The incorporation of construction and demolition wastes as recycled mixed aggregates in non-structural concrete precast pieces

Concern for the environment has lately heightened awareness about the need for recycling in the construction industry. However, some standards, such as the Spanish standard, only accept the recycling of aggregates derived from concrete, which limits the extensive use of construction and demolition waste, which are produced in much bigger volumes. The aim of this work was to explore the possibility of using recycled mixed aggregates (RMA) in the preparation of precast non-structural concretes. To that end different percentages of natural aggregate were replaced by RMA in non-structural elements (25, 50, 75 and 100%). Contents of cement, water, and the dosages commonly used by companies were unchanged by the introduction of RMA. The characterization of the prepared elements has been done using the specific tests for each type of non-structural element (terrazzo for indoor use, hollow tiles, kerbstones and paving blocks): compression and flexural strength, water absorption, dimensional tolerances, abrasion and slipping resistance. The paving blocks, kerbstones, and hollow tiles prepared were tested for 360 days. The stability of the tested properties confirmed the possibility of using these wastes on an industrial scale satisfying the standard requirements. However, the surface of terrazzo with RMA is not as good as that prepared with natural aggregate.

Compressive behavior of steel fiber reinforced recycled aggregate concrete after exposure to elevated temperatures

For sustainability considerations, the use of recycled aggregate in concrete has attracted many interests in the research community. One of the main concerns for using such concrete in buildings is its spalling in fire. This may be alleviated by adding steel fibers to form steel fiber reinforced recycled aggregate concrete (SFRAC). This paper presents an experimental investigation into the compressive properties of SFRAC cylinders after exposure to elevated temperatures, including the compressive strength, Young's modulus (stiffness), stress-strain curve and energy absorption capacity (toughness). The effects of two parameters, namely steel fiber volume content (0%, 0.5%, 1%, 1.5%) and temperature (room temperature, 200 °C, 400 °C and 600 °C) on the compressive mechanical properties of concrete were investigated. The test results show that both compressive strength and stiffness of the concrete are significantly reduced after exposure to high temperatures. The addition of steel fibers is helpful in preventing spalling, and significantly improves the ductility and the cracking behavior of recycled aggregate concrete (RAC) after exposure to high temperatures, which is favorable for the application of RAC in building construction.

Limiting properties in the characterisation of mixed recycled aggregates for use in the manufacture of concrete

El objetivo principal de este trabajo de investigación es estudiar las propiedades del árido reciclado mixto para la fabricación de hormigón reciclado en aplicaciones no estructurales. Se ha realizado la caracterización completa de 35 muestras de áridos reciclados mixtos gruesos de distinta calidad, procedentes de 13 plantas de tratamiento diferentes de la geografía española. Se han estudiado las correlaciones que existen entre las diferentes propiedades, en particular, con la absorción de agua, el contenido de sulfatos y la composición. Se propone una clasificación de los áridos reciclados y se limita de forma indicativa el contenido de yeso para que una muestra de árido reciclado mixto cumpla con la limitación del 0,8% de los sulfatos solubles en ácido de la Instrucción EHE-08. Recycling of construction and demolition waste (CDW) has become a widespread concern in Spain for the last years, as a way to preserve natural resources and achieve a better control of waste disposal sites.Specific applications which make use of mixed recycled aggregates are of great importance, as this types of aggregates constitute the majority of the total production. Structural and non-structural concrete is one of the possible applications, being this the main goal of our study. This paper presents a study on the physical and chemical characteristics of mixed recycled aggregates which have been obtained from different CDW treatment plants of Spain. Correlations between the different properties were investigated in order to find criterions of acceptance for recycled aggregates to be used in concrete. The comparison between the properties offers the possibility of pre-selecting a great quantity of mixed recycled aggregates, these being suitable for either structural and non-structural concrete. The determination of water absorption and the gypsum content are good indicators in order to evaluate the quality of the mixed recycled aggregates for its application in the production of concrete.

Il calcestruzzo con aggregati di riciclo: sviluppi ed applicazioni nel panorama nazionale ed internazionale.

