Cărămizi Eco din PET-uri? Da!

Cărămizi Eco din PET-uri? Da!

Este posibil să utilizăm în construcții cărămizi ecologice, realizate prin reciclarea PET-urilor? Răspunsul este pozitiv, după cum susțin cercetătorii Julia Wiener și Frederico Antico, de la Universitatea Pardue, în lucrarea cu tittlul ”Eco-Briks: A sustainable substitute for construction materials”, publicată recent în ”Revista de Construction”, din Santiago de Chile.

O alternativă durabilă

Cărămizile ecologice fabricate sticlele de polietilen tereftalat (PET), umplute cu deșeuri anorganice amestecate, au devenit un material de construcții cu costuri reduse și o metodă de reciclare valabilă, pentru a reduce eliminarea deșeurilor în regiunile în care reciclarea industrială nu este încă disponibilă. Deoarece aceste ”cărămizi” sunt umplute cu materiale recuperate mixte, reciclarea potențială a componentelor este dificilă, la sfârșitul vieții.

Însă, acest studiu propune să considerăm că aceste recipiente PET, umplute cu un singur material rezidual anorganic, poate să funcționeze ca o capsulă de timp, cu potențial de recuperare a materialului de umplere, atunci când sunt disponibile alte modalități de valorificare a deșeurilor în acele comunități care, în prezent, nu au opțiuni mai bune de reciclare.

Pentru a-și susține ideile, în această lucrare a fost dezvoltată o caracterizare experimentală a densității, conținutului de umplutură (în volum), contracției termice, modulului elastic și capacității de recuperare a deformării, folosind patru materiale de umplere diferite:

1) PET;

2) Hârtie și carton;

3) Ambalaj Tetrapack; și

4) Metal.

În general, densitatea, contracția termică și modulul elastic al cărămizii eco, depind de conținutul umpluturii. Densitatea și modulul elastic al caramizilor Eco propuse,  sunt similare cu valorile polistirenului expandat de densitate medie-înaltă (EPS), utilizate în construcțiile nestructurale, motiv pentru care sugeram că aceste cărămizi Eco ar putea fi o alternativă durabilă pentru EPS sau alte materiale de construcție nestructurale .

Soluție de diminuare a deșeurilor

La nivel global, creșterea deșeurilor solide e în strănsă legătură cu creșterea economică, urbanizarea și dezvoltarea și va continua în ritmuri mai rapide (Bhada-Tata și Hoornweg, 2012). Apoi, trebuie luat în calcul că, în anul 2017, aproximativ 1,3 miliarde de tone de deșeuri solide au fost generate la nivel mondial și se așteaptă ca ele să crească la aproximativ 2,2 miliarde de tone pe an, până în 2025 (Bhada-Tata și Hoornweg, 2012).

Deșeurile anorganice, care includ hârtie, plastic, sticlă, metal și alte materiale, reprezintă 72% din totalul deșeurilor solide din țările cu venituri mari, și 36%, până la 46%, din totalul deșeurilor solide generate în țările cu venituri mici și medii. În special, aproximativ 311 de milioane de tone de plastic au fost produse în 2014, în întreaga lume, unde ambalajele sunt responsabile pentru 40% din acestea, iar sticlele PET reprezintă 7% (Plastics – Facts 2015: O analiză a producției europene de materiale plastice, a cererii și a deșeurilor, Comisia Europeană 2015 ).

Între 22% și 43% din plasticul irosit la nivel mondial este aruncat în depozitele de deșeuri (Programul Națiunilor Unite pentru Mediu, 2014), iar, până la 95% din gunoiul care se acumulează pe țărmuri, suprafața mării și fundul mării, constă în articole din plastic, inclusiv pungi de plastic, echipamente de pescuit, alimente și containere pentru băuturi PET (Kuhn, 2015).

