Potential use of PET and PP as partial replacement of sand in structural concrete

Abstract

The use of polymeric residues in the civil construction has been the target of many studies aiming to reduce the volume of post-consumer plastics in the environment. This work focuses on the viability to use polyethylene terephthalate (PET) and polypropylene (PP) as partial replacement to sand in concrete. PET and PP flakes from post-consumer packings were used as light aggregate to partially replace, individually, 10% in volume of sand. The effect of adding these polymers was investigated in terms of physical, mechanical, durability and morphological properties of the concrete. Physical properties were measured in terms of water absorption, voids content and specific mass. Mechanical properties were measured in terms of compressive strength and elasticity modulus. Durability properties were measured in terms of capillarity water absorption and electrical indication of the concrete to resist to chloride ion penetration. MEV and EDS were used to carry out morphological analysis. DSC curves were carried out to evaluate thermal properties of the polymeric flakes. Contact anlge test was also performed. The partial addition of PET and PP polymers reduced the compressive strength by 20%, whilst the reduction of the elasticity modulus was 16% for PET samples, and almost insignificant for PP samples. The durability results show that the polymers contributed to increase the resistance of the samples to chloride penetration by 15% and 57%, for PET and PP samples, respectively; however, there was an increase in the voids content and water absorption. In the morphological test it is possible to observe a lower interfacial adhesion between PP and the cementions paste in comparison to PET.

O uso de resíduos poliméricos na construção civil tem sido alvo de muitos estudos com o objetivo de reduzir o volume de plásticos pós-consumo no meio ambiente. Este trabalho concentra-se na viabilidade do uso de politereftalato de etileno (PET) e polipropileno (PP) como substituição parcial da areia no concreto. Os flocos de PET e PP pós-consumo foram utilizados como agregado leve para substituir parcialmente em 10% o volume de areia. O efeito da adição desses polímeros foi investigado em termos de propriedades físicas, mecânicas, de durabilidade e morfológicas do concreto. As propriedades físicas foram a absorção de água, teor de vazios e massa específica. As propriedades mecânicas das amostras foram medidas em termos de resistência à compressão e módulo de elasticidade. A durabilidade foi avaliada em termos de absorção de água por capilaridade e indicação elétrica do concreto para resistir à penetração de íons cloretos. A análise morfológica foi realizada pelo MEV e EDS. Curvas de DSC foram utilizadas para avaliar as propriedades térmicas dos flocos. O teste de ângulo de contato também foi realizado. A adição parcial de polímeros de PET e PP reduziu a resistência à compressão em 20%, enquanto a redução do módulo de elasticidade foi de 16% para as amostras de PET e quase insignificante para as amostras de PP. Os resultados de durabilidade mostram que os polímeros contribuíram para aumentar a resistência das amostras à penetração de cloretos em 15% e 57%, para amostras de PET e PP, respectivamente, no entanto, houve um aumento no teor de vazios e na absorção de água. No ensaio de morfologia é possível observar uma menor adesão interfacial entre o PP e a massa cimenticia em comparação ao PET.