Recycled glass mixtures as cast glass components for structural application towards sustainability

The problem of sustainability represents one of the most important issues that the world has to face nowadays, not only in terms of energy consumption and of the consequent CO2 emissions, but also in terms of material waste streams that end in landfill. 38 million tonnes of glass waste are produced every year in the European Union and new targets have been set for the near 2020 towards a more sustainable management of such wastes. Looking at the world of construction, glass has been more and more employed as a structural material, thanks to its high transparency and compression strength but, although the use of glass can be attractive under multiple aspects and its production is continuously increasing, once employed as a construction element, most unlikely is reused or recycled due to the high-quality requirement demanded to the industry of production. Nevertheless, besides its main applications as a 2-dimensional element, a new technology has been developed using glass as a monolithic 3-dimensional shape component. In such technology, glass is used as a casted element allowing to exploit its high load-bearing capacity under compression forces and admitting less restrictive requirements, which also resulted in the possibility to employ recycled glass compounds. For this reason, starting from the last results obtained by the research, the aim of this experimental thesis was to find a possible combination between glass compounds to be recycled as cast glass components, and some promising results have been achieved drawing the guidelines for a further investigation. Soda-lime-silica glass and lead-crystal glass mixture revealed to be the most compliant glass recipe with the required physical and mechanical properties, when fired at 1120°C. The decrease in the melting temperature of the compound and the higher transparency given by the addition of lead glass brought to a promising result, showing the potential benefit, in terms of sustainability, for future projects.

La questione della sostenibilità rappresenta uno dei problemi più importanti che si debba affrontare in attualità, non soltanto in termini di consumo energetico e di conseguente emissione di CO2, ma anche in termini di materiali di scarto rilasciati all'interno delle discariche. 38 milioni di tonnellate di rifiuti in vetro vengono prodotte ogni anno all’interno dell’Unione Europea e nuovi target sono stati prefissati per il 2020 verso una gestione più sostenibile di tali rifiuti. Rivolgendo nello specifico lo sguardo al mondo delle costruzioni, il vetro, grazie alla sua elevata trasparenza e buona resistenza a compressione, rappresenta uno dei materiali sempre più impiegati per assolvere funzioni strutturali, ma nonostante il suo utilizzo risulti attraente sotto molteplici aspetti e la sua produzione continui a crescere, una volta impiegato come elemento da costruzione, difficilmente viene riutilizzato o riciclato a causa dei requisiti di alta prestazione richiesti all'industria di produzione. Nonostante ciò, sebbene il vetro abbia sempre trovato e trovi maggiore applicazione come elemento bidimensionale, ultimamente si è assistito allo sviluppo di nuove tecnologie che utilizzano il vetro come “cast element”, ovvero elemento tridimensionale, permettendo di sfruttarne al meglio l’alta capacità portante sotto forze di compressione e consentendo, di conseguenza, minori restrizioni sui requisiti di qualità. Partendo dagli ultimi risultati ottenuti nell'ambito della ricerca, lo scopo di questa tesi sperimentale è stata, perciò, lo studio di una possibile combinazione tra diverse tipologie di vetro per poter essere riciclato sotto forma di “cast glass elements” e si è potuto assistere al raggiungimento di alcuni risultati promettenti, tracciando le linee guide per un’ulteriore ricerca all'interno di quest’ambito. In particolar modo, la miscela di vetro soda-calcico e vetro al piombo, fusa alla temperatura di 1120°C, si è rivelata essere il composto migliore in termini di requisiti fisico-meccanici richiesti per quest’applicazione. La diminuzione della temperatura di fusione della miscela e la maggior trasparenza data dal vetro al piombo ha portato ad un incoraggiante risultato, mostrando i possibili benefici in termini di sostenibilità per lo sviluppo di progetti futuri.