glasierte Schalen im Regal

Verwendung von Glaspulvern im industriellen Umfeld: Ein kurzer Überblick

Einführung in Glas und Glaspulver

Ganz einfach, ein Glaspulver (bodenglas) ist ein Pulver eines Glases. Aber seine Eigenschaften stammen nicht hauptsächlich von der Mahlgröße, sondern von der Identität des Glases selbst. Ein Glas ist ein solides, nicht kristallines, typisch transparentes, amorphes Material (d. h. es fehlt in der festen Phase eine Lange-Reichweite-Ordnung). Die häufigste Art von Glas ist Soda-Kalk-Glas, das hauptsächlich aus Siliziumdioxid, SiO2,zusammen mit Natriumoxid, Calciumoxid und Aluminiumoxid besteht. Andere kleinere Komponenten werden zu Feinabstimmungeigenschaften hinzugefügt, um den Soda-Kalk für den Einsatz als Plattenglas oder als Behälterglas geeignet zu machen.

Eine großflächige Quelle für Gemahlenes Glas stammt aus Siedlungsabfällen/Recyclingströmen. Glas, in der Regel Flaschen, werden gesammelt und fein gemahlen für die weitere Verwendung /Verarbeitung. Die meisten Pulverglas wird aus gebrauchtem Glas bezogen und dann geschliffen. Dies macht es zu einer kostengünstigeren Ressource. Es gibt jedoch gefräste Glasprodukte, die aus neuem Glas gewonnen werden oder Glasbehälter für spezielle Anwendungen ablehnen. Schätzungen zufolge werden jährlich über 200 Millionen Tonnen Glasabfälle auf Deponien deponiert (1). Dies hat sich jedoch in letzter Zeit aufgrund vieler einzigartiger Anwendungen, die Glas erfüllen kann, dramatisch geändert.

Beton mit Glaspulvermischung gegossen
Betonplatten aus Glaspulvermischung

Glaspulver und Beton

Beton ist ein allgegenwärtiger Baustoff, der für den Bau von Straßen, Brücken und Gebäuden unerlässlich ist. Es besteht aus Aggregat, das zusammen mit einem Zement, typischerweise Portland zementiert wird, und Wasser gemischt wird. Zement und Wasser reagieren zusammen und bilden eine harte Matrix, die sich und das Aggregat verbindet und eine steinartige Substanz erzeugt.

Additive können in die Betonschlämme aufgenommen werden, um die Eigenschaften der endgültigen Betonplatte zu ändern. Es können z.B. Weichmacher hinzugefügt werden, die die Aushärtung des Betons verlangsamen, indem das erforderliche Wasser-Zement-Verhältnis reduziert wird, aber seine Gießbarkeit erhalten bleiben. Die Festigkeit des fertigen Betons ist bei geringerem Wassergehalt größer.

Eine andere Klasse von Verbindungen, die häufig als Betonzusatzstoffe verwendet werden, sind Pozzolane - eine Gruppe von Silizium und/oder aluminous, die in Wasser mit Calciumhydroxid (im Zement vorhanden) reagieren können, um ein Material mit betonähnlichen Eigenschaften zu produzieren. Die Aufnahme von Pozzolanen in das Betongemisch hat zahlreiche Vorteile; pozzolans können billiger als Portland Zement sein und damit die gesamtfinanzielle Belastung bei der Herstellung reduzieren, sie können Haltbarkeit und Langlebigkeit des fertigen Betons erhöhen, und ihre Einbeziehung auf Kosten eines Teils der Portland-Zement reduziert die Umweltbelastung, die in erster Linie mit der Herstellung von Portlandzement verbunden ist. Es ist jedoch zu beachten, dass Pozzolane aufgrund des Calciumhydroxidbedarfs nicht den gesamten Portlandzement in einem Betongemisch ersetzen können. Darüber hinaus können einige Pozzolane den fertigen Beton andere Eigenschaften wie Gesamtfestigkeit und erhöhte Beständigkeit gegen schädliche Verbindungen bieten. Gemahlenes Soda-Kalkglas als Silikat kann als Pozzolan verwendet werden.

Beton wird aus maschinell gegossen

Warum geschliffenes Glas?

