Properties of lightweight concrete with recycled ground expanded polystyrene aggregate

EPS jest ma te ria łem po wszech nie sto so wa nym do pro duk cji wy ro bów sty - ro pia no wych. Ne ga tyw nym aspek tem to wa rzy szą cym jego ob rób ce jest powstawanie od pa dów w po sta ci gra - nu lek i ka wał ków sty ro pia nu. Z te go po - wo du przed się bior stwa czę sto zmu - sza ne są do po no sze nia kosz tów zwią - za nych z cał ko wi tą lub czę ścio wą uty - li za cją te go ma te ria łu. War to wspo - mnieć, że od pa dy sty ro pia no we sta no - wią ok. 0,1% wszyst kich od pa dów ko - mu nal nych [1].

Ze wzglę du na wspo mnia ny pro - blem, za kła dy pro du ku ją ce EPS czę - sto wy po sa żo ne są w mły ny roz drab - nia ją ce. Dzię ki tym urzą dze niom uzy - ski wa ny jest su ro wiec wtór ny w po sta - ci re gra nu la tu, czę ścio wo wy ko rzy sty - wa ny do po now nej pro duk cji sty ro pia - nu. W wie lu pu bli ka cjach [2 – 4] po -

twier dza się, iż ma te riał mo że być rów - nież sto so wa ny do pro duk cji be to nów lek kich (tzw. sty ro be to nów). Zda niem au to rów bra ku je me tod pro jek to wa nia ta kich ma te ria łów, po zwa la ją cych na opty ma li za cję skład ni ków. Ist nie je za - tem ko niecz ność szu ka nia za leż no ści po mię dzy ilo ścią do da wa ne go re gra - nu la tu EPS do mie szan ki be to no wej a pa ra me tra mi po wsta łe go z nie go kom po zy tu.

Me to da i wy ni ki ba dań

W ce lu do ko na nia wstęp nej ana li zy cech sty ro be to nów wy ko na no dwie se rie ba daw cze mie sza nek be to no - wych:

● se ria nr 1 – prób ki o zmien nej ob - ję to ści re gra nu la tu EPS na rzecz kru - szy wa drob ne go, przy sta łym sto sun ku wod no -ce men to wym 0,35 (tabela 1);

ma sa ce men tu wy no si ła 372 kg/m³.

● se ria nr 2 – prób ki o zmien nej ob - ję to ści re gra nu la tu EPS na rzecz za - pra wy, przy sto sun ku wod no -ce men to -

wym 0,35 (tabela 2); ma sa ce men tu wynosiła 297÷743 kg/m³.

Ba da nia wy trzy ma ło ści oraz gę sto - ści po zor nej wy ko na no w czternastym dniu doj rze wa nia pró bek. Do do świad - cze nia wy ko rzy sta no: wo dę wo do cią - go wą, re gra nu lat EPS o sza co wa nej

MATERIAŁY BUDOWLANE • MATERIAŁY BUDOWLANE

1

5 ’2017 (nr 537) ISSN 0137-2971, e-ISSN 2449-951X

www.materialybudowlane.info.pl

Stresz cze nie. Ce lem artykułu jest przed sta wie nie moż li wo ści za go spo da ro wa nia od pa du re gra nu la tu po li sty re nu eks pan do wa - ne go (EPS) do pro duk cji be to nów lek kich. Opi sa no zależność po mię dzy ilo ścią odpadu do da wa ne go do mie szan ki be to no wej a wy trzy ma ło ścią na ści ska nie i gę sto ścią po zor ną uzy ska ne go kom po zy tu ce men to we go. Wy ko na no dwie se rie ba daw cze mie - sza nek be to no wych. W pierw szej ob ję tość re gra nu la tu EPS zmie nia no na rzecz kru szy wa drob ne go przy sta łej ilo ści za czy - nu. W dru giej ob ję tość re gra nu la tu EPS była re kom pen so wa na ob ję to ścią za pra wy o sta łych pro por cjach kru szy wa, wo dy i spo - iwa. Obie se rie po twier dza ją, iż wy trzy ma łość na ści ska nie i gę - stość po zor na kom po zy tów ce men to wych zmniejszają się wraz ze wzro stem ilości do da wa ne go od pa du. Po nad to ba da nia wska - zu ją, że lek kie be to ny kon struk cyj ne na ba zie re gra nu la tu EPS mo gą ob ję to ścio wo za wie rać mak sy mal nie 40% te go su row ca ze względu na wytrzymałość wykonywanych konstrukcji.

Sło wa klu czo we: re gra nu lat EPS, zrów no wa żo ny roz wój, be ton lek ki.

