Nowoczesna, bezodpadowa technologia recyklingu gruzu betonowego – patent na metodę i urządzenie!

09-06-2021

Efektem kilkuletnich prac zespołu badawczego Katedry Budownictwa i Inżynierii Drogowej pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Michała Bołtryka, w skład którego wchodzą również dr inż. Katarzyna Kalinowska-Wichrowska oraz dr inż. Edyta Pawluczuk jest opracowanie bezodpadowej technologii recyklingu gruzu betonowego.

Fot. 1. Zespół badawczy: od lewej: dr inż. Edyta Pawluczuk, prof. dr hab. inż. Michał Bołtryk, dr inż. Katarzyna Kalinowska-Wichrowska, [fot. Gabriela Kościuk].

Recykling generalnie polega na odzyskiwaniu surowców z produktów odpadowych i ponownym ich wykorzystywaniu. Z uwagi na przewidywane niedobory kruszyw naturalnych, zarówno drobnych jak i grubych oraz rosnące na nie zapotrzebowanie związane z rozwojem budownictwa betonowego, stosowanie materiałów z recyklingu staje się wręcz koniecznością. W wyniku wieloletnich badań laboratoryjnych zespołu opracowano technologię oddzielania „starej” zaprawy cementowej z powierzchni ziarna kruszywa. Dzięki odpowiednim parametrom obróbki termiczno-mechanicznej gruzu uzyskuje się kruszywo grube z recyklingu (>4 mm) wysokiej jakości oraz frakcję drobną.
Kruszywo grube może w 100% zastąpić kruszywo naturalne powodując ok. 10% wzrost wytrzymałości na ściskanie i zginanie.
Frakcja drobna, po odpowiednim domieleniu, może stanowić aktywny dodatek do betonów cementowych, aktywny składnik do wyrobów autoklawizowanych lub też częściowy zamiennik cementu. Tak więc wszystkie produkty recyklingu mogą być zwrócone do procesu produkcji.
Pełny proces obróbki termiczno – mechanicznej opiera się na 5 głównych etapach, które w warunkach laboratoryjnych realizowane są w następujący sposób:
Etap 1: rozkruszenie gruzu betonowego w kruszarce do wymiarów < 40 mm.,
Etap 2: wyprażenie gruzu betonowego w temperaturze ok. 650oC,
Etap 3: obróbka mechaniczna gruzu w obrotowym bębnie w celu finalnego odspojenia zaprawy cementowej od ziaren kruszywa grubego,
Etap 4: podział kruszywa grubego (> 4mm) na frakcje,
Etap 5: domielenie frakcji drobnej.

Fot. 2. Obróbka termiczno-mechaniczna gruzu betonowego

Fot. 3. Produkty obróbki termiczno-mechanicznej gruzu betonowego, od lewej: kruszywo grube z recyklingu, domielona frakcja drobna

Dodatkowo opracowano również wytyczne do budowy prototypowego urządzenia do recyklingu gruzu betonowego. Zarówno metoda jak i urządzenie zostały objęte patentem PAT.229887 „Sposób oddzielania stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego i rozdrabniania tej zaprawy oraz urządzenie do stosowania tego sposobu” (https://ewyszukiwarka.pue.uprp.gov.pl/search/pwp-details/P.417362)

Fot. 4. Obserwacje mikroskopem skaningowym realizowane w pracowni laboratoryjnej Katedry Budownictwa i Inżynierii Drogowej, [fot. Gabriela Kościuk].

Fot. 5. Obserwacje SEM mikrostruktury kruszywa z recyklingu, Autor: W. Rutkowska

Zapraszamy także do zapoznania się z materiałami przygotowanymi przez Geekstok, w których szerzej opisano badania i osiągnięcia w kierunku recyklingu gruzu betonowego:
https://geekstok.pl/recykling-gruzu-betonowego-niesamowite-mozliwosci-patentu-z-politechniki-bialostockiej/
https://geekstok.pl/recykling-gruzu-betonowego-wiedo/
Opatentowana metoda recyklingu została wdrożona przez jedną z firm z terenu Polski.

Z tematyką prowadzonych badań można zapoznać się między innymi w publikacjach:

Kalinowska-Wichrowska, K.; Pawluczuk E., Bołtryk M.: Waste-free technology for recycling concrete rubble, Construction and Building Materials, 234, 2020, 117407, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117407 (pełny tekst: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061819328594)
Kalinowska-Wichrowska, K.; Kosior-Kazberuk, M.; Pawluczuk, E. The Properties of Composites with Recycled Cement Mortar Used as a Supplementary Cementitious Material. Materials 2020, 13, 64.
https://doi.org/10.3390/ma13010064
(pełny tekst: https://www.mdpi.com/1996-1944/13/1/64)
Pawluczuk E.; Kalinowska-Wichrowska K.; Bołtryk M.; Jiménez J. R.; Fernández J. M.: The Influence of Heat and Mechanical Treatment of Concrete Rubble on the Properties of Recycled Aggregate Concrete, Materials 2019, 12, no. 3: 367.
https://doi.org/10.3390/ma12030367
(pełny tekst: https://www.mdpi.com/1996-1944/12/3/367)
Bołtryk M., Kalinowska-Wichrowska K.: Frakcja drobna z recyklingu betonu jako aktywny wypełniacz wyrobów wapienno-piaskowych. Materiały Budowlane, 2017, nr 8, s. 52-54, DOI: 10.15199/33.2017.08.16
Pawluczuk E.: Możliwości zastosowania odpadowego wypełniacza betonowego jako spoiwa w kompozytach cementowych, Materiały Budowlane, 2017, nr 5, s. 81-82, DOI: 10.15199/33.2017.05.34
Kalinowska-Wichrowska K.: The use of fine waste material for the future of sustainable construction, Technical Sciences, 21(2), 149-156.
https://doi.org/10.31648/ts.2723
Pawluczuk, E.: A fine fraction from the recycled concrete as an addition in the cement composites. Scientific Review Engineering and Environmental Sciences, 81 ser., vol. 27, no 3, (2018): 338-347.
doi: 10.22630/PNIKS.2018.27.3.33. (pełny tekst: http://iks_pn.sggw.pl/PN81/A10/art10.pdf)

Działalność badawcza zespołu Katedry Budownictwa i Inżynierii Drogowej to również:

kompozyty geopolimerowe modyfikowane dodatkami, materiałami odpadowymi (produkty recyklingu betonu i geopolimeru), kruszywami lekkimi,
betony lekkie z wypełniaczem organicznym, takim jak trzcina, wióry, trociny, konopie, itp.,
betony o podwyższonej trwałości i wytrzymałości.

Pełna oferta badawczo-usługowa znajduje się również na stronie Katedry Budownictwa i Inżynierii Drogowej.

Osoba do kontaktu: Kierownik Katedry: prof. dr hab. inż. Michał Bołtryk, m.boltryk@pb.edu.pl