Die Forschung über die Einbeziehung von Bodenglas geht auf Jahrzehnte zurück, obwohl die meisten relevanten Beispiele eher neu sind - angespornt durch den zunehmenden Wunsch, die Kosten zu senken und die Umweltstabilität zu erhöhen(2). Zeitgenössische Studien haben gezeigt, dass die Einbeziehung von Altglas mit einer Mahlgröße von weniger als 10 Mikrometern dem Beton hinzugefügt werden kann, ohne dass die Festigkeit oder Haltbarkeit schaden (3). Eine Studie aus dem Jahr 2006 untersuchte die Leistung von Mischungen von Mahlgrößen (pulverisiert/10 Mikron, Feinmahlen/0,15-0,3 mm und Grobmahl/0,6-2,36 mm) in einem 40 MPa Zementmix. Die Autoren berichteten von einer guten Leistung bei allen Mischungen, die innerhalb von 404 Tagen die Stärkegrenze von 40 MPa erreichten oder übertrafen(4). Sie stellen fest, dass Festigkeit und Haltbarkeit des resultierenden Betons in einigen Fällen auf 55 MPa trotz der Gesamtreduktion des Zementgehalts um 30 stiegen - was auf eine starke pozzolanische Reaktion zwischen gemahlenem Glas und Zement zurückzuführen ist.

Betonziegel
Betonplatten, die mit Glaspulverzusatz hergestellt werden könnten

Bei Verwendung von gemahlenem Sodakalkglas, um einen Teil von Zement und Aggregat in einem Gemisch zu ersetzen, werden bei der Herstellung von selbstnivellierendem Beton(5) keine schädlichen Eigenschaften beobachtet, obwohl der Autor eine moderate Änderung des Wasser-Pulver-Verhältnisses bei der Selbstnivellierung spezierte, mit einer Gesamteinbindung von bis zu 104 kg/m.3 von gemahlenem Glas.

Weitere Studien haben den 30 "süßen Fleck" der Aufnahme von Gemahlenglas in Betonmischungen hervorgehoben. Im Vergleich zu Beton aus Flugasche hatte Beton, der Geschliffenglas enthielt, vergleichbare Langzeitfestigkeitseigenschaften; im Vergleich zu Beton mit natürlichen Pozzolanen, war es stärker. Darüber hinaus wurde nach sieben Jahren, die in Wasser getaucht waren, keine Verschlechterung beobachtet, und die Resistenz gegen Chlorid- und Sulfatangriffe wurde im Vergleich zu Flugasche und natürlichen Pozzolanen verbessert(6).

Überlegungen zur Verwendung von Mattglas in Beton

Insgesamt überwiegen die Vorteile der Verwendung von Erdglas als Zusatzstoff in Beton bei weitem die Nachteile. Es wurde berichtet, dass die gesamte pozzolanische Aktivität von gemahlenem Glas mit dem Hydratationsgrad des Glaspulvers zusammenhängt, daher abhängig von seiner Oberfläche. Im Allgemeinen ist eine feinere Mahlgröße vorzuziehen, um einen optimalen Zementersatz zu erzielen(7). Die Hauptbeschränkung für die Verwendung von Gemahlenglas in der Betonherstellung ist die Alkali-Kieselsäure-Reaktion, d.h. wenn Hydroxylionen im Zement, die mit dem Kieselsäure aus dem Glas in Gegenwart von Wasser reagieren können(8). Der Nettoeffekt dieser Reaktion ist die Produktion eines Gels,"in situ", das Wasser absorbiert, dann anschwillt und Risse im Beton verursacht. Die Minderung erfolgt über die Verwendung geeigneter Mahlgrößen von Glas(9), die Abdichtung von Beton, wie es aushärtet, um atmosphärisches Wasser zu beseitigen und kleine Mengen von anderen/natürlichen Pozzolanen oder Flugasche zu verwenden(10). Es wird darauf hingewiesen, dass die Alkali-Kieselsäure-Reaktion auch in konventionellem Beton zu sehen ist(11).