În țările Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică (OCDE), rata medie de reciclare este de 34% (Upton, 2015), dar acest lucru nu este cazul pentru majoritatea țărilor în curs de dezvoltare. Eliminarea deșeurilor anorganice în depozitele de deșeuri, depozitele informale sau pe mare, înseamnă ca acestea să-și piardă valoarea ca resurse potențiale, să preia spațiul valoros, să contamineze mediul și să deterioreze comunitățile (Bhada-Tata și Hoornweg, 2012; Kuhn, 2015; Programul Națiunilor Unite pentru Mediu, 2014).

O alternativă pentru a diminua aceste probleme este recuperarea materialelor plastice și a oricăror materiale anorganice, din fluxurile de deșeuri, pentru reciclare sau generarea de energie (Programul Națiunilor Unite pentru Mediu, 2014) sau dezvoltarea de noi materiale (Gaggino & Arguello, 2017).

Un material de construcții accesibil 

Cărămizile Eco este numele pentru sticlele de PET umplute cu un anumit material (Taaffe, O´Sullivan, Rahman și Pakrashi, 2014), care ar putea fi utilizate ca blocuri de construcție (Barajas & Vera, 2016). Există experiențe cu sticle umplute cu pămând și alte materiale, umplute cu deșeuri anorganice comprimate, în special materiale plastice, spume, ambalaje și celofane (Kuhn, 2015; Maier & Bakisan, 2014). Comunitățile și organizațiile neguvernamentale (ONG-urile), consideră aceste cărămizi eco drept o modalitate valabilă de reciclare și de a reduce volumele de eliminare a deșeurilor de plastic (Heisse și Arias, 2011; Kuhn, 2015).

Mai mult, acest bloc de construcții lucrat manual a devenit un material de construcție accesibil, cu costuri reduse pentru proiecte sociale din regiunile în care depozitele de gunoi informale sunt o problemă comună, iar reciclarea industrială ar putea să nu fie încă disponibilă. Exemple de regiuni în care sunt raportate proiecte de construcție din cărămidă ecologică includ țări din America Latină, Africa și Asia de Sud (Heisse și Arias, 2011; Kuhn, 2015; Taaffe și colab., 2014), dar ele pot fi abordate și în zone mai puțin dezvoltate ale Europei.

Majoritatea proiectelor de construcție bazate pe cărămidă ecologică sunt proiecte sociale în care comunitățile lucrează împreună, pentru un scop comun, cum ar fi centrele de învățământ și spațiile de agrement (Heisse și Arias, 2011). Există tehnici de motivație pentru a obține ajutorul participanților la colectarea de materiale și umplerea sticlelor, cum ar fi munca școlară clasificată (Maier & Bakisan, 2014) sau comercializarea cărămizilor ecologice din PET.

Material durabil de construcție

Din cauza timpului îndelungat de degradare naturală, este nevoie ca sticlele de PET și alte materiale anorganice să se degradeze forțat, iar ideea că, în cazul demolării, cărămizile Eco ar putea fi folosite din nou sau pot fi transformate în blocuri noi de construcție, le transformă în materiale de construcție durabil ( Heisse & Arias, 2011; Kuhn, 2015). Cu toate acestea, atât sticlele PET utilizate ca recipient al cărămizilor eco, precum și materialele mixte utilizate ca umplutură, ar putea fi mai bine reciclate, dacă s-ar implementa un proces de separare și evaluare mai sofisticat.

Mai mult, performanța Eco-cărămizii, ca material de construcție, depinde foarte mult de materialele utilizate pentru fabricarea lor și de abilitățile forței de muncă implicate. Există date limitate disponibile, cu privire la proprietățile fizice și mecanice ale cărămizilor Eco din proiecte de construcții anterioare și actuale (Taaffe et al., 2014). După cunoștința autorilor, a existat un singur studiu care a abordat caracterizarea eco-cărămizilor umplute cu materiale anorganice unice (Antico, Wiener, Araya-letelier, & Durán, 2017). Ultima lucrare a oferit idei inițiale, în principal, cu privire la rezistența la compresiune a cărămizilor eco, umplute cu materiale unice anorganice.

