Методические аспекты прочностных испытаний строительных изделий на основе вторичных термопластов

Актуальность проблемы переработки полимерных отходов возрастает с каждым годом. Перспективно использование термопластичных отходов в качестве связующих в полимерминеральных композициях для производства мелкоштучных строительных изделий, таких как тротуарная плитка, бордюры, ограничители парковки, элементы садово-паркового дизайна и т. п. Технические требования к составам полимерминеральных композиций, свойствам изделий из них, методам испытаний не регламентированы. Одной из наиболее информативных характеристик являются статические одноосные испытания на сжатие. Необходимо накопление статистики по прочностным испытаниям композитов на основе вторичных термопластов и выработка математических закономерностей влияния размера образцов, в первую очередь их толщины, на прочностные свойства. Поэтому работа нацелена на совершенствование методических аспектов оценки прочности при сжатии полимерминеральных образцов на основе термопластичных матриц. Для изготовления образцов использовались измельченные полимерные отходы полиэтилентерефталата и полипропилена, добавка-совместитель этиленвинилацетат, известняковая мука. Образцы различной толщины изготавливались прессованием из горячих смесей, затем определялась их прочность при сжатии. В результате предложен дифференцированный подход к геометрии образцов с учетом особенностей их изготовления и сложностью получения образцов строго одинаковой толщины. Получена линейная базовая зависимость прочности от толщины образца, предложена методика пересчета прочности при сжатии с экспериментальной толщины образца на контрольную. Предложено за контрольную принять толщину образца 4 см, по аналогии с действующими стандартами на цементные композиты. Используя базовую зависимость и предложенную методику пересчета, можно проектировать рецептуры композиций с применением различных порошкообразных минеральных наполнителей (степень наполнения более 50 мас. %) и термопластичных отходов, сочетая в композициях жесткий термопласт полиэтилентерефталат и полиолефины.

Н.Н. ФОМИНА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Д.К. ТИМОХИН, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.В. СТРАХОВ, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
В.Г. ФОМИН, канд. физ.-мат. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А. (410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77)

