Development of a controlled low stregnth material (CLSM) from waste glass powder activated by alkali for pavement engineering application

Abstract

The improvement and development of construction materials has never ceased, aiming to reduce problems, enhance material properties, decrease costs, and protect the environment. Greater value is created when waste materials can be applied to these purposes. This research aims to study controlled low-strength materials (CLSM) produced from manufacturing waste. The selected composition includes fly ash and bottom ash collected from the Mae Moh power plant, recycled concrete aggregate (RCA) from demolished structures, and waste glass powder (WGP) from beer bottles. The alkaline activator used is sodium hydroxide (NaOH), a strong base that activates the CLSM properties. CLSM is utilized as a pavement material. This study focuses on the basic and mechanical properties of CLSM. Samples were prepared using a 10 molar NaOH solution as the activator. BA or RCA replaced sand at a ratio of 1.5 (BA/RCA to binder). WGP and FA were used as binders at WGP to binder ratios of 0, 20, 30, and 40%. Each CLSM mixture was tested for basic properties including slump, setting time, bleeding, and unit weight. Mechanical properties such as unconfined compressive strength (UCS) and resilient modulus (MR) were also evaluated. Additionally, p-wave and s-wave velocities were measured using the free-free resonant (FFR) method. The results of the basic properties tests reveal that increasing WGP content reduces flowability and shortens the initial setting time of CLSM. Mechanical properties test results show that increasing the WGP to binder ratio leads to a reduction in UCS and MR. FFR test results also indicate that p-wave and s-wave velocities of CLSM increase with curing time. Overall, the mechanical properties suggest that the mixture of AA10/WGP20/RCA1.5 with 10 molar NaOH, RCA to binder ratio of 1.5, and WGP to binder ratio of 20% is the most suitable for pavement applications. The UCS at 7 days was 1,847 kPa, achieving the Thailand Department of Highways standard of 1,142 kPa. The UCS at 28 days was 2.2 MPa, meeting the ACI-229R requirement (

วัสดุก่อสร้างมักมีการปรับปรุงและพัฒนาคุณภาพเพื่อลดต้นทุนการผลิต หรือคำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม รวมถึงการสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับวัสดุเหลือใช้ที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอัตราส่วนผสมของวัสดุควบคุมกำลังต่ำ (controlled low strength material, CLSM) โดยใช้วัสดุเหลือใช้จากโรงงานอุตสาหกรรม ประกอบไปด้วย เถ้าลอย และเถ้าหนัก จากโรงงานไฟฟ้าแม่เมาะ คอนกรีตรีไซเคิล จากขยะโครงสร้างอาคาร ที่เกิดจากการรื้อ ถอน เศษแก้ว จากขวดเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ประเภทเบียร์ และสารละลายโซเดียมมไฮดรอกไซต์ที่มีคุณสมบัติเป็นเบสสูง เพื่อเป็นตัวชะละลายสำหรับนำไปใช้ประโยชน์ในทางวิศวกรรมผิวทาง โดยจะศึกษาคุณสมบัติพื้นฐานทางวิศวกรรม และคุณสมบัติด้านกำลังของ CLSM ใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซต์ที่ความเข้มข้น 10 โมลาร์ เป็นตัว ชะละลาย และแทนที่ทรายด้วยเถ้าหนักหรือคอนกรีตรีไซเคิล ในอัตราส่วน 1.5 และใช้เถ้าลอยและเศษแก้วเป็นวัสดุประสาน ในอัตราส่วนเศษแก้วต่อวัสดุประสาน 0 20 30 และ 40 ตัวอย่าง CLSM จะถูกนำมาทดสอบคุณสมบัติพื้นฐาน ประกอบด้วย การยุบตัว ระยะเวลาการก่อตัวเริ่มต้น การเยิ้มน้ำ หน่วยน้ำหนัก และทดสอบคุณสมบัติด้านกำลัง ประกอบไปด้วย กำลังรับแรงอัดแกนเดียว ค่าโมดูลัสคืนตัว และค่าความเร็วคลื่นที่เดินทางผ่านตัวอย่างด้วยวิธีการสั่นพ้องอิสระ จากผลการทดสอบคุณสมบัติพื้นฐาน พบว่า การเพิ่มขึ้นของร้อยละเศษแก้วส่งผลกระทบต่อการไหล และระยะเวลาการก่อตัวเริ่มต้น CLSM ส่วนผลการทดสอบคุณสมบัติด้านกำลัง พบว่า กำลังรับแรงอัดแกนเดียว และโมดูลัสคืนตัวของ CLSM ลดลงตามปริมาณร้อยละเศษแก้วที่เพิ่มขึ้น และการทดสอบความเร็วคลื่นของ CLSM พบว่า ความเร็วคลื่นปฐมภูมิ (p-wave) และความเร็วคลื่นทุติยภูมิ (s-wave) มีค่าเพิ่มขึ้นตามระยะเวลาการบ่มที่เพิ่มขึ้น จากผลการทดสอบคุณสมบัติด้านกำลังสรุปได้ว่า ตัวอย่าง AA10/WGP20/RCA1.5 ที่ใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซต์ ความเข้มข้น 10 โมลาร์ อัตรส่วนร้อยละเศษแก้วต่อวัสดุประสาน ร้อยละ 20 และมวลรวมเป็นคอนกรีตรีไซเคิล อัตราส่วนร้อยละ 1.5 โดยมีกำลังรับแรงอัดแกนเดียวที่ 7 วัน เท่ากับ 1,847 kPa ผ่านมาตรฐานกรมทางหลวงสำหรับพื้นทางดินซีเมนต์ (DOH, 2013) ที่ต้องมีค่าไม่น้อยกว่า 1,724 kPa และกำลังแรงอัดที่ 28 วัน เท่ากับ 2.2 MPa ผ่านมาตรฐาน ACI229R-99 (1999) ซึ่งระบุค่ากำลังรับแรงอัดของ CLSM ที่อายุ 28 วัน ต้องมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 8.3 MPa สำหรับงานถมที่อาจจะต้องมีงานรื้อถอนในภายหลัง ส่วนค่าโมดูลัสคืนตัวที่ 28 วัน มีค่าเท่ากับ 443 MPa ผ่านมาตรฐานชั้นพื้นทางประเภทกรวดคุณภาพ (Austroad, 2017) ที่ต้องมีค่าไม่น้อยกว่า 300 MPa