Il calcestruzzo è uno dei materiali più utilizzati nell’edilizia, ma il meno sostenibile. Per la sua produzione vengono sfruttate elevate quantità di risorse naturali non rinnovabili con un impatto ambientale non trascurabile, sia per le sostanze emesse in atmosfera, sia per le macerie derivate post utilizzo. L’ingresso nel XXI secolo ha segnato definitivamente l’affermazione del concetto di sviluppo sostenibile nei riguardi di tutti i processi produttivi dei beni, che devono essere necessariamente strutturati secondo una logica di risparmio energetico e di controllo della produzione di scorie e rifiuti, prevedendone un loro riutilizzo in altri settori, o un loro smaltimento senza provocare danni all’ambiente. Anche l’industria del cemento e del calcestruzzo è chiamata a svolgere il proprio ruolo per contribuire ad un miglior bilancio ecologico globale, indirizzando la ricerca verso possibilità d’impiego di materiali “innovativi”, che siano in grado di sostituire parzialmente o totalmente l’uso di materie prime non rinnovabili, tenendo conto dell’enorme richiesta futura di infrastrutture, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Negli ultimi anni si sta sempre più affermando il potenziale del riciclo dei materiali ottenuti dalla demolizione di edifici (C&DW – Construction and Demolition Waste), questo dovuto anche a politiche di gestione dei rifiuti che incentivano il risparmio, il riutilizzo, il riciclo e la valorizzazione dei beni. I calcestruzzi con aggregati di riciclo sono generalmente suddivisi in due macrogruppi: quelli ottenuti da aggregati di riciclo di solo calcestruzzo (RCA – Recycled Coarse Aggregate) e quelli da aggregati da demolizione totale (MRA – Mixed Recycled Aggregate) che però contengono molte impurità. Come anche uno può subito pensare gli aggregati riciclati hanno delle proprietà diverse da quelli naturali, questi contengono oltre l’aggregato naturale anche il legante coeso, polveri di laterizio, vetro, ceramica, plastica eccet., i quali offrono una miscela ricca di cloruri, solfati, silice amorfa ed altri componenti dannosi per la nuova miscela di calcestruzzo. In presenza di questi prodotti, gli aggregati non solo non soddisfano i requisiti chimici, ma influiscono negativamente anche sulle proprietà fisico-meccaniche del calcestruzzo. Per questo vedremmo in questa tesi tramite un accurata analisi degli aggregati, e del loro “contributo” per il corretto comportamento del calcestruzzo, leggendo criticamente come le normative regolano i requisiti che gli aggregati debbono soddisfare, vedendo le varie possibilità di riutilizzo dei materiali di riciclo da demolizione. La tesi mira all'incentivo dei materiali da riciclo, come scelta sostenibile per il futuro dell'edilizia. E' stato calcolato che la produzione totale di macerie da demolizione nel mondo, non supera il 20% in massa degli aggregati che vengono utilizzati per la produzione del calcestruzzo nei paesi sviluppati. Dai vari studi è stato valutato in media che col solo 20% di riciclato sostituito, le caratteristiche del calcestruzzo indurito cambiano di poco dal normale miscelato con aggregati naturali; ovviamente se gli aggregati da riciclo sono stati selezionati e sottoposti ai vari test delle norme europee standardizzate. Quindi uno può subito pensare in linea teorica, tralasciando i costi di gestione, trasporto eccet. , che basta utilizzare per ogni metro cubo di calcestruzzo 20% di riciclato, per rispondere allo smaltimento dei rifiuti da C&D; abbassando cosi i costi degli inerti naturali, sempre parlando di economie di scala. Questo è in linea teorica, ma riflette un dato rilevante. Nel presente lavoro si partirà da una veloce lettura sul comportamento del calcestruzzo, su i suoi principali costituenti, concentrandoci sugli aggregati, analizzandone le sue proprietà fisico-meccaniche, quali la granulometria, la resistenza meccanica e la rigidezza, valutando l’importanza dei legami coesivi tra aggregato alla pasta cementizia. Verranno inoltre analizzate le azioni deleterie che possono instaurarsi tra aggregato di riciclo e pasta cementizia. Dopo aver visto le varie politiche sulla gestione dei rifiuti, la legislazione passata e presente sull’uso dei materiali riciclati, si analizzeranno vari studi sulle proprietà fisico-meccaniche dei calcestruzzi con aggregati di riciclo seguiti da università e poli di ricerca internazionali. Se gli aggregati di riciclo sono selezionati con metodo, in presenza di piani di gestione regionale e/o nazionale, è possibile soddisfare le prestazioni richieste del calcestruzzo, nel rispetto delle politiche di sostenibilità economico-ambientali. Può essere il calcestruzzo riciclato una scelta non solo sostenibile, ma anche economica per il settore edile? Si può avere un calcestruzzo riciclato ad alte prestazioni? Quali sono le politiche da mettere in atto per un mercato di produzione sostenibile del riciclato? Questo e molto altro verrà approfondito nelle pagine seguenti di questa tesi.

