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.
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.
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).
Bemerkenswert ist das Konzept der Verwendung von gemischten Puzzolanen bei der Herstellung von Beton - d. h. bei der Verwendung von Glas als Puzzolan neben anderen zeitgenössischen Materialien - was zu verbesserten längerfristigen Eigenschaften führen kann. Untersuchungen haben ergeben, dass die Verwendung von Puzzolanmischungen einen Beton erzeugen kann, der nach 28 Tagen viel widerstandsfähiger gegen Sulfatangriff und das Eindringen von Chloridionen ist(7).
Ein weiterer Grund, warum gemahlenes Glas in Zement verwendet wird, ist, dass es sich um ein glasartiges Material handelt. Solche Materialien sind dafür bekannt, dass sie keine strukturellen Mängel aufweisen, und diese führen zu einer qualitativ hochwertigen Wechselwirkung zwischen dem Zement und dem Bindemittel(8). Ohne solche klar definierten und reinen Kristallstrukturen wäre geschliffenes Glas in diesem Bereich zweifellos kein Konkurrent.
Überlegungen zur Verwendung von geschliffenem Glas 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 erreichen(9). Die größte Einschränkung bei der Verwendung von gemahlenem Glas bei der Betonherstellung ist die Alkali-Kieselsäure-Reaktion, bei der Hydroxylionen im Zement in Gegenwart von Wasser mit der Kieselsäure aus dem Glas reagieren können(10). Der Nettoeffekt dieser Reaktion ist die Produktion eines Gels in situ , das Wasser absorbiert, dann aufquillt und Risse im Beton verursacht. Das Gel wird aufgrund einer schwachen Grenzfläche gebildet, die die Reaktion ermöglicht(11). Die Minderung erfolgt durch die Verwendung geeigneter Mahlgrade von Glas(12), die Versiegelung von Beton während der Aushärtung, um atmosphärisches Wasser zu entfernen, und die Verwendung kleiner Mengen anderer oder natürlicher Puzzolane oder Flugasche(13). Daher sollte geschliffenes Glas in der Regel nicht routinemäßig als Zuschlagstoff verwendet werden(14). Es wird darauf hingewiesen, dass die Alkali-Kieselsäure-Reaktion auch in konventionellem Beton zu beobachten ist(15). Geschliffenes Glas Dose Die Verarbeitbarkeit des Betons ist jedoch selbst bei einer Mahlgröße von 850 μm nicht so gut, kann aber durch die Zugabe von mehr Kleister behoben werden, was jedoch insgesamt zu einer unerwünschten Modulation der Dichte- und Festigkeitseigenschaften führen kann(16).
Bei Aluminiumoxidzement sind die Auswirkungen der Zugabe von geschliffenem Glas nicht so eindeutig wie bei herkömmlichem Zement. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zugabe von gemahlenem Glas in Aluminiumoxidzement zu einer Erhöhung der Dichte führen und gleichzeitig die Festigkeit von Kleister und Mörtel erhöhen kann - aber diese Vorteile gehen bei hohen Temperaturen verloren - und insgesamt hängt die Zugabe von Glas sehr stark von der Tonerde selbst ab(17). Da Zement mit hohem Aluminiumgehalt eher für spezielle Anwendungen geeignet ist und daher weniger verwendet wird als herkömmlicher Zement, ist der Bedarf an geschliffenem Glas aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen geringer.
Keramik
Die Produktion von Keramik in großem Maßstab
ist ein Bereich, der ständig nach Möglichkeiten sucht, weniger von den teureren Mineralien wie Kaolin zu verwenden, und neben Kaolin und Ton kann gemahlenes Glas zu einer Keramikmischung hinzugefügt werden, wodurch die Keramik toleranter gegenüber schnellen Temperaturschwankungen oder Stößen wird(28) - und gleichzeitig eine überlegene chemische Beständigkeit aufweist(29). Synthetische Wollastonit-Keramiken können durch die Kombination von Kaolin, Ton und geschliffenem Glas gebildet werden - und dies kann in einer Steinwoll-Dämmanwendung verwendet werden(30).
Steinzeug ist bekannt für seine Fähigkeit, erhöhte Gehalte an geschliffenem Glas zu tolerieren, wobei die Härte und Biegefestigkeit mit Porzellan vergleichbar ist, während es bei 1.000 °C gesintert wird. Wie der puzzolanische Effekt in Zementen haben Forscher vorgeschlagen, dass die Festigkeitszunahme auf ein besser entwickeltes Netzwerk von Wechselwirkungen zwischen Glas und Ton über mehrere Kristallphasen hinweg zurückzuführen ist(31). Fritten können aus recyceltem geschliffenem Glas hergestellt werden, und in Kombination mit keramischem Schlamm können sich Engoben bilden, die dann in hochthermisch stabilen Fliesenprodukten verwendet werden können(32). Engoben sind Schichten aus Materialien auf Tonbasis, die auf der Oberfläche einer Keramik abgeschieden werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Ein wesentlicher und entscheidender Vorteil der Verwendung von geschliffenem Glas bei der Herstellung von Keramik besteht darin, dass es sich im Herstellungsprozess wie ein Flussmittel verhält, wodurch die Schmelztemperatur und damit der benötigte Energiebedarf reduziert werden - was eine Kosten- und Zeitersparnis bedeutet.
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