Beton wird gegossen

Glasuren

Keramikglasuren sind eine häufige Verwendung von Siliziumdioxid-Verbindungen. Eine Glasur besteht aus einem Kunststoff, einem nicht-plastischen und Additiven. Von den Nicht-Kunststoffen sind dies meist Oxide, neben Pigmenten, Feldspat und Frits, die ebenfalls Kieselsäure-Art sind(12). Eine aktuelle Studie hat gezeigt, dass recyceltes Pulverglas (in diesem Fall von Kathodenstrahlröhrenfernsehern) als Oxidkomponente in Keramikglasuren(13). Die hergestellten Keramikglasuren schnitten ebenso gut ab wie ihre kommerziellen Pendants, mit einer besonders guten chemischen Beständigkeit; neben der willkommenen Verwendung für Altglas.

glasierte bunte Keramik
glasierte Terrakotta-Töpfe

Feuerfeste Materialien

Ein feuerfestes Material ist eine wärmebeständige Verbindung, hat aber auch starke thermochemische und mechanische Eigenschaften und eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grund werden feuerfeste Materialien zur Ausfatlegung von Reaktoren in industriellen Prozessen und insbesondere bei der Eisen- und Stahlproduktion verwendet - allein dieser Sektor nutzt 70 der weltweiten Versorgung mit Feuerfeststoffen(14). Feuerfeste sind in der Regel Oxidmaterialien und fallen in Klassifikationen basierend auf ihrer Zusammensetzung; sauer, basisl,oxid-kohlenstoff- oder spezialisiert. Bei Gemahlenem Glas wirkt es als Quelle von saurem feuerfestem Material, da seine Hauptkomponente Kieselsäure ist. Ein feuerfestes Material wird in der Regel zu einer Blockform geformt, von denen einige mit einem Bindemittel miteinander verbunden werden können. Kieselsäure ist aufgrund ihres hohen Schmelzpunkts das beliebteste der feuerfesten Oxide(15). Materialien wie Kieselsäure, Aluminiumoxid und andere kommen natürlich vor. Gemahlenes Glas ist eine gute Quelle für Kieselsäure, aber gemahlenes Glas enthält auch andere Komponenten. Feuerfeste Materialien werden in einem sequenziellen Verfahren hergestellt: Rohstoffverarbeitung, Umformung und anschließendes Brennen. Feuerziegel ist ein Paradebeispiel für ein Kieselsäurehaltiges feuerfestes Material, das für seine unglaublich hohe Temperaturbeständigkeit bekannt ist, in Stahlöfen zu finden ist und Als Hauptbestandteil Erdglas(16) enthält.

geschmolzenes Metall wird in Formen gegossen, die mit Füllsand hergestellt werden
geschmolzenes Metall wird gegossen

Glasschliff und Bodenverbesserung

Studien haben gezeigt, dass die Einführung von 75 Mikron gemahlenem Glas in Lehmböden die technischen Eigenschaften des Bodens erhöhen kann. Zum Beispiel verringerte die Einbeziehung von 12 gemahlenem Soda-Kalkglas die Quellwerte um das Fünffache, erhöhte das California Bearing Ratio (ein Maß für die Härte, das verwendet wird, um die Eignung von Untergrad vor der Verlegung der Straße zu bestimmen) und seine Druckfestigkeit ( 17). Eine solche Ergänzung könnte die Notwendigkeit verringern, die Unterarten von Straßen oder Schienen in Gebieten mit Lehmböden stark zu verstärken. Die Zugabe von Gemahlenem Glas wird aufgrund seiner Natur als kohäsionsloses Material, und in einer Studie verringerte die Kompressibilität von Lehmboden um über 50(18). Die Verbesserung des Bodens durch Zugabe von Erdglas kann Gebäudeschäden in Zeiten saisonaler Temperaturänderungen verhindern(19).

Hand hält etwas Boden

Andere Anwendungen

Sowohl Pulverglas als auch Kalksteinstaub sind Abfallprodukte aus verschiedenen industriellen Prozessen weltweit, und die Notwendigkeit, diese zu bewältigen, ohne sie auf Deponien zu schicken, hat Priorität. Eine Studie zeigt, dass mit der Zugabe einer kleinen Menge Portlandzement, zusammen mit Kalksteinstaub und Pulverglas kann eine neue Art von Ziegel zu produzieren. Der neue Ziegel ist ohne Feuer in einem Ofen hersäusbar und weist ähnliche Eigenschaften wie moderne Betonziegel auf. Es wird darauf hingewiesen, dass das Pulverglas die Druck-/Flexurfestigkeit, Abriebfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Ziegels verbessert - und gleichzeitig die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit aufrechterhält(20). In der traditionellen Tonziegelherstellung hat sich gezeigt, dass die Zugabe von 2,5 bis 10 durch Masse 20 Mikron gemahlenes Glas die Produktionsverluste verringert und die Festigkeit von 20 MPa auf 29 MPa erhöht - aufgrund des geschliffenen Glases, das die inneren Poren des Tons mit einem glasigen ph füllt. während des Schießens(21).