Abstract. This article presents the possibilies of recycled ground expanded polystyrene (EPS) aggregate management used for lightweight concrete. In the paper, relations between the amount of added weste to the concrete mixture and both compressive strength and apparent density of received concrete composite, has been described. The authors have conducted two research cycles of concrete mixtures, which contained variable formulas. In the first one, the volume of recycled ground EPS aggregate has been changed in favour of fine agregate with the constant quantity of cementitious paste. During the second one, the volume of recycled ground EPS aggregate has been compensated by the volume of mortar (with constant ratio of aggregate, water and binder). Both series has shown that compressive strength and bulk density of concrete composites diminish in accordance with added waste.

Moreover, the research has indicated that light structural concrete created on the basis of recycled ground EPS aggregate might contain volumetrically a maximum of 40 percent of this material.

Keywords: recycled ground EPS aggregate, sustainable development, lightweight concrete.

DOI: 10.15199/33.2017.05. ( D o n i e s i e n i e n a u k o w e )

Właściwości betonów lekkich na bazie regranulatu polistyrenu ekspandowanego

Properties of lightweight concrete with recycled ground expanded polystyrene aggregate

mgr inż. Paweł Piekarski^1)*) dr inż. Łukasz Mrozik¹⁾

mgr inż. Agnieszka Grzybowska¹⁾

Tabela 1. Udzia ły ob ję to ścio we skład ni ków w 1 m³mie szan ki be to no wej – seria nr 1 Ta ble. 1. Con cre te mix pro por tions by vo lu - me tric per cen ta ge – se ries 1

Numer receptury

Udziały objętościowe składników

Superplas- tyfikator woda cement kruszywo

drobne reg.

EPS [-] [%] [kg] [%] [kg] [%] [kg] [%] [%]

1 13,0 130,1 12,0 371,7 15,0 397,5 60,0 3,0 2 13,0 130,1 12,0 371,7 20,0 530,0 55,0 3,0 3 13,0 130,1 12,0 371,7 25,0 662,5 50,0 3,0 4 13,0 130,1 12,0 371,7 35,0 927,5 40,0 3,0 5 13,0 130,1 12,0 371,7 45,0 1192,5 30,0 3,0 6 13,0 130,1 12,0 371,7 55,0 1457,5 20,0 3,0 7 13,0 130,1 12,0 371,7 75,0 1987,5 0,0 3,0

Budowni ctwo ogól ne

1)Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

*) Adres do korespondencji:

pawel.piekarski@utp.edu.pl

śred niej śred ni cy 4 mm; kru szy wo oto - cza ko we o śred ni cy zia ren 0 ÷ 2 mm;

ce ment CEM I 42, R oraz su per pla sty - fi ka tor na ba zie ete rów po li kar bok sy la - no wych. Ilość su per pla sty fi ka to ra w obu se riach okre ślo no w sto sun ku do ma sy ce men tu (bez wli cze nia go w udzia łach ob ję to ścio wych skład- ni ków). Wy trzy ma łość na ści ska nie oraz gę stość po zor ną kom po zy tów ce - men to wych, w za leż no ści od pro cen - to wej za war to ści re gra nu la tu EPS, przed sta wio no w ta be li 3 oraz na ry - sun kach 1 i 2.

Obie se rie po twier dza ją zmniej sze - nie gę sto ści po zor nej oraz wy trzy ma ło -

ści na ści ska nie po wsta łych kom po zy - tów przy zwięk sza niu udzia łu ob ję to - ścio we go re gra nu la tu EPS. Ko rzyst - niej sze wy ni ki wy trzy ma ło ści na ści ska - nie uzy ska no w przy pad ku se rii nr 2, szcze gól nie przy za war to ści do 20%

re gra nu la tu EPS. Gę stość po - zor na pró bek z obu se rii nie róż - ni ła się znacz nie.

Pod su mo wa nie i wnio ski

Za sto so wa nie re gra nu la tu EPS do be to nu po zwa la na sku - tecz ne za go spo da ro wa nie od - pa du oraz zmniej sze nie zu ży cia kru szy wa na tu ral ne go. Głów ny pro blem sta no wi usta le nie re la - cji po mię dzy pro por cja mi skład - ni ków (ce men tu, kru szy wa, wo - dy i re granula tu EPS) a wła ści - wo ścia mi uzy ska ne go kom po - zy tu ce men to we go. W tym ce lu na ba zie wa run ku szczel no ści wy ko na no dwie se rie re cep tur z róż nym udzia łem ob ję to ścio - wym skład ni ków. Wy ni ki obu se - rii świad czą, że wy trzy ma łość sty ro be to nów uza leż nio na jest przede wszyst kim od ob ję to ści i struk tu ry ma try cy ce men to wej.

