“Aggregate for concrete from recycling of plastic waste”

Presentazione sul tema: "“Aggregate for concrete from recycling of plastic waste”"— Transcript della presentazione:

1 “Aggregate for concrete from recycling of plastic waste”
Progetto NUMIX “Aggregate for concrete from recycling of plastic waste” Alessandro Marseglia Consorzio CETMA Cittadella della Ricerca - S.S. 7 - Km Brindisi Tel Fax - Ecomondo - Rimini, 30 ottobre 2009

2 Enti pubblici di ricerca
CETMA CETMA è un consorzio privato di enti pubblici di ricerca e aziende private. Si occupa di ricerca applicata su materiali, processi e metodi per lo sviluppo di prodotti innovativi per i settori dell’industria e dei servizi. - 80 dipendenti - 4000m2 (Uffici, Aule, Laboratori) SOCI Enti pubblici di ricerca ENEA Università del Salento Aziende private D’Appolonia S.p.A. (consulenza e ricerca in ambito ingegneristico) Telcom S.p.A. (stampaggio rotazionale e a iniezione) InfoByte (software e realtà virtuale) IGEAM (consulenza in ambito ambientale e ingegneristico) CEMIT (realizzazione di impianti e macchinari chiavi in mano)

3 CETMA: divisioni Ingegneria dei materiali e delle strutture
SIM Modellistica e Simulazione TEC Tecnologie e Processi Ingegneria dei materiali e delle strutture CIV Ingegneria Civile ENA Applicazioni Energetiche ed Ambientali Ingegneria Informatica LAB Laboratorio di Tecnologie dei Materiali 24 risorse ingegneri dei materiali ingegneri civili ingegneri meccanici ingegneri aerospaziali chimico industriale tecnici studenti e stagisti Design, grafica e comunicazione

4 NUMIX: attività di ricerca preliminari Obiettivo
Espanso polimerico interamente ottenuto con materiale da riciclo Possibili applicazioni: aggregato per confezionamento di calcestruzzi leggeri in sostituzione dell’argilla espansa pannelli isolanti per il settore dell’edilizia Obiettivo Individuare applicazioni della plastica eterogenea da riciclo, altrimenti destinata all’incenerimento

5 NUMIX: attività di ricerca preliminari
La materia prima dell’espanso è costituita da: 1 - frazione eterogenea ottenuta dallo scarto della selezione della plastica da RSU. Tale frazione eterogenea è difficile da riciclare a causa delle diverse temperature di lavorazione dei polimeri presenti. 2 - gesso di risulta delle centrali termoelettriche utilizzato come agente espandente

6 VERIFICA DI COMPATIBILITA’
CONTROLLO SOSTANZE ORGANICHE HDPE Miscela LDPE Tutti i materiali testati rientrano nei canoni per l’impiego negli impasti cementizi (classi B e C) anche se non sottoposti a lavaggio.

7 PROVE DI SCHIUMATURA ESTRUSORE HAAKE TS-E1 (°C) TS-E2 (°C) TS-E3 (°C)
L’estrusore è collegato ad un PC da cui è possibile impostare, tramite un software dedicato, i parametri del processo, oltre che monitorare costantemente l’andamento della prova. TS-E1 (°C) TS-E2 (°C) TS-E3 (°C) TS-D1 (°C) N (giri/min)

8 PARAMETRI DA DEFINIRE E OTTIMIZZARE MECCANISMO DI ESPANSIONE
PROVE DI SCHIUMATURA PARAMETRI DA DEFINIRE E OTTIMIZZARE Temperature del cilindro Temperatura della filiera Velocità di rotazione della vite Quantità di agente espandente Geometria della filiera Viscosità della miscela MECCANISMO DI ESPANSIONE Nucleazione delle bolle Crescita Stabilizzazione

9 Influenza delle Temperature di Processo
PROVE DI SCHIUMATURA Influenza delle Temperature di Processo TEMPERATURA (°C) DENSITA’ ( gr/cm3 ) TS-E1 TS-E2 TS-E3 TS-D1 160 170 190 0.741±0.006 130 0.749±0.003 La quantità di agente espandente è stata fissata al 10% wt. La velocità di rotazione della vite è 10 giri/min. E’ stata usata una filiera con rapporto L/D = 3 TEMPERATURA (°C) DENSITA’ ( gr/cm3 ) TS-E1 TS-E2 TS-E3 TS-D1 160 170 210 200 0.812±0.007 0.814±0.007 TEMPERATURA (°C) DENSITA’ ( gr/cm3 ) TS-E1 TS-E2 TS-E3 TS-D1 140 170 190 0.714±0.002 130 0.365±0.029 TS-E1 deve garantire che non avvenga la dissociazione del gesso TS-E3 deve garantire la completa dissociazione del gesso La densità diminuisce sensibilmente al diminuire della TS-D1.

