استفاده مجدد از ضایعات جی. آر. پی. (فایبر گلاس)

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
پیشگفتار
کاربرد مواد پلیمري تقویت شده بوسیله الیاف شیشه بدلیل وزن سبک، سادگی نصب، نیاز به نگهداري کم ، ساختار مناسب و مقاوم بودن در برابر با خوردگی در حال افزایش می باشد . از اینرو سیستم حاکم بر مدیریت ضایعات کشور هاي اروپائی با وضع مقررات جدید ، صنایع تولید کننده تولیدات الیاف پلیمري را ملزم به بازیافت و استفاده مجدد ازضایعات فایبر گلاس را نموده است .
در حال حاضر روش متداول دفع ضایعات کامپوزیت (فایبر گلاس) دفن آنها در زیر خاك می باشد .
براي گذار و ایجاد تحول به لحاظ تغییر وضع فعلی دفن مواد ضایعاتی کامپوزیتی به سیستم بازیافت، صنعت FRPنیاز به بررسی طراحی مواد و اجزاي آن به منظور تسهیل در استفاده مجدد و بازیافت دارد.

مراحل استفاده از ضایعات :

بر اساس سلسله مراتب ، روش هاي مدیریتی استفاده از ضایعات FRP به ترتیب الویت عبارتند:
الف- حداقل رساندن میزان ضایعات .
ب- استفاده مجدد از آن .
ج- بازیافت .
د- سوزانیدن آن همراه کسب انرژي حرارتی .
ه- کامپوست (تبدیل به کود) .
و- سوزانیدن بدون کسب انرژي حرارتی و بالاخره دفن آن.​


حداقل رسانیدن ضایعات :

موثر ترین و باصرفه ترین روش به لحاظ اقتصادي و همچنین زیست محیطی در یک سیستم مدیریتی ضایعات، عدم تولید ضایعات و یا به حداقل رسانیدن آن می باشد. با بازنگري مجدد در پروسه ساخت تولیدات فایبر گلاس میتوان طرق کاهش ضایعات را بدست آورد .


استفاده مجدد :

بسیاري از تولیدات FRP در طبیعت به صورت سفارشی بوده و براي کاربرد خاصی طراحی و ساخته شده اند(مانند قالب ها و پانل هاي سردر) و این بدان مفهوم است که به ندرت میتوان از آنها براي سایر موارد مختلف دیگر استفاده نمود. اقلامی مانند استخر هاي شناي FRP ، منهول هاي فاضلاب و لوله ها براي سرویس و عمر کاري طولانی طراحی گردیده و با دیدگاه استفاده مجدد از آنها ساخته نشده اند ، یک گزینه ممکن براي استفاده مجدد از FRP را به عنوان مثال میتوان به صورت کاربرد آنها دریک درجه پائین تر به شکل مخازن و سیلوهاي مورد استفاده در کشاورزي نامبرد ، هرچند استفاده مجدد از FRPبه عنوان گنبدي ، برج ساعت و دودکش نیز قابل ذکر بوده ، ضمن آنکه استفاده مجدد در قالب کابین و اطاقک هاي کوچک متداول میباشد .


بازیافت ضایعات :

ضایعات تولیدات FRP که معمولا از مواد خام به کاررفته در ساخت محصولات تشکیل یافته است، به استثناي الیاف کربن و آرامید نسبتاً ارزان قیمت بوده و مقدار آن در مقایسه با حجم تولیدات کم می باشد. برای بازیافت ضایعات نیاز به عملیات خردنمودن و همچنین پودر نمودن توسط آسیاب می باشد.

بازیافت ضایعات سایت:

معمولا میزان ضایعات ناشی از عملیات نصب تولیدات FRP ناچیز می باشد ، چراکه اجزاي FRP قبلا در اندازه هاي مشخص براي موارد خاص طراحی و ساخته می شوند و این با سایر ضایعات ساختمانی دیگر متفاوت می باشد .

