacement material. Cem. Wapno Beton 23(2), 107-114 (2018).
19. S. Munshi, R.P. Sharma, Experimental Investigation on Strength and Water Permeability of Mortar Incorporate with Rice Straw Ash. Adv. Mater. Sci. Eng. 2016, 9696505 (2016). https://doi.org/10.1155/2016/9696505
20. D. Chopra, R. Siddique, Strength, permeability and microstructure of self-compacting concrete containing rice husk ash. Biosyst. Eng. 130, 72-80, (2015). https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2014.12.005
21. R. Ferraro, A. Nanni, Effect of off-white rice husk ash on strength, porosity, conductivity and corrosion resistance of white concrete. Constr. Build. Mater. 31, 220-225 (2012). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.12.010
22. P. Stępień, J. Małolepszy, The impact of calcalerous gaize on alite hydration process. Cem. Wapno Beton 22(1), 68-76 (2017).
23. J. Małolepszy, P. Stępień, The influence of gaize addition on sulphate corrosion of CEM II/A and CEM II/B cements. Procedia Eng. 108, 270-276 (2015). https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.06.147
24. A. Bazrafkan, A. Habibi, A. Sayari, Experimental study on mechanical properties of concrete with marble dust. Cem. Wapno Beton 25(4), 316-29 (2020). https://doi.org/10.32047/CWB.2020.25.4.6
25. Ł. Gołek, E. Kapeluszna, K. Rzepa, Investigations of the glass activity in municipal and special incinerating plants waste, Cem. Wapno Beton 22(1), 77-80 (2017).
26. J.R. Pan, C. Huang, J.-J. Kuo, S.-H. Lin, Recycling MSWI bottom and fly ash as raw materials for Portland cement. Waste Manage. 28(7), 1113-1118 (2008). https://doi.org/10.1016/j.wasman.2007.04.009
27. G. Girskas, O. Kizinievic, V. Kizinievic, Analysis of durability (frost resistance) of MSWI fly ash modified cement composites. Arch. Civ. Mech. Eng. 21(2), 39 (2021). https://doi.org/10.1007/s43452-021-00199-2
28. L. Bertolini, M. Carsana, D. Cassago, A.Q. Curzio, M. Collepardi, MSWI ashes as mineral additions in concrete. Cem. Concr. Res. 34(10), 1899-906 (2004). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.02.001
29. Ł. Gołek, J. Deja, M. Sitarz, Z. Fojud, The role of aluminium ions during the slag activation process. Physics and Chemistry of Glasses: European Journal of Glass Science and Technology Part B 55(2), 111-7 (2014).
30. Ł. Kotwica, M. Chorembala, E. Kapeluszna, M. Illikainen, Ł. Gołek, Influence of calcined mine tailings on the properties of alkali activated slag mortars. Key Eng. Mat., 761, 83-86 (2018). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.761.83
31. G. Mascolo, Hydration products of synthetic glasses similar to blast-furnace slags. Cem. Concr. Res. 3, 207-13 (1973). https://doi.org/10.1016/0008-8846(73)90048-3
32. Ł. Kotwica, M. Chorembala, E. Kapeluszna, M. Illikainen, Ł. Gołek, Effect of metakaolinite on properties of alkali activated slag materials. Key Eng. Mat. 761, 69-72 (2018). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.761.69
33. J. Kiventera, I. Lancellotti, M. Catauro, F.D. Poggetto, C. Leonelli, M. Illikainen, Alkali activation as new option for gold mine tailings inertization. J. Cleaner Prod. 187, 76-84 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.03.182
34. A. Fernandez-Jimenez, A. Palomo, Composition and microstructure of alkali activated fly ash binder: Effect of the activator. Cem. Concr. Res. 35(10), 1984-92 (2005). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.03.003
35. L. Reig, M.M. Tashima, M.V. Borrachero., J. Monzo, C.R. Cheeseman, J. Paya, Properties and microstructure of alkali-activated red clay brick waste. Constr. Build. Mater. 43, 98-106 (2013). https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2013.01.031
36. S. Kucharczyk, M. Sitarz, M. Zając, J. Deja, The effect of CaO/SiO2 molar ratio of CaO-Al2O3-SiO2 glasses on their structure and reactivity in alkali activated system. Spectrochim. Acta A 194, 163-71 (2018). https://doi.org/10.1016/j.saa.2018.01.018
37. S. Kucharczyk, M. Zając, C. Stabler, R.M. Thomsen, M. Ben Haha, J. Skibsted, J. Deja, Structure and reactivity of synthetic CaO-Al2O3 -SiO2 glasses. Cem. Concr. Res. 120, 77-91 (2019). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.03.004
38. R. Idir, M. Cyr, A. Tagnit-Hamou, Use of fine glass as ASR inhibitor in glass aggregate mortars. Constr. Build. Mater. 24, 1309-12 (2010). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.12.030
39. C. Shi, Y. Wu, C. Riefler, H. Wang, Characteristics and pozzolanic reactivity of glass powders. Cem. Concr. Res. 35, 987-93 (2005). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.05.015
40. P. Walczak, J. Małolepszy, M. Reben, K. Rzepa, Mechanical properties of concrete mortar based on mixture of CRT glass cullet and fluidized fly ash. Procedia Eng. 108, 453-458 (2015). https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.06.170
41. J. Deja, Ł. Gołek, Ł. Kołodziej, Application of glass cullet in binder production. Cem. Wapno Beton 16(6), 349-354 (2011).