Estudio de hormigones reciclados no estructurales fabricados con árido reciclado mixto : propiedades mecánicas y expansión debida al contenido de sulfatos

El objetivo principal de este trabajo de investigación es estudiar las posibilidades de utilización del árido reciclado mixto para un hormigón reciclado en aplicaciones no estructurales, justificando mediante la experimentación la validez para esta aplicación, tanto del árido reciclado como del hormigón reciclado. Esta tesis se centró en los aspectos más restrictivos y limitativos en la utilización de los áridos mixtos en hormigón reciclado, basándose tanto en la normativa internacional existente como en los resultados obtenidos en los estudios bibliográficos consultados. La primera tarea realizada fue la caracterización completa de las propiedades del árido reciclado mixto, recogiendo especialmente los siguientes aspectos: granulometría, contenido de finos, absorción y densidades, composición del árido reciclado, índice de lajas, coeficiente de Los Ángeles, partículas ligeras y contenido de sulfatos. De este estudio de los áridos reciclados, se han destacado relaciones entre las propiedades. Las diferentes correlaciones permiten proponer criterios de calidad de un árido reciclado mixto para un hormigón reciclado. Se ha elegido un árido reciclado mixto entre los estudiados, de características límite admisibles, para obtener resultados conservadores sobre el hormigón reciclado fabricado con él. En una segunda etapa, se ha realizado un estudio de dosificación completo del hormigón reciclado, evaluando la consistencia del hormigón en estado fresco y la resistencia a compresión del hormigón en estado endurecido y se ha comparado con las mismas propiedades de un hormigón convencional. Se ha analizado la capacidad de absorción del árido conseguida con los métodos de presaturación empleados y en función de su estado de humedad, para poder evaluar las relaciones agua/cemento totales y efectivas del hormigón. Se ha estudiado el efecto de estos dos parámetros tanto en la consistencia como en la resistencia del hormigón reciclado. Finalmente, se ha estudiado el hormigón fabricado con un 50% y 100% de una partida de árido reciclado mixto de calidad admisible y se han ensayado las siguientes propiedades: consistencia, resistencia a compresión, resistencia a tracción indirecta, módulo de elasticidad dinámico, cambios de longitud, porosidad abierta y microscopía. Para analizar el efecto de los sulfatos, se han añadido artificialmente cantidades de yeso controladas en el hormigón reciclado. Se fabricaron hormigones con dos tipos de cemento, un cemento CEM I 42,5 R con elevado contenido de C3A, que debería dar lugar a expansiones mayores y un cemento con adiciones puzolánicas CEM II A-P 42,5 R, que atenuaría el comportamiento expansivo en el hormigón. Los resultados finales indican que la utilización del árido reciclado mixto en proporciones de hasta un 50%, permiten cubrir la gama de resistencias más exigentes dentro del hormigón no estructural. El contenido de sulfatos puede variar desde un 0,8% hasta un 1,9%, según el tipo de cemento y la proporción de sustitución del árido natural por árido reciclado mixto. Tanto en el caso del árido reciclado como en el hormigón, se ha realizado un estudio comparativo entre el conjunto de datos recopilados en la bibliografía y los obtenidos en este estudio