mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.2.246-257mgssuvest-188Research ArticleСтроительное материаловедениеConstruction material engineeringКомпозиционные материалы на основе строительных и полимерных отходовComposite materials containing construction and polymer wastehttps://orcid.org/0000-0002-7391-1396БаруздинА. А.BaruzdinA. A.

Александр Андреевич Баруздин — аспирант кафедры строительного производства

600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87

РИНЦ ID: 1211011

Aleksandr A. Baruzdin — postgraduate student of the Department of Construction Production

87 Gorky st., Vladimir, 600000

ID RSCI: 1211011

baruzdin98@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7064-7235ЗакревскаяЛ. В.ZakrevskayaL. V.

Любовь Владимировна Закревская — кандидат технических наук, доцент кафедры строительного производства

600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87

РИНЦ ID: 878855, Scopus: 57163450600

Lyubov V. Zakrevskaya — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction Production

87 Gorky st., Vladimir, 600000, Russian Federation

ID RSCI: 878855, Scopus: 57163450600

lvzak@mail.ruВладимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ)РоссияVladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs (VLSU)Russian Federation202415032024192246257Copyright © Баруздин А.А., Закревская Л.В., 20242024Баруздин А.А., Закревская Л.В.Baruzdin A.A., Zakrevskaya L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/188Введение

Введение. Исследование посвящено комплексному изучению рециклинга в строительстве. Приведены анализ опыта переработки отходов строительства и полимерной промышленности, существующие способы и технологии переработки отходов сшитого полиэтилена.

Материалы и методы

Материалы и методы. Использовано исследовательское и испытательное оборудование с высокой воспроизводимостью результатов. Свойства изготовленных образцов материалов определялись по стандартным методикам, помимо этого, для изучения структуры материалов применялись методы рентгенофазового анализа, оптической и растровой электронной микроскопии.

Результаты

Результаты. Разработаны составы композиционных материалов плотностью от 1750 до 2000 кг/м3, прочностью на сжатие от 20 до 40 МПа, включающие: портландцемент, отходы сшитого полиэтилена и керамического кирпича, поликарбоксилатный пластификатор, белую сажу и раствор хлорида кальция. Исследована возможность применения тонкомолотого кирпичного боя в качестве частичной замены цемента и измельченного сшитого полиэтилена в качестве заполнителя. Изучена микроструктура полученных композиционных материалов и сделан вывод о том, что заполнитель в виде сшитого полиэтилена армирует матрицу, представляющую собой продукт взаимодействия цемента, кирпичной крошки и белой сажи, в результате которого образуется прочная кристаллическая структура, состоящая из гидросиликатов и карбонатов кальция и кварца.

Выводы

Выводы. Полученные результаты могут быть использованы в производстве строительных композиционных материалов на основе рециклинга отходов кирпича керамического и сшитого полиэтилена. Благодаря тому, что себестоимость представленных отходов ниже, чем у портландцемента и традиционных заполнителей (примерно на 25 %), а их переработка сопровождается снижением отрицательного воздействия на окружающую среду, композиты на их основе имеют хорошую перспективу внедрения в практику строительства.

Introduction

Introduction. This research is a consolidated study of recycling in the construction industry. The recycling of construction and polymer industry waste is analyzed. Currently used methods and technologies of cross-linked polyethylene waste recycling are presented.

Materials and methods

Materials and methods. The research and testing equipment with high reproducibility of results is used. Properties of manufactured specimens of materials were determined by standard methods. Methods of X-ray phase analysis, optical and scanning electron microscopy were used to study the structure of materials.

Results

Results. Compositions of composite materials with density from 1,750 to 2,000 kg/m3 and compressive strength from 20 to 40 MPa have been developed. Compositions included Portland cement, waste of cross-linked polyethylene and ceramic bricks, polycarboxylate plasticizer, silica filler and calcium chloride solution. The possibility of using floured broken brick as a partial replacement of cement and crushed cross-linked polyethylene as an aggregate is investigated. The microstructure of the obtained composite materials was studied and it was concluded that cross-linked polyethylene aggregate is reinforce a homogeneous matrix, which is a product of the interaction of cement, brick powder and silica filler. During the hardening of matrix strong crystal structure consisting of hydrosilicates and calcium and quartz carbonates is formed.

