מחזור פסולת פלסטיק לתוך בנייה בריקים: תאוריות הנדסה

הצטברות גלובלית של פסולת פלסטיק מייצגת את אחד האתגרים הסביבתיים הדוחקים ביותר של המאה ה-21.עם מיליוני טונות הנכנסים לקרקעות ואוקיאנוסים מדי שנה, הצורך בפתרונות מחזוריים בקנה מידה, ערך מוסף מעולם לא היה דחוף יותר.בין החידושים המבטיחים ביותר הוא המרה של פסולת פלסטיק ללבנים בנייה - תהליך שבו זמנית מטפל ניהול פסולת וביקוש גדל עבור חומרים סבירים.

בעיית פסולת פלסטיק ותפקידה של תעשיית הבנייה

ייצור פלסטי זינק בשבעה העשורים האחרונים, עם אריזה, מוצרי הצריכה והמוצרים התעשייתיים שתורמים ל-400 מיליון טון של פסולת פלסטיק המיוצרת בכל שנה, על פי תוכנית הסביבה של האו"ם (ראה:0UNEPFLT:1), חלק משמעותי של פסולת זו הוא יחיד-שימוש ולא ביו-ממדן, המוביל להצטברות במחסנים ובסביבות בנייה טבעיות.

הנדסה: מפסולת לריק

תהליך ייצור לבנים פלסטיק כרוך סדרה של שלבים מהונדסים, כל קריטי להשגת תכונות חומריות עקביות. בעוד וריאציות קיימות בהתאם לסוג של פלסטיק ותוספים המשמשים, את הזרם הטיפוסי ניתן לתאר כדלקמן.

איסוף ומיין

לא כל הפלסטיק מתאים לייצור לבנים.תרמופלסטים נפוצים כגון פוליאתילן (PE), פוליפרופילן (PP), ופוליאתילן terephthalate (PET) משמשים לעתים קרובות כי הם יכולים להיות מומסים ומוכרים שוב ושוב. מערכות האיסוף חייבות להפריד אלה מזרמים פסולת אחרים, ו ידני או אוטומטית מיון (באמצעות ספקטרום כמעט בלתי צפוי, למשל), עם חומרים מפלסטיקה או חומרים).

ניקוי וגילוח

פלסטיק שנאסף הוא לשטוף כדי להסיר תוויות, דבקים, שאריות מזון, ולכלוך.לאחר יבשה, החומר מופרש לתוך פיתיקים או גרורות של גודל אחיד - באופן חד משמעי 5-20 מ"מ. שרינג גדל שטח על פני השטח עבור התכה ומסייע להבטיח תערובת הומוגנית עם תוספים.

מללינג ומיקס עם תוספות

הפלסטיק המפוזר מזין לתוך מערבולת או מחומם שבו הוא מומס בטמפרטורות בין 120 מעלות צלזיוס ו-280 מעלות צלזיוס, בהתאם לפולימרומרי בשלב זה, תוספים משולבים כדי לשפר את התכונות המכאניות.

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ (בזכוכית, פחמן או טבעי): 1 שיפור כוח והתנגדות פצח.
• (ב) ⁇ :0) , ⁇ ו-Falbilizers: 1FreaLT) משפר את העיבוד ואת עמידות ארוכת טווח.

תערובת זו מתמזגת עד אחידות.יחס הפלסטיק לתוספים יכול להשתנות באופן נרחב - מ-100% פלסטיק לתערובת המכילה עד 70-80% חול - תלוי בתכונות הרצויות ובשימוש המיועד בלבן.

חתומה ותיקון

המטבול מלוטש שפך או נלחץ לתוך תבניות של ממדים לבנים סטנדרטיים (למשל, 230 × 110 × 70 מ"מ) בתהליכים מסוימים, לחץ הידראולי חל על לחץ להסיר כיסים אוויריים ולהבטיח צפיפות.לאחר עובש, הלבנים קרירים באוויר או דרך אמבטיות מים מבוקרות.קצב קירור משפיע על גבישי בפולימרים למחצה ועלולים להשפיע על כוח אחרון של 7 ימים המכילה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000.