بازیافت ضایعات تخریب مواد:
حجم ضایعات ناشی از تخریب مواد کامپوزیتی در مقایسه با سایر ضایعات دیگر کمتر بوده و در حال حاضر مدفون میگردند. از آنجائی که کاربرد تولیدات مختلف FRP در آینده در حال گسترش بوده ، بنابراین دفن اینگونه ضایعات نیز در حال افزایش می باشد. از طرف دیگر بالا رفتن میزان مالیات براي دفن مواد خود عاملی براي جلوگیري از دفن ضایعات FRP و تشویق تولید کنندگان براي استفاده مجدد و یا بازیافت مواد می باشد.
تحقیقات انجام شده در کشورهای انگلستان، فرانسه، آلمان، ایتالیا، و هلند در مقیاس آزمایشگاهی نشان داده است که بازیافت مواد کامپوزیتی امکان پذیر می باشد. بنابراین هرچند موارد استفاده براي مواد بازیافتی هم اکنون موجود می باشد، ولی همچنان باید بازار هاي جدید دیگري را براي این منظور شناسائی نمود.

سوزانیدن همراه کسب انرژي حرارتی و کامپوست نمودن آن :

مواد FRP داراي ارزش حرارتی زیادي می باشند، بنابراین سوزانیدن آن با هدف کسب انرژي حرارتی انتخاب مناسبی براي ستفاده ضایعات FRP به حساب می آید.

سوزانیدن بدون کسب انرژي حرارتی و دفن آن :

سوزانیدن و دفن آن بدون کسب انرژي حرارتی بدترین حالت دفع مواد می باشد، چرا که میتوان از طریق سوزانیدن مواد کامپوزیتی، انرژي قابل توجهی را بدست آورد.


تهیه کننده
: مهندس جواد میرصادقی (مدیر واحد طراحی مهندسی شرکت مشهدصدرا)

مواخذ مورد استفاده :

کد:
[LEFT]1- Recycling Of GRP.
2- ITT milling Technology Makes GRP Recycling Economic.
3- FRP Recycling In The Construction Industry.
4- Application Of GRP Waste In Concrete Composites.
5- Application Of GRP Waste In Rubber Composites[/LEFT]
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
بازیافت عملی ضایعات فایبر گلاس :
لذا با توجه به موارد ذکر شده در شماره قبلی این خبرنامه، به ذکر مواردی از بازیافت ضایعات فایبرگلاس در صنایع مختلف پرداخته میگردد .


بازیافت ضایعات حاصل از لوله و اتصالات جی آر پی :

ضایعات حاصل از تولید لوله و اتصالات GRP (فایبر گلاس) به طور متوسط داراي حدود 60 درصد الیاف شیشه و 40 درصد انواع رزین ها می باشد . الیاف شیشه عمدتا شامل اکسید هاي سیلیس، آلومنیوم و کلسیم و غیره بوده که از طریق سوزانیدن قابل استحصال می باشند و به قرار اطلاع عناصر اولیه سیمان را تشکیل میدهند . از طرف دیگر بخش پلیمر موجود درضایعات شامل رزین هاي پلی استر ، وینیل استر و غیره نیز داراي ارزش حرارتی نسبتا زیادي بوده که میتواند جایگذین بخشی از سوخت مصرفی گردد .
لازم به ذکر است که در یک تجربه موفقیت آمیز ، کارخانه FIBERLINE که تولید کننده درب و پنجره هاي فایبرگلاس بوده ، دو قرارداد مجزا با شرکت هاي ZAJONS آلمان (تولید کننده سوخت از ضایعات) و HOLCIMآلمان (کارخانه سیمان) جهت بازیافت ضایعات فایبر گلاس منعقد نمود. بر این اساس ، نتایج حاصله منتج به راه حل خوبی گردید که سالیان زیادي صرف انجام تحقیقات در این مورد شده بود .
در این روش ابتدا ضایعات فایبر گلاس در کارخانه ZAJONS بوسیله آسیابهاي غول پیکر خرد شده و سپس مواد ریز شده براي کارخانه HOLCIM به عنوان مواد اولیه سیمان ارسال گردید و در نهایت سیمان به عنوان محصول نهائی بدست آمد . در این روش با استفاده از 1000 تن ضایعات فایبر گلاس در کارخانه سیمان باعث صرفه جوئی در 450 تن سوخت ، استحصال 200 تن گچ ، 200 تن سیلیس و 150 تن اکسید آلومنیوم بدون گردو غبار ، خاکستر و پسماند گردید که تماماً از عناصر اصلی سیمان به شمار می روند .


