โครงสร้างจุลภาคและสมบัติเชิงกลของซีเมนต์เพสต์ที่มีผงตะกอนน้ำเสียจากโรงงานผลิตเครื่องดื่มเป็นส่วนผสม
Microstructure and Mechanical Properties of Cement Paste Containing Wastewater Sludge Powder from Beverage Factory
Abstract
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสมบัติของซีเมนต์เพสต์ที่ใช้ผงตะกอนน้ำเสียจากโรงงานผลิตเครื่องดื่มแทนที่ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในอัตราส่วนร้อยละ 0 10 20 30 และ 40 โดยน้ำหนัก โดยใช้อัตราส่วนน้ำต่อวัสดุประสานเท่ากับ 0.3 ในทุกอัตราส่วนผสม ทดสอบคุณสมบัติของซีเมนต์เพสต์ ได้แก่ ระยะเวลาการก่อตัว การไหลแผ่ กำลังรับแรงอัดและวิเคราะห์โครงสร้างทางจุลภาคโดยใช้ SEM/EDS, XRD และ MIP ผลการวิจัยพบว่า การเพิ่มขึ้นของปริมาณผงตะกอนน้ำเสียในซีเมนต์เพสต์ส่งผลให้ระยะเวลาการก่อตัว การไหลแผ่ และกำลังรับแรงอัดที่อายุ 7 และ 28 วัน มีค่าลดลง จากโครงสร้างทางจุลภาคของซีเมนต์เพสต์ที่อายุ 28 วัน พบว่า การเพิ่มขึ้นของผงตะกอนน้ำเสียในส่วนผสมจะส่งผลให้ความแน่นตัวและความเป็นเนื้อเดียวกันของซีเมนต์เพสต์ลดลง อย่างไรก็ตามการแทนที่ปูนซีเมนต์ด้วยผงตะกอนน้ำเสียที่สูงถึงร้อยละ 40 โดยน้ำหนัก ค่ากำลังรับแรงอัดยังคงสูงถึงร้อยละ 82 ที่อายุ 7 วัน และร้อยละ 87 ที่อายุ 28 วัน เมื่อเทียบกับซีเมนต์เพสต์ควบคุม
This research aims to study the properties of cement paste containing wastewater sludge powder from a beverage factory, intending to replace Portland cement at weight ratios of 0, 10, 20, 30, and 40%. The water-to-binder ratio was consistently set at 0.3 for all mixtures. The cement paste underwent testing for flow value, setting time, compressive strength, and microstructure analysis using SEM/EDS, XRD, and MIP. The results indicated that the setting time, flow value, and compressive strength of the cement paste decreased with an increase in the amount of wastewater sludge powder in the mixture. Microstructure analysis of the cement pastes at 28 days revealed that an increase in wastewater sludge powder led to a decrease in the denseness and homogeneity of the cement paste. However, the use of 40% wastewater sludge powder by weight yielded a compressive strength of up to 82% and 87% for 7 and 28 days, respectively, compared to the control cement paste.
Keywords
[1] R. M. Andrew, “Global CO2 emissions from cement production, 1928–2018,” Earth System Science Data, vol. 11, pp. 1675–1710, 2019.
[2] M. Á. Sanjuán, C. Andrade, P. Mora, and A. Zaragoza, “Carbon dioxide uptake by cementbased materials : A spanish case study,” Applied Sciences, vol. 10, no. 1, pp. 339, 2020.
[3] Reportlinker. (2023, Dec.). Food And Beverages Global Market Report 2023. [Online]. Available: https://www.researchandmarkets.com/report/ food-beverage
[4] Pollution Control Department. (2009, Oct.). Sanitary Landfill. (1st ed.) [Online] (in Thai). Available: https://www.pcd.go.th/publication /4995
[5] M. Kacprzaka, E. Neczaja, K. Fijalkowskia, A. Grobelaka, A Grossera, M. Worwaga, A. Rorata, H. Brattebob, A. Almasc, and B. R. Singhc, “Sewage sludge disposal strategies for sustainable development,” Environmental Research, vol. 156, pp. 39–46, 2017.
[6] A. R. Al-Obaidi, R. H. Al-Anbari, and M. S. Hassan “Sewage sludge reuse in concrete industry: A review,” in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 779.