Conclusions

Conclusions. The obtained results can be used in the production of building composite materials based on recycling of ceramic brick waste and cross-linked polyethylene. Due to the fact that the cost of the presented waste is much lower than the cost of Portland cement and traditional aggregates (by about 25 %), and their recycling is accompanied by the reduction of negative impact on the environment, composites based on them have good prospects for implementation in construction practice.

рециклингсшитый полиэтиленкирпичный боймикроструктурарентгенофазовый анализрастровая электронная микроскопиякомпозиционные материалымеханические свойстваrecyclingcross-linked polyethylenebroken brickmicrostructureX-ray phase analysisscanning electron microscopycomposite materialsmechanical propertiesРабота выполнена в рамках государственного задания в сфере научной деятельности Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FZUN-2020-0015, госзадание ВлГУ). Исследования проводились с использованием оборудования межрегионального многопрофильного и междисциплинарного центра коллективного пользования перспективных и конкурентоспособных технологий по направлениям развития и применения в промышленности/машиностроении отечественных достижений в области нанотехнологий (Соглашение № 075-15-2021-692 от 05.08.2021).The research was carried out within the framework of the state assignment in the sphere of scientific activity of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (theme FZUN-2020-0015, state assignment of VLSU). The research was carried out using the equipment of the interregional multispecialty and interdisciplinary centre of collective use of promising and competitive technologies in the areas of development and application in industry/mechanical engineering of domestic achievements in the field of nanotechnology (Agreement No. 075-15-2021-692 of August 5, 2021).ReferencesРоманенко И.И., Петровнина И.Н., Еличев К.А., Романенко М.И. Пробуждение гидравлической активности наполнителей и заполнителей из лома глиняного кирпича // Инженерный вестник Дона. 2022. № 11 (95). С. 563–572. EDN NDFRPP.Romanenko I.I., Petrovna I.N., Yelichev K.A., Romanenko M.I. Awakening the hydraulic activity of fillers and aggregates from scrap clay bricks. Engineering Journal of Don. 2022; 11(95):563-572. EDN NDFRPP. (rus.).Aliabdo A.A., Abd-Elmoaty M., Hassan H.H. Utilization of crushed clay brick in concrete industry // Alexandria Engineering Journal. 2014. Vol. 53. Issue 1. Pp. 151–168. DOI: 10.1016/j.aej.2013.12.003Aliabdo A.A., Abd-Elmoaty M., Hassan H.H. Utilization of crushed clay brick in concrete industry. Alexandria Engineering Journal. 2014; 53(1):151-168. DOI: 10.1016/j.aej.2013.12.003Магсумов А.Н., Шарипянов Н.М. Использование бетонного лома в качестве крупного заполнителя для производства бетонных смесей // Символ науки: международный научный журнал. 2018. № 6. С. 29–33. EDN XQHPIT.Magsumov A.N., Sharipyanov N.M. The use of concrete scrap as a coarse aggregate for the production of concrete mixtures. Symbol of Science: International Scientific Journal. 2018; 6:29-33. EDN XQHPIT. (rus.).Ахмед А.А., Федюк Р.С., Лисейцев Ю.Л., Тимохина Р.А., Мурали Г. Использование бетонного лома Ирака в качестве наполнителя и заполнителя тяжелого и легкого бетона // Строительные материалы и изделия. 2020. Т. 3. № 3. С. 28–39. EDN NKXOKJ.Ahmed A.A., Fedyuk R.S., Liseytsev Yu.L., Timokhin R.A., Murali G. Use of Iraq concrete scrap as filler and aggregate of heavyweight and lightweight concrete. Construction Materials and Products. 2020; 3(3):28-39. EDN NKXOKJ. (rus.).Хаджиев М.Р. Бетонные композиты на заполнителях из керамического кирпичного боя // Евразийский союз ученых. 2014. № 5–3 (5). С. 37–40. EDN VXLZVN.Khadzhiyev M.R. Concrete composites on aggregates from ceramic brick scrap. Eurasian Union of Scientists. 