بازیافت ضایعات فایبر گلاس در انگلستان :

مواد جی. آر. پی. (فایبر گلاس) هم اکنون در بیش از 1000 تولیدات مختلف در صنایع و ساختمان عرضه می شود .
تکنولوژی آسیاب مواد توسط شرکت (International Innovative Technology) به لحاظ مصرف انرژی کم، اندازه ریز ذرات تولیدی و همچنین قدرت بالای آن فرصت جدیدی را برای آسیاب نمودن ضایعات GRP و سایر مواد دیگر به صورت مواد ریز که قبلاً به عنوان ضایعات تولید شناخته میشدند، به وجود آورده است.
شایان ذکر است که مواد GRP اساساً به سختی شکسته و خرد می شوند و برای سالیان متمادی تنها راه موجود برای دفع مواد GRP همان روش دفن آن در زیر زمین مورد استفاده قرار می گرفت. تنها در کشورانگلستان میزان ضایعات مواد فایبر گلاس سالیانه بالغ بر 150000 تن برآورد شده که ناگزیر، دفن می شده است .
برای غلبه بر این مشکل ، شرکت IIT با همکاری کارخانه UK GRP از طریق تحقیق و توسعه در مدت 18 ماه موفق به ابداع روشی برای بازیافت مواد GRP شدند ، بدین ترتیب که کارخانه مذکور به عنوان تولید کننده ورق های پلی کربنات فایبر گلاس برای نمای ساختمان اشتغال داشته، هم اکنون پودر ریز حاصله از آسیاب ضایعات فایبرگلاس خود را مجدداً در چرخه تولید استفاده می نماید . لذا دفن مواد GRP هم اکنون منتفی گردیده و کارخانه مدعی بازیافت ضایعات در تولیدات خود می باشد .
نحوه فرآیند بازیافت مواد GRP بدین گونه است که ابتدا ضایعات مربوطه توسط تجهیزات خرد کن تبدیل به قطعات ریز شده و سپس در آسیاب های مخصوص شرکت ITT به ذرات ریز با اقطار کمتر از 100 میکرون تبدیل می گردد .
تست و آزمون های صورت گرفته روی تولیدات جدید نشان داده است که اضافه نمودن یک درصد از ضایعات پودر شده به مواد اولیه وارده هیچگونه آثار مخربی در استحکام ، دوام و میزان انتقال و انتشار نور نداشته است .


کاربرد ضایعات جی آر پی در کامپوزیت های بتونی :

همانگونه که قبلاً نیز بدان اشاره شد در کشور انگلستان ضایعات فایبر گلاس بدلیل ماهیت ذاتی ترموستیGRP و همچنین کمبود اطلاعات مربوط به مشخصات مربوطه و عدم دانش کافی از چگونگی بازیافت ضایعات تا بحال برای دفن به محل های مخصوص فرستاده میشده است . در یک پروژه تحت حمایت دولت با عنوانBEAWARE ، ضایعات فایبر گلاس برای بازیافت در کامپوزیت های بتونی انتخاب گردید. در این پروژه دو نمونه مختلف از ضایعات فایبر گلاس (ضایعات به شکل پودر و الیاف ریز) از کارخانه های ROOFLIGHTS انگلستان وINVERNESS اسکاتلند تهیه گردید .
آزمایشات اولیه نشان داد که از ضایعات جی آر پی میتوان به عنوان بخشی از مواد متراکم کننده ریزدانه بتن و همچنین مواد ترکیبی سیمان مورد استفاده قرار گرفته و علاوه بر آن وجود پلیمر و الیاف کوتاه شیشه در ضایعات GRP نیز به طور محسوس در ارتقای کیفیت انواع تولیدات بتونی نقش بسزائی دارد .
برای تشخیص کیفیت ضایعات GRP مورد استفاده در کامپوزیت های بتونی و همچنین کامپوزیت های لاستیکی، آزمایشات مورد نیاز در دانشگاه Loughborough انجام گردید. پودر های ضایعاتی GRP به لحاظ شکل و قواره بسیار نامنظم و در اندازه های چند میکرون تا 2000 میکرون بوده و مشخصه های فیزیکی، شیمیائی و حرارتی آن بر اساس آخرین روش های اندازه گیری و تکنیک های تحلیلی مورد سنجش قرار گرفت . نوع رزین موجود در نمونه های ارسالی توسط اسپکترومتر از نوع پلی استر ترموست تشخیص داده شد و عناصر مهم تشکیل دهنده موجود در پودر GRP عمدتاً شامل سیلیس، کلسیم، آلومنیوم و اکسیژن نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و بالاخره درجه حرارت انتقال شیشه ای آن (tg) برابر با 135.4 درجه سانتی گراد بدست آمد .
حاصل مطالعات صورت گرفته در خصوص کاربرد ضایعات GRP در کامپوزیت های بتونی به لحاظ استحکام فشاری، استحکام کششی، جذب سطحی و چروک خوردگی نتایج بهتری را نسبت به بتن معمولی نشان داد . وجودCaO ، Al2O3 و SiO2 و سایر ترکیبات پلیمری در ضایعات GRP به عنوان یک مخلوط باعث ارتقای کیفیت محصول به لحاظ پوشش و چسبندگی و طرفی الیاف شیشه موجود در ضایعات نیز موجب تقویت کامپوزیت بتونی گردید .
نتایج مطالعات فوق نشان داد پودر های ضایعاتی را میتوان جایگذین 5 تا 50 درصد از مواد ریز دانه در تولیدات پیش ساخته بتونی برای موارد مختلف ساختمانی از قبیل سنگ فرش پیش ساخته، کاشی های سقفی، عناصر پیش ساخته دیواری، بتن سبک، بلوکه های سنگ فرش بتونی و پانل های روکش معماری نمود .
روش کلی ساخت قطعات مختلف بتونی با ضایعات GRP و همچنین شرح تست های مربوطه روی قطعات بتونی به طور خلاصه در شکل زیر نشان داده شده است .