בקרת איכות וסטנדרטיזציה

ההוריד ההנדסי העיקרי הוא חוסר הסטנדרטים האוניברסליים של לבנים מפלסטיק.בעוד ארגונים כמו האגודה האמריקנית לבדיקת חומרים (ASTM) הקימו שיטות לבדיקות כגון כוח דחוס, ספיגת מים והתנגדות קפואה, אין תקן ייעודי עדיין קיים עבור לבנים פלסטיק. יצרנים וחוקרים בדרך כלל לאמץ גרסאות שונות של סטנדרטים עבור בטון או מפוטרים של מבחנים מרכזיים: כוללים:

• כוח מדכא (ASTM C67 / C14003)
• ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• כוח סלקטיבי (ASTM C78)
• (ב) ⁇ (ב"א) ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) התנגדות (ASTM E119)

בקרת איכות כוללת גם בדיקה חזותית עבור פגמים כגון סדקים, בועות, או מחיקה. קונצנזוס בעדכון ההזנה והעיבוד הוא חיוני כדי להפחית את הרגישות.

תכונות חומריות של בריקות פלסטיק

הבנת המאפיינים ההנדסיים של לבנים פלסטיק היא קריטית עבור קבלתם בבנייה.מחקר הראה כי לבנים אלה יכולים להתחרות או אפילו לעלות על חומרים מסורתיים באזורים מסוימים תוך נפילה קצרה באחרים.

כוח מדכא

(הכוח המבני העיקרי של יחידות נזילות נושאות עומס.מחקרים על לבנים עשויים מפסולת פלסטיק מעורבת או פולימרים ספציפיים כגון PE ו-PP מדווחים על חוזקות דחוסות החל מ 10 עד 30 MPa - שניתן להשוות ללבנים חימר המשותף (5–20 MPa) וכמה בלוקים קונקרטיים קלים (pLT) שפורסמו ב-FLT:0Conion and Building MaterialsFiralisches מצאו 24:12) בממוצע, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, עלייה משמעותית של עיבוד פלסטי (plinks) ו-pive) ו-pive).

בידוד אקוסטי ומסתורי

פלסטיקים באופן טבעי יש מוליכות תרמית נמוכה (0.15-0.40 W/mK) בהשוואה לחמר מפוטר (0.6-1.0 W/mK) או בטון (1.0-1.8 W/mK) זה הופך לבנים פלסטיק לבודדים טובים, פוטנציאל להפחית עומסי חימום וקירור בבניינים באופן דומה, צפיפותם (בדרך כלל 0.8-1.2 גרם/cm) נמוכה יותר מזה של חימר (1.8/2.0) יכול להפחית את הפחתת הסגולות פלסטיק, בעוד שעדיין יכול לשפר את הנקה.

התנגדות אש

אחד החששות המשמעותיים ביותר בהנדסה הוא בטיחות אש.תרמופלסטים רבים הם בלתי ניתן לבער ויכול לשרוף עם שחרור חום גבוה לייצר עשן רעיל.עם זאת, תוספת של תוספי להבה (למשל, מגנזיום hydroxide, אלומיניום trihydrate) או השימוש של ממלאי אש בלתי נשלטים כמו מלט וחול יכול להפחית את יכולת השחית עם תוכן גבוה (מעל 60 שעות) כמו ציפויי אש סטנדרטיים).

יציבות ומזג אוויר

פלסטיק עמיד בפני לחות ו biodegradation, מה שהופך לבנים פלסטיק עמידים מאוד לקליטת מים (לעתים קרובות <5% בהשוואה ל 10-20% עבור לבנים חימר) הם לא רקובים או corrode. עם זאת, אולטרה סגול (UV) קרינה מהשמש יכול degrade פולימרים לאורך זמן, גורם גילוח וסדקים משטחים בשימוש בקירות חיצוניים צריך לכלול UV או להיות מוגן על ידי clzeded מים חם, אבל הם בדרך כלל טיח.

