Polimerobeton zbrojony krótkimi włóknami szklanymi, z dodatkiem odpadowego szkła kineskopowego

Smoleń, Jakub; Tomaszewska, Klaudia; Junak, Grzegorz; Kozioł, Mateusz

doi:10.32047/CWB.2022.27.2.2

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Polimerobeton zbrojony krótkimi włóknami szklanymi, z dodatkiem odpadowego szkła kineskopowego

Autorzy

Smoleń Jakub , Tomaszewska Klaudia , Junak Grzegorz , Kozioł Mateusz

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.cementwapnobeton.pl/

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2022.27.2.2

Warianty tytułu

Short glass fiber reinforced polymer concrete with addition of waste cathode-ray tube (CRT) glass

Języki publikacji

PL EN

Abstrakty

W pracy omówiono wykorzystanie odpadowego szkła kineskopowego, do wytwarzania polimerobetonów. Szkło kineskopowe poddano kilkakrotnemu rozdrabnianiu, w celu otrzymania ziaren mniejszych od 2 mm. Utworzono szereg polimerobetonów wzmocnionych hybrydowo: zmielonym szkłem kineskopowym, piaskiem oraz pociętym włóknem szklanym, o długości 4,5 mm i 12 mm. Zbadano wpływ dodatku włókien szklanych i ich długości na właściwości polimerobetonów, z 30% dodatkiem objętościowym żywicy epoksydowej, pełniącej rolę lepiszcza. Przeprowadzono badania szkła kineskopowego, oznaczając jego skład chemiczny, rozkład wielkości cząstek i budowę ziaren. Oznaczono wytrzymałość na zginanie i na ściskanie oraz porowatość otwartą, gęstość pozorną i nasiąkliwość wodą. Wyniki badań wykazały, że polimerobetony z dodatkiem zmielonego szkła kineskopowego, są dobrą metodą na zagospodarowanie, tego nietypowego odpadu. Uzyskane polimerobetony mają kilkukrotnie lepsze właściwości mechaniczne niż tradycyjne betony oraz znacznie mniejszą porowatość i nasiąkliwość wodą, co czyni ten materiał korzystny do produkcji wyrobów cienkościennych oraz narażonych na działanie wody i odczynników chemicznych. Dodatek ciętych włókien szklanych powoduje poprawę właściwości mechanicznych polimerobetonów, a także chroni ten materiał, przed gwałtowną dezintegracją, po przekroczeniu maksymalnych naprężeń. Jest to niezwykle ważne dla bezpieczeństwa użytkowania konstrukcji, w przypadku awarii.

This paper describes the use of CRT glass waste for the production of polymer concrete. The CRT glass was subjected to a multistage mechanical disintegration process, in a way that allowed obtaining grains smaller than 2 mm. A set of hybrid reinforced polymer concrete was produced by using: ground CRT glass, sand and cut glass fibers 4.5 mm and 12 mm long. The influence of the volume of fibers and the length of glass fibers on the properties of polymer concrete with 30% by volume of epoxy resin, acting as a binder was described. Tests of CRT glass were carried out, among others study of chemical composition, particle size distribution and analysis of grain morphology. For polymer concrete, the flexural strength and compressive strength were determined, and the open porosity, apparent density, and water absorption were examined. The test results showed that polymer concrete with the use of milled CRT glass is a good way to manage this problematic waste. The polymer concrete has several times better than traditional concretes and significantly lower porosity and water absorption, which makes this material advantageous in applications such as the production of thin-walled products and products exposed to water and chemical attack. The addition of chopped glass fibers leads to an increase in mechanical properties and also protects the material against rapid disintegration after exceeding the maximum stresses, which is extremely important for the safety of use of the structure in the event of a failure.