experimental. En varias propiedades del hormigón reciclado, se han comparado los resultados con las fórmulas de la Instrucción EHE-08, para establecer unos coeficientes de corrección a aplicar a un hormigón reciclado con fines no estructurales. The main objective of this investigation work is to study the possibilities of using recycled mixed aggregate for a recycled concrete in non structural applications, justifying by means of experimentation both the validity of the recycled aggregate and recycled concrete. This thesis focused on the most restrictive and limiting aspects in the mixed aggregate use in recycled concrete, on the basis of the international standards as well on the results obtained in the bibliographic studies consulted. The first task achieved was the complete charcaterization of the mixed recycled aggregate properties, specially the following aspects: grain size analysis, fines content, absorption and densities, recycled aggregate composition, flakiness index, Los Angeles coefficient, lightweight particles and sulphate content. From this study, correlations between the properties were highlighted. The different correlations make possible to propose quality criterions for recycled mixed aggregate in concrete. Among the recycled aggregates studied, one of acceptable characteristics but near the limits established, was chosen to obtain conservative results in the recycled concrete made with it. In a second step, a complete recycled concrete mix design was made, to evaluate concrete consistency in the fresh state and concrete compressive strength in the hardened state and its properties were compared to those of a control concrete. The aggregate absorption capacity was analized with the presaturation methods achieved and in function of its state of humidity, to evaluate the total and effective water/cement ratios. The effect of these two parameters, both in consistency and compressive strength of recycled concrete, was studied. Finally, the concrete made with 50% and 100% of the elected recycled mixed aggregate was studied and the following concrete properties were tested: consistency, compressive strength, tensile strength, dynamic modulus of elasticity, length changes, water absorption under vacuum and microscopy. To analize the effect of sulphate content, some controlled quantities of gypsum were artificially added to the recycled concrete. Concretes with two types of cement were made, a cement CEM I 42,5 R with a high content of C3A, that would lead to major expansions and a cement with puzzolanic additions CEM II A-P 42,5 R that would lower the expansive behaviour of concrete. The final results indicate that the use of mixed recycled aggregate in proportions up to 50% make possible to cover the overall demanding strengths within the non structural concrete. Sulphates content can range between 0,8% and 1,9%, in function of the type of cement and the proportion of natural aggregate replacement by mixed recycled one. Both in the case of recycled aggregate and concrete, a comparative study was made between the data coming from the bibliography and those obtained in the experimental study. In several recycled concrete properties, the results were compared to the formulas of Spanish Instruction of Structural Concrete (Instruction EHE-08), to establish some correction coefficients to apply for a non structural recycled concrete.

