Aby poprawić parametry procesu technologicznego i/lub zmienić właściwości użytkowe materiałów na odpowiadające obecnym wymaganiom, dokonuje się modyfikacji betonów. Modyfikacji właściwości kompozytu dokonuje się przez zmianę rodzaju lub zawartości poszczególnych komponentów. Szczególną rolę w tym zakresie przypisuje się polimerom.
Modyfikacja przy użyciu polimerów daje bardzo duże możliwości kształtowania cech betonu, gdyż otrzymane na tej drodze betony polimerowe charakteryzują się:
- doskonałą wytrzymałością,
- dobrą odpornością chemiczną,
- krótkim czasem potrzebnym do osiągnięcia sprawności eksploatacyjnej,
- doskonałą przyczepnością do różnych materiałów budowlanych,
- bardzo dobrą szczelnością.
W literaturze (L. Czarnecki [1]) można znaleźć określenie betonopodobnych kompozytów budowlanych odnoszące się do betonów polimerowych, których podział przedstawia się następująco:
- betony (i zaprawy) polimerowo-cementowe (ang. Polymer-Cement Concrete, PCC), otrzymywane przez dodanie polimeru, oligomeru lub monomeru do mieszanki betonowej,
- betony impregnowane polimerem (ang. Polymer Impregnated Concrete, PIC), otrzymywane przez impregnację stwardniałego betonu monomerem lub oligomerem i następnie jego polimeryzację wewnątrz betonu,
- betony (i zaprawy) żywiczne (ang. Polymer Concrete, PC) niezawierające cementu, otrzymywane przez zmieszanie syntetycznych żywic lub monomerów z kruszywem i następnie utwardzenie spoiwa żywicznego.
Liczba polimerów stosowanych do otrzymywania betonów polimerowo-cementowych jest bardzo duża. Jednymi z częściej stosowanych modyfikatorów polimerowych betonu są: lignosulfonian sodowy, sulfonowana żywica melaminowo-formaldehydowa, kauczuk naturalny, kauczuk butadienowo-styrenowy, poliakrylan butylu, kopolimer octanu winylu z etylenem, kopolimer styrenowo-akrylowy, poli(alkohol winylowy), etyloceluloza oraz żywica epoksydowa.
W przypadku betonów impregnowanych polimerami wybór modyfikatorów jest dużo mniejszy. Na ogół stosuje się monomery lub prepolimery akrylowe, styrenowo-akrylowe, rzadziej żywice epoksydowe o małej lepkości [2].
Ograniczony jest także wybór polimerów stosowanych podczas otrzymywania betonów żywicznych (bezcementowych). Najczęściej są to żywice epoksydowe, poliestrowe i akrylowe, rzadziej furanowe, fenolowe i mocznikowe [1].
Produkcja kompozytów polimerowych jest droższa niż zwykłych betonów przede wszystkim ze względu na koszty stosowanych żywic polimerowych. Bardzo istotną sprawą jest więc możliwość zastosowania odpadów polimerowych (głównie odpadów z tworzyw sztucznych) do modyfikacji betonów i zapraw. Wzrastające nieustannie ilości tego typu odpadów powodują występowanie problemów zarówno ekologicznych, jak i gospodarczych, co związane jest ze słabą biodegradacją tworzyw. Odpady stanowią zagrożenie dla wszystkich komponentów środowiska, tj. powierzchni ziemi, hydro sfery, bio sfery i atmo sfery. Racjonalna gospodarka odpadami należy do priorytetowych kierunków szeroko rozumianej ochrony środowiska.
Badania nad zagospodarowaniem odpadów z tworzyw sztucznych prowadzone są w wielu ośrodkach. W dalszej części artykułu zostanie przedstawiony przegląd literatury, w której można znaleźć opis wykorzystania tego typu odpadów jako modyfikatorów betonów i zapraw. Kolejno omówione będą sposoby zagospodarowania odpadów:
- tworzywa ABS (kopolimer akrylonitryl-butadien-styren),
- pianki poliuretanowej,
- polistyrenu ekspandowanego i polistyrenu,
- wykładzin dywanowych zawierających poliamid i polipropylen,
- polietylenu o małej i dużej gęstości oraz polipropylenu i poli(chlorku winylu),
- opon, włókien z opon, a także proszku ze zmielonych kabli elektrycznych i sproszkowanej gumy,
- żywic melaminowo-formaldehydowych.
