Композиционные материалы на основе строительных и полимерных отходов

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. 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. 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. 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.

1. Романенко 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.

2. 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.2013.12.003

3. Магсумов 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.

4. 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.

5. Хаджиев М.Р. Бетонные композиты на заполнителях из керамического кирпичного боя // Евразийский союз ученых. 2014. № 5–3 (5). С. 37–40. EDN VXLZVN.

6. 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.

7. 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/S26.015

8. Bumanis 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/recycling7030030

9. Hansen S., Perdam S. Application of recycled gypsum wallboards in cement mortar // 7th International Conference on Engineering Mechanics and Materials, CSCE Annual Conference. 2019.

10. Кислицына С.Н., Шитова И.Ю. Способы переработки отходов деревообрабатывающей промышленности : учебное пособие. Пенза : ПГУАС, 2016. 140 с.

11. 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.

12. 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.

13. 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-354i45

14. Чалов 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.

15. Багаутдинов И.З., Кувшинов Н.Е. Преимущества применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена // Инновационная наука. 2016. № 3–3. С. 51–53. EDN VQBFFB.

16. Goto T. Recycling of silane cross-linked polyethylene for insulation of cables using supercritical alcohol // EINA. 2004. № 13. Pp. 39–40.

17. Tokuda S., Horikawa S., Negishi K., Uesugi K., Hirukawa H. Thermoplasticizing technology for the recycling of crosslinked polyethylene // Furukawa Review. 2003.

18. 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.2019.08.023

19. Kou 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.2008.06.014

20. Сиков 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.2019.07.285

24. Бурмицкий 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.