Słowa kluczowe

beton polimerowy włókno szklane recyklizacja szkło kineskopowe szkło odpadowe recykling mechaniczny

polymer concrete glass fibre recycling CRT glass waste glass mechanical recycling

Wydawca

Fundacja Cement, Wapno, Beton

Czasopismo

Cement Wapno Beton

Rocznik

2022

Tom

R. 27, nr 2

Strony

102--114

Opis fizyczny

Bibliogr. 50 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Smoleń Jakub

jakub.smolen@polsl.pl

Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Katowice, Poland

autor

Tomaszewska Klaudia

Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Katowice, Poland

autor

Junak Grzegorz

Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Katowice, Poland

autor

Kozioł Mateusz

Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Katowice, Poland

Bibliografia

1. Z. Jamroży, Beton i jego technologie, 4th ed., Warsaw, 2015.
2. D. Kruger, Recent developments in the use of polymer concrete. Appl. Phys. Lett. 95, 233116 (2009).
3. E. Kirlikovali, Polymer/concrete composites - a review. Polym. Eng. Sci. 21(8), 507-509 (1981).
4. M. Sautya, What is Polymer Concrete In Details And Their Types & Uses, Civil Engineering, www.civilnoteppt.com/what-is-polymer-concrete-indetails-and-their-types-and-uses/#Types_of_Polymer_Concrete (accessed 01 Apr 2022)
5. K. Ostad-Ali-Askari, V.P. Singh, N.R. Dalezios, Polymer concrete. Int. J. Hydro. 2(5), 630-635 (2018). https://doi.org/10.15406/ijh.2018.02.00135
6. R. Bedi, R. Chandra, S.P. Singh, Mechanical Properties of Polymer Concrete. J. Comp. 2013, 948745 (2013). http://doi.org/10.1155/2013/948745
7. P. G. Asteris, H. Naseri, M. Hajihassani, On the mechanical characteristics of fibre reinforced polymer concrete. Adv. Concr. Constr. 12(4), 271-282 (2021). https://doi.org/10.12989/acc.2021.12.4.271
8. V. Ráček, L. Kadlec, V. Křístek, Shear Characteristics of Fibre-Concrete. Proc. Earth Planet. Sci. 15, 111-118 (2015). https://doi.org/10.1016/j.proeps.2015.08.028
9. M.A. Glinicki, Beton ze zbrojeniem strukturalnym. In XXV Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, 279-308 (2010). Available online: http://www.ippt.pan.pl/Repository/o70.pdf (accessed 01 Apr 2022).
10. A.M. Brandt, Cement Based Composites: Materials, Mechanical Properties and Performance, London and New York (2009).
11. T. Ponikiewski, Wpływ włókien na właściwości reologiczne zapraw cementowych, V Seminarium reologiczne, Gliwice, 2003.
12. T. Singh Ahuja, A. Panwar, Glass Fibre Reinforcements in Concrete. Int. J. Sci. Res. 5(3), 2051-2055 (2016).
13. G. Martínez-Barrera, E. Vigueras-Santiago, O. Gencel, Polymer concretes: a description and methods for modification and improvements. J. Mater. Educat. 33(1-2), 37-52 (2011).
14. X. Xie, X. Zhang, Y. Jin, Research Progress of Epoxy Resin Concrete. Earth Environ. Sci. 186, 012038, (2018). https://doi.org/10.1088/1755-1315/186/2/012038
15. J. M. L. Reis, Fracture and flexural characterization of natural fiber-reinforced polymer concrete. Constr. Build. Mater. 20(9), 673-678 (2006). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2005.02.008
16. N. Saba, M. Jawaid, O.Y. Alothman, M.T. Paridah. A review on dynamic mechanical properties of natural fibre reinforced polymer composites. Constr. Build. Mater. 106: 149-159 (2016). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.075