10 PROVE DI SCHIUMATURA Influenza della Temperatura di Filiera
TS-E1 = 140°C ; TS-E2 = 170°C; TS-E3 = 190°C ; Gesso 10% wt; L/D filiera = 3 Non è consigliabile scendere al di sotto dei 115°C.

11 Influenza della velocità di rotazione della vite
PROVE DI SCHIUMATURA Influenza della velocità di rotazione della vite TS-E1 = 140°C ;TS-E2 = 170°C TS-E3 = 190°C ;TS-D1 = 130°C Gesso 10% wt; L/D filiera = 3 Tempo medio di residenza in filiera N aumenta Δt diminuisce ; Q aumenta

12 Influenza della Geometria della Filiera
PROVE DI SCHIUMATURA Influenza della Geometria della Filiera DIMENSIONI FILIERA ( mm ) DENSITA’ ( gr/cm3 ) LUNGHEZZA DIAMETRO L/D 15 5 3 0.41±0.014 9 0.366±0.036 0.246±0.024 TS-E1 = 140°C ;TS-E2 = 170°C TS-E3 = 190°C ;TS-D1 = 130°C Gesso 10% wt ; N = 10 giri/min La densità diminuisce all’aumentare del rapporto L/D. A parità di L/D, un aumento delle dimensioni geometriche porta ad un aumento della densità.

13 Influenza della quantità di agente espandente
PROVE DI SCHIUMATURA Influenza della quantità di agente espandente TS-E1 = 140°C ;TS-E2 = 170°C TS-E3 = 190°C ;TS-D1 = 130°C L/D filiera = 3 ; N = 10 giri/min La densità diminuisce all’aumentare della quantità di gesso

14 Influenza della Viscosità della miscela
PROVE DI SCHIUMATURA Influenza della Viscosità della miscela TS-E1 = 140°C ;TS-E2 = 170°C TS-E3 = 190°C ;TS-D1 = 130°C L/D filiera = 5 ; N = 10 giri/min La densità diminuisce al diminuire della quantità di rLDPE

15 Scaling-up del processo
La tecnologia messa a punto per la produzione dell’espanso è il processo di schiumatura mediante estrusione, brevettata nei paesi della Comunità Europea. Il processo è stato sviluppato prima in scala da laboratorio, poi, mediante opportuno scaling-up, è stato messo a punto in scala industriale, ottimizzando le varie fasi del processo, dalla preparazione della materia prima, alla fase di taglio dell’estruso espanso.

16 Granuli espansi in plastica da riciclo
Modulando opportunamente i parametri di estrusione e la procedura di granulazione è possibile variare la densità, la forma e la dimensione del granulo espanso, oltre che la morfologia del materiale schiumato Tipo 1 Tipo 2 Tipo3 MERCATO DEI CALCESTRUZZI ALLEGGERITI Tipo 4

17 Normative di riferimento
Granuli espansi in plastica da riciclo Normative di riferimento UNI – 14 (giugno 2003): Miscele di materiali polimerici di riciclo e di altri materiali a base cellulosica di riciclo da utilizzarsi come aggregati nelle malte cementizie. solo per malte cementizie e non per calcestruzzi UNI EN – 1 (aprile 2003): Aggregati leggeri – Parte 1: Aggregati leggeri per calcestruzzo, malta e malta per iniezione. errata corrige del 25 maggio 2006 “Nota – […] Il mandato M/125 “Aggregati” comprende, oltre ad aggregati naturali e industriali comuni e tradizionali, aggregati riciclati e alcuni materiali provenienti da fonti nuove o non comuni. […] tali materiali non comuni, quando immessi sul mercato come aggregati, devono essere completamente conformi alla presente norma […]”. “Sono idonei alla produzione di calcestruzzo per uso strutturale gli aggregati ottenuti dalla lavorazione di materiali naturali, artificiali, ovvero provenienti da processi di riciclo conformi alla norma europea armonizzata UNI EN e, per gli aggregati leggeri, alla norma europea armonizzata UNI EN – 1.” Nuove norme tecniche per le costruzioni – Cap. 11: Materiali e prodotti per uso strutturale – par “Aggregati”.