ארכיון תגיות: Conventional Clay Bricks

Property	Fired Clay Brick	Plastic Brick (70/30 plastic-sand)
Compressive strength	5–20 MPa	10–30 MPa
Density	1.8–2.0 g/cm³	0.8–1.2 g/cm³
Thermal conductivity	0.6–1.0 W/m·K	0.15–0.35 W/m·K
Water absorption	10–20%	1–5%
Fire resistance (rating)	Usually 1–2 hours	Variable; often <1 hour without additives
Embodied energy (MJ/kg)	2–4	1–2
Recyclability	Low (non-recyclable after firing)	High (can be remelted)

השוואה זו ממחישה כי לבנים פלסטיק מציעים תכונות מבניות תחרותיות ו בידוד עליון ומחזוריות, אבל התנגדות אש נותרה פער ביצועים הדורש פתרונות הנדסיים.

יתרונות סביבתיים וכלכליים

ניכוי זיהום פלסטיק

כל טון של פסולת פלסטיק הסיט לבנים באופן ישיר מפחית נטל הקרקע וזיהום ימי. פרויקט בנייה טיפוסי באמצעות 10,000 בלוקים פלסטיק יכול לשלב מעל 5 טון של פלסטיק פסולת.

טביעת רגל נמוכה יותר

(בבני חימר ממאירים דורשים כינים הפועלים ב-900-1100 מעלות צלזיוס, שחרור CO2 משמעותי משני הכפלת דלק ופירוק חימר.לבנים פלסטיק נמנעים מהצעד הזה באנרגיה-העוצמה.תהליך ההיתוך של הפלסטיק צורך בערך 30–50% פחות אנרגיה ללבנים, וכאשר משתמשים בהמיסים סולאריים או מחץ פסולת, החיסכון בפחמן אפילו גדול יותר.

ניתוח עלויות

עלות הלבנים הפלסטיים תלויה מאוד בתשתית איסוף ועיבוד מקומיים. באזורים שבהם פסולת פלסטיק שופעת וזולה (למשל, מדינות מתפתחות), עלויות חומריות גולמיות יכולות לגשת אפס.עלויות הייצור נשלטות על ידי אנרגיה, עבודה, והובלת. בהשוואה ללבנים חימרורים, הדורשות כיפות גבוהות של קימונים ודלק מיוחד, ייצור פלסטיק יכול להיות מוגדר עם פשטות פשוטות יחסית ומדיקות, כאשר הם יכולים להיות נמוך יותר מגובה של 20 קילו-בתים פלסטיק.

יישומים אמיתיים ומקריות

כמה יוזמות ברחבי העולם הוכיחו את השימוש המעשי של לבנים מפלסטיק.

• (ב) [ה]ה-0Gjenge Makers, קניה: ההרחבה 1 (הראשונה ל"ד'ר": ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) בתים בריקים בקולומביה: ⁇ 1 (איור 1) , קונספטופוס פלוסטינוס פיתחה מערכת בנייה באמצעות בידוד פלסטיק בין-מפלט המיוצר מפלסטיק ממוחזר וגומי.הם בנו מקלטים זמניים ודיור זול, תוך שימוש בערך 20 טון של פלסטיק לבית.
• (FLT:0) תוכניות מחקר של אוניברסיטת מחקר: 1FLT פקולטות הנדסיות רבות, כגון אלה ב-MIT, אוניברסיטת קיימברידג ', והמכון ההודי לטכנולוגיה, פיתחו ניסוחים לבנים מפלסטיק עם חול ומלט, נבדק לשימוש מבני בקירות עומס.

מקרים אלה מראים כי לבנים פלסטיק אינם רק שרידים מעבדה, אלא כבר מתעוררים כחומרי בנייה בר קיימא, במיוחד במבנים בעלי מבנה נמוך, ריצוף, ו infill לא-הוראה.

