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Transforming spent coffee grounds into a valuable resource for the enhancement of concrete strength
Journal of Cleaner Production ( IF 9.7 ) Pub Date : 2023-07-21 , DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.138205
Rajeev Roychand , Shannon Kilmartin-Lynch , Mohammad Saberian , Jie Li , Guomin Zhang , Chun Qing Li

The decomposition of organic waste going to landfills produces methane gas, which is 21 times worse than CO2 in its global warming potential. Spent coffee grounds (SCG) are one type of organic waste that makes up a significant proportion of the organic waste going to landfills. Therefore, it becomes imperative to look for a recycling solution to transform this waste into a valuable resource. The concrete industry has the potential to contribute significantly to increasing the recycling rate of this waste material. However, due to its high organic content, it is unsuitable to be used directly in structural concrete. Therefore, this experimental project looks at pyrolysing this waste at different temperatures (350 and 500 °C) to identify its suitability in improving the physicochemical and mechanical properties of concrete. The raw and pyrolysed forms of SCG were used as a replacement of fine aggregates (FA; sand) at 5, 10, 15 and 20% volume replacement levels. X-ray fluorescence (XRF), Carbon, Hydrogen, Nitrogen, and Sulfur (CHNS) analysis, laser diffraction particle size analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and compressive strength tests were undertaken to investigate the properties of the raw material and their performance in the blended concrete composites. The results show that the leaching of organic compounds from the SCG hinders the hydration reaction of cement particles, thereby significantly hampering the compressive strength of SCG-blended concrete. However, pyrolysing the SCG at 350 °C led to a significant improvement in its material properties, which resulted in a 29.3% enhancement in the compressive strength of the composite concrete blended with coffee biochar.



中文翻译:

将废咖啡渣转化为增强混凝土强度的宝贵资源

运往垃圾填埋场的有机废物分解会产生甲烷气体,其危害程度是 CO 2的 21 倍其全球变暖潜力。废咖啡渣 (SCG) 是一种有机废物,占进入垃圾填埋场的有机废物的很大一部分。因此,寻找一种回收解决方案将这些废物转化为有价值的资源变得势在必行。混凝土行业有潜力为提高这种废料的回收率做出重大贡献。但由于其有机含量较高,不适合直接用于结构混凝土中。因此,该实验项目着眼于在不同温度(350 和 500 °C)下热解这种废物,以确定其在改善混凝土物理化学和机械性能方面的适用性。SCG 的原始形式和热解形式在 5、10、15% 和 20% 的体积替换水平。采用 X 射线荧光 (XRF)、碳、氢、氮和硫 (CHNS) 分析、激光衍射粒度分析、X 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM) 和抗压强度测试来研究原材料的特性及其在混合混凝土复合材料中的性能。结果表明,SCG 中有机化合物的浸出阻碍了水泥颗粒的水化反应,从而显着降低了 SCG 混凝土的抗压强度。然而,在 350 °C 下热解 SCG 使其材料性能得到显着改善,从而使掺有咖啡生物炭的复合混凝土的抗压强度提高了 29.3%。采用硫(CHNS)分析、激光衍射粒度分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和抗压强度测试来研究原材料的性能及其在混合混凝土复合材料中的性能。结果表明,SCG 中有机化合物的浸出阻碍了水泥颗粒的水化反应,从而显着降低了 SCG 混凝土的抗压强度。然而,在 350 °C 下热解 SCG 使其材料性能得到显着改善,从而使掺有咖啡生物炭的复合混凝土的抗压强度提高了 29.3%。采用硫(CHNS)分析、激光衍射粒度分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和抗压强度测试来研究原材料的性能及其在混合混凝土复合材料中的性能。结果表明,SCG 中有机化合物的浸出阻碍了水泥颗粒的水化反应,从而显着降低了 SCG 混凝土的抗压强度。然而,在 350 °C 下热解 SCG 使其材料性能得到显着改善,从而使掺有咖啡生物炭的复合混凝土的抗压强度提高了 29.3%。通过扫描电子显微镜 (SEM) 和抗压强度测试来研究原材料的特性及其在混合混凝土复合材料中的性能。结果表明,SCG 中有机化合物的浸出阻碍了水泥颗粒的水化反应,从而显着降低了 SCG 混凝土的抗压强度。然而,在 350 °C 下热解 SCG 使其材料性能得到显着改善,从而使掺有咖啡生物炭的复合混凝土的抗压强度提高了 29.3%。通过扫描电子显微镜 (SEM) 和抗压强度测试来研究原材料的特性及其在混合混凝土复合材料中的性能。结果表明,SCG 中有机化合物的浸出阻碍了水泥颗粒的水化反应,从而显着降低了 SCG 混凝土的抗压强度。然而,在 350 °C 下热解 SCG 使其材料性能得到显着改善,从而使掺有咖啡生物炭的复合混凝土的抗压强度提高了 29.3%。结果表明,SCG 中有机化合物的浸出阻碍了水泥颗粒的水化反应,从而显着降低了 SCG 混凝土的抗压强度。然而,在 350 °C 下热解 SCG 使其材料性能得到显着改善,从而使掺有咖啡生物炭的复合混凝土的抗压强度提高了 29.3%。结果表明,SCG 中有机化合物的浸出阻碍了水泥颗粒的水化反应,从而显着降低了 SCG 混凝土的抗压强度。然而,在 350 °C 下热解 SCG 使其材料性能得到显着改善,从而使掺有咖啡生物炭的复合混凝土的抗压强度提高了 29.3%。

更新日期:2023-07-21
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