Статьи
Отходы стекла – минеральная добавка при производстве и применении цемента
Амит Сингх,
JK Lakshmi Cement Ltd,
Индия
Введение
Во всем мире отходы стекла представляют масштабную экологическую проблему. Этот материал занимает огромные площади мусорных полигонов, вследствие небиоразлагаемой природы стекла. Единственным решением, позволяющим избавиться от накапливающихся стеклоотходов, является их повторное использование. Переработка стеклоотходов поможет минимизировать площадь свалок, а также сохранить природные ресурсы и сократить сопутствующие расходы. Потребность в больших объемах материалов, относительно низкие требования к их качеству и обширная география строительных площадок делают строительную отрасль одним из наиболее перспективных направлений для решения проблемы воздействия стеклобоя на окружающую среду.
Как известно, традиционное оконное или тарное стекло получается путем плавления смеси диоксида кремния, кальцинированной соды и карбоната кальция при высокой температуре (около 1600 °C) с последующим охлаждением стекломассы и приданием ей нужной формы. Стекло широко используется в различных формах: листовое стекло, стеклотара, стеклянная посуда, вакуумные трубки электроприборов и пр. В последние годы количество отходов стекла постоянно увеличивается из-за роста спроса на стеклянные изделия.
Большая часть отходов стекла вывозится на свалки. Захоронение стекольных отходов нежелательно, поскольку они не поддаются биологическому разложению и представляют определенную опасность для окружающей среды. Переработка же стекольных отходов способствует развитию экономики замкнутого цикла, за счет превращения их в ценный ресурс.
Пуццолановые свойства стекла
Пуццолановые свойства стекла определяются его способностью вступать в реакцию с гидроксидом кальция Ca(OH)2 в присутствии воды с образованием камневидного цементирующего материала. Этот механизм, известный как «пуццолановая реакция», активно применяется на практике для повышения прочности и долговечности существующих сегодня материалов на основе портландцемента.
Стекло — аморфный материал, содержащий значительное количество кремнезема (SiO2), который является ключевым фактором его пуццолановой активности. Этот кремнезем достаточно легко вступает в реакцию с раствором гидроксида кальция с образованием гидросиликатов кальция — основного продукта реакций, протекающих при твердении цемента.
Реакционная способность стеклобоя зависит от множества факторов, среди которых его химический состав, размер частиц, удельная площадь поверхности. Для повышения пуццолановой активности и снижения риска возникновения щелоче-кремнеземных реакций (щелочной коррозии) отходы стекла необходимо измельчать до состояния тонкого порошка.
Применение стеклоотходов
Тонкоизмельченный стеклобой может частично замещать цемент при производстве бетона, это снижает общее содержание цемента, сохраняя или даже повышая механические свойства и долговечность бетона. Порошок стеклобоя действует как пуццолановая добавка наряду с другими материалами, такими как зола-унос или микрокремнезем. Сочетание нескольких пуццолановых компонентов повышает общие эксплуатационные характеристики бетонов, а также строительных и отделочных растворных смесей, снижает их проницаемость, повышает пластичность, морозостойкость, прочность на сжатие и изгиб.
Пуццолановая реакция в бетоне приводит к переводу извести в нерастворимые гидросиликаты кальция, что обеспечивает повышенную химическую стойкость бетона, делая его менее подверженным химическому разрушению, вызванному сульфатами, хлоридами и кислотами.
Кроме того, отходы стекла можно применять и при производстве портландцемента, снижая необходимость использования природных форм кремнезема и сокращая соответственные производственные расходы и экологическую нагрузку.
Соответствие принципам устойчивого развития и экологичность
Помимо улучшения эксплуатационных характеристик, использование отходов стекла в бетоне в качестве пуццоланового материала в составе цемента и бетона способствует устойчивому развитию, в частности, сокращению выбросов CO2.
Использование стеклобоя в качестве пуццоланового материала при производстве цемента позволяет избежать его утилизации на свалках или сжигания, уменьшая потребность в новых местах захоронения отходов и минимизируя их воздействие на окружающую среду. Переработка стекольных отходов способствует развитию экономики замкнутого цикла за счет превращения их в ценный ресурс.
Включение отходов стекла в производство цемента снижает необходимость использования первичных сырьевых материалов, таких как известняк или кварцевый песок. Замещение части цемента стеклобоем в качестве пуццоланы сохраняет природные ресурсы, включая энергию и воду, необходимые для добычи и переработки сырья. Это способствует сохранению природных экосистем и снижению общего воздействия на окружающую среду.
Производство цемента связано с выбросом загрязняющих веществ, в том числе пыли, твердых частиц и потенциально вредных газов. Заменяя часть цемента отходами стекла, можно оптимизировать производство вяжущих материалов. Использование стеклобоя в качестве пуццоланы снижает общие выбросы твердых частиц в атмосферу.
Включение в состав бетона отходов стекла в качестве пуццоланового материала повышает его долговечность. Это приводит к увеличению срока службы бетонных конструкций, снижению требований к их техническому обслуживанию и уменьшению потребности в ремонте или замене. Как следствие, снижается воздействие на окружающую среду, связанное с новыми строительными проектами.
Заключение
Использование стеклобоя в качестве пуццоланового материала в производстве цемента способствует решению экологических проблем, связанных как с утилизацией стекольных отходов, так и с производством цемента. За счет использования пуццолановых свойств отходов стекла производители цемента могут снизить выбросы углекислого газа, повысить эксплуатационные характеристики бетона и способствовать развитию экономики замкнутого цикла.
Добавление стеклобоя в качестве пуццоланового материала значительно улучшает качество бетона. Увеличивается прочность и долговечность, уменьшается проницаемость, улучшается химическая стойкость, удобоукладываемость и сцепление, также можно отметить смягчение щелочно-кремнеземной реакции и получение преимуществ в области устойчивого развития. Внедряя использование стеклобоя в производство бетона, строительная индустрия может создавать более прочные и экологичные конструкции, эффективно используя ценные отходы. Дальнейшие исследования, сотрудничество и усилия по внедрению необходимы для полного использования потенциала боя стекла как ценного ресурса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Tayeh B.A, Al Saffar D.M., Aadi A.S., Almeshal I. Sulphate resistance of cement mortar contains glass powder // J. King Saud. Univ. Eng. Sci. 2020. Vol. 32. P. 495–500.
2. Tayeh B.A, Almeshal I., Magbool H.M., Alabduljabbar H., Alyousef R. Performance of sustainable concrete containing different types of recycled plastic // J. Clean. Prod. 2021. Vol. 328. P. 129517.
3. Wang H.-Y., Huang W.-L. Durability of self-consolidating concrete using waste LCD glass // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. P. 1008–1013.