אתגרים ומגבלות

אתגרים טכניים

הבטחת איכות חומרית עקבית נותרה קשה בשל מגוון של פסולת פלסטיק. Mixtures של פולימרים שונים יכול לעבור הפרדה בשלב במהלך קירור, המוביל ממשקים חלשים. בונדing בין תוספי פלסטיק מינרלים הוא גם אתגר - טיפולים משמרים או compatibilizers לעתים קרובות נדרשים כדי לשפר את החיסרון. ארוך טווח חולף (הדה תחת עומס מתמשך) ואפקטים תרמיים כי שונה מחומרים אחרים של בניית תכונות יכולות להיות מורכב קירות.

בריאות ובטיחות

הפחתת פלסטיק מסוים - במיוחד PVC או פסולת מעורבת - יכול לשחרר מטושטש רעיל (למשל, מימן chloride, dioxins) אם טמפרטורות עיבוד לא נשלטות בקפידה. אמצעי בטיחות הכיבוש, כולל אוורור ניטור טמפרטורה, הם חיוניים.במוצר הסופי מתפתח מיקרו-מעיטות פוטנציאלי של תוספי פלסטיק (phlates, bisphenol A) לתוך מים או אוויר מקורה, הם בעיה פלסטית כי הוא חסר לחץ דם פלסטיק ארוך.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

בניית קודים ברוב המדינות אינה מכירה בלבנים פלסטיק כחומרי בניין סטנדרטיים.קבלת אישור דורשת בדיקות נרחבות והסמכת, אשר יכול להיות יקר ושעה-מחלוקת.ללא הכללה בסטנדרטים הלאומיים, מהנדסים ואדריכלים אינם מעוניינים לציין לבנים מפלסטיק עבור מבנים קבועים. שיתופי פעולה עם תקנים, כגון ASTM International או מועצת הקוד הבינלאומית (ICC), הם בדרך לפיתוח הנחיות, אך התקדמות היא איטית.

מחקר וחדשנות עתידיים

גישות היברידיות ו- Composite

חוקרים חוקרים בודקים לבנים רב-שכבות שבהן ליבה של מסובייק פלסטיק הוא קלדה עם מעטפת חיצונית עמידת אש שנעשתה בטון או ג'יפסום. גישה זו מתייחסת הן בטיחות אש והן עמידות UV תוך שמירה על היתרונות התרמיים והמשקל.כיוון מבטיח אחר הוא התפתחות של לבנים מפלסטיקים עצמיים המשלבים מיקרו-capsules של סוכני ריפוי לתקן.

3D הדפסה עם פלסטיק ממוחזר

ייצור אדקטיבית (3D הדפסה) מציע דרך ליצור ג'ממות לבנים מורכבות ללא עובש, צמצום הפסולת ומאפשר מבנים מונוליטיים. חברות מתפתחות מדפסת 3D אשר משתמשים pellets של פלסטיק ממוחזר מעורבב עם חול כדי להדפיס קירות באתר. טכנולוגיה זו יכולה להפחית באופן דרסטי זמן בנייה ועבודה תוך שימוש אפילו יותר פרופורציה של פסולת.

מודלים כלכלה מעגלית

לבנים פלסטיק מתאימים באופן טבעי לכלכלה מעגלית שבה לבנים סוף החיים מוסקים ומשוחררים כדי ליצור לבנים חדשים.מערכת סגורה זו תדרוש עיצוב עבור זרמי מזון טהורים ומפוזרים.

מסקנה

שינוי פסולת פלסטיק ללבנים בנייה הוא חידוש הנדסית המתייחס לשני אתגרים גלובליים: זיהום פלסטי והצורך בחומרי בניין בר קיימא.הטכנולוגיה הוכיחה כי עם ברירה חומרית זהירה, בקרה לעיבוד ושימוש בתוספים, לבנים פלסטיק יכולים להשיג תכונות מבניות דומות למניפסט המסורתי, תוך מתן יתרונות ב בידוד תרמי, משקל וצריכת אנרגיה.