Real time measurement and control of viscosity for extrusion processes using recycled materials

The aim of this paper is to develop a new generation of extruder control system for recycled materials which has ability to automatically maintain constant a polymer melt viscosity of mixed recycled polymers during extrusion, regardless of variations in the Melt Flow Index (MFI) of recycled mixed grade high density polyethylene (HDPE) feedstock. The variations in MFI are due to differences in the source of the recycled material used. The work describes how melt viscosity for specific extruder/die system is calculated in real time using the rheological properties of the materials, the pressure drop through the extruder die and the actual throughput measurements using a gravimetric loss-in-weight hopper feeder. A closed-loop controller is also developed to automatically regulate screw speed and barrel temperature profile to achieve constant viscosity and enable consistent processing of variable grade recycled HDPE materials. Such a system will improve processability of mixed MFI polymers may also reduce the risk of polymer melt degradation, reduce producing large volumes of scrap/waste and lead to improvement in product quality. The experimental results of real time viscosity measurement and control using a 38 mm single screw extruder with different recycled HDPEs with widely different MFIs are reported in this work.

Viscosity Control for Extrusion Processes Using Recycled Polymers

The aim of this paper is to develop a new extruder control system for recycled materials which has ability to automatically maintain constant a polymer melt viscosity of mixed recycled polymers during extrusion, regardless of variations in the Melt Flow Index (MFI) of recycled mixed grade high density polyethylene (HDPE) feedstock. A closed-loop controller is developed to automatically regulate screw speed and barrel temperature profile to achieve constant viscosity and enable consistent processing of variable grade recycled HDPE materials. The experimental results of real time viscosity measurement and control using a 38mm single screw extruder with different recycled HDPEs with widely different MFIs are reported in this work

Performance estimation for concretes made with recycled aggregates of construction and demolition waste of some Brazilian cities

The aim of this paper is to verify the influence of composition variability of recycled aggregates (RA) of construction and demolition wastes (CDW) on the performance of concretes. Performance was evaluated building mathematical models for compressive strength, modulus of elasticity and drying shrinkage. To obtain such models, an experimental program comprising 50 concrete mixtures was carried out. Specimens were casted, tested and results for compressive strength, modulus of elasticity and drying shrinkage were statistically analyzed. Models inputs are CDW composition observed at seven Brazilian cities. Results confirm that using RA from CDW for concrete building is quite feasible, independently of its composition, once compressive strength and modulus of elasticity still reached considerable values. We concluded the variability presented by recycled aggregates of CDW does not compromise their use for concrete building. However, this information must be used with caution, and experimental tests should always be performed to certify concrete properties.

Development of sustainable, innovative and energy-efficient concrete, based on the integration of all-waste materials: SUS-CON panels for building applications

The building sector requires the worldwide production of 4 billion tonnes of cement annually, consuming more than 40% of global energy and accounting for about 8% of the total CO2 emissions. The SUS-CON project aimed at integrating waste materials in the production cycle of concrete, for both ready-mixed and pre-cast applications, resulting in an innovative light-weight, ecocompatible and cost-effective construction material, made by all-waste materials and characterized by enhanced thermal insulation performance and low embodied energy and CO2. Alkali activated “cementless” binders, which have recently emerged as eco-friendly construction materials, were used in conjunction with lightweight recycled aggregates to produce sustainable concrete for a range of applications. This paper presents some results from the development of a concrete made with a geopolymeric binder (alkali activated fly ash) and aggregate from recycled mixed plastic. Mix optimisation was achieved through an extensive investigation on production parameters for binder and aggregate. The mix recipe was developed for achieving the required fresh and hardened properties. The optimised mix gave compressive strength of about 7 MPa, flexural strength of about 1.3 MPa and a thermal conductivity of 0.34 W/mK. Fresh and hardened properties were deemed suitable for the industrial production of precast products. Precast panels were designed and produced for the construction of demonstration buildings. Mock-ups of about 2.5 x 2.5 x 2.5 m were built at a demo park in Spain both with SUS-CON and Portland cement concrete, monitoring internal and external temperatures. Field results indicate that the SUS-CON mock-ups have better insulation. During the warmest period of the day, the measured temperature in the SUS-CON mock-ups was lower.

Utilização de descarte de resíduos têxtil (poliamida/poliester), como agregado, em concreto

Neste trabalho são apresentadas algumas características físicas, vantagens e viabilidade do uso do pó de tecido, proveniente do processamento de resíduos têxteis que são descartados em confecções em geral. A produção e utilização desse tipo de pó diminui o impacto ambiental e se mostra viável economicamente, pois é produzido facilmente a partir do processamento de resíduos, que seriam descartados na natureza. O presente trabalho mostra o estudo da produção do pó de tecido e a sua substituição parcial do agregado miúdo natural na produção de concretos de cimento Portland convencionais. Para comprovar a viabilidade técnica e econômica do uso do pó de tecido foram analisadas características do agregado como sua composição granulométrica, e seu comportamento nos ensaios de abatimento tronco de cone (Slump Test). Uma relação água-cimento também foi convencionada a um concreto usual com resistência esperada de 27MPa. Com estes dados foi definido um traço para o concreto utilizando 5% e 15% de agregado pó de tecido, substituindo a areia. A pesquisa apresenta os resultados de resistência à compressão simples dos corpos de prova cilíndricos de concreto aos 28 dias. Verificou-se que as amostras não apresentaram diferenças significativas de resistência entre si, tão pouco com relação às resistências de um concreto convencional produzido somente com agregado miúdo natural. Entretanto, houve uma melhora nos resultados dos ensaios à compressão, principalmente no concreto com 15% de pó de tecido.