17. L. Mohammed, M.N.M. Ansari, G. Pua, M. Jawaid, M. Saiful Islam. A review on natural fiber reinforced polymer composite and its applications. Int. J. Polym. Sci. 2015, 243947 (2015). https://doi.org/10.1155/2015/243947
18. Q. Wang, Y. Ding, Y. Zhang, C. Castro. Effect of macro polypropylene fiber and basalt fiber on impact resistance of basalt fiber-reinforced polymer-reinforced concrete. Struct. Concr. 22(1), 503-515 (2021). https://doi.org/10.1002/suco.20190048 2
19. A. Kheyroddin, H. Arshadi, J. Salehzade. Impact Behavior of Fiber-Reinforced Concrete with Polypropylene Fibers and Carbon Fiber-Reinforced Polymers. J. Test. Evaluat. 49(6), 5433-5438 (2021). https://doi.org/10.1520/JTE20200670
20. T. C. Madhavi, L.S. Raju, D. Mathur. Polypropylene fiber reinforced concrete-a review. IJETAE 4(4), 114-118 (2014).
21. S. Mebarkia, C. Vipulanandan. Compressive behavior of glass-fiber reinforced polymer concrete. J. Mater. Civil Eng. 4(1), 91-105 (1992). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(1992)4:1(91)
22. Y. Kitane, A. J. Aref, G. C. Lee. Static and Fatigue Testing of Hybrid Fiber-Reinforced Polymer-Concrete Bridge Superstructure. J. Compos. Constr. 8(2), 182-190 (2004). https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2004)8:2(182)
23. W. Bai, J. Zhang, P. Yan, X. Wang, Study on vibration alleviating properties of glass fiber reinforced polymer concrete through orthogonal tests. Mater. Des. 30(4), 1417-1421 (2009). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2008.06.028.
24. E.B. Jeon, S.K. Ahn, I.G. Lee, H.I. Koh, J. Park, H.S. Kim. Investigation of mechanical/dynamic properties of carbon fiber reinforced polymer concrete for low noise railway slab. Comp. Struct. 134, 27-35 (2015) https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.08.082
25. S.F. Brena, R.M. Bramblett, S.L. Wood, M.E. Kreger. Increasing flexural capacity of reinforced concrete beams using carbon fiber-reinforced polymer composites. Struct. J. 100(1), 36-46 2003. https://doi.org/10.14359/12437
26. T. Gawenda, Z. Naziemiec, A. Walerak. Badania wybranych właściwości kruszyw z odpadów ceramicznych oraz betonu wytworzonego z ich udziałem. Ann. Set Env. Protect. 15, 2003-2021 (2013).
27. B. Witkowski, A. Pietrzak, Wpływ odpadowej stłuczki kineskopowej na wybrane właściwości zaprawy cementowej, Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej 24, 373-376 (2018) .
28. A. Pietrzak, M. Ulewicz, Wpływ odpadów z kineskopowej stłuczki szklanej (CRT) na parametry wytrzymałościowe zapraw cementowych, Mater. Bud. 10, 49-50 (2017).
29. H. Zhao, C.S. Poon, T.-C. Ling, Utilizing recycled cathode ray tube funnel glass sand as river sand replacement in the high-density concrete. J. Clean. Prod. 51, 184-190 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.01.025
30. D. Grdić , I. Despotović , N. Ristić , Z. Grdić, G. Topličić Curčić, Potential for Use of Recycled Cathode Ray Tube Glass in Making Concrete Blocks and Paving Flags. Materials 15(3), 1499 (2022). https:// doi.org/10.3390/ma15041499
31. C. Poon, Management of CRT glass from discarded computer monitors and TV sets. Waste Managem. 28(9), 1499 (2008).
32. K. Mrowiec, S. Kubica, H. Kuczyńska, Recykling odpadowego szkła kineskopowego, Chemik 65 (11): 1212-1217 (2011).
33. F. Andreola, L. Barbieri, A. Corradi, I. Lancellotti, Cathode ray tube glass recycling: An example of clean technology, Waste Manag. Res. 23, 314-321 (2005). https://doi.org/10.1177/0734242X05054422