În consecință, tendința din ce în ce mai mare de a considera pizitiv Eco-cărămizile,  este soluția pentru două probleme conexe. Iar, reciclarea deșeurilor anorganice și construirea de clădiri durabile, la costuri reduse, face importantă investigarea mai multor proiecte, pentru a sintetiza informații despre proprietățile fizice și mecanice ale acestora.

Reciclare și valorificare-Studiu de caz

Deșeurile urbane solide și curate, generate din 20 de gospodării, distribuite în orașele Santiago și Viña del Mar, Chile, au fost colectate în decurs de trei săptămâni pentru această lucrare de cercetare. Cele mai colectate patru materiale au fost: 1) hârtie și carton; 2) tetrapack; 3) metal; și 4) PET. Aceste materiale au fost utilizate ca umpluturi de un singur tip, pentru fabricarea de cărămizi eco. După ce au fost colectate și sortate, aceste materiale au fost tăiate, pentru a permite încadrarea în sticle de băutură de 600 cmc, utilizate ca un container din cărămidă ecologică, iar dimensiunea liniară maximă a materialelor tocate a fost de 5 cm.

Fabricarea de cărămizi eco

Procesul de umplere a fost manual, folosind un berbec, pentru a compacta umplutura în sticlă, în mai multe straturi de material reciclat. Metoda de fabricație a fost selectată pentru a reproduce procesul manual real, care este urmat în zilele noastre pentru a elabora Eco-cărămizi. Odată ce sticlele au fost complet umplute cu un singur material, fiecare sticlă a fost închisă și sigilată cu un capac.

Probele au fost păstrate la temperatura și umiditatea controlate de laborator (temperatura de 20-25 C și sub 50% umiditate relativă), până la testare. De asemenea, sticlele au fost salvate într-un spațiu întunecat, pentru a evita degradarea fotografiei înainte de testare. Cantitatea de materiale colectate a permis pregătirea a 4 eco-cărămizi din fiecare umplutură.

Densitatea și conținutul

Densitatea eco-cărămizilor a fost determinată prin estimarea raportului dintre masa și volumul fiecărui eșantion. Masa eco-cărămizilor a fost determinată folosind o scală. Volumul de cărămidă ecologică a fost estimat după principiul Arhimede. Eco-cărămizile au fost scufundate în apă la temperatura camerei (25 C), folosind un recipient cilindric cu capacitate de aproximativ 5 litri (150 mm diametru și 300 mm lungime).

Recipientul selectat a permis o rezoluție bună a apei, deplasate la scufundarea sticlelor. Folosind o bandă de măsurare în interiorul containerului, nivelul de apă a fost înregistrat și volumul de apă deplasat a putut fi estimat. Sticlele au fost uscate după testare și păstrate în aceleași condiții descrise în secțiunea anterioară, până la testul următor.

Pe măsură ce volumul de umplutură a credcut, golurile din interiorul Eco-cărămizii s-au redus. Cantitatea de umplutură este de așteptat să afecteze proprietățile fizice și mecanice, cum ar fi: stabilitatea volumului, modulul elastic și comportamentul de recuperare elastic-plastic al unei eco-cărămizi. În consecință, s-a măsurat greutatea fiecărei sticle goale și a capacului. După procesul de umplere, s-a înregistrat greutatea finală a cărămizii eco.

Greutatea sticlei goale și capacul au fost scăzute, pentru a determina greutatea umpluturii din interiorul fiecărei cărămizi eco. Fiecare greutate de umplutură a fost împărțită la densitatea respectivă a materialului de umplutură, pentru a obține conținutul de umplutură (în volum) și a fost estimat procentul de conținut de umplutură, în raport cu volumul total al sticlei goale.

Contracția termică

Eco-cărămizile ar putea fi utilizate ca materiale nestructurale în pereți și acoperișuri. Prin urmare, este important să se măsoare posibile modificări volumetrice ale Eco-cărămizilor, ca urmare a modificărilor de temperatură, care pot afecta integritatea acestor elemente structurale.

Trei înălțimi diferite au fost marcate pe fiecare probă:

1) lângă capac;

2) la secțiunea de mijloc; și

3) aproape de sfârșit.