2014; 5-3(5):37-40. EDN VXLZVN. (rus.).Larsen O., Samchenko S., Naruts V. Blended binder based on Portland cement and recycled concrete powder // Magazine of Civil Engineering. 2022. No. 5 (113). P. 11306. DOI: 10.34910/MCE.113.6. EDN ZLGLFF.Larsen O., Samchenko S., Naruts V. Blended binder based on Portland cement and recycled concrete powder. Magazine of Civil Engineering. 2022; 5(113):11306. DOI: 10.34910/MCE.113.6. EDN ZLGLFF.Larsen O.A. Environmental aspects of dismantling of old buildings during the reconstruction in Moscow // SGEM International Multidisciplinary Scientific GeoConference EXPO Proceedings. 2019. DOI: 10.5593/sgem2019/6.2/S26.015Larsen O.A. Environmental aspects of dismantling of old buildings during the reconstruction in Moscow. SGEM International Multidisciplinary Scientific GeoConference EXPO Proceedings. 2019. DOI: 10.5593/sgem2019/6.2/S26.015Bumanis G., Zorica J., Korjakins A., Bajare D. Processing of gypsum construction and demolition waste and properties of secondary gypsum binder // Recycling. 2022. Vol. 7. Issue 3. P. 30. DOI: 10.3390/recycling7030030Bumanis G., Zorica J., Korjakins A., Bajare D. Processing of gypsum construction and demolition waste and properties of secondary gypsum binder. Recycling. 2022; 7(3):30. DOI: 10.3390/recycling7030030Hansen S., Perdam S. Application of recycled gypsum wallboards in cement mortar // 7th International Conference on Engineering Mechanics and Materials, CSCE Annual Conference. 2019.Hansen S., Perdam S. Application of recycled gypsum wallboards in cement mortar. 7th International Conference on Engineering Mechanics and Materials, CSCE Annual Conference. 2019.Кислицына С.Н., Шитова И.Ю. Способы переработки отходов деревообрабатывающей промышленности : учебное пособие. Пенза : ПГУАС, 2016. 140 с.Kislitsyna S.N., Shitova I.Yu. Methods of processing waste from the woodworking industry : textbook. Penza, PGUAS, 2016; 140. (rus.).Минько Н.И., Калатози В.В. Использование стеклобоя в технологии материалов строительного назначения // Вестик БГТУ им. В.Г. Шухова. 2018. № 1. С. 82–88. DOI: 10.12737/article_5a5dbf09319de9.71561256. EDN PSPLFC.Min′ko N.I., Kalatozi V.V. The use of cullet in the technology of materials for construction purposes. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2018; 1:82-88. DOI: 10.12737/article_5a5dbf09319de9.71561256. EDN PSPLFC. (rus.).Бессмертный В.С., Жерновой Ф.Е., Дорохова Е.С., Изотова И.А., Гокова Е.Н. Эффективный материал для зеленого строительства на основе вторичного стекольного боя // Интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства : Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора Валерия Станиславовича Лесовика. 2016. С. 111–116. EDN WHQSLP.Bessmertnyy V.S., Zhernovoy F.E., Dorokhova E.S., Izotova I.A., Gokova E.N. An effective material for green construction based on secondary glass scrap. Intelligent building composites for green construction : international scientific and practical conference dedicated to the 70th anniversary of the Honored Scientist of the Russian Federation, corresponding member of the RAASN, Doctor of Technical Sciences, Professor Valery Stanislavovich Lesovik. 2016; 111-116. EDN WHQSLP. (rus.).Samchenko S.V., Zaitseva A.A. Possibility of the use of ground glass break in the production of aerated concrete // Solid State Phenomena. 2022. Vol. 334. Pp. 233–239. DOI: 10.4028/p-354i45Samchenko S.V., Zaitseva A.A. Possibility of the use of ground glass break in the production of aera-ted concrete. Solid State Phenomena. 2022; 334:233-239. DOI: 10.4028/p-354i45Чалов К.В., Луговой Ю.В., Косивцов Ю.Ю., Сульман Э.М. Исследование кинетики термодеструкции сшитого полиэтилена // Бюллетень науки и практики. 2019. Т. 5. № 12. С. 37–46. DOI: 10.33619/2414-2948/49/04. EDN BYTQCF.Chalov K., Lugovoy Yu., Kosivtsov Yu., Sulman E. Investigation of the kinetics of thermal degradation of cross-linked polyethylene. Bulletin of Science and Practice. 2019; 5(12):37-46. DOI: 10.33619/2414-2948/49/04. EDN BYTQCF. (rus.).