Przejdź do treści

Proekologiczne i prozdrowotne rozwiązania w budownictwie o stosunkowo niskim koszcie wytwarzania.

mgr inż. Wojciech Andrzejuk, dr hab. inż. Danuta Barnat-Hunek, dr inż. Bartosz Zegardło.

STRESZCZENIE OPISU WPŁYWU

Jednym z głównych problemów obecnej produkcji oraz konsumpcji przemysłowej jest racjonalna gospodarka odpadami. Zagadnienie to nie omija materiałów ceramicznych. Wyniki badań potwierdzone na mieszankach cementowych pokazują że kruszywo uzyskane z odpadów ceramicznych jest pełno wartościowym kruszywem, które po odpowiednim dostosowaniu nadaje się jako zamiennik kruszyw naturalnych. Doświadczenia te wskazują na możliwość zastosowaniu tych kruszyw również do kompozytów bitumicznych. Podobnie wygląda kwestia zastosowania w materiałach budowlanych certydu oraz biowęgla.

Na podstawie powyższego podjęto badania dotyczące zagospodarowania niechcianych odpadów i/lub zmniejszenia ilości wydobycia kruszyw naturalnych, propagacji recyklingu polegającym na powtórnym wykorzystaniu surowców odpadowych w celu tworzenia nowych produktów oraz proekologicznych i prozdrowotnych rozwiązań w budownictwie przy uwzględnieniu stosunkowo niskiego kosztu wytwarzania.

CHARAKTERYSTYKA GŁÓWNYCH WNIOSKÓW Z BADAŃ NAUKOWYCH

Przeprowadzone badania dotyczące zastosowania recyklingowych kruszyw ceramicznych do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) pozwoliły ustalić, że ceramika może być z powodzeniem stosowana w MMA przeznaczonych do zastosowania jako warstwa ścieralna na bazie kruszywa dolomitowego. Mieszanka z 20 i 30% dodatkiem odpadowego kruszywa ceramicznego, stosowanego jako częściowy zamiennik powszechnie stosowanego w MMA kruszywa dolomitowego spełnia wymagania określone w WT-2 2014 [R1].

Inne realizowane badania skupiające się na fizycznych właściwościach recyklingowego kruszywa ceramicznego wykorzystywanego w MMA wykazały, że na podstawie polskich wymagań technicznych pokruszone odpadowe kruszywo ceramiczne spełnia wymagania dotyczące kształtu ziaren kruszywa, ma wystarczającą odporność na cykliczne zamrażanie i rozmrażanie oraz odporność na rozdrabnianie. Ponadto zaobserwowano, że w przypadku badanych kruszyw i asfaltów przyczepność asfaltu do kruszywa jest niewystarczająca. Należy zatem stosować środki adhezyjne poprawiające przyczepność asfaltu do kruszywa [R2].

W pracy badawczej dotyczącej zwilżalności betonu asfaltowego zawierającego w swoim składzie recyklingowe kruszywo ceramiczne określono, że skład chemiczny kruszywa ceramicznego ma istotny wpływ na przyczepność asfaltu do powierzchni kruszywa ze względu na powinowactwo chemiczne. Jednak ten parametr nie jest decydujący. Odpadowe kruszywo ceramiczne, pomimo kwaśnego pH związanego z podwyższoną zawartością krzemionki, wykazuje dobre właściwości adhezyjne, które związane są ze strukturą elektronową asfaltu [R3].

W pracy [R4] przedstawiono możliwości wykorzystania bocznych szyb samochodowych w kompozytach cementowych. Proponowane rozwiązania mają korzystny wpływ na właściwości techniczne kompozytów cementowych. Celem produkcji betonu z recyklingowym kruszywem szklanym byłaby nie tylko produkcja kompozytów o wysokich walorach technicznych, ale również utylizacja odpadów, które obecnie nie są efektywnie wykorzystywane.

