Ecomondo - Rimini, 30 ottobre 2009 Progetto NUMIX Aggregate for concrete from recycling of plastic waste Alessandro Marseglia Consorzio CETMA Cittadella

Ecomondo - Rimini, 30 ottobre 2009

Progetto NUMIX

“Aggregate for concrete from recycling of plastic waste”

Alessandro MarsegliaConsorzio CETMA

Cittadella della Ricerca - S.S. 7 - Km 706+030 - 72100 BrindisiTel. +39.0831.449111 - Fax +39.0831.449120

www.cetma.it - e-mail: [email protected]


CETMACETMA 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)

SOCIEnti pubblici di ricerca

ENEAUniversità 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)


Ingegneria dei materiali e delle strutture

Design, grafica e comunicazione

Ingegneria Informatica

CETMA: divisioniSIM

Modellistica e Simulazione

TECTecnologie e Processi

CIVIngegneria Civile

ENAApplicazioni Energetiche

ed Ambientali

LABLaboratorio di

Tecnologie dei Materiali 24 risorse- ingegneri dei materiali- ingegneri civili- ingegneri meccanici - ingegneri aerospaziali- chimico industrialetecnicistudenti e stagisti


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

Individuare applicazioni della plastica eterogenea da riciclo, altrimenti destinata all’incenerimento

ObiettivoObiettivo

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

NUMIX: attività di ricerca preliminari

22424

122424

2

1

2

12

3

2

12

HgOHCaSOOHCaSO

HgOHOHCaSOOHCaSO


VERIFICA DI COMPATIBILITA’CONTROLLO SOSTANZE ORGANICHE

Tutti i materiali testati rientrano nei canoni per l’impiego negli impasti cementizi (classi B e C) anche se non sottoposti a lavaggio.

HDPE LDPEMiscela


PROVE DI SCHIUMATURAESTRUSORE HAAKE

TS-E1 (°C)

TS-E2 (°C)

TS-E3 (°C)

TS-D1 (°C)

N (giri/min)

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.


PROVE DI SCHIUMATURAPARAMETRI 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


PROVE DI SCHIUMATURAInfluenza delle Temperature di Processo

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

160 170 190 160 0.741±0.006

130 170 190 160 0.749±0.003


TS-E1 TS-E2 TS-E3

TS-D1

160 170 210 200 0.812±0.007

160 170 200 200 0.814±0.007


TS-E1 TS-E2 TS-E3 TS-D1

140 170 190 140 0.714±0.002

140 170 190 130 0.365±0.029

La densità diminuisce sensibilmente al diminuire della TS-D1.

TS-E1 deve garantire che non avvenga la dissociazione del gesso

TS-E3 deve garantire la completa dissociazione del gesso


PROVE DI SCHIUMATURAInfluenza 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.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

100 120 140 160 180 200 220

Temperatura (°C)

Den

sità

(g

/cm

3)


PROVE DI SCHIUMATURAInfluenza della velocità di rotazione della vite

10 15 20 25 300.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

0.34

0.36

0.38

po

rta

ta (

cm3 /s

ec)

velocità di rotazione della vite (rpm)

TS-E1 = 140°C ;TS-E2 = 170°C

TS-E3 = 190°C ;TS-D1 = 130°C

Gesso 10% wt; L/D filiera = 3

Q

LR

v

Lt

m

2N aumenta

Δt diminuisce ; Q aumenta

Tempo medio di residenza in filiera


PROVE DI SCHIUMATURA Influenza della Geometria della Filiera

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.

DIMENSIONI FILIERA ( mm ) DENSITA’( gr/cm3 )

LUNGHEZZA DIAMETRO L/D

15 5 3 0.41±0.014

9 3 3 0.366±0.036

15 3 5 0.246±0.024


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


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


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.

Scaling-up del processo


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

Tipo 4

Tipo3

MERCATO DEI CALCESTRUZZI ALLEGGERITI

Granuli espansi in plastica da riciclo


Normative di riferimento

UNI 10667 – 14 (giugno 2003):UNI 10667 – 14 (giugno 2003): Miscele di materiali polimerici Miscele di materiali polimerici di riciclo e di altri materiali a base cellulosica di riciclo da utilizzarsi come di riciclo e di altri materiali a base cellulosica di riciclo da utilizzarsi come aggregati nelle malte cementizie.aggregati nelle malte cementizie.