Desempenho de argamassas produzidas com agregados reciclados oriundos do resíduo de construção e demolição da Grande Natal-RN

The construction industry is responsible for generating a lot of waste because of their activities. Consequently, it is noticeable the occurrence of environmental problems in terms of its disposal in inappropriate places. Faced with this problem, some studies have been conducted with the aim of developing technologies and alternatives for recycling construction and demolition waste (CDW), motivated by the scarcity of natural resources and reduction of environmental problems generated. The research aims to characterize the recycled aggregates derived from construction and demolition waste (CDW) produced in the Greater Natal-RN and analyze the performance of mortar coating produced with recycled aggregates. The study includes the chemical , physical and microstructural characterization of recycled aggregates , as well as conducting microscopic analysis and laboratory tests in the fresh state (consistency index , water retention , bulk density and content of entrained air ) and in the hardened state ( compressive strength , tensile strength in bending , water absorption by immersion and capillary , mass density and void ratio ) for mortars produced from different levels of substitution of aggregates ( 0, 20 %, 40 %, 60 %, 80 % and 100 %). The results were satisfactory, providing mortars produced with recycled aggregates, smaller mass density and dynamic modulus values as well as an increase in the rates of absorption and porosity. The tensile strength in bending and compression for TP1 (1:2:8) trait were lower for mortars produced with recycled aggregates and the best result was 20% for replacement. For the TP2 (1:8) mapping, there was an increase in resistance to traction and compression and the best result was for 100% replacement of natural aggregates by recycled. The experiments led to the conclusion that the technical and economic point of view that the mortars produced with recycled aggregates can be used in construction, only if there is an effective control in production processes of recycled aggregate and at the dosage of mortars

Estudo da incorporação de resíduos de cerâmica vermelha na composição de concreto para uso em estacas moldadas in loco

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da durabilidade de concretos produzidos com agregados graúdos reciclados provenientes de cerâmicas vermelhas com diferentes taxas de pré-saturação

A quantidade de resíduos gerados pelo setor da Construção Civil ultimamente vem chamando atenção devido à dimensão com a qual atua como impacto ambiental utilizando materiais de fontes naturais não renováveis e aumentando as quantidades de lixos produzidos pelo meio urbano. No Brasil, esta estimativa gira em torno de 90.000 toneladas geradas por dia. A proposta de utilizar o agregado proveniente de RCC (resíduo de construção civil) como parte integrante de concretos estruturais torna-se ainda mais interessante a partir do momento em que se busca uma diminuição nos custos para a produção do concreto, carregando consigo a mentalidade ambientalista quando poupa a utilização de recursos naturais os quais alguns já começam a se esgotar. Bancos de areia e fontes de seixo começam a se extinguir devido à larga utilização desses agregados nos concretos produzidos em Belém e cidades interiores do estado do Pará. Assim a necessidade de novas fontes de agregados nos faz buscar nos resíduos da construção civil prováveis fontes de agregados que respondam de forma similar aos naturais. Levando em consideração esta proposta, esta dissertação avaliou a durabilidade de concretos produzidos com o agregado de RCC cerâmico, através de ensaios de absorção de água por capilaridade, carbonatação, penetração de íons cloretos e resistividade elétrica. Para tanto, foi substituído o agregado graúdo natural pelo agregado graúdo cerâmico em 50%, onde esta porcentagem de agregado reciclado foi submetida às taxas de pré-saturação de 60%, 80% e 100%. Nos resultados obtidos pode-se observar que a presença do AGRC (agregado graúdo reciclado cerâmico), independentemente do grau de pré-saturação foi significativa em todos os resultados obtidos, fato que embora deixe os concretos mais suscetíveis à perda de durabilidade, apresentou uma mesma tendência de comportamento em relação às misturas referência. Os resultados mais próximos das misturas convencionais foram alcançados pelos concretos que continham agregados cerâmicos pré-saturados com água à uma taxa de 80%.