42. A. Mehta, D.K. Ashish, Silica fume and waste glass in cement concrete production: A review. J. Build. Eng. 29, 100888 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100888
43. Ł. Gołek, W. Szudek, M. Błądek, M. Cięciwa, The influence of ground waste glass cullet addition on the compressive strength and microstructure of Portland cement pastes and mortars. Cem. Wapno Beton 25(6), 480-94 (2020). https://doi.org/10.32047/CWB.2020.25.6.5
44. A. Shayan, A. Xu, Value-added utilisation of waste glass in concrete. Cem. Concr. Res. 34, 81-89 (2004). https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00251-5
45. A. Shayan, A. Xu, Performance of glass powder as a pozzolanic material in concrete: A field trial on concrete slabs. Cem. Concr. Res. 36, 457-468 (2006). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.12.012
46. R.G. Pike, D. Hubbard, E.S. Newman, Silicate glasses in the study of alkali aggregate reaction. High Res. Board Bull. 275, 39-44 (1960).
47. C.D. Johnston, Waste glass as coarse aggregate for concrete. J. Test. Eval. 2(5), 344-350 (1974). https://doi.org/10.1520/JTE10117J
48. Ł. Gołek, Glass powder and high-calcium fly ash based binders - long term examinations. J. Clean. Prod. 220, 493-506 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.095
49. Y. Shao, T. Lefort, S. Moras, D. Rodriguez, Studies on concrete containing ground waste glass. Cem. Concr. Res. 30, 91-100 (2000). https://doi.org/10.1016/S0008-8846(99)00213-6
50. G.M. Sadiqul Islam, M.H. Rahman, N. Kazi, Waste glass powder as partial replacement of cement for sustainable concrete practice. Int. J. Sust. Built. Environ. 6(1), 37-44 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijsbe.2016.10.005
51. N. Schwarz, H. Cam, N. Neithalath, Influence of a fine glass powder on the durability characteristics of concrete and its comparison to fly ash. Cem. Concr. Compos. 30, 486-496 (2008). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.02.001
52. J. Kim, J.-H. Moon, J.W. Shim, J. Sim, H.-G. Lee, G. Zi, Durability properties of a concrete with waste glass sludge exposed to freeze-andthaw condition and de-icing salt. Constr. Build. Mater. 66, 398-402 (2014). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.05.081
53. K. Rajczyk, G. Janus, A. Kaliciak, D. Brukhanska, Study of the possibility of using modified fine fraction obtained from recycled concrete rubble as cement additive. Cem. Wapno Beton, 24(3), 188-201 (2019). https://doi.org/10.32047/CWB.2019.24.3.188
54. S. Lotfi , M. Eggimann, E. Wagner, R. Mróz, J. Deja, Performance of recycled aggregate concrete based on a new concrete recycling technology. Constr. Build. Mater. 95, 243-56 (2015). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.07.021
55. A.T. Gebremariam, A. Vahidi, F. Di Maio, J. Moreno-Juez, I. Vegas-Ramiro, A. Łagosz, R. Mróz, P. Rem, Comprehensive study on the most sustainable concrete design made of recycled concrete, glass and mineral wool from C&D wastes. Constr. Build. Mater. 273, 121697 (2021). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121697
56. K. McNeil, T. H-K. Kang, Recycled concrete aggregates: A review. Int. J. Concr. Struct. Mater. 7, 61-9 (2013). https://doi.org/10.1007/s40069-013-0032-5
57. R.V. Silva, J de Brito, R.K. Dhir, Properties and composition of recycled from construction and demolition waste suitable for concrete production. Constr. Build. Mater. 65, 201-217 (2014). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.117
58. D. Pedro, J. de Brito, L. Evangelista, Influence of the use of recycled concrete aggregates from different sources on structural concrete. Constr. Build. Mater. 71, 141-51 (2014). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.08.030
59. G. Łój, The possibility of using recycled aggregates from construction of produce vibro-pressed concrete, Monografie technologii betonu: IX konferencja Dni Betonu: tradycja i nowoczesność, 1, 753-766 (2016).
60. R. Mróz, The issue of the construction and demolition concrete waste, Budownictwo, Technologie, Architektura, 4, 64-68 (2014).
61. PN-EN 12350-7:2019-08: Badania mieszanki betonowej - Część 7: Badanie zawartości powietrza - Metody ciśnieniowe
62. PN-EN 12350-8:2019-08: Badania mieszanki betonowej - Część 8: Beton samozagęszczalny - Badanie konsystencji metodą rozpływu stożka
63. PN-EN 12390-1:2013-03: Badania betonu - Część 1: Kształt, wymiary i inne wymagania dotyczące próbek do badań i form
64. PN-EN 12390-03:2019-07: Badania betonu - Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-1594326d-73a2-4c96-92ca-424953119b36