1. Chidepatil A., Cardenas J.F.M., Sankaran K. Circular economy of plastics: wishful thinking or a way forward? Journal Of The Institution Of Engineers (India): Series C. 2022. Vol. 103, pp. 647–653. EDN: QVJQIS. https://doi.org/10.1007/s40032-021-00767-8
2. Музалев С.В., Никифорова Е.В., Петрова О.А., Антонова О.В., Мельникова Л.А. Переработка твердых бытовых отходов в строительстве // Строительные материалы и изделия. 2023. Т. 6 (5). С. 5–7. EDN: IQJNPZ.
https://doi.org/10.58224/2618-7183-2023-6-5-7
2. Muzalev S.V., Nikiforova E.V., Petrova O.A., Antonova O.V., Mel’nikova L.A. Recycling of solid municipal waste in construction. Stroitel’nye Materialy i Izdeliya. 2023. Vol. 6 (5), pp. 5–7. (In Russian). EDN: IQJNPZ.
https://doi.org/10.58224/2618-7183-2023-6-5-7
3. Ворона-Сливинская Л.Г. Региональные планы управления твердыми бытовыми отходами: отличительные особенности практики России и стран ЕС // Строительные материалы и изделия. 2023. Т. 6 (3). С. 98–118. EDN: HVAKPD. https://doi.org/10.58224/2618-7183-2023-6-3-98-118
3. Vorona-Slivinskaya L.G. Regional solid waste management plans: distinctive features of practice In Russia and EU countries. Stroitel’nye Materialy i Izdeliya. 2023. Vol. 6. (3), pp. 98–118. (In Russian). EDN: HVAKPD.
https://doi.org/10.58224/2618-7183-2023-6-3-98-118
4. Баруздин А.А., Закревская Л.В. Композиционные материалы на основе строительных и полимерных отходов // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. Вып. 2. С. 246–257. EDN: QXPYOO. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.2.246-257
4. Baruzdin A.A., Zakrevskaya L.V. Composite materials based on construction and polymer waste. Vestnik MGSU. 2024. Vol. 19. No. 2, pp. 246–257. (In Russian). EDN: QXPYOO. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.2.246-257
5. Al-Mansour A., Chen Sh., Xu Ch., Peng Y., Wang J., Ruan Sh., Zeng Q. Sustainable cement mortar with recycled plastics enabled by the matrix-aggregate compatibility improvement. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 318. 125994. EDN: PWJMZU. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125994
6. Al-Mansour А., Xu Ch., Yang R., Dai Y., Dang N., Lan Y., Zhang M., Fu Ch., Gong F., Zeng Q. Unleashing high-volume waste plastic recycling in sustainable cement mortar with synergistic matrix enabled by in-situ polymerization. Construction and Building Materials. 2024. Vol. 447. 138031. EDN: MIZZSO. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.138031
7. Chen Sh., Liu R.-А., Huang X.-Y., Yang Z.-M., Lin J.-X.PET particles modify strain hardening cementitious composites: An approach to introduce defects to enhance deformation capacity. Construction and Building Materials. 2024. Vol. 447. 138064. EDN: WZLWQL. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.138064
8. Kumi-Larbi Jnr Al., Yunana D., Kamsouloum P., Webster M., Wilson D.C., Cheeseman Ch. Recycling waste plastics in developing countries: Use of low-density polyethylene water sachets to form plastic bonded sand blocks. Waste Management. 2018. Vol. 80, pp. 112–118. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.09.003
9. Dalhat M.A., Al-Abdul Wahhab H.I. Cement-less and asphalt-less concrete bounded by recycled plastic. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 119, pp. 206–214. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.010
10. Zaichenko N., Nefedov V. Composite material based on the polyethylene terephthalate polymer and modified fly ash filler. MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 245. 03007. EDN: BOWRSL. https://doi.org/10.1051/matecconf/201824503007
11. Thiam M., Fall M. Engineering properties of a building material with melted plastic waste as the only binder. Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 44. 102684. EDN: ALWGLB. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102684
12. Thiam M., Fall M., Diarra M.S. Mechanical properties of a mortar with melted plastic waste as the only binder: Influence of material composition and curing regime, and application in Bamako. Case Studies in Construction Materials. 2021. Vol. 15. e00634. EDN: LVSJMZ. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2021.e00634
13. Thiam M., Fall M. Mechanical, physical and microstructural properties of a mortar with melted plastic waste binder. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 302. 124190. EDN: GVCFMK. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124190
14. Slieptsova I., Savchenko B., Sova N., Slieptsov A. Polymer sand composites based on the mixed and heavily contaminated thermoplastic waste. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 111. 012027. EDN: XMMNTP. https://doi.org/10.1088/1757-899X/111/1/012027
15. Dhawan R., Bisht B. M. S., Kumar R., Kumari S., Dhawan S.K. Recycling of plastic waste into tiles with reduced flammability and improved tensile strength. Process Safety and Environmental Protection. 2019. Vol. 124, pp. 299-307. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.02.018
16. Mahdi F., Abbas H., Khan A. Flexural, shear and bond strength of polymer concrete utilizing recycled resin obtained from post consumer PET bottles. Construction and Building Materials. 2013. Vol. 44, pp. 798–811. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.03.081
17. Lee T.S., Lee J., Ann K.Y. Manufacture of polymeric concrete on the Moon. Acta Astronautica. 2015. Vol. 114, pp. 60–64. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.04.004
18. Фомина Н.Н., Хозин В.Г. Компатибилизация смесей полимеров при переработке отходов изделий из термопластов // Нанотехнологии в строительстве. 2021. Т. 13. № 4. С. 229–236. EDN: GVRGKU. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2021-13-4-229-236
18. Fomina N.N., Khozin V.G. Compatibilization of polymer mixtures during processing of waste products from thermoplastics. Nanotechnologies in Construction. 2021. Vol. 13 (4), pp. 229–236. EDN: GVRGKU. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2021-13-4-229-236
19. Патент РФ 2623754. Смесь для получения композиционных строительных материалов / Иващенко Ю.Г., Фомина Н.Н., Полянский М.М. Заявл. 29.03.2016. Опубл. 29.06.2017. Бюл. № 19.
19. Patent RF 2623754. Smes’ dlya polucheniya kompozitsionnykh stroitel’nykh materialov [Mix for the composite building materials production]. Ivashchenko Yu.G., Fomina N.N., Polyansky M.M. Declared 29.03.2016. Published 29.06.2017. Bull. No. 19. (In Russian).
20. Фомина Н.Н., Хозин В.Г. Термопластичное связующее из полимерных отходов // Строительные материалы. 2021. № 1–2. С. 105–114. EDN: VADDQP. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-788-1-2-105-114
20. Fomina N.N., Khozin V.G. Thermoplastic binder from polymer waste. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 1–2, pp. 105–114. EDN: VADDQP.
https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-788-1-2-105-114
21. Vincent G.A., Bruijn Th.A., Wijskamp S., Rasheed M.I. A., Drongelen M., Akkerman R. Characterisation and improvement of the quality of mixing of recycled thermoplastic composites. Composites Part C: Open Access. 2021. Vol. 4. 100108. EDN: XXQJBM. https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2021.100108
22. Мельников Д.А., Ильичев А.В., Вавилова М.И. Сравнение стандартов для проведения механических испытаний стеклопластиков на сжатие // Труды ВИАМ. 2017. № 3 (51). С. 55–64. EDN: YGASIX. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2017-0-3-6-6
22. Mel’nikov D.A., Il’ichev A.V. Vavilova M.I. Comparison of standards for mechanical testing of fiberglass composites under compression. Trudy VIAM. 2017. No. 3 (51), pp. 55–64. (In Russian). EDN: YGASIX. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2017-0-3-6-6
23. Siva Naga Sai Goli V., Mohammad A., Narain Singh D. Application of municipal plastic waste as a manmade neo-construction material: issues & wayforward. Resources, Conservation and Recycling. 2020. Vol. 161. 105008. EDN: IZDETM. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105008