UNI EN 13055 – 1 (aprile 2003):UNI EN 13055 – 1 (aprile 2003): Aggregati leggeri – Parte 1: Aggregati leggeri – Parte 1: Aggregati leggeri per calcestruzzo, malta e malta per iniezione.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 aggregati riciclati e alcuni materiali provenienti da fonti nuove o non provenienti da fonti nuove o non comuni.comuni. […] tali materiali non tali materiali non comuni, quando immessi sul comuni, quando immessi sul mercato come aggregati, devono mercato come aggregati, devono essere completamente conformi alla essere completamente conformi alla presente normapresente norma […]”.

solo per malte cementiziemalte cementizie e non per non per calcestruzzicalcestruzzi

“Sono idonei alla produzione di Sono idonei alla produzione di calcestruzzo per uso strutturale gli calcestruzzo per uso strutturale gli aggregatiaggregati ottenuti dalla lavorazione di materiali naturali, artificiali, ovvero provenienti da processi di riciclo conformiconformi alla norma europea armonizzata UNI EN 12620 e, per per gli aggregati leggeri, alla norma europea gli aggregati leggeri, alla norma europea

armonizzata UNI EN 13055 – 1armonizzata UNI EN 13055 – 1.”

Nuove norme tecniche per le costruzioni – Cap. 11:Nuove norme tecniche per le costruzioni – Cap. 11: Materiali e prodotti per uso strutturale – par. 11.2.9.2. “Aggregati”.Materiali e prodotti per uso strutturale – par. 11.2.9.2. “Aggregati”.



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

Aggregato plastico riciclato densificato

Aggregato plastico riciclato espanso

Argilla espansa strutturale

Granulometria

Assorbimento medio di acquasuperficiale [%] (UNI EN 1097 – 6)

Massa volumica media inmucchio [kg/m3] (UNI EN 1097 – 3)

Resistenza alla frantumazione [N/mm2]( UNI EN 13055 – 1; App. A)

3 – 8

18

380

1.50

4 – 8

2.91

287

1.90



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 granulipre essiccati [kg/m3] (UNI EN 1097 – 3)

489

Massa volumica media in mucchio [kg/m3](UNI EN 1097 – 3)

287

Percentuale media vuoti intergranulari [%](UNI EN 1097 – 3)

41.3

Resistenza alla frantumazione [N/mm2]( UNI EN 13055 – 1; App. A)

1.90

Contenuto di solfati solubili in acido [%](UNI EN 1744 – 1)

0.118

Contenuto di sostanze organiche(UNI EN 1744 – 1)

tracce

Conforme alle norme Conforme alle norme UNI EN 13055 – 1UNI EN 13055 – 1 e e UNI 10667 – 14UNI 10667 – 14



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

Produzione industriale Creazione della filiera produttiva Diffusione e penetrazione nel

mercato

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

Individuazione della finestra di variazione delle percentuali di plastiche da riciclo

Verifica della ripetibilità del prodottoVerifica del massimo livello di

impurezze consentito

Progetto NUMIX


Progetto NUMIX

Titolo: “Aggregate for concrete from recycling of plastic waste”

Acronimo: NUMIX

Coordinatore: Consorzio CETMA

Importo: 1.278.000 €

Durata: 36 mesi


PROGETTO NUMIXObiettivi:

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.


PROGETTO NUMIX : Partners

CETMA- Brindisi -Centro di ricerca

Centro Riciclo Vedelago- Treviso -Azienda operante nel settore del riciclo della plastica DFS Montenegro

Engineering- Podgorica - Società di Ingegneria operante nei settori: infrastrutture, energia e ambiente

ACCIONA INFRAESTRUCTURAS S.A- Madrid -Leader europeo nel settore delle costruzioni e delle infrastrutture civili

SGI Studio Galli Ingegneria SpA- Padova -Società di Ingegneria operante nei settori: acqua, ambiente, energia, ingegneria civile e dei trasporti


NUMIX: programma di lavoro

WP

1 M

anag

emen

t

WP

6 C

omm

on D

isse

min

atio

n ac

tiviti

es

WP5 Dissemination and promotion of contacts

WP4 Environmental compatibility analysis

WP2 Industrialization activities

WP3 Product validation

WP nr. WP description WP leader

WP1 Management CETMA

WP2 Industrialization activities Centro Riciclo

WP3 Product validation Acciona

WP4 Environmental compatibility analysis SGI

WP5 Dissemination and promotion of contacts DFS Engineering

WP6 Common Dissemination activities CETMA


Grazie per l’attenzione!

Documents

Ecomondo - Rimini, 30 ottobre 2009 Progetto NUMIX Aggregate for concrete from recycling of plastic waste Alessandro Marseglia Consorzio CETMA Cittadella