Экологические проблемы, связанные с чрезмерными объемами работ по добыче песка, привели к ограничениям на его добычу, что оказало прямое экономическое воздействие на строительные работы с использованием бетона. Должна быть найдена подходящая экологически чистая альтернатива песку, чтобы удовлетворить огромный спрос на бетонную строительную промышленности.
В то же время, пластиковое загрязнение окружающей среды является важной и нерешённой проблемой. Сброс таких материалов влечет за собой пагубные последствия, так как разложение отходов занимает длительное время.
Люди должны искать возможности использования и переработки пластика во всех сферах жизни, чтобы не допустить экологической катастрофы, которая может повлечь за собой необратимые последствия.
Для решения обеих проблем предлагается перерабатывать отработанный пластик для создания частичной замены мелкозернистого песка в новой смеси для структурного бетона.
Для лучшего понимания вопроса следует разобрать несколько исследований.
Результаты нескольких исследований.
Первые данные о воздействии замещения пластмассового заполнителя на прочность при сжатии бетона были проведены Альманасиром и Далалом. Они исследовали влияние увеличения доли частиц пластмассы из угловых отходов на прочность цилиндров при трех различных соотношениях воды со связующими веществами.
Установлено, что прочность сжатия снижается с увеличением содержания пластмассового заполнителя, что связано с плохим сцеплением пластика с цементной пастой. В ходе испытаний выяснилось, что пластмасса имеет низкий коэффициент растяжения и при сжатии бетона разрушается.
В другом исследовании испытывали бетонные смеси, содержащие три различные по размеру и форме частицы:
1. Крупные (длиной 10-20 мм) частицы;
2. Мелкозернистые измельченные частицы (длиной 2-5 мм);
3. Частицы в форме цилиндрических гранул (длиной 3 мм).
Каждая из этих частиц была протестирована при разном коэффициенте замещения. Составная часть пластика колебалась от 0% до 15% от общего количества песка.
Результаты опыта говорят о том, что чем выше коэффициент замещения, тем ниже прочность бетона на сжатие, что связано с отсутствием взаимодействия между ПЭТ заполнителем и цементной пастой. То есть межфазная область бетона, содержащего ПЭТ, слабее, чем в стандартном бетоне.
Использование частиц неправильной формы.
Другое не менее интересное исследование по замещению песка пластиком было проведено Албано. Он в своих экспериментах пытался использовать частицы ПЭТ неправильной формы диаметром от 2,6 мм до 11,4 мм в общем количестве от 10% до 20%.
Установлено, что прочность при сжатии снижается при увеличении доли пластика в составе. Это говорит о том, что пластиковые частицы негативно влияют на прочность бетона и являются дефективными. Прочность бетона зависит от размера замешанных в его состав пластиковых частиц - чем меньше частицы, тем выше прочность смеси.
Гранулированный пластик.
Ещё один учёный в этой области - Фриджон, использовал гранулированный ПЭТФ, который по составу был очень похож на кремниевый песок. Потери прочности составили 2 процента, что является самым лучшим результатом во всех проведенных исследований, так как в остальных случаях этот показатель колебался около 5 процентов.
Смесь полистерола.
Исмаил и Аль-Хашми протестировали бетон со смесью ПЭТФ и полистирола в качестве заменителя песка. Снижение прочности на сжатие в этом случае было связано с уменьшением адгезионной прочности между поверхностью отработанного пластика и цементной пастой, поскольку пластик является гидрофобным материалом.
Поэтому движение воды, необходимой для гидратации цемента, затрудняется, в результате чего изолированные объемы не гидратируемого цемента остаются в объеме насыпного груза. Результаты показывают, что как более крупные частицы, так и более высокий процент замещения приводят к значительному снижению прочности из-за увеличения пустот в бетоне.
Причины снижения прочности.
Потеря прочности связана с особыми характеристиками пластика:
· Гладкость поверхности.
· Наличие воды на поверхности пластика, вызывающей слабое сцепление с прилегающим цементным раствором.
Исследование разрушенных образцов на микроскопическом уровне показало, что наиболее распространенной формой разрушения является коррозия на границе раздела пластмассы и бетона.
Доминирующее влияние на механические характеристики оказывало процентное замещение песка. При замене трети песка среднее снижение прочности составляло около 15 процентов из-за плохой связи между пластиком и цементной пастой.
Помимо отходов пластика, многие другие материалы были испытаны в качестве заменителей в бетонных смесях, в том числе:
1. Вторично переработанный каучук
2. Отходы полистирола
3. Резина для шин.
Одной из ключевых задач является сведение к минимуму, насколько это возможно, снижения прочности, чтобы можно было использовать такой вид бетона для конструктивного и безопасного использования.
Замена 10% песка по объему переработанным пластиком является возможным выходом из ситуации экологического загрязнения, который может сэкономить 820 миллионов тонн песка ежегодно.