18 Granuli espansi in plastica da riciclo
Aggregati leggeri: prodotti tradizionali e innovativi Calcestruzzo strutturale Calcestruzzo non strutturale Prodotti tradizionali Argilla espansa strutturale Polistirolo espanso Foglie di materiale plastico riciclato Argilla espansa Prodotti innovativi Aggregato plastico riciclato espanso Aggregato plastico riciclato densificato Argilla espansa strutturale Aggregato plastico riciclato espanso Granulometria Assorbimento medio di acqua superficiale [%] (UNI EN 1097 – 6) Massa volumica media in mucchio [kg/m3] (UNI EN 1097 – 3) Resistenza alla frantumazione [N/mm2] ( UNI EN – 1; App. A) 3 – 8 18 380 1.50 4 – 8 2.91 287 1.90

19 Granuli espansi in plastica da riciclo
Aggregato espanso da riciclo: scheda tecnica di prodotto Granulometria 4 – 8 Assorbimento medio di acqua superficiale [%] (UNI EN 1097 – 6) 2.91 Massa volumica media apparente dei granuli pre essiccati [kg/m3] (UNI EN 1097 – 3) 489 Massa volumica media in mucchio [kg/m3] (UNI EN 1097 – 3) 287 Percentuale media vuoti intergranulari [%] 41.3 Resistenza alla frantumazione [N/mm2] ( UNI EN – 1; App. A) 1.90 Contenuto di solfati solubili in acido [%] (UNI EN 1744 – 1) 0.118 Contenuto di sostanze organiche tracce Conforme alle norme UNI EN – 1 e UNI – 14

20 Progetto NUMIX Studi di ricerca sulla fattibilità del processo, in scala di laboratorio e in scala pilota Caratterizzazione del prodotto secondo le normative del settore del calcestruzzo Interesse da parte di aziende dei settori del riciclo della plastica e del calcestruzzo Individuazione della finestra di variazione delle percentuali di plastiche da riciclo Verifica della ripetibilità del prodotto Verifica del massimo livello di impurezze consentito Necessità di approfondire le conoscenze tecniche in scala industriale Rimuovere delle barriere del mercato Mancanza di certezze sul guadagno nella sostituzione dei prodotti tradizionali con quelli da riciclo Scetticismo legato alla novità del prodotto Mancanza di sufficienti linee guida, regole e normative Produzione industriale Creazione della filiera produttiva Diffusione e penetrazione nel mercato

21 Progetto NUMIX Titolo: “Aggregate for concrete from recycling of plastic waste” Acronimo: NUMIX Coordinatore: Consorzio CETMA Importo: € Durata: 36 mesi

22 PROGETTO NUMIX Obiettivi:
Promuovere un processo industriale, la cui materia prima è costituita da scarti della selezione della plastica da riciclo, proveniente da rifiuti solidi urbani e industriali/artigianali/commerciali, per la produzione di: 1: granuli espansi per calcestruzzo alleggerito strutturale e non strutturale, 2: scaglie densificate per malta e da usare come materia prima per il prodotto 1. Promuovere un mercato a livello europeo per tali prodotti Risultati attesi: Rendere disponibili alternative affidabili, innovative, ecocompatibili e competitive per il calcestruzzo alleggerito e la malta. Ridurre la percentuale di scarto della selezione della plastica da riciclo. Creare partnership tra le industrie europee.

23 PROGETTO NUMIX : Partners
Centro Riciclo Vedelago - Treviso - Azienda operante nel settore del riciclo della plastica SGI Studio Galli Ingegneria SpA - Padova - Società di Ingegneria operante nei settori: acqua, ambiente, energia, ingegneria civile e dei trasporti DFS Montenegro Engineering - Podgorica - Società di Ingegneria operante nei settori: infrastrutture, energia e ambiente CETMA - Brindisi - Centro di ricerca ACCIONA INFRAESTRUCTURAS S.A - Madrid - Leader europeo nel settore delle costruzioni e delle infrastrutture civili

24 NUMIX: programma di lavoro

25 Grazie per l’attenzione!