GRP-Waste-1.jpg
شکل 1​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
همانگونه که در شکل شماره 1 مشهود بوده پروسه کیوراسیون به دو روش با آب و همچنین پخت در کوره انجام گردید. در روش اول کیوراسیون با آب با درجه حرارت 20 درجه سانتی گراد و در روش دوم پخت در کوره با درجه حرارت 50 درجه سانتی گراد عملی گردید. نمونه های بتونی آماده شده مطابق استاندارد BS EN 12390-1:2000 در دو حالت بدون اضافه نمودن افزودنی و همچنین با افزودن دو درصد نرم کننده پلاستیک مورد آزمایش قرار گرفت .

شکل شماره 2 پودر های ضایعاتی GRP و شکل شماره 3 نیز نمونه های بتونی تولید شده را با استفاده از ضایعات مربوطه در مقادیر بین 5 تا 50 درصد بدون اضافه نمودن افزودنی نشان می دهد ضمناً به منظور افزایش میزان استحکام فشاری عملیات فوق با اضافه نمودن 2 درصد نرم کننده پلاستیک به عنوان افزودنی نیز مورد آزمایش قرار گرفته است .

img02-grp-waste.jpg
شکل شماره 2- نمونه ضایعات GRP​


نتایج آزمایشگاهی میزان استحکام فشاری 28 روزه ناشی ازاضافه نمودن 5 تا 15 درصد از پودر های ضایعات GRP تحت کیوراسیون با آب بدون افزودنی به ترتیب N/mm2 37 وN/mm2 34 را نشان داد در حالیکه همین آزمایش با اضافه نمودن 30 تا 50 درصد پودر ضایعات به بتن ارقام N/mm2 29.5 وN/mm2 19 را در پی داشت .
شایان ذکر است که در حالت اسفاده از افزودنی نرم کننده پلاستیک به بتن به مقدار 2 درصد ، میزان استحکام فشاری 28 روزه نمونه ها با اضافه نمودن 5 تا 15 درصد پودر GRP به ترتیبN/mm2 70 وN/mm2 65 برآورد گردید . لازم به ذکر است که میزان استحکام کششی بتن در اثر اضافه نمودن 15 درصد پودر ضایعاتی همراه با افزودنی ها بالغ بر N/mm2 4.2 گردید که بیش از استحکام کششی بتن در حالت معمول است .

img03-grp-concrete.jpg
شکل شماره 3- نمونه بتون های ساخته شده با پودرهای ضایعات GRP​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
پودر ضایعاتی GRP
در شکل شماره 4 تاثیر پودر ضایعات جی آر پی در میزان استحکام فشاری بتون در دو حالت کیوراسیون با آب و کوره را نشان می دهد .
img04-grp-waste-powder.jpg
شکل شماره 4- تاثیر پودر ضایعاتی GRP در میزان استحکام فشاری بتون​