Ko rzyst niej sze pa ra me try wy - trzy ma ło ścio we sty ro be to nów otrzy ma no, za mie nia jąc udział ob ję to ścio wy re gra nu la tu EPS na rzecz za pra wy (se ria nr 2). Wy ni ka to z fak tu, iż sta ła pro por cja pia sku, ce - men tu oraz wo dy po wo du je uzy ska nie szczel niej szej i wy trzy mal szej ma try cy ce men to wej. Dla te go pro jek tu jąc te go ty pu kom po zy ty, na le ży zwró cić uwa gę nie tyl ko na ja kość skład ni ków, ale rów - nież na ich ilość i wza jem ne pro por cje.

Bio rąc to pod uwa gę, zda niem au to - rów lek kie be to ny kon struk cyj ne na ba - zie re gra nu la tu EPS moż na uzy skać, do da jąc na wet do 40% od pa du.

Li te ra tu ra

[1] Fer ran diz -Mas V., E. Al co cel -Gar cia 2013.

„Du ra bi li ty of expan ded ply sty re ne mor tars”.

Conc struc tion and Bu il ding Ma te rials (46):

175 – 182.

[2] Her na dez -Za ra go za J. B., T. Lo pez -La ra, J. Hor ta -Ran gel, C. Lo pez -Ca jun, E. Ro jas - -Gon za lez, F. J. Gar cia -Ro dri gu ez, J. Adue.

2013. „Cel lu lar Con cre te Brick with Re cyc led Expan ded Po ly sty re ne Ag gre ga te”. Ada van - ces in Ma te rials Scien ce and En gi ne ering.

[3] Ke ka no vić M., D. Ku ka ras, Ceh Ar pad, G. Ka ra man. 2014. „Li gh twe ight con cre te with re cyc led gro und expan ded po ly sty re ne ag - gre ga te”. Teh nic ki vje snik 21, 2: 309 – 315.

[4] Out zen K. S., C. Chen. 2012. A stu dy of Re cyc led Po ly sty re ne for Struc tu ral Con cre - te Ap pli ca tion.

Przyjęto do druku: 03.04.2017 r.

MATERIAŁY BUDOWLANE • MATERIAŁY BUDOWLANE

2

Tabela 2. Udzia ły ob ję to ścio we skład ni ków w 1 m³mie szan ki be to no wej – seria nr 2 Ta ble. 2. Con cre te mix pro por tions by vo lu - me tric per cen ta ge – se ries 2

Numer receptury

Udziały objętościowe składników

superplas- tyfikator woda cement kruszywo

drobne reg.

EPS [-] [%] [kg] [%] [kg] [%] [kg] [%] [%]

1 10,0 104,1 10,0 297,4 20,0 530,0 60,0 3,0 2 12,0 117,1 11,0 334,5 22,0 596,3 55,0 3,0 3 13,0 130,1 12,0 371,7 25,0 662,5 50,0 3,0 4 16,0 156,1 14,0 446,0 30,0 795,0 40,0 3,0 5 18,0 182,1 17,0 520,4 35,0 927,5 30,0 2,0 6 21,0 208,2 19,0 594,7 40,0 1060,0 20,0 2,0 7 26,0 260,2 24,0 743,4 50,0 1325,0 0,0 2,0

Tabela 3. Ana li za sta tycz na ozna cze nia wy trzy ma ło ści na ści ska nie pró bek – se ria nr 1 i 2 Ta ble. 3. Sta tic ana ly sis me an com pres si ve strength – se ries 1 and 2

Seria Numer

recep- tury

Wytrzymałość średnia f_cm[MPa]

Wytrzymałość minimalna f_min[MPa]

Odchylenie standardowe

Współczynnik zmienności [%]

Wytrzymałość charakterystyczna

f_ck[MPa]

1 1,29 1,20 0,08 6,58 1,15

2 2,28 2,10 0,15 6,71 2,03

3 6,12 5,30 0,81 13,24 4,79

4 4,41 4,20 0,18 4,08 4,11

5 9,45 9,40 0,09 0,95 9,30

6 15,44 12,90 0,49 3,21 14,62

7 14,99 12,40 0,59 3,90 14,03

1 1,04 0,90 0,14 13,04 0,38

2 2,88 2,50 0,51 17,68 2,05

3 5,64 5,00 0,52 9,15 4,79

4 9,24 9,00 0,47 5,11 8,47

5 11,88 12,20 0,25 2,14 11,46

6 13,41 12,60 0,81 6,04 12,08

7 46,14 45,90 0,18 0,40 45,84

Uwaga: Wytrzymałość charakterystyczną wyznaczano przy poziomie ufności 95%.

Rys. 1. Śred nia wy trzy ma ło ść na ści ska nie pró bek – se ria nr 1 i 2

Fig. 1. Me an com pres si ve strength – se ries 1 and 2

Rys. 2. Śred nia gę sto ść po zor na pró bek – se ria nr 1 i 2 Fig. 2. Ave ra ge bulk den si ty – se ries 1 and 2

Budowni ctwo ogól ne

1

2