Waste mineral powders as a components of polymer-cement composites

The introduction of the sustainable development elements in the construction industry leads to finding new ways of using waste minerals that are difficult in storage and recycling. Coal combustion products have been already introduced into building materials as a part of cement or concrete but they have been thought insufficiently compatible with the polymer-cement binders [7]. The paper presents results of the mechanical properties of polymer-cement composites containing two types of mineral additives: waste perlite powder that is generated during the perlite expanding process, and calcium fly ash which is the byproduct of burning coal in conventional furnaces. Mechanical tests of polymer-cement composites modified with wastes were carried out after 28 and 90 days of curing. As a part of preliminary study specific surface area and particle size distribution of mineral wastes were determined.

Przedmiotem badań było określenie wpływu zawartości odpadowych pyłów mineralnych na wybrane właściwości mechaniczne kompozytów polimerowo-cementowych. Szukanie nowych sposobów na zagospodarowanie odpadów mineralnych stanowi element strategii zrównoważonego rozwoju w budownictwie. Wprowadzenie odpadów przemysłowych do materiałów budowlanych pozwala zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych wydzielających się podczas produkcji cementu czy betonu. Jako przedmiot badań przyjęto polimerowo-cementowe zaprawy, zawierające kopolimer styrenowo-akrylowy, modyfikowane odpadowym pyłem perlitowym (uboczny produkt procesu ekspandacji perlitu), oraz produktem ubocznym spalania węgla brunatnego, popiołem lotnym wapiennym. Zawartość odpadowych pyłów mineralnych zmieniała się w przedziale 5-25% masy cementu. Badano wytrzymałość na zginanie i ściskanie zapraw po 28 i 90 dniach dojrzewania próbek w warunkach mieszanych, wodno-powietrznych. Zastosowano taki sposób przechowywania próbek, aby zapewnić odpowiednie warunki dla hydratacji cementu (warunki mokre), przy jednoczesnych odpowiednich warunkach do uformowania ciągłej błony polimerowej (warunki suche). Zbadano również powierzchnię właściwą i uziarnienie wybranych dodatków mineralnych. Wyniki badań granulometrycznych dla popiołu lotnego wapiennego oraz odpadowego pyłu perlitowego porównano z wynikami dla metakaolinitu, jednego z najefektowniejszych dodatków mineralnych do betonu. Analiza granulometryczna wykazała, że największymi rozmiarami ziaren charakteryzował się popiół lotny wapienny, który jako jedyny posiadał ziarna przekraczające 67 μm. Odpadowy pył perlitowy charakteryzowały ziarna o średnim rozmiarze zbliżonym do rozmiaru ziaren metakaolinitu, ale ich powierzchnia właściwa była prawie 5 razy mniejsza. Wszystkie badane dodatki mineralne posiadały ziarna o średnicy z przedziału 4 μm ÷ 45 μm (Rys. 1), przez co spełniają rolę mikrowypełniacza pustych przestrzeni między ziarnami cementu, jednak zwiększona porowatość odpadowego pyłu perlitowego, czy występowanie ziaren popiołu lotnego wapiennego o rozmiarach większych od 45 μm, wpływają na pogorszenie urabialności mieszanek polimerowo-cementowych.