Aus der Herstellung von Plattenglas, zum Beispiel für den Einsatz in Fenstern, ist Glaspulver ein Abfallprodukt. Forscher in Brasilien haben gezeigt, ob dieses gemahlene Glas in Isolierprodukten als verbessernder Füllstoff in Glasfaserprodukten verwendet werden kann(22). Weitere Anwendungen als Komponente im Wärmespeicher wurden untersucht, wobei 150 Mikron Gemahlenglas als Stütze für n-Octadien in einer vakuumimprägnierten Phase verwendet werden, um Materialisolator innen Wände von Gebäuden zu wechseln. Die Verwendung von Erdglas verhinderte das Auslaufen des n-Octadienwährend während des Phasenübergangs(23).

Sandprodukte für Gießverfahren aus Glaspulver
Kerne von Formen

Zusammenfassung

  • Gemahlenes Glas ist eine Hauptquelle von Kieselsäure, die zufällig unglaublich preiswert ist, da es oft als Abfallprodukt bezogen wird - und weit verbreitet ist
  • Es hat Verwendung in der Betonproduktion gefunden, ersetzt einen Teil des Zements, was wiederum die Herstellung weniger umweltschädlich macht und die Beton-verbesserten Eigenschaften bietet
  • Weitere Anwendungen sind in feuerfesten Anwendungen (wo seine hohe Temperaturtoleranz vorteilhaft ist) in Glasuren, in der Gebäudeisolierung, Bodenverbesserung und in der Ziegelherstellung
  • Viele seiner Anwendungen sind besonders vorteilhaft, da sie große Mengen von Glas von Deponien ableiten können.

Verweise

1 I. B. Topu und M. Canbaz, Cem. Concr. Res.Transport , 2004, 34, 267

2 Y. Jiang et al., J. Env. Manag., 2019, 242, 440

3 A. Shayan und A. Xu, Cem. Concr. Res., 2004, 34, 81

4 A. Shayan und A. Xu, Cem. Concr. Res.Transport , 2006, 36, 457

5 M. Liu, Konstanz. Bauen. Matte., 2011, 25, 919

6 M. Carsana et al. Cem. Concr. Res., 2014, 45, 39

7 M. Mirzahosseini und K. A. Reiten, Cem. Concr. Comps., 2015, 56, 95

8 K. Afshinnia und P. Rangaraju, Konstanz. Bauen. Matte., 2015, 81, 257

9 M. Cyr et al., Konstanz. Bauen. Matte., 2010, 24, 1309

10 N. Schwartz et al., Cem. Concr. Compos., 2008, 30, 486

11 C. Meyer, N. Egosi und C. Andela, Concrete with Waste Glass as Aggregate, in International Symposium on Concrete Technology of the ASCE and the University of Dundee, Dundee, United Kingdom, 2001

12 K. Bonk et al., Fliesenziegel, 1992, 1, 14

13 F. Andreola et al., J. Eur. Keramik Soc., 2007, 27, 1623

14 A. M. Garbers-Craig, J. S. Afr. Inst. BergbaumetallurgieTransport , 2008, 108, 1

15 G. Almarahle, Bin. J. Appl. Sci., 2005, 2, 465

16 US-Patent US1341510A, 1920, abgelaufen

17 H. Canacki et al., Procedia Eng., 2016, 161, 600

18 M. Nuruzzaman und M. A. Hossain, Glob. J. Res. Eng. E, 2014, 14, 17

19 Y. Mawlood et al., Int. J. Geotech. Eng., 2019, DOI: 10.1080/19386362.2019.1647644

20 P. Turgut, Materialien und Strukturen, 2008, 41, 805

21 I. Demir, Abfallentsorgung. Res.Transport , 2009, 27, 572

22 A. C. P. Galvéo et al., Cerémica, 2015, 61, 367

23 S. A. Memon et al., Energy Build, 2013, 66, 405

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