34. M. I. Marcus , Deak Gy , F. D. Dumitru , M. A. Moncea , A. M. Panait, C. Maria, Recycling of CRT glass in plastering mortars, Mater. Sci. Eng. 572, 012076 (2019). https://doi.org/10.1088/1757-899X/572/1/012076
35. D. Grdić, N. Ristić, G. Topličić-Ćurčić, D. Krstić, Practical use of waste crt glass for making of concrete prefabricated products, V International Symposium for Students of Doctoral Studies in the Fields of Civil Engineering, 2019.
36. C. Tsamo, E-Waste Assessment in Cameroon. Case study: Town of Maroua. Int. J. Chem. Tech. Res. 6, 681-90 (2014).
37. H. H. Abdeen, S. M.Shihada, Properties of Fired Clay Bricks Mixed with Waste Glass. J. Sci. Res. Rep. 13, 1-9 (2017).
38. P. N. Djomou Djonga, C. Tsamo, H. Massai, Influence of CRT Glass Quantity on the Properties of Red Mud-CRT Glass Ceramics Fired at Different Temperatures, J. Mater. Sci. Eng. B 9(7-8), 133-143 (2019). https://doi.org/10.17265/2161-6221/2019.7-8.002
39. D.Z. Grdić, G.A. Topličić-Ćurčić, Z.J. Grdić, N.S. Ristić, Durability Properties of Concrete Supplemented with Recycled CRT Glass as Cementitious Material. Materials 14, 4421 (2021).
40. N. N. M. Pauzi, A. Z. Abidi , M. F. M. Zain, Characterization of Spherical Waste CRT Glass as Aggregates in Concrete. IJAREI 2(3), 1-11 (2020) .
41. F. D. Dumitru, A. M. Panait, M. A. Moncea, A. G. Baraitaru, M. V. Olteanu, I. Marcus, P. I. Gheorghe, G. Deák, M. F. M. Tahir, Microstructural characterization of plastering mortars with CRT glass addition, AIP Conference Proceedings 2291, 020020 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0023389
42. P. Pozzi, Effect of particles size of CRT glass waste on properties of polymer concrete. Env. Eng. Manag. J. 17 (10): 2447-2453 (2018).
43. B. Malchiodi, C. Siligardi, P. Pozzi, Unsaturated Polyester Based Polymer Concrete Containing Recycled Cathode Ray Tube Glass Aggregate. J. Comp. Sci. 6, 47 (2022). https://doi.org/10.3390/jcs602004 7
44. K. Mrowiec, S. Kubica, H. Kuczyńska. Recykling odpadowego szkła kineskopowego. Chemik 65(11) 1212-1217 (2011).
45. N. Menad. Cathode ray tube recycling. Res. Conserv. Recycl. 26(3-4), 143-154 (1999). https://doi.org/10.1016/S0921-3449(98)00079-2
46. C.S. Poon. Management of CRT glass from discarded computer monitors and TV sets. Waste Manag. 28(9), 1499, (2008). https://doi.org/10.1016%2Fj.wasman.2008.06.001
47. H. Mehdipour, P. P. Camanho, G. Belingardi. Elasto-plastic constitutive equations for short fiber reinforced polymers. Compos. B, 165, 199-214 (2019). https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.11.106
48. A.I. Selmy, A. R. Elsesi, N. A. Azab, M. A. Abd El-baky. In-plane shear properties of unidirectional glass fiber (U)/random glass fiber (R)/epoxy hybrid and non-hybrid composites. Compos. B. 43(2), 431-438 (2012). https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2011.06.001
49. P. N. Shakor, S. S. Pimplikar: Glass Fibre Reinforced Concrete Use in Construction. Int. J. Techn. Eng. Syst. 2(2), (2011).
50. B. Bienias, W. Michalski, B. Mielan, K. Pietryga, E. Pamuła, M. Wasek: Evaluation of mechanical properties of poly(methyl methacrylate) reinforced with glass fibers. Protetyka Stomatologiczna, 68(1), 3-15 (2018). https://doi.org/10.5604/01.3001.0011.6803

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-8efc7033-2172-4bc7-b18e-21d1dea86b96