W innych prowadzonych pracach badawczych [R5] zbadano wpływ wody z mikro-nanopęcherzykami (MNB) gazu na właściwości fizyczne i mechaniczne zapraw wapienno-cementowych. Testy wykazały, że woda z MNB wpłynęła na właściwości cementu, przyśpieszenie reakcji hydratacji i proces wczesnego utwardzania. Zastosowanie wody z MNB jest technologicznie możliwe niemal w każdym przypadku i nie wymaga skomplikowanych procedur w porównaniu z innymi nanododatkami stosowanymi w budownictwie.

CHARAKTERYSTYKA ROLI  PODMIOTU  W OSIĄGNIĘCIU  EFEKTÓW  DZIAŁALNOŚCI  NAUKOWEJ

Badania związane z proekologicznymi i prozdrowotnymi rozwiązaniami w budownictwie były prowadzone w Zakładzie Budownictwa Wydziału Nauk Technicznych Państwowej Szkoły Wyższej im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej przez grupę badaczy w składzie: mgr inż. W. Andrzejuk, dr hab. inż. D. Barnat-Hunek, dr inż. B. Zegardło. Realizacja zadań badawczych zaowocowała nawiązaniem współpracy z instytucjami i przedsiębiorcami z dziedziny inżynierii lądowej, w ramach której powstały pionierskie technologie mające wpływ na gospodarkę oraz ochronę środowiska naturalnego. Przyczyniają się one do zagospodarowania niechcianych odpadów co bezpośrednio wiąże się z zagadnieniem ekologii i zrównoważonego rozwoju w budownictwie. Ponadto dokonano trzech zgłoszeń patentowych, z czego dwa zostały objęte ochroną patentową na wynalazek.

  • mgr inż. Wojciech Andrzejuk
  • dr hab. inż. Danuta Barnat-Hunek

OPIS BIBLIOGRAFICZNY i STRESZCZENIE OSIĄGNIĘĆ NAUKOWYCH

[R1] W. Andrzejuk, D. Barnat-Hunek, R. Siddique, B. Zegardło, G. Łagód: “Application of Recycled Ceramic Aggregates for the Production of Mineral-Asphalt Mixtures”. Materials, 2018, 11, 658.
W artykule opisano sposób projektowania i wytwarzania innowacyjnych mieszanek mineralno-asfaltowych, w których wykorzystuje się recyklingowe kruszywo odpadowe z ceramiki sanitarnej. Mieszanki zostały zaprojektowane do zastosowania w warstwie ścieralnej nawierzchni asfaltowej.

[R2] W. Andrzejuk, D. Barnat-Hunek, J. Góra – „Physical Properties of Mineral and Recycled Aggregates Used to Mineral-Asphalt Mixtures”, Materials 3437 (12) 2019.
W artykule przedstawiono wyniki badań oraz zbadano możliwości wykorzystania recyklingowych kruszyw pochodzących z rozdrobnienia odpadowych materiałów ceramicznych  do mieszanek mineralno-asfaltowych. Ponadto przeanalizowano skład mineralny, właściwości fizyczne i mechaniczne kruszyw z surowców naturalnych, takich jak dolomit, granodioryt oraz odpadowe kruszywo ceramiczne.

[R3] W. Andrzejuk, A. Szewczak, S. Fic, G. Łagód – „Wettability of Asphalt Concrete with Natural and Recycled Aggregates from Sanitary Ceramics”, Materials 3799 (13) 2020.
Zgodnie z aktualnym trendem poszukiwania alternatywnych metod modyfikacji istniejących kompozytów budowlanych, jakimi są MMA, materiały pochodzące z recyklingu betonu i ceramiki znajdują coraz szersze zastosowanie. Ceramiczny materiał budowlany dodany do MMA jako kruszywo, może znacząco wpływać na właściwości kruszywa, w tym na zwilżalność, porowatość, przyczepność asfaltu, a w konsekwencji na trwałość mieszanki.