În continuare, procedura de determinare a modificărilor radiale ale Eco-cărămizilor, apărute din cauza variațiilor de temperatură, a fost realizată în trei etape. În primul rând, diametrele fiecărui eșantion au fost măsurate la temperatura camerei (23,5 C), la înălțimile specifice marcate pe fiecare probă. În al doilea rând, probele au fost scufundate în apă timp de 48 de ore.

Temperatura apei a fost reglată cu încălzitoare și controlată automat cu ajutorul unui termostat. Profilul de temperatură al apei a fost de 35 C, pentru primele 24 de ore, și 65 C, pentru celelalte 24 de ore. În al treilea rând, probele au fost răcite timp de 24 de ore până la temperatura camerei (23,5 C). Apoi, diametrele finale au fost măsurate la înălțimile specifice marcate pe fiecare probă.

Cărămizile ecologice au fost realizate manual, de personal necalificat, pentru a imita condițiile reale reale de fabricație. Drept urmare, as-au obținut Eco-cărămizi ușoare, ale căror umpluturi au fost compactate manual.

Rezultatele arată că Eco-cărămizile umplute cu material Tetrapack prezintă cel mai mare conținut mediu de umplutură (268 cmc), iar Eco-cărămizile umplute cu metal, prezintă cel mai mic volum (46 cmc). Există o relație directă între -densitate, și conținutul de umplutură, pentru umpluturile selectate, atingând o valoare medie cea mai mare (hârtie și carton Eco-cărămidă), similară EPS, cu densitate medie și 30%, mai mică decât EPS cu densitate ridicată.

Răspunsul la deformări

Deformarea radială, cauzată de schimbările uniforme de temperatură, converg la o singură valoare, pe măsură ce conținutul de umplutură crește. Modificările de densitate sunt sensibile la variațiile conținutului și materialelor de umplutură, mai degrabă, decât la densitatea din cărămida ecologică. În general, s-a constatat căn cazul densității cărămizilor Eco, contracția termică și modulul elastic depind de conținutul de umplutură (în volum), mai degrabă, decât de greutatea eco-cărămizii în sine sau de materialul folosit ca umplutură.

Volumul de umplutură este o măsură directă a conținutului golurilor acestui material compozit. Folosind rezultatele testelor, s-a observat că, în construcție, comportamentul elastic-plastic al Eco-cărămizilor depinde de mărimea sarcinii. Pentru nivelurile de sarcină selectate în această lucrare, Eco-cărămizile prezintă un comportament elastic sub un anumit interval de sarcină (ℎ variind între 4 mm și 8 mm).

Un substitut de studiat

În general, eco-cărămida ar putea fi folosită ca o potențială înlocuire durabilă a EPS, datorită densității și modulului său similar de comportament. În ceea ce privește contracția termică, Eco-cărămizile pot atinge niveluri ridicate de deformare termică, ceea ce poate fi util, pentru a evita fisurarea restrânsă, dacă sunt utilizate pentru fabricarea betonului prefabricat și/sau ușor, ca înlocuitor al EPS.

Cu toate acestea, autorii recunosc că utilizarea de cărămizi eco pentru aplicații de construcție este încă discutabilă, din diferite motive. Unele dintre ele au o variabilitate ridicată a proprietăților fizice și mecanice. Practicile de fabricație efective, pentru cărămida ecologică, sunt manuale și efectuate de personal necalificat. Autorii consideră că variabilitatea ar putea fi redusă semnificativ, prin instruirea personalului, îmbunătățirea controlului calității în timpul procesului de fabricație și utilizarea materialului unic ca umplutură.

Utilizarea Eco-cărămizilor în construcția de locuințe va necesita alte studii, cum ar fi testarea inflamabilității, pentru a încorpora aceste materiale în codurile de construcție care reglementează și promovează utilizarea corectă a acestora. Răspunsul fizic și mecanic al eco-cărămizilor cu o singură umplutură, este de așteptat să depindă mai mult de tipul de umplutură, pentru conținutul de umplutură mai mare, care nu este obținut prin utilizarea procesului de compactare manuală.

infoconstruct