Szczególna uwaga zostanie poświęcona odpadom poli(tereftalanu etylenu) – ze względu na popularność materiałów opakowaniowych wykonanych z tego tworzywa, których czas życia jest wyjątkowo krótki, bardzo szybko stają się odpadem i mają dużą objętość.
Odpady ABS
ABS to tworzywo powszechnie stosowane do produkcji obudów sprzętu gospodarstwa domowego, desek rozdzielczych w samochodach oraz zabawek. Charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na uderzenia, odpornością na zarysowania i na starzenie, a także dużą sztywnością i odpornością na korozję naprężeniową [3]. Wskutek powszechnego stosowania tego tworzywa pojawia się problem zagospodarowania zarówno odpadów produkcyjnych, jak i poeksploatacyjnych. A. Palos wraz z zespołem [4] opracowali sposób wykorzystania sproszkowanych odpadów ABS do modyfikacji zapraw. Przeprowadzone przez nich badania wykazały, że zaprawa o stosunku piasku do cementu 3:1 i ABS w ilości 8, 15, 25% wagowych zwiększa wytrzymałość na ściskanie. Dodanie do odpadów ABS bezwodnika maleinowego powodowało dodatkowo wzrost przyczepności do stali zbrojeniowej, co w elementach konstrukcyjnych ma szczególnie duże znaczenie. Na zdjęciach z mikroskopu skaningowego autorzy zauważyli, że już przy niewielkim (15%) dodatku ABS zmniejszały się pory w otrzymanych próbkach zapraw.
Odpady pianki poliuretanowej (PUR)
Poliuretany są polimerami, które powstają w wyniku reakcji poliaddycji wielofunkcyjnych organicznych izocyjanianów z dwu- lub więcej funkcyjnymi związkami zawierającymi grupy wodorotlenowe połączone z alifatycznymi atomami węgla (glikole i poliole) [3]. Poliuretany stanowią bardzo dużą grupę wśród tworzyw sztucznych. Jednym z najbardziej rozpowszechnionych produktów jest pianka poliuretanowa. Pianki PUR stosuje się masowo w przemyśle meblarskim (gąbki tapicerskie i materacowe), samochodowym (gąbki tapicerskie, sztywne pianki do zderzaków, elementów wystroju wnętrza i amortyzatorów) oraz obuwniczym i tekstylnym (tkaniny z podszewkami gąbczastymi, tkaniny ociepleniowe). Wykorzystuje się je również jako gąbki do kąpieli i rozmaite materiały izolacyjne, kity uszczelniające, spoiwa i kleje. Pojawia się zatem problem zagospodarowania ogromnej ilości odpadów.
P. Mounanga, W. Gbongbon, P. Poul lain, P. Turcry podjęli próbę wykorzystania odpadów pianki poliuretanowej do otrzymywania lekkich betonów cementowych [5]. Autorzy wykonali próbki betonów zawierające od 13,1% do 33,7% rozdrobnionych odpadów sztywnej pianki poliuretanowej pochodzącej z płyt izolacyjnych używanych w budownictwie, o wielkościach cząstek: 0–2 mm, 2–5 mm, 0–10 mm. Badania przewodności termicznej i wytrzymałości na ściskanie w zależności od wielkości frakcji modyfikatora i warunków utwardzania wykazały odpowiednio 2–7 i 2–17 razy niższe wartości w stosunku do betonów niemodyfikowanych. Dodatkowo zastosowanie odpadów PUR pociągnęło za sobą znaczne zwiększenie skurczu i utratę masy podczas pierwszych 7 dni dojrzewania. Wyniki te, niestety, są znacznym ograniczeniem w stosowaniu odpadów pianek PUR jako modyfikatorów betonów.
