Перспективи використання відходів мінеральної вати в будівельних матеріалах

Abstract

UA: У статті комплексно проаналізовано сучасні підходи щодо переробки та повторного використання відходів мінеральної вати, включно з термохімічним плавленням, лужною активацією, синтезом аерогелів і використанням у цементних композитах. Показано, що методи глибокої переробки, хоча і дають змогу отримати матеріали з високими експлуатаційними характеристиками, є енергозатратними, технологічно складними та чутливими до варіацій хімічного складу відходів. Натомість використання мінеральної вати як волокнистого або пористого заповнювача в цементних розчинах і бетонах без попередньої хімічної модифікації демонструє стабільні переваги: покращення тріщиностійкості, підвищення міцності на згин, зменшення водопоглинання та значне підвищення вогнестійкості матеріалів. Зроблено висновок, що найбільш раціональним і екологічно доцільним напрямом повторного використання відходів мінеральної вати є їх безпосереднє включення до складу будівельних матеріалів як армуючого або легкого заповнювача.

EN: Mineral wool is one of the most widely used thermal insulation materials in the construction sector, and its waste constitutes a significant portion of construction and demolition debris. This article provides a comprehensive review of current approaches to the recycling and reuse of mineral wool waste, including thermochemical melting, alkaline activation, silica aerogel synthesis, and direct incorporation into cementitious composites. Although advanced recycling methods can yield high-performance materials, they are technologically complex, energy-intensive, and highly sensitive to variations in the chemical composition of waste. Thermochemical processing requires temperatures above 850–1000 °C and is hindered by uncontrolled furnace-lining dissolution, while alkaline activation relies on concentrated NaOH solutions (6–10 M), limiting scalability and increasing environmental risks. Silica aerogel synthesis offers exceptional material properties but demands specialized equipment and is unsuitable for large-scale waste management. In contrast, numerous studies confirm the effectiveness of using recycled mineral wool as a fibrous or porous filler in cement mortars and concrete without prior chemical or thermal modification. The addition of 0.5–1.5 % fibres improve crack resistance, elastic modulus, flexural strength, and water resistance while reducing thermal conductivity and enhancing fire performance. Quantitative results demonstrate that flexural strength can increase by 40–50% compared with reference mixes, rising from approximately 0.60 MPa to 0.88 MPa in mortars and from 1.0 MPa to 1.2–1.4 MPa in concrete. Tensile strength also improves due to fibre bridging, while compressive strength decreases moderately. For example, mortars with 1 % mineral wool retain 88 % of the reference compressive strength (9.8 MPa vs. 11.2 MPa), and mixes with 1.5 % fibres retain about 68 % (7.6–7.8 MPa). In concrete, compressive strength reductions of 10–30 % are observed but remain within acceptable limits for non-structural and some structural applications. Fire-resistance studies show particularly strong benefits. After exposure to 700 °C, fibre-reinforced mortars retain more than 50 % of their initial flexural strength (3.7–4.8 MPa), whereas the reference mix loses over 90 % (from 7.09 MPa to 0.48 MPa). Compressive strength after fire remains between 13 and 21 MPa, meeting regulatory requirements. Thermal conductivity decreases from 1.17 W/mK in the reference mix to 0.69–0.93 W/mK in fibre-reinforced composites, confirming improved insulation performance. Temperature-profiling experiments show that fibre-reinforced mortars reach peak internal temperatures 100–250 °C lower than the reference, preventing explosive spalling. These findings demonstrate that direct incorporation of mineral wool waste into cementitious materials is the most rational, cost-effective, and environmentally sustainable reuse pathway. It enhances flexural performance, crack resistance, thermal stability, and fire resistance while maintaining acceptable compressive strength. Future research should focus on optimizing fibre dosage and morphology for different material types, modelling long-term performance under moisture, freeze–thaw cycles, and high temperatures, and developing standardized classification and preparation methods for mineral wool waste to ensure safe and efficient use in the construction industry.