[7] R. O. Yusuf and Z. Z. Noor “Use of sewage sludge ash (SSA) in the production of cement and concrete – A review,” International Journal of Global Environmental Issues, vol. 12, no. 2–4, 2012.
[8] C. O. Rusănescu, G. Voicu, G. Paraschiv, M. Begea, L. Purdea, I. C. Petre, and E. V. Stoian, “Recovery of sewage sludge in the cement industry,” Energies, vol. 15, no. 2664, 2022.
[9] E. Haustein, A. Kuryłowicz Cudowska, A. Łuczkiewicz, S. Fudala Ksiazek, and B. M. Cieś́lik, “Influence of cement replacement with Sewage Sludge Ash (SSA) on the heat of hydration of cement mortar,” Materials (Basel), vol. 15, no. 1547, 2022.
[10] B. Krejcirikova, L.M. Ottosen, G. M. Kirkelund, C. Rode, and R. Peuhkuri, “Characterization of sewage sludge ash and its effect on moisture physics of mortar,” Journal of Building Engineering, vol. 21, pp. 396–403, 2019.
[11] Z. Chen and C. S. Poon, “Comparative studies on the effects of sewage sludge ash and fly ash on cement hydration and properties of cement mortars,” Construction and Building Materials, vol. 154, pp. 791–803, 2017.
[12] Standard Specificaition for Portland Cement, ASTM C150-0, 2001.
[13] W. Duan, Y. Zhuge, P. N. Pham, C. W. K. Chow, A. Keegan, and Y. Liu, “Utilization of drinking water treatment sludge as cement replacement to mitigate Alkali–silica reaction in cement composites,” Journal of Composites Science, vol. 4, no. 4, pp. 171, 2020.
[14] M. Liu, Y. Zhao, Y. Xiao, and Z. Yu, “Performance of cement pastes containing sewage sludge ash at elevated temperatures,” Construction and Building Materials, vol. 211 pp. 785–795, 2019.
[15] Standard Test Method for Normal Consistency of Hydraulic Cement, ASTM C 187-04, 2009.
[16] Standard Practice for Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes and Mortars of Plastic Consistency, ASTM C305-99, 2002.
[17] Standard Test Method for Time of Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle, ASTM C191-99, 2001.
[18] Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar, ASTM C1437-01, 2007.
[19] Standard Test Method Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50 mm] Cube Specimens), ASTM C109/C109M, 2021.
[20] C. Gu, Y. Ji, Y. Zhang, Y. Yang, J. Liu, and T. Ni, “Recycling use of sulfate-rich sewage sludge ash (SR-SSA) in cement-based materials: Assessment on the basic properties, volume deformation and microstructure of SR-SSA blended cement,” Journal of Cleaner Production, vol. 282, no. 124511, 2021.
[21] W. Piasta and M. Lukawska, “The effect of sewage ash on properties of cement composites,” Procedia Engineering, vol. 161, pp. 1018–1024, 2016.
[22] D. Vouk, M. Serdar, and A. A. Vučinić, “Use of incinerated sewage sludge ash in cement mortars: Case study in Croatia,” Tehnicki vjesnik - Technical Gazette, vol. 24, no. 1, pp. 43–51, 2017.
[23] G. C. Bye, “Introduction and composition of Portland cement,” Portland Cement. Composition, Production and Properties, 2nd ed., Thomas Telford Publishing, 1999.
[24] Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete, ASTM C618, 2014.
[25] L. Lam, Y. Wong, and C. Poon, “Degree of hydration and gel/space ratio of high-volume fly ash/cement systems,” Cement and Concrete Research, vol. 30, pp. 747–756, 2000.
[26] R. Maddalena, K. Li, P. A. Chater, S. Michalik, and A. Hamilton, “Direct synthesis of a solid calcium-silicate-hydrate (C-S-H),” Construction and Building Materials, vol. 223, pp. 554–565, 2019.
[27] W. Hunnicutt, “Characterization of calciumsilicate- hydrate and calcium-alumino-silicatehydrate,” M.S. thesis, Department of Science in Civil Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign, 2013.
[28] R. Maddalena, J. J. Roberts, and A. Hamilton, “Can Portland cement be replaced by low carbon alternative materials? A study on thermal properties and carbon emissions of innovative cements,” Journal of Cleaner Production, vol. 186, pp. 933–942, 2018.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2024.09.015
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all