Багаутдинов И.З., Кувшинов Н.Е. Преимущества применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена // Инновационная наука. 2016. № 3–3. С. 51–53. EDN VQBFFB.Bagautdinov I.Z., Kuvshinov N.E. Advantages of using cables with cross-linked polyethylene insulation. Innovation Science. 2016; 3-3:51-52. EDN VQBFFB. (rus.).Goto T. Recycling of silane cross-linked polyethylene for insulation of cables using supercritical alcohol // EINA. 2004. № 13. Pp. 39–40.Goto T. Recycling of silane cross-linked polyethylene for insulation of cables using supercritical alcohol. EINA. 2004; 13:39-40.Tokuda S., Horikawa S., Negishi K., Uesugi K., Hirukawa H. Thermoplasticizing technology for the recycling of crosslinked polyethylene // Furukawa Review. 2003.Tokuda S., Horikawa S., Negishi K., Uesugi K., Hirukawa H. Thermoplasticizing technology for the recycling of crosslinked polyethylene. Furukawa Review. 2003.Salim K., Houssam A., Belaid A., Brahim H. Reinforcement of building plaster by waste plastic and glass // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 17. Pp. 170–176. DOI: 10.1016/J.PROSTR.2019.08.023Salim K., Houssam A., Belaid A., Brahim H. Reinforcement of building plaster by waste plastic and glass. Procedia Structural Integrity. 2019; 17:170-176. DOI: 10.1016/J.PROSTR.2019.08.023Kou S.C., Lee G., Poon C.S., Lai W.L. Properties of lightweight aggregate concrete prepared with PVC granules derived from scraped PVC pipes // Waste Management. 2009. Vol. 29. Issue 2. Pp. 621–628. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.06.014Kou S.C., Lee G., Poon C.S., Lai W.L. Properties of lightweight aggregate concrete prepared with PVC granules derived from scraped PVC pipes. Waste Management. 2009; 29(2):621-628. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.06.014Сиков Н.Е., Серёгин А.И., Юркин Ю.В. Использование пластиковых отходов в качестве заполнителя в цементном растворе и приготовлении бетона // Инженерный вестник Дона. 2022. № 8 (92). С. 259–270. EDN OKBHDS.Sikov N.E., Seryogin A.I. Use of plastic waste as aggregate in cement mortar and concrete preparation. Engineering journal of Don. 2022; 8(92):259-270. EDN OKBHDS. (rus.).Harini B. Use of recycled plastic waste as partial replacement for fine aggregate in concrete // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2015. Vol. 4. Issue 9. Pp. 8596–8603.Harini B. Use of recycled plastic waste as partial replacement for fine aggregate in concrete. Inter-national Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2015; 4(9):8596-8603.Лысянников А.В., Третьякова Е.А., Лысянникова Н.Н. Переработанный пластик в дорожном строительстве // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 7. С. 105–115. EDN ZROUHV.Lysyannikov A.V., Tretiakova E.A., Lysyannikova N.N. Recycled plastic in road construction. Izvestiya Tula State University. Technical sciences. 2017; 7:105-115. EDN ZROUHV. (rus.).Zéhila G.-Ph., Assaad J.J. Feasibility of concrete mixtures containing cross-linked polyethylene waste materials // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 226. Pp. 1–10. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.07.285Zéhila G.-Ph., Assaad J.J. Feasibility of concrete mixtures containing cross-linked polyethylene waste materials. Construction and Building Materials. 2019; 226:1-10. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.07.285Бурмицкий М.С., Олихова Ю.В., Ивашкина В.Н. Перспективы применения отходов сшитого полиэтилена в составе полимерно-битумных вяжущих и асфальтобетонных смесей // Успехи в химии и химической технологии. 2020. Т. 34. № 7 (230). С. 87–89. EDN QXCJZV.Burmitsky M.S., Olikhova Yu.V., Ivashkina V.N. Prospects of application of plastic waste in the composition of polymer-bitumen binders and asphalt mixtures. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2020; 34(7):87-89. EDN QXCJZV. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.