[R4] M. Szeląg, B. Zegardło, W. Andrzejuk – „The Use of Fragmented, Worn-Out Car Side Windows as an Aggregate for Cementitious Composites”; Materials 1467 (12) 2019.
W artykule opisano nowy model produkcji betonu, który zawiera stłuczkę szklaną. Do produkcji kruszywa szklanego z recyklingu wykorzystano zużyte szyby boczne samochodu i zbadano jego właściwości. Szklane kruszywo z recyklingu zastosowano w betonie jako 50% i 100% masowy zamiennik tradycyjnego kruszywa. Przeprowadzono podstawowe badania mieszanki betonowej świeżej i betonu stwardniałego.

[R5] M. Grzegorczyk-Frańczak, D. Barnat-Hunek, W. Andrzejuk, J. Zaburko, M. Zalewska, G. Łagód – „Physical Properties and Durability of Lime-Cement Mortars Prepared with Water Containing Micro-Nano Bubbles of Various Gases”; Materials 1902 (14) 2021.
W pracy przedstawiono badania eksperymentalne wpływu wody zawierającej mikro-nanopęcherzyki różnych gazów na właściwości fizyko-mechaniczne zapraw wapienno-cementowych.

CHARAKTERYSTYKA WPŁYWU DZIAŁALNOŚCI NAUKOWEJ, W TYM KTÓREJ WYNIKI SĄ PRZEDMIOTEM KOMERCJALIZACJI, ZE WSKAZANIEM ZWIĄZKU MIĘDZY DZIAŁALNOŚCIĄ NAUKOWĄ A TYM WPŁYWEM ORAZ GRUPY SPOŁECZNEJ BĘDĄCEJ BENEFICJENTEM TEGO WPŁYWU I OBSZARU, NA KTÓRY DZIAŁALNOŚĆ NAUKOWA MA NAJWIĘKSZY WPŁYW

W ramach współpracy z Przedsiębiorstwem Robót Drogowych S.A. w Białej Podlaskiej prowadzono badania dotyczące wykorzystania recyklingowych kruszyw pochodzących z rozdrobnienia odpadowych materiałów ceramicznych w materiałach budowlanych jakimi są mieszanki mineralno-asfaltowe. Wyniki badań w znaczący sposób wpłynęły na zmiany zachodzące w gospodarce i ekologii, oddziałują na zracjonalizowanie gospodarki odpadami, wielkości wydobycia naturalnych kruszyw oraz upowszechnienie procesu recyklingu, w ramach którego dochodzi do ponownego wykorzystania surowców odpadowych celem wytworzenia nowych produktów. Efektem współpracy było uzyskanie dwóch patentów na wynalazek, na: mieszankę mineralno-asfaltową zawierającą kruszywo pochodzące z rozdrobnionych wyeksploatowanych bocznych szyb samochodowych (P.425766) oraz mieszankę mineralno-asfaltową zawierającą kruszywo pochodzące z rozdrobnionych wyeksploatowanych izolatorów elektrycznych (P.427337). Ta uzyskana własność intelektualna potwierdza innowacyjny i proekologiczny charakter powadzonych prac badawczych [S1].

Współpraca z Meteni Consulting Sp. z o.o. Sp. k. również dotyczyła analizy możliwości zastosowania recyklingowych kruszyw pochodzących z rozdrobnienia odpadowych materiałów ceramicznych do mieszanek mineralno-asfaltowych służących do budowy nawierzchni dróg. Powstałe innowacje i know-how mają wielki potencjał do komercjalizacji. Dowodem tego są trzy zgłoszenia patentowe, w tym dwa objęte ochroną. Badane mieszanki mineralno-asfaltowe z wykorzystaniem recyklingowych kruszyw ceramicznych odznaczają się wartością ekologiczną i ekonomiczną. Mają istotne znaczenie dla zielonej transformacji w funkcjonowaniu przedsiębiorstw w gospodarce [S2].

Wspólne działania realizowane z Centrum Badań Laboratoryjnych „CEBEL” Sp. z o.o. w Lublinie doprowadziły do przygotowania składów mieszanek mineralno-asfaltowych, które zawierały odpadowe kruszywa recyklingowe, a mianowicie kruszywo pochodzące z odpadów ceramiki sanitarnej, wyeksploatowanych bocznych szyb samochodowych oraz wyeksploatowanych izolatorów elektrycznych. Mieszanki zostały zaprojektowane do nawierzchni drogowej, do warstwy ścieralnej kategorii ruchu KR1-2 i spełniały wymagania dla betonu asfaltowego zgodnie z WT-2 2014 (Wymagania Techniczne, Mieszanki mineralno-asfaltowe). Rezultaty prowadzonych prac wpłynęły na racjonalną gospodarkę odpadami, kwestię związaną z wydobyciem kruszyw naturalnych oraz proces recyklingu w odniesieniu do wykorzystania surowców odpadowych do wytworzenia nowych materiałów budowlanych [S3].

Poza kampaniami w mediach społecznościowych o charakterze edukacyjnym i prozdrowotnym, społeczność akademicka zaangażowała sPodczas współpracy z Przedsiębiorstwem Wielobranżowym „BUDOMEX” Sp. z o.o. z Białej Podlaskiej skupiono się na zagadnieniach dotyczących wykorzystania odpadowych wyeksploatowanych bocznych szyb samochodowych w betonach cementowych, a także opracowaniu zapraw wapienno-cementowych modyfikowanych nano pęcherzykami z dwutlenkiem węgla, tlenem i ozonem. Wyniki prowadzonych badań potwierdziły znaczną poprawę właściwości zarówno jeśli chodzi o analizowane betony cementowy i zaprawy budowlane. W efekcie opracowano niekonwencjonalne składy mieszanki betonowej a także modyfikowanej zaprawy wapienno-cementowej. Prowadzone prace znacząco wpłynęły na wykorzystanie innowacyjnych, proekologicznych i prozdrowotnych technologii nawiązując tym samym do zagadnienia zrównoważonego rozwoju w budownictwie [S4].

SZCZEGÓŁOWA  CHARAKTERYSTYKA  DOWODÓW WPŁYWU DZIAŁALNOŚCI NAUKOWEJ

[S1] Zaświadczenie z Przedsiębiorstwa Robót Drogowych S.A. w Białej Podlaskiej
W zaświadczeniu potwierdzono współpracę badawczą Przedsiębiorstwa Robót Drogowych S.A. w Białej Podlaskiej z Zakładem Budownictwa Państwowej Szkoły Wyższej im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej, w ramach której uzyskano rezultaty znacząco wpływające na gospodarkę i ekologię. Realizowana współpraca dotyczyła wykorzystania recyklingowych kruszyw pochodzących z rozdrobnienia odpadowych materiałów ceramicznych do mieszanek mineralno-asfaltowych służących do budowy nawierzchni drogowych.

[S2] Zaświadczenie z Meteni Consulting Sp. z o.o. Sp. k.
W zaświadczeniu potwierdzono współpracę Meteni Consulting Sp. z o.o. Sp. k. z Zakładem Budownictwa Państwowej Szkoły Wyższej im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej, która dotyczyła zastosowania kruszyw recyklingowych kruszyw ceramicznych w mieszankach mineralno-asfaltowych. Podkreślono potencjał komercjalizacyjny analizowanych innowacji oraz wartość ekologiczną i ekonomiczną jaką one reprezentują w odniesieniu do życia przedsiębiorstw w gospodarce o obiegu zamkniętym.

[S3] Zaświadczenie z Centrum Badań Laboratoryjnych „CEBEL” Sp. z o.o. w Lublinie
W zaświadczeniu potwierdzono współpracę badawczą Centrum Badań Laboratoryjnych „CEBEL” Sp. z o.o. w Lublinie z Zakładem Budownictwa Państwowej Szkoły Wyższej im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej, która wywarła wpływ na racjonalną gospodarkę odpadami, ilość wydobycia kruszyw naturalnych oraz propagację recyklingu. Wymiernymi efektami wspólnych działań było opracowanie składów trzech mieszanek mineralno-asfaltowych zawierających różne odpadowe kruszywa recyklingowe.

[S4] Zaświadczenie z Przedsiębiorstwa Wielobranżowego „BUDOMEX” Sp. z o.o. w Białej Podlaskiej
W zaświadczeniu potwierdzono współpracę badawczą Przedsiębiorstwa Wielobranżowego „BUDOMEX” Sp. z o.o. w Białej Podlaskiej z Zakładem Budownictwa Państwowej Szkoły Wyższej im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej, dotyczącą wykorzystania odpadowych, wyeksploatowanych bocznych szyb samochodowych w betonach cementowych, a także opracowania zapraw wapienno-cementowych modyfikowanych nanopęcherzykami z CO2, O2 i O3. W rezultacie opracowano innowacyjne, proekologiczne i prozdrowotne technologie w obszarze zagospodarowania odpadów z uwzględnieniem procesu recyklingu.

INFORMACJE, CZY WPŁYW POWSTAŁ W WYNIKU INTERDYSCYPLINARNYCH BADAŃ NAUKOWYCH LUB PRAC ROZWOJOWYCH, ORAZ CHARAKTERYSTYKI ZNACZENIA INTERDYSCYPLINARNOŚCI BADAŃ NAUKOWYCH LUB PRAC ROZWOJOWYCH DLA POWSTANIA TEGO WPŁYWU

Prace badawcze prowadzone w Zakładzie Budownictwa Państwowej Szkoły Wyższej im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej miały innowacyjny, proekologiczny i prozdrowotny charakter. Zagadnienia związane z zagospodarowaniem niechcianych odpadów, procesem recyklingu oraz stosowaniem wody z nanopęcherzykami gazów przy produkcji zapraw budowlanych mają bezpośredni wpływ na gospodarkę, ekologię oraz mogą oddziaływać na zdrowie człowieka.

Wraz ze zmianami klimatycznymi i ich wpływem na świadomość społeczną oraz wraz z zanikaniem źródeł kruszyw naturalnych i wyczerpującymi się ich zasobami przewiduje się znaczny wzrost ich cen. Naturalną więc będzie chęć czerpania kruszyw ze źródeł niekonwencjonalnych, która będzie poparta czynnikami ekonomicznymi, ekologicznymi oraz zrównoważonej polityki. Opracowane w Zakładzie Budownictwa PSW technologie są sposobem zagospodarowania odpadów, które mogą być źródłem niemałych uciążliwości negatywnego oddziaływania na środowisko przyrodnicze, w tym klimat.

Jednym z istotnych problemów w budownictwie jest zawilgocenie ścian a w następstwie pojawienie się grzybów i pleśni. Dane literaturowe wskazują, że grzyby obecne w środowisku życia i pracy mogą w negatywny sposób oddziaływać na zdrowie człowieka. Dlatego tak niezmiernie istotne jest stosowanie się do wszelkiego typu zaleceń dotyczących eliminacji grzybów z budownictwa. Opracowane przez ZB PSW zastosowanie wody z nanopęcherzykami, może skutecznie ograniczyć powstawanie bakterii i pleśni w materiałach budowlanych, a dzięki swoim nanowłaściwościom odpowiednie dozowanie składników może skutecznie polepszyć ich właściwości fizyko-mechaniczne, szczelność, nasiąkliwość, wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie oraz odporność na działanie negatywnego wpływu czynników atmosferycznych.