Možnosti využití mletého odpadního skla při návrhu cementových kompozitů

Abstract

Ve světě s rostoucí environmentální zátěží je stále více kladen důraz na snižování emisí, účinné recyklování a podobně. Ve stavebnictví je největším producentem CO2 plynů cement, a proto je stále častěji částečně nahrazován jinými materiály. Jedním z takových materiálů by mohlo být odpadní, z různých důvodů těžko recyklovatelné, sklo. V první část této práce blíže popisuji fungování samotného cementu, potažmo betonu jako takového. Dále přibližuji situaci okolo recyklace skla a naznačuji, jaké využití by recyklované sklo mohlo mít ve výrobě cementových kompozitů. V druhé části této práce pak provádím ověření vlivu skelného recyklátu na cementové kaše, který se v podobě mletého prášku postupně přidává namísto cementu do cementové směsi. Jednotlivé směsi s různým složením jsem postupně podrobil několika experimentálním testům. Ověřil jsem vliv mletého skla na konzistenci směsi pomocí reologické zkoušky a zkoušky rozlitím. Dále jsem u každé směsi izotermickou kalorimetrií detekoval míru chemické aktivity a následně jsem ověřil, zdali rozdílné složení mělo vliv na samotné pevnosti cementových kompozitů. Výsledky experimentální části ukázaly, že odpadní prášek z pěnového skla má na cementové kaše nemalý vliv. Tento vliv byl zaznamenán především na výsledné pevnosti, kdy byly zaznamenaný vcelku výrazné propady oproti nemodifikovaným směsím. Směs s 5 % nahrazením cementu zaznamenala po dvaceti osmi dnech pokles pevnosti v tlaku o více než 17 %. Snížení pevnosti bylo pozorováno i u pevnosti v tahu za ohybu, přičemž hodnota poklesla o necelých 8 %. A proto se odpad z výroby pěnového skla nehodí jako náhrada části cementu pro výrobu konstrukčních betonů. Nicméně u skla jako příměsi do cementových kompozitů vystupuje spoustu proměnných faktorů, které mohou ovlivnit účinnost této alternativní příměsi. Neúspěch u pěnového skla nemusí nutně znamenat zavrhnutí celé myšlenky. Zjištění, že volba vhodného skleného recyklátu z hlediska jeho chemického složení a následný způsob jeho zpracování představují klíčové faktory pro zvýšení účinnosti jeho využití v cementových směsích, je zásadní pro další výzkum, jenž by měl směřovat k ověření a rozpracování této hypotézy. Při úspěšném začlenění recyklátu skla do cementových směsí se nejen částečně sníží jinak rostoucí objem skla na skládkách, ale zároveň se pomůže snížit uhlíková stopa, a posunout tak celý stavební průmysl blíže k uhlíkově neutrálnímu provozu.

In a world facing increasing environmental pressure, greater emphasis is being placed on emission reduction, efficient recycling, and similar measures. In the construction industry, cement is the largest producer of CO emissions and is therefore increasingly being partially replaced by alternative materials. One such material could be waste glass, which is difficult to recycle for various reasons. The first part of this thesis provides a closer look at the behavior of cement and, by extension, concrete as a whole. It also outlines the current situation regarding glass recycling and explores the potential use of recycled glass in the production of cement-based composites. The second part of the thesis focuses on evaluating the influence of glass recyclate on cement pastes. Finely ground glass powder was gradually used to replace a portion of the cement in the mixtures. These mixtures with varying compositions were subjected to a series of experimental tests. The effect of ground glass on the consistency of the mixture was verified using rheological tests and flow table tests. Furthermore, the chemical reactivity of each mixture was assessed using isothermal calorimetry, and the mechanical properties were evaluated to determine whether the different compositions affected the strength of the cement composites. The results of the experimental section showed that waste powder from foam glass significantly affects cement pastes. This influence was particularly evident in the final strength values, with noticeable reductions compared to the reference mixtures. A mixture with 5% cement replacement exhibited a compressive strength decrease of more than 17 % after 28 days. A decline in flexural tensile strength was also observed, dropping by nearly 8 %. Therefore, waste from foam glass production is not suitable as a partial replacement for cement in structural concrete production. However, there are many variable factors associated with using glass as an additive in cement composites that can affect its performance. The poor performance of foam glass does not necessarily invalidate the overall concept. The key finding is that the selection of a suitable glass recyclate in terms of its chemical composition, along with the method of its processing, are crucial factors for improving its effectiveness in cement mixtures. This insight is essential for further research, which should focus on verifying and expanding upon this hypothesis. If glass recyclate can be successfully integrated into cement mixtures, it would not only reduce the growing volume of glass waste in landfills but also contribute to lowering the carbon footprint, thereby moving the construction industry closer to carbon-neutral operation.