Forskning vid University of Bath har visat att plastavfall är en livskraftig delvis ersättning för sand i konstruktionsbetong, tillhandahålla en möjlig lösning för framtida hållbart byggande samtidigt som man åtgärdar sandbristen i Indien.

Den Bath-ledda forskningen - i samarbete med kollegor från Goa Engineering College, Indien – har visat hur att ersätta 10 procent av sanden i betong med plastavfall kan bidra till att minska de enorma mängderna plastavfall på Indiens gator, och hantera en nationell sandbrist.

Publicerad i tidskriften Construction and Building Materials, forskningen visar hur teamet undersökte olika typer av plast för att se om de kunde krossas och användas som ersättning för sand, som vanligtvis står för 30 procent av en betongblandning.

Det University of Bath-ledda projektet visade att att ersätta sand med liknande stora och formade avfallsplastpartiklar från malda plastflaskor, resulterade i betong som var nästan lika stark som konventionella betongblandningar. Genom att ersätta 10 procent av sanden i betong, det beräknas att detta tillvägagångssätt skulle kunna spara 820 miljoner ton sand per år, och hjälpa till att minska nivåerna av plastavfall.

Forskarna undersökte detta tillvägagångssätt genom att testa betongkuber och cylindrar. Fem typer av plastpartiklar, inklusive de från återvunna plastflaskor och återvunna plastpåsar, testades i blandningarna i en mängd olika storlekar. Återvunna plastflaskor, slipad och graderad för att matcha sanden som byts ut, visade sig prestera bäst.

Som en av världens snabbast växande ekonomier, en blomstrande byggsektor och en snabbt växande stadsbefolkning, Kostnaden och efterfrågan på sand i Indien har skjutit i höjden med 280 megaton cement som tillverkats där bara under 2014.

Detta har lett till oreglerat sanduttag från flodbäddar; till den grad att sådan gruvdrift nu är förbjuden i många indiska delstater. Också, den höga sandutvinningen kan leda till andra problem som kusterosion och en instabil fiskeindustri.

Landets snabba utveckling har också inneburit att plastavfall har blivit ett betydande problem i Indien med 15, 000 ton plast dumpas på gatorna varje dag på grund av brist på lämpliga återvinningsanläggningar. Tidigare forskning har undersökt potentialen i att delvis ersätta sand i betong med krossade bildäck och andra liknande material; detta ledde till att Dr. Orr och hans team undersökte lönsamheten av att använda plastavfall som ett möjligt alternativ till sand.

Denna forskning, som idag (torsdag 13 september 2018) har utsetts av en internationell vetenskaplig kommitté för att ta emot Atlas Award som ett erkännande av dess potentiella samhälleliga inverkan runt om i världen, ger proof of concept för ett tillvägagångssätt som avsevärt skulle kunna ta itu med Indiens problem med avfall och sandbrist samt erbjuda en lösning för framtida hållbart byggande.

Ansvarig utredare och föreläsare vid Cambridge University i betongkonstruktioner, Dr. John Orr – som avslutade forskningen när han arbetade vid University of Bath – kommenterade:

Vanligtvis, när du lägger en inert, konstgjort material som plast till betong, du tappar lite i styrka eftersom plastmaterialet inte binder till cementpastan i materialet på samma sätt som en sandpartikel skulle göra.

Den viktigaste utmaningen här var att ha en gräns mellan en liten minskning av styrkorna, som vi uppnådde, och använda en lämplig mängd plast för att göra det värt besväret. Det är verkligen ett livskraftigt material för användning inom vissa byggområden som kan hjälpa oss att ta itu med problem med att inte kunna återvinna plasten och möta efterfrågan på sand.

Medutredare och läsare vid University of Baths institution för arkitektur och anläggningsteknik, Dr Richard Ball, sa:

Egenskaper hos det avfall som tillförs betongen, som typ av plast och storleken och formen på partiklarna kan alla ha inflytande på de slutliga betongens egenskaper. Även när minskningen av prestanda förbjuder strukturella applikationer kan lägre tekniska användningsområden, såsom beläggningsplattor, vara lönsamma.

Globalt, betong spelar en integrerad roll i byggbranschen och står för cirka nio procent av en ny byggnads budget samtidigt som den står för nästan hälften av en byggnads koldioxidutsläpp. Varje år, 4,2 biljoner kilo cement tillverkas, vilket resulterar i cirka 1,9 kubikmeter betong för varje person på planeten. Det förutspås att byggandet kommer att fortsätta att accelerera med en golvyta motsvarande den i Paris som förväntas byggas varje vecka fram till 2040.

Pappret, med titeln "Prestanda av konstruktionsbetong med återvunnet plastavfall som delvis ersättning för sand, " publiceras i Byggnads- och byggmaterial .