شیشه
شیشه به طور مکرر در زندگی روزمره ما از طریق محصولات ساخته شده‌ای مانند لوله‌های خلا، بطری‌ها و شیشه‌های ورق مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سال 2015، در ایالات متحده، حدود 4/10 میلیون تن شیشه ضایعاتی در جریان پسماندهای شهری ثبت شد. از این میزان، 60 درصد به محل‌های دفن زباله فرستاده شد و تنها 26 درصد بازیافت شد. بخش باقی‌مانده نیز در تأسیسات سوزاندن دفع گردید.
26 درصد است. با این حال، تحقیقات در حال رشدی به بررسی پتانسیل آن به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای بتن می‌پردازند. این جایگزینی می‌تواند شامل استفاده از ذرات شیشه ضایعاتی با اندازه کمتر از 100 میکرون به جای سیمان پورتلند یا ذرات کمتر از 75/4 میلی‌متر به عنوان جایگزین سنگدانه‌های ریز باشد. با این جایگزینی‌ها، می‌توان به کاهش متوسط تا 19 درصد در انتشار گازهای گلخانه‌ای، 17 درصد در مصرف انرژی و صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه‌ها دست یافت.
ویژگی‌های شیشه بازیافتی
شیشه بازیافتی غنی از سیلیکا است، دارای واکنش‌پذیری بالایی با ماتریس سیمانی است. این ویژگی به شیشه بازیافتی اجازه می‌دهد تا به عنوان ماده مکمل سیمان (SCMs) علاوه بر جایگزینی سنگدانه‌ها، مورد استفاده قرار گیرد.
نقش شیشه بازیافتی در بتن وابسته به دو عامل اصلی است: اندازه ذرات و سطح جایگزینی. ذرات ریز شیشه با پر کردن حفره‌های ریز بتن، تراکم بتن را افزایش داده و در واکنش‌های پوزولانی نقش دارند. با این حال، اگر مقدار زیادی از شیشه بازیافتی استفاده شود، به دلیل واکنش‌های محدود سیمان، ممکن است محصولات هیدراتاسیون کمتری ایجاد شود که منجر به کاهش مقاومت فشاری بتن می‌گردد.
مشکل واکنش قلیایی-سیلیکا
یکی از مشکلات عمده استفاده از شیشه بازیافتی در بتن، واکنش قلیایی-سیلیکا (ASR) است. این واکنش بین سیلیکای موجود در شیشه و قلیاهای موجود در سیمان رخ می‌دهد که منجر به تشکیل ژل واکنش قلیایی-سیلیکا و ایجاد ترک‌های داخلی در بتن می‌شود. ترک‌های ناشی از واکنش قلیایی-سیلیکا باعث کاهش مقاومت و دوام بتن می‌شوند.
راهکارهای پیشنهادی برای کاهش واکنش قلیایی-سیلیکا
برای کاهش واکنش واکنش قلیایی-سیلیکا ، می‌توان از موادی مانند خاکستر بادی و دوده سیلیسی به عنوان مواد مکمل سیمانی استفاده کرد که به کاهش قلیائیت بتن و جلوگیری از ایجاد ژل واکنش قلیایی-سیلیکا کمک می‌کنند. همچنین، استفاده از شیشه‌هایی با اندازه ذرات ریزتر (کمتر از 600 میکرون) می‌تواند به کاهش خطر واکنش واکنش قلیایی-سیلیکا کمک کند.
علاوه بر این، چین، ایالات متحده و اتحادیه اروپا به ترتیب حدود 33 میلیون، 32 میلیون و 20 میلیون تن از مجموع 130 میلیون تن تخمین زده شده شیشه ضایعاتی جهان را تولید کرده‌اند شیشه ضایعاتی می‌تواند به جای سنگدانه‌های ریز طبیعی در بتن استفاده شود همچنین، اگر سنگدانه‌های ریز با شیشه ضایعاتی جایگزین شود، رسانایی حرارتی و جذب آب بتن به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
طبق توصیه‌های ارائه شده توسط پژوهشگران مختلف بهترین عملکرد بتن شیشه بازیافتی در محدوده جایگزینی 10 تا 30 درصد سنگدانه‌های ریز طبیعی با شیشه ریز بازیافتی حاصل می‌شود. این محدوده جایگزینی، نتایج مطلوبی از نظر خواص مکانیکی، دوام و پایداری بتن ارائه می‌دهد.
سرامیک
سرامیک ضایعاتی از نظر فیزیکی و شیمیایی به شدت در برابر شرایط نامساعد محیطی مقاوم است. با این حال، استفاده از ضایعات سرامیکی مزایای متعددی دارد، از جمله امکان بازیافت آنها در ترکیب بتن. جالب است که ضایعات سرامیکی حدود 30 درصد از کل ضایعات حاصل از تخریب ساختمان‌ها را تشکیل می‌دهد. انجمن تولیدکنندگان ماشین‌آلات و تجهیزات صنعت سرامیک ایتالیا گزارش کرده که حدود 7/13 میلیارد متر مربع از انواع کاشی‌های سرامیکی در سال 2018 به صورت جهانی تولید شده است. در مالزی، تولید کلی در همین سال به نزدیک 92 میلیون متر مربع رسید که با نرخ رشد سالانه 3/2 درصدی همراه بود. معمولاً حدود 30 درصد از مواد در صنعت سرامیک به ضایعات تبدیل می‌شود.
صنعت سرامیک‌های مرغوب استخوانی (چاینا) در هند سالانه حدود 343 هزار تن محصولات تولید می‌کند. با این حال، حدود 15 تا 20 درصد از محصولات چاینا که به عنوان ضایعات دور ریخته می‌شوند، امکان کمی برای بازیافت در همان صنعت دارند. بنابراین، این ضایعات معمولاً در مکان‌های دفن زباله یا محل‌های دفع باز تخلیه می‌شوند.
جایگزینی جزئی ضایعات سرامیکی با ماسه رودخانه، به دلیل جذب آب بالای سرامیک، کارایی ملات تازه را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. همچنین، نتایج نشان داد که افزودن سنگدانه‌های سرامیکی ریز تا 50 درصد، عملکرد مکانیکی بتن را بهبود می‌بخشد. این بهبود در خواص مکانیکی یک مزیت مهم است، زیرا می‌تواند به بتنی با استحکام و دوام بهتر منجر شود. علاوه بر این، استفاده از ضایعات سرامیکی در مصالح ساختمانی دوستدار محیط زیست مانند ملات و بتن، چندین مزیت مهم ارائه می‌دهد. اولاً، این امر به کاهش مصرف انرژی و هزینه‌ها در فرآیند ساخت پایدار کمک می‌کند. علاوه بر این، گنجاندن ضایعات سرامیکی به کاهش اثرات منفی بر محیط زیست و کاهش مصرف مواد خام کمک می‌کند.
بهترین عملکرد بتن سرامیکی بازیافتی زمانی به دست می‌آید که درصد مشخصی از سنگدانه‌های طبیعی ریز با سرامیک ریز بازیافتی جایگزین شود. به طور خاص، آنها توصیه کرده‌اند که در صورت جایگزینی 10 تا 50 درصد از سنگدانه‌های طبیعی با بتن بهترین عملکرد خود را از نظر کارایی، دوام و ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی ضروری برای عملکرد و پایداری طولانی‌مدت بتن نشان می‌دهد.