به منظور کاوش و گسترش استفاده از الیاف ضایعاتی جی آر پی در پانل های پوشش معماری ساختمان ها دو نمونه پانل در ابعاد متفاوت 8*300*300 و 12*300*300 میلی متر نیز تولید گردید و مطابق روش BS EN 12390-1:2000 مورد آزمون قرار گرفت . شکل های 5 و 6 نمونه ضایعات جی آر پی و همچنین پانل های تولیدی را نشان می دهد . استحکام خمشی بر حسب MOR برای یک نمونه پانل به ابعاد 2*300*300 میلیمتر با استفاده از 5 درصد ضایعات الیاف GRP برابر با شانزده و نیم نیوتن بر میلیمتر مربع بدست آمد، در حالیکه میزان استحکام خمشی پانل ها در حالت معمول بین 17 تا 24 نیوتن بر میلیمتر مربع متغیر می باشد .

img05-fiber-waste.jpg
شکل شماره 5- نمونه الیاف ضایعاتی​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
img06-grp-panel.jpg

شکل شماره 6- نمونه پانل روکش ساختمان با استفاده از الیاف GRP ضایعاتی​


کاربرد ضایعات جی آر پی در کامپوزیت های لاستیکی :
لاستیک معمولی (NR) موارد استفاده بسیار وسیعی در ساخت قطعات صنعتی دارد . قیمت لاستیک خام در سالیان اخیر در حال افزایش بوده و برای کاهش هزینه ها نیاز به یافتن گزینه دیگری می باشد . در برخی از قطعات لاستیکی که در صنعت ساختمان به کار می رود از قبیل لایه زیرین فرش ، بالشتک ها ، درز های انبساط پل و عایق های تشکی میتوان از پودر های ضایعاتی GRP به عنوان بخشی از لاستیک خام اسفاده نمود . همانندکامپوزیت های بتونی در یک پروژه تحت حمایت دولت با عنوان BEAWARE در کشور انگلستان ، ضایعات فایبر گلاس برای بازیافت در کامپوزیت های لاستیکی انتخاب گردید .
در این آزمایش پودر ضایعاتی GRP از کارخانه های ROOFLIGHTS و CLADDING انگلستان تهیه گردید . نمونه ضایعات ارسالی شامل قطعات درشت بود که توسط الک 200 میکرون از پودر ها مجزا گردید و در نهایت ذرات پودر تا اندازه 600 میکرون و تکه های الیاف با اندازه تقریبی 560 میکرون برای اختلاط با لاستیک انتخاب گردید . اختلاط لاستیک تا 50 درصد وزنی با پودر های ضایعاتی GRP انجام شد و آزمایشات لازم برای اندازه گیری مشخصات مکانیکی و فرآیند عملیاتی لاستیک ها مطابق استاندارد British Standards 903 نیز صورت گرفت .
اضافه نمودن پودر GRP به لاستیک خام صرفه زیادی را به لحاظ افزایش سختی و مدول الاستیسیته لاستیک و همچنین بالابردن مشخصه عایق صوتی به دنبال داشته و کاربرد آن را در استفاده در صنعت ساختمان ایده آل می سازد و این میتواند جذبه ای برای کارخانجات لاستیک به شمار آید. شایان ذکر است که لاستیک طبیعی از کشور هائی نظیر مالزی ، تایلند و ویتنام از طریق دریا وارد انگلستان می گردد که خود هزینه حمل و انبارداری و همچنین به لحاظ زیست محیطی هزینه های حذف گازهای آلاینده را نیز به دنبال دارد . با کاهش مصرف مواد اولیه لاستیک خام نیاز ، واردات مواد از سایر کشور ها نیز کاهش یافته و علاوه بر آن نیز استفاده و بازیافت پودرضایعات GRP به عنوان مواد کمکی در لاستیک موجب عدم نیاز به دفن ضایعات در زمین شده که خود از نظر اقتصادی و زیست محیطی حائز اهمیت بسیاری می باشد .
در شکل 7 یک نمونه بالشتک لاستیکی با استفاده از ضایعات جی آر پی نشان داده شده است .

img07-grp-lastic.jpg
شکل شماره 7- یک نمونه لاستیک با استفاده